DE1421733A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Glasschmelzen - Google Patents

Description

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H. SEILER, ü. PFENNING H. STEHMANN D1PLOM-INQENIEURE D I P L O M - 1 N G E N 1 E U R

berlin-qrunewaldPATENT ANW ALTE Nürnberg 2

L Y N A R ST R A S S E 1 E S S E N W E I N S T R. 4-β TELEFON: 97 67 28 und 97 67 81 TELEFON: 2Ο3727 TELEGRAMM-ADRESSEi SEILWEHRPATENT TELEGRAMM-ADRESSEr STEHPATENT

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BERLINER BAMK A.-G.. BERLIN-HA .ENSEE DEUTSCHE BANK A.G. NÜRNBERG Nr. 1434 DEP.-KASSE 3ß. GIROKONTO NR. 97 256 VOLKSBANK FÜRTH/BAY., KONTO-Nr. 4634 POSTSCHECK-KONTO ι BERLlN-W 5938 POSTSCHECK-KONTO: NÜRNBERG 87OS1

Berlin, den 16_β Oktober 1962 ί }Τ Pf(Di)Bu ^{4 1}^ **

Libbej-Owens~Ford_Glass_Comgany_A Toledo/Ohio

¹¹ Verfahren und Vorrichtung zum Glasschmelzen "

Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden US-Patentanmeldung Serial No. 145,250 vom 16„ Oktober 1961 in Anspruch genommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein das Glasschmelzen und insbesondere ein neues, verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung, uai die zur Glasherstellung benötigten Rohstoffe einzuschmelzen.

In einem allgemein bekannten, fortlaufend durchgeführten Verfahren zur Glasherstellung wird die zubehandelnde Charge oder das Rohmaterial auf der einen Seite eines Ofens der Wannenbauart eingeführt und während des Durchlaufes durch den Ofen allmählich geschmolzen und geläutert, um an dem gegenüberliegenden Ofenausgang als fertig geschmolzenes Glas entnommen ^ zu werden. Die zum Schmelzen benötigte Wärme wird in Form von cd Flammen oder Verbrennungsgasen auf die Oberfläche des Rohmaterials durch Schlitze in der Ofenwand, die sich in eine §

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^ Schnelzkamner des Ofens öffnen, geleitet, d,h„ die Wärme ge- g

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as langt in den Raum oberhalb des Spiegels der Glasobei flache

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Im aligemeinen werden vier bis sechs Schlitze in Abständen über die Länge jeder der beiden gegenüberliegenden Seiten eines üblichen Wannenschmelzofens verteilt angeordnet.

Dadurch, daß das bchmelzbad der Wanne des Schmelzofens fortlaufend entnommen wird, ergibt sich eine natürliche Strömung dieses Schmelzbades in Richtung auf das Entnahmeende des Schmelzofens. Man weiß ferner, daß zusätzlich zu dieser natürlichen Strömung noch verschiedene andere Strömungen innerhalb der Glasschmelze auftreten,wie z.B„ thermische oder Konvektions strömungen, die sich aus den ungleichen Temperaturen innerhalb des Schmelzbades ergeben. Die letztgenannten Strömungen unterstützen den Sciimelzprozess des durch den Ofeneingang in die Wanne eingebrachten Rohmaterials, weil sie für eine ständige Kreisströmung innerhalb des Schmelzbades unterhalb des verhältnismäßig kühlen, auf der Schmelze schwimmenden Rohmaterials erzeugen, wodurch dieses Rohmaterial erhitzt wird und diese Hitze zusätzlich zu der durch die Schlitze in der Ofenwand aufgebrachte Wärme wirkt.

Es ist selbstverständlich für jedes Glasherstellungsverfahren wesentlich, daß das Rohmaterial, bevor es der kntnahmeöffnung des Ofens entnommen wird, vollständig geschmolzen ist. Eine der wesentlichsten Maßnahmen, die dazu beiträgt, das Durchlaufei von ungeschmolzenem oder nicht geläutertem Material zu der Entnahme-Öffnung des SchnrLzofens zu verhindern und dadurch cm die Herstellung einer Schmelzmasse von gleichmäßiger Beschaf^c fenheit zu gewährleisten, besteht in einer äußerst genauen < Steuerung der Konvektionsströmungen innerhalb der Glasschmelze. ~

cn Obwohl derartige Konvektionsströmungen innerhalb der Glasen
schmelze im allgemeinen schwach ausgebildet sind, tragen sie

doch wesentlich zu einem ständigen Umrühren des Schmelzbades und damit zur Homogänität der Schmelzmasse bei und außerdem bewirken sie, daß ingeschmolzenes Rohmaterial sowie nicht geläutertes Material in der Schmelzkammer des Ofens zurückgehalten wird.

Im einzelnen ergeben sich folgende Erwärmungs- und Strömungsverhältnisse: Wenn das Rohmaterial in die Beschickungsöffnung des Ofens gegeben wird, so wird das sich bereits in der Schmelze des Ofens befindende geschmolzene Glas durch das verhältnismäßig kühle Rohmaterial abgekühlt und es ergibt sich ein in Längsrichtung des Ofens vorlaufender Temperaurgradient, dessen Zone der höchsten Temperatur, wie festgestellt wurde, sich ungefähr im Bereich des dritten Schlitzes oder Tores eines üblicherweise verwendeten fünfschlitzigen Schmelzofens befindet« So hat man festgestellt, daß die Temperatur auf der rückwärtigen oder Beschickungsseite eines Schmelzofens und auch an der Vorder- oder Entnahmeseite des Ofens niedriger ist, als die Temperatur an der Stelle oder in dem Bereich des dritten Schlitzes. Da sich das Glas in dieser Zone auf der höchsten Temperatur befindet, dehnt es sich dort auch am stärksten aus und hat dort eine geringere Dicke als das Glas in den Zonen auf beiden Seiten dieses Bereiches der höchsten Temperatur. Da außerdem thermische Strömungen von der verhältnismäßig heissen Zone zu den verhälnismäßig kühleren Zonen gerichtet sind, strömet die Glasschmelze von der heißeren Zone, in der sie sich am stärksten ausgedehnt hat, zu den kälteren Zonen, in denen sie weniger stark ausgedehnt ist, gewissermaßen bergab. Die relativ heiße Zone, die auch oft als heißer Punkt bezeichnet wird, kann auch als Quelle bezeichnet werden, weil dort die Schmelze aufwallt

oder aufsprudelt. BAD ORIGINAL

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Das geschmolzene Glas strömt tatsächlich bergab. Daß eine wirkliche Strömung von dem heißen Fleck weg und zu dem heißen Fleck besteht, kann leicht dadurch nachgewiesen werden, daß Silikasteinstücke auf die Oberfläche der Glasschmelze gebracht werden. Man kann dann festeilen, daß sich diese Glasstücke in Richtung auf die Rückseite des Ofens bewegen, wenn sie jenseits des heißen Fleckes oder stromaufwärts liegen und daß sie sich auf das vordere Ende des Ofens zubewegen, wenn sie vor dem heißen Fleck oder stromabwärts liegen. Dieser Längsbewegung ist noch eine weitere Seitenbewegung überlagert, die man daran erkennt, daß sich die Stücke der Kieselerde in Richtung auf die Seitenwände der Schmelzwanne hin bewegen. Diese Seitenbewegung hat die Ursache darin, daß die Glasschmelze an den Seiten der Schmelzwanne kühler ist als in der Mitte dieser Schmelzwanne. Diese Erscheinungen machen es deutlich, daß thermische Strömungen bestehen und daß die Glasschmelze innerhalb des Schmelzofens in bestimmten Zonen in ständiger Bewegung begriffen ist. Es ist selbstverständlich, daß derartige thermische Strömungen und ihre Wirkung, darin besteht, einen nach rückwärts gerichteten Strom innerhalb der Oberflächenschicht der Glasschmelze von dem heißen Fleck zu» rückwärtigen Ende des Ofens verläuft, von größter Bedeutung für die Wäraeverteilung auf das Rohmaterial sind. Durch diese verschiedenen^ Strömungen wird die Schmelzleistung des Ofens beträchtlich vergrößert und es wird ferner dafür gesorgt, daß nichtgeschmolze-

«~ nes Rohmaterial und nichtgeläutertes Material nicht die

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T" Schmelzwanne hinabfließt und an die Entnahmeöffnung des Ofens <

^gelangt. g

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cn Es ist deshalb ein sehr bedeutsames Ziel der vorliegenden ο

Erfindung, die Zirkulation der Glasschmelze in der Wanne des

Schmelzofens zu verstärken und genauestens zu steuern, um so einmal ein homogeneres Glas zu erzeugen und zum anderen die Schmelzleistung des Ofens zu vergrößern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Wanderung des nichtgeschmolzenen oder niehtgeläuterten Glases in Richtnng auf die Auslaßöffnung des Ofens dadurch zu verzögern, daß die Konvektionsströmung innerhalb der geschmolzenen Glasmasse, die in derselben umlaufen, besser gesteuert werden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die genannten Ziele durch eine Steuerung des sich in Längsrichtung des Schmelzofens erstreckenden Temperaturgradienten zu erreichen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in einer Steuerung des Temperaturgradienten in dem Sinne, daß die Temperaturen der Schmelze in bestimmten Ofenzonen verringert werden«

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Lösung der angegebenen Aufgaben durch die Anordnung von Kühlelementen innerhalb des Schmelzbades.

Außerdem wird durch die vorliegende Erfindung noch die Aufgabe geSst', nichtgeschmolzenes Rohmaterial auf mechanischem Wege davon abzuhalten, aus der Scmmelzkammer des Ofens auszutreten und an die Entnahmeseite des Schmelzofens zu gelangen«,

Die Erfindung umfaßt auch die neuartige Gestaltung der Kühlelemente, die erfindungsgemäß nicht nur der Kühlung bestimmter

_o Zonen des Schmelzbades dienen, sondern die darüber hinaus als

cn Schranke oder Gitter wirken, durch die größere Klumpen nicht

gewdhmolzenen Rohmaterials zurückgehalten werden, sodaß sie

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die SchmelzkaniBier des Ofens nicht verlassen können.

In der ^eichnunt bedeutet:

Fig.l) einen durch die Mittellinie einer Schmelzkaramer verlaufenden teilweisen Längsschnitt, der die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung zeigt:

Fig.2) einen teilweisen Schnitt der Draufsicht auf die Schmelzwanne,

Fig.3) einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 nach Fig. 2) und

Fig_e4) einen Teilschnitt eines der erfindungsgemäßen Kühlelemente*

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Glasherstellung in einem fortlaufenden Wannenofen vorgesehen, wobei dieser Ofen ein Schmelzbad aus geschmolzenem Glas enthalt und dieses Schmelzbad so erhitzt wird, daß sich innerhalb dieses Schmelzbades thermische, umlaufende Strömungen ausbilden. Erfindungsgemäß werden diese thermischen Strömungen gesteuert und verstärkt, um so das Schmelzbad umzurühren und die Wärme innerhalb desselben gleichmäßig zu verteilen und schließlich ein gleichmäßigeres Schmelzbad zu erzielen.

Die Erfindung betrifft ferner einen ununterbrochenen Wannen-Schmelzofen, der Schmelz- and Lauterkammerη enthält, in denen sich ein Bad aus geschmolzenem Glas befindet, und der Heizelemente aufweist, durch die Wärme in den Ofen geleitet wird, »- um dort thermische Strömungen innerhalb des Schmelzbades zu '

*- erzielen, fcrfindungsgemäß sind Wärme absorbierende Elemente ο

"**»· in bestimmten Zonen in das Schmelzbad eingetaucht, die dem ^ Schmelzbad Wärme entziehen und dadurch die genannten thermi-ο sehen Strömungen beschleunigen.

In den Fig. 1) und 2) der Zeichnungen ist zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels ein Abschnitt eines durchlaufenden Wannen- Schmelzofens dargestellt, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert. Schmelzofen dieser Art enthalten üblicherweise eine längliche Wanne 11, die das Bad 12 aus geschmolzenem Glas enthält und durch eine Decke oder ein Dach 13 abgedeckt wird_c Ferner sind Seitenwände 14 und Stirnwände 15 sowie ein Boden 16 vorhanden, die sämtlich aus eine» geeigneten feuerfesten Material hergestellt sind. Die Charge oder das Rohmaterial wird an dem Beschickungsende 17 des Ofens durch eine kleine Vorkammer 18, die häufig auch als "Hundehütte" bezeichnet wird, mittels einer hier nicht dargestellten Beschickungseinrichtung in den Schmelzofen eingeführt und in der Schmelzkammer 19 in den flüssigen Zustand überführt. Von dort strömt die Schmelze in eine Läuterkammer 20 und wird anschließend von dem gegenüberliegenden oder Entnahmeende 21 des Schmelzofens als gleichmäßig erschmolzenes Material entnommen. Obgleich die Schmelzkammer 19 hier als Schmelzkaamer bezeichnet worden ist, spielt sich doch ein Teil des Läuterungs Prozesses in derselben ab.

Nachdem die Charge in die Schmelzwanne 11 eingebracht worden ist, fließt sie auf dem Schmelzbad 12 schwimmend durch die Schmelzkammer 19_o Die Wärme für die Reduktion des Rohmaterials zu geschmolzenem Glas wird innerhalb der Schmelzkammer durch geeignete Elemente wie z.B. hier nicht dargestellte Regeneratoren erzeugt, die heiße Gase durch die Tore 22 bis 26, die ^ sich zur Schmelzwanne hin öffnen, auf den Obaflächenspiegel S?

cd

cd der Schmelze 12 von beiden gegenüberliegenden Seiten des

cn Schmelzofens leiten. Wie bereits erwähnt, sind die Tore 22 ο

bis 26 auf beiden Seitenwänden der Schmelzwanne mit Abständen

hintereinander angeordnet, wobei in jeder Seitenwand des Ofens der beschriebenen Bauart üblicherweise fünf.derartiger Tore vorgesehen sind. Das Tor 22, das der Hundehütte 17 am nächsten liegt, wird als das erste Tor und die übigen Tore 23 bis 26 in ähnlicher Weise als das zweite bis fünfte Tor je nach ihrer Aufeinanderfolge bezeichnet.

Wird die verhälnisraäßig kalte rohe Charge durch die Beschickungsöffnung 17' in den Ofen 10 eingebracht, so bilden sich in dem Schmelzbad 11 verschiedene Temperaturen auf der Länge des Ofens 10 innerhalb des Schmelzbades 11 aus und es entsteht ein sogen, heißer Fleck A bzw· eine Zone der Höchsttemperatur, die sich ungefähr an der Stelle des dritten Tores 24 befindet und sich praktisch über die gesamte Ofenbreite erstreckt. Infolge dieses Temperaturunterschiedes und der daraus folgenden unterschiedlichen Dichte des Schmelzba'des 11 bilden sich thermische oder Konvektionsströmungen innerhalb des Schmelzbades aus, die zur Folge haben, daß dieses Schmelzbad entgegen dem Uhrzeigersinne kreist ( wenn der Betrachter so vor dem Schmelzofen steht, daß die Hundehütte zu seiner linken Hand liegt ), und zwar auf der Seite des heißen Flecks A , auf der sich die Beschickungsöffnung des Schmelzofens befindet. Dieser eben erwähnte thermische Strömungskreislauf ist in Fig. 1) mit gestrichelten Pfeilen eingezeichnet. In der Läuterkammer 20 entsteht dagegen eine _v KreisströmungK im Uhrzeigersinne, die auf der gegenüberliegenden Seite des heißen Fleckes liegt, wie in der Fig.l) durch ausge-,__ zogene Pfeile angegeben ist. In dem heißen Fleck A selbst

«-■ strömt die Schmelze 12 aufwärts' und bildet so eine Quelle· Da

"n* sich das Glas weiterhin an diesem heißen Fleck am stärksten aus-S* gedehnt hat, hat die Oberfläche des Schmelzbades dort insgesamt

_o die Form eines Walles oder Hügels, der nach den gegenüberliegenden ^{8AD 0}RJG¹MAL · - Q -

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Seiten also in Richtung auf die Schmelshammer 19 bzw. in dichtung auf die Läuterkammer 20 abfällt.

Wie aus Fig.l) hervorgeht, ist die obere Strömungsschicht des Schmelzbades 12 unter dem Einfluß der themisehen Strömungen so ausgebildet, daß sie von dem heißen Fleck A vorwärts und rückwärts zu den verhältnismäßig kühleren Zonen der Schmelz- und der Läuterka«;mern fließt. Es ist leicht einzusehen, daß die thermischen Strömungen innerhalb des Schmelzbades aus diesem Grunde die Tendenz haben, außer ö.em Umrühren desselben auch kleinere Teilchen nicht geschmolzene« Rohmaterials und ungeläuterter Glasschmelze, die sich auf der Oberfläche des Schmelzbadfcs als Schaum anfinden, nach rückwärts zu befördern und diese solange innerhalb der Zone zwischen dem dritten Tor 2o und der Beschickungsöffnung 1? des Ofens zurückzuhalten , bis sie vollständig geschmolzen und geläutert sind, Es kann jedoch gelegentlich vorkommen, daß die Konvektionsströmungen nicht kräftig genug sind₅ um ausreichende Kreisströmungen der erwähnten Art innerhalb der Schmelz zu erzielen. Dieser Alangel hat dann zur Folge, daß ungeschmolzenes Rohmaterial und nicht geläutertes Glas an dem dritten Tor 24 oder dem Heißen Fleck A vorbeigelangt und infolgedessen als Fehlerstelle in dem fertigen Glas auftritt.

Um diese Schwierigkeiten zu meistern iif?c; gleichzeitig die Schmeizleistung des Schmelzofens zu steigern und ein fertig geschmolzenes Glas verbesserter Qualität zu erzeugen, werden Γ" gemäß der vorliegenden Erfindung die thermischen oder !Convokes tiensströmungen innerhalb des Schmelzbares verstärkt und genaue to gesteurt, eodaß die Kreisströmungen innerhalb des Schmelzbades

beschleunigt werden. Durch die so erzeugte Verstärkung der

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wird nicht nur mehr Wärme an das in die Schmelzwanne eingebrachte Rohmaterial abgegeben, sondern das Schmelzbad wird auch besser umgerührt und so eine gleichmäßigere Schmelzmasse erzeugt, Zusätzlich werden ungeschmolzene Chargenteile und Schaum schneller rückwärts zu dem Beschickungsende des Ofens hin befördert und so daran gehindert, über den heißen FleckA hinaus in die Läuterkammer 20 der Schmeizwanne Il zu gelangen«

Wie bereits erwähnt wurde, ist die Dichte Äes Glases seiner Temperatur proportional und auch diesem Grunde hängen die thermischen Strömungen innerhalb des Schmelzbades von dessen Temperatur ab. In einem fünftorigen Schmelzofen der üblichen Bauart steigt die Temperatur des Schmelzbades von dem Beschickug ende des Schmelzofens bis zum heißen Fleck an und sinkt danach in Richtung auf die Läuterkammer wieder ab. Die in dem Schmelzbad vorhandenen Temperaturunterschiede hängen zum Teil auch von der Art und Weise der Beheizung dieses Schmelzofens ab. Wie vorstehend beechrieben wurde, sind in einem üblichen Zusammenhängenden Wannen-Schmelzofen die Flammen quer durch den Ofen von den Toren 22 bis 26, die sich in den gegenüberliegenden Seitenwänden 14 befinden, gerichtet. Das Ergebnis ist die Ausbildung einer quergerichteten Glühzone innerhalb des Daches 13, die sich ungefähr an der Stelle des dritten Tores 24 über die gesamte Breite der Schmelzwanne erstreckt. Diese hochglühende Zone des Daches 13 strahlt die Wärme nach unten in

das Schmelzbad ab und dies hat wiederum die Auswirkung, dass «- in dieser Zone gleichzeitig aufwärts gerichtete, gegenüberlle-

*~ gende thermische Strömungen in der Schmelze entstehen, die den ο

^ heißen Fleck A bilden.

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cn Wie bereits erwähnt, dehnt sich das Schmelzbad 12, da es an

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dem heißen Punkt A am stärksten erwärmt wird, aus und hat dort

in

eine geringere Dichte als fHen Zonen auf beiden Seiten desselben. Aus diesem Grunde hat das geschmolzene Bad 12 die Tendenz, von dem heißen Fleck A zu den kühleren Zonen des Ofens "bergab" fließen, wie dies in Fig« I durch Pfeile angedeutet worden ist* In der Schmelzkammer 9,in der sich das verhältnismäßig heißere Schmelzbad befindet, strömt dieses unter dem Einfluß der thermischen Strömungen aufwärts und nähert sich der Oberfläche, wo es mehr Strahlungswärme aus dem heißen Dach 13, das sich unmittelbar aberhalb des heißen Fleckes A befindet, aufnimmt und während die Schmelze die Oberfläche erreicht sowie durch die thermischen Strömungen auf die Hundehütte 18 zu bewegt wird, wird sie zusätzlich durch die aus den Toren 22 bis 24 tretenden Flammen erhitzt. Wenn das Schmelzbad denjenigen Teil des Rohmaterials ber-'ührt, der sich unterhalb der Oberfläche des Bades befindet, wird dieses durch die Strömungen bewegte Bad abgekühlt, weil ihr eine gewisse Wärmemenge zum Aufschmelzen des Rohmaterials entzogen wird. Nach dieser Abkühlung werden die thermischen Strömungen nach unten auf den Boden 16 der Wanne 11 umgelenkt und laufen, durch die natürliche Strömung des Schmelzbades unterstützt an dem Boden der Wanne auf den heißen Fleck A zu. Nachdem das in Strömung begriffene Schmelzbad 12 den heißen Fleck A erreicht hat, wird es wieder nach oben umgelenkt uhd bewegt sich anschließend, wie bereits beschildert, in Richtung auf die Hundehütte 18 zu, um den geschilderten Kreislauf erneut zu wiederholen. Selbstverständlich wird infolge der natürlichen Strömung des Schmelzbades innerhalb der Wanne 11,ein Teil desselben inie&ge der aufwärts gerichteten thermischen Strömung in die Läuterkammer 20 gezogen und so auf den Ausgang 21

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der Wanne 11 zu bewegt. Der in einem Schmelzofen der üblichen Bauart auftretende Temperaturverlauf innerhalb des Schmelzbades 12 kann durch eine Kurve 27, die hier gestrichelt eingezeichnet wurde, wiedergegeben werden. Gemäß dieser Kurve 27 nimmt der Temperaturgradient von dem Beschickungsende der Wanne 11 bis zu einem Punkt B, der ungefähr in der Mitte des dritten Tores 24 liegt, stetig zu. Von diesem Punkt B an wölbt sich die Kurve 27 in einem etwas sanfteren Bogen, der bis zu einem Punkt C auf der strömt)warts liegenden Seite dee vierten Tores 25 reicht,und von da ab fällt sie stetig bis zur Läuterkammer 20 ab. Man erkennt ohne weiteres, daß sich die Temperatur-Gradientenkurve 27 in dem Bereich des Hügels, der sich an der Oberfläche des Schmelzbades befindet, abflacht oder streckt und daß in diesem Bereich nur sehr geringe Temperaturänderungen und demzufolge auch nur geringe Änderungen der Dichte des Schmelzbades auftreten. Es handelt sich dabei, wie bereits erwähnt, um den Bereich, der zwischen dem Punkt B in der Mitte des dritten Tores 24 und dem Punkt C auf der stromabwärts liegenden Seite des vierten Tores liegt. Da sich die Strömung an der oberen Oberfläche des Schmelzbades 12 als Ergebnis der hügelabwärts gerichteten Strömung von dem heißen Fleck A zum Beschickungeende 17 hin ausgebildet hat, folgt, daß die Strömungsgeschwindigkeit umso größer wird, je stärker die Dichtigkeitsänderung der Glasschmelze pro Längeneinheit auf der Strecke zwischen dem heißen Fleck A und dem Beschikkungsende 17 ist. Aufgrund dieser Überlegungen schließt das *"" erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der thermischen < ^ Strömung vor allem auch die Steuerung der Temperatur in der £? cd kritischen Zone in der Nachbarschaft des heißen Fleckes ein. _Q co Das bedeutet praktisch, daß die Neigung der Kurve 27, die

*Ξ den Temperaturgradienten wiedergibt, so gesteuert wird, daß

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aie eine größere Temperatur- und Dichte-Änderung anzeigt, die wiederum eine größere Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze zur Folge hat.

Die Steuerung des Temperaturgradienten und damit der Konvektionsstrcnungen wird gemäß der Erfindung.; auf neue Art und Weise dadurch erzielt, daß die Wärme aus bestimmter* Zonen der Schmelze abgeführt wird, um die Temperaturä^ü*:";mg pro Länge der Schmelze mindestens in dem Bereich neber ,tem heißen Fleck zu vergrößern. Der genaue Vorgang, der sich zufolge der vorliegenden Erfindung einstellt_s kann noch rächt restlos erklärt werden, aber man darf annehmen, daß eine stärkeres Dichteänderung pro Längeneinheit des Schnielzbaäes erzeugt wird_t die ihrerseits die thermischen Strömungen bes ';b3.*u*iiKt■, so daß diese das heißere Schmelzbad mit größerer Geschwindigkeit zu dem Rohmaterial treiben, woraus sich eine Vergrößerung der Schmelzleistung des Ofens ergibt, ohne daß susät'/Iiehs Wärme in diese» Schmelzofen eingeführt werden muß» Die beschleunigten thermischen Strömungen haben zusätzlich «och üe wirkung, daß sie das Schmelzbad umrühren und den Schaum auf der Oberfläche des Schmelzbades kräftiger zu dem Beschickuiigsende des Ofens hin zurückschieben, so daß ein gleichmäßigeres und fehlerfreies Glas erzeugt wird.

Diejenigen Zonen des Schmelzbades 12, denen Wärme entzogen wird, kennen selbstverständlich verschieden gelegen sein, je nachdem «eiche Abänderung des Temperaturgradienten in Längsrichtung des Schmelzbades gewünscht wird» Im allgemeinen werden diese Zonen der Wärmeabfuhr in verhältnismäßig groÄer Nähe <

_o des heißen Fleckes A liegen. So hat maii z.B. besonders hervor- S oo cn ragende Ergebnisse dann erzielt, wenn die Wärme aus einer

Zone abgeführt wurde, die den heißen Fleck A selbst enthielt.

Diese Zone erstreckt sich praktisch quer über die gesamte Breite der SchrieIzwanne. Es wurde jedoch auch festgestellt, daß der gewünschte Temperaturgradient des Schmelzbades dadurch erzielt werden kann, daß die Wärme an einer Steile entzogen wird, die etwas stromaufwärts von dem heißen Fleck A liegt.

Es soll jetzt noch einmal die beobachtete Wirkung der Wärmeabfuhr wie sie bereits vorstehend beschrieben worden ist, anhand aer in Fig.l dargestellten Kurve 29 ( ausgezogene Linie) dargelegt werden. Wie aus dieser Kurve hervorgeht, wird eine größere Temperatürdifferenz pro Längeneinheit innerhalb des Schmelzbades in der Nähe des heißen Flecks A erzeugt, wie aus der Tatsache hervorgeht, daß die Kurve 29, die den erfindungs» gemäß abgewandelten Temperaturgradienten des Schmelzbades darstellt, einen steileren Verlauf hat, als die Kurve 27, die den Temperaturgradienten des Schmelzbades eines üblichen Schmelzofens wiedergibt,, Wie aus Fig. 1 hervorgeht, steigt die Temperatur des Schmelzbades 12 von dem Beschickungsende 17 der Wanne 11 bis zum heißen Fleck A stetig an und sinkt anschließend stromabwärts von diesem heißen Fleck A bis zur Läuterkammer 20 stetig ab. Außerdem wurde, wie durch die Kurve 29 dargestellt wird, festgestellt, daß einige Erscheinungen, die nicht vollständig erklärt werden können, die Wirkung habei, daß die Höchsttemperatur des Schmelzbades 12 in dem heißen Fleck A höher ist als die Höchsttemperatur gemäß der «~ Kurve 27. Es kann hier nur aufgrund von Vermutungen empirisch *~ festgestellt werden, daß vielleicht die beschleunigten ther-

^ mischen Strömungen,die erfindungsgemäß erzeugt werden,

oo heißeren f'leck mit geringerer Flächenausdehnung und konzen-

ο trierterer Wärme erzeugen. Mit anderen Worten, es wird die

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Hitze, die in einem üblichen Schmelzofen benötigt wird, um die Temperaturen gemäß der Kurve 27 zwischen den Punkten B und C zu erhalten, anders verteilt, woraus sich niedrigerer Temperaturen in der Nachbarschaft des Punktes C und höhere Temperaturen in dem heißen Fleck A ergeben·

In dem hier geschilderten Ausführun^sbeispiel wird die Wärmeabfuhr aus dem Schmelzbad mittels der Kühlelemente 28 bewirkt, die in das Schmelzbad 12 eintauchen. Diese Elemente 28 sind an den gewünschten Stellen, wie vorstehend besehrieben, angeordnet und erstrecken sich durch die Wände oder den Boden der Schmelzwanne hindurch, so daß sie die aus dem Schmelzbad aufgenommene Wärme aus dem Inneren der Schmelzwanne herausleiten. Die Elemente 28 enthalten Rohrleitungen, durch die eine Flüßigkeit geführt wird, die geeignet ist, während des Hindurchführen* durch diese Rohre, die in das Schmelzbad eintauchen, Wärme aufzunehmen, und diese außerhalb der Schmelzwanne abzugeben.

Die Kühlelemente 28 bilden gemäß der Erfindung Rohre, die längs einer gemeinsamen Achse in das Schmelzbad ragen und so angeordnet sind, daß der zwischen ihnen befindliche freie Raum von einem Wärme aufnehmenden Medium durchströmt werden kann, dab in das eine Ende des Durchlasses der Rohre eingeführt und an dem gegenüberliegende Ende des Durchlasses herausgeführt wird.

Jedes der hier als Ausführungsbeispiel gezeigten Elemente 28 besteht, wie aus Fig. 4 am deutlichsten hervorgeht, aus zwei derartiger Rohre 30 und 31, die einen inneren und einen äußeren Durchgang 32 und 33, die konzentrisch zueinander liegen, fce grenzen. Ein Ende des imeren Rohres 30 bildet die Einlaßöffnung 34, für den inneren Durchlaß, die mit einer Versorgungsleitung,

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die das Wärme abführende Medium, z.B_e Wasser oder dergleichen liefert, verbunden ist» Das benachbarte Ende des äußeren Rohres 31 ist mit einer Rohrverzweigung 35 verbunden, die die Auslaßöffnun^ 36 für den äußeren Durchlaß 33 enthält, durch den die Flüssigkeit, nachdem sie dem Schmelzbad Wärme entzogen hat, abgeleitet wird. Das gegenüberliegende Ende des äußeren Rohres 31 wird durch eine Scheibe 37 verschlossen, die z.B. durch Schweißen an diesem Rohr befestigt sein kann und die die Durchgänge 32 und 33 gegen das Schmelzbad 12 in das die Rohre eintauchen, abschließt« Das innere Rohr 30 endet in der Nähe der Verschlußscheibe 37, jedoch mit einem bestimmten Abstand vor derselben, sodaß ein Ringspalt 38 gebildet wird, der den inneren und den äußeren Durchgang miteinander verbindete Die Wärme aufnehmende Flüssigkeit, die durch die Einlaßöffnung 34 in das Innere des Rohres eintritt, strömt in einer Richtung durch den inneren Durchgang 32, passiert anschliessend den Ringspalt 38 und gelangt danach in den ausseren Durchgang 33 längs dessen die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung zu der Strömung in den inneren Durchgang 32 zu der Auslaßöffnunj 36 hin fließt. Während des Durchlaufes durch die Burchlässe 32 und 33 nimmt die Flüssigkeit Wärme aus der die Rohre umgebenden Schmelze auf und trägt diese aus der Schmelzwärme 11 hinaus.

Geaäfi der Erfindung kann die Anzahl der Kühleleeente variiert werden und die Kühleleeente können in irgendeine« beliebigen Winkel durch die Veitenwände 14 und den Boden 16 in da· Schmelzbad ragen. Maßgebend für die Anzahl und Lag« der Kühleleaente ist lddiglich das zu erreichende, gewünschte Endergebnis. - 17 -

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Wie aus den Fig«, 2 und 3 hervorgeht, werden in den hier erläuterten Ausführungsbeispiel Kühlelemente verwendet, die längs einer Linie quer über die Wanne 11 angeordnet sind. Die Elemente 28 ragen durch den Boden 16 der Schmelzwanne 11 parallel zueinander senkrecht nach oben in das Schmelzbad 12 hinein. Man erkennt ohne weiteres, daß die Wärmemenge, die dem Schmelzbad entzogen werden kann, in höchstem Maße davon abhängt, wie groß der Anteil der Schmelzbades ist, dir zwischen den Wärmeelementen 28 hindurchströmt. Die Wärmeabfuhr kann so in weitem Bereich durch Wahl der Anzahl und Anordnung der Kühleleraente in einem verhältnismäßig großem Bereich geändert werden«.

Während der Glasherstellung in einem zusamirtenhängeneden Wannen-Schmelzofen der beschriebenen Art, schmilzt das eingeführte Rohmaterial, die Charge, nicht gleichzeitig und infolge dessen kann es vorkommen, daß verhältnismäßig große Klumpen 39 von nicht geschmolzenem Rohmaterial durch die natürliche Strömung des Schmelzbades 12 durch die Schmelzkammer 19 in Richtung auf den heißen Fleck A hin getragen werden. Wegen der verhältnismäßig großen Abmessungen und der großen Masse der

Klumpen, hat die rückwärts oder stromaufwärts gerichtete Strömung der oberen Oberfläche des Schmelzbades, die unter dem Einfluß der thermischen Strömungen in der Schmelzkammer auftritt, nur einen sehr geringen Einfluß auf die weitere Bewegung dieser Klumpen. Die Klumpen 39 aus nicht geschmolzene! Rohmaterial gelangen deshalb, wie man beobachten konnte, über den heißen Fleck A hinaus und schwimmen aue der Schmelzkammer 19 in die Läuterkammer 20 der Wanne 11 und verunreinigen so das Schmelzbad in dieser letztgenannten Kammer, wqs zahlreiche Fehler in dem fertigen Glas zur Folge hat«

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Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken werden diese verhältnismäßig großen Klumpen aus ungescumolzenem Rohmaterial auf mechanischem Wege in der S. hmelzkammer 19 der Schmelzwanne zurückgehalten, bis sie genügend abgeschmolzen und verkleinert worden sind, das die thermische Strömung ausreicht, um diese Klumpen stromaufwärts von dem heißen Fleck A hinweg zu befördern Zu diesem Zweck wird eine Schranke oder ein Gitter in der Nähe der oberen Oberfläche des Schmelzbades vorgesehen, das die Schmelzkammer 19 von der Läuterkammer 2o abtrennt und die Klumpen erfaßt, so daß diese nicht über den heißen Fleck A hinausgelangen können.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken können die Funktiohen des Zurückhaltens der Klumpen und der Wärmeabfahr aus dem Schmelzbad durch eine einfache und billige Vorrichtung übernommen werden. Zu diesem Zweck werden die rohrförmigen Kühlelemente 28, die senkrecht durch den Boden 16 der Wanne 11 in das Bad 12 nach oben ragen so lang gemacht, daß sie in der Nähe der oberen Oberfläche des Schmelzbades, jedoch etwas garunter enden. Die Rohre 3o und 31, die die Kühlelenente 28 bilden, werden entlang einer Linie quer über die gesamte Breite der Wanne mit derartigen Abständen voneinander angeordnet, daß sie den Durchtritt nichtgeschmolzener Klumpen 39 zwischen benachbarten Elementen hindurch verhindern. Es wurde festgestellt, daß es ausreicht, den Abstand zwischen den einzelnen Kühlelementen mit rund 40 cm (16 Zoll), von Mittelpunkt zu Mittelpunkt gemessen, zu wählen. Diese Entfernung kann jedoch in beiden Richtungen geändert werden. Wie bereits· erwähnt, brauchen die Kühlelemente 28 die Klumpen 39 in der Schmelzkammer lediglich solange zurückhalten, bis diese genügend abgeschmölzeη sind, sodaß die thermischen Strömungen

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in der Lage sind, diese Klumpen nach rückwärts auf das Beschickungsende der Wanne 11 hin zu schwemmen.

Aus dem bisher gesagten geht hervor, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die Schmelzleistung eines Glasschmelzofens erhöht werden kann, ohne zusätzliche Vsärme aufzubringen. Darüber hinaus hat das erzeugte Glas hinsichtlich der Homogenität und der Fehlerfreiheit bessere Eigenschaften. Mittels der beschleunigten thermischen Strömung werden kleine Teile nicht geschmolzenen Rohmaterials und auch Schaum von der Läuterkammer ferngehalten, so daß diese nicht als Fehlerstellen in dem fertigen Glas auftreten können. Die großen Klumpen nicht geschmolzenen Rohmaterials, die wie bereits geschildert worden ist, von den theraäschen Strömungen nicht erfaßt werden, werden durch die Schranken oder Gitter innerhalb der Heizkammer zurückgehalten, bis sie so weit abgeschmolzen sind, daß die thermischen Strömungen diese verkleinerte Klumpen erfassen und in die Schmelzkammer zurückdrängen können. Alle diese vorteilhaften Funktionen werden durch die erfindungsgemäße einfache und billige Vorrichtung übernommen, die lediglich aus einer Reihe konzentrischer Rohre besteht, die sich durch den Boden des Schmelzofens nach oben in das Schmelzbad hinein erstrecken· Die durch diese Rohre strömende, Wärme aufnehmende Flüssigkeit bewirkt nicht nur die Steuerung und Änderung des Teaiperaturgradienten längs der Schmelzwanne, sondern zusätzlich trägt diese Wärme abführende Flüssigkeit zur Verlängerung der Lebensdauer der Kühlrohre bei, die die geschildert, gleichzeitig als Gitter dienen und eine mechanische Sperre für große Klumpen nicht geschmolzenen Rohmaterials bilden, die wo von der Läuterkammer ferngehalten werden.

Patentansprüche 809806/0121 *——

Claims (1)

1. j Dr. Expl. j

   Patentans ρ "f" U" 't?" U U .""' "^"*^J

   1) Verfahren zur Herstellung von Glas in einem zusammenhängenden Wannen-Schmelzofen, der ein Bad geschmolzenen Glases enthält und innerhalb dessen dieses Bad erhitzt wird, um thermische Strömungen, die in dem Schmelzbad umlaufen, zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß diese thermischen Strömungen gesteuert und beschleunigt werden, um so ein Umrühren des Schmelzbads zwecks gleichmäßiger Verteilung der Wärme zu erzielen und so ein homogenes Schmelzbad zu erzeugen«

   2) Verfahren nach Anspr_el) im Rahmen dessen die Erhitzung der Schmelze einen Temperaturgradienten innerhalb dieser Schmelze erzeugt, der so ausgebildet ist, daß die Höchst temperatur in einem Punkt auftritt, der in der Mitte zwischen den Enden der Schmelzwanne liegt und im Rahmen dessen der Temperaturgradient thermische Kreisströmungen innerhalb des Schmelzbades erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß in bestimm^ ten Zonen des Schmelzbades Wärme abgeführt wird, um dadurch den Temperaturgradienten zu verändern und die Stärke der thermischen Strömungen zu steuern.

   3) Verfahren nach Anspr.2) dadurch gekennzeichnet, * daß die auegewählten Zonen der Wäreeabfuhr in der NKh* de· Punktee der höchsten Temperatur de* Schaelzbade« liefen«

   4) Verfahren nach Anepr.l) 2) oder 3) ie Rahaen ^

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   de***n da« Scheel»bad eise natürliche Strömung vea eines S

   ο Beechickunf«ende de« Ofen« durch die Schaelx-und LMuterlcaaaern ^

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   σ»:«i dea gefeaüberliegenden Entnaheeeoae de* Ofen* aufweist,

   und im Kaheeu deeeen Rohmaterial la die Be*chiektu^*«ffouna;

   des Ofens eingebracht wird, so daß dieses Rohmaterial auf der Schmelze schwimmt und von derselben durch die Schmelz kammer befördert wird, wobei die thermischen Strömungen innerhalb der Schmelze längs der oberen Oberfläche des Bades in der Schmelzkammer in einer Richtung strömen, die der Richtung der Schmelze die das Rohmaterial durch die Schmelzkammer trägt, entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbad Wärme an bestimmten S₊ellen entzogen wird, um die erwähnten thermischen Strömungen so weit zu verstärken, daß sie in der Lage sind, verhältnismäßig kleine, nicht geschmolzene Teile des Rohmaterials zu dem Besehiekungsende des Schmelzofens zuruckzuschwemmen und diese Teile so davon abzuhalten, in Folge der natürlichen Strömung der Schmelze in die Lauterkammer zu gelangen, und das weiterhin größere Klumpen nicht geschmolzenen Rohmaterials auf mechanische Weise in der Schmelzkammer zurückgehalten werden, bis die Größe der Klumpen so weit verringert worden ist, daß die thermischen Strömungen ausreichen, um dieselben zu dem Beschickungsende des Ofens zuruckzuschwemmen«

   5) Zusammenhängender Wannen-Glasschmelzofen mit Schmelz- und Läuterkammern, die ein Bad geschmolzenen Glases und Heizelemente enthalten, mittels derer die Wärme in den' Ofen eingeleitet wird, um innerhalb der Schmelze thermische Strömungen zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme abführende Elemente vorgesehen sind, die in bestimmten Zonen defl Schaelxbades in dasselbe eintauchen* um derselben Wärme sqf entziehen und dadurch die thermischen Strömungen au < beschleunigen·

   β) Glasschmelzofen nach Anspruch 5) innerhalb Q

   ω dessen die thermischen Strömungen in einer Zone, die sich in

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   der Mitte zwischen den Schmelz- und Laterkammerη befindet, nach oben gerichtet sind und längs der oberen Oberfläche des Schmelzbades zu den gegenüberliegenden Enden des Schmelzofens verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme abführenden Elemente in der Nähe dieser mittleren Zone in das Schmelzbad eintauchen, um dem Schmelzbad an dieser Stelle Wärme zu entziehen.

   7) Glasschmelzofen nach einem der Ansprüche

   4) oder 5), innerhalb dessen das Rohmaterial in die Beschickungs öffnung des Schmelzofens eingeführt wird, um anschliessend auf dem Schmelzbad zu schwimmen und durch die Schmelzkammer befördert zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme abführenden Elemente innerhalb des Schmelzbades zwischen der Schmelz- und der Läuterkammer eine Schranke bilden, die verhältnismäßig große Klumpen nicht geschmolzenen Rohmaterials auf mechanische Weise davon abhält, in die Läuterkammer zu gelangen«

   8) Glasschmelzofen nach einen der Ansprüche

   5) bis 7) dadurch gekennzeichnet daß die Wärme abführenden Elemente zwischen der Schmelz- und der Läuterkammer £·* in das Schmelzbad eintauchen und entlang einer Linie angeordnet sind, die im wesentlichen quer über die Breite der Schmelzwanne verläuft·

   9) Glasschmelzofen nach Anspr«8), dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme abführenden Element· aus einer Vielzahl länglicher Elemente bestehen, die von dem Boden -der Schmelswanne aus nach oben ragen und die in bestimmten Abstän den voneinander angeordnet sind, so wie mit ihren oberen Enden in der Nähe der Oberfläche des Scheel«badeβ, jedoch etwas

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   unterhalb derselben enden«

   10) Glasschmelzofen nach Anspr_o9), dadurch

   gekennzeichnet, daß die Wärme abführenden Elemente hohl sind und Vorrichtungen enthalten, die den Umlauf eines Kühlmediums innerhalb dieser Elemente ermöglichen.

   11) Glasschmelzofen nach Anspr_e9) dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Wärme abführenden Elemente aus einer Vielzahl von Rohren bestehen, die ineinandergesteckt sind und längs einer gemeinsamen Achse in das Schmelzbad ragen, wodurch konzentrische Ströraungswege geschaffen werden, durch die das Wärme abführende Medium im Kreislauf strömen kann«

   Die Patentanwälte

   Seiler, Stehmann, Pfenning

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