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Glaswahnenofen und Verfahren zu seiner Inbetriebnahme und Ausbesserung
Es ist bekannt, daß die Ofentemperaturen. bei Glaswannenöfen in der letzten Zeit
mehr und mehr gesteigert wurden, um hohe Leistungen; zu erzielen; dabei steigt die
Leistung nicht linear mit der Temperatur, sondern wesentlich stärker.
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Dieser Temperatursteigerung sind aber, enge Grenzen gesetzt durch
die feuerfesten Materialien, insbesondere die Wannensteine, die zur Verwendung kommen.
Die ta-Punkte, d. h. die Druckerweichungstemperaturen der aus deutschen Tonen hergestelltem
Wannensteine gestatten es -nicht, die hohen Temperaturen zu fahren;, wie sie für
Hochleistungswann.enöfen gewünscht werden, bzw. die Lebensdauer dieser Steine wird
beim Arbeiten mit hohen Temperaturen zur Erzielung einer hohen Schmelzleistung zu
stark abgekürzt.
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Die Verwendung hochfeuerfester Spezialsteine, beispielsweise schmelzgegossener
Steine, scheitert meist an, den- hohen Kosten dieser Materialien, und daran, däß
sie häufig einen recht hohen, Tonerdegehalt haben, der zu den bekannten; Schlieren
im Glase, also zu einer Qualitätsverschlechterung führen kann.
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Um nun die Wannensteine vor zu starker Korrosion zu schützen, geht
man überlicherweise den. Weg, daß man sie von, außen beispielsweise mit Luft oder
Wasser kühlt. Auch arbeitet man im allgemeinen mit einem verhältnismäßig hohen Glasstand.
Hierdurch wird bewirkt, daß infolge der schlechten. Wärmeleitfähigkeit des schmelzflüssigen
Glases die unteren Glasschichten im Wannenbäissin verhältnismäßig kalt sind und.
infolgedessen die Korrosion der Bodensteine herabgesetzt wird. Dies hat aber schmelztechnische
Nachteile. Es ist bekannt, daß durch die Temperaturunterschiede im Glasbad, und
zwar um so stärker, je höher diese Temperaturunterschiede sind, starke Strömungen
in der Glasschmelze eintreten, die die Wannensteine mechanisch stark beanspruchen
und zu einer kurzzeitigen Auflösung führen.
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Aus diesem Grunde ist der Gedanke nah.eliegend, Mittel und Wega zu
suchen, die Rand- und Bodenschichten des Glases heißer zu halten.. So. wurde beispielsweise
vorgeschlagen, mit Elektroden zu arbeiten, die quer durch das Glasbad gehen. Bei
Weißglas und Elektroden aus Graphit tritt hierdurch aber eine unerwünschte Verfärbung
des Glases ein.. Außerdem scheitert dieser Vorschlag in den meisten Ländern an den,
hohen Stromkosten..
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Weiterhin wurde beispielsweise vorgeschlagen., Flammen in die Glasschmelze
einzuführen. Hierbei besteht aber -die Gefahr einer Reduktion, der Oxyde des Glases
mit den dadurch bedingten, Nachteilen für die Glasqualität.
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Vereinzelt wurde auch mit einem erniedrigten Glasstand gearbeitet,
um die Bodenschichten der Glasschmelze heißer zu halten und dementsprechend die
starken -Strömungen in der Glasschmelze zu, vermindern. Dies hat aber zu-r Folge,
daß der Wannenboden sehr heiß wird, womit die Gefahr einer starkem Korrosion verbunden
ist.
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Aus diesem Grunde ist man gezwungen, dem Wannenboden und auch die
Sei.tenwändedesWannenbassins von- außen zu kühlen; hierdurch werden aber die Vorteile
der gleichmäßigeren Temperaturverteilung in der Glasschmelze durch, den verringerten
Glasstand wieder zunichte gemacht.
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Ein wesentlicher technischer Fortschritt würde nun erzielt, wenn mit
einem niedrigen Glasstand und deri dadurch bedingten Vorteilen. gearbeitet werden
könnte, ohne diese starke Kühlung der Wannensteine entweder durch normale freieAbstrahlung
oder durch zusätzliche Kühlung, beispielsweise durch Luft oder Wasser, zu benötigen,.
Ganz besonders vorteilhaft wäre hierbei, mit einem Wannmsteinmaterial zu arbeiten,
das nicht nur nicht gekühlt, sondern. sogar isoliert werden könnte und das ein gutartiges
Auf, lösungsverhalten in der Glasschmelze zeigt, wie dies beispielsweise bei tonerdearmen,
kieselsäurereichen Steinen der Fall ist. Diese Steine müssen natürlich eine hohe
Erweichungstemperatur haben.
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Bei dem bisherigen; Arbeiten und den unterschiedlichen Temperaturen.
innerhalb der Glasschmelze., die
beispielsweise in den Randschichten
und, am Boden wesentlich kälter ist als in, der Mitte der Wanne, besteht immer die
Gefahr, daß kälteres Glas mit heißerem Glas -zusammenkommt, wodurch die bekannten
thermischen Schlieren und Inhomogenitäten im Glas entstehen können, d. h. also eine
Verschlechterung der Qualität des Glases. Bei gleichmäßigen; Temperaturen innerhalb
der Glasschmelze fielen diese Fehlermöglichkeiten. fort. Die starken Strömungen
innerhalb der Schmelze würden. zumindest erheblich vermindert. Hierdurch verliefe
der Schmelzvorgang homogener, und die Glasqualität würde verbessert, außerdem würde
die Korrosion der Steine erheblich vermindert.
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Bei der üblichen Wannenschmelze mit den kalten Randschichten des Glases
sind starke Strömungen in der Glasschmelze erforderlich, um eine gute Läuterung,
d. h. Blasen- und Gispenfreiheit des Glases zu erzielen, da sich ansonsten beispielsweise
das Bodenglas nur recht träge an der Läuterung beteiligen würde. Bei niedrigem Glasstand
hingegen. wären diese starken Strömungen nicht in diesen Maße erforderlich, da die
Boden. und Randschichten der Glasschmelze, vor allem wenn die Wannensteine isoliert
würden, heißer und damit dünnflüssiger wären und dementsprechend die Läuterung dieser
Schichten infolge der verminderten Viskosität auch ohne starke Strömungen in, der
Glasschmelze erfolgte.
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Das vorstehende Ziel, mit niedrigem Glasstand, zu arbeiten, ohne die
dadurch bedingten Nachteile der stärkeren. Korrosion vor allem des Wannenbodens
durch das dann. heißere Bodenglas in Kauf nehmen zu müssen, kann nun erfindungsgemäß
auf folgende Weise erreicht werden: Die Wannensteine werden aus einem hochsauren,
d. h. sehr kieselsäurereichen und tonerdearmen. Material hergestellt, mit einem
Ton.erdegehalt von möglichst unter 8%, Rest vorwiegend Kieselsäure, d. h., die Zusammensetzung
der Steine liegt im Zustandsdiagramm S'02-A1,0, links von der eutektischen Zusammensetzung
in Richtung auf 1000% Si 02. Es ist bekannt, daß kieselsäurereiche Steine ein. gutartiges
Auflösungsverhalten in der Glasschmelze zeigen gegenüber tonerdereichen Materialien,
die leicht zu Schlieren im Glas führen können.
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Um nun die Auflösung dieser kieselsäurereichei Wannensteine wentgehendst
zu vermindern bzw. möglichst niedrig zu halten, wird folgender Weg vorgeschlagen.
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Die vorstehend beschriebenen kieselsäurereichen Steine werden nach
ihrer Herstellung entweder ungebrannt oder eventuell auch bei Temperaturen von beispielsweise
1100 bis 1200° C vorgebrannt, um ihnen, eine ausreichende mechanische Festigkeit
zu geben., in den Wannenofen eingebaut. Der Hauptbrand erfolgt dann im Wannenofen,
selbst, und zwar wird die Wanne leer, d. h. ohne Glasinhalt auf möglichst hohe Temperaturen,
beispielsweise bis auf etwa 1650° C, überhitzt, wobei sich diese Temperatur nach
der Höhe des Kieselsäuregehaltes im Stein. richtet und um so höherliegt, je höher
der Kieselsäuregehalt ist. Hierbei erfolgt eine weitgehende Umwandlung der Kieselsäure
bzw. des Quarzes in den Steinen in Cristobalit, also in die Hochtemperaturmodifikation.
Durch entsprechend hohe Temperaturen ist eine möglichst weitgehende Umwandlung in
Cristobalit anzustreben.
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Während nun die Löslichkeit anderer bei den Temperaturen der Glasschmelze
instabiler Kieselsäuremodifikationen entsprechend ihrem hohen Energiegehalt hoch
liegt, haben Versuche gezeigt, daß die Sättigungsgrenze für Kieselsäure in der Glasschmelze
durch die Verwendung von Steinen, die ganz oder überwiegend aus Cristobalit bestehen,
sehr erheblich heruntergesetzt wird.. Hierdurch ist es möglich, normale Gläser mit
einem Alkaligehalt von beispielsweise 16 bis 18 % und einem Kieselsäuregehalt von
etwa 700%, Rest vorwiegend. Tonerde und Kadziumoxyd, in Wannenöfen, die aus diesen
Steinen hergestellt sind, zu schmelzen, ohne daß das Glas nennenswerte Gehalte an
Kieselsäure aus dem Stein aufnimmt. Zudem ist das Auflösungsverhalten dieser Steine
in der Glasschmelze ausgesprochen gutartig. Selbstverständlich lassen sich bei Verwendung
dieser Steine auch sogen.annte Hartgläser, d. h. Gläser mit niedrigen. Alkaligehalt,
erschmelzen.
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Nach dem Überhitzen der Wanne auf beispielsweise 1650° C wird die
Temperatur des Ofens auf die gewünschte Schmelztemperatur des Glases gesenkt. Man
kann hierbei die Schmelztemperaturen weit höher halten als es bisher möglich war.
Während die üblichen Schmelztemperaturen bisher zwischen etwa 1400 und 1500° C lagen,
können diese jetzt auf etwa 1500 bis 1600° C gesteigert werden, da, sich gezeigt
hat, da.ß die Löslichkeit der Kieselsäure in der Glasschmelze aus den weitgehend
in Cristohalit umgewandelten Steinern wenig temperaturabhängig ist und bis 1600°
C kaum zunimmt und da diese Steine sehr dicht sind und eine recht hohe Erweichungstenperatur
haben. Bei gegebener Wannengröße tritt dadurch eine ganz wesentliche Leistungssteigerung
bei vermindertem spezifischem Wärmeverbrauch ein, bei einer gleichzeitigen Verbesserung
der Glasqualität und einer mäßigen Korrosion der Steine.
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Die in Cristobalit umgewandelten Wannensteine werden zweckmäßigerweise
von außen isoliert. Ihre Verwendung ist natürlich nicht auf Wannenöfen mit niedrigem
Glasstand, für die sie besonders geeignet sind und deren Vorteile daher vorstehend
besonders herausgestellt wurden, beschränkt. Sie können vielhehr grundsätzlich bei
jedem Wannenofen, der bei hohen Temperaturen gefahren werden soll, verwendet werden.