DE1496390C - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen von Mineralien bei hohen Temperaturen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen von Mineralien bei hohen TemperaturenInfo
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- DE1496390C DE1496390C DE1496390C DE 1496390 C DE1496390 C DE 1496390C DE 1496390 C DE1496390 C DE 1496390C
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Description
Die Erfindug betrifft ein Verfahren zur Behandlung von bei hohen Temperaturen schmelzenden
Mineralien und richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es hat sich herausgestellt, daß bestimmte Gemenge von Mineralmaterialien mit der Eigenschaft, bei
hohen Temperaturen zu schmelzen, in Fäden oder Fasern mit außerordentlich hoher Zugfestigkeit verarbeitet
werden können. Stark hitzebeständige Mineralzusammensetzungen sind zwar bei sehr hohen
Temperaturen schmelzbar, jedoch gibt es bis jetzt noch kein zufriedenstellendes Verfahren bzw. eine
zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Überführung von· bei hohen Temperaturen
schmelzenden faserbildenden Zusammensetzungen in dem geschmolzenen Zustand unter solchen
Bedingungen, daß man diese Materialien erfolgreich und wirtschaftlich zu feinen Fäden oder Fasern ausziehen
kann.
Es ergaben sich viele Schwierigkeiten bei früheren Versuchen, hoch hitzebeständige zerfaserbare Mineralien
oder Gläser in einen Zustand zu verbringen, in dem das Material erfolgreich in Fäden oder Fasern
ausgezogen werden kann.
Solche Zusammensetzungen müssen bis auf Temperaturen von z. B. über 1650° C in einer Schmelzwanne
erhitzt werden. Die bis jetzt bekannten, gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen, hitzebeständigen
Materialien eignen sich nicht als Baumaterialien für die Schmelzwanne oder als Auskleidung
dafür, da sich bei so hohen Temperaturen dieses hitzebeständige Material auflöst oder zerstört wird,
und damit das bei hoher Temperatur schmelzende Glas verunreinigt, so daß es zu Blasen, Schlieren
oder Kernen in diesem Glas kommt, welche das zufriedenstellende Ausziehen des Materials zu Fäden
beeinträchtigen.
Eine vollständige und durchgreifende Homogenisierung solcher Materialien bei hohen Temperaturen
ist jedoch wesentlich, und es ist außerordentlich schwierig, eine zur Herstellung von Fasern oder
Fäden zufriedenstellend homogenisierte Schmelze zu erzielen. Es ist bekannt, daß ein Faktor, welcher
die Festigkeit der Fäden oder Fasern reduziert, die aus einem hoch hitzebeständigen Glas hergestellt
sind, bis zu einem bestimmten Ausmaß die Kristallisation des Glases darstellt. Um Fasern oder Fäden
mit hoher Zugfestigkeit zu erhalten, ist es deshalb erforderlich,- diese Kristallisation auf ein Minimum
zu reduzieren. Dieses erfordert eine Zeit-Temperatur-Behandlung bei extrem hohen Temperaturen, um die
Kristallisation wesentlich herabzusetzen und damit zur Erzeugung von Fäden oder Fasern mit hoher
Zugfestigkeit zu kommen. Je geringer die Kristallisation in dem hochhitzebeständigen faserbildenden
Material ist, desto höher ist die Festigkeit der daraus hergestellten Fäden oder Fasern.
Erfindungsgcmüß soll nun ein neuartiges Verfahren
zu Verarbeitung hoch hitzebeständiger Mineralmaterialien oder Gläser vorgeschlagen werden.
Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß das Mineralmaterial
, in Gemengeform einer oben offenen Kammer zugeführt, in einem oberen Bereich der Kammern
unter Überführung des Materials in einen fließfähigen Zustand erwärmt und kontinuierlich über
den offenen Bereich der oben offenen Kammer verteilt wird, derart, daß eine Schicht Gemengematerial
auf dem geschmolzenen Material aufrechterhalten wird und das Material von der Kammer abgeleitet
und eine Übergangsbewegung des Materials vom Heizbereich fort hervorgerufen wird, und daß die
Temperatur des fließfähigen Materials während seiner Übergangsbewegung in der Kammer reduziert
wird. ,„ ..„.._.., '
Unter diesen Bedingungen kann das Gemenge nunmehr unmittelbar in die Fasern oder Fäden verformt
werden.----■■ ..,....,:.... .. .J
ίο Erfindungsgemäß wird z. B. das zerkleinerte
Gemengematerial im wesentlichen kontinuierlich einer Schmelzvorrichtung derart aufgegeben, daß ein
isolierender Körper aus diesem Gemenge oberhalb der Schmelze mit solchen Eigenschaften entsteht, die
is den Austritt der flüchtigen Bestandteile aus der
Schmelze ermöglichen, jedoch Wärmeverluste zur Erzielung eines hohen thermischen Nutzeffektes wirkungsvoll
verzögern.
Ganz besonders eignet sich das Verfahren zur Behandlung von Mineralien mit hohem Siliziumdioxidanteil,
die oberhalb 1650° C schmelzen, d. h. einer Temperatur, die wesentlich höher liegt als die
Schmelztemperatur gewöhnlicher Gläser. Das Glasgemenge mit hohem Siliziumdioxidanteil wird in
bemessener Menge in Pulverform auf die Oberfläche der Schmelze aufgestreut und das pulverfertige Gemenge
kontinuierlich und gleichmäßig in einer dünnen Schicht über die Schmelzfläche verteilt, so daß
das Material schmelzflüssig gemacht wird, und zwar gleichmäßig längs horizontalen Ebenen in der
Schmelze, und austretende Gase und flüchtige Bestandteile können durch die poröse Gemengeschicht
ohne weiteres entweichen. Hierdurch wird die Bildung von »Löchern« in der Gemengeschicht vermieden,
so daß die Erwärmung gleichmäßig über die gesamte Fläche erfolgt. Bilden sich aber doch Löcher
in der Gemengeschicht, so entwickeln sich »heiße Punkte« in der Schmelze, und ungleichmäßige Temperaturen
herrschen in horizontalen Ebenen in der Schmelze vor und erzeugen so »Wärmeadern«.
Nach den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine Turbulenz nicht vorhanden, so daß das Glas immer
im Ruhezustand während seiner langsamen Bewegung bei Zeit- und Temperaturbehandlung sich befindet.
Vorzugsweise arbeitet man bei einer Vorrichtung zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einer Schmelzwanne mit einem oben offenen Bereich, die aus einem gegen sehr hohe Temperaturen
beständigen Material besteht und die ein stromleitendes Element im oberen Bereich aufweist, durch
das elektrische Energie zum Schmelzen des Gemenges zugeführt wird, und sie besitzt noch eine Einrichtung
zur Verteilung des Gemenges derart, daß im offenen Bereich auf dem Schmelzbad eine dünne
Gemengeschicht entsteht.
Im allgemeinen besteht das stromleitende Element aus einem quer zum Schmelzabteil liegenden Heizstreifen,
durch den die gesamte Glasmasse auf gleichmäßige Maximaltemperatur erwärmt wird.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert
werden. In diesen zeigt
Fig. 1 eine halb schematische Seitenansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 1 eine halb schematische Seitenansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 wiedergegebenen
Vorrichtung,
3 4
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Schmelz-und auf dem m der Schmelzwanne befindlichen geschmolr
Zuführungsvorrichtung gemäß der Erfindung, zenen Material. Bei der Anordnung nach den F i g. 1
F i g. 4 einen Querschnitt im wesentlichen längs und 2 ist ein Elektromotor 46 mit einem Unterder
Linie IV-IV der F i g. 3, Setzungsgetriebe in einem Gehäuse 48 vorgesehen.
Fig. 5 ein Schaltbild für die Heizeinrichtungen in 5 Die Ausgangswelle 50 des Untersetzungsgetriebes ist
der Schmelzwanne. mit einem Kettenrad 51 versehen, über welches
Insbesondere eignen sich Verfahren und Vorrich- mittels einer Kette 53 ein Kettenrad 52 angetrieben
tung gemäß der Erfindung zur Verarbeitung von wird.
hochhitzebeständigen Glasgemengen mit einem hohen Das Kettenrad 52 ist fest mit einem Kettenrad 54
Kieselsäuregehalt in einem Zustand zum Ausziehen io verbunden, welches ein Kettenrad 56 über eine zweite
in Fäden oder Fasern, wobei das Verfahren die Kette 57 antreibt. In von dem Glied 38 getragenen
Stufen der kontinuierlichen Zuführung und Vertei- Lagern ist drehbar eine Welle 60 montiert, auf wellung
des rohen Gemenges in zerkleinerter Form über eher eine Materialzumeßvorrichtung 42 befestigt ist.
der Oberfläche einer oben offenen Wanne mit um- Bei dieser Ausführungsform ist die Welle 60 mit
faßt derart, daß die Aufrechterhaltung einer Ge- 15 radialen Flügeln 62 versehen, welche mit einem zylinmengeschicht
von im wesentlichen gleichmäßiger drischen Teil 64 des Gliedes 38 zusammenwirken.
Dicke auf der Schmelze gewährleistet ist. Die Der zylindrische oder gekrümmte Teil 64 ist mit einer
Schmelze wird in den geschmolzenen Zustand unter Vielzahl kleiner Öffnungen versehen, welche einen
Bedingungen überführt, unter denen die Schmelze siebartigen, gekrümmten Bereich bilden, durch den
nicht durch die hitzebeständige Auskleidung geschä- 20 das zerkleinerte Gemengematerial bei einer Drehdigt
wird. Man läßt dann fortschreitend die Tempe- bewegung der Welle 60 und der Gemengezufuhrratur
der Schmelze absinken, um das geschmolzene bemessungsvorrichtung zugeführt wird.
Material in einen für die Zuführung in Form von Die Zuführungsvorrichtung 38 ist schwenkbar um
Material in einen für die Zuführung in Form von Die Zuführungsvorrichtung 38 ist schwenkbar um
Strömen zum Ausziehen in Fäden oder Fasern ge- die Achse der Welle 40 zur Verteilung des durch die
eigneten Zustand zu überführen. 25 Öffnungen 66 zugeführten Materials über den offenen
Nach den F i g. 1 und 2 ist die Vorrichtung zur Bereich der Schmelzwanne 12 angeordnet, so daß
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Schicht aus Gemengematerial mit im wesentauf
drei Ebenen verteilt. liehen gleichmäßiger Dicke auf der Schmelze oder
Die obere Ebene 10 nimmt eine kombinierte dem im Behälter oder der Wanne befindlichen geSchmelz-
und Zuführungseinrichtung 12, eine Ge- 30 schmolzenen Glas entsteht.
mengeverteilungsvorrichtung 14 und eine Gebläse- An einer Wandung des Gliedes 38 ist eine Konsole
anordnung auf. Die Zwischenebene 16 nimmt einen 70 befestigt, wie man aus den F i g. 1 und 2 erkennt.
Applikator 18 zum Aufbringen einer Schlichte oder Auf einem Träger oder einer Plattform 74, die von
eines Überzuges auf die frisch geformten kontinuier- der oberen Ebene 10 getragen wird, ist ein elektrilichen
Fäden oder Fasern auf, welche aus Strömen 35 scher Motor 76 gelagert, dem ein Untersetzungsausgezogen
werden, die aus der Schmelz- und Zu- getriebe zugeordnet ist.
führungsvorrichtung 12 austreten. Die Abtriebswelle 80 des Untersetzungsgetriebes
führungsvorrichtung 12 austreten. Die Abtriebswelle 80 des Untersetzungsgetriebes
Die Ebene 20 trägt eine Wickelvorrichtung 22 zum ist mit einem Arm 82 versehen, an dem ein Lenker
Verpacken eines oder mehrerer Stränge der ausge- oder eine Stange 84 schwenkbar angeschlossen ist.
zogenen Einzelfäden in gewickelte Packungen, wobei 40 Das andere Ende dieses Lenkers ist mit der Konsole
durch das Aufwickeln dieser Stränge das Ausziehen 70 verbunden, wie man insbesondere aus F i g. 1 erder
Ströme des Mineralmaterials zu Fäden erfolgt. kennt. Durch die Arm- und Lenkeranordnung be-Auf
der oberen Ebene 10 ist ein Rahmen 23 mit wirkt der Umlauf der Antriebswelle 80 eine Schwinnach
oben weisenden Rahmengliedern 24 vorgesehen, gung der Gemengezuführungsvorrichtung 38 über den
die mit nach innen greifenden Gliedern 28 versehen 45 Einlaß 86 der Schmelzwanne 12, wie man aus den
sind. Letztere nehmen die kombinierte Schmelz- und F i g. 3 und 4 erkennen kann. Es ist selbstverständ-Zuführungsvorrichtung
12 auf, die in einer Öffnung lieh, daß man auch andere Ausführungsformen von
30 im Boden 10 untergebracht ist. Gemengeverteilungseinrichtungen zur Begünstigung
Bei der wiedergegebenen Ausführungsform trägt einer Bildung einer Gemengeschicht gleichmäßiger
der Rahmen 23 einen Gemengevorrat und eine 50 Dicke in der Schmelzwanne verwenden kann.
Gemengeverteileranordnung. Ein Vorrat aus hoch- Bei der erfindungsgemäßen Wannenkonstruktion
Gemengeverteileranordnung. Ein Vorrat aus hoch- Bei der erfindungsgemäßen Wannenkonstruktion
hitzebeständigem Glasgemenge in zerkleinerter Form wird die Aufbringung der Wärme zum Schmelzen des
wird in einem stationären Trichter 34 vorrätig gehal- Gemenges unter Verwendung eines stromleitenden
ten, welcher von durch den Rahmen 23 getragenen Gliedes oder Heizbandes vorgenommen, welches von
Quergliedern 35 abgestützt ist. Die Gemengevertei- 55 dem mit Wandungen umgebenen Bereich der das gelungsvorrichtung
14 enthält ein bewegliches Glied schmolzene Glas enthaltenden Wanne elektrisch iso-
oder einen Zusatztrichter 38, welcher auf Wellen 40 liert ist. Die Zuführungsvorrichtung der kombiniermontiert
ist, die in Lagern 42 ruhen, welche durch ten Wannen- und Zuführungsvorrichtung 12 ist eleksich
quer erstreckende Rahmenglieder 44 getragen irisch von der Auskleidung der Schmelzwanne isowerden.
Diese Glieder 44 sind an den aufrechtstehen- 60 liert, um die Aufbringung elektrischen Stromes auf
den Rahmengliedern 24 befestigt. die Zuführungsvorrichtung zur Regelung der Tempe-
Die Gemengeverteilungsvorrichtung 14 enthält ratur des Materials in der Zuführungsvorrichtung unEinrichtungen
zur Messung, Regulierung, Regelung abhängig von der Schmelzwanne zu erleichtern,
der Zuführungsgeschwindigkeit des Gemenges in die Bei der insbesondere in den F i g. 3 und 4 wieder-
der Zuführungsgeschwindigkeit des Gemenges in die Bei der insbesondere in den F i g. 3 und 4 wieder-
Schmelz- und Zuführungsvorrichtung 12 sowie Ein- 65 gegebenen Ausführungsform enthält die Vorrichrichtungen
zur Verteilung des Materials über den tung 12 einen hitzebeständigen Teil 90, der auf den
gesamten offenen Bereich der oben offenen Schmelz- Traggliedern 28 ruht. Der hitzebeständige Teil 90
wanne zur Herstellung einer Schicht von Rohgemenge kann aus Blöcken von aus gegen hohe Temperaturen
5 6
beständigem hitzebeständigem Material bestehen. Auf Glas in der Nähe dieses Bereiches so weit abzukühder
hitzebeständigen Konstruktion 90 ruht eine zweite len, daß sich eine Glasabdichtung zwischen den
hitzebeständige Konstruktion 92 mit sich in Längs- hitzebeständigen Konstruktionen 90 und 92 ergibt,
richtung erstreckenden Blöcken 94 aus hitzebestän- Die Auskleidung 96 ist vorzugsweise mit senkrech-
digem Material und mit sich in Querrichtung erstrek- 5 ten, parallelen Seitenwandungsteilen 110 und Ab-
kenden Blöcken 95. die, wie man aus den F i g. 3 schlußwandungen 111 sowie winkelig angeordneten
und 4 erkennt, einen umschlossenen Einlaßbereich Wandungen 112 versehen, wovon die letzteren mit
86 zur Aufnahme des Gemengematerials von der den senkrechten Wandungen 114 in Verbindung
Gemengeverteilervorrichtung 38 definieren. Die hitze- stehen. Die senkrechten Wandungen 114 sind mit
beständige Konstruktion 92 definiert einen Einlaß- io seitlich sich erstreckenden Flanschen 116 verbunden,
bereich der Schmelzvorrichtung. Die Flansche 116 werden von dem stromführenden
Die Blöcke aus hitzebeständigem Material, welche Band 100 durch Isolationsglieder 120 getrennt. Bei
die hitzebeständige Konstruktion 90 bilden, sind so der wiedergegebenen Ausführungsform fließt kein
angeordnet und aufgebaut, daß eine Kammer oder elektrischer Strom durch die Auskleidung 96. Die
ein Raum unter und in Flucht mit der Eintrittszone 15 Gründe hierfür werden später noch näher erläutert
86 der Schmelzvorrichtung entsteht. werden.
In dem durch die Blöcke der hitzebeständigen Die Stromzuführungsvorrichtung 122 ist unterhalb
Konstruktion 90 definierten Raum befindet sich eine und in Flucht mit dem Glasströmungskanal 117 anAuskleidung
oder Wanne 96 aus hochhitzebeständi- geordnet, der durch die Sei ten wandungen 110 und
gern Material, welche unter dem Einfluß der hohen 20 die Abschlußwandungen 111 definiert wird. Die ZuSchmelztemperaturen
in der Kammer 98, die durch führungsvorrichtung 122 enthält eine Bodenwandung
die Auskleidung 96 definiert wird, nicht merklich 124, nach oben verlaufende Seitenwandungen 126
zerstört wird. und Abschlußwandungen 127. Die Seiten- und Ab-
Ein Material, das sich für Schmelztemperaturen schlußwandungen enden in seitlich verlaufenden
von etwa 1750° C und mehr eignet, ist eine Platin- 25 Flanschen 128. Die Flansche 128 der Zuführungslegierung, die einen wesentlichen Prozentsatz an vorrichtung 122 sind von den Bodenflanschen 115
Rhodium enthält. auf der Auskleidung 96 durch eine gegen hohe Tem-
Es ist selbstverständlich, daß andere Materialien, peratur widerstandsfähige Isolation 130 isoliert,
welche den intensiven Schmelztemperaturen ohne Der Boden 124 der Zuführungsvorrichtung ist mit
Zerstörung zu widerstehen vermögen, ebenfalls als 30 einer Gruppe von Austrittsdüsen 125 versehen, durch
Auskleidungsmaterial für den Schmelzbereich Ver- die das geschmolzene Glas in Form von Strömen 132
Wendung finden können. Die Auskleidung 96 wird austritt. Die Abschlußwandungen 127 der Zufühnicht
elektrisch erregt, sondern ist von den die rungsvorrichtung 122 sind entsprechend mit An-Wärme
liefernden Einrichtungen isoliert. Wie man Schlüssen 133 ausgerüstet, denen die elektrische
insbesondere aus Fig. 4 erkennt, ist ein elektrischen 35 Energie durch Leitungen 134 von einem Leistungs-Strom
leitendes Glied 100 vorgesehen, welches die transformator 135 zugeführt wird, um das Glas in
Form eines gelochten Bandes aufweist. Dieses Glied der Stromzuführungsvorrichtung auf der gewünschbesteht
vorzugsweise aus einer Legierung aus Platin ten Temperatur und bei der gewünschten Viskosität
und Rhodium und vermag den Strom durch das zu halten. Die Zuführungsvorrichtung 122 ist durch
Material zur Reduzierung des Glasgemenges in den 40 eine gegen hohe Temperaturen beständige Auskleigeschmolzenen
Zustand oder zur Konditionierung in dung 136 umgeben, die von Rahmengliedern 138 in
der durch die Auskleidung 96 definierten Kammer 98 üblicher Weise abgestützt ist.
zu leiten. In der Nähe der Stromzuführungsvorrichtung be-
Das Glied 100 ist mit Löchern oder Öffnungen 102 findet sich eine Verteilerleitung 140, und quer von
zur Erleichterung der Strömung des in den geschmol- 45 dieser Verteilerleitung erstrecken sich Rippen 142.
zenen Zustand übergeführten Materials über das um die Wärme von den Strömen 132 aus Glas abzu-Heizband
100 in den Bereich der Kammer 98 aus- leiten und damit das Glas in den Strömen für eine
gerüstet, der unterhalb dieses Bandes liegt. Bei der wirksame Ausziehung zu Fäden viskoser zu halten,
wiedergegebenen Ausfühmngsform befinden sich die Die Verteilerleitung 140 ist mit einem Einlaßrohr
Stromanschlußklemmen für das Heizband 100 an 50 151 und einem Auslaßrohr 146 zur Umwälzung einer
den Seiten der Schmelzwanne. Wie man insbesondere Wärme absorbierenden Flüssigkeit, beispielsweise
aus F i g. 4 erkennt, ist jede Seitenkante des Bandes Wasser, durch die Verteilerleitung versehen. Die
100 bei 104 in elektrisch leitendem Kontakt mit den Verteilerleitung 140 wird durch eine Konstruktion
Klemmen 106 geschaltet, die sich an eine Quelle 118 abgestützt, die in einem der Rahmenglieder 28
elektrischer Energie, beispielsweise den Leistungs- 55 befestigt ist, wie man aus F i g. 4 erkennt,
transformator 105 über Leiter 107 zur Zuführung Wie sich insbesondere aus den F i g. 3 und 4 erder
elektrischen Energie zum Heizband 100 anschlie- gibt, erstreckt sich eine Vielzahl seitlich angeordneßen
lassen. ter Glieder oder Stangen 150 vorzugsweise zwischen
Das Heizband 100 hat vorzugsweise Wannenform den Seitenwandungen 110 der Auskleidung 96 und
oder eine andere geeignete Gestalt zur Aufnahme 60 ist an dieser befestigt. Die Stangen 150 bestehen aus
der Schmelze und des Gemenges oberhalb des Heiz- einer Platin-Rhodium-Legierung, um den hohen
bandes. Die Anschlüsse 106 lassen sich durch Man- Temperaturen widerstehen zu können,
tel oder Rohre 108 kühlen, die ein umgewälztes Die Stangen 150 dienen als Verstärkungen für die
Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, aufnehmen. Ein Seitenwandungen 110 der Auskleidung und dienen
Kanal 109 in der oberen Oberfläche der hitzebestän- 65 außerdem zur Überführung der Wärme vom Mittel-
digen Konstruktion 90 umgibt den oberen Bereich bereich des Glaskanals, der durch die Wandungen
der Auskleidung 96 zur Aufnahme eines umgewälz- 110 definiert ist, zu den Wandungen der Auskleidung,
ten Kühlmediums, beispielsweise Wasser, um das um derart eine gleichmäßigere Temperatur des
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Glases in jeder horizontalen Querschnittsfläche zu schlossen ist, durch das die flüchtigen Bestandteile
erreichen. des Lösungsmittels abgesaugt werden. Der Strang
Durch die hitzebeständige Konstruktion 90 und in 174 aus den Fäden läuft durch eine Öffnung 204 im
die Kammer 98 erstreckt sich ein Platinlegierungs- Boden 16 zur Wickelvorrichtung 22.
rohr 154, welches mit einem optischen Pyrometer 5 Bei der Durchführung des Verfahrens mit einer
156 üblicher Bauart verbunden ist, wie man aus hochhitzebeständigen Glaszusammensetzung bewegt
F i g. 1 erkennt. Dieses optische Pyrometer dient zur sich das Glasgemenge vom Zuführungstrichter 34 in
Feststellung der Temperaturen in der Nähe der eine Gemengeverteilungsvorrichtung 38, die ober-Schmelzzone,
die durch das Heizband 100 dargestellt halb des offenen Mundes der Schmelzvorrichtung 12
wird. Wie man aus F i g. 3 erkennt, sind Vorzugs- io mit Hilfe der elektrisch angetriebenen Vorrichtung
weise Prallglieder 160 und 162 vorgesehen, um den hin- und hergeschwenkt wird. Der Antrieb erfolgt
Abwärtsfluß des geschmolzenen Glases zur Unter- durch den Motor 76. Während der Hin- und Herstützung
der Läuterung des Glases etwas zu modi- bewegung des Gemengeverteilungsgliedes 38 wird die
fizieren. Auch die Stangen 150 dienen zur Ableitung Gemengezumeß- und Zuführungsregulierungsvorrichdes
Glases von einer strengen senkrechten Bahn, um 15 tung, die von der Welle 60 getragen wird, mit der gederart
die Homogenisierung der Schmelze zu begün- wünschten Geschwindigkeit durch den Elektromotor
stigen. 46 über ein einstellbares Untersetzungsgetriebe 48 in
Wie man aus den F i g. 1 und 2 erkennt, tragen Umlauf versetzt.
die Rahmenstreben 24 einen Deckel oder eine Haube Die Zumeßflügel 62 werden im Umlauf versetzt
166 oberhalb der Gemengezuführungs- und Vertei- 20 und führen das Gemenge durch die Öffnungen im
lungsvorrichtung. Diese Haube läßt sich an ein Rohr unteren Bereich des Verteilungsgliedes 38 zu, wobei
168 zur Entlüftung des Bereiches in der Höhe der gleichzeitig eine Absiebung erfolgt. Während der
Gemengeverteilungsvorrichtung anschließen, um eine Schwingbewegung des Gliedes 38 wird das Gemenge
Verunreinigung der faserbildenden Zone mit feinen im wesentlichen kontinuierlich durch die Löcher mit
Gemengeteilchen zu verhindern. Das Rohr 168 kann 25 bemessener Geschwindigkeit unter dem Einfluß der
mit einem nicht gezeichneten Sauggebläse in Verbin- umlaufenden Flügel 62 durchgesiebt, welche das Ge-
dung stehen, um eine Luftzirkulation um die Ge- menge unter Sicherstellung einer sauberen Zufüh-
mengeabgabeanordnung einzuleiten. rung durchrühren. Durch dieses Verfahren wird das
Die aus den Strömen 132 aus der Zuführungsvor- zerkleinerte Gemengematerial im wesentlichen gleich-
richtung ausgezogenen Fäden 170 werden durch eine 30 mäßig über die ganze Fläche des Einlasses der
Sammelvorrichtung oder einen Schuh 172 zu einem Schmelzwanne verteilt, so daß eine Schicht gleich-
Strang 174 vereinigt, welcher auf ein Sammelrohr mäßiger Dicke aus dem Gemengematerial auf der
oder eine Hülse 176 aufgewickelt wird, die über Schmelze aufrechterhalten wird,
einen Dorn 178 einer Wickelvorrichtung 22 auf- Vorzugsweise sieht man eine vergleichsweise
geschoben wird. Der Dorn 178 wird in Umlauf ver- 35 dünne Gemengeschicht auf dem geschmolzenen
setzt und zieht die Ströme mit hohen Geschwindig- Material vor, um den Austritt von Gasen oder flüch-
keiten bis zu 5000 Metern und mehr pro Minute zu tigen Bestandteilen aus der Schmelze ohne Bildung
Fäden aus. Der Strang 174 wird in Längsrichtung von Löchern im Gemengematerial zu erleichtern. Die
des Packungsrohres 176 durch einen umlaufenden Schicht aus zerkleinertem Gemengematerial wirkt als
und hin- und hergehenden Querführer 179 üblicher 40 Isolator und vermindert die Wärmeverluste.
Bauart bei der Herstellung einer Packung aus dem Der elektrische Strom wird dem Heizband 100
Strang auf dem Rohr 176 hin- und herbewegt. unter geregelten Bedingungen zugeführt, um die
Der Applikator 18 bringt eine Schlichte oder einen Schmelzgeschwindigkeit des Gemengematerials mit
Überzug auf die einzelnen Fäden 170 vor ihrer der Zuführungsgeschwindigkeit der Materialströme
Vereinigung am Sammelschuh 172 auf. Die Schlichte 45 von der Zuführungsvorrichtung einzuregeln und zu
oder der Überzug können als wäßrige Emulsion oder koordinieren. Die Schmelzzone befindet sich etwa
als Lösungsmittelschlichtesystem aufgebracht wer- oberhalb und unterhalb des Heizbandes 100, so daß
den. Der Applikator enthält eine Walze 180, die über das Rohgemenge nicht unmittelbar mit dem Heizeine
geeignete Übertragungsvorrichtung mit vermin- band in Berührung kommt, da das Material am Heizderter
Geschwindigkeit von einem Motor 182 ange- 5° band sich im geschmolzenen Zustand befindet,
trieben wird. Die Applikatorwalze befindet sich in- Durch diese Anordnung wird das gesamte Glas durch
nerhalb eines Behälters 184, der mit der in einem das Heizband auf hohe Temperaturen erhitzt, da die
Vorratsbehälter 186 befindlichen Schlichte od. dgl. Schmelze durch die Öffnungen 102 im Heizband bei
versorgt wird. Die Schlichte wird über einen Tank ihrem Weg in Richtung der Zuführungsvorrichtung
188 zugeführt, welcher eine Spiegelregelung enthält. 55 hindurchgehen muß.
Die Schlichte fließt in den Behälter 184 durch ein Hochhitzebeständige Gläser, die gemäß dem Ver-
Rohr 190. fahren nach der Erfindung verarbeitet werden,
Die Applikatorkonstruktion sitzt auf einem Rah- schmelzen bei Temperaturen oberhalb 1550° C. Bei
men 192, der mit Rillenrädern 194 versehen ist, die so hohen Temperaturen befindet sich das Glas in
auf Schienen 196 laufen, so daß der Applikator 18 60 einem Viskositätszustand, der für ein zufriedenstel-
bezüglich der Zuführungsvorrichtung und der Wik- lendes Ausziehen zu niedrig ist. Somit ist während
kelvorrichtung 22 jeweils eingestellt werden kann. des Durchganges des geschmolzenen Glases nach
Findet ein Lösungsmittelschlichtesystem Verwen- unten eine fortschreitende Kühlung zur Umstellung
dung, dann muß der Applikatorbereich von flüchti- des Glases auf den Ausziehvorgang wesentlich,
gen Bestandteilen des Lösungsmittels entlüftet und 65 Die Schmelze wird in der Kammer 98 auf ver-^
gereinigt werden. Zu diesem Zweck ist eine Haube gleichsweise hohen Temperaturen und für so lange*
200 im Applikatorbereich vorgesehen, an die über Zeit gehalten, daß eine Läuterung und im wesent-
ein Rohr 202 ein nicht gezeichnetes Sauggebläse ange- liehen vollständige Homogenisierung des Glases er-
folgt. Diese Zeit-Temperatur-Behandlung reduziert die Kristallisation und begünstigt damit die Bildung
extrem hochzugfester Fasern oder Fäden. Die Prallplatten 160 und 162 erleichtern die Bewegung der
Schmelze im allgemeinen in Querrichtung im Bereich der Prallplatten, so daß dadurch die Läuterung und
Homogenisierung der Schmelze unterstützt wird. Die Prallplatien sind mit Öffnungen 161 bzw. 163 versehen,
um eine Vertikalbewegung des Glases während der Läuterungsperiode zu ermöglichen und damit
auch den Austritt von flüchtigen Bestandteilen.
Zur Begünstigung der Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur der Schmelze in einem gegebenen
horizontalen Querschnittsbereich übertragen die Stangen 150, die sich über die Kammer zwischen
den Wandungen 110 der Auskleidung erstrecken, wirksam die Wärme von dem heißeren Mittelteil der
Schmelze in Richtung der Wandungen der Auskleidung, so daß gleichmäßigere Temperaturen in den
Querschnittsbereichen entstehen und die Glasternperatur fortschreitet, während die Abwärtsbewegung
des Glases in Richtung der Zuführungsvorrichtung 122 vermindert wird. Dadurch kühlen die Stangen
die Schmelze von der Innenseite nach auswärts in Richtung der Wandungen der Auskleidung.
Die Stangen dienen außerdem dazu, Schlieren oder Körner in der herabsinkenden Schmelze aufzubrechen.
Die Stangen wirken in einem gewissen Maße als Wärmesenken, um Wärme auf die Wandungen
der Auskleidung und damit nach außen von der Auskleidung durch die hitzebeständige Einrichtung
90 zu übertragen. Die Blöcke 91 der hitzebeständigen Konstruktion 90 können in Richtung auf die
Auskleidung 96 zu und von ihr weg bewegt oder entfernt werden, um das Ausmaß der fortschreitenden
Temperaturverminderung der Schmelze innerhalb der Kammer 117 zu regulieren. Es ist selbstverständlich,
daß, obwohl die Glieder 150 als Stangen von kreisförmigem Querschnitt wiedergegeben sind, sie
auch abgeflachte oder plattenartige Form von wesentlicher Breite in Strömungsrichtung der Schmelze aufweisen
können, um erforderlichenfalls vergrößerte Wärmeieitflächen zu erhalten.
Wenn die Schmelze in die Ziiführungsvorrichtung
122 eintritt, dann ist sie im wesentlichen vollständig auf die Ausziehtemperatur gebracht. Elektrischer
Strom von einem Versorgungstransfonnator 135
fließt durch die Zuführungsvorrichtung 122, um die Schmelze auf einer Temperatur etwas oberhalb der
gewünschten Ausziehtemperatur zu halten und dadurch die Zuführung gleichmäßiger Glasströme
durch die Zuführungsdüsen 125 zu gewährleisten. Die Kühlrippen 142 in der Nähe der Ströme 132 leiten
die Wärme von den Strömen ab und steigern damit die Zähigkeit des Glases der Ströme, so daß eine
zufriedenstellende Ausziehung der Ströme zu Fäden gewährleistet ist.
Die aus den Strömen ausgezogenen Fäden 170 laufen auf die Applikatorwalze 180 und nehmen dort
einen Überzug oder eine Schlichte auf. Die überzogenen Fäden werden durch den Sammelschuh 172
zu einem Strang 174 vereinigt, welcher durch die Wickelvorrichtung 22 zu einer Packung aufgewickelt
wird.
Wie bereits erwähnt, ist die Aufrechterhaltung einer sehr hohen Temperatur in der Schmelze für
einen wesentlichen Zeitraum erforderlich, um eine homogene Schmelze geläuterten Glases zu schaffen,
mit dem es allein möglich ist, zufriedenstellend hochzugfeste Fäden oder Fasern herzustellen. Es hat sich
gezeigt, daß die Aufrechterhaltung der Schmelze auf .vergleichsweise hohen Temperaturen für einen Zeitraum
von etwa 4 Stunden zu einer geläuterten Schmelze führt, die für die Herstellung von Fäden
oder Fasern mit hoher Zugfestigkeit geeignet ist.
F i g. 5 zeigt einen Steuerkreis für die Stromzuführung zu dem Heizband 100, wobei der Strom zur Erhitzung
dieses Bandes durch einen spannungsempfindlichen Kreis gesteuert wird, welcher den Stromfluß
zum Heizband modifiziert. Bei den extrem hohen Temperaturen in der Schmelzanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein übliches Thermoelement als Temperaturmeßvorrichtung nicht geeignet. Der
Hauptleistungskreis für die Zuführung des elektrischen Stromes zum Heizband versorgt im wesentlichen
unter den normalen Betriebsbedingungen das Heizband mit konstantem Strom.
Wird das Ausziehen der Ströme zu Fäden vorübergehend unterbrochen, beispielsweise^ wenn eine
fertige Packung abgezogen und eine leere Sammelhülse auf den Wickeldorn aufgeschoben wird, dann
steigt normalerweise die Temperatur des Bandes übermäßig an, so daß eine Regelung des Hauptleistungskreises
zur Aufrechterhaltung der Temperaturkonstanz am Heizband erforderlich ist. Aus Fig. 5 erkennt man, daß das Heizband 100 mit
seinen Klemmen 106 an eine Sekundärwicklung 210 und dem Leistungstransformator 105 angeschlossen
ist, dessen Primärwicklung 214 beispielsweise mit 60 Hertz Wechselstrom von 440 Volt gespeist wird.
Der mit den Klemmen Ϊ06 zusammengeschaltete
Leistungskreis kann beispielsweise eine Spannung in der Größenordnung von 5V2Volt aufweisen. Der
Stromfluß in dem Heizband 100 ist so hoch, daß die Spannung an den Klemmen des Heizbandes nur in
der Größenordnung von 2 Volt liegt. Die Klemmen 106 des Heizzbandes 100 sind unmittelbar mit einem
Regeltransformator 216 zusammengeschaltet, wobei die Spanung an der Primärwicklung des Transformators
2 Volt beträgt.
Der Transformator 216 liefert vorzugsweise eine Spannungsreduktion von 4 :1, da die mittelangezapfte
Sekundärwicklung 218 des Regeltransformators an ihren Anschlüssen annähernd eine Spannung von
Va Volt aufweist. Der Strom in der Sekundärwicklung
218 des Regeltransformators wird durch Dioden 220 gleichgerichtet und der gleichgerichtete Strom
durch einen Pl-Filterkreis gefiltert. Der Filterkreis
enthält ein paar parallelgeschalteter Kondensatoren 222 und 224, zwischen denen ein Widerstand 226
sitzt und zu denen in Reihe Induktanz 228 geschaltet ist.
Der Gleichstromausgang vom Filterkreis wird über einen Spannungsteiler 230 aufgegeben, von dem annähernd
ein 10-Millivolt-Gleichstromausgangssignal
zu einem Regler 232 üblicher Bauart für einen Siliziumregelgleichrichter 234 in der Primärwicklung der
Hauptstromversorgung für den Transformator 105 zugeführt wird. Durch die Verwendung eines Siliziumgesteuerten Gleichrichters im Hauptversorgungskreis
liegt der Zeitkonstantenfaktor des Versorgungskreises unterhalb 1,U Hertz.
Durch diese Anordnung liefert, wenn ein Temperaturanstieg im Heizband erfolgt, beispielsweise bei
Unterbrechung des normalen Ausziehens zum Auswechseln einer fertigen Packung der Spannungstast-
kreis an dem Heizband eine unmittelbare Anzeige der Temperaturänderung wegen des Anstieges bzw. Abfallens
seines Widerstandes. Der Tastkreis modifiziert die Leistung zur Rückstellung der Temperatur des
Heizbandes auf die vorgewählte Temperatur, um den gewünschten Fluß des Glases durch die Zuführungsvorrichtung sicherzustellen. Da die Zeitkonstante der
Siliziumgleichrichter gering ist, wird jede Abweichung von der vorgewählten Strömungsgeschwindigkeit auf
ein Minimum herabgesetzt.
Claims (18)
1. Verfahren zum Schmelzen von Mineralien bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mineralmaterial in Gemengeform einer oben offenen Kammer zugeführt, in einem oberen Bereich der Kammern
unter Überführung des Materials in einen fließfähigen Zustand erwärmt und kontinuierlich über
den offenen Bereich der oben offenen Kammer verteilt wird, derart, daß eine Schicht Gemengeinaterial
auf dem geschmolzenen Material aufrechterhalten wird und das Material von der Kammer abgeleitet und eine Übergangsbewegung
des Materials vom Heizbereich fort hervorgerufen wird, und daß die Temperatur des fließfähigen
Materials während seiner Ubergangsbewegung in der Kammer reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Material von der Kammer zur Erzielung einer Ubergangsbewegung aus dem Wärmebereich abfließen läßt und die
Temperatur des Materials während dieser Übergangsbewegung herabsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme in einem oberen
Bereich des Materials bis zur Verflüssigung desselben aufgebracht und das fließfähige Material
aus einer Zone in der Nähe der Kammer abgeführt wird, um eine Übergangsbewegung des
Materials aus dem Erwärmungsbereich zu erzielen.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gemenge im wesentlichen kontinuierlich mit geregelter Geschwindigkeit über
den Querschnitt einer oben offenen Kammer abgegeben wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gemenge so auf das Schmelzbad in der Kammer aufgegeben wird, daß auf
diesem eine Gemengeschicht von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke aufschwimmt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärme seitlich vom Mittelbereich des geschmolzenen Materials unter der Wärmeaufbringzone abgeführt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das geschmolzene Material so lange und bei einer solchen Temperatur in der Kammer
gehalten wird, daß es im wesentlichen homogenisiert wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das geschmolzene Material einer Stromzuführungsvorrichtung zugeführt wird, die
im Abstand von dem Heizbereich der Kammer liegt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß Heizzeit und Temperatur so gewählt werden, daß das Glas vollständig entkristallisiert
und homogen gehalten wird.
10. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als
Schmelztemperatur eine Temperatur oberhalb 1650° C gewählt wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schmelzwanne (96) mit einem oben offenen Bereich
(86), die aus einem gegen sehr hohe Temperaturen beständigen Material besteht und die
ein stromleitendes Element (100) im oberen Bereich aufweist, durch das elektrische Energie zum
Schmelzen des Gemenges zugeführt wird; sowie durch eine Einrichtung (42) zur Verteilung des
Gemenges derart, daß im offenen Bereich auf dem Schmelzbad eine dünne Gemengeschicht
entsteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Regelung für die Stromzuführung
zu den stromführenden Elementen (100) zur Regulierung der Schmelzgeschwindigkeit des
Materials.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich das stromführende
Element (100) über den gesamten oberen Bereich der Schmelzwanne (96) erstreckt.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch
wärmeableitende Vorrichtungen (115, 91) in der Wanne (96) zur Verminderung der Temperatur
des nach unten in die Kammer (117) fließenden Materials.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schmelzwanne (96) einen Boden (100) mit einer Vielzahl von Öffnungen (102) aufweist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schmelzwanne (96) aus einem metallischen, gegen hohe Temperaturen beständigen Material
besteht.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
daß das stromführende Element (100) von der Wandung der Kammer (98) elektrisch isoliert ist.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß mit der Schmelzkammer (98) eine Zuführungsvorrichtung (122) in Verbindung steht, die
elektrisch von der Schmelzkammer isoliert ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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