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Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Durchflusses von geschmolzenem
Glas oder ähnlichen Materialien durch eine Brückenwand mit mehreren Durchlässen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln des Durchflusses von schmelzflüssigem
Glas oder ähnlichen Materialien durch eine Vielzahl mehrerer Durchlässe in einer
Brückenwand, die das Schmelzabteil vom Arbeitsabteil trennt, und richtet sich auch
auf eine Vorrichtung zum Regeln dieses Durchflusses.
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Brückenwände mit einem Durchlaß sind die übliche Standardausführung
in der Glasindustrie. In der Vergangenheit hat man versucht, Brückenwände mit mehreren
Durchlässen in Schmelzöfen zu benutzen. Das erwartete Ergebnis einer erhöhten Produktion
konnte jedoch bei den bekannten Ausführungen nicht erreicht werden. Der größte Teil
der Schmelze neigt nämlich dazu, nur an einer Seite des Ofens durch eine Öffnung
auszufließen, während aus der Öffnung auf der gegenüberliegenden Seite nahezu nichts
ausfließt, wodurch sich nur ein vernachlässigbarer Gesamtgewinn der Vorrichtung
erzielen läßt.
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Man hat auch schon versucht, Brückenwände mit mehreren Durchlässen
derart zu konstruieren, daß die verschiedenen Öffnungen selektiv erhitzt werden,
entweder indirekt durch Anwendung einer Flamme auf die Außenoberfläche der Brückenwandöffnung
oder direkt durch die Benutzung von Elektroden, die innerhalb der Durchlässe angebracht
sind, um so ein Regeln des Durchflusses zu erreichen. Man erhielt zwar brauchbare
Ergebnisse, jedoch ist die Durchflußregelung durch eine Mehrzahl von Öffnungen durch
selektive Anwendung von Wärme auf die Öff-
nungen selbst nicht sehr befriedigend.
Wird Wärme auf die Außenoberfläche der Brückenwandung aufgebracht, um Wärmeverluste
durch die Öffnung herabzusetzen, so ist die gesamte Wärmemenge, die das Innere der
Öffnung erreichen kann, auf Grund der niedrigen Wärmeleitfähigkeit und der Dicke
der feuerfesten Brückenwand vernachlässigbar.
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Eine Elektrodenerwärmung ist nicht nur sehr teuer im Einbau, sondern
auch im Betrieb recht kostspielig. Darüber hinaus ist das Erwärmen mittels elektrischen
Stroms dann unbefriedigend, wenn ein Strom völlig der Regelung entglitten ist; zum
Aufrechterhalten eines einmal eingestellten Durchflusses wird dagegen eine brauchbare
Regelung erzielt. Das Elektrodenmaterial, das in den Beheizungseinheiten Verwendung
findet, muß für jede Glaszusammensetzung, die erschmolzen werden soll, sorgfältig
ausgewählt werden, da gewisse Glaszusammensetzungen verschiedene Elektrodenmaterialien
korrosiv an,-reifen und verbrauchen, wodurch sich eine schädliche Folge für das
Glas ergibt. Für jede neue Glaszusammensetzung ist es also häufig notwendig, neue
Elektroden aus einem mit der neuen Zusammensetzung verträglichen Material einzubauen.
Darüber hinaus sind gewisse Glaszusammensetzungen mit nahezu allen bekannten Elektrodenmaterialien
völlig unverträglich.
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Diese Schwierigkeiten sollen erfindungsgemäß nun C C
überwunden
werden und in einfacher und wirtschaftlicher Art die Einstellung des Flusses geschmolzenen
C
Glases durch eine Vielzahl unter der Oberfläche an-,geordneter Öffnungen
in einer Brückenwand mit mehreren Durchlässen eingestellt werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in Abhängigkeit von
der Temperatur der einzelnen durch die Durchlässe hindurchgehenden Glasströme Gasströme
auf Bereiche der Schmelzbadoberfläche oberhalb der Durchlässe gerichtet werden,
so daß der heißeste und aktivste Glasstrom die größte Kühlung erfährt und so ein
gleichmäßiger Durchfluß durch sämtliche Durchlässe erzielt wird.
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Bevorzugt arbeitet man mit einer Vorrichtung zum Regeln des Durchflusses
durch Durchlässe in einer solchen Brückenwand zwischen Schmelzabteil und Arbeitsabteil,
die sich auszeichnet durch eine Vielzahl von Leitungen zur Führung von Kühlgasströmen
in das Arbeitsabteil, die diese Gase in den Bereich der Durchlässe richten, und
durch Regler zum Regeln des Gasdurchsatzes durch die Leitungen und Kühlen im Bereich
eines höher als die übrigen Durchlässe erwärmten Durchlasses und somit zum
Aufrechterhalten
einer gleichmäßigen Strömungsverteilung über die einzelnen Durchlässe.
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Vorzugsweise überwachen wärmeempfindliche Einrichtungen die Temperatur
der Strömung durch die Durchlässe und betätigen die Regler zur Regelung des Durchsatzes
durch die einzelnen Durchlässe.
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Zweckmäßig ist jede Leitung oberhalb des Badspiegels im Arbeitsabteil
angeordnet und liefert einen Gasstrom über ausaewählte Bereiche der Oberfläche des
schmelzflüssigen Materials im Bereich der Durchlässe.
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Durch differenziertes Variieren der Temperatur in der Nähe des Austrittsendes
von bestimmten Durchlässen ist das Regulieren des Flusses geschmolzenen kieselsäurehaltigen
Materials durch eine Vielzahl von Durchlässen durch Veränderung der durch die zwangläufig
vorhandenen Konvektionskraft oder Strömungsrichtung bedingten Durchflußmenge, indem
dichteres und höher viskoses Material als das, welches durch die Öffnungen fließt,
wieder zurück in das heiße Austrittsende bestimmter Durchlässe gerichtet wird.
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Eine beispielsweise Ausführungsforin der Erfindung soll nun an Hand
der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen F i g. 1 einen Längsschnitt
durch einen Glasofen nach der Erfindung zeigt, wobei der Schnitt längs der Mittellinie
einer der Öffnungen geführt ist; F i 2 zeigt einen ebenen Schnitt längs der Linie
2-2 in F i g. 1;
F i g. 3 zeigt schematisch einen Schaltplan für eine
Meßanzeige im Rahmen der Erfindung.
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Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Schmelzofen oder Glasschmelzbehälter
10 mit einem Schmelzabteil 11
und einem Arbeitsabteil 12. Das Schmelzabteil
11 besitzt eine Einführungsöffnung 13 in der Rückwand zum Einführen
des Rohmaterials bzw. des Gemenges. Eine Brückenwand 14 mit mehreren Durchlässen,
die sich quer über den Ofen 10 erstreckt, trennt das Schmelzabteil vom Arbeitsabteil
12. Eine Vielzahl unter der Oberfläche angeordneter Durchlässe 15, 16,
17,
die in der Brückenwandung 14 angeordnet sind, befinden sich dazwischen und stellen
die Verbindung zwischen Schmelz- und Arbeitsabteil her.
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Das Arbeitsabteil ist mit einer Vielzahl von Vorherdöffnungen bzw.
Verbindungsöffnungen versehen, drei solcher Öffnungen 18, 19 und 20 sind
gezeigt. Außerdem sind an der Vorderwand des Arbeitsabteils 12, wie dargestellt,
übliche Beobachtungsöffnungen 21 und 22 vorgesehen. Eine Mehrzahl von Öffnungen
115, 116, 117 sind durch die Vorderwand des Arbeitsabteils oberhalb der Oberfläche
23' des Glases 23 in einer Linie mit den Eintrittsöffnungen
15, 16 und 17 angebracht. Diese Düsen 25, 26 und
27 reichen bis in die Öffnungen 115, 116, 117. Die Düsen
25, 26 und 27 sind jeweils über Ventile 215,
216 und
217 mit einer Sammelleitung 24 mit einem Cleeigneten Gebläse bzw. einer Pumpe
28 verbunden.
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Beim Benutzen von Vielfachöffnungsbrückenwänden wurde gefunden, daß
die mittlere Öffnung unbeschadet vom Zug im Behälter ihren Teilwert des Gesamtdurchflusses
durch die Gesamtbrückenwand beibehält. Das ist darauf zurückzuführen, daß das Glas,
das durch die Mittelöffnung fließt, eine mittlere Temperatur besitzt, die zwischen
den Temperaturen auf den gegenüberliegenden Seiten des Behälters liegt. Die äußeren
Öffnungen an den gegenüberliegenden Seiten des Tanks haben die Neigung, aus dem
Gleichgewicht zu geraten, wenn durch die Öffnung oder die Öffnungen auf der einen
Seite des Behälters ein größerer Anteil des Gesamtstromes hindurchfließt als durch
die Öffnung oder die Öffnungen an der gegenüberliegenden Seite des Behälters. Wenn
die äußeren Öffnungen aus dem Gleichgewicht geraten, wird die Öffnung, durch die
infolge der erhöhten Strömung die größere Menge fließt, heißer, wodurch sich die
Viskosität weiter erniedrigt und ein noch größerer Glasstrom hindurchfließt, so
daß das System noch weiter aus dem Gleichgewicht gebracht wird. Auf der anderen
Seite kühlt sich die Öffnung auf der gegenüberliegenden Seite des Behälters, durch
welche die geringere Menge fließt, ab, und demgemäß wird das Glas in diesem Abschnitt
zähflüssiger. Die Gefahr, daß der Durchfluß noch weiter abfällt, wird hierdurch
vergrößert.
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Es wurden verschiedene Verfahren angewendet, uni die relativen Glasmengen,
die durch jede der äußeren Öffnungen fließen, zu bestimmen.
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Da das Glas in der Schmelzzone heißer als in der Arbeitszone ist,
bilden sich, wenn das Glas durch die Öffnungen fließt, in der Arbeitszone in der
Nähe des Austrittsendes der Öffnungen Bereiche, in denen das Glas heißer ist als
im Durchschnitt. Durch Anbringen eines Paares von Strahlungspyrometern
30 und 32
durch geeignete Öffnungen in den Wänden des Arbeitsabteils
in der Weise, daß sie gegen die Bereiche 31 bzw. 33 gerichtet sind,
die in der Nähe des Ausgangsendes der Durchgänge 15 und 17 liegen,
können die relativen Temperaturen der Oberflächen der Bereiche
31 und 33 abgelesen werden, um so eine praktische Messung der Relativströme
durch die öffnungen 15 und 17 zu erhalten.
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In einer ähnlichen Weise und alternativ können Thermoelemente, die
bei 35, 36 und 37 so angeordnet werden, daß sie in den Öffnungen
15, 16 und 17 in ihrem oberen Teil nahe dem Ausgang oder dem Ende der Arbeitszone
liegen. Beim steigenden Durchfluß durch eine Öffnung an einer Seite des Ofens zeigt
das Thermoelement, das in einer solchen Öffnung angeordnet ist, einen größeren Ausschlag
als das Therinoelement, das in einer gegenüberliegenden öffnung liegt, in der der
Fluß abfällt, wodurch das Hinausgleiten aus dem Gleichgewichtszustand angezeigt
wird.
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Wenn alle Öffnungen einen entsprechenden Verhältniswert des Gesamtflusses
durch die Brückenwand während des Betriebes besitzen, zeigen die Fühl- oder Anzeigeorgane,
wie die Strahlungspyrometer 30, 32
oder Thermoelemente 35, 37, einen
Gleichgewichtszustand an, und es ist keine zusätzliche Kontrolle erforderlich. Sobald
der Strom durch die äußeren Öff-
nungen 15 und 17 das Gleichgewicht
verläßt, wird das durch die Anzeigegeräte angezeigt. Das entsprechende Ventil
215 oder 217 wird entsprechend eingestellt, um ein Kühlmittel beispielsweise
in Form eines Gasstromes aufzublasen, das durch geeignete Düsen durch die zugehörigen
Öffnungen 115 oder 117
einen bestimmten Teil der Arbeitszone in derNachbarschaft
der Öffnung des schneller fließenden Stromes abkühlt.
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Wenn die Öffnungen 15 z. B. einen größeren Durchfluß als die
Öffnung 17 besitzt, wird das Ventil 215
verstellt, um eine Kühlung
in Form eines Luftstromes durch die Düse 25 und die Öffnung 115 und
über die Oberfläche 23' des Glases zu bewirken, das sich in der Läuterungszene
in der Nähe der Durchführung 15
befindet. Die Oberfläche
des geschmolzenen Glases, welches sich in der Arbeitszone befindet, wird innerhalb
der Nachbarschaft der Öffnung 15 gekühlt, und seine Dichte nimmt hierdurch
zu. Infolge ihrer größeren Dichte sinken diese Glasmassen nach unten und strömen
zurück. Hierdurch wird die Bewegung des vorhandenen Konvektionsflusses oder Strömungsbildes,
welche durch die Temperaturunterschiede zwischen der Schmelz- und Arbeitszone hervorgerufen
wird, verstärkt, wie das durch die Pfeile a in F i g. 1
verdeutlicht ist.
Dieses gekühlte Glas ist demzufolge dickflüssiger als das durch die Öffnung von
der Schmelzzone 11 abfließende heiße geschmolzene Glas, das mit dem Pfeil
b bezeichnet ist. Da also dieses kältere Glas wieder zurück auf das Austrittsende
der Öffnung 15 zu fließt, kühlt es das Glas, das durch die Öffnungen zu der
Arbeitszone fließt, ab und verzögert dadurch dessen Durchtritt.
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Besitzt die mittlere Öffnung ständig ihren Anteilswert des Gesamtdurchtlusses,
so ist ein Regelventil und eine Düse für diesen Durchtritt zum Regeln des Flusses
nicht erforderlich. Trotzdem ist es vorteilhaft, auch hier bei hohen Durchflußmengen
die Temperatur in der Arbeitszone zu kontrollieren. Das Zuleitungsrohr 24 kann mit
einer geeicneten Quelle eines unter Druck stehenden Gases verbunden werden. Sollte
eine Erhitzung der Zone erforderlich sein, wird hierzu eine brennbare Mischung verwendet.
Je nach der Zusammensetzung des zu schmelzenden Glases kann mit Hilfe des Anschlusses
24 mit einem oxydierenden, einem reduzierenden oder einem inerten Gas gearbeitet
werden. In den meisten Fällen genügt hierzu die umgebende Luft, und das Zuleitungsrohr
24 kann mit einem Gebläse oder einer Pumpe 28 verbunden werden, die die Luft
ansaugt und zu den verschiedenen Düsen schickt.
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Die Düsen 25, 26 und 27 sind, wie aus der Zeichnung
ersichtlich, so angeordnet, daß das Kühlmittel über die Oberfläche eines bestimmten
Teiles des geschmolzenen Glases, das sich im Läuterungsteil befindet, auf einige
der Öffnungen gerichtet wird. Ob-
gleich diese Düsen in der axialen Richtung
der öffnungen senkrecht nach oben versetzt angeordnet sind, können sie jedoch auch
seitlich versetzt angeordnet sein, etwa innerhalb der Sichtöffnungen 21 und 22,
um so einen Strom des Kühlmittels über die Oberfläche des Glases in der Nähe der
öffnun-en 15 und 17 zu richten. Wahlweise können sie auch durch die
Seitenwände des Arbeitsabteils führen und auf die verschiedenen Öffnungen gerichtet
sein, wie dies bei 39 und 40 gezeigt ist. Es wurde festgestellt, daß bei
Anwendung einer Kühlluftmenge von 0,275 bis 1,35 M2/Min mit Zimmertemperatur
eine aus dem Gleichgewicht gekommene Öffnung innerhalb von 10 Minuten wieder
in das Gleichgewicht gebracht werden kann.
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Die Regelventile 215 und 217 können von Hand eingestellt
werden. Dies erfolgt auf Grund der das gestörte Gleichgewicht anzeigenden Geräte,
wie z. B. des Strahlungspyrometers 30, 32 oder der Thermoelemente
35, 37. Ebenso können die Ventile 215 und 217 automatisch verstellt
werden durch Impulse, die von den Anzeigegeräten gegeben werden.
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F i g. 3 ist eine schematische Wiedergabe eines automatischen
Regelsystems. Ein Paar Fühler oder Anzeiger 30', 32', die zu Strahlungspyrometern
oder Thermoelementen aehören, werden, wie sie in F i g. 2 gezeigt sind, durch
Kabel 41, 42 mit einem geeigneten Anzeigegerät 43, dessen Nullpunkt in der Mitte
liegt, in einer solchen Weise verbunden, daß deutlich die Differenzen in der Temperatur
zwischen den äußeren Öffnungen gemessen werden. Ein Paar elektrisch verstellbarer
Regelventile 215' und 217' werden mit dem Ausgang des Anzeigegerätes
43 mit Hilfe der Kabel 44 und 45 verbunden.
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Wenn zum Beispiel das Fühlorgan 30' zum Messen der Temperatur in der
Öffnung 15 und das Fühlorgan 32' zum Messen der Temperatur in der
Öffnung 17
eingestellt ist, wird der Zeiger des Gerätes 43 nach links bewegt,
wenn der Strom durch die außenliegenden Öffnungen aus dem Gleichgewicht gerät und
infolgedessen ein größerer Glasstrom durch die öffnung 15 fließt. Während
dieser Zeit zeigt das Fühlorgan 30' die Temperaturerhöhung in der Öffnung
15
an, die durch eine derartige Erhöhung des Durchflusses hervorgerufen wird.
Außerdem wird das Ventil 215' automatisch vom Anzeigegerät aus über einen
nicht dargestellten Verstärker, der einen Teil des Anzeigegerätes 43 bildet, geöffnet.
Durch diese Steuerung tritt ein Strom des Kühlmediums durch die öffnung
115, um so einen Teil der Arbeitszone in der Nachbarschaft der Öffnung
15 abzukühlen, so daß der Durchfluß durch die Öffnung 15 verringert
und so das Verhältnis des Durchtlusses durch die verschiedenen Öffnungen geregelt
wird.
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Wenn die Öffnung 17 heißer wird und eine größere Menge Glas
hindurchströmt als durch die Öffnung 15,
wird der Zeiger auf die rechte Seite
des Anzeige-"erätes a wandern und das Ventil 217' öffnen, so daß die Läuterungszone
in der Nachbarschaft der Öffnung C
17 gekühlt wird.