DE1596552B2 - Vorrichtung zur herstellung von faeden aus mineralischem material, vorzugsweise von glasfaeden - Google Patents
Vorrichtung zur herstellung von faeden aus mineralischem material, vorzugsweise von glasfaedenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung
von Fäden oder Fasern aus mineralischem Material, vorzugsweise zur Herstellung von Glasfäden
oder -fasern, wobei nach dem Direktschmelzverfahren an einen an einen Schmelzofen angeschlossenen
Vorkammerofen eine Vielzahl von Düsenwannen angeschlossen sind, denen über einen Kanal im
Vorkammerofen das auszuziehende Material zufließt
Eine solche nach dem Direktschmelzverfahren arbeitende Vorrichtung zur Herstellung von Fäden oder
Fasern ist bekannt aus der US-PS 30 82 614. Bei der bekannten Vorrichtung ist ein einziger umfangreicher
Glasschmelzofen vorgesehen, von dem ausgehend sich ein sogenannter Vorherd oder Vorkammerofen in Form
eines langen schmalen Kanals erstreckt, an den in Aufeinanderfolge eine Vielzahl einzelner Düsenwannen
angeschlossen sind, denen von dem Vorkammerkanal schmelzflüssiges Glas zugeführt wird. Aus an den Böden
der Düsenwannen angeordneten öffnungen fließen Glasströme aus, die dann üblicherweise zu Fäden oder
Fasern ausgezogen werden. Aus dem Kanal des Vorkammerofens fließt das schmelzflüssige Glas zu
jeder Düsenwanne jeweils durch eine große, im wesentlichen rechteckige öffnung, die ungefähr den
gleichen Querschnitt aufweist, wie die das Glas aufnehmende Düsenwanne selbst Die bekannte Vorrichtung
aus der US-PS 30 82 614 beschäftigt sich mit der sich aus den unterschiedlichen Standhöhen des
Glases über den Düsenwannen ergebenden Schwierigkeiten, die wegen des hieraus resultierenden unterschiedlichen
Drucks zu ausgezogenen Fäden unterschiedlichen Durchmessers führen. Die unterschiedlichen
Standhöhen, die sich über die Länge^ des Vorkammerofens gesehen bei den jeweiligen Düsenwannen
ergeben, sind auf die starke Viskosität und den Reibungseinfluß, dem das fließende Glas an den
Vorkammeröfen ausgesetzt ist, -zurückzuführen. Um hier Abhilfe zu schaffen, schlägt die bekannte Vorrichtung
vor, die einzelnen, aufeinanderfolgenden Düsen- wannen in unterschiedlichen Höhen anzuordnen.
Das wegen seines geringen Energieverbrauchs vorteilhafte Direktschmelzverfahren weist jedoch noch
weitere Schwierigkeiten auf, die darin liegen, daß es sehr schwierig ist, die thermischen Werte des Glases in
den jeweiligen Düsenwannen zu stabilisieren. . Abgesehen von einem Temperaturgradienten über
die Länge des Vorkammerofenkanals ergeben sich noch zusätzliche komplizierte Abhängigkeiten im Temperaturverhalten
zwischen den einzelnen Düsenwannen, dem Vorkammerofenkanal und dem eigentlichen Schmelzofen, die sehr schwierig zu beherrschen sind,
insbesondere, wenn man sich verdeutlicht, daß es sich hierbei stets um Temperaturen von weit über 1000° C
handelt, wobei der für das Ausziehen des Glases geeignete Temperaturbereich unter Umständen nur
einige 10° umfaßt und mit erheblichen, bei diesen _ Temperaturen abgestrahlten Wärmemengen zu rech- Qj
nen ist Untersuchungen haben ergeben, daß bei der bekannten Vorrichtung Temperaturschwankungen des
Glases im Vorkammerofenkanal über die bestehenden Verbindungen auf die Düsenwannen übertragen werden;
des weiteren übertragen sich aber auch Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Düsenwannen, j
wie festgestellt worden ist, durch das im Vorkammerkanal befindliche schmelzflüssige Glas auf benachbarte .
Düsenwannen, so daß es zu einer sogenannten thermischen Kopplung kommt, die im angelsächsischen
Ausdruck als »thermal cross talk« bezeichnet werden kann. Wird beispielsweise aus irgendwelchen Gründen,
beispielsweise wegen Bruch von auszuziehender Glasfäden, eine Düsenwanne abgeschaltet, so führt dies bei
dieser Düsenwanne sofort zu erheblichen Temperaturänderungen, da das abgezogene Glas gleichzeitig
erhebliche Wärmemengen abführt Diese Temperaturänderung bei der einen Düsenwanne, die ohne weiteres
in Kauf genommen und entsprechend ausgeregelt werden kann, beeinflußt aber auch die Glastemperatur
im Vorkammerofenkanal, so daß es zu einer Beeinflussung auch der anderen Düsenwanne kommt, denn jede
Düsenwanne steht unter dem Einfluß der Strahlungsenergie des sich im Vorkammerofenkanal befindlichen
Glases, so daß Temperaturschwankungen dieses Glases thermische Störungen in den Düsenwannen verursachen.
Es kommt dann auch bei den anderen Düsenwannen zu einer Änderung der Viskosität und sonstiger
Zustandswerte des Glases und somit auch zu ausgezogenen Fäden ungleicher Dicke und unterschiedlicher
Festigkeitseigenschaften. Gerade bei der Herstellung feiner Glasfäden, beispielsweise für textile Zwecke, j
müssen jedoch die Fäden notwendigerweise möglichst β gleichförmig sein. Dies trifft auch für spezielle
industrielle Anwendungsfälle zu.
Bekannt ist die Herstellung von Glasfäden auch nach dem sogenannten Kugelschmelzverfahren, welches sich
beispielsweise aus der US-PS 30 48 640 und 30 28 442 entnehmen läßt Bei diesem Kugelschmelzverfahren
wird so vorgegangen, daß vorraffinierte und geläuterte Glaskugeln, die keinerlei Unreinheiten, Kristallkeime
od. dgl. enthalten, einer Schmelzeinheit zugeführt und dort aufgeschmolzen werden. Die häufig selbst trichterförmig
ausgebildete Schmelzeinheit steht über eine schmale Verbindungsöffnung mit einem darunter
angeordneten Speiser oder Feeder, ähnlich einer Düsenwanne, in Verbindung, von dessen Boden
ebenfalls aus den austretenden Glasströmen Fäden ausgezogen werden. Wie beispielsweise den F i g. 4 und
5 dieser beiden US-Patente entnommen werden kann, ist beim Kugelschmelzverfahren jeder Schmelzwanne
nur eine einzige Düsenwanne oder ein Speiser zugeordnet, und die Vorrichtung ist in etwa einstückig
aufgebaut, wobei zwischen der ■ trichterförmigen Schmelzwanne und der Düsenwanne eine verengte
Spaltöffnung angeordnet ist, die dafür sorgt, daß in die
Düsenwanne selbst nicht etwa noch unaufgeschmolzene Glasteilchen hineinfallen können, was zu einer erheblichen
thermischen Störung des sorgfältig in seiner Temperatur geregelten Glaskörpers in der Düsenwanne
führen würde. Sämtliche Innenbereiche von Schmelzwanne im Übergang zur Düsenwanne sind mit einer
metallischen, üblicherweise aus Platin und Rhodium bestehenden Legierung ausgekleidet, an die sich nach
außen eine feuerfeste Auskleidung anschließt Aus der oberhalb der Düsenwanne angeordneten Schmelzwanne
fließt das aufgeschmolzene Glas in dünnen Schleiern in die Düsenwanne ein, beruhigt sich dort und wird einer
weiteren, genau geregelten Wärmebehandlung unterzogen. Eine sogenannte thermische Kopplung besteht bei
dieser nach dem Kugelschmelzverfahren arbeitenden Vorrichtung nicht, denn die schmale, nach unten
fließende Glasschichtung kann Wärmestörungen aus der Düsenwanne nicht auf die Schmelzwanne übertragen,
was im übrigen auch unerheblich wäre. Darüber hinaus sorgt die nicht unterbrochene metallische
Auskleidung für einen hervorragenden Wärmeübergang zwischen Düsenwanne und Schmelzeinheit, so daß
sich mit Bezug auf die beim Direktschmelzverfahren auftretenden thermischen Probleme, ausgehend vom 35 ■
Kugelschmelzverfahren, keine Bezüge herstellen lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Fäden oder Fasern aus
mineralischem Material, vorzugsweise zur Herstellung von Glasfäden nach dem Direktschmelzverfahren zu
schaffen, die thermisch hochstabil ist und bei der insbesondere von einer der an den Vorkammerofenkanal
angeschlossenen Düsenwanne stammende thermische Störungen nicht auf andere Düsenwannen
übertragen werden können, d. h., daß eine thermische
Rückkopplung vermieden ist
Um diese Aufgabe lösen zu können, geht die Erfindung von der Erkenntnis aus,,daß die thermische
Rückkopplung sich aufgrund von Temperaturänderungen von einer Düsenwanne zur anderen über die
Schmelze selbst ergibt und schlägt dann zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß ein thermisch isolierender
Block zwischen Kanal und den Düsenwannen angeordnet ist, mit je einem Kanal und Düsenwanne
verbindenden, im Vergleich zur Breite der Düsenwanne engem Durchlaß für das schmelzflüssige Material,
dessen Querschnitt so bemessen ist, daß seine Durchflußkapazität gleich oder weniger größer ist als
die Abflußkapazität des Speisers.
Auf diese Weise gelingt es, die von einer Düsenwanne zum Vorkammerofenkanal im wesentlichen durch
Strahlung übertragene Energie zu vermindern bzw. sogar zu blockieren, so daß jede Düsenwanne
unabhängig von der benachbarten betrieben werden kann und es auf diese Weise gelingt, die Betriebsbedingungen
und Temperaturen von mehreren, an einen gemeinsamen Vorkammerofenkanal angeschlossenen
Düsenwannen genau und individuell zu steuern.
Da der Querschnitt des den Vorkammerofenkanal mit der jeweiligen Düsenwanne verbindenden-Durchlasses
so bemessen ist, daß seine Durchflußkapazität gleich oder wenig größer als die Abflußkapazität des Speisers
ist, befindet sich das im Durchlaß befindliche schmelzr
flüssige Glas in einer merklichen Strömurigsbewegüng
in Gegenrichtung zu der Richtung;" in welcher.die
unerwünschte Wärmeenergieübertragung -'*■ erfolgen
würde, so daß auch hierdurch die thermische Rückkopp-:
lung vermindert wird. Selbstverständlich'basiert "die
Querschnittbemessurig des Durchlasses in der Häuptsache darauf, der Düsenwanne stets die, jeweils pro
Zeiteinheit benötigte Glasmenge zur ,Verfügung ,zu
stellen und andererseits jede Düsenwanne gegenüber dem Vorkammerofenkanal soweit wie möglich thermisch
abzudecken und zu isolieren. ; -·—··- ' ■ ·. -:
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt '
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Figuren im
einzelnen näher erläutert Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Vorkammerofens
mit angesetzten Düsenwanrien,
F i g. 2 einen vertikalen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. l.und
F i g. 3 eine schaubildliche Darstellung eines isolierenden Blockes für die Düsenwanne.
Die erfindungsgemäße Ausbildung zur thermischen Isolierung der Düsenwannen ist zwar bei der Herstellung
von mineralischen Fasern und Fäden besonders vorteilhaft, sie kann jedoch auch überall sonst
angewendet werden, wo es zweckmäßig erscheint
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung ist zur Durchführung des Direktschmelzverfahrens vorgesehen,
um geschmolzenes Glas einer Vielzahl von Düsenwannen zuzuführen, die mit einem Vorkammerofen
verbunden sind. Die Gläscharge wird in einen Schmelzofen 10 eingeführt, und zwar an dem dem
Vorkammerofen 12 gegenüberliegenden Ende des Schmelzofens, der mit dem Vorkammerofen 12
verbunden ist
Die Glascharge wird im Schmelzofen 10 geschmolzen und durch diesen hindurchbewegt, um den Glasfluß
aufzubereiten; dann wird der aufbereitete Glasfluß 14 einem sich in Längsrichtung des Vorkammerofens 12
erstreckenden Vorkammerkanal 16 zugeführt Längs des .Vorkammerofens 12 sind im Abstand voneinander
Düsenwannen 18 angeordnet .
Das Bodenteil einer jeden Düsenwanne ist mit Düsenöffnungen versehen, durch die Glasströme
hindurchfließen; diese werden dann zu Fäden 20 ausgezogen, indem ein Strang 22 von Glasfäden auf eine
Aufwickeltrommel 24 einer Wickelmaschine 26 üblicher Bauart aufgewickelt wird. Für jede Düsenwanne ist eine
gesonderte Wickelmaschine vorgesehen. "
Das Glas wird im Vorkammerofen durch Erhitzen mittels Brennern 34 im flüssigen Zustand gehalten; die
Brenner 34 sind am Oberteil des Vorkammerofens 12 angeordnet, und sie werden mit einer Mischung aus Gas
oder öl mit Luft durch Zufuhrrohre 36 beschickt, die mit
einer nicht dargestellten Mischvorrichtung verbunden sind; an jedem Brenner ist ein Ventil 38 vorgesehen, um
die Brennstoffzufuhr zum Brenner zu regulieren. Die Brenner sind vorzugsweise vom Strahlungstyp, jedoch
kann auch jede andere Brennerart dazu verwendet werden, den Vorkammerkanal 16 zu erhitzen, um so die
Temperatur des Glasflusses 14 im Vorkammerkanal zu steuern.
Wie in F i g. 2 dargestellt ist, weist jede Düsenwanne
18 im wesentlichen vertikale Seitenwände 40 und Stirnwände 4t auf, die aus einer Legierung von Platin
und Rhodium oder aus einem anderen geeigneten metallischen Material bestehen, das gegenüber. den
hohen Temperaturen geschmolzenen Glases beständig ist und nicht korrodiert, j : . , . . ..
Jede Düsenwanne ist mit einer feuerfesten Isolierung
44 umgeben, die von einem metallischen Gehäuse 46 getragen ist Das Gehäuse 46 kann in beliebiger Weise
am Vorkammerofen 12 befestigt sein. Ein Bodenteil 48 der Düsenwanne ist mit einer Gruppe von nach unten
gerichteten Düsen 50 versehen, durch die jeweils ein Glasstrom 19 fließt T
Eine von den Seitenwänden 40 und den Stirnwänden 41 der Düsenwanne gebildete Kammer 52 weist
vorzugsweise eine größere Tiefe als Breite auf. Die in der Zeichnung dargestellte Düsenwanne bildet einen
. verhältnismäßig tiefen und engen Schacht in dem das Glas einer Temperaturbehandlung unterzogen werden
kann. Im oberen Teil der Kammer 52 einer jeden Düsenwanne ist ein Heizkörper 56 angeordnet, der
vorzugsweise die Form eines mit öffnungen 58 versehenen Siebes hat, durch die das Glas hindurchfließt
_ Obwohl der Heizkörper 56 in der Zeichnung f V-förmig ausgebildet ist, kann er auch jede andere
geeignete Form aufweisen. Der Heizkörper 56 hat an seinen oberen Kanten Flansche 60, die mit den
Seitenwänden 40 der Düsenwanne verbunden sind. Jede Stirnwand 41 einer Düsenwanne hat ein mit ihr
einstückiges Stirnansatzstück 62, das vorzugsweise überall gleich dick ist Jedem Stirnansatzstück wird
Strom über eine Stromschiene 64 zugeführt die mit einer Stromquelle hoher Stromabgabe aber niederer
Spannung verbunden ist
Jede Stromschiene ist vorzugsweise mit Hilfe nicht dargestellter, justierbarer Mittel mit dem angrenzenden
Stirnansatzstück 62 verbunden, um so die Stelle, an der die Stromschiene mit dem Stirnansatzstück verbunden
ist einstellen zu können, damit die Stromverteilung durch die Wände der Düsenwanne und im Heizkörper
56 gesteuert werden kann. Das Glas in jeder Düsenwanne wird durch den den Heizkörper 56 ■
durchfließenden Strom erhitzt so daß das Glas in'der
Düsenwanne einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Das Glas kann in der Düsenwanne über die Glastemperatur
im Vorkammerofen erhitzt werden, jedoch sollte die Glastemperatur in der Düsenwanne die maximale
Temperatur im Schmelzofen 10 nicht übersteigen, um so ein Aufkochen zu verhindern. , ·
Bei den weiter .vorn beschriebenen bekannten • Einrichtungen, bei denen das Glas von einem Vorkammerofen
Düsenwannen zugeführt wird, ist es üblich, daß das Glas vom Vorkammerofen in die Düsenwanne
durch eine öffnung im Flußbett des Vorkammerkanales hindurchfließt die ungefähr die gleiche Größe und Form
wie der Querschnitt der Düsenwanne hat Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein im Vergleich zur
Breite der Düsenwanne enger Glasdurchlaß bzw. im Block 72 zwischen Vorkammerkanal und Düsenwanne
70 im Flußbett vorgesehen, so daß dieser Glasdurchlaß wesentlich enger ist als dies bei den bis jetzt benutzten
Einrichtungen der Fall ist
Der Block 72 .ist aus hochtemperaturbeständigem feuerfestem Material, und der enge Glasdurchlaß 70 im
Block hat ungefähr dieselbe Länge (in Längsrichtung des Vorkammerofens) wie die Düsenwanne. Bei dem
verhältnismäßig engen Glasdurchlaß, durch den das Glas vom Vorkammerkanal in eine Düsenwanne fließt
bewirkt das angrenzende, feuerfeste Material des gleichzeitig das Flußbett des Kanals bildenden Blockes
72 eine thermische Isolierung oder Abdeckung der Düsenwanne gegenüber dem Vorkammerofen. Da der
Block 72 mit Ausnahme des engen Glasdurchlasses 70 die Düsenwanne abdeckt wird die Zustrahlung von
Energie von einer Düsenwanne zum Vorkammerofen und infolgedessen zu den benachbarten Düsenwannen
verhindert ... .
Bei der vorliegenden Vorrichtung ist somit jede Düsenwanne thermisch isoliert so daß die Eigenschaften
des Glases in einer Düsenwanne unabhängig von denjenigen des im Vorkammerofen befindlichen Glases
sind, wodurch die Glaseigenschaften in jeder Düsenwanne unabhängig von den Betriebsbedingungen der
anderen Düsenwannen genau eingestellt werden können. Bei Einrichtungen, wie sie in F i g. 2 dargestellt sind,
bei denen das Glas in den Düsenwannen einer Temperaturbehandlung durch Erhitzen mittels eines
elektrischen. Heizkörpers unterworfen wird, verhindert der Block 72 eine Energieabstrahlung vom Glas in der
Düsenwanne zum Glas im Vorkammerofen.
Der Glasdurchlaß 70 hat einen derartigen Querschnitt, daß etwas mehr Glas vom Vorkammerkanal in
jede Düsenwanne fließen kann, als aus ihr infolge der den Düsen 50 entströmenden Glasströme abfließt; auf
diese Weise ist sichergestellt, daß die Düsenwannen ständig gefüllt sind. Außerdem wird durch den engen
Glasdurchlaß 70 erreicht daß das vom Vorkammerofen 12 in die Düsenwannen fließende Glas mit einer so
großen Geschwindigkeit fließt daß durch das fließende Glas keine Wärme von den Düsenwannen zum
Vorkammerofen übertragen werden kann.
Außerdem dient der Block 72 aus feuerfestem Material aber auch dazu, die Übertragung von
Temperaturschwankungen im Glas des Vorkammerofens auf die Düsenwannen zu verhindern. Infolgedessen
und wegen des engen Glasdurchlasses 70 beeinflus-, sen Temperaturschwankungen des Glases im
Vorkammerofen die Glaseigenschaften in den verschiedenen Düsenwannen nur unwesentlich. Falls eine
Düsenwanne stillgelegt wird, so beeinflußt die Temperaturänderung des im Vorkammerofen befindlichen
Glases das Glas in den in Tätigkeit befindlichen Düsenwannen ebenfalls nicht wesentlich.
Wie insbesondere F i g. 3 zeigt, ist der Durchlaß im
Block 72 verhältnismäßig eng, und er erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Länge der Düsenwanne.
Die öffnung muß aber so groß sein, daß die den Durchlaß durchfließende Glasmenge zumindest gleich
und vorzugsweise etwas größer ist als die der Düsenwanne durch die Düsen entströmende Glasmenge,
um die Düsenwanne dauernd gefüllt zu halten und am Bodenteil der Düsenwand einen im wesentlichen
konstanten statischen Druck im Glas aufrechtzuerhalten. Bei der durchschnittlichen Größe einer Düsenwanne
ist es angemessen, wenn der Glasdurchlaß im Flußbett eine Breite von ungefähr 1,9 cm hat, da dann
die Düsenwanne stets mit Glas gefüllt ist; der den Glasdurchlaß bildende Block deckt dann noch sehr
wirkungsvoll die Düsenwanne ab und isoliert sie infolgedessen thermisch gegenüber dem Vorkammerofen.
Es ist jedoch selbstverständlich, daß bei Düsenwannen mit verschiedenen Abflußmengen pro Zeiteinhei
der Glasdurchlaß 60 stets genügend breit und lang seir
muß, um das Durchfließen der benötigten Glasmenge zu gestatten.
In der Zeichnung ist zwar der Glasdurchlaß in Verbindung mit einer mit einem Heizkörper versehenen
Düsenwanne von erheblicher Tiefe gezeigt, jedoch kann ein Flußbett mit engen Glasdurchlässen auch mit
verhältnismäßig flachen Düsenwannen oder solchen anderer Form kombiniert werden.
Durch die Erfindung wird die Herstellung und das Konditionieren von Glas zur Bildung feiner, kontinuierlich
ausgezogener Fäden erheblich verbessert, da bei der vorliegenden Vorrichtung den verschiedenen
Düsenwannen Glasströme gleichmäßigerer Dicke entströmen, wofür die größere thermische Stabilität je'der
Düsenwanne und das Fehlen einer thermischen Kopplung zwischen einander benachbarten Düsenwannen und/oder dem Vorkammerofen verantwortlich ist.-—
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
609586/158
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Herstellung von Fäden oder Fasern aus mineralischem Material, vorzugsweise
zur Herstellung von Glasfaden oder -fasern, wobei nach dem Direktschmelzverfahren an einen an einen
Schmelzofen angeschlossenen Vorkammerofen eine Vielzahl von Düsenwannen angeschlossen sind,
denen über einen Kanal im Vorkammerofen das auszuziehende Material zufließt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein thermisch isolierender Block (72) zwischen Kanal (16) und den ,Düsenwannen
(18) angeordnet ist,-mit je einem Kanal (16) und ■ ■
Düsenwanne (18) verbindenden im Vergleich zur Breite der Düsenwanne engen Durchlaß (70) für das
schmelzflüssige Material, dessen Querschnitt so bemessen ist, daß seine Durchflußkapazität gleich
oder wenig größer ist als die Abflußkapazität der Düsenwanne.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (72) gebildet ist von dem
hochfeuerfesten Isoliermaterial des Kanalbettes.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (70) in Längsrichtung
des Kanals ungefähr dieselbe Abmessung wie die Düsenwanne (18) hat
~~*t)
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenwanne (18) mit Ausnahme eines Bodenteils (48) mit feuerfestem
Material (44) ausgekleidet ist ·
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