DE1771463A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von geschmolzenem Glas - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. Karl Wessel

8 München 13 HotWftttaufenitr. 2, Tel. 33 8111

13, aen 28. Mai 1968

ΪΚ-2194

ford Werke Aktiengesellschaft

Köln-Deuta Ottoplata 2

"Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von geschmolzenem Glas."

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Se.No» 647 815 vom 21. Juni 1967 in den Vereinigten Staaten von Kordamerika in Anspruch genommen»

türzheSchreibung

Indem man da* in einem Glasschmelzofen geschmolzene Glas im mittleren Bereich kühler hält als im übrigen

Bereich

erzeugt man dadurch in dem geschmolzenen Glas

Konvekt .onsströme, die das zu a< terial :.n den mittleren Bereich versuchten. Bin solcher Temperati

hmelzende Ausgangama*- dee Ofens au ziehen runtersohied wird da

durch hervorgerufen_r daß man in den Ofen eine KUhI-109852/0606

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schlange einsteckt, die unmittelbar unterhalb oder oberhalb der Oberfläche der Glasschmelze endet, oder man ordnet über die Länge des Schmelzofens etwas ober« halb der Glasschmelze eine Prallplatte an, um dadurch die Wärmeübertragung auf die Glasschmelze unterhalb dieser Prallplatte zu reduzieren.Das zu aohmelzende Bruchglas wird beiderseits der Kühlschlange oder der Prallplatte i*n den Qfeji eingebracht, durch Temperaturunterschiede erzeugte Konvektionsströme verhindern ein In^berührungkommen dieses Bruchglases »it den Seitenwänden des Ofens.

Hauptbeachreibunfl

Es kann als bekannt vorausgesetzt werden, dafl bei der Herateilung von Glas Bruchglas zusammen mit Sand, Kalkstein, Sodaasche usw. in einem Glassehmelzofen geschmolzen wird. In die Kauimer β ine a solchen Glasschmelzofens wird oberhalb der eingebrachten Materialien durch Flammenbeaufschlagung Hitze erzeugt, die Strahlungswärme dieser flammen dringt direkt in die Materialien ein, eine indirekte Wärmebeaufschlagung erfolgt zusätzlich über die Strahlungswärme des Deckels -und der Seitenwand β des Ofens. Schließlich eraeugt auch noch die gasförmige Atmosphäre Konvektionawär*·, was im Zusammenhang mit den übrigen Wärmefaktoren die eingebrachten

Materialien zur Schmelze bringt. Das geschmolzene dia« BAD ORlGiNAL

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wird allmählich in die sich an die Schmelzkammer anschließende Raffinierkammer des Ofens überführt und dann aus dieser zu ihrem weiteren Verwendungszweck abgeführt. Das Schmelzen und Raffinieren bzw. Veredeln kann intermittierend in einem Hafenofen vorgenommen werden, vorzugsweise erfolgt es jedoch kontinuierlich in einem Tankofenjin dessen Schmelzkammer die ungeschmolzenen Ausgangsmaterialien kontinuierlich eingebracht werden. In einem solchen Tankofen wird also ein Bad aus geschmolzenem Glas aufrecht erhalten und in diesem schwimmen die eingebrachten Materialien, werden dann geschmolzen und raffiniert, so daß schließlich aus der Raffinierkammer geschmolzenes Glas kontinuierlich abgeführt werden kann.

Die in das Schmelzbad eines Tankofens eintauchenden Ausgangsmaterialien neigen nun in einem solchen kontinuierlichen Verfahren dazu, sich in Richtung auf die Seitenwände der Schmelzkammer auszubreiten, was dann zu der Erscheinung führt, daß sich noch nicht geschmolzene Materialien im Bereich der Seitenwände sammeln und dadurch die aufrecht zu erhaltende Strömung stören. Durch eine solche Sammlung von noch nicht geschmolzenen Materialien im Bereich der Seitenwände wird auch die Zusammensetzung des Bades geändert, denn diese Materialien sind ja dann dem Schmelzprozess entzogen.

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Zur Verhinderung einee solchen Sammelns ungeschmolzener Materialien im Bereich der Seitenwände sind nun verschiedene Einrichtungen für Glasschmelzöfen bekannt geworden, die mechanisch ein Abkratzen der Seitenwände bewirken und die dort angesammelten, ungeschmolzenen Materialien in den mittleren Bereich der Kammer stoßen. Es wurde auch vorgeschlagen, kleinere Mengen der Ausgangsmaterialien in die Kammer einzubringen, und zwar mittels im Aufbau komplizierter Zuführeinrichtungen, die ein Zufuhren der Materialien in den mittleren Bereich der Kammer sicherstellen sollten. Da einerseits die Mechanischen Abkratzvorrichtungen aus naheliegenden Gründen nur intermittierend arbeiteten«führte dies zu beträchtlichen Veränderungen der Badzusammensetzung, die in ihrem Aufbau sehr komplizierten Zuführfinrichtungen brachten andererseits erhöhte Errichtungekosten bei verringerter Herstellungeleistung.

Mit der Erfindung wird nun sowohl ein intermittierendes wie auch ein kontinuierliches Verfahren zum Herstellen von geschmolzenem Glas zur Verfügung gestellt, welches ohne Beeinträchtigung der Badzusammensetzung und unter minimalen Einrichtungskosten die in dtn Ofen eingebrachten Ausgangsmaterielien von den Wänden fernhält, sie also im mittleren Bereich des Ofens hält. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgeschlagen, zwischen dem von den Seitenwänden des Schmelzofens fern-

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liegenden Bereich der Schmelze und dem diesen Bereich unmittelbar umgebenden Bereich ein Temperaturgefälle aufzubauen, bei welchem der von den Seitenwänden fern- ■ liegende Bereich eine niedrigere Temperatur aufweist, als der diesen Bereich umgebende Bereich. Von einem solchen Temperaturgefälle wird nun angenommen, daß dieses in dem geschmolzenen Glas einen Konvektionsstrom erzeugt, der ein Fernhalten der in die Sohmelzkammer eingebrachten Ausgangsmaterialien von den Seiten bewirkt, die eingebrachten Ausgangwmaterialien werden also im mittleren Bereich der Kammer gehalten.

Für die kontinuierliche Herstellung von geschmolzenem Glas wird vorgeschlagen, zwischen einem sich in längsrichtung des Ofens erstreckenden, imaginären Band und dem geschmolzenen Glas auf Jeder Seite dieses Bandes ein solches Temperaturgefälle aufzubauen. Man kann zu diesem Zwecke in die Schmelzkammer beispielsweise eine Kühlschlange einstecken, welcher dann die Aufgabe zufällt, von dem geschmolzenen Glas entlang der Oberfläche dieses imaginären Bandes Wärme abzuführen« Eine solche lokale Wärmeabführung an einer Stelle, die den Seitenwänden fernliegt, scheint in dem geschmolzenen Glas unterhalb der Schicht der die Festigkeit de3 Glases bewirkenden Anteile der Ausgangsmaterialien eine Strömung zu erzeugen, die abwärts gerichtet ist und diese abwärts gerichtete Strömung erzeugt Konvektioneatröme, die der

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iieigung der Ausgangsmaterialien, aich zu den Seitenwänden hin zu bewegen, entgegenwirken. Anstelle einer Kühlschlange kann auch eine Prallplatte in dem Ofen angeordnet werden, welcher die Aufgabe einer Reduzierung der Geschwindigkeit der Wärmeübertragung von den flammen

auf das geschmolzene Grlaβ unterhalb dieser Platte zufällt. Wird in dem Schmelzofen eine solche Prallplatte angeordnet, dann wird das Bruchglas zu beiden Seiten dieser Platte in die Schmelzkammer tingebracht.

Die Erfindung wird nachstehend andhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungabelepiele näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen kontinuierlich arbeitenden Glasschmelzofen, in welchen erfindungsgemäß eine Kühlschlange eingesteckt ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Ofens nach der Linie

II - II der Pig. 1,

Fig. 3 eine ^ndansicht des Ofens nach der Linie

III - III der Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Glasschmelzofen, in dessen Schmelzkammer eine sich in Längsrichtung erstreckende Prallplatte angeordnet ist,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Ofens nach der Linie V-V der Fig. 4.

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In den Figuren 1, 2 und 3> die ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Glasschmelzofens zeigen, ist dieser in seiner Gesamtheit mit dem Bezugspfeil 10 bezeichnet. Die zu schmelzenden Ausgangsmaterialien werden im Bereich seines einen Endes 12 eingebracht, der Ofen besitzt Seitenwände 14 und 16, einen Boden 18, eine Decke 20 und eine Ausflußöffnung 22. Mit 24 ist eine sich über die Breite des oberen Teils des Ofens .erstreckende Scheidewand bezeichnet, die den Ofen in eine Schmelzkammer 26 und eine Raffinierkammer 28 unterteilt. Der öfen ist aus feuerfestem Werkstoff hergestellt.·

Im Bereich des Aufgabeendes 12 ist unterhalb eines Aufgabetrichters 34 ein beweglicher Tisch 30 angeordnet, ein weiterer Tisch 32 ist unterhalb eines weiteren, nicht dargestellten Aufgabetrichters angeordnet. Zwischen den Tischen 30 und 32 ist eine Röhre 36 aus rostfreiem Stahl angeordnet, die die Form einer Haarnadel besitzt und in die Schmelzkammer 26 eingesteckt ist. Eine Vielzahl von Streben 38 verbindet die beiden Schenkel dieser Röhre 38, so daß dieser eine ausreichende Steifigkeit gegeben wird. Die Röhre 36 ist über einer Drehwelle 40 gelagert, um dadurch ihre Einstecklänge in die Schmelzkammer leichter ändern zu können.

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Außerhalb des Ofens 10 ist die Röhre 36 mit einer nicht dargestellten Einrichtung verbunden, die die Zirkulation eines Kühlmittels durch die Röhre bewirkt, über Eintritteöffnungen 42 werden die Brenngase eines nicht dargestellten Regenerativofens eingeleitet, nicht dargestellt 1st, daß die Seitenwände des Ofens und dessen Boden Kühlschlangen enthalten zur Reduzierung der ^ Korrosionswirkung des geschmolzenen Glases auf die feuerfesten Materialien.

In dem Ofen 10 wird zunächst durch ein langsames Erwärmen der in diesen eingebrachten Ausgangsmaterialien ein Schmelzbad 44 erzeugt. Dabei wird die Wärme abwechselnd über jede Seitenwand des Ofens eingebracht, indem die flammen und heißen Grase in die Kammer zuerst über die Eintrittsöffnungen 42 über etwa 30 Minuten eintreten und dann über entsprechende, nicht dargestellt* ψ Eintritteöffnungen der gegenüberliegenden Seitenwand gleichfalls über etwa 30 Minuten. Die durch die Eintrittsöffnungen der einen Seitenwand in die Kammer eintretenden erhitzten Grase durchqueren die Kammer und werden dann durch einen mit der Wärmeeinrichtung verbundenen Fachverband der gegenüberliegenden Seite durch Austrittsöffnungen in dieser Seitenwand aus der Kammer abgeführt. Der erwähnte Fachverband entzieht den Heizgasen den größten Teil ihrer Wärme, diese entzogene Wärme dient der Vorwärmung der üfase, die nach dem Wechsel der Be-

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auf3chlagungsrichtung über diese Seite eingeleitet werden.

Ist in dem Ofen ein Schmelzbad erzeugt, dann werden kontinuierlich die zu schmelzenden Ausgangematerialien in den Ofen eingebracht und gleichfalla kontinuierlich wird die Schmelze über die Auslaßöffnung 22 abgeführt. In dem Aufgabetrichter 34 oberhalb des Tisches 32 und in einest korrespondierenden Aufgabetrichter uborhalh des Tisches 32 werden die ungesciuLolzenen Rohmaterialien gespeichert und dann in abgemessenen Mengen auf die !Tische gebracht. Die Tische 30 und 32 bewegen dann diese abgemessenen Rohmaterialien auf die Oberfläche des geschmolzenen Glases, und zwar in der form von Balken 48, die untereinander durch eine im wesentlichen kontinuierliche Schutzdecke 50 aus Rohmaterialien yerbunden sind. Die Rohmaterialien bewegen sich nun in Längsrichtung in die Scnrnelzkammer 26 hinein und dabei wird zunächst die Schutzdecke 50 geschmolzen, was zur ?olge hat, daß nacheinander kleinere Balken 48a, 48b, 46c und 48d in der Scnmelzkammer schwimmen. Die in der Schmelzkammer vorherrschende Äärme schmelzt diese Balken allmählich zu Glas.

iJarem Eintritt in die hammer 26 neigen nun die Rohmaterialien d3zu, 3ich in Richtung auf die oeitenwände 14 und 16 zu bewegen. Würde dieser Neigung nicht entgegengewirkt werden, dann würden die Rohmaterialien an den fsuerfeaten bänden ankleben. Nachfolgende Ruhmate-109852/OeOß BADGr-UGINAL

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rialien würden sich demzufolge im Bereich der Seitenwände sammeln, dadurch würde der Zufluß der Rohmaterialien in die ochmelzkammer gestört werden und außerdem würde dadurch die Korrosion und Erosion der Seitenwände gefördert werden.

Die in dem durch die Bezugeziffer 52 gekennzeichneten mittleren Bereich des geschmolzenen Glases 44 angeordnete Röhre J36 wirkt nun dieser Neigung der Rohmaterialien, sich in Richtung auf die Seitenwand· hin zu bewegen, entgegen. Auf welche Ursache diese Gegenwirkung zurückzuführen ist weiß man nicht genau, man nimmt aber an, da3 die Kühlwirkung der Röhre örtlich von dem geschmolzenen Glas Wärme abzieht und dadurch ein Temperaturgefälle zwischen dem geschmolzenen Glas an der Oberfläche des mittleren Bereichs 52 und dem diesen Bereich umgebenden Bereich erzeugt, der mit den Bezugsziffern 54 und 56 bezeichnet ist. Dieses Temperaturgefälle, bei welchem der mittlere Bereich 52 Kühler ist als die Bereiche 34 und 56, scheint in dem geschmolzenen Glas Konvektionsströme zu erzeugen, die in Jf¹Ig. 3 Ait den Bezugsziffern 56 und 60 bezeichnet sind. Diese Ströme zwingen das einfließende ungeschmolzene Material in Richtung auf den mittleren Bereich der Kammer 26. Nach einer anderen Theorie nimmt man an, daß das lemperaturgefalle in dem mittleren bereich ein Anwachsen der Viskosität erzeugt und dieser Visüositätszuwachs erzeugt eine ausreichende

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Ziehkraft auf die inneren Enden der Balken, um diese im mittleren Bereich zu halten.

Der Ofen 1O^T nach den Figuren 4 und 5 ist identisch mit dem Ofen 10 nach den Figuren 1, 2 und 3, «jedoch ist hier eine Prallplatte 62 aus feuerfestem Material angeordnet, die sich in Längsrichtung der Schmelzkammer 26 vom Aufgabeende 12 zur Scheidewand 24 hin erstreckt. Diese Prallplatte 62 ist gleichfalls zwischen zwei Tischen 30 und 32 angeordnet,und zwar unmittelbar oberhalb der Oberfläche der Glasschmelze 44. In der Praxis ist diese Prallplatte 62 einige inches breit und gleichfalls einige inches dick, diese Abmessungen der Prallplatte bestimmen sich nach der Größe des Ofens 10*.

Die Prallplatte 62 vernindert eine btrahlungs-Wärmeübertrarung von den Flammen auf das geschmolzene Glas, welches sich unterhalb der Platte befindet. Die Prallplatte verhindert aber auch eine Konvektions-Wärmeübertragung von der gasförmigen Atmosphäre gleichfalls auf diesen Bereich des geschmolzenen Glases. Die so verringerte Wärmeübertragung erzeugt wiederum ein Temperaturgefälle zwischen dem geschmolzenen Glas unterhalb der Prallplatte 62 und dem geschmolzenen Glas, das sich seitlich dieser Prallplatte befindet. Dieses lempera^urgefälle wirkt in der vorbeschriebenen Art, es wirkt also· der lieigung der Rohmaterialien entgegen, sich zu aen oeitenwänden der Schmelzkammer hin zu bewegen.

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Die Röhre 36 kann aue einem beliebigen hitzebeständigen Werkstoff hergestellt sein. Seine Eindringtiefe in das geschmolzene Glas und seine Einstecklänge in die Schmelzkammer hängt ab von der Größe der Kammer, der Zuführmenge, der Wärmemenge und dergleichen Faktoren. Als Eindringtiefe hat sich eine solche von etwa 6 inches und als Einstecklänge eine solche von etwa 20 - 30 Fuß bewährt bei einer Länge der Schmelzkammer von etwa 90 Fuß und einer Länge der Raffinierkammer von etwa 150 Fuß bei 30 Fuß Breite und einem Fassungsvermögen von etwa HOO Tonnen geschmolzenem Glas. Als Kühlmedium eignet sich Wasser, das durch die Röhren mit einem Durchmesser von etwa einem inch mit einer Geschwindigkeit von etwa 80 Gallohen pro Minute zur Zirkulation gebracht ist. Das Wasser erfährt bei seiner Zirkulation einen Temperaturanstieg von etwa 25⁰F.

Die Röhre 36 kann auch etwas oberhalb der Oberfläche der GrIasschmelze enden, sie sollte aber auf jeden Fall in die Rohmaterialien eintauchen* Die Wärmeübertragung von den Rohmaterialien auf die Röhre kühlt die Rohmaterialien, so daß diese von der Glasschmelze im mittleren Bereich mehr Wärme aufnehmen und dadurch das Temperaturgefälle erzeugt wird.

Die Röhre braucht nicht die Form einer Haarnadel aufzuweisen, es können auch andere Formen von Röhren benutzt werden. So kann man beispielsweise eine Drei-

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fachröhre verwenden, bei weloher die Röhrenenden durch ein gleichseitiges Dreieck miteinander verbunden sind und das fasser durch die beiden unteren Röhren eintritt und durch die dritte Röhre wieder auetritt.

Auch die Prallplatte 62 kann durch Irgendein stationäres Mittel ersetzt werden, welches geeignet erscheint, die ungeschmolzenen Materialien im mittleren Bereich der Schmelzkammer zu halten· So kann beispielsweise eine zaunartige Konstruktion Verwendung finden, um die Wärmeübertragung auf das geschmolzene Glas im mittleren Bereich der Schmelzkammer zu reduzieren. Die Projektionslänge der Prallplatte auf die Schmelzkammer hängt gleichfalls ab von verschiedenen Faktoren, sie mufl empirisch bestimmt werden. Anstelle der erwähnten Regenerativerwärmer können auch Rekuperativerwärmer Verwendung finden.

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Claims (7)

Anspruch·

1. Verfahren zum Herstellen von geechmoleenea GHaβ durch Einbringen von zu schmelzenden Ausgangsaateriallen in das Schmelzbad Qine8 Schmelzofens, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem von den Seitenwänden des Schmelzofens fernliegenden Bereich der Schmelze und dem diesen Bereich unmittelbar umgebenden Bereich ein Temperaturgefälle aufgebaut wird, bei welchem der von den Seitenwänden fernliegende Bereich eine niedrigere Temperatur aufweist als der andere Bereich*

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturgefälle duroh ein Einstecken einer Kühleinrichtung in den mittleren Bereich der Schmelzkammer erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperdurgefälle durch eine Reduzierung der Wärmeübertragung auf das geschmolzene Glas in dem mittleren Bereich der Schmelzkammer erzeugt wird.

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4. Glasschmelzofen zur Ausübung des Verfahrens mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmelzkammer des Ofens nahe der Oberfläche des Schmelzbades eine stationäre Einrichtung zur Verhinderung eines Fiießens der ungeschmolzenen Ausgangsmaterialien zu den Wänden der Schmelzkammer hin angeordnet ist.

5. Glasschmelzofen nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kammer angeordnete stationäre Einrichtung eine die Form einer Haarnadel aufweisende Röhre ist, die vom Aufgabeende der Kammer her in diese eingesteckt ist und welcher Kühlmittel zur Zirkulation gebracht ist.

6. Glasschmelzofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre aus rostfreiem Stahl hergestellt ist und daß als Kühlmedium Wasser Verwendung findet.

7. Glasschmelzofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kammer angeordnete stationäre Einrichtung eine sich in Längsrichtung der Kammer erstreckende Prallplatte ist.

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