DE1696011A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen von Glas und zur Herstellung glasiger Produkte - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen von Glas und zur Herstellung glasiger Produkte

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/225—Refining
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Description

BOUS SO IS- SOUCHO IT-HEU VESEl
22, Boulevard Malesherbes
Paris 8e/ Frankreich
Unser Zeichen: B 1271
Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen van Glas und zur Herstellung glasiger Produkte!
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas und seine entsprecheöde industrielle Verarbeitung· In der nachstehenden Beschreibung ist zur Vereinfachung das Wort "Glas1* zur Bezeichntttig dee Behandlungsgutes benutzt, wobei es Jedoch wohlverstanden ist, dass dieser Ausdruck nicht nur das eigentliche Glas bezeietinet, sondern auch verwandte anorganische Stoffe,,
Bei den gegenwärtig benutzten Verfahren zur fortlaufenden industriellen Herstellung von Glas werden Öfen mit drei aufeinanderfolgenden Zonen benutzt. An einem Ende der
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ersten, Schmelzzone genannten Zone werden die zu schmelzenden Rohstoffe bei einer in der Nähe der Raumtemperatur liegenden Temperatur eingeführt. In dieser ersten Zone werden die Rohstoffe durch die Flammen von Brennern für gasförmigen oder flüssigen Brennstoff geschmolzen.
In der zweiten, Läuterungszone genannten, der Schmelzzone benachbarten Zone wird die geschmolzene Masse auf eine sehr hohe Temperatur gebracht, um sie zu homogenisieren und die geschmolzene Masse von den von den chemischen Reaktionen herrührenden eingeschlossenen Grasen zu befreien.
In der dritten, Ausgleichszone genannten,
der Läuterungszone benachbarten Zone wird die geschmolzene Masse auf die Entnahmetemperatur zurückgebracht, welche erheblich niedriger als die in der Läuterungszone herrschende Temperatur ist. Die Ausgleichszone dient also im wesentlichen zur Kühlung und thermischen Homogenisierung der geschmolzenen Masse.
Dieses Verfahren zur Schmelzung und Verarbeitung der glasigen Produkte besitzt eine gewisse Zahl von Nachteilen, deren hauptsächliche folgende sind:
a) Die gegenwärtig zum Schmelzen und fortlaufenden Verarbeiten von Glas benutzten öfen besitzen im allgemeinen folgende Eigenschaftent · .
-■ ihre waagerechten Abmessungen (Breite und
Länge) sind gross gegenüber ihrer Tiefe. Die Tiefe ist im allgemeinen jedoch nicht vollständig gegenüber der Lange vernaehläesigbar, wobei dieses Verhältnis normalerweise grosser als 1/20 ist;
- die Temperaturen in der Lauterungszone sind
erheblich höher als die an den Enden des Ofens herrschenden, d.h.
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■- 3 -
in der Schmelzzone und in der Ausgleiohszone.
Diese gemeinsamen Eigenschaften sind die
Ursache von erheblichen und schwer zu kontrollierenden Konvektionsströmen. Die Nützlichkeit dieser Konvektionsströme für die Homogenisierung der geschmolzenen Masse ist zweifelhaft. Diese Strome sind im Gegenteil häufig die Ursache des schnellen Übergangs einer geschmolzenen schlecht geläuterten Masse aus der Schmelzzone in die Ausgangszone und des Rückflusses eines bereits geläuterten Produkts in die Schmelzzone. Diese Ströme bringen ausserdem die Gefahr mit sich, dass eine schlecht geläuterte Masse an die Entnahmestelle kommt, wodurch die Qualität des Endprodukts beeinträchtigt \vird. Die Konvektionsströme verringern so die Wirksamkeit der läuterung und gleichzeitig die des ganzen. Ofens.
b) Pur ihre läuterung muss die geschmolzene Masse auf eine Temperatur gebracht werden, welche-erheblich höher als die zum Schmelzen der Rohstoffe erforderliche ist. Diese Temperaturerhöhung steigert den Aufwand an Wärmeenergie beträchtlich. ~ -
c) Zum Schutz der die Wände des Ofens bildenden feuerfesten Stoffe gegen eine übermässige Abnutzung bei den hohen Temperaturen ist man gezwungen, die Seitenwände des Ofens zu kühlen und die Tiefe des Bades zu vergrössern, um den Boden des Beckens gegen die unmittelbare Strahlung der Flammen zu schützen. Diese beiden Maßnahmen tragen dazu bei, die Wärmeverluste zu erhöhen, da eine grössere Tiefe des Bades die Läuterung erschwert, während eine grössere Masse auf einer hohen Temperatur gehalten werden muss.
d) Die Aufeinanderfolge der betrachteten drei
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Zpnen ist aus folgenden Gründen wenig befriedigend;
- Die Läuterungszone gibt durch Strahlung
und Leitung eine erhebliche Wärmemenge an die Ausgleichszone ab, wodurch die geschmolzene Masse in der Läuterungszone gekühlt und die Temperatur der geschmolzenen Masse in der Ausgleichszone gesteigert wird, was genau das Gegenteil des für den richtigen Verlauf des Verfahrens Erforderlichen ist5
- die Rückgewinnung der der geschmolzenen
Masse in der Ausgleichszone entzogenen Wärme ist schwierig und hat einen sehr geringen Wirkungsgrad. Die Schmelzzone, an welche die Ausgleichszone ihre überflüssige Warme abgeben sollte, ist von der Ausgleichsζane durch den heissesten Teil des Ofens getrennt, nämlich die läuterungszone.
e) Infolge der bedeutenden in Verarbeitung
begriffenen Masse und des Vorhandenseins von Konvektionsströmen erfordert ein Wechsel der Zusammensetzung eine erhebliche Zeit und wird äusserst kostspielig.
Das erfindungsgemässe Verfahren bezweckt,
in starkem Maße die obigen Nachteile der üblichen Verfahren zur fortlaufenden Herstellung von Glas zu verringern und soga* vollständig in Fortfall zu bringene Es hat sich nämlich gezeigt, dass es möglich ist, die L'äuterungstemperatur zu senken, die KonvektionsstrcJme fast vollständig zu unterdrücken, die in Verarbeitung begriffene Masse bei gleicher Produktionsgeschwindigkeit erheblich herabzusetzen, und die Wärme zurückzugewinnen» welche der geschmolzenen Masse entzogen werden muss, um sie von der üauterungstemperatur auf die Entnahmetemperatur zu bringen·
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Schmelzen
von (Sas fur seine fortlaufende industrielle Verarbeitung ist
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dadurch, gekennzeichnet, dass in eine lotrechte, "Schmelzkolonne" genannte Kolonne eine Glasmasse in viskosem' Zustand geschickt und in dieser nach oben verschoben wird, dass diese Masse ■während ihrer aufsteigenden Bewegung in der Kolonne erwärmt wird, dass hierauf am Ausgang der Kolonne die geschmolzene Masse in eine zweite lotrechte "AusgleiehskolonneM genannte Kolonne geschickt wird, welche einen Wärmeaustausch mit der Schmelzkolonne gestattet, und dass diese Masse bis zu einem Raum abwärtsbewegt.wird, welcher die Entnahme des Glases gestattet, wobei der Übergang des geschmolzenen Glases aus der ersten Kolonne 4n die zweite innerhalb einer dichten Verbindungskammer erfolgt, in welcher ein Unterdruck erzeugt wird, und in welche die oberen Enden der beiden Kolonnen münden.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Konvektionsströme des Glases in den Schmelz- und Ausgleichskolonnen infolge einer Steigerung der Temperatur der geschmolzenen Masse in lotrechter aufsteigender Richtung praktisch vollständig unterdrückt werden, wobei gleichzeitig durch den Wärmeaustausch zwischen den Kolonnen ein gesteigerter Wärmewirkungsgrad erzielt wird.
Nachstehend sollen jetzt gewisse Eigenheiten des obigen Verfahrens erläutert werden.
Die festen, geschmolzenen oder teilweise geschmolzenen Rohstoffe werden in den unteren Teil der Schmelzkolonne eingeführt· Es kann zweckmassig sein, die Rohstoffe vorher wenigstens teilweise zu schmelzen, wenn, während der . chemischen Reaktionen zwischen diesen Rohstoffen ein sehr grosses Gasvolumen entwickelt wird, da sonst die zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Unterdrucks in der Verbindungskammer
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zwischen den Kolonnen erforderliche Pumpanlage zu gross wird.
Der Umlauf des Glases aus der Schmelzkolonne
in die Ausgleichskolonne wird durch den hydrostatischen Druckunterschied hergestellt, welcher auf der gleichen Höhe zwischen den beiden Kolonnen herrscht.
Die Schmelzkolonne und die Ausgleichskolonne können im besonderen je in ein ein Bad aus geschmolzenem Glas enthaltendes Becken eintauchen. Der Unterdruck in der Verbindungskammer sowie der Füllzustand des Beckens zur Aufnahme des Gemische und zur Entnahme des hergestellten Glases werden dann so eingestellt, dass der Pegel des Bades in dem Entnahmebecken niedriger als der des Aufnahmebeckens ist.
Unter diesen Bedingungen wird eine Verbindung
zwischen den Becken über einen Siphon hergestellt, dessen oberer Teil dem in der Kammer herrschenden Unterdruck ausgesetzt ist. Der Pegelunterschied ist bei einer gegebenen Entnahmegeschwindigkeit u.a. eine Punktion der Viskosität und der Dichte der geschmolzenen Masse. .
Da die Einführung der festen Rohstoffe oder
das vorherige Schmelzen derselben bei Atmosphärendurck erfolgt, befindet sich der grösste Teil der geschmolzenen Masse in der Schmelzkolonne über dem Pegel, auf welchem der Atmosphärendruck herrscht» Die geschmolzene Masse wird über diesen Pegel durch den in der dichten über der Schmelzkolonne liegenden.Kammer erzeugten Unterdruck angehoben. Die Höhe der Schmelzkolonne Mtsrä grosser als ein bestimmter Wert sein, damit die Verweilzeit der geschmolzenen Masse in der Kolonne ausreicht, um die Schmelzung zu Ende zu führen, und damit der Wärmeaustausch mit der Ausgleichskolonne stattfinden kann.
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Die Verwendung eines Unterdrucks bietet mehrere weitere Vorteile. Bekanntlich erleichtert er das Schmelzen und die Läuterung der glasigen Produkte, so dass das Schmelzen, insbesondere bei einem Verfahren zur fortlaufenden Herstellung, bei einer niedrigeren Temperatur vorgenommen werden kann, als die zum Schmelzen bei Atmosphärendruck erforderliche. Der Unterdruck trägt ferner zur mechanischen Homogenisierung der geschmolzenen Masse durch Vergrosserung des Volumens der G-asblasen bei, welche von den in der geschmolzenen Masse eingeschlossenen Gasen und der Vollendung der chemischen Reaktionen herrühren, da das Aufsteigen dieser Blasen zu der Durchwirbelung der glasigen Masse beiträgt.
Um die Vfärmeverluste auszugleichen, welche
durch das Verweilen der geschmolzenen Masse in den lotrechten Kolonnen entstehen, und insbesondere um die Temperatur in dem oberen Teil der Kolonnen gegenüber der am Eingang der Schmelzkolonne erheblich zu steigern, wird die lotrechte Schmelzkolonne einer Erwärmung unterworfen. Diese Erwärmung ist besonders wirksam, wenn sie in dem oberen Teil der Schmelzkolonne erfolgt.
Die Benutzung einer Erwärmung in diesem Teil
der Kolonne bietet verschiedene weitere Vorteile. Diese Erwärmung trägt insbesondere zur Schaffung eines thermischen Zustande bei, welcher gestattet, die Konvektionsstrome in der Schmelzkolonne zu unterdrücken oder erheblich abzuschwächen. Sie trägt auch dazu bei, die Viskosität an der Stelle des stärksten Unterdrucks zu senken, was den bekannten Vorteil bietet» die läuterung der geschmolzenen Masse zu verbessern·
Nach ihrem Austritt aus der Schmelzkolonne in die dichte Kammer, in welcher ein Unterdrück hergestellt wird,
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gelangt die geschmolzene Masse in die Ausgleichskolonne und geht in dieser abwärts. Während der Abwärtsbewegung der geschmolzenen Masse in dieser Kolonne nimmt der hydrostatische Druck allmählich zu, wodurch die Absorption der Restgase begünstigt wird.
Die in der Ausgleichskolonne abwärtsgehende
geschmolzene Masse bewegt sich gegensinnig zu der geschmolzenen Masse in der Schmelzkolonne. Die Benutzung eines Gegenstroms zwischen lotrechten Flussigkeitssäulen bietet grosse Vorteile* α Zunächst gibt während der Abwärtsbewegung in der Ausgleichskolonne die geschmolzene Masse einen Ceil ihrer Wärme durch die die Schmelzkolonne von der Ausgleichskolonne trennenden Wände ab. Dieser Wärmeaustausch entspricht einer bedeutenden Rückgewinnung der Wärme, welche der geläuterten Masse entzogen werden muss, um die höchste !Temperatur auf die Entnahme temperatur zurückzubringen. Diese zurückgewonnene Warme gestattet, an dem oberen Teil der Schmelzkolonne eine gegebene Temperatur mit einem Aufwand an Heizenergie für die Schmelzkolonne herzustellen, welcher bis auf.eim Fünftel des Aufwands herabgesetzt werden kann, welcher erforderlich wäre, wenn kein Wärmeaustausch zwischen den Kolonnen bestünde. Ausserdem gestattet der Gegenstrom zwischen den lotrechten Flüssigkeitssäulen, die Konvektionsströme in der Ausgleichskolonne stark zu mildern oder sogar vollständig zu unterdrücken· Die Anwendung der Erwärmung erzeugt nämlich die höchste Temperatur in dem oberen Teil der * Ausgleichskolonne. Bei der Abwärtsbewegung in der Ausgleichskolonne wird die geschmolzene Masse gekühlt, indem sie Wärme an die geschmolzene Masse in der Schmelzkolonne abgibt, und es stellt sich ein solcher thermischer Zustand ein, dass die Tem-
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peratur gleiehmässig von oben nach unten abnimmt. Da die Dichte bei der niedrigsten Temperatur am grössten ist, bietet dieser thermische Zustand den Vorteil, die Bildung von Konvektionsströmen zu verhindern. Der Gegenstrom gestattet ferner praktisch die Unterdrückung der Zonvektionsstrome in der Schmelzkolonne. Da nämlich die in dieser Kolonne befindliche geschmolzene Masse Wärme von der Ausgleichskolonne empfangt, erwärmt sie sich, und es bildet sich der gleiche für die Verhinderung von Konvektionsstromen günstige thermische Zustand aus·
Die Entnahme der glasigen Masse erfolgt unter· Atmosphärendruck an dem unteren Teil der Ausgleichskolonne*
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas zum Zwecke seiner fortlaufenden industriellen Herstellung. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine lotrechte,"Schmelzkolonne" genannte Kolonne, welcher eine Einführvorrichtung zugeordnet ist, und wenigstens eine lotrechte,"Ausgleichskolonne" genannte Kolonne, wobei diese beiden Kolonnen durch eine Wand mit hoher Wärmeleitfähigkeit getrennt sind und an ihrem oberen Ende in die gleiche dichte Verbindungskammer münden, welche mit einer Vorrichtung zur Herstellung eines Unterdrucks verbunden ist, Heizeinrichtungen, welche in den Kolonnen eine in lotrechter aufsteigender Richtung zunehmende Temperatur erzeugen, und eine Vorrichtung zur Entnahme des von der Ausgleichskolonne gelieferten geschmolzenen Glases.
Die Höhe der Schmelzkolonne und der Ausgleichskolonne beträgt vorzugsweise wenigstens das -Fünffache der kleinsten Abmessung des waagerechten Querschnitts» Der Querschnitt der Ausgleichskolonne 1st nicht unbedingt über ihre ganze Hohe
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- ίο - "" 169601 T .
konstant· In vielen Fällen ist es zweckmässiger, dass der Querschnitt in ihrem oberen Abschnitt kleiner ist.
Die Schmelzkolonne und die Ausgleichskolonne können in verschiedener Weise zueinander angeordnet sein. Sie können insbesondere gleichachsig sein, wobei dann die Schmelzkolonne vorzugsweise die Ausgleichskolonne umgibt, sie können jedoch auch nebeneinanderliegen. Die Vorrichtung kann insbesondere eine Sehmelzkolonne mit Rechteckquersehnitt aufweisen, welche zwischen zwei Ausgleichskolonnen mit gleichem Querschnitt liegt.
In allen Fällen sind die Kolonnen zweckntässig in einem Turm vereinigt, welcher aussen mit einem feuerfesten überzug versehen ist, welcher von einer dichten Metallhülle überdeckt wird. Der obere Teil des Turms, welcher mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, enthält die über den Mündungen der Kolonnen liegende Verbindungskammer.
Die Heizeinrichtungen sind vorzugsweise elektrisch und werden entweder durch über der glasigen Masse angeordnete Widerstände, oder besser durch in die geschmolzene Masse eintauchende Elektroden oder Widerstände gebildet. Diese Elektroden oder Widerstände bestehen zweekmassig aus Graphit oder aus Molybdän.
Die Einfuhrvorrichtung kann z.B· durch eine
Transportschnecke gebildet werden, wenn die chemischen Reaktionen zwischen den Rohstoffen keine bedeutende Gasentwicklung während der Schmelzung zur Folge haben· In diesem Fall werden die Rohstoffe unmittelbar in den unteren Teil der Schmelzkolonne eingeführt. Anderenfalls kann die linführvorriohtung eine Schmelzwanne enthalten, deren Wände aus hitzebeständigen Werk-
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stoffen bestehen. Infolge des Vorhandenseins einer Schicht von ungeschmolzenen Rohstoffen wird die teilvase oder vollständige Schmelzung derselben vorzugsweise durch elektrische Einrichtungen vorgenommen, welche die Form von eingetauchten Widerständen oder Elektroden haben. Es.ist jedoch auch möglich, die Rohstoffe mit Hilfe von Brennern fur flüssigen oder gasförmigen Brennstoff zu schmelzen. Die Schmelzwanne ist durch einen Kanal mit der Schmelzkolonne verbunden.
Die Entnahmeeinrichtungen hängen vollständig von der späteren Form des hergestellten Produkts ab. So kann die Entnahme unmittelbar an dem unteren Seil der Ausgleichs- w kolonne erfolgen, wenn Glasfasern oder -stäbe hergestellt werden sollen« Für die fortlaufende Herstellung eines ßlasbandes wird der untere Teil der Ausgleichskolonne zweokmässig mit einer Eatnahmewanne verbunden, über welcher sich die Ziehmaschine befindet.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig· t ist ein lotrechter Schnitt einer
ersten Ausführungsform der erfindungsgemassen Vorrichtung längs m der Linie I-I der Fig. 2.
Fig. 2 ist der entsprechende längs der linie II-II der Fig. 1 geschnittene Grundriss.
Fig. 5 ist ein lotrechter Schnitt einer
anderen Ausführungsform der Erfindung längs der linie III-III der Fig. 4. -
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der linie IV-IV der Fig. 5.
Fig. 5 ist eine teilweise längs der linie
V-V der Fig. 4- geschnittene Seitenansicht.
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Pig. 6 ist eine durch die Symmetrieebene geschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemassen Vorrichtung.
Pig. 7 ist ein Schnitt längs der linie VII-VII der Pig. 8.
Pig. 8 ist eine längs der linie VIII-VIII der Pig. 7 geschnittene Seitenansicht der gleichen Ausführung.
Das in Pig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält eine Schmelzkolonne 1 mit einem zylindrischen Volumen, deren Querschnitt verhältnismässig klein gegenüber ihrer Höhe ist, und welche durch einen rohrförmigen Mantel 2 aus feuerfestem Werkstoff gebildet wird, welcher sich in einem ebenfalls aus feuerfestem Werkstoff bestehenden Turm 3 befindet.
Der Turm 3 ist oben durch eine Haube 4 verschlossen, welche einen Stöpsel 5 überdeckt, welcher sich an dem Rand des rohrförmigen Mantels 2 über eine ringförmige Rinne abstützt, welche eine als Dichtung dienende viskose Flüssigkeit enthält, z.B* geschmolzenes Glas.
Der Turm 3 ist unter Zwischenschaltung eines gasdichten Zements 8 in einem dichten Metallmantel 7 untergebracht. Der Mantel 7 steht über die Höhe der zwischen den Teilen 2, 3 und 4, 5 hergestellten Puge 9 vor.
Innerhalb der Schmelzkolonne 1 und gleichachsig zu dieser ist die Ausgleichskolonne 11 angeordnet, welche durch ein Rohr aus einem Werkstoff mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet wird ( insbes. einen elektrisch geschmolzenen Werkstoff oder Graphit), welches einen verhältnismässig kleinen Durchmesser gegenüber seiner Höhe hat und oben eine ringförmige Molybdänhaube 12 aufweist.
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Der obere Rand des Ringes 12 liegt unter der
Fuge 9» so dass der rohrförmige Mantel 2 oben einen freien Raum aufweist, welcher eine Verbindungskammer 13 zur Herstellung der Verbindung zwischen den Kolonnen 1 und 11 bildet.
In dem oberen Teil der Schmelzkolonne 1 sind Heizeinrichtungen angeordnet, welche durch sehalenförmige Molybdanelektroden 15 gebildet werden, welche die obere Mündung der Ausgleichskolonne 11 umgeben. Die Elektroden 15, von denen drei vorhanden sind, werden durch ummantelte Leiter 16 aus einer Drehstromquelle gespeist. .
Ferner sind Einrichtungen zur Erzeugung eines ühterdrucks in der Verbindungskammer 13 vorgesehen. Diese Einrichtungen enthalten eine Vakuumpumpe 17, welche mit der Kammer 13 durch einen Stutzen 18 über einen Kühler 19 verbunden ist.
Eine weitere Vakuumpumpe 21 ist mit der Ebene
der Fuge 9 durch einen Stutzen 22 über einen Kühler 23 verbunden Der Stutzen 22 mündet in der Nähe, der Rinne 6. Die Pumpen 17 und 21 sind zweekmässig mittels einer leitung 24- in Kaskade geschaltet, wobei die Pumpe 17 die Rolle einer.Primärpumpe spielt.
Bei der-betrachteten Ausführung ist der Turm 3 (und seine Zubehörteile) über einem Becken 25 zur Aufnahme der Mischung des Schmelzgutes angeordnet. Die Basis 26 des Turms 3 ist in die Ränder 27 des Beckens 25 eingelassen und parallel zu dem Boden 28 desselben angeordnet. Das Becken 25 enthält noch Heiζelektroden 20, welche einander gegenüberliegen und an einen nicht dargestellten Transformator mit regelbarer Spannung angeschlossen sind.
Die Ausgleichskolonne. 11 tritt durch den Boden 28 und mündet in ein Entnahmebecken 29, welchem das Glas in
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viskös-elastischem Zustand entnommen wird. Das Becken 29 ist unter dem Boden 28 angeordnet und weist einen vorderen Trog 31 auf, welcher seitlich an dem Becken 25 vorspringt, und in welchem die eigentliche Entnahme des Glases erfolgt.
Die Vorrichtung wird durch einen Pegeldetektor 32 vervollständigt, welcher durch eine Sonde gebildet wird, welche in der Verbindungskammer 13 zwischen der Mündung der Kolonne 11 und der Mündung des Säugstutzens 18 liegt. Die Sonde 32 ist mit einem S-^ellmechanismus 33 verbunden, welcher ein Slektroventil zur Luftzufuhr 38 steuert, welches sich an einem den Kühler 19 mit der Aussenluft verbindenden Stutzen 38a befindet. Die Steuerung wird so vorgenommen, dass das Ventil geöffnet wird, wenn das Glasbad den 3§gel der Sonde 32 erreicht.
Während des Betriebes ist der mittlere Pegel
des Glases in den verschiedenen Räumen der in Fig. 1 dargestellte. Der iegel 35 in dem Becken 25 liegt höher als der ^egel 36 in dem Becken 29, und der obere Pegel 37 der Glassäule in dem Turm 3 befindet sich zwischen der Mündung der Kolonne 11 und der Mündung des Stutzens 18.
Wenn die Kammer 13 durch die Pumpen 17 und 21 unter Unterdruck gesetzt wird, wird die Glassäule in dem Turm 3 in einer solchen Lage gehalten, dass ihr oberer Pegel 37 zwischen den festgesetzten Grenzen bleibt.
Der Wert des Unterdrucks ist im besonderen annähernd gleich dem Produkt aus der Höhe der Säule und der Dichtigkeit des Glases.
Das in das Aufnahmebecken 25 auf beliebige
geeignete Weise gebrachte Gemisch wird offenbar bei der Berührung mit dem Bad und durch die zwischen den Elektroden 20 ent—
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wickelte Wärme geschmolzen.
Da für das Glas zwischen der Schmelzkolonne und der Ausgleichskolonne 11 eine Verbindung hergestellt ist, bildet sich infolge der Lage des oberen Pegels 7 des Glases und der Höhendifferenz zwischen den Pegeln 35 und 36 des Glases durch Siphonwirkung eine Äufwärtsbewegung des Glases längs des Pfeils F in der Kolonne 1 und eine Abwärtsbewegung in Richtung des Pfeils G in der Kolonne -11. aus.
Während seiner Aufwärtsbewegung in der Kolonne 1 besitzt die Masse des geschmolzenen oder im Schmelzen begriffenen Glases eine wachsende Temperatur infolge der von den Elektroden 15 entwickelten Wärme, füüwelehe der Molybdänring die Rolle einer Mullelektrode spielt. In der Verbindungskammer 13 erreicht das Glasbad seine Höchsttemperatur und besitzt daher die geringste Viskosität. Hierauf geht das Glas in die Kolonne 11 abwärts. Die gegensinnige Bewegung des Glases in Richtung der Pfeile ¥ und G gestattet offenbar dem heissen Glas der Ausgleichskolonne 11 , das sich in der Schmelzkolonne 1 bewegende Glas zu erwärmen, so dass in den beiden Kolonnen die Temperatur von unten nach oben zunimmt, was die eingangs erläuterten Vorteile bietet.
Während des Betriebes werden die Abgase aus
der Kammer 13 durch die Pumpen 17 und 21 abgeführt, welche so nicht nur das Vakuum in der Kammer 13 aufrechterhalten, sondern auch die Entgasung der schmelzenden Glasmasse bewirken. Wenn der Pegel des Glases die Sonde 32 erreicht, wird das Elektroventil 38 geöffnet, und der Druck nimmt in der Kammer 13 zu, wodurch der Pegel des Glases gesenkt wird.
Als Beispiel für die Ausübung des erfindungs-
2. 200 mm k¥
250 mm kW
120 mm
220 mm
15 cm Hg
1. 270c > c
1. 360* > C
11 ,8 kg A
15
4
gemassen Verfahrens mittels der obigen Apparatur seian folgende Zahlenwerte für das Schmelzen und die Herstellung eines ÜTatrium-
Kalk-Glases angegeben; Höhe des Glases in der Schmelzkolonne Tiefe des Glases in der Schmelzwanne Durchmesser der Ausgleichskolonne Aussendurchmesser der Schmelzkolonne Druck in der Verbindungskammer
Temperatur des Glases am Puss der Schmelzkolonne
Temperatur des Glases in dem oberen Teil der Ausgleichskolonne
Entnahme des Glases
für die VorSchmelzung erforderliche Leistung
für die Erwärmung erforderliche Leistung
spezifische Leistung 0,84 kW/kg Glas
Diese Werte, insbesondere die drei letzten, sind natürlich nur beispielshalber angegeben und können in weiten Grenzen schwanken.
Die Ausführung gemäss ]?ig. 3 bis 5 ist insbesondere zur Herstellung van Flachglas durch Giessen oder Ziehen bestimmt.
Die Vorrichtung weist wiederum einen lotrechten Turm 41 auf, welcher mit einem Dichtungsmantel 42 überzogen ist, z.B. einen Metallmantel aus Elementen, welche durch Bandagen 43 zusammengehalten werden, zwischen welchen Zugglieder 40 gespannt sind. Der Turm 41 besitzt Rechteckquerschnitt und wird oben durch einen halbzylindrischen Dom 44 abgeschlossen.
Innerhalb des Turms 41 ist die Schmelzkolonne 45 ausgebildet, welche beiderseits der Mittelebene des Turms liegt und durch ebene Wände 46 mit hoher Wärmeleitfähigkeit
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von der Ausgleichskolonne 47 getrennt ist, welche hier doppelt vorhanden ist und ausserhalb der Kolonne 45 liegt. Die Kolonne 47 wird durch eine Schicht 48 aus feuerfestem Werkstoff abgegrenzt, deren Wände ein nach unten konvergierendes Dieder bilden* so dass der Querschnitt der Säule 47 von oben nach unten abnimmt,. Die Schicht 48 ist von dem Mantel 42 durch eine Isolierschicht 49 und einen dichten Zement 51 getrennt.
Das obere halbzylindrische Volumen 52 des
Turms 41 bildet eine Verbindungskammer zwischen den Säulen 45 und 47» und in diese Kammer mündet der Stutzen 53» welcher sie. mit einer Vakuumpumpe 54 über einen Kühler 55 verbindet.
Die in der Nähe der Kammer 52 vorgesehenen
Heizeinrichtungen bestehen aus Graphitwiderständen 56, welche oben an den Wänden 46 angeordnet sind und durch leiter 57 (Fig. 5) gespeist werden.
Die Kolonnen 45 und 47 stehen durch die Kanäle 70 und 80 mit den beiden Becken 58 zur Aufnahme der zu schmelzenden Mischung bzw. 59 zur Entnahme des geschmolzenen Glases in Verbindung.
Diese Beaten sind symmetrisch zu dem Turm 41
in zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet. Der Boden 61 der Becken 58 (Fig. 5) liegt höher als der Boden 62 der Becken 59, und der obere Pegel 63 des Glases in den ersten Becken liegt ebenfalls höher als der Pegel 64 in den Entnahmebecken 59.
Die Aufnahmewannen 58 sind wie oben mit He. izelektroden 60 zum Schmelzen des Gemische versehen.
Eine rechtwinklige Verbindung ist über die Kanäle 80 zwischen der Kolonne 47 und den Entnahmebecken 59
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hergestellt. Diese Verbindung wird durch am Ausgang dieser Kanäle angeordnete Register 66 geregelt, welche an über Rollen laufenden Kabeln 67 hängen. Diese Einrichtungen ermöglichen die Regelung des Querschnitts für den tibertritt des Glases in die Entnahmebecken 59» Diese können insbesondere zwei Ziehmaschinen aufweisen, deren Biegewalzen bei 71 schematisch dargestellt sind. .
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die
gleiche wie oben. Die Ausbildung des Turms 41 in parallellepipedischer Form gestattet, die Breite der Anlage nach Belieben auszudehnen und so ggfs. mehrere - Ziehmaschinen in dem gleichen Entnahmebecken anzuordnen.
Die Ausführung gemäss Fig. 6 bis 8 ist insbesondere zur Herstellung eines Glases bestimmt, welches während seiner Schmelzung wenig Gas entwickelt.
Die Vorrichtung besitzt einen lotrechten Turm 41, welcher die Schmelzkolonne 45 und die Ausgleichskolonne 47 enthält, welch letztere doppelt ausgebildet ist. Die beiden Kolonnen 45, 47 sind durch Wände 46 getrennt, deren jede durch Schichten 71 aus einem feuerfesten Werkstoff gebildet v/ird, welche mit parallellepipedLischen Graphitstäben 72 abwechseln. Diese Stäbe erfüllen eine vierfache Aufgabe:
, - sie sind Bestandteile der Wand;
- sie begünstigen durch ihre hohe Wärmeleitfähigkeit den Wärmeaustausch zwischen der Schmelzkolonne 45 und der Ausgleichskolonne 47;
- sie gleichen die Temperatur in der zu der Umlaufsriehtung des Glases senkrechten Richtung aus;
- sie dienen als Heizelektroden. Jeder Stab
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wird nämlich von einem elektrischen Strom durchflossen, wofür seine Enden durch leiter 57 unter Spannung gesetzt werden·
Das Gemisch wird in die Schmelzkolonne 45 durch zwei Transportschnecken 73 eingeführt, deren jede in einem mit dem Puss der Schmelzkolonne 45 verbundenen Mantel angeordnet ist. Der Rohstoff wird durch Berührung mit dem geschmolzenen Glas sowie durch den zwischen den Elektroden 72 übergehenden elektrischen Strom geschmolzen.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die gleiche wie oben.
Die Erfindung kann natürlich abgewandelt
werden. So kann insbesondere die Erwärmung des oberen Teils der Schmelzkolonne durch eine mit Hochfrequenzinduktion arbeitende Vorrichtung erfolgen, welche durch eine an dem oberen Teil des Turms angeordnete Wicklung gebildet wird·
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1·) Verfahren zum Schmelzen von Glas zum
    Zwecke seiner fortlaufenden Herstellung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glasmasse in viskosem Zustand in eine lotrechte, "Schmelzkolonne" genannte Kolonne (1) eingeführt und nach oben bewegt wird, dass diese Masse während ihrer Aufwärtsbewegung in der Kolonne (1) erwärmt und hierauf die. geschmolzene Masse am Ausgang der Kolonne (T) in eine zweite lotrechte,"Ausgleichskolonne" genannte Kolonne (1) geschickt wird, welche den Wärmeaustausch mit der Schmelzkolonne (1) ermöglicht, und dass diese Masse bis zu einem die Entnahme des Glases ermöglichenden Baum abwärtsgeführt wird, wobei der Übergang des geschmolzenen Glases aus der ersten Kolonne in die zweite innerhalb einer dichten Verbindungskammer (13) erfolgt, in welcher ein Unterdruck erzeugt wird, und in welche die oberen Enden der beiden Kolonnen (1 und 11) münden. .
    2·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in den beiden Kolonnen von oben nach unten abnimmt.
    3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen des Glases in der Schmelzkolonne (1) zu Ende geführt wird, und dass ein erheblicher Wärmeaustausch durch Wärmeleitung zwischen dieser Kolonne (1) und der Ausgleichskolonne (11) sichergestellt wird. ·
    4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlauf des Glases in den Kolonnen (1, 11) durch die Differenz des auf einer gleichen Höhe zwischen den beiden Kolonnen bestehenden hydrostatischen Druete hergestellt
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    - 21 - " 1690011
    5·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu schmelzende Gemisch bei Atmosphärendruck in die Schmelzkolonne (1) eingeführt wird.
    6.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass das Gemisch eine YorSchmelzung in einem die Schmelzkolonne (1) speisenden Aufnahmebecken (25) erfahrt.
    7·) "Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme des geschmolzenen Glases bei Atmosphärendruck erfolgt.
    8.) Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Glas in einem Entnahmebecken (29) entnommen wird, in welches die Ausgleichskolonne (11) mündet.
    9.) Vorrichtung zum Schmelzen von Glas für
    seine fortlaufende industrielle Herstellung unter Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch wenigstens eine lotrechte, "Schmelzkolonne" genannte Kolonne (1), welcher eine Einfuhrvorrichtung zugeordnet ist, und wenigstens eine lotrechte, "Ausgleichskolonne" genannte Kolonne (11), wobei diese beiden Kolonnen durch eine Wand mit hoher Wärmeleitfähigkeit getrennt sind und oben in die gleiche dichte Verbindungskammer (13) münden, welche mit einer Vorrichtung (17) zur Erzeugung eines Unterdrucks verbunden ist, Heizeinrichtungen (15), welche in den Kolonnen (1, 11) eine in lotrecht aufsteigender Richtung wachsende temperatur erzeugen, und eine Vorrichtung zur Entnahme des von der Ausgleichskolonne (11) gelieferten geschmolzenen Glases.
    10·) Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Schmelzkolonne (1) wenigstens das Fünffache der kleinsten Abmessung ihres waagerechten Querschnitts beträgt.
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    " 2Z " 169601] ■
    11·) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Ausgleichskolonne (11) wenigstens das Fünffache der kleinsten Abmessung ihres waagerechten Querschnitts beträgt. .
    12.) Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzkolonne (1) und die Ausgleichskolonne (11) gleichachsig sind.
    13.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Schmelzkolonne (1) um die Ausgleichskolonne (11) herum angeordnet ist.
    14·) Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch
    gekennzeichnet, dass die Schmelzkolonne (-45) und die Ausgleichskolonne (47) nebeneinanderliegen,
    15.) Vorrichtung nach Anspruch 14, gekenn-
    zeichnet durch eine Schmelzkolonne (45) mit Rechteckquerschnitt, welche zwischen zwei Ausgleichskolonnen (47) gleichen Querschnitte liegt.
    16·) Vorrichtung nach Anspruch 91 dadurch
    gekennzeichnet, dass die Schmelzkolonne (45) und die Ausgleichskolonne (47) gemeinsame Wände (46) aus einem feuerfesten Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit besitzen» z.B. elektrisch geschmolzenem Werkstoff, Graphit, Molybdän.
    17·) Vorrichtung nach Anspruch 9ι dadurch
    gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtungen durch von den Kolonnen getragene Elektroden (15) oder Widerstände (56) gebildet werden, welche wenigstens teilweise in die geschmolzene glasige Hasse eintauchen.
    18·) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtungen durch eine die Ko-
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    lonnen umgebende induktive Wicklung gebildet werden.
    19.) Vorriclitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonnen (1, 1.1) in einem lotrechten Turm (3) untergebracht sind, welcher mit feinem feuerfesten Werkstoff (2) besetzt und in eine dichte Metallhülle (7) eingeschlossen ist.
    20.) Vorrichtung nach Anspruch 9 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskammer (13) in dem oberen Abschnitt des Turms (3) ausgebildet ist.
    21.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllvorrichtung ein Becken (25) zur Aufnahme des zu schmelzenden Gemische enthält, in welches die Schmelzkolonne (1) eintaucht.
    22.) Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Becken zur Aufnahme des zu schmelzenden Gutes mit Heizeinrichtungen (20) versehen ist, welche eine Erweichung dieses Gutes vor seinem Eintritt in die Schmelzkolonne (1) bewirken.
    23.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand zwischen der Sehmelzkolonne (45) und der Ausgleichskolonne (47) durch waagerechte abwechselnde Schichten aus feuerfesten Werkstoffen (71) und Werkstoffen hoher elektrischer Leitfähigkeit (72), z.B« Graphit, gebildet
    24·) Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (72) mit hoher elektrischer leitfähigkeit der Trennwand zwischen der Schmelzkolonne (45) und der Ausgleichskolonne (47) Elektroden zur Erwärmung des Glases bilden.
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    ■ - 24 - > 6 9 β Q1 1
    25.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch
    gekennzeichnet, dass das Einführglied duich eine Transportschnecke (73) gebildet wird, welche die Rohstoffe dem Fuss der Schmelzkolonne (45) zuführt.
    26.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Verbindungskammer (13) einen Pegeldetektor (32) zur Feststellung des Pegels des geschmolzenen Glasbades enthält, welcher den Unterdruck in dieser Kammer über einen Stellmechanismus (33) steuert, welcher ein !lufteinlassventil (38) für die Erhöhung des Drucks in der Verbindungskammer (13) betätigt.
    27.) Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Becken (29) zur Entnahme des geschmolzenen Glases, welches durch die Ausgleichskolonne (11) gespeist wird.
    Iß a rs je ί t e
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