DE1421756C3 - Wannenofen zum Erschmelzen von kontinuierlich zu dünnen Faden auszuziehendem Glas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wannenofen zum Erschmelzen von kontinuierlich zu dünnen Fäden auszuziehendem Glas, bei dem die Schmelzkammer und die Läuterkammer zu einer einzigen Kammer kombiniert sind und in dieser Kammer in etwa ²A Entfernung vom Beschickungsende eine heiße Zone erzeugt und aufrechterhalten ist. Ein solcher Wannenofen ist z. B. aus der DT-AS 1 069 344 oder aus der DT-AS 1 018 593 bekanntgeworden.

Ferner gehört es zum Stande der Technik, Rezirkulationsströmungen durch Einblasen von Gasen herbeizuführen (DT-PS 306 308).

Mit keiner dieser beiden Maßnahmen allein ist jedoch ein Homogenisierungs- bzw. Läuterungsgrad des Glases erreichbar, der dessen Verwendung als Ausgangsmaterial für die kontinuierliche Herstellung von fein ausgezogenen Glasfaden erlauben würde. Hier werden nämlich durch die Gegebenheiten des Ausgangsglasgemenges und den Zwang zur Erzielung bestimmter Viskositätsverhältnisse des schmelzflüssigen Glases erhebliche Anforderungen an Homogenität, Schlieren- und Blasenfreiheit und Gleichmäßigkeit sowie genaue Einhaltung der Temperatur am Auslaßende des Wannenofens gestellt. Diese Anforderungen sind an sich bekannt, können aber auch durch die verschiedensten Maßnahmen der Unterteilung des Wannenofens in einen Schmelzraum, einen Kühlraum und in einen Sammelraum nicht erfüllt werden, auch wenn von den Vorteilen der Erzeugung und Aufrechterhaltung einer heißen Zone im Schmelzraum Gebrauch gemacht wird (DT-PS 671 952).

Es hat sich nun gezeigt, daß diese Anforderungen am einfachsten und besten erfüllt werden können durch eine Vereinigung des Prinzips der Erzeugung und Aufrechterhaltung einer heißen Zone mit dem Einblasen von Gasen, wenn ganz bestimmte Bedingungen hinsichtlich der Lage der Einblasvorrichtungen erfüllt werden.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines Wannenofens, mit dem es möglich ist, die beim Erschmelzen von kontinuierlich zu dünnen Fäden auszuziehendem Glas erhobenen Forderungen hinsichtlich Homogenität, Schlieren- und Blasfreiheit, Gleichmäßigkeit sowie genauer Einhaltung der Temperatur des schmelzflüssigen Glases am Auslaßende des Wannenofens mit einfachen Mitteln zu erfüllen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor und hinter der heißen Zone quer zur Kammer je eine Reihe von Einblasvorrichtungen vorgesehen ist, von denen die eine in einer Entfernung von etwa ^lh der Kammerlänge von deren Beschickungsende aus gesehen und die zweite in einer ίο Entfernung von etwa Ve der Kammerlänge vom Auslaßende aus gesehen angeordnet ist.

Mit diesen Maßnahmen lassen sich nämlich neben der heißen Zone eng begrenzte kühlere Zonen erzeugen, die zu Konvektionsströmen führen, welche die obere Schicht der Schmelze zwischen den Einblasvorrichtungen und dem Aufgabe- bzw. Auslaßende des Kammerofens in zur durch die heiße Zone erzeugten Strömungsrichtung entgegengesetzter Richtung zu fließen zwingt, so daß eventuell noch in einao zelnen Teilen des Wannenofens vorhandene Temperaturunterschiede ausgeglichen werden, was die Gesamtsteuerung der Temperatur des schmelzflüssigen Glases erheblich erleichtert. Dabei werden auch die Homogenitätsverhältnisse des Glases wesentlich verbessert, was sich wiederum in einer praktisch vollständigen Schlieren- und Blasenfreiheit und Gleichmäßigkeit des schmelzflüssigen Glases auswirkt.

Eine beispielsweise Ausführungsform eines Wannenofens nach der Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in F i g. 1 im Grundriß einen Wannenofen und in F i g. 2 den Wannenofen im Längsschnitt. Die kombinierte Schmelz- und Läuterkammer 46 ist in F i g. 1 und 2 gezeigt. Sie weist im wesentlichen eine rechteckige Form auf, die durch einen Boden 86, Seitenwände 76 und Stirnwände 78 gebildet ist. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, die Schmelz- und Läuterkammer 46 etwa viermal so lang zu bemessen, wie ihre Breite beträgt, um ein wirtschaftliches Arbeiten beim Schmelzen und Läutern des Glases zu gewährleisten. Wie in F i g. 2 dargestellt, ist der Boden 86 aus Blöcken von feuerfestem Material hergestellt, die in Schichten 90 und 91 angeordnet sind.

Die Anlage nach der Erfindung umfaßt ferner Einrichtungen zum Zuführen von Rohglasgemenge in die Kammer 46. Diese Mittel sind am hinteren oder abgasseitigen Ende angeordnet, und zwar auf beiden Seiten des Ofens. Die Beschickung kann in bekannter Weise ausgebildet sein, wobei vorzugsweise motorbetriebene Schraubenförderer Verwendung finden können.

Die Kammer 46 wird mit brennbarem Gas oder einem anderen mit Luft gemischten Brennstoff beheizt. Die Luft ist in einem Vorwärmer erwärmt worden, jedoch höchstens bis zu einer Temperatur, bei der die Luft noch ohne Beeinträchtigung der Sicher- i heit mit dem Verbrennungsgas gemischt werden kann. Das Mischen von Brenngas und Luft erfolgt in der Brennkammer, in dem Gebiet, wo Gas und Luft eintreten, in der Länge nach voneinander entfernten Zonen, über dem in der Kammer vorhandenen Glas. Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, sind an jeder Seite des Ofens eine Reihe oder eine Batterie von Brennern 108 angeordnet, die in Brennerblöcken 109 gehal- ι ten sind. !

Zur Erzeugung verschiedener Temperaturen in den Zonen oberhalb der Schmelze, zum Reinigen

und Läutern des Glases werden die Brenner 108 so eingestellt, daß in der durch die gestrichelte Linie 184 in F i g. 2 dargestellten Zone, die sich etwa in ²A₁ der Länge der Kammer, gemessen vom Abgasende des Ofens aus erstreckt, eine annähernd um 50° C höhere Temperatur herrscht als am Endbereich des Ofens, wo das Rohmaterial mit Hilfe der Chargiervorrichtung durch die Öffnungen 99 eingebracht wird und die ferner etwa um 25° C höher liegt als sie am Ende des Ofens herrscht, an welchem das Glas in die Vorherdabteilungen abfließt.

Durch diese Temperaturverteilung wird über der Schmelze im Bereich der Linie 184 in F i g. 2 eine heiße Zone geschaffen. Ihre Temperaturen können abhängig von der Zusammensetzung des Glases geändert werden, obwohl die Temperatur in allen Zonen erheblich über der Schmelztemperatur des Glases liegt. Die Brenner 108 können zu diesem Zweck unabhängig voneinander eingestellt werden.

Ferner wird innerhalb der Ofenkammer 46 eine Strömung des geschmolzenen Glases erreicht, die in mehrfach durchlaufenen geschlossenen Bahnen erfolgt, sowie in der Anregung oder Beschleunigung einer Bewegung des Glases an verschiedenen voneinander entfernten Zonen der Kammer, wobei durch Wärmeübertragung und Temperaturdifferenzen innerhalb der Schmelze eine Glasströmung zustande kommt, welche sich über erhebliche Entfernungen innerhalb der Kammer, die das Mehrfache der Länge des Ofens betragen, erstreckt. Diese Strömung ist vorhanden, bevor das gereinigte und geläuterte Glas zum Vorherd abfließt.

Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, ist der Boden 86 des Ofens mit zwei Reihen von Lufteinblasvorrichtungen ausgerichtet, die mit 172 bzw. 174 bezeichnet sind und in Querrichtung voneinander entfernt angeordnet sind (F i g. 1).

Der Boden des Ofens weist Kanäle auf, die zur Aufnahme von Röhren 178 für die Zuführung von unter Druck stehendem Dampf oder von Druckluft zu den Öffnungen 172 und 174 der Lufteinblasvorrichtungen dienen. Durch diese Einblasvorrichtungen wird das zugeführte Medium ständig in das geschmolzene Glas gedruckt, wobei sowohl der Druck als auch die Menge gesteuert sind.

Der Dampf oder die Druckluft, welche durch die Einblasvorrichtung in die Schmelze gelangt, kann durch bekannte nicht dargestellte Mittel gesteuert sein, die mit den Rohren 178 in Verbindung stehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einblasvorrichtungen 172 der einen Reihe in einem Abstand von etwa V₃ der Kammerlänge vom Beschickungsende des Ofens aus gemessen, angeordnet. Die Einblasvorrichtungen der zweiten Reihe sind in der Nähe des Auslaßendes der Kammer 46 in einem Abstand von der am Auslaß angeordneten Stirnwand angeordnet, welche etwa V₈ der Länge der Ofenkammer beträgt.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen zum Schmelzen, Reinigen und Läutern des GIases arbeiten wie folgt:

Das Volumen der Rohmasse wird allmählich entsprechend dem geschmolzenen oder fließfähigen Zustand unter der Einwirkung der im Ofen durch das Brenngasgemisch in den Brennern 108 erzeugten Hitze vermindert. Das Gemenge wird an zwei gegenüberliegenden Stellen am Abgasende des Ofens zugeführt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die stark erhitzten Verbrennungsgase oberhalb der Schmelze zum Abgasende hinströmen und auf diese Weise dazu betragen, das Rohmaterial in den geschmolzenen Zustand überzuführen.

Wie die Pfeile 180 in F i g. 2 zeigen, beginnt das Glas mit zunehmender Überführung in den geschmolzenen Zustand in geschlossenen Bahnen zwischen der ersten Reihe von Einblasvorrichtungen 172 und dem Abgasende des Ofens zu kreisen. Die aus den Einblasvorrichtungen 172 austretende Luft oder der Dampf erregen oder beschleunigen diese Glasströmung in der Nähe des Abgasendes, wodurch sowohl der Schmelzvorgang als auch die Erzeugung der homogenen Glasschmelze beschleunigt wird.

Die gestrichelte Linie 184 in F i g. 2 bezeichnet die Mittellinie der Zone der höchsten Temperaturen des Ofens, die durch Einstellung der Brenner gesteuert wird. Die Querachse dieser Zone höchster Temperaturen, welche annähernd auf '²h der Länge des Ofens vom Abgasende aus gemessen angeordnet ist, bildet eine thermische Schwelle, welche die Querbewegung des Glases während des Reinigungsund Vergütungsverfahrens bewirkt.

Die Temperaturdifferenzen in der Glasschmelze bewirken die Entstehung der Glasströmung durch Wärmeleitung. Bei der in der Ofenkammer 46 vorhandenen Glasschnelze fließt die obere Schicht von der Zone hoher Temperatur 184 zu Zonen niedriger Temperatur. Dabei fließt die obere Schicht der Glasmasse nach links von der heißen Zone weg — wie F i g. 2 darstejlt — und zum Abgasende hin, wie die Pfeile 186 zeigen, während die obere Schicht der rechten Seite der Zone 184 von der Zone aus in der Zeichnung nach rechts fließt, wie durch Pfeil 188 dargestellt.

Wenn das Glas der oberen Schicht zum Abgasende strömt, wird es durch die Einwirkung des Dampfes oder der Luft, die von den Einblasvorrichtungen 172 aus in das Glas eingeleitet werden, abgelenkt und gezwungen, nach abwärts und dann in umgekehrter Richtung zur Zone 184 zurückzufließen, wobei es am Boden der Kammer 46 entlangströmt — wie durch die Pfeile 190 dargestellt ist.

Während der Umlaufbewegung des Glases zwischen den Reihen der Einblasvorrichtungen und der heißen Zone 184 findet die Reinigung und Läuterung des Glases statt, so daß es fortlaufend immer homogener wird und seine Qualität mehr und mehr verbessert wird, da auf diese Weise eingeschlossene Gase aus dem Glas ausgetrieben und durch die Verbrennungsgase entfernt werden.

Das geschmolzene Glas auf der rechten Seite der heißen Zone oder des thermischen Dammes 184 (F i g. 2) fließt infolge mechanischer Beeinflussung und Wärmeleitung in kreisähnlichen Bahnen, wobei sich die obere Schicht von der heißen Zone weg zur zweiten Reihe der Einblasvorrichtungen 174 hin bewegt, wo die Pfeile 188 zeigen. Turbulenzwirkungen der Einblasvorrichtungen 174, die im Glas erzeugt werden, bewirken, daß sich die daneben befindliche Glasmasse nach abwärts bewegt und in umgekehrter Richtung in der Zeichnung nach links am Boden des Ofens entlang zur heißen Zone 184 fließt, wie die Pfeile 192 zeigen.

Das Glas zwischen den Einblasvorrichtungen 174 der zweiten Reihe und dem Wehr 194 fließt in kreisförmigen Bahnen in Richtung des Pfeiles 196, unter

dem Einfluß der Einblasvorrichtungen 174; die Strömung des geläuterten Glases erfolgt aus der Kammer 46 heraus unter der Abstrcifschwelle hindurch in den Vorherd hinein, wie durch die Pfeile 198 dargestellt. Auf diese Weise wird ein fast vollkommener Schmelzvorgang zwischen der Reihe der Einblasvorrichtungen 172 und dem Abgasende des Ofens erzeugt.

Da das Glas von der Kammer 46 kontinuierlich in den Vorherd abfließt, entsteht dort am Ausgangsende des Ofens eine Niveausenkung der Schmelze, welche einen Bewegungsantrieb für das in der Kammer 46 vorhandene Glas liefert, der zum Auslaß hin gerichtet ist und durch die kreisförmige Bewegung des Glases während des Reinigungsprozesses und des Vergütcns überlagert ist. Auf diese Weise wird das in den Ofen eingebrachte Rohmaterial in den geschmolzenen Zustand überführt, wobei die Schmelze am Kaminendc bis zu einem Niveau ansteigt derart, daß während der kreisförmigen Bewegung etwas von der Schmelze — verursacht durch die fortschreitende Nivcauabnahmc am Ausgangsende der Kammer — über die Zone fließt, in der die Einblasvorrichtungen 172 angeordnet sind, sowie in denjenigen Teil des Glases, der sich in einer kreisförmigen Bahn bewegt (vgl. Pfeile 186 und 190).

Die in der Zone vorhandene Glasmasse setzt ihre kreisförmige Bewegung zwischen den Einblasvorrichtungen 172 und der heißen Zone 184 fort. Da die Tiefe der Schmelze zum Ausflußende hin abnimmt, bewegt sich ständig ein Teil des Gases, das die Bahnen, die durch die Pfeile 186 und 190 dargestellt sind, durchfließt, über die thermische Schwelle bzw. durch die heiße Zone 184 hindurch und wird zu einem Teil der Glasmasse, die sich in den durch die Pfeile 188 und 192 dargestellten Bahnen bewegt. Ein Teil der aus dem Gebiet zwischen der heißen Zone und den Einblasvorrichtungen 174 stammenden Glasmasse bewegt sich kontinuierlich durch die Zone hindurch in der die Einblasvorrichtungen angeordnet sind, um sich mit der Glasmasse zu vereinigen, die sich in Richtung des Pfeiles 196 bewegt und dann den Durchgang 199 unter der Schwelle 194 passiert.

Es zeigt sich also, daß das Glas in den verschiedencn Zonen, die hier als heiße Zonen und als Einblaszone bezeichnet sind, vor dem Ausfließen aus dem Auslaß zum Vorherd hin Bahnen durchläuft, deren Gesamtlänge das Mehrfache der Ofenlänge beträgt. Während dieses fortschreitenden zyklischen Strömungsprozesses in den verschiedenen Zonen, bei denen das Glas im Bodenbereich des Ofens in der einen Richtung und an der Oberseite der Schmelze in der entgegengesetzten Richtung strömt, wird das Glas ständig gereinigt und verbessert, so daß schließlich die Glasmasse, die den Ofen verläßt, völlig homogen ist. Sie ist insbesondere frei von Verunreinigungen und Gasen und daher geeignet, feine Strahlen zu bilden, aus denen Textilfaden hergestellt werden können.

Während die kreisförmigen Bahnen in den verschiedenen Zonen in der Schmelze in Fig. 2 als längsgerichtete Bewegungen im Ofen dargestellt sind, bestehen daneben aber auch noch weitere Gasströmungen, die schräg oder quer zur Zentralzone des Ofens verlaufen und durch Wärmeleitung entstehen, die von Tempcraturgradicnlcn zwischen der heißen Zone im Ofen und den geringeren Temperaturen im Bereich der Scitenwandungen des Ofens verursacht sind.

Da die Hitze von den Brennern aus in den Seitenwandungen des Ofens zur Längsmitte des Ofens über dessen ganze Länge hin geleitet wird, ist eine Mittelzone erhöhter Temperatur vorhanden, welche quergerichtetc und im Winkel verlaufende Konvcktionssirömungen des Glases verursacht, weil der heißeste Teil der Glasmasse an der Oberfläche von der Mittelzone aus den Seitenwandungen strömt, während die Glasschicht im Bodenbercich des Ofens im wesentlichen in entgegengesetzter Richtung, nämlich zur heißen Zone hin, strömt.

Der gesamte Weg, den das Glas bei seiner Bewegung von der Schmelzzonc am Abgasende des Ofens bis zum Ofenauslaß durchströmt und die Zeitspanne, während der die Glasmasse zum Zweck der Reinigung und Vergütung im Ofen verbleibt, ist von verschiedenen Faktoren abhängig, die gesteuert werden können. Einer dieser Faktoren ist die Einstellung des Glasniveaus. die Einstellung der Brenner 108 und der Druck des Gases in den Einblasvorrichtungen. Jc tiefer nämlich die Glasschmelze im Ofen ist, um so größer sind die Temperaturdiffercnzen innerhalb der Schmelze. Dadurch wird aber auch die Konvektionsströmung beschleunigt und hierdurch wiederum die Glasströmung auf den verschiedenen kreisförmigen Bahnen im Ofen.

Wenn das Glas im Ofen in Bewegung ist, ist es weniger empfindlich hinsichtlich geringer Tcmperaturschwankungcn, die in einzelnen Bereichen der Schmelze auftreten können, so daß die Erzeugung einer hofnogencn Schmelze gewährleistet ist.

Eine starke Konvektionsströmung bewirkt den Ausgleich geringer Temperaturdifferenzen, die in Ecken oder einzelnen Teilen des Ofens entstehen könnten, so daß die Neigung zum Entstehen einzelner kühlerer Bereiche im wesentlichen vermieden ist. Es ist zweckmäßig, die Temperatur der Schmelze so hoch zu halten, daß die Viskosität des Glases gering ist, da unter diesen Umständen eine stärkere Konvektionsströmung im Glas entsteht. Umgekehrt bewirkt das Anwachsen der Viskosität infolge verminderter Temperatur die Herabsetzung der Geschwindigkeit der Konvektionsströmung und die Verminderung der Wirksamkeit des Reinigungs- und Läuterungsvorganges.

Die Überführung des Gemenges in den geschmolzenen Zustand durch das Füllen des Ofens gleichzeitig von zwei Seiten am Abgasende des Ofens verbessert den Wärmeausgleich der Schmelzzone, weil das Gemenge allmählich, so wie es angeliefert wird, erhitzt wird, nämlich quer zur Mittellinie des Ofens jeweils von gegenüberliegenden Seiten aus, so daß nur geringe Temperaturänderungen bzw. thermische Schockwirkungen in der Schmelze entstehen. Dieses Verfahren für die Bearbeitung von Gemenge und für die Reinigung und Läuterung der Schmelze umfaßt ferner einen zeitabhängigen Ausgleich im Ofen, durch weichen das Erreichen einer Temperatur vermieden wird, bei der die Schmelze aufwallt, was nachteilig wäre, weil dadurch Eigenschaften der Schmelze beeinträchtigt würden. Der Wannenofen nach der Erfindung ermöglicht das völlige Konstanthalten aller Faktoren, welche auf die Schmelze einwirken, um dadurch Änderungen in den Arbeitsbedingungen zu verhindern.

Die Einblasvorrichtungen und ihre relative Lage

sind wichtige Faktoren bei diesem Verfahren, weil sie auf die Schmelze einwirken und dadurch die kontinuierliche Wirksamkeit der heißen Zone der Schmelze zwischen den Einblasvorrichtungen stabilisieren und einen einwandfreien Wärmeausgleich in der Schmelze bewirken. Durch die erzeugten Temperaturdifferenzen und die darauf folgenden Konvektionsströmungen wird die obere Schicht der Schmelze zwischen den Reihen der Einblasvorrichtungen veranlaßt, in entgegengesetzten Richtungen von der heißen Zone 184 abzufließen, ein Umstand der veranlaßt, daß geringe Temperaturänderungen ausgeglichen werden, die in einzelnen Teilen des Ofens vorhanden sein könnten.

Es ist ferner wichtig, in der Schmelze eine relativ hohe Temperatur aufrechtzuerhalten, um die eingeschlossenen Gase austreiben zu können.

Das Gewölbe 96 des Ofens ist mit Öffnungen bzw. Kanälen ausgerüstet, welche Thermoelemente 202 enthalten, die mit entsprechendem Anzeigemittel üblicher Bauart (nicht dargestellt) verbunden sind, zu dem Zweck, die Temperatur in den verschiedenen Zonen des Ofens, die über der Schmelze herrschen, anzuzeigen. Die Seitenwände des Ofens, wie in Fig. 1 dargestellt, sind mit Einblicköffnungen 203 versehen, um die optische Überprüfung zu ermöglichen. Der Boden 86 des Ofens ist ebenfalls mit Thermoelementen 204 versehen, welche die Temperatur der Schmelze in diesem Bereich anzeigen.

Die Vorherdvorrichtungen sowie diejenigen für die Zuführung des Glasstromes stehen mit dem Schmelzofen 18 in Verbindung. Der Vorherd weist eine Haupt- oder Verbindungsabteilung 60 auf sowie ein Verbindungsteil 61 zum Zuführen des vergüteten Glases vom Ofen zu den weiteren Vorherdabteilungen oder -zweigen 56 bis 59 jeder Anlage (vgl. die F i g.).

Das Verbindungsteil 60 für den Vorherd und das Verbindungsteil 61 sind rechteckig ausgebildet und so gestaltet, daß sie einen Zuführungskanal 210 im Verbindungsteil 60 bilden, der mit einem Glaszuführungs- oder Speisekanal 212 im Verbindungsteif 61 in Verbindung steht. Dabei ist die BreUe des Zuführkanals 212 geringer als die des Kanals 210.

Dort, wo das Verbindungsteil 60 mit dem Ofen in Verbindung steht, ist ein Wehr 194 über dem Boden 86 des Ofens angeordnet, so daß ein verengter Durchgang oder Kanal 199 geschaffen wird, durch welchen das vergütete Glas aus dem Ofen ausfließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 809 613/2

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wannenofen zum Erschmelzen von kontinuierlich zu dünnen Fäden auszuziehendem Glas, bei dem die Schmelzkammer und die Läuterkammer zu einer einzigen Kammer kombiniert sind und in dieser Kammer in etwa *h Entfernung vom Beschickungsende eine heiße Zone erzeugt und aufrechterhalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter der heißen Zone (184) quer zur Kammer (46) je eine Reihe von Einblasvorrichtungen (178 mit 172 bzw. 174) vorgesehen ist, von denen die eine (172) in einer Entfernung von etwa Vs der Kammerlänge von deren Beschickungsende (99) aus gesehen und die zweite (174) in einer Entfernung von etwa Ve der Kammerlänge vom Auslaßende (199) aus gesehen angeordnet ist.