DE19960212A1 - Rührvorrichtung zur Homogenisierung einer Glasschmelze in Rührtiegeln - Google Patents
Rührvorrichtung zur Homogenisierung einer Glasschmelze in RührtiegelnInfo
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- C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
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- C03B5/187—Stirring devices; Homogenisation with moving elements
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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.
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.
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.
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
n: Rührerdrehzahl
TD: Rührtiegeldurchmesser
g: Erdbeschleunigung
n = 60 l/min
TD = 0,14 m H = 5 mm
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
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 (5)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999160212 DE19960212B4 (de) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Rührtiegel zum Durchrühren, Homogenisieren und Konditionieren eines fließfähigen Mediums, insbesondere einer Glasschmelze |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999160212 DE19960212B4 (de) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Rührtiegel zum Durchrühren, Homogenisieren und Konditionieren eines fließfähigen Mediums, insbesondere einer Glasschmelze |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19960212A1 true DE19960212A1 (de) | 2001-07-12 |
DE19960212B4 DE19960212B4 (de) | 2005-06-02 |
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ID=7932590
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1999160212 Expired - Fee Related DE19960212B4 (de) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Rührtiegel zum Durchrühren, Homogenisieren und Konditionieren eines fließfähigen Mediums, insbesondere einer Glasschmelze |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19960212B4 (de) |
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DE19960212B4 (de) | 2005-06-02 |
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