DE19960212A1

DE19960212A1 - Rührvorrichtung zur Homogenisierung einer Glasschmelze in Rührtiegeln

Info

Publication number: DE19960212A1
Application number: DE1999160212
Authority: DE
Inventors: Erhard Dick; Erich Fischer; Roland Fuchs
Original assignee: Schott Ruhrglas GmbH
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: DE19960212B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rührtiegel zum Durchrühren, Homogenisieren und Konditionieren eines fließfähigen Mediums, insbesondere einer Glasschmelze. DOLLAR A Gemäß der Erfindung wird ein solcher Rührtiegel mit den folgenden Merkmalen versehen: DOLLAR A mit einem stabförmigen Rührer, der einen Schaft sowie einen mediumberührten Rührkern aufweist; DOLLAR A mit einem Rührbehälter, der den Rührkern umschließt; DOLLAR A es ist ein Strombrecher vorgesehen, der in die Schmelze wenigstens im Bereich von deren Spiegel eintaucht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchrühren eines fließfähigen Mediums, insbesondere einer Glasschmelze. Solche Vorrichtungen sind häufig Bestandteil von Anlagen für das Erschmelzen, die Kristallisation oder das Läutern von anorganischen Substanzen, vor allem von Glas. Eine solche Anlage umfaßt im allgemeinen eine Schmelzwanne, einer dieser nachgeschaltete Läuterwanne sowie die hier in Rede stehende Vorrichtung, die dem Auflösen von Schlieren oder dem Konditionieren dient.

Die Vorrichtung selbst umfaßt als wesentliche Bestandteile einen Rührbehälter, zum Beispiel einen Tiegel sowie einen Rührer, der in das im Rührbehälter befindliche Bad eintaucht.

Der Rührer ist stabförmig und im allgemeinen vertikal angeordnet. Er umfaßt einen Schaft sowie in seinem unteren Bereich einen Kern, der in der Regel völlig von der Schmelze umgeben ist. Der Kern ist im allgemeinen mit Rührerflügeln bestückt.

WO 9615071 A beschreibt die Homogenisierung von Glasschmelze mittels eines Rührers in einem Zufuhrkanal. Dabei wird die Schmelze dadurch homogenisiert, daß die Richtung des Schmelzenstromes in der Rührzone ständig geändert wird. DD-298767 A beschreibt eine Rührvorrichtung mit einem Rührer, der in ein zylindrisches Mischgefäß eintaucht. Der Rührer ist in zwei Rührarme unterteilt. Der Eintauchpunkt der beiden Rührarme in die Schmelze liegt dabei außerhalb der Symmetrieachse des Mischgefäßes.

SU-914510 B beschreibt eine Rühreinrichtung mit einem Rührer, der ein kegelstumpfförmiges Ende aufweist, dessen kleinerer Durchmesser sich unten befindet, und dessen größerer Durchmesser sich im Bereich des Spiegels der Schmelze befindet. Dieser kegelige Kern des Rührers weist Flügel auf, die der Glasschmelze eine Aufwärtsströmung verleihen. Dies soll zu einem Durchmischen von Oberflächenschichten führen.

DE 199 35 686 beschreibt eine Rührvorrichtung mit einer bestimmten Gestaltung der Wandung des Rührbehälters und des Rührerkernes.

Bei den genannten Vorrichtungen befindet sich der Zulauf der ankommenden Glasschmelze entweder kurz unter dem Glasspiegel oder in einem größeren Abstand hierzu. Anschließend durchläuft die Glasschmelze die Rührerzone und wird homogenisiert. Danach verläßt die Glasschmelze die Rührerzone und den gesamten Rührtiegel.

Es ist bekannt, daß sich die Schmelze im Bereich der Oberfläche mit Siliciumdioxid anreichert. Dies tritt insbesondere bei Gläsern auf, die stark borsäurehaltig sind.

Hierdurch wird das Glas im Bereich des Spiegels inhomogen. Gelangen solche inhomogenen Schmelze-Volumina in den Prozeß, so erschweren sie eine vollständige Homogenisierung beziehungsweise verhindern den Einsatz bei zahlreichen Anwendungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mittels welcher die nachteiligen Folgen vermindert oder beseitigt werden, die auf das Anreichern der Glasschmelze mit Siliciumdioxid im Spiegelbereich verbunden sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfinder haben folgendes erkannt:
Die Anreicherung der Schmelze im Spiegelbereich mit Siliciumdioxid wird besonders begünstigt durch die Ausbildung des Spiegels - in einem Axialschnitt durch den Tiegel gesehen - als Trombus oder Rotationsparaboloid. Ausgehend von dieser Erkenntnis schlagen die Erfinder vor, einen Störkörper oder Strombrecher vorzusehen, der das Entstehen des Trombus behindert oder verringert. Ein solcher Störkörper kann stabförmig sein. Er wird im Spiegelbereich angeordnet. Er kann sich auch über die gesamte Länge des Rührtiegels erstrecken. Er kann jegliche Querschnittsgestalt haben, beispielsweise rund oder eckig sein. Die Wirkung eines solchen Störkörpers oder Strombrechers ist am größten, wenn er im Randbereich des Tiegels angeordnet ist. Selbstverständlich muß er außerhalb des Flugkreises des Rührers angeordnet sein.

Durch einen solchen Strombrecher wird die kreiselnde Strömung der Glasschmelze im Spiegelbereich gestört, und damit wird auch die Bildung des Trombus verringert oder gar aufgehoben. Es kommt zu einem viel geringeren Einzug von mit Siliciumdioxid angereicherter Schmelze. Der Prozeß der Homogenisierung wird dadurch wesentlich verbessert.

Als flankierende Maßnahme kann zusätzlich zum Anordnen eines Strombrechers im Spiegelbereich eine Abzugsöffnung vorgesehen werden, ein sogenannter Dom. Dies hat den folgenden Sinn: Findet trotz des Strombrechers ein gewisser Einzug der Glasschmelze im Spiegelbereich mit Siliciumdioxid statt, so wird dieses Material aus der Schmelze abgezogen, so daß es nicht mehr in den Prozeß gelangt. Das Abziehen solcher Teilquanten wird im allgemeinen kontinuierlich verlaufen. Doch ist auch ein diskontinuierliches Abziehen denkbar.

Die Erfindung und der Stand der Technik sind anhand der Zeichnung näher erläutert. In den einzelnen Figuren sieht man jeweils einen Rührtiegel in einem durch dessen Längsachse gelegten Schnitt mit Rührer. Im einzelnen zeigen die Figuren folgendes:

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rührtiegel einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rührtiegel einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rührtiegel einer dritten Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt einen Axialschnitt durch einen Rührtiegel gemäß dem Stande der Technik.

Der in Fig. 1 gezeigte Rührtiegel weist einen Behälter 1 auf. Der Behälter 1 hat die Gestalt eines Kreiszylinders. Er weist etwa auf seiner halben Länge einen Einlaß 1.1 auf, und in seinem unteren Bereich einen trichterförmig verjüngten Auslaß 1.2. Im Behälter befindet sich ein Rührer 2. Dieser umfaßt einen Rührerschaft 2.1 sowie einen Rührerkern 2.2. Auf dem Umfang des Rührerkernes 2.2 befinden sich mehrere Flügel 2.2.1. Diese sind, wie man sieht, in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet.

Im Behälter 1 befindet sich eine Glasschmelze 3. Diese weist einen Spiegel 3.1 auf.

Gemäß der Erfindung ist im oberen Bereich des Behälters 1 und zugleich im Bereich von dessen Seitenwandung ein Strombrecher 4 angeordnet. Der Strombrecher 4 ragt einerseits über den Spiegel 3.1 nach oben hinaus, und andererseits reicht er bis fast oder ganz an den Einlaß 1.1 des Behälters 1. Er hat die Form eines Stabes - in diesem Falle von rundem Querschnitt. Er könnte auch jeden anderen Querschnitt haben, beispielsweise einen elliptischen oder vieleckigen. Der Strombrecher 4 ist im vorliegenden Falle in einem gewissen Abstand von der zylindrischen Wandung des Behälters 1 angeordnet. Er könnte auch unmittelbar an die Wandung anschließen. Auch wäre es denkbar, mehrere Strombrecher 4 vorzusehen, oder die Strombrecher etwas näher an den Rührerschaft 2.1 heranzusetzen. Je näher der Strombrecher 4 an der Wandung des Behälters 1 sitzt, desto besser ist seine Wirkung.

Die Wirkung des Strombrechers 4 beruht vor allem darauf, daß er beim Umlauf des Rührers 2 die kreiselnde Bewegung der Schmelze - von oben gesehen - stört oder unterbricht. Dies führt dazu, daß der Spiegel 3.1 der Schmelze, so wie hier gezeigt, mehr oder minder horizontal verläuft. Dies führt dazu, daß sich im Bereich des Spiegels 3.1 in der Schmelze im geringeren Maße Siliciumdioxid einzieht, so daß der Homogenisierungsprozeß der Schmelze 3 begünstigt wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 liegen die Verhältnisse grundsätzlich gleich, wie bei jener gemäß Fig. 1. Ein Unterschied liegt jedoch darin, daß sich der Strombrecher 4 nach unten bis zum Auslaß 1.2 des Behälters hin erstreckt. Es versteht sich, daß er derart angeordnet ist, daß der Zustrom von frischer Schmelze durch den Einlaß 1.1 nicht behindert wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist im Grunde genommen gleich jener gemäß Fig. 2. Ein Unterschied besteht jedoch darin, daß ein sogenannter Dom vorgesehen ist, was bedeutet, daß sich im oberen Bereich des Behälters 1 - gleich unterhalb des Spiegels 3.1 der Schmelze 3 - ein Hilfsauslaß 1.3 befindet. Durch diesen Hilfsauslaß kann kontinuierlich oder diskontinuierlich ein Teilstrom der Schmelze abgezogen werden, von dem angenommen werden muß, daß sich darin Siliciumdioxid angereichert hat. Dabei handelt es sich somit um die Kombination der ersten erfindungsgemäßen Maßnahme des Anordnens eines Strombrechers mit der zweiten, erfindungsgemäßen Maßnahme des Anordnens eines Hilfsauslasses.

Man erkennt somit, daß die erste erfindungsgemäße Maßnahme zumindest eine Verbesserung der Verhältnisse bezüglich des Einzugs von Siliciumdioxid im Spiegelbereich darstellt, und daß die zweite erfindungsgemäße Maßnahme gegebenenfalls, je nach den Verhältnissen des Falles, eine perfekte Lösung darstellt. Der Hilfsauslaß, also die sogenannte Dom-Lösung, ist besonders dann angezeigt, wenn es sich um Gläser mit einem hohen Borsäuregehalt handelt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 handelt es sich um einen Rührtiegel gemäß dem Stande der Technik. Dabei hat der Behälter 1 mit seinem Einlaß 1.1 und seinem Auslaß 1.2 die Gestalt der Behälter 1 gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Fig. 1 und 2. Ein Unterschied liegt jedoch in folgendem:
Bei der konventionellen Ausführungsform des Tiegels gemäß Fig. 4 gibt es keinen Strombrecher. Ferner fehlt ein Hilfsauslaß.

Durch das Fehlen des Strombrechers stellt sich ein Spiegel 3.1 ein, der die Gestalt eines Rotationsparaboloids hat. Hierdurch wird in mehr oder minder starkem Maße im Spiegelbereich Siliciumdioxid in der Schmelze 3 eingezogen, mit den oben erwähnten nachteiligen Folgen.

In der Figur ist der Rührerkern 2 schraffiert. Die schraffierte Fläche soll für die Zwecke der folgenden Betrachtung als "Projektionsfläche des Rührers" bezeichnet werden.

Wie man ferner sieht, ist die von der Schmelze 3 erfüllte Schnittfläche des Behälters 1 mit Wellenlinien versehen. Diese Fläche soll im folgenden als "Projektionsfläche Glasinhalt" bezeichnet werden.

Die Erfinder haben in Versuchen folgendes herausgefunden:
Der Einsatz eines Strombrechers 4 ist jedenfalls dann notwendig, wenn die Projektionsfläche des Rührers größer als ein Fünftel der Projektionsfläche des Glasinhaltes ist, oder größer als ein Fünftel.

Die Höhe des Rotationsparaboloids läßt sich berechnen aus:

H = [(2 × π × n)² × (TD/2)²]/4 × g

H: Höhe des Rotationsparaboloids
n: Rührerdrehzahl
TD: Rührtiegeldurchmesser
g: Erdbeschleunigung

Beispiel

n = 60 l/min
TD = 0,14 m H = 5 mm

Der Einfluß steigt mit dem Quadrat des Tiegeldurchmessers an.

Auslegungsparameter für einen Strombrecher:
Durchmesser Ds des Strombrechers = TD/12 . . . TD/10
Länge des Strombrechers = < 2 × Rührerdurchmesser

Es hat sich gezeigt, daß ein längerer Strombrecher 4, beispielsweise gemäß Fig. 2 und 3, eine stärkere Wirkung im Sinne der Erfindung hat, als ein kürzerer Strombrecher 4, etwa gemäß Fig. 1.

Ist ein erfindungsgemäßer Hilfsauslaß vorgesehen, so wie gemäß Fig. 3, so sind Abzugsmengen von 5-20 kg/h bereits ausreichend, um eine deutliche Steigerung der Homogenität zu erzielen.

Claims

1. Rührtiegel zum Durchrühren, Homogenisieren und Konditionieren eines fließfähigen Mediums, insbesondere einer Glasschmelze;

1. 1.1 mit einem stabförmigen Rührer (2), der einen Schaft (2.1) sowie einen mediumberührten Rührerkern (2.2) aufweist;
2. 1.2 mit einem Rührbehälter (1), der den Rührerkern (2.2) umschließt;
3. 1.3 es ist ein Strombrecher (4) vorgesehen, der in die Schmelze (3) wenigstens im Bereich von deren Spiegel (3.1) eintaucht.

2. Rührtiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombrecher (4) im Bereich der Wandung des Behälters (1) des Rührtiegels angeordnet ist.

3. Rührtiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strombrecher (4) über die gesamte Länge der Wandung erstreckt.

4. Rührtiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Spiegels (3.1) der Schmelze (3) ein Hilfsauslaß (1.3) vorgesehen ist.

5. Rührtiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (1.1) des Behälters (1) etwa in dessen halber Höhe angeordnet ist.