DE1769848A1 - Verfahren und Einrichtung zum Erhitzen,Schmelzen oder Erweichen von Stoffen in disperser Form,insbesondere zur Herstellung von diehtem oder poroesem Quarzgut,Quarzglas,Glas oder aehnlichen Stoffen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Erhitzen,Schmelzen oder Erweichen von Stoffen in disperser Form,insbesondere zur Herstellung von diehtem oder poroesem Quarzgut,Quarzglas,Glas oder aehnlichen Stoffen

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Description

Verfahren und Einrichtung zum Erhitzen, Schmelzen oder Erweichen von Stoffen in disperser Form, insbesondere zur Herstellung von dichtem oder porösem Quarzgut, Quarzglas, Glas oder ähnlichen Stoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erhitzen, Schmelzen oder Erweichen von Stoffen in disperser Form, insbesondere zur Herstellung von dichtem oder porösem Quarzgut, Quarzglas, Glas oder ähnlichen Stoffen für die Weiterverarbeitung zu Formkörpern, die eine glasige, kristalline oder teilweise kristalline Struktur aufweisen.
Außer den bekannten und bereits vorgeschlagenen Flammenschmelz- und Wirbelschichtverfahren, bei denen die Wärme durch Strahlung, Leitung ^ und Konvektion von der Flamme bzw. heißen Gasen auf das in kompakter oder disperser Form vorliegende Schmelzgub übertragen wird, wurde unter anderem ein weiteres Verfahren zum Erhitzen von Nicht- oder Halbleitern vorgeschlagen·
Bei diesem Verfahren erfolgt die Wärmeabgabe an das zu erhitzende Gut durch in der Schmelzvorrichtung befindliche Stoffe, deren Schmelzpunkt über dem des zu schmelzenden Gutes liegt.' Die Erhitzung der wärmeabgebenden Stoffe kann hierbei durch Verbrennungshitze oder Induktion erfolgen·
Für die Herstellung von porösen Stoffen, zum Beispiel Schaumglas, wurden bereits Verfahren und Vorrichtungen zu deren Durchführung vorgeschlagen, bei denen ein Gemisch von Glaspulver und Schaumbildungsmitteln von hitzebeständigen Formen aufgenommen wird und diese in einem " Ofen eine Anheiz-, Sinter- und Abkühlungszone unmittelbar aufeinanderfolgend durchlaufen. In der Sinterzone werden durch die Schaumbildungsmittel Gase abgegeben, die von dem erweichten Glas in Form von Gasbläschen eingeschlossen werden·
Weiterhin wurde zur Herstellung von Schaumglas ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, nach denen bereits geschmolzenes und unge— läutertes Glas von niedriger Viskosität durch ein Rührwerk durchgerührt und mit der■Ofenatmosphäre vermischt und dadurch schaumartig aufgelockert wird· Zusätzlich können während des Durchrührens noch Gase in die Schmelze eingeblasen werden, die·zumindest die gleiche Temperatur haben müssen wie die Glasschmelze·
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Die bekannten Flammenschmelzverfahren und die für die Durchführung dieser Verfahren erforderlichen Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie einen sehr geringen Wärmewirkungsgrad aufweisen» Dieser geringe Wärmewirkungsgrad ist dadurch bedingt, daß einmal ein großer Wärmeanteil durch heiße Abgase verlorengeht und unkontrollierbare Strömungen im gesamten System auftreten und zum anderen die entsprechenden Einrichtungen sehr groß dimensioniert sind, wodurch eine intensive Wärmeabstrahlung zu verzeichnen ist·
Des weiteren ist die spezifische SchmelzIeistung bezüglich der Schmelzfläche bzw. des Schmelzvolumens zu gering, da die Oberfläche des zu schmelzenden Gutes, die für des Wärmeaustausch in Frage kommt, zu kiel» ist*
Diese genannten Verhältnisse liegen bei den Wirbelschichtverfahren und des entsprechenden Einrichtungen günstiger, jedoch sind hier nur schwer kontrollierbare Strömungen von Gasen und Schmelzgut und damit ein gleichmäßiges Durchschmelze» zu erreichen·
Durch die bekannten Induktionsschmelzverfahren und die entsprechenden Einrichtungen können zwar sehr hohe Temperaturen erzielt werden," jedoch sind in der Regel nur periodische Tiegelschmelzunge» möglich, da bei einem kontinuierlichen Verfahren der Durchsatz zu gering wäre. Dieser geringe Durchsatz ist bedingt durch den unzureichenden Wärmeübergangskoeffizienten vom Schmelztiegel, den induktionsbeheizten Teilen oder der Schmelze zum Ausgangsmaterial.' Der unzureichende Wärmeübergangskoeffizient wiederum ist bedingt durch eine ungenügende Berührungsfläche zwischen den beheizten Teilen und dem zu schmelzenden Gut sowie durch ungünstige Strömungsverhältnisse infolge hoher Viskosität des geschmolzenen Gutes·' Ein weiterer Nachteil aller genannten Verfahren ist die Abnutzung des feuerfesten Materials der Schmelzeinrichtung durch das zu schmelzende Gut im Bereich der höchsten Temperature η ·*
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Formkörpern aus porösen, glasartigen und glasigen Stoffen haben den Nachteil, daß sie unabhängig vom Schmelzverfahren des Grundglases durchgeführt werden müssen, wobei ein nochmaliges Erhitze« und Schmelzen sowie die Einleitung des Aufsohäumprozesses in gesonderten Vorrichtungen erfolgen muß·'
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Bei weiteren Verfahren und Einrichtungen, bei denen die porösen, glasartigen und glasigen Stoffe infolge des Durchrührens der Grundglasschaelze und des Einblasens von erhitzten Gasen in diese hergestellt werden, sind gleichfalls zusätzliche Schmelzeinrichtungen »it entsprechenden Rührwerken sowie Vorwärmgeräte für die einzublasenden Gase erforderlich.' In jeden Falle muß gegenüber dem Glasschmelzprozeß ein zusätzlicher und damit nicht rentabler Aufwand betrieben werden,* wobei grundsätzlich keine kontinuierliche Fertigungsmöglichkeit gegeben ist.'
Zweck der Erfindung ist es, die Herstellung von Quarzgut, Quarzglas, Glas und ähnlichen Stoffen in dichter oder poröser Form wirtschaftlicher zu gestalten·'
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Verfahren zum Erhitzen, Schmelzes oder Erweichen von Stoffen in disperser Form und eine Einrichtung zu dessen Durchführung, insbesondere für die Herstellung von Quarzgut, Quarzglas, Glas oder ähnliches Stoffe zu schaffen, wobei außerdem noch die kontinuierliche Herstellung von dichten oder porösen Formstoffen aus diesen Materialien gegeben sein soll·
Bei hohen Temperaturen soll ein maximaler Durchsatz bzw. eine maximale spezifische Schmelzleistung und damit ein hoher thermischer Wirkungsgrad erreicht werden.'
Gleichzeitig soll bei der hohen thermischen Belastung der Schmelzeinrichtung eine minimale Abnutzung des feuerfesten Materials erfolgen und bei stationären Bedingungen die Strömungen des Wärmeträgers und des Sohmelzgttes gerichtet sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein zu erhitzendes, zu schmelzendes oder zu erweichendes Gut in disperser Form von oben oder unten in ein schmelzflüssiges Metall, eine Metallegierung oder einen anderen geeigneten Wärmeträger eingeleitet wird und das genannte Gut diesen Wärmeträger, bedingt durch den Auftrieb oder die Schwerkraft, nahezu vertikal von unten nach oben oder umgekehrt durchläuft·' Der Wärmeträger wird induktiv, elektrisch, durch Verbrennungswärme oder durch eine Kombination dieser Erwärmungsarten erhitzt,' wobei er als
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Wärmeträger Wärme an das zu erhitzende, zu schmelzende oder zu erweichende Gut abgibt, dieses erhitzt, schmilzt oder erweicht und dieses sich dann über oder unter dem Wärmeträger absetzt·' Zum Zwecke der Herstellung von porösen Produkten werden im Falle der Aufwärtsbewegung des zu erhitzenden, zu schmelzenden oder zu erweichenden Gutes diesem entweder gasbildende Stoffe, die bei hohen Temperaturen Gase abscheiden, beigegeben oder die Gase ausgenutzt, die das in den Wärmeträger eingeleitete Gut beim Erhitzen, Schmelzen oder Erweichen selbst abgibt· Die so frei werdenden Gase wandere in Form von Gasbläschen durch den entsprechenden Wärmeträger und setzen sich zusammen mit dem erhitzten, geschmolzenen oder erweichten Gut Über diesem ab.
Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn anstelle der gasbildenden Stoffe ™ oder zusätzlich zu diesen Gase in den Wärmeträger eingeleitet werden·
Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Einrichtung erforderlich, bei der sich ein Induktiv, elektrisch, durch Verbrennungswärme oder einer Kombination dieser Erwärmungsartea erhitzter Wärmeträger in einem feuerV festen und gegen den Wärmeträger widerstandsfähigen Behälter befindet·' Der Behälter 1st an seiner unteren Öffnung mit einem Verschlußteil, in dem eine oder mehrere Eingabevorrichtungen angeordnet sind, und an seiner oberen Öffnung mit einem Sammelgefäß verbunden· Die Anordnung kann entsprechend den Bedingungen auch umgekehrt gewählt werden· Xn dem Falle, in dem sich der Verschlußteil an der unteren Öffnung des Behälters befindet, sind zum Zwecke der Herstellung von porösen Produkten ia diesem ein oder mehrere Dispergatorea angeordnet·
ψ Wird das erhitzte, geschmolzene oder erweichte Gut, das sich über dem Wärmeträger absetzt, durch direkte Widerstandsbeheizung weiterverarbeitet, so dient der Wärmeträger als Elektrode, wobei die Gegenelektroden in ein oder mehreren Weiterverarbeitungseinrichtungen angeordnet sind·
erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung zu dessen Durchführung haben den Vorteil, daß durch den Wärmeträger, der das zu erhitzende, zu schmelzende oder zu erweichende und in disperser Form vorliegende Gut allseitig umgibt, eine maximale Wärmeübergangsflache erreicht wird· Der induktiv, elektrisch, durch Verbrennungswärme oder eine Kombination dieser Erwärmungearten erhitzte Wärmeträger gibt seine Wärme unmittelbar an das zu erhitzende, zu schmelzende oder zu erwei-
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chende Gut ab, was einen maximalen Wärmewirkungsgrad sowie eine hohe Schmelzleistung zur Folge hat·
Begünstigt wird dies noch durch die kompakte, verhältnismäßig kleine Einrichtung, die eine kleine Außenoberfläche und damit eine sehr geringe Wärmeabstrahlung besitzt, sowie die günstigen StrömungsVerhältnisse in der Einrichtung·1
Die Kompaktheit der Einrichtung ermöglicht es auch, daß das Erhitzen, Schmelzen oder Erweichen unter Druck, Vakuum oder Schutzgas durchgeführt werden kann.
Dadurch, daß das zu erhitzende, zu schmelzende oder zu erweichende Gut nur in einem oberen oder unteren Sammelgefäß mit dem feuerfesten Material direkt in Berührung kommt, nicht aber mit dem feuerfesten j Material des Behälters im Bereich der höchsten Temperaturen, ist die- ™ ses im wesentlichen nur dem Verschleiß unterworfen· Ein Reparieren bzw· Auswechseln dieses Teiles der Einrichtung ist in kürzester Zeit möglich.
Insgesamt gesehen ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Einrichtung zu dessen Durchführung bei hohen Temperaturen ein rationelles und kontinuierliches Herstellen von erhitztem, geschmolzenem oder erweichtem, glasförmigem, teilweise oder ganz kristallisiertem Gut in dichter oder poröser Form und dessen kontinuierliche Weiterverarbeitung, wobei die Qualität der Endprodukte verbessert wird· Dadurch, daß es möglich ist, den für das betreffend zu bearbeitende Gut geeigneten Wärmeträger durch entsprechend^ im Sammelgefäß oder Verschlußteil angeordnete Öffnungen schnell auszuwechseln, ist ein ä Umrüsten der gesamten Einrichtung und damit deren Umstellung auf ein anderes zu bearbeitendes Gut in kürzester Zeit möglich·
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 : einen Längsschnitt durch die Vorderansicht einer
Erhitzungs-, Schmelz- oder Erweichungseinrichtung für Quarzgut, Quarzglas, Glas oder ähnliche Stoffe,
Fig. 2 : eine weitere Ausführungsform des Verschlußteiles der Erhitzungs-, Schmelz- oder Erweichungseinrichtung nach Fig. 1,
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Fig. 3 : eine weitere AusfUhrungsform des Weiterverarbeitungsteiles der Erhitzunge-, Schmelz- oder Erweichungseinrichtung nach Fig. 1.
Entsprechend Fig. 1 wird ein zylinderförmiger Behälter 1 von einer Wärmeisolationsschicht 2 und einem Mantel 3 umgeben· Der sylinderförmige Behälter 1 ist an seiner unteren Öffnung 6 mit eines Versohlußteil 8, in des eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 9 angeordnet sind, und an seiner oberen Öffnung 5 sit eines Sammelbehälter 7 verbunden.
In dem zylinderförmlgen Behälter 1 befindet sieh ein Wärmeträger 4, der durch eine Induktionswioklung 12, die um die gesamte Einrichtung herum angeordnet ist, erwärst wird· Durch eine entsprechend· Anordnung der Induktionswioklung 12 kann innerhalb des Wärmeträgers 4 ein bestimmtes Temperatur gefälle erreicht werden·1 Das zu erhitzende, zu schmelzende oder zu erweichende Gut 10 wird mittels der Eingabevorrichtungen 9 dem induktiv erhitzten Wärmeträger zugeführt, wo es, bedingt durch den Auftrieb,' diesen nahezu vertikal von unten naoh oben durchwandert»
Der Wärmeträger 4 gibt seine Wärme an das zu erhitzend·, zu schmelzende oder zu erweichende Gut 10 ab, wodurch dieses erhitzt, geschmolzen oder erweicht wird.' Das erhitzte, geschmolzene oder erweichte Gut setzt sich oberhalb des Wärmeträgers 4 in einem Sammelbehälter 7 ab. Durch eine weiter· Induktionswicklung 12* wird das erhitzt·, geschmolzene oder erweichte Gut 11 zusätzlich erhitzt, so daß es in Fore eines Stranges 15, eines Rohres unter zusätzlicher Anbringung einer Lufteinblasvorrichtung oder eines scheibenförsigen Profils Über eine Formvorrichtung 13 in Verbindung sit einer Kühlvorrichtung 14 aus des Sammelbehälter 7 kontinuierlich abgezogen werden kann·' In Fig. 2 ist is Vergleich zu Fig. 1 ein verändertes Verschlußteil 8 dargestellt, bei dem zusätzlich zu den Eingabevorrichtung·» 9 ein Dispergator 16 angeordnet ist·' Mittels des Dispergator· 16 wird des Wärmeträger 4 Luft oder ein anderes Gas 17 in fein verteilter Fors sugeführt,' welches den Wärmeträger 4 von unten naoh oben durchwandert und sich zusammen mit dem erhitzten, gesobmelze*^ 1 *·· erweicht·» Gut 11 als poröse Masse im Sammelbehälter 7 absetzt·' Gleiehzeitig kann aber auoh das zu erhitzend·, zu sohmelzende oder zu erweichend· Gut
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bei« Durchwandern des Wärmeträgers 4· selbst Gase abgehen oder das Torgenannte Gut 10 mit gasbildenden Stoffen, die bei hohen Temperature» Gase abscheiden, veraengt sein, wobei sich alle in den Wärmeträger 4 gelangenden Gase 17 so verhalten« wie das eingangs dieses AusfUhrungabeispieles auf Grund der Wirkung des Auftriebes dargelegt wurde·' In Flg. 3 ist eine weitere AusfUhrungsform des Sammelbehälters 7 in Verbindung mit Weiterverarbeitungseinrichtungen 19 dargestellt« bei der das sich im Sammelbehälter 7 abgesetzte geschmolzene Gut 11 über eine oder mehrere Kanten 18 Is dünner Schicht in eine oder mehrere Weiterverarbeitungseinrichtungen 19 läuft und dabei direkt widerstandsbeheizt wird·' Zu diesem Zwecke dient der Wärmeträger h als Elektrode* Die Gegenelektroden 20 befinden sich in den Weiterverarbeitungseinrichtungen 19*
Die Läuterung wird durch Intensives Erhitzen an den Kanten 184 an denen das abgesetzte und geschmolzene Gut 11 nur in dünner Schicht Vorhände», ist, durchgeführt.
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Claims (6)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erhitzen, Schmelzen oder Erweichen von Stoffen in disperser Form, insbesondere zur Herstellung von dichtem oder porösem Quarzgut, Quarzglas, Glas oder ähnlichen Stoffen für die kontinuierliche Weiterverarbeitung zu Formkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu erhitzendes, zu schmelzendes oder zu erweichendes Gut (10) in disperser Form Ton oben oder unten in ein sohmelzflUssiges Metall, eine Metallegierung oder einen anderen geeigneten Wärmeträger (4) eingeleitet wird und das genannte Gut (10) diesen Wärmeträger (4), bedingt durch den Auftrieb oder die Schwerkraft, nahezu vertikal nach oben oder unten durchläuft, wobei der induktiv, elektrisch, durch Verbrennungswärme oder ein· Kombination dieser Erwärmungsarten erhitzte Wärmeträger (4) Wärme an das zu erhitzende, zu schmelzende oder zu erweichende Gut (10) abgibt, dieses erhitzt, schmilzt oder erweicht und sick dieses danaph Über der Oberfläche oder unter dem unteren Spiegel des Wärmeträgers (4) absetzt·'
2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Aufwärtsbewegung des zu erhitzenden, zu schmelzenden oder zu erweichenden Gutes (10) diesem gasbildende Stoffe beigegeben werden, die bei höheren Temperaturen Gase (1?) abscheiden bzw· das genannte Gut (10) selbst Gase (17) abgibt und sich die in dem Wärmeträger (4) bildenden Gasbläschen (17) zusammen mit dem erhitzten, geschmolzenen oder erweichten Gut (11) an der Oberfläche des Wärmeträgers (4) absetzen und eine poröse Masse bilden·
3· ^erfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wärmeträger (4) zusätzlich Gas (1?) durch einen oder mehrere Dispergatoren (16) eingeblasen wird, welches in Form von Gasbläschen (1?) durch den Wärmeträger (4) hindurchwandert und sich zusammen mit dem erhitzten, geschmolzenen oder erweichten Gut (11) am oberen Ende des Wärmeträgers (4) absetzt und eine poröse Masse bildet.
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4·' Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das entsprechende Gut (10) der entsprechende Wärmeträger (4) verwendet wird·
5· Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein induktiv, elektrisch, durch Verbrennungswärme oder eine Kombination dieser Erwärmungsarten erhitzter Wärmeträger (4) in einem feuerfesten und gegen diesen Wärmeträger (4) widerstandsfähigen Behälter (1) befindet, an dessen unterer Öffnung (6) ein verschlußteil (8), in dem sich ein oder mehrer« Eingabevorrichtungen (9) befinden und an dessen oberer Öffnung (5) ein Sammelbehälter (7) oder umgekehrt angeordnet 1st·1
6.1 Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet," daß in dem an der unteren Öffnung (6) des Behälters (1) angeordneten Verschlußteil (δ) ei» oder mehrere Dispergatoren angeordnet sind·1
7· Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterverarbeitung des erhitzten, geschmolzenen oder erweichten Gutes (11) mit Hilfe einer direkten Widerstandsbeheizung erfolgt, wobei der Wärmeträger (4) als Elektrode dient und die Gegenelektroden (20) in ein oder mehrere» Weiterverarbeitungseinrichtungen (19) angeordnet sind.
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