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Vorrichtung zum Schmelzen von Glas Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Schmelzen von Glas, mit deren Hilfe die Schmelzkapazität eines Wannenofens gesteigert
und der Umlauf des darin befindlichen Glases während des kontinuierlichen Schmelz-
und Läufervorganges geregelt wird.
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Bei dem kontinuierlichen Arbeitsprozeß der Glasherstellung wird die
rohe Charge oder das zu behandelnde Material an einem Ende der Wanne eingebracht
und wird allmählich geschmolzen und raffiniert, während es langsam in Längsrichtung
der Wanne zu deren Entnahmeende vorrückt, wo es in Form geschmolzenen fertigen Glases
entnommen wird. Der Einsatz wird durch die Wärme geschmolzen, die in Form von Flammen
oder Verbrennungsgasen auf die Oberfläche der Charge durch Flammlöcher gerichtet
wird, die oberhalb de.; Glasspiegels in die Schmelzkammer münden. Im allgemeinen
werden vier bis sechs Flammlöcher mit Zwischenräumen längs jeder der sich gegenüberliegenden
Seiten eines herkömmlichen Wannenofens angeordnet.
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Es ist bei jeder Glasherstellung natürlich wesentlich, daß dasEinsatzmaterial
vollkommen geschmolzen ist, bevor es am Entnahme- oder Arbeitsende des Ofens entnommen
wird. Einer der wichtigsten Faktoren zurVerhütung d.sDurchgangs ungeschmolzenen
oder unraffinierten Materials zum Arbeitsende und damit zum Sicherstellen der Erzeugung
einer Schmelze gleichmäßiger und homogener Konsistenz ist genaue Kontrolle der Konvektionsströmungen,
die im geschmolzenen Glas bekanntlich vorkommen. Solche Strömungen sicr<1 im
allgemeinen durch Wärme verursacht und von großer Bedeutung für die Homogenität
der Masse, obwohl sie nur geringe Größe haben.
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Wenn das Einsetzmaterial in das Einsatz- oder hintere Ende der Wanne
eingebracht ist, wird das in der Schmelzzone bereits befindliche geschmolzene Glas
durch die kalte Charge abgekühlt, wodurch ein Temperaturgefälle in Längsrichtung
des Ofens entsteht. Im Ergebnis findet man im allgemeinen eine Zone höchster Temperatur
im wesentlichen in der Gegend des drittenFlammloches eines gewerblichverwen.deten
Ofens mit fünf Flammlöchern. Die Temperatur ist infolgedessen auch am hinteren oder
Einsatzende des Ofens niedriger und ebenso am vorderen oder Entnahmeende niedriger
als an dem Punkt oder der Zone um (las dritteFlammloch herum. Da das Glas in dieser
Gegend die höchste Temperatur hat, hat es sich dort in größtem Maße ausgedehnt und
ist verhältnismäßig weniger dicht als (las zu beiden Seiten befindliche Glas. Da
außerdem Wärmeströmungen von verhältnismäßig warmen Zonen zu verhältnismäßig kälteren
Zonen fließen, kann man sagen, ;daß das Glas von den verhältnismäßig wärmeren Zonen,
wo es sich am meisten ausgedehnt hat, zu den verhältnismäßig kalten Zonen herabfließt,
wo es am wenigsten ausgedehnt ist. Die verhältnismäßig warme Zone wird oft als »heißer
Punkt« bezeichnet und kann auch als »Quelle« wegen des Hochquellens der dort befindlichen
Flüssigkeit bezeichnet werden. -Daß das geschmolzene Glas tatsächlich abwärts fließt,
mit anderen Worten, daß es tatsächlich einen von dem heißen Punkt vorwärts und rückwärts
gerichteten Umlauf gibt, kann leicht dadurch bewiesen werden, daß Silikatsteinstücke
auf die Oberfläche des Glases gelegt werden. Man sieht dann, daß sich diese Stücke
im Ofen rückwärts bewegen, wenn sie sich hinter dein heißen Punkt befinden, und
daß sie vorwärts strömen, falls sie sich vor dem heißen Punkt befinden. Außer dieserLängsbewegung
findet man, daß die Silikatsteinstiicke sich auch nach außen zu den Seiten der Wanne
bewegen, weil das Glas an diesen Seiten verhältnismäßig kälter ist als in dessen
Mitte. Diese Erscheinungen zeigen deutlich, daß Wärmeströmungen bestehen und daß
das Glas in dem Ofen sich kontinuierlich in bestimmten Kreisläufen bewegt. Diese
@,#'ärmeströmungen und ihre Wirkung beim Erzeugen eines rückwärtsgerichteten Stromes
des an der Oberfläche befindlichen Glases von dem heißen Punkt zum rückwärtigen
Ende des Ofens sind von großer Bedeutung, um die noch ungeschmolzene Charge daran
zu hindern, durch den Ofen zum Arbeitsende zu strömen.
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Bisher sind eine Anzahl verschiedener Verfahren zur Regelung und Steigerung
der Größe der Konvektionsströmungen vorgeschlagen worden. Es sind beispielsweise
größere
Brennstoffmengen an dem dritten Flammloch mit dem Ergebnis verbrannt worden, daß
die Temperatur in dieser Zone erhöht und die Wärmeströmungen in ihrer Stärke vergrößert
wurden. Man hat auch an dem vierten Flammloch verhältnismäßig mehr Brennstoff als
an dem dritten FIammloch verbrannt, so daß die Stellung des heißen Punktes die Wanne
abwärts zum vierten Flammloch hin verlegt worden ist. Obwohl solche Vorrichtungen
im allgemeinen erfolgreich waren, ist es doch schwierig, mit solchen Mitteln eine
ständige Lage des heißen Punktes aufrechtzuerhalten, und im Ergebnis findet inan,
daß veränderliche Konvektionsströmungen in der Wanne erzeugt werden können.
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Zusätzlich zu den obigen Vorrichtungen sind Ofen gebaut worden, dieTrennwände
oder@@'ehre enthalten, um die sogenannte Schmelzzone von der Raffinierzone der Wanne
mechanisch zu trennen. Während diese Vorrichtungen wirksam dazu benutzt werden können,
die @'färmeströmungen zu begrenzen und sie innerhalb gewünschter Grenzen zu halten,
ist es doch verhältnismäßig schwierig und teuer, solche Trennwände einer bestehenden
Wanne anzupassen. Man kann auch am Boden des Ofens Hochdruckgasbrenner einführen,
die Mischungen von Brennstoff und Luft führen, wobei die verbrennbaren Gase durch
das Glas nach oben steigen und durch ihre Verbrennung das Glas erwärmen. Die Verwendung
solcher Brenngase hat jedoch den Nachteil, daß die Gasbeimengungen zu den Verbrennungsprodukten
der Brenngase eingeschränkt werden, während es in manchenFällen wünschenswert ist,
weitere Beimischungen an Wasserdampf oder anderen Verbrennungsprodukten zu vermeiden.
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Es ist ferner bereits bekannt, in dem geschmolzenen Glas zwecks zusätzlicher
Beheizung Elektroden vorzusehen. So finden sich Elektroden in der Schmelzzone, in
der Läuterzone oder sogar sowohl in der Schmelz- als auch in der Läuterzone. Es
ist auch bekannt, daß durch diese Elektroden dem geschmolzenen Glas eine zusätzliche
Bewegung aufgezwungen wird, die man beispielsweise in der Schmelzzone zum Umrühren
des Glases benutzt hat. Bei mehreren über den Bereich der Läuterzone verteilten
und in der Nähe des Bodens angebrachten Elektroden erzielte man durch diese zusätzliche
Konvektionsströmung ein rasches Aufsteigen des beheizten Glases, so daß die Elektroden
in einem relativ kühlen Bereich verblieben.
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Nach einem weiteren bekannten Verfahren hat man dem geschmolzenen
Glas willkürlich Konvektionsströmungen aufgezwungen, indem man in dem Boden über
die Länge des Ofens verteilt kleine in Querrichtung verlaufende Erhöhungen vorgesehen
hat, welche unterschiedlich beheizt wurden.
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All die genannten Zusatzmaßnahmen stören aber in mehr oder minder
starkem Maße die eingangs erwähnte natürliche Konvektionsströmung auf Grund der
Flammheizung, welche Strömung einen durchaus annehmbaren Schutz der Läuterzone vor
dem Eindringen ungeschmolzenen Materials bildet, so daß kaum wesentlich verbesserteErgebnisse
erzielt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Schmelzkapazität eines Wannenofens gesteigert
und gleichzeitig eine verbesserte Sperre zwischen Schmelz- und Läuterzone e ,e n
das Eindringen von ung geschmolzenem Material in die Läuterzone geschaffen, indem
in der Quellzone zusätzlich von innen wirkende Heizmittel vorgesehen sind.
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Diese zusätzlichen Heizmittel ermöglichen nicht nur auf Grund ihrer
zusätzlichen Heizkraft eine Erhöhung der Schmelzkapazität, sondern sie verstärken
die natürliche Konvektionsströmung des geschmolzenen Glases auf Grund der Flammbeheizung.
Dies bedeutet, daß das Glas einen schnelleren Umlauf macht und daher jeweils schneller
in die heißen Zonen gelangt. Außerdem wird auf Grund dieser stärkeren Strömung das
auf der Oberfläche des Glases nach vorn dringende noch ungeschmolzene Material in
stärkerem Maße zurückgedrängt.
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All diese Vorteile werden erzielt, indem die Elektroden an eine der
heißesten Stellen des @@'annenofen@ gesetzt werden, und zwar unter Überwindung eines
Vorurteils der Fachwelt, nach welchem die Elektroden möglichst an kühlen Stellen
untergebracht sein sollten Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich au: der
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teils eines @@'annenofens, der einer erfindungsmäßige
Form der @I7orrichtung zur Regelung des Umlaufes und zusätzlichen Erwärmung verkörpert;
Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt im wesentlichen längs der Linie 2-2 in Fig. 1
; Fig. 3 ist ein Einzelquerschnitt einer abgeänderten Form der Vorrichtung zur Regelung
des Umlaufes; Fig. 4 ist ein Teilgrundriß der in Fig. 3 dargestell.-ten Regelvorrichtung;
Fig. 5 ist ein Einzelquerschnitt einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zur
Regelung des Umlaufes; Fig. 6 ist ein Teillängsschnitt längs der Mittellinie eines
Wannenofens und zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, die zur Vergrößerung
der Schmelzkapazität des Ofens verwendet wird, und Fig. 7 ist ein Querschnitt längs
der Linie 7-7 in Fig. 6.
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In Fig. 1 und 2 ist ein Teil eines kontinuierlichen Wannenofens 10
gezeigt, für den die vorliegende Erfindung besonders geeignet ist. Es ist jedoch
selbstverständlich, daß die hier offenbarten erfindungsmäßigen Regel- und Heizvorrichtungen
auch in Verbindung mit anderen Materialien als Glas und in anderen Schmelzöfen als
solchen der kontinuierlichen Wannenbauart verwendet werden können.
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Solche kontinuierlichen Ofen bestehen im allgemeinen aus einem oberen
Teil an einer Decke il, Seitenwänden 12, Stirnwänden 13 und einem
Boden 14,
die alle aus geeignetem feuerfestem Material hergestellt sind. Das
Material zur Herstellung des Glases oder die Charge wird in das Einsatzende 15 des
Ofens durch eine nicht dargestellte Speisevorrichtung eingebracht und wird in der
Schmelzkammer 16 in geschmolzenem Zustand übergeführt; von hier fließt das Bad in
eine nicht dargestellte Raffinierkammer und wird darauf am entgegengesetzten oder
Ausgangsende des Ofens als homogenes Material entnommen. Obwohl die Kammer 16 Schmelzkammer
genannt wird, findet auch ein Teil des Raffiniervorganges darin statt.
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Die Wärme zum töerführen der Charge in geschmolzenes Glas innerhalb
der Schmelzkammer 16 wird durch geeignete Vorrichtungen geliefert, wie etwa R Generatoren,
die heiße Gase durch Flammlöcher 17 und 18 in die Schmelzwanne oberhalb des Spiegels
des darin fließenden Glases strömen lassen. Wie vorher erwähnt worden ist, sind
die Flammlöcher mit Zwischenräumen längs beider Seiten des Ofens 10 angeordnet;
normalerweise findet man fünf solcher Flammlöcher in einem Ofen der beschriebenen
Art. Der Klarheit der Beschreibung wegen wird die Zahl 17 zur Bezeichnung des ersten
Flammloches und
die Zahl 18 zur Bezeichnung des dritten Flammloches
-verwendet.
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Wenn das Rohmaterial in den Ofen 10 durch sein Einsatzende 15 eingebracht
wird, werden sich ändernde Temperaturen über die ganze Länge des Ofens erzeugt,
und es entsteht ein heißer Punkt oder eine Zone höchster Temperatur im wesentlichen
in der Lage des Flammloches 18, des dritten Flammloches eines Ofens mit fünf Flammlöchern.
Wegen der Wärmeströmungen, die von der Linie des heißen Punktes vorwärts und rückwärts
zu verhältnismäßig kälteren Zonen fließen, erfolgt der Umlauf des Glases in solcher
Weise, daß die vollständig geschmolzenen Materialien nach vorn geschwemmt und das
ungeschmolzene Einsatzmaterial zurückgeschwemmt und innerhalb der Zone zwischen
dem dritten Flammloch und dem Einsatzende gehalten wird, bis es vollständig geschmolzen
ist, worauf es in die geschmolzene Masse herabsinkt und schließlich nach oben getragen
und von dort in die Raffinierkammer vorgebracht wird. Es kommt aber gelegentlich
vor, daß die Konvektionsströmungen nicht genügend stark sind, um die geschmolzene
Masse gehörig zirkulieren zu lassen, mit dem Ergebnis, daß ungeschmolzenes Einsatzmaterial
an dem dritten Flammloch oder dem heißen Punkt vorbeifließt und schließlich alsFehler
in der fertiggestellten Masse erscheint.
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Solch ein Zustand wird hier im wesentlichen durch Vorrichtungen verhütet,
die den Umlauf des Glases begünstigen oder beschleunigen, ohne die normalen Wärmeströmungen,
die in dem Ofen ohne solche Vorrichtungen bestehen, wesentlich zu ändern. Eine Vorrichtung,
die für diesen Zweck besonders geeignet ist, ist in Fig. 1 und 2 gezeigt, in denen
eine Anzahl im Abstand voneinander angeordneter Vorrichtungen 19 zur Regelung des
Umlaufes gezeigt sind, die sich durch den Boden 14 des Ofens 10 an vorbestimmten
Punkten innerhalb der Schmelzkammer 16 und in einer Querreihe zwischen den Seitenwänden
12 dieses Ofens erstrecken. Diese Vorrichtungen 19 werden vorzugsweise im wesentlichen
bei oder sogar etwas hinter der normalen Linie des heißen Punktes in dem Ofen angeordnet;
mit anderen Worten gesagt, sind sie im allgemeinen in einer senkrechten Reihe oder
als Vorhang im wesentlichen mit dem dritten Plammloch 18 eines Ofens mit fünf Flammlöchern
fluchtend angeordnet.
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Die Vorrichtungen 19 zur Regelung des Umlaufes bestehen nach einer
erfindungsmäßigen Ausführungsform aus einer Anzahl stangenförmiger Elektroden 20,
die in Lagern 21 gelagert sind, welche von dem Boden 14 des Ofens gehalten und in
einer im wesentlichen festen Lage darin durch Hülsen 22 gehalten werden, die auch
dazu dienert, einen von einer geeigneten Elektrizitätsquelle kommenden Zuleitungsdraht23
aufzunehmen. Obwohl dieElektroden 20 durch die Hülsen 22 eingespannt gehalten werden,
können diese Hülsen gelöst werden, wenn man eine verbrauchte Elektrode ersetzen
oder die Elektrode in das Schmelzbad vorschieben will, wenn beispielsweise ihr Endteil
abgenutzt worden ist. Die Elektroden selbst können aus irgendeinem geeigneten Material
hergestellt werden, wie z. B. aus Kohlenstoff, Graphit oder einer Kombination dieser
beiden Materialien oder einer Chromeisenlegierung, Platin- oder Edelmetall-Legierungen,
Schmiedeeisen oder Stahl, Kupfer, Nickel, Molybdän oder Zink.
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Verschiedene elektrische Schaltungen können für die in Fig. 2 dargestellte
Elektrodenanordnung verwendet werden. Die dort dargestellten neun Elektroden können
in Gruppen zu je drei eingeteilt werden und jede Gruppe mit einer anderen Leitung
von einer Quelle für Dreiphasenwechselstrom verbunden werden. In solch einerAnordnuns
kann die äußersteElektrode 24 zur linken in der Fig. 2 mit der einen Leitung.4 eines
Dreiphasenkabels 25 verbunden werden. Die benachbarte Elektrode 26 wird mit der
Leitung B des Kabels verbunden, und die nächste Elektrode 27 wird durch die verbleibende
Kabelleitung C gespeist. Die verbleibenden Elektroden 28 bis 33 werden in ähnlicher
Weise mit den Kabelleitungen verbunden. Dabei werden die Elektroden 28 und 31 mit
der Leitung A, die Elektroden 29 und 32 mit der Leitung B
und die restlichen
Elektroden 30 und 33 mit der Leitung C verbunden. Bei der dargestellten elektrischen
Schaltung werden die benachbartenElektroden jeweils durch unterschiedliche Phasen
elektrisch gespeist, so daß ein elektrischer Strom .durch das dazwischen befindliche
geschmolzene Glas geleitet werden kann.
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Zwischen den Elektroden 20 liegt eine Anzahl Vorrichtungen 34, die
einen Teil der Vorrichtung 19 zur Regelung des Umlaufes bilden, ein Gasmedium ausströmen
lassen und auch in einer Reihe angeordnet sind, die sich zwischen Ofenseitenwänden
12 im altgemeinen in Linie mit dem dritten Flammloch 18 erstreckt. Die Ausströmvorrichtungen
34 liegen vorzugsweise im Abstand voneinander im wesentlichen in der Mitte zwischen
benachbarten Elektroden 20 und können aus geeigneten 'vIetallrohrstücken gebildet
sein, die innerhalb des Ofenbodens 14, mit dessen oberer Oberfläche fluchtend, befestigt
sind. Luft, Gas oder ein anderes solches Medium wird vorzugsweise in verdichtetem
Zustand aus diesen Vorrichtungen 34 ausgestoßen. Im übrigen können Gase gewählt
werden, die entweder reduzierende oder oxydierende oder neutrale Wirkung haben.
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Gelegentlich kann es wünschenswert sein, die oben beschriebene Anordnung
einander abwechselnder Elektroden und Ausströmvorrichtungen dadurch zu ändern, daß
man eine Gruppe auf Abstand stehender Elektroden in einer Reihe anordnet, die sich
von jeder Ofenseitenwand im wesentlichen um ein Viertel oder ein Drittel der Wannenbreite
nach innen erstreckt, und daß man dazwischen und in Linie mit einer solchen Elektrodenserie
eine Reihe nur von Ausströmvorrichtungen anordnet. Mit anderen Worten gesagt, kann
es manchmal vorgezogen werden, die mittleren drei Elektroden (Fig.2) durch Luftausströmvorrichtungen
zu ersetzen und diese Vorrichtungen außerhalb dieser drei Elektroden zu entfernen
oder durch zusätzliche Elektroden zu ersetzen. Eine solche Vorrichtung hat den Vorteil,
zusätzlich Wärme für das in der Nähe der Seitenwände des Ofens verhältnismäßig kältere
Glas zu liefern, gleichzeitig den Umlauf zu fördern und auch .die Temperatur der
Glasmasse in dem mittleren Teil des Ofens etwas zu erniedrigen und dabei die Zirkulation
des darin befindlichen Glases zu verbessern.
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Abgewandelte Ausführungsformen der Erfindung sind in Fig.3, 4 und
5 dargestellt; in den beiden ersten Darstellungen sieht man, daß die darin offenbarte
Vorrichtung 35 zur Regelung des Umlaufes eine stangenartige Elektrode 36 umfaßt,
die in einem Lager 37 gelagert und am Boden, 14 des Ofens durch eine Hülse 38 im
allgemeinen der gleichen Art, wie oben beschrieben, befestigt ist. Dieser Elektrode
wird elektrischer Strom durch einen von ;der Hülse 38 getragenen Zuleitungsdraht
39 zugeführt. Im Abstand von der Elektrode 36 und im allgemeinen im Kreise um diese
herum angeordnet, befindet sich eine Anzahl Rohre oder Ausströmvorrichtungen40,
aus denen man
Luft, Gas oder andere Gasmedien oder deren Kombinationen
ausströmen lassen kann. Jedes dieser Rohre kann an ein Verteilungsrohr 41 angeschlossen
werden, das finit einer Quelle des bevorzugten Gasmediums verbunden ist. Die Verbundregelvorrichtungen
35 befinden sich vorzugsweise im Abstand voneinander an vorbestimmten Punkten in
einer Reihe, die sich zwischen den Seitenwänden der Schmelzkammer des Ofens, allgemein
mit dem dritten Flammloch eines Ofens mit fünf Flammlöchern fluchtend, erstreckt.
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Die Vorrichtung42 zur Regelung des Umlaufes, die eine weitere erfindungsmäßigeAusführungsformbildet
und in Fig. 5 dargestellt ist, umfaßt ein hohles zylindrisches Rohr 43, dessen '\@Tände
44 die Elektrode bilden und dessen mittlerer offener Teil 45 eine Vorrichtung bildet,
durch die das gasförmige Medium ausströmen kann. Das Rohr 43 ist in dem Boden 14
des Ofens 10 mittels eines Lagers 46 im allgemeinen gleicher Konstruktion wie die
Lager 21 und 37 befestigt; dieses Lager 46 trägt eine Hülse 47, die den Strom zu
den MTänden 44 des Rohres leitet und die zusätzlich als Einstellvorrichtung für
nach innen oder nach außen gerichtete Bewegung des Rohres 43 dient. Das entgegengesetzte
Ende der Hülse 47 trägt ein Lufteinlaßrohr 48 zur Zuführung verdichteter Luft oder
von Gas oder anderen Mischungen von einer geeigneten Quelle zu dem offenen mittleren
Teil 45 des Rohres 43; am Umfang der Hülse befindet sich ein Zuleitungsdraht 49,
der im Innern mit den Wänden 44 des Rohres und außen mit einer Quelle elektrischen
Stromes verbunden ist. Bei der Herstellung des Rohres 43 können die oben beschriebenen
Elektrodenmaterialzusammensetzungen verwendet werden, und verschiedeneEinstellvorrichtungen
können angewandt werden, um Abnutzung der Elektroden auszugleichen. Die Regelvorrichtungen
42 sind im Boden des Ofens in im wesentlichen den gleichen Stellungen angeordnet
-,vie bei den anderen oben beschriebenen Vorrichtungen.
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Die verschiedenen Vorrichtungen zur Regelung des Umlaufes und Verstärkung
der Heizung, wie sie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt sind, haben
eine Wirkungsweise, die für alle erfindungsmäßigen Ausführungsformen im wesentlichen
die gleiche ist. @@'ährend Strom den Elektroden 20 oder 36 oder den Wänden 44 der
Rohre 43 zugeleitet wird und gleichzeitig ein gasförmiges Medium aus den Ausströmvorrichtungen
34 oder 40 aus dem offenen mittleren Teil 45 der Rohre 43 ausströmen kann, wird
die geschmolzene Glasmasse in einer dieUmlaufvorrichtungen umgebenden Fläche veranlaßt,
sich in einer im allgemeinen kreisförmigen Richtung davon fortzubewegen. Die Elektroden
schaffen insbesondere örtliche zusätzliche Wärme, indem sie einen elektrischen Strom
durch das zwischen ihnen gelegene Glas hindurchleiten, das durch den «IT iderstand
bei dem Durchgang des Strome auf eine höhere Temperatur geheizt wird. Diese zusätzliche
Erwärmung schafft @@'ärmekonvektionsströmungen, die die normalerweise erzeugten
Wärmeströmungen ergänzen. Im Ergebnis dieses Anwachsens der Strömungsstärke in dem
Schmelzbad wird das weniger dichte, vollkommen geschmolzene Glas @orwärtsgeschwemmt,
und das ungeschmolzene Einsatzglas, das auf der Oberfläche des Schmelzbades verbleibt,
wird im wesentlichen gleichzeitig von derZone des heißen Punktes rückwärts geschwemmt
und unterliegt köntinuierliclLder höheren Temperatur dieser Zone, Abis es schmilzt
ünd in die Schmelzmasse herabsinkt, woraufhin es- von der verhältnismäßig heißeren
Zone der Wanne auch vorwärtsgetragen wird. Der kontinuierliche Strom des Einsatzmaterials
und des geschmolzenen Glases ist durch die Pfeile in Fig. 1 wiedergegeben.
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Während Wärme durch die Elektroden zugeführt wird, läßt man gleichzeitig
verdichtete Luft oder Gas oder andere ähnliche Medien in die Glasmasse aus den Ausströmungsvorrichtungen
oder -rohren nach oben strömen, um die bestehenden Wärmeströmungen durch mechanische
Einwirkung zu verstärken. Durch die in das Glas hineingepreßte Luft oder sonstige
Gassubstanz werden Blasen gebildet; wenn diese Blasen aufwärtssteigen, wird eine
Bewegung des die Blasen unmittelbar umgebenden Glases erzeugt. Normalerweise würden
diese Blasen direkt zur Oberfläche steigen, doch werden sie wegen der zusätzlichen
durch dieElektrodenheizung erzeugtenKonvektionsströmungen im allgemeinen in der
Richtung dieser Konvektionsströmungen fortgeschwetrnmt und bewegen das von den Blasen
getragene Glas in der gleichen allgemeinen Richtung. Da aber die Kühlwirkung des
Gasmediums durch die bei dem Durchgang eines elektrischen Stromes durch das zwischen
den Elektroden befindliche geschmolzene Glas erzeugte '\'@7ärmewirkung mehr als
ausgeglichen ist, besteht wenig Wahrscheinlichkeit, daß das Glas in der die Gasdüsen
umgebenden Zone abgekühlt wird. Somit werden die Nachteile der Abkühlung durch die
Gasausströmvorrichtungen und der «Nachteil, daß man nur durch die Elektroden allein
die gewünschte maximale Zirkulation nicht erzielen kann, hier im wesentlichen vollkommen
dadurch ausgemerzt, daß gleichzeitig Gas und Wärme örtlich als Ergänzung der normalen
Wärmeströmungen verwendet wird, ohne deren wesentliche Wirksamkeit zu vermindern.
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Die in Fig.6 und 7 dargestellte Abwandlung der Erfindung ist vor allem
dazu bestimmt, die Schmelzkapazität eines Regenerier-Wannenofens herkömmlicher Art,
ähnlich der Wanne 50 (Fig. 6), die der Art angehört, welche für die Herstellung
von Glasplatten oder -scheiben allgemein verwendet wird, zu erhöhen. Die Wanne50
hat im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und ist mit einer Bodenwand 51, senkrechten,
einander gegenüberliegenden Seitenwänden 52 und einer gewölbten Decke 53 versehen.
Der Innenteil 54 der Wanne, deren Enden durch eine Stirnwand 55 und eine herabhängende
Wölbung 56 begrenzt sind, wird durch Flammen geheizt, die quer zu der Wanne aus
einerReihe von fünf Flammlöchern 57 ausströmen, die in jeder der Seitenwände der
`'Tanne vorgesehen und einander gegenüber angeordnet sind. Beim Glasschmelzen mittels
solch einer offenen geheizten Regenerieranlage erwärmen die Flammen die @N'annendecke
53 auf Weißglut, und die Decke strahlt ihrerseits die @,#,ärme nach unten auf die
Oberfläche 58 eines in der Wanne enthaltenen Glasschmelzbades 59.
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Die Erwärmung des Glasbades unterhalb seiner oberen Oberfläche wird
vorwiegend durch Strahlung bewirkt, da Glas auch in geschmolzenem Zustand ein schlechter
Wärmeleiter ist und die Wirkung der Flamme an sich nur die mittelbare Oberfläche
des Bades wirksam erwärmt.
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Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird - kurz gesagt - der
heiße Punkt wahlweise in einer gewünschten Zone der Glasschmelze durch entsprechendes
Heizen des Ofens angeordnet, und dann wird das Glas in dieser Zone durch Widerstandsheizung
erwärmt, wodurch die Schmelzkapazität der Wanne vergrößert wird.
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Ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 kann der heiße Punkt
D der Wanne 50 im wesentlichen in Linie mit dem mittleren oder dritten Flammloch
60
durch Regelung der aus den entsprechenden Ofenlöchern 57 ausströmenden Flammenvolumens
örtlich festgelegt werden. Mit anderen Worten gesagt, werden die Flammlöcher so
beheizt, daß die Ofendecke oberhalb des heißen Punktes D verhältnismäßig wärmer
ist als die übrigen Deckenteile, und es wird eine Querzone hoher Weißglut in der
Decke im wesentlichen quer über die gesamte Breite der Wanne und direkt oberhalb
einer begrenzten Querzone des Bades, die dann zum heißen Punkt wind, durch den quer
verlaufenden Weg der Flammen innerhalb der Wanne erzeugt, insbesondere, wenn das
mittlere Flammloch 60 auf jeder Seite der Wanne so geheizt wird, daß es mehr Wärme
ausstrahlt als die übrigen Flammlöcher. Diese Deckenquerzone strahlt die Wärme nach
unten in das Bad aus und erzeugt eine im wesentlichen ebenso große Zone aufwärts
fließender, entgegengesetzt gerichteter Wärmeströmungen, die den heißen Punkt D
bilden.
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Da das Glas, wie vorher erwähnt, in der Zone D nun am heißesten ist,
dehnt es sich dort aus und ist weniger dicht als in den zu beiden Seiten des heißen
Punktes befindlichen Zonen. Das geschmolzene Glas hat daher die Tendenz, von dem
heißen Punkt zu den kühleren Zonen zu beiden Seiten herunterzulaufen. Die gestrichelten
Pfeile längs der Oberfläche des Bades in Fig. 6 deuten die Wärmeströmungen des geschmolzenen
Glases an, die rückwärts zum Einsatzende 61 der Wanne fließen, und die ausgezogenen
Pfeile längs der Oberfläche zeigen die Wärmeströmungen die zum Entnahmeende der
Wanne gerichtet sind und somit in der Richtung der durch die Entnahme des Glases
auf das Bad entstehenden »Zugkräfte«.
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Erfindungsgemäß wird nach dieser Ausführungsform das die Wärmeströmungen
bildende geschmolzene Glas in der Zone des wahlweise örtlich bestimmten heißen Punktes
durch Widerstandsheizung auf eine höhere Temperatur erwärmt, wodurch die Schmelzkapazität
der Wanne vergrößert und die Wärmeströmungen gleichzeitig in ihrer normalen Bahn
gehalten werden.
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Die Vorrichtung für die Widerstandsheizung des Glases umfaßt eine
Anzahl auf Abstand stehender senkrechter Elektroden 62, die durch den Boden der
Wanne verlaufen und sich eine begrenzte Strecke in das Bad des geschmolzenen Glases
hineinerstrecken. Wie man aus Fig. 7 ersieht, können diese Elektroden der in Fig.
2 dargestellten Art angehören und in einer Querlinie auf Abstand angeordnet sein,
die sich im wesentlichen über die ganze Breite der Wanne zwischen den Seitenwänden
und innerhalb der Zone D des heißen Punktes und von dieser umgeben erstreckt. Verschiedene
Schaltanordnungen können für die Elektroden verwendet werden, um die Widerstandsheizung
des Glases durch Joule-Effekt zu bewirken, und die in Fig. 7 gezeigte elektrische
Anlage erläutert nur eine Form, die verwendet werden kann. Wie dort dargestellt
ist, wird die äußerste Elektrode 63 links in der Figur und die Elektrode 64 direkt
rechts von der .littelwelle der Wanne durch eine Leitung A eines Kabels 65 gespeist,
das mit einer Quelle für Dreiphasenwechselstrom verbunden ist. Die neben und rechts
von den Elektroden 63 und 64 liegenden Elektroden 66 und 67 sind mit der zweiten
Leitung B des Kabels 65 verbunden, und die verbleibenden zwei Elektroden 68 und
69 werden durch die dritte Kabelleitung C gespeist.
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Wenn eine Partie 70 des Rohmaterials für die Glasherstellung in die
Wanne durch deren Einsatzende 61 eingebracht wird, wird diese Partie wegen des durch
die folgenden Partien ausgeübten Druckes nach vorn in das Innere der Wanne oder-
-die- Schmelzkammer 54 gedrückt, wo sie den aus den Flammlöchern 57 austretenden
Flammen und der von der Wannendecke abwärts gerichteten strahlenden Wärme ausgesetzt
ist. Diese von oben kommende Heizwirkung, die die Charge schmilzt, wird durch die
rückwärts gerichteten Wärmeströmungen (gestrichelte Pfeile) geschmolzenen Glases
ergänzt, die auf die unter der Badoberfläche befindlichen Teile der Charge einwirken.
Es ist offensichtlich, daß, wenn die Oberhitze des Bades verhältnismäßig konstant
gehalten wird, die Schmelzkapazität der Wanne, soweit die in die Wanne eingebrachte
Oberhitze in Frage kommt, durch Erhöhung der Temperatur des innerhalb der sich bewegenden
Wärmeströmungen enthaltenen Glases erhöht werden kann, welches das zu schmelzende
Einsatzmaterial berührt.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren besser beschreiben zu können, wird
der Teil 71 des Wanneninneren zwischen dem Einsatzende und dem heißen Punkt
(Fig. 6) als Schmelzzone und der rechts von dem heißen Punkt befindliche Teil 72
als Raffinierzone angesehen. Bekanntlich ist die Schmelzzone der Teil der Wanne,
in dem das Schmelzen des Glaseinsatzes stattfindet, und die Raffinierzone ist der'
Wannenteil, in dem die störenden Bestandteile und die beim Schmelzen entstandenen
Blasen entfernt werden.
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Erfindungsgemäß wird das geschmolzene Glas in den aufsteigenden Wärmeströmungen
der Schmelzzone durch Widerstandsheizung erwärmt, bevor es die Oberfläche des Glasbades
in der Zone des heißen Punktes erreicht, und zwar durch elektrische Ströme, .die
zwischen den Elektroden 62 und durch das geschmolzene Glas geleitet werden. Wie
in Fig. 6 und 7 gezeigt ist, sind die Elektroden im unteren Teil des Bades angeordnet.
Das Glas hat daher, nachdem es durch Widerstandsheizung erwärmt worden ist, innerhalb
der Wärmeströmungen eine erhöhte Neigung, zur Oberfläche des Bades zu steigen.
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Während das durch Widerstandsheizung erwärmte Glas sich der Oberfläche
nähert, absorbiert es mehr strahlende Wärme von ,der Deckenzone unmittelbar oberhalb
des heißen Punktes, und bei Erreichung der Oberfläche und während es rückwärts zum
Einsatzende geschwemmt wird, wird das innerhalb der Strömungen befindliche Glas
zusätzlich durch die Flammen erwärmt, die aus den Flammlöchern in der Nähe des Einsatzendes
austreten. Bei Berührung des unterhalb der Badeoberfläche befindlichen Teiles der
Partie 70 werden diese Strömungen abgekühlt, da eine gowisse Wärmemenge zum Schmelzen
des Einsatzmaterials verbraucht wird. Nach solcher Abkühlung sinken die Wärmeströmungen
nach unten zum Wannenboden und fließen, unterstützt durch die auf das Bad ausgeübte
»Zugwirkung«, längs des Wannenbodens 51 zum heißen Punkt D. \Tach Eintritt in die
Zone des heißen Punktes wird das Glas innerhalb der Strömungen wieder nach oben
gezogen und durch die Elektroden durch Widerstandsheizung wieder erwärmt, bevor
es zur Wiederholung des Kreislaufs zurückgeschwemmt wird. Es ist natürlich selbstverständlich,
daß ein gewisser Teil des in den aufsteigenden Wärmeströmungen befindlichen Glases
infolge der Zugwirkung der Wanne nach vorn an der Oberfläche des Bades und über
die Elektroden 62 hinweg gezogen wird, um sich mit der oberen Schicht des geschmolzenen
Glases in der Raffinierzone zu vereinigen. Da dieser vorwärts gezogene Teil infolge
seines Durchganges
durch den heißen Punkt und der dort erfolgten
Widerstandsheizung eine hohe Temperatur hat, erfolgt das Raffinieren des Glases
innerhalb der Raffinierzone schneller. Beim Durchgang der Oberfläche der Raffinierzote
wird das von der Schmelzzone fort vorwärts gezogene geschmolzene Glas durch die
Flammen aus den beiden jenseits den heißen Punktes gelegenen Flammlöchern 57 und
auch durch die von der Wannendecke in der Raffinierzone abwärts gerichtete stralt-Icnde
Wärme zusätzlich erwärmt.
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\701t der Raffinierzone aus setzt das wärmere Glas seinen 1#X'eg längs
der Oberfläche des Bades durch die nicht dargestellte Konditionierzone des Ofens
zum Punkt der Entnahme aus dem Ofen fort. Das von dem Entnahmepunkt zurückkehrende
Glas bewegt sich längs des M7annenbodens und tritt wieder in die Raffinierzoite
ein.
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Da die Raffinierzone und die Schmelzzone der @'@'anne einen gemeinsamen
Boden 51 haben, trifft das in der Raffinierzone zum heißen Punkt fließende Glas
(ausgezogene Striche) auf das in der Schmelzzone zum heißen Punkt fließende Glas
(gestrichelte Pfeile), und die beiden Strömungen verschmelzen in dem heißen Punkt
und werden zwischen den Elektroden 62 nach oben gezogen, uin durch Widerstandsheizung
erwärmt zu «-erden. Somit wird das in der Raffinierzone wieder umgewälzte Glas im
wesentlichen auf die gleiche Temperatur envärmt wie der Teil des Glases, der aus
der Schmelzzone kommend längs der Oberfläche in die Raffinierzone eintritt.
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Eine der wahrscheinlich vorteilhaftesten Anwendungen der Ausführungsform
der Erfindung ergibt sich bei der Herstellung von wärmeabsorbierenden Glassorten,
wie sie bei der Herstellung von Kraftwagenwindschutzscheiben verwendet werden. Diese
Glasart absorhiert strahlende Wärme wegen ihres verhältnismäßig hohen Eisengehaltes
(ungefähr 0,50°/o Fe 203). Wenn das Glas sich in geschmolzenem Zustand in einem
Wannenofen befindet, kann die von der Decke abwärts gerichtete strahlende Wärme
in die unteren Schichten des Glases in der Nähe des Wannenbodens nicht leicht durchdringen.
Beim Schmelzen einer wärmeabsorbierenden Glasart in einer Wanne der in Fig.6 und
7 dargestellten Art und nach den erfindungsmäßigen ATerfahren ist die Temperatursteigerung
der aufsteigenden @\--ärmeströmungen wegen ihrer Widerstandsheizung in ihrem Ausmaß
größer als bei gewöhnlichem Glas.
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Obwohl eine Anzahl Elektroden 62 dargestellt sind, kann das erfindungsgemäße
Verfahren auch mit nur zwei Elektroden befriedigend durchgeführt werden. Beispielsweise
können nur die äußersten Elektroden 63 und 69 in dem Wannenboden vorgesehen werden
und ein elektrischer Strom dazwischen durchgeleitet werden. Oder es können auch
die inneren Elektroden 66 und 67 zur Durchführung der @@%iderstandsheizung verwendet
werden.
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Es ist vorhin erwähnt worden, daß der heiße Punkt der in Fig.6 gezeigten
Wanne wahlweise gegenüber dem dritten Heizflammloch 59 angeordnet werden kann und
daß die Elektroden 62 dann in die «'anno, im wesentlichen mit diesen Flamnilöchern
fluchtend, ,eingesetzt werden. Falls es aber erwünscht sein sollte, den heißen Punkt
gegenüber dem vierten oder vorlet-r_ten Flantinloch, entfernt von (lern Einsatzende.
anzuordnen, so ist es oficnsichtlich, claß die Elektroden 62 dann in einer Oberlinie
gegenüber dem vierten Flainmloch angeordnet werden.