DE1771990A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen glasiger Materialien in einem Drehrohrofen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen glasiger Materialien in einem Drehrohrofen

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Description

Susumu Mimegishi in lokohama-shi/Japan
Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen glasiger Materialien in einem Drehrohrofen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen glasiger Materialien zur Herstellung glasiger Substanzen mittels eines mit einem Vorwärmofen, kombinierten Drehrohrofens.
Zu den herzustellenden glasigen Substanzen gehören z. B. außer Gläsern im allgemeinen die Schmelzprodukte von Hochpolymeren, z. B. Phosphate, glasige Kieselerden, Feldspat, Pyroxene, Basalte, Wollastonit, Mineralerze und andere Gemische mit gleichen Erweichungs- und Sahmelzeigenschaften.
Bei den üblichen Herstellungsverfahren für Glassubstanzen sind bisher Hafen- oder Wannenöfen zum Schmelzen glasiger Materialien verwendet worden. Allgemein gesprochen sind
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diese Öfen wegen ihrer geringen Wärmeausnutzung und ihrer hohen Baukosten nicht zufriedenstellend. Zur Überwindung dieser Nachteile sind verschiedene Versuche unternommen worden, glasige Materialien in einem Drehrohrofen zu schmelzen, aber diese Versuche haben zu keinem Erfolg geführt. Die Gründe dafür sollen sein:
1. Wenn glasige Materialien erwärmt werden, wechseln sie mit zunehmender Temperatur vom geschmeidigen zum zähflüssigen und schließlich zum fließenden Stadium über. Wenn nun versucht wird, die Glasmaterialien in einem einteiligen Drehrohrofen zu schmelzen, werden sie zähflüssig und bleiben an der inneren Peripherie des Drehrohrofens hängen, und ein glasiger Ring, d. h. ein teigiger Wall formt sich, der normalerweise in vom Ausgang des Ofens entgegengesetzter Richtung anwächst. Da es schwierig ist, den angewachsenen Wall zu beseitigen, setzt die Verbrennung des Brennstoffs schließlich aus.
2. Da das feuerfeste Futter durch die geschmolzenen Glassubstanzen stark korridiert, wird der Ofen für lange Zeit stillgelegt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das diese Nachteile nicht aufweist und miotels dessen Glassubstanzen von hoher Qualität bei hoher Wärmeausnutzung und niedrigen Kosten herzustellen sind.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, nach dem glasige Materialien unter Verwendung einer einfachen Vorrichtung schmelzbar sind.
Ein -weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer solchen Vorrichtung.
Erfindungsgemäß werden diese Ziele dadurch erreicht, daij die glasartigen Materialien in einem Vorwärmofen 2 so weit vorgewärmt werden, daß sie noch keine zähflüssige Masse bilden und in dem Drehrohrofen 1, in den sie anschließend fallen, zu einer fließenden Masse geschmolzen und dann weiter auf eine zus. Schmelzen und Läutern ausreichende Temperatur erwärmt werden·
Dies geschieht erfindungsgemaß durch Verwendung einer Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen Vorwärmofen 2, ™
bei dem ein Eingangsende mit einer Eingangsöffnung und ein in einem verbindenden Tunnel 3 beweglich angebrachtes Ausgangsende vorgesehen sind und einen geneigten Drehrohrofen 1, bei dem eine Eingangsoffnung in dem verbindenden Tunnel 3 geweglich angebracht ist und ein Auswurfende in einem Brennertunnel 9(mit dem Brenner 10) ebenfalls beweglich angebracht ist,und Mittel zum Erwär-
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Η» *-f- mm
men des Vorwärmofens 2, wobei in dem verbindenden Tunnel 3 das Beförderungsmittel 19 zum Transportieren des vorerwärmten glasigen Materials vom Ausgangsende des Vorwärmofens zum Eingangsende des Drehrohrofens, Mittel zum Schmelzen des glasigen Materials an der Eingangsseite des Drehrohrofens vorgesehen sind.
Zur Verlängerung der Haltbarkeit des Drehrohrofens sind zur Auskleidung des Ofeninneren korrosionsbeständige feuerfeste Materialien wie z.B. im Elektroofen hergestellte zu verwenden, und die' äußere Oberfläche der feuerfesten Materialien ist vorzugsweise durch natürlichen oder Gebläse-Luftzug,zur Bildung einer korrosionsbeständigen Zone zwischen einer geschmolzenen glasigen Phase und dem feuerfesten Material, zu kühlen. V/elche Art von feuerfester Auskleidung zu wählen ist, hängt weitgehend vom Typ des zu verwendenden Materials ab: z. B. sind für BoBsilikat-Gläser im Elektroofen hergestellte zirkonhaltige feuerfeste Materialien und für Bariumglas feuerfeste hoch-tonerdehaltige !Erzeugnisse geeignet.
Als Vorwärmofen eignet sich die Drehrohrofen-Form am besten, jedoch können andere bekannte Ofentypen wie z. B. Wanderroste ebenfalls verwendet werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigelegten Zeichnungen Bezug genommen ist:
Figur 1 ist eine Seitenansicht mit Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Figur 2 ist ein Schnitt durch die Figur 1 an den Linien I - I, wobei andere Einzelheiten des Ofens aus Klarheitsgründen weggelassen sind.
Figur 3 ist ein Schnitt durch Figur 1 an den Linien II -
Figur 4- ist ein seitlicher Schnitt durch Figur 3 an den Linien III - III, und
Figur 5 eine Draufsicht auf Figur 3·
Figur 6 ist ein vergrößerter Teilschnitt eines Bereichs eines Verbindungstunnels.
Figur 7 ist ein vergrößerter Teilschnitt durch die Figur an den Linien IV-IV,
Figur 8, 9 und 10 sind andere erfindungsgemäße Ausführungbeiapiele.
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Figur 11 ist ein Arbeitstemperatur-Diagramm für die Erfindung.
Figur 12 ist eine Viskositäts/Temperatur-Kurve^für Glas.
In den Figuren 1 bis 7 ist ein Drehrohrofen 1, der das glasartige Material schmilzt und ein Vorwärmofen 2 dafür dargestellt, die sich vom Einschüttkasten 21 bis zum Brennertunnel 9 geringfügig neigen, um die Vorwärtsbewegung des Materials zu unterstützen. Im Ofen 1 befindet sich ein zylindrischer Rost 4 mit einem Futter 5 aus geeignetem feuerfesten Material. Einzelheiten des zylindrischen Rostes sind nachstehend genauer erklärtι Eine Vielzahl von Laufrollen 7 getragener starrer Rinde 6 ( in der Zeichnung sind nur zwei Ringe gezeigt) sind peripheral um den zylindrischen Rost 4 verteilt. Weiterhin sind geeignete Antriebsmittel wie z. B. der ringförmige Antrieb 8 und ein (nicht gezeigter) Motor vorgesehen.
Der Vorwärmofen 2 enthält einen rohrförmigen Mantel 13 mit einem Futter 5 aus geeignetem feuerfesten Material.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist es günstig, vorstehende abriebfeste, versetzte Ziegel 15 zum Zwecke des Mischens und
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Vorerwärmens des glasartigen Materials vorzusehen. Eine Vielzahl von Halteringen 6 sind peripheral um den rohrförmigen Mantel 13 verteilt und von Laufrollen 7 getragen. Ebenso wie bei dem Ofen 1 sind Antriebsmittel vorgesehen.
Das aus der Austrittsöffnung des Ofens 2 fallende vorgewärmte glasartige Material wird mittels Förderelement 19 zur Eintrittsöffnung des Ofens 1 befördert. Das Förderelement 19 ist aus feuer-und abriebfestem Material hergestellt und von einem (nur teilweise gezeigten) verb in«» denden Rüttler 46 aus wärmebeständigem Metall getragen ( siehe Fig. 6).
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In der Nähe der Ausgangsöffnung des Ofens 1 "befindet sich in dem Brennertunnel 9 eine Kammer $4 mit einem Futter 5" aus geeignetem feuerfestem Material. Im Tunnel 9 "befindet sich ein Brenner 10 der üblichen Bauart, durch den das Brennstoff-Luft-Gemisch in den Drehrohrofen 1 gelangt. Der.Brennertunnel 9 ist mit geeigneten Mitteln ausgestattet wie z. B. der Rolle 27 zur axialen Ausdehnung bzw. Berührung mit dem Ofen einfach infolge der Erwärmung. Die Tunnelkammer 34 hat eine Vorderwand 35» ä-JQ- der eine ringförmige öffnung 36 von der Gestalt ausgebildet ist, daß sie den Ring 37 und den Mantel 4 abgrenzt. Der Bereich der Vorderwand 35 der Kammer ist mit einem Vorsprung 26 ausgestattet, der sich von der Kammer 34- in Richtung des Mantels 4 erstreckt und einen sich radial erstreckenden Flansch 38 aufweist, der peripheral auf dem Vorsprung sitzt und in Richtung des Mantels 4 eine Anlagefläche hat. Eine Ausflußöffnung 11 ist am Ausflußende des Ofens 1 vorgesehen, durch die die geschmolzenen glasigen Substanzen aus dem Ofen in einen Ausflußraum 12 fallen. Ein Sehloch 28 ist an der unteren Seite des Brennertunnels 9 angebracht, durch das eiü Bedienungsmann die geschmolzenen glasigen Substanzen beobachten und prüfen kann.
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Ein zwischen dem Eingangsende des Ofens 1 und dem Austrittsende des Ofens 2 angebrachter Tunnel 3 enthält eine Kammer 39 und eine Durchtrittsöffnung 16 für abströmende Gase, mit einem Futter aus einem geeigneten feuerfesten Material. Die Kammer 39 hat eine Vorder- und eine Rückwand, in denen ringförmige Öffnungen 4o und 41 ausgebildet sind. Die Vorder- und die Rückwand sind ähnlich M wie die oben beschriebene Vorderwand 35 ausgebildet. Die Öffnung 16 für das abströmende Gas ist durch ein (nicht
/mit exnemWärmeaustauseher
geaeigtes) Rohr verbunden und ein Regler 17 zum Verteilen der ^enge des abströmenden Gases ist zwischen beiden angebracht, damit die vorgewärmten glasigen Materialien nicht verkleben. Der Tunnel 3 enthält das erwähnte Förderelement 19 und die Brenner 18, 18', 18" und 18™ der üblichen Bauart. Bei dieser Erfindung ist besondere Aufmerksamkeit auf die Anordnung der Brenner 18 verwendet. Wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, sind die Brenner zwischen dem Boden des Eintrittsendes des Ofens 1 in der Umdrehungsrichtung des Ofens in Reihen angebracht, um so die glasigen Materialien so schnell wie möglich zu erwärmen. In Figur 7 ist bei Bezugszahl 47 und 48 das glasige Material jeweils in herabfallendem und fließendem Stadium gezeigt·
An der Eingangseeite dee Ofens 2 führt ein Schaüht 2o zu der Ofenkammer. Der Schacht befindet sich la einer
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Kammer 21, die ihn hält und eine Vorderwand 42 mit einer Öffnung 43 hat. Die Öffnung 43 ist, wie gezeigt, für die teleskopische Aufnahme des Ofens 2 in der Kammer 21 vorgesehen und entspricht vorzugsweise im allgemeinen der Gestalt des rohrförmigen Mantels 13. Die aus dem Ofen 2 abziehenden Gase ziehen durch den Wärmeaustauscher 22 und von da durch die Esse 45 in die Luft.
Die Vorsprünge 26, 26' und der Flansch 38' sind einfach gestaltete Mittel zum Abdichten gegen Lufteintritt und gestatten eine axiale Ausdehnung und Zusammenziehung der Öfen hei wechselnden Temperaturen. Der Größenunterschied zwischen der Öffnung 36» 46 und dem Mantel 4 und der zwischen der öffnung 4o, 43 und dem Mantel 13 ergibt einen Ring, der eine geringe Formänderung und Ausdehnung oder Zusammenziehung des Mantels und begleitende Arbeitsvorgänge gestattet, ohne daß die Kammer oder der Ofen gebunden wäre.
An beiden Enden des Ofens 1 und an einem Ende des Ofens 2 sind die Kühlmäntel 23 und 23' jeweils um die Peripherien der Mantel 4 und 13 vorgesehen, in die jeweils durch die Düsen 24 und 24· Kühlluft geblasen wird. Durch die Verwendung von Kühlmänteln wird ein Teil der Wärme von den Ofenenden abgeleitet, wodurch bis zu einem gewissen Grad
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die starken Formänderungen und Ausdehnungen verhindert «erden., die sonst durch die Erwärmung der metallenen Mäntel geschehen.
Wie besonders in den Figuren 3» 4- und 5 gezeigt, enthält der Ofen 1 einen zylindrischen Rost 4 mit einem Futter 5 aus geeignetem feuerfestem Material,und die voneinan- μ der abgesetzten Formen des feuerfesten Materials dienen am beiden Enden des Ofens dazu, eine Berührung der geschmolzenen, glasigen Materialien mit der Metalleinfassung und der oben genannten AbzugsÖffnung zu verhindern. Die Außenseite des feuerfesten Materials ist der Luft ausgesetzt, wodurch sie auf natürliche Weise gekühlt wird, nie in Fig. 5 gezeigt. Der zylindrische Rost 4-ist aus einer Vielzahl von I-Trägern 29, die in regelmäßigen Abständen axial angeordnet sind und aus einer Vielzahl von I-Trägern oder Profilringen 30, die im "
rechten Winkel an die Träger 29 angeschweißt sind, gebildet. Das feuerfeste Material ist mit zwischen den I-Trägern 30 und dem feuerfesten Material 5 eingesetzten Keilen 32 festgemacht. Die Keile 32 üben durch Drehung der Schraube 31 mittels der Mutter 33 einen Druck nach beiden Seiten aus.
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Die Figuren 8 und 9 zeigen typische Beispiele anderer erfindungsgemäßer Ausführungsformen. Dabei sind zwei Öfen jeweils vertikal oder im rechten Winkel zueinander angeordnet. Die Figur 1o zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei ein Wanderrost als Vorwärmofen dient. Bei den Bezugszahlen 5o und 49 sind jeweils eine Granulierungsanlage una ein Vorwärm-Wanderrost gezeigt.
Die in Figur 1 gezeigte Anlage wird wie folgt betrieben:
Der Drehrohrofen 1, der Vorwärm-Drehrohrofen 2 und der Wanderrost 19 werden in Gang gesetzt, und ein Luft-Brennstoff -Gemisch wird zum Heizen des Ofens 1 durch die Brenner 1o und 18 eingeführt. Nachdem die Temperatur der Öfen 1 und 2 auf Arbeitshöhe gestiegen ist, wird das glasige Material durch den Schacht 2o in den Ofen 2 eingeführt, und die Öffnung des Reglers 17 wird so eingestellt, daß das Rohmaterial auf eine solche Temperatur vorerwärmt wird, daß das zähflüssige Stadium noch nicht erreichtiist. Das vorerwärmte glasige Material fällt aus dem Ofen 2 und wird durch die Brenner 18 flüssig geschmolzen. Das Material fließt dann kontinuierlich und in Schraubenlinie innerhalb des Obens 1 und wird durch die Ausflußöffnung 11 in den Ausflußraum 12 ausgeworfen. Die Arbeitstemperaturen in dieser Anlage sind in Figur 11
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aufgezeigt, wobei A, B, C und D sich jeweils auf einen Teil des Drehrohrofens 1, des Verbindungstunnels 5, des Vorwärmofens 2 und des Ausflußraumes 12 beziehen. Die Figur 12 zeigt die Viskosität ( /u) von Glas als Funktion seiner Temperatur in Grad Celsius ausgedrückt.
Wie aus den Figuren 11 und 12 zu ersehen ist, liegen die bevorzugten Arbeitstemperatüren für den Vorwärmofen ^
zwischen 400 ° und 600 ° C und im Drehrohrofen zwischen 1200 ° und 16Ö8 0O. Beim Arbeiten nach der vorliegenden Erfindung ist volle Verbrennung des Brennstoffs erwünscht, um eine Verunreinigung der geschmolzenen glasigen Substanzen durch Kohlenstoffteilchen zu vermeiden, die die Qualität des Produkts durch Verfärbung und Verschmutzung herabsetzen. Daher ist es in der Praxis der vorliegenden Erfindung wünschenswert, vorgewärmte oder mit einigen Prozent Sauerstoff bereicherte Luft zu verwenden, und manchmal ist es auch geraten, den Flammenbrenner durch elektrische Heizung zu verstärken.
Die erfingungsgemäßen Vorteile sind wie folgt:
1. Größere Wärmeausnutzung und Produktivität,
2. Längere Haltbarkeit des Ofens,
3. Geringere Herstellungskosten,
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4. Erzielung größerer Einheitlichkeit una Reinheit der glasigen Substanzen, da das Rohmaterial und die geschmolzenen glasigen Substanzen durch die gleichmäßige Drehbewegung des Ofens kräftig gemischt ■werden, so daß Blasen leicht zu beseitigen sind und Schlieren sich zerstreuen und auflösen,
5. Da das glasige Material im Vorwärm-Drehofen kräftig gemischt wird, erübrigt sich die übliche Mischvorrichtung. Weiterhin ist es möglich, das glasige Material gleichzeitig in das Ende des Vorwärm-Drehrohrofens einzugeben,
6. es sind hohe Temperaturen zu erzielen, und schwer erweichbare Erze sind schmelzbar,
7· Die Installationskosten sind im Vergleich mit gewöhnlichen Hafen- oder Wannenofen geringer, da das Gebäude über dem Drehrohrofen unnötig ist.
8. Die Arbeit mit dieser Anlage und ihre Unterhaltung sind einfacher. Zum Beispiel sind nur mehrere Stunden nötig, um das glasige Material auf die normalen Temperaturen zu erwärmen, anstatt 20 bis 30 Tage, die normalerweise in konventionellen Glas-Wannenöfen benötigt werden,
9. Die Qualitätskontrolle des Produkts und die Temperaturregulierung der Anlage sind einfacher.
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1o. Das Wechseln von einem Typ glasigen Materials zu einem anderen ist einfacher als in Öfen der üblichen Bauart«
Die Erfindung ist in dem nun folgenden Beispiel, in dem alle Teile gewichtsmäßig angegeben sind, weiterhin erläutert .
Beispiel:
Das verwendete glasige Material besteht zu 100 Teilen aus Sand, 27 Teilen aus Dolomit, zu 39 Teilen aus kohlensaurem Natrium und aus einem Teil Oxydationsmittel. Weiter hinzugefügt wurde 50 % Glasbruch und 2 % Wasserstaub gegen Staubentwicklung. Mit diesem Material wurde die in Figur 1 beschriebene Anlage gefüllt und unter folgenden Bedingungen zur Herstellung von Glas geschmolzen:
Größe des Drehrohrofens: 1,4 0 χ 8 m, 3 % geneigt, Größe des Vorwärm-Drehrohrofens: 1,2o 0x7m, 3,5 % "
Einfüllung des glasigen Materials pro Stunde 2,7 t/Std.
Temperatur des glasigen Materials am unteren 3nde des
Ofens 2 510 ° C
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Temperatur des halbgeschmolzenen
Glases am Eingang des Schmelzofens 1 . 1.280 ° C
Temperatur der inneren Peripherie des Ofens 1 und des Glases unter
dem Brenner 10 · 1.4-70 ° C
Erzielt wurden 2.2 t/Std. geschmolzenen Glases hoher Qualität.
Analyse ess Glasproauktes
SiO2 Al20v+Fe20j CaO+MgO Na20+K20 andere 7o.5 2 10 16 1
Die Erfindung wurde zwar hauptsächlich in bezug auf Glasherstellung beschrieben, es sind jedoch, wie oben erklärt, auch andere Materialien durch das erfindungsgemäße Verfahren schmelz- und läuterbar, vorausgesetzt dab sie ähnliche Erweichungs- und Schmelzeigenschaften wie Glas haben. Diese Materialien fallen ebenfalls unter die Definition von "glasigen Materialien".
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Claims (10)

ft PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Schmelzen glasiger Materialien in
einem Drehrohrofen, dadurch gekennzeichnet, daß
en/
die glasartxgMaterialien in einem Vorwärmofent 2 )
so weit vorgewärmt werden, daß sie noch keine zäh- "
flüssige Masse bilden und in dem Drehrohrofen 1), in den sie anschließend fallen, zu einer fließenden Masse geschmolzen und dann weiter auf eine zum Schmelzen und Läutern ausreichende Temperatur erwärmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Herstellung von Glas angewendet
wird. λ
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die glasigen Materialien auf 400 - 60u ° C vorerwärmt werden, ehe sie in den Drehrohrofen fallen, dessen Temperatur 1200 ° bis 1600 ° C beträgt.
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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenneri Inzwischen dem VorwärmofenC2)und dem Drehrohrofen(1)vorgesehen ist, so daß die glasigen Materialien beim Hinunterfallen in den Drehrohrofen geschmolzen werden.
5. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Vorwärmofen (2\ bei dem ein Eingangsende mit einer Eingangsöffnung und ein in einem verbindenden TunneK 3) beweglich angebrachtes Ausgangsende vorgesehen sind, und einen gene^Lten Drehrohrofen 1) bei aem eine Eingangsöffnung in dem verbindenden Tunnel( 3)beweglich angebracht ist und ein Auswurfende in einem Brennertunnel(9)(mit dem Brenner 10) ebenfalls beweglich angebracht ist, und Mittel zum Erwärmen des Vorwärmofens(2\ wobei in dem verbindenden Tunnel(3) das Beförderun^smittel(19)zum Transportieren des vorerwärmten glasigen Materials vom Ausgangsende des Vorwärmofend zum Eingangsende des Drehrohrofens und Mittel zum Schmelzen des glasigen Materials an der Eingangsseite des Drehrohrofens vorgesehen sind.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kittel zum Erwärmen des Vorwärmofens '.2 einen Regler(17)enthält, der während des Arbeitens Abgase hoher Temperaturen vom Drehrohroferi 1)und dem Brenner (18)zu dem Vorwärniofen( 2) führt.
7« Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, p-ekennzeichent durch Vorhandensein einer Wärmeaustauscherkammer(22}
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, dab der Drehrohrof end) einen mit feuerfestem korrosionsbeständigen HateriaK5)gefütterten zylindrischen Rost( 4) enthält.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß on beiden Enden des zylindrischen Rostes(4)versetzte feuerfeste Formen verwendet sind.
10. Vorrichtung aach einem der Ansprüche 5 bis 9} dadurch gekennzeichnet, dah der Vorwärmofen (1 )ebenfalls ein Drehrohrofen ist,
TI .Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, da;.> der VorwärmofenCI )aus einem Janderrost besteht.
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DE1771990A 1967-08-14 1968-08-13 Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen eines Rohglasgemenges Expired DE1771990C3 (de)

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