DE2015597B2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von glas aus rohmaterialien - Google Patents

Description

ist.

11 Glasschmelzofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner (42) in der Seitenwand (12) des Glasschmelzofens angeordnet ist.

12 Glasschmelzofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner (65) in der Brückenwand des Glasschmelzofens angeordnet ist

13 Glasschmelzofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sauerstoff-Brennstoff-Brenner (42, 42fl) vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glas aus Rohmaterialien, die in das Beschfckungsende eines Schmelzofens eingefüllt werden, während durch Wärmezufuhr aus mindestens einem « Luft-Brennstoff-Brenner die Rohmaterialien geschmolzen werden und ein Quelipi-nkt im Schmelzofen erzeugt wird, wobei eine Strömung der Schmelze vom Beschickungsende zum Austragsende hin auftritt und das geschmolzene Glas am Austragsende des Schmelzofens entnommen wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Nach dem Stand der Technik ist ein Verfahren dieser Art aus der DT-PS 707036 bekannt. Dabei wurden eine oder mehrere Luft-Brennstoff-Flamme η „ verwendet, um die Rohmaterialien bei der Glasher-Stellung zu verschmelzen. In der Praxis ergibt sich dadurch eine verhältnismäßig geringe Schmelzrate, d.h. der Materialdurchfluß ist gering. Die Wirtschaftlichkeit dieses bekannten Verfahrens läßt sich nicht ohne weiteres steigern, da der Materialdurchfluß, d.h. die Schmelzrate, nicht durch verstärkte Zufuhr von Wärmeenergie aus den Luft-Brennstoff-Brennern erhöht werden kann, ohne einerseits die Glasqualität und andererseits die Lebensdauer des verwendeten Glaste Schmelzofens zu beeinträchtigen.

Nach dem Stand der Technik sind auch Verfahren und Schmelzöfen bekannt, die ausschließlich mil Sauerstoff-Brennstoff-Brennern arbeiten, wie es beispielsweise in der US-PS 2800175 beschrieben ist so Dabei sind am Beschickungsende eines Schmelzofens mehrere Sauerstoff-Brennstoff-Brenner angeordnet deren Flammen über die Glasschmelze streichen und diese erhitzen. Die Richtung der Flammen ist vom Beschickungsende zum Läuterungsende hin gerichtet Bei diesem Verfahren zum Schmelzen von Glas ergibi sich das Problem, daß der zur Versorgung der Brenne] erforderliche Sauerstoff recht teuer ist, daß also die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch den Kostenaufwand bei der Sauerstoffversorgung nicht optima gestaltet werden kann. Überdies sind die Sauerstoff Brennstoff-Brenner bei dem verwendeten Schmelz ofen so angebracht, daß ihre Flammen vom Be schickungsende auf das Läuterungsende zu verlaufen so daß schwimmende Rohmaterialien in Richtung au das Läuterungsende zu getrieben werden können Dies führt in der Praxis zu einer Verschlechterung de Glasqualität, da die schwimmenden Rohmaterialiei in der Schmelze absinken können und dadurch da

^ffwini äurderKlärzone abgezogen. Immer dann, 15 gang wird noch dadurch unterstützt, daß die durch
Ijias. WU _ _.____{i ju} j:„ πι..λϊλ1,. j„ r.i„. Konvektion von den Verbrennungsprodukten aut die

,eläuterte Glas verunreinigen.

Bei typischen Glasschmelzöfen, wie sie nach dem «and der Technik \n der Praxis verwendet werden, rden die Rohmaterialien zur Glasherstellung in * Schmelzzone des Glasschmelzofens am Be- ₅

•hickungsende eingeführt. Der Glasschmelzofen

*\d kontinuierlich betrieben und daher liegt inner-

h Ib der Schmelzzone, in die die Rohmaterialien ein-

ebracht werden, ein Bad von geschmolzenem Glas

ß pj_e Rohmaterialien können mit Hilfe bekannter 10

mechanischer Zuführungseinrichtungen in den Glas-

chmelzofen eingeführt werden. Der Glasschmelzofen

hesteht gewöhnlich aus der Schmelzzone und der

Klärzone, in der das Glas geläutert wird. Das fertige

filas wird aus der Kläi

wenn der Glasspiegel, d.h. die Oberfläche der Glasschmelze _unter einen bestimmten Wert abgesunken L werden Rohmaterialien am Beschickungsende acheef üllt. Dabei wird mit einer automatischen Tasteinrichtung die Höhe des Glasspiegels bestimmt und 20 der Beschickungsmechanismus automatisch betätigt, eine bestimmte Höhe unterschritten wird, in die Schmelzzone eingeführten Rohmateriaen gewöhnlich zuerst auf der Oberfläche ze und werden entsprechend der Strö- 25 der Glasschmelze auf die Klärzone zu Allmählich sinken die Rohmaterialien in dTe⁶Glasschmelze ein und werden darin zu Glas verschmolzen. Es läßt sich jedoch dabei nicht vermeiden, daß ein gewisser Anteil der Rohmaterialien bis in die 30 Klärzone des Schmelzofens mitgeführt wird und dort einer Verunreinigung des Glases führt.

wärts gerichtet, dali die Verbrennungsprodukte der Flamme auf die schwimmenden Rohmaterialien und das geschmolzene Glas in der Nachbarschaft des Quellpunkts auftreffen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Gase einer sehr heißen, stabilen Sauerstoff-Brennstoff-Fiamme ist so hoch, daß auf die schwimmenden, ungeschmolzenen Rohmaterialien genügend Impuls übertragen wird, um sie entgegen dem Mateiialfluß der Glasschmelze am Beschickungsende des Schmelzofens zu halten. Dadurch wird verhindert, da« sich die schwimmenden Rohmaterialien über die Oberfläche der Glasschmelze verteilen und möglicherweise erst in der Nähe der Klärzone des Schmelzofens in die Schmelze einsinken. Dieser Vorß di dh

^ZUDer"Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

Srhmelzrate und somit die Wirtschaftlichkeit eines

vSrens der eingangs genannten Art zur Herstel- ₃₅ von der Sauerstoii-brennston-r.am.nc -—*—

h\_ne von Gias aus Rohmaterialien zu erhöhen und Verbrennungsprodukte bestehen aus einem Ga strom

lung von y ι»- _if ._. ^ _r.,„„_c η,.^κ mit recht hoher Geschwindigkeit, der sich mit dem

Schmelze übertragene Wärme eine ohnedies vorhandene thermische Strömung am Quellpunkt verstärkt, die ebenfalls zur Zurückdrängung der schwimmenden Rohmaterialien beiträgt. Auf diese Weise wird also nicht nur ein Abfluß der Rohmaterialien in die Klarzone verhindert, sondern zudem der Schmelzvorgang durch weitere Wärmezufuhr beschleunigt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß Sauerstoff-Brennstoff-Flammen wesentlich höhere Temperaturen als Luft-Brennstoff-Flammen erzeugen und daß dadurch die Schmelzrate bei Verwendung von Sauerstoft-Brennstoff-Brennern erhöht wird. Durch die neuartige, erfindungsgemäße Anordnung von Sauerstoff-Brennstoff-Brennern zusammen mit Luft-Brennstoff-Brennern ergibt sich jedoch auf Grund des Zusammenwirkens der beiden verschiedenen Hammen und der von ihnen ausgehenden Verbrennungsprodukte ein ganz besonders vorteilhafter Effekt: Die der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme erzeugten

punkts angeordneten Sauerstoff-Brennstoff-Brenners so stromaufwärts ausgerichtet wird, daß sie ohne Berührung mit dem geschmolzenen Glas verläuft, daß jedoch die von der Flamme ausgehenden Verbrennungsprodukte wenigstens teilweise mit so hoher Geschwindigkeit auf die schwimmenden Rohmaterialien am Quellpunkt oder stromaufwärts vom Quellpunkt auftreffen, so daß die schwimmenden Rohmaterialien am Beschickungsende gehalten werden.

Ein Glasschmelzofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Schmelzzone, einer Klärzone und mindestens einem Luft-Brennstoff-Brenner, kennzeichnet sich dadurch, daß zusätzlich mindestens ein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner stromabwärts des Quellpunkts vorgesehen ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausgestaltungen des Glasschmelzofens zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also an einem, mit Luft-Brennstoff-Brennern ausgestatteten Glasschmelzofen zusätzlich ein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner verwendet. Wesentlich ist dabei, daß der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner stromabwärts des Quellpunkts, der durch die herkömmlichen Luft-Brennstoff-Flammen erzeugt w urde, angeordnet w ird. nip Sauerstoff-Brennstoff-Flamme ist so stromauf-

₄₅

UUrCnmCIlgUHg VUlI L-uii ui.vj ^. ~.... ,

vollständige Verbrennung in der Luft-Brennstoff-Flamme bewirkt und der Wirkungsgrad der Verbrennung entscheidend verbessert.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht im Teilschnitt auf einen Glasschmelzofen, wie er zur Durchführung 50 des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt des Glasschmelzofens der Fig. 1 entlang der Linie 2-2,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt entlang 55 der Linie 3-3 der Fig. 1, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung im Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiel eines G lasschmelzof ens.

In der Fig. I ist schematisch eine Draufsicht auf 60 einen langgestreckten Regenerativ-Glasschmelzofen herkömmlicher Bauart dargestellt. Der Schmelzofen wird durch die Seitenwändc 11,12,18, die Endwand 13, die Rückwand I3a,die Brückenwand 14, den Boden und das Gewölbe 19 gebildet. Die Brückenwand 65 enthält eine unterhalb des Glasspiegels angeordnete Öffnung 16, durch welche das geschmolzene Glas in die Klärzone 17 ausfließen kann. Diese Wand enthält auch Öffnungen 16« oberhalb der Oberfläche der

glasschmelze, durch die heiße Gase in die Klärzone eintreten können. Die Klärzone ist im vorderen Teil des Glasschmelzofens gelegen. Sie wird bei der dargestellten Ausführungsform durch die Brückenwand 14, eine kreisförmige Wand 18, ein Deckenteil und einen Boden begrenzt. Die Schmelzzone 15 ist durch die Seitenwände 11 und 12, die Rückwand 13a, die Brükkenwand 14, das Gewölbe und den Boden begrenzt.

In der Fig. 2 ist im Querschnitt das Gewölbe 19 und der Boden 20 dargestellt. Bei den meisten Glasschmelzöfen ist der obere Teil gewölbt, daher die Bezeichnung Gewölbe für die abdeckende Wand des Ofens. Die Einzelheiten der Wände, des Gewölbes und des Bodens des Glasschmelzofens werden im einzelnen nicht beschrieben, da der Aufbau dieser bekannten Einzelteile nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Da beim Schmelzen und Klären von Glas hohe Temperaturen auftreten, muß ein geeignetes feuerfestes Material an den Innenseiten der Wände, der Decke und des Bodens des Glasschmelzofens angebracht sein.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Glasschmelzofens ist an der Außenseite der Seitenwand 11 in der Nähe der Rückwand 13 ein Einlegevorbau 25 angeordnet. Durch den Einlegevorbau wird das Rohmaterial in den Glasschmelzofen eingeführt. Der Einlegevorbau 25 steht über eine Öffnung 26 durch die Seitenwand 11 mit der Schmelzzone 15 in Verbindung. Zur Beschickung des Einlegevorbaus 25 mit Rohmaterial kann ein geeignetes Förderband oder eine andere geeignete Beladungsvorrichtung, beispielsweise ein Trichter 28 verwendet werden. Die Rohmaterialien läßt man auf die Oberfläche der Glasschmelze fallen, die sich im unteren Teil des Einlegevorbaus befindet, und die Rohmaterialien werden dann mit Hilfe einer hin- und hergehenden Vorrichtung, beispielsweise einem Stempel oder Kolben 27 in das Innere des Glasschmelzofens hineingeschoben. Es kann jedoch auch irgendeine andere geeignete Vorrichtung zum Hineindrücken der Rohmaterialien in das Innere der Schmelzzone 15 verwendet werden. Die Rohmaterialien bestehen gewöhnlich aus Sand, Kalk, Sodaasche usw. Die Zusammensetzung hängt von dem herzustellenden Glastyp au.

Da die Rohmaterialien leichter sind als die Glasschmelze, schwimmen sie an der Oberfläche und werden normalerweise durch die Strömung der Schmelze in Richtung auf die Brückenwand 14 befördert. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des zusätzlichen Sauerstoff-Brennstoff-Brenners wird diese Bewegung unterbunden.

In einem herkömmlichen Glasschmelzofen, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wird die zum Schmelzen der Rohmaterialien und zur Aufrechterhaltung der Temperatur der Schmelze erforderliche Wärme von einem Paar von Luft-Brennstoff-Brennern 30 und 31 geliefert. Die Einzelheiten des Aufbaus dieser Brenner sind nicht dargestellt, da sie nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Diese Brenner haben die Aufgabe, einen geeigneten flüssigen Brennstoff, beispielsweise öl, oder einen gasförmigen Brennstoff, beispielsweise Erdgas, zu verbrennen. Die Art des verwendeten Brennstoffs hängt von seinem Preis, von seiner Eignung zum Schmelzen von Glas und davon ab, ob er verfügbar ist. Die Brenner sind in der Rückwand 13a direkt über den öffnungen 32 und 33 angebracht. Diese öffnungen stehen mit den üblichen Rekuperatoren 35 und 36 in Verbindung, die zur Vorwärmung der zur Verbrennung von Brennstoff verwendeten Luft vorgesehen sind. Die Brenner 30 und 31 arbeiten abwechselnd, d.h. es ist immer nur einer der Brenner in Betrieb, während der andere ausgeschaltet ist. Wenn beispielsweise der Brenner 30 in Betrieb ist, verwendet er Luft aus dem Rekuperator 36. Der Brenner hat gewöhnlich die Gestalt eines Rohrs, durch das der Brennstoff, beispielsweise Erdgas, ausgestoßen wird. Der Luft-Brennstoff-Brenner 30 erzeugt eine buschige Flamme, die sich praktisch horizontal in das Innere des Glasschmelzofens hineinerstreckt; die heißen Abgase fließen im Gegenuhrzeigersinn ab und gelangen durch die Öffnung 33 in den gitterförmigen Wärmespeicher 35, wobei dieser aufgeheizt wird. Nach Verstreichen einer gewissen Zeitspanne oder durch die Temperatur des Wärmespeichers wird der Brenner 30 abgeschaltet und der Brenner 31 wird in Betrieb gesetzt. Der Brenner 31 erzeugt ebenfalls eine buschige Flamme und erzeugt eine Zirkulation der Verbrennungsproduktc im Schmelzofen, die sich im Uhrzeigersinn bewegen und durch die öffnung 32 in den gitterförmigen Wärmespeicher 36 hineingelangen. Auf diese Art und Weise werden die gitterförmigen Wärmespeicher 35 und 36 zum Vorwärmen der Luft verwendet, die dann in den Luft-Brennstoff-Brennern zur Verbrennung von Brennstoff verwendet wird. Beim Betrieb der Wärmespeicher 35 und 36 werden geeignete Gebläse verwendet, die Luft durch die Wärmespeicher hindurch in den in Betrieb befindlichen Luft-Brennstoff-Brenner blasen und gleichzeitig in dem zweiten gitterförmigen Wärmespeicher eine Saugwirkung hervorrufen, so daß ein wirksamer Wärmeaustausch stattfindet. Die verwendeten herkömmlichen Gebläse sind ebenfalls nicht erläutert, da sie allgemein dem Fachmann bekannt sein dürften.

In dem üblichen Glasschmelzofen wird beim Schmelzvorgang kein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner verwendet und deshalb erfolgt die gesamte Wärmezu-

fuhr durch Luft-Brennstoff-Brenner, durch vorerhitzte Luft und in einigen Fällen auch zusätzlich durch elektrische Widerstandsheizung. Dazu erstrecken sich die Elektroden 41 durch die Seitenwände oder durch den Boden des Schmelzofens in die Glasschmelze hinein. Sie sind mit einer Stromquelle verbunden. Läßt man einen elektrischen Strom durch die benachbarten Elektroden fließen, so wird die Glasschmelze erwärmt. Die Widerstandswärme bei konstanter Spannung ist direkt proportional zur Temperatur, und

durch Erhöhung der Temperatur des Glasbades wird die Geschwindigkeit der Übertragung der Wärme auf das Bad erhöht und dadurch wird die Produktion gesteigert. Bisher war es nicht möglich gewesen, diese Temperatur zu erhöhen. Wie bereits oben angegeben,

S₅ ist in einem üblichen Glasschmelzofen kein Verfahren oder keine Vorrichtung zur Regulierung der Bewegung des ungeschmolzenen Rohmaterials in Richtung auf die Brückenwand 14 vorgesehen. Deshalb schwimmt das Rohmaterial auf der Oberfläche und kommt in einigen Fällen mit der Brückenwand 14 in Kontakt. Wenn dieses eintritt, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß ein Teil des nicht geschmolzenen Ausgangsmaterials durch die Öffnung 16 hindurchgelangt und in die Klärzone 17 eindringt. Das Glas, das

aus den öffnungen 37 a bis 37 d in den Vorkammern 38a bis 38d entnommen wird, ist deshalb ungleichmäßig und enthält Verunreinigungen. Es ist bekannt, daß das Rohmaterial eingeschlossenes Gas enthält und

daß dieses Gas durch das Rohmaterial beim Schmelzen in der Glasschmelze verteilt wird. Wenn daher irgendwelche ungeschmolzenen Rohmaterialien in das Gebiet der öffnung 16 oder in die Klärzone 17 gelangen, werden unerwünschte Gasblasen in der Glasschmelze verteilt. Zur Verhinderung dieses unerwünschten Vorgangs ist gemäß einem Ausführungsbeispiel eines Glasschmelzofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie in der Fig. 1 dargestellt, eine öffnung 40 in die Seitenwand 12 geschnitten, so daß ein Sauerstoff-Brenmtoff-Brenner 42 durch diese öffnung eingeführt werden kann. Dieser Sauerstoff-Brennstoff-Brenner 42 erzeugt oberhalb der Glasschmelze eine heiße Sauerstoff-Brennstoff-Flamme. Als Sauerstoff-Brennstoff-Brenner 42 wurde ein Brenner verwendet, wie er in der Fig. 3 der US-PS 3092016 dargestellt ist. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde ein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner mit einem nominellen Durchmesser von 3,81 cm verwendet. In diesem Brenner wurden Erdgas und technisch reiner Sauerstoff verwendet, so daß dem Schmelzof tm zwischen 1 und 5 Mill. BTU pro Stunde während des normalen Betriebs zusätzlich zugeführt wurden. Die normalerweise auftretende Flammentemperatar bei diesem Brenner liegt im Bereich von 2205° C bis 2760° C, vorzugsweise jedoch im Bereich von 2540° C bis 2760° C. Die Strömungsgeschwindigkeit der Flammengase liegt irnerhalb des Bereichs von 610 bis 1067 m/sec, vorzugsweise jedoch innerhalb des Bereichs von 915 bis 1067 m/sec. Sowohl die Flammentemperatur als auch die Strömungsgeschwindigkeit der Flammengase hängen von dem verbrannten Brennstoff, der Reinheit des dem Brenner zugeführten Sauerstoffs und natürlich dem Druck und der Geschwindigkeit ab, mit denen der Sauerstoff und der Brennstoff dem Brenner zugeführt werden.

Das als Brennstoff verwendete Erdgas wird durch eine Leitung 80, die durch ein geeignetes Ventil 81 reguliert wird, dem Brenner 42 zugeführt. Der Sauerstoff wird durch eine Leitung 82, die ebenfalls durch ein Ventil 83 reguliert wird, zugeführt. Der Sauerstoff stammt aus einem üblichen Lagerbehälter, wo er in flüssiger Form gelagert und dann verdampft dem Brenner zugeführt wird. Das Kühlwasser für den Brenner wird durch die Leitung 84 zugeführt und durch die Leitung 85 abgezogen. Der Aufbau des Brenners gewährleistet eine innige Vermischung des Brennstoffs mit dem Sauerstoff und liefert eine stabile, nichtleuchtende Flamme von hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur. Die nichtleuchtende Eigenschaft der Flamme ist außerordentlich wichtig, da dadurch die Wärmeübertragung von der Flamme auf die feuerfesten Materialien der Wände des Schmelzofens durch Wärmestrahlung minimal gehalten wird. Es können verschiedene Typen von Brennstoffgasen verwendet werden und es kann auch Sauerstoff mit einer geringeren Reinheit als technischer Sauerstoff verwendet werden. Zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffs und zur Erzeugung einer nichtleuchtenden Flamme muß genügend Sauerstoff zugeführt werden. Das stöchiometrische Verhältnis kann 100% bis 150% betragen.

Die Innenabmessungen der Schmelzzone 15 in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Schmelzofens btrugen 4,90 m auf 8,10 m. Die Sauerstoff-Brennstoff-Flamme 43, die aus der öffnung des Brenners 42 austrat, war etwa 1,84 m lang und durchquerte daher eine beträchtliche Strecke der Schmelzzone 15. In der Fig. 3 ist die Brennerdüse 45 erläutert, die praktisch bündig mit der Seitenwand 12 und der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme 43, die daraus hervortritt, angebracht ist. Die öffnung des Brenners 42 liegt etwa 0,61 m oberhalb des Glasspiegels, d.h. der Oberfläche der Glasschmelze, und etwa 0,915 m von der Brückenwand entfernt. Der Brenner ist nach unten auf das Beschickungsende hin geneigt, so daß sowohl die Sauerstoff-Brennstoff-Flamme als auch ihre Verbrennungsprodukte jederzeit in engster Nachbarschaft zur Glasschmelze verlaufen. Der Neigungswinkel ist jedoch nicht so groß, daß die Sauerstoff-Brennstoff-Flamme mit dem geschmolzenen Glas in

»5 Berührung kommt. Die Verbrennungsprodukte, die aus der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme austreten, treffen jedoch auf das geschmolzene Glas und auf das auf dessen Oberfläche schwimmende Rohmaterial auf. Dies ist in der Fig. 3 dargestellt. Das durch die öffnung 26 in die Schmelzzone eintretende Rohmaterial 44 schwimmt auf der Oberfläche des geschmolzenen Glases 47. Der Glasspiegel ist durch die Ziffer 48 gekennzeichnet. Die Verbrennungsprodukte 50, die aus der Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff-Flamme 43 ausströmen, sind so gerichtet, daß sie auf das Rohmaterial 44 auftreffen und es gegen die Rückwand 13a drängen. Die Geschwindigkeit, die Länge und die Temperatur der Flamme werden so eingestellt, daß sie zwar die Glasur auf dem schwimmenden Rohmaterial nicht abschält, daß aber ein ausreichender Impuls und Energieaustausch auftritt, um die Bewegung des Rohmaterials auf der Oberfläche der Glasschmelze zu steuern. Durch Einregulierung der Brenngeschwindigkeit des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners kann das nichtgeschmolzene, schwimmende Rohmaterial am Beschickungsende gehalten werden und es kann sogar in Form eines Strömungswirbels im Gegenuhrzeigersinn, wie durch die Pfeile 52 angegeben, in Bewegung versetzt werden. Das nichtgeschmolzene Rohmaterial bleibt am Beschickungsende der Schmelzzone 15, bis es geschmolzen ist und einen Teil der Glasschmelze 47 bildet. Während dieses Vorgangs wird weiteres Rohmaterial in den Einlegevorbau 25 eingeführt und kontinuierlich

durch die öffnung 26 in die Schmelzzone eingeleitet. Das neue Rohmaterial verbindet sich mit der bereits vorhandenen Wirbelströmung und bleibt deshalb am Beschickungsende der Schmelzzone. Dadurch, daß das nichtgeschmolzene Rohmaterial am Beschickungsende zum Schmelzen gebracht wird und einen Teil der Schmelze bildet, werden die Gase, die im nichtgeschmolzenen Rohmaterial vorhanden sind, in der Glasschmelze am Beschickungsende freigesetzt. Wenn sich dann die Glasschmelze in Richtung auf die

öffnung 16 vom Beschickungsende wegbewegt, ist es viel gleichmäßiger und weist eine reinere Beschaffenheit auf, da die eingeschlossenen Gase im wesentlichen schon am Beschickungsende entfernt worden sind. Beim Vorbeiströmen an den Elektroden 41 ent hält die Schmelze nur noch einige kleine Gasbläschen. Die Anzahl der Bläschen ist jedoch beträchtlich verringert und die Bläschen können leichter aus der Schmelze entweichen, da das Rohmaterial die Oberfläche der Schmelze im Bereich der Schmelzzone stromabwärts vom Beschickungsende nicht bedeckt. Es ist bekannt, daß in Glasschmelzofen des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Aufbaus in dem geschmolzenen Glas thermische Strömungen erzeugt werden.

609520/220

ίο

Diese Strömungen entstehen durch verschiedene Temperaturen in den verschiedenen Bereichen des Schmelzofens Beispielsweise hat jeder Schmelzofen einen Quellpunkt, an dem das geschmolzene Glas seine höchste Temperatur aufweist. Der Quellpunkt hat die Gestalt einer sprudelnden Quelle, da das heiße Glas leichter ist als das umgebende kältere Glas und deshalb auf die Oberfläche der Schmelze in Gestalt

kungder Brenner und iher Konstruktion. Wie bereits oben erwähnt, ist es wichtig, daß die Sauerstoff-Brennstoff-Flamme das geschmolzene Glas oder das nichtgeschmolzene Rohmaterial nicht berührt, und aus diesem Grunde sollte die Spitze der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme oder der Flammensaum nicht weniger als etwa 0,6 m und nicht mehr als etwa 3,05 m vom Bereich des Quellpunkts entfernt sein. Dieser

ei'ner" sprudelnden Quelle nach oben quillt. Dieser Abstand wird entlang der Längsachse des Brenners Quellpunkt bewirkt notwendigerweise eine Bewegung io gemessen. Die aus der Sauerstoff-Brennstoff-Hamme der Glasschmelze, die vom Quellpunkt wegführt. Der ausströmenden Verbrennungsprodukte durchströmen Ort des Quellpunkts in der Fig. 1 ist durch das Be- diesen Abstand und treffen auf den Quellpunkt und zueszeichen 60 gekennzeichnet. Ein Teil des ge- das nichtgeschmolzene schwimmende Rohmaterial schmolzenen Glases hat zwar die Tendenz, aus dem auf der Oberfläche der Glasschmelze auf. Die oben-Quellpunkt in Richtung auf die Rückwand 13a her- 15 genannten Düsenbrenner sind sehr geeignet, da ihre o.,c,„c»röm,>n Hipsp thermische Strömune eenüet ie- Flammeneigenschaften in hohem Maße vorherbestimmbar sind. Ihre Flamme ist sehr stabil und weist eine große Geschwindigkeit und hohe Tempratur auf.

auszuströmen, diese thermische Strömung genügt je doch nicht, um das nichtgeschmolzene, schwimmende Rohmaterial am Beschickungsende zu halten. Wenn nun der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner auf die oben

Die aus den Brennern 30, 31 andererseits ausstro-

beschriebene Art und Weise ausgerichtet wird und die 20 menden Luft-Brennstoff-Flammen sind außerge-

Verbrennungsprodukte der Sauerstoff-Brennstoff- ' ■ · ■ -■- -.—

Flamme auf das auf der Oberfläche schwimmende Rohmaterial auftreffen, wird die obenerwähnte, vom Quellpunkt wegstrebende thermische Strömung darin

wohnlich buschig und können keineswegs als starr oder steif angesehen werden. Die Sauerstoff-Brennstoff-Flamme ist demgegenüber eine formstabile »steife« Flamme und sie kann daher auf einen be

unterstützt, das nichtgeschmolzene Rohmaterial ge- 25 stimmten Bereich, der erhitzt oder behandelt werden gen das Beschickungsende hin zu führen. In einer be- soll, ausgerichtet werden. Die Sauerstoff-Brennvorzugten Ausführungsform der Erfindung kommen stoff-Flamme wird in einer niedrigeren Höhe als die die Verbrennungsprodukte 50 ungefähr an der Stelle
des Quellpunkts 60 oder stromaufwärts davon mit der

Luft-Brennstoff-Flammen in den Schmelzofen gerichtet.

Glasschmelze und dem ungeschmolzenen Rohmate · 30 Bei praktischen Versuchen mit einem Gl^as" rial in Berührung. Die Verbrennungsprodukte haben schmelzofen, der mit dem in den Fig. 1 bis 3 erläutereine höhere Temperatur (1650° C bis 2205° C, vor ten vergleichbar ist, wurde die Temperatur des Quellzugsweise 1930° C bis 2205° C) als das geschmolzene punkts vor dem Einbau des Sauerstoff-Brennstoff-Glas und sie werden auf den Quellpunkt hin gelenkt, Brenners normalerweise auf einen Wert von 1505° C um die Temperatur des Quellpunkts und allgemein ₃₅ eingestellt. Nach dem Einbau und bei Inbetriebsetdie Temperatur des geschmolzenen Glases durch im zung des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners in der oben wesentlichen Konvektionswärmeübertragung zu er- beschriebenen Art und Weise stieg die Temperatur höhen. Im allgemeinen liegen die Temperaturen der des Quellpunkts auf 1540° C an. Bei den Versuchen Glasschmelze in der Schmelzzone für die Herstellung lag die Mündung oder Öffnung des Sauerstoff-Brennvon gewöhnlichem Flaschenglas innerhalb eines Be- 40 stoff-Brenners 42 etwa 0,90 m von der Brückenwand reichs von etwa 1430° C bis 1540° C. Auf diese Weise 14 entfernt und etwa 55 cm (siehe B in Fig. 3) oberwird durch Erhöhung der Temperatur im Bereich des
Quellpunkts die obengenannte thermische Strömung
verstärkt. Gleichzeitig tritt ein Impuls- und Energieaustausch zwischen dem Rohmaterial und den heißen
Verbrennungsprodukten auf, wodurch sich das
schwimmende Rohmaterial, wie oben beschrieben, in
Richtung auf die Rückwand zu bewegt.

Auf diese Weise wird bei Anwendung der vorliegenden Erfindung das schwimmende Rohmaterial am 50 durchgeführten Versuchen wurde der Brenner um Beschickungsende der Schmelzzone und stromauf- 14.15 Uhr mit einer Brenngeschwindigkeit von 56,6 wärts in bezug auf den Quellpunkt gehalten, bis das NmVh Erdgas und 113,2 NmVh Sauerstoff gezündet. Rohmaterial geschmolzen ist und einen Teil des ge- Gleichzeitig wurde die Luft-Brennstoff-Brennieschmolzenen Glases 47 bildet. In einer bevorzugten schwindigkeit von 980 NmVh Erdgas auf 808 nM /h Ausführungsform der Erfindung wird die Sauerstoff- ₅₅ Erdgas und von 10620 NmVh Luft auf 1050 Nm /h Brennstoff-Flamme so nahe wie möglich am ge- Luft reduziert. Die zuerst festgestellte Wirkung war schmolzenen Glas gehalten, ohne dieses jedoch direkt eine sofortige Zunahme der Temperatur des Wärme- zu berühren. Deshalb ist die Düse des Sauerstoff- tauschers 35 auf 1495° C. Wegen einer schwachen Brennstoff-Brenners im Glasschmelzofen so ausge- Stelkundeines schwachen Flecks im Deckel der Wär richtet, daß sie sich nicht weniger als etwa 0,3 m ober- 60 meaustauscher bereitete diese Temperatur einige halb des Glasspiegels und nicht mehr als etwa 1,20 m Sorgen. Der Zustand wurde jedoch durch eine Umoberhalb des Glasspiegels befindet. Die Sauerstoff- kehr des Betriebs richtiggestellt, und die Temperatur Brennstoff-Brenner können so angebracht werden, ging auf 1470° C zurück. Dann wurde ein umgekehrdaß sie bis zu etwa 2,40 m vom Glasspiegel entfernt ter Zyklus zur Korrektur der zu hohen Temperatursind. Ein Abstand von 0,30 m bis 1,20 m ist jedoch 65 Verhältnisse des Wärmespeicher ausgeführt. Der bevorzugt. Die Länge der Sauerstoff-Brennstoff- Austrag aus dem Schmelzofen betrug zu dieser Zeit Flamme kann etwa 0,60 m bis 3,05 m betragen, je 122 t pro Tag. Diese Bedingungen wurden etwa zwei nach Art des verwendeten Brenners, je nach Beschik- Tage lang aufrechterhalten, wobei der Austrag aus

halb der Oberfläche der Glasschmelze. Der Brenner war um etwa 35" (siehe A in Fig. 1) gegenüber der Längsachse des Glasschmelzofens geneigt, und der 4₅ Winkel nach unten in Richtung auf die Oberfläche des geschmolzenen Glases zu betrug etwa 7V₃ ⁰. Der Abstand von der Mündung des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners zum Glasspiegel, entlang der Achse des Brenners gemessen, betrug etwa 4,20 m. Bei den

dem Schmelzofen auf 124 t pro Tag erhöhl wurde. Dabei wurde die gesamte Energie für den erhöhten Wärmebedarf durch den Sauerstoff-Brennstoff-Brenner aufgebracht. Demgemäß wurde um 9.40 Uhr die Brenngeschwindigkeit des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners 42 auf 63,5 Nnii'/h Erdgas und 127 Nm'/h Sauerstoff erhöht. Diese Bedingungen wurden bis 10.00 Uhr des folgenden Tages eingehalten, wobei der Austrag aus dem Schmelzofen auf 130 t pro Tag erhöht wurde. Zu dieser Zeit wurde die Brenngeschwindigkeit des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners auf 70,8 NmVh Erdgas und 141,6 NmVh Sauerstoff erhöht, um die zum Schmelzen eines erhöhten Austrags erforderliche thermische Energie aufzubringen. Der Austrag wurde auf einem Wert von 130 t pro Tag bei der gleichen Brenngeschwindigkeit bis um 8.00 Uhr des nächstfolgenden Tages gehalten, dann machte eine Änderung des Produktionsplans eine Verringerung auf 124 t pro Tag erforderlich. Gleichzeitig wurde die Brenngeschwindigkeit für den Sauerstoff-Brennstoff-Brenner auf 56,6Nm³Zh Erdgas und 113,2 Nm'/h Sauerstoff verringert. Es. ist interessant hierbei, daß während des Zeitraums des hohen Austrags die Temperatur des Glases anstieg. Das vorherige absolute Produktionsmaximum des Glasschmelzofens mit einer maximalen, herkömmlichen Befeuerung und mit einer maximalen elektrischen Zusatzbeheizung lag bei 125 t pro Tag. Während der Befeuerung mit Sauerstoff-Brennstoff und bei einer Tagesproduktion von 130 t war es erforderlich, kontinuierlich die elektrische Einstellung der Zusatzheizung herunterzuregeln, um den Strom der Heizeinrichtung konstant zu halten. Während dieser Zeit wurde ein Glas von guter Qualität erhalten.

Die Tagesproduktion von 124 t bei einer verringerten Sauerstoff-Brennstoff-Feuerungsgeschwindigkeit wurde unter Erzielung einer guten Glasqualität bis 20.30 Uhr aufrechterhalten. Dann wurde der Versuch beendet.

Die Erhöhung der Temperatur der Glasschmelze hat noch eine andere Wiikung, die darin besteht, daß dadurch die Menge an elektrischer Energie, die durch die Elektroden 41 in den Glasschmelzofen eingeführt werden kann, wesentlich erhöht wird. Die Geschwindigkeit, mit der das geschmolzene Glas durch Widerstandsheizung bei konstanter Spannung erhitzt werden kann, hängt direkt von der Temperatur des Glases ab. Wenn daher die Temperatur erhöht wird, kann dem geschmolzenen Glas mehr elektrische Energie zugeführt werden, so daß der Ausstoß aus dem Glasschmelzofen erhöht wird.

Erfindungsgemäß können mehrere Sauerstoff-Brennstoff-Brenner zur Steuerung der Bewegung der nichtgeschmolzenen schwimmenden Rohmaterialien und zur Erhöhung der Schmelzgeschwindigkeit im Glasschmelzofen verwendet werden. So kann beispielsweise in der Fig. 1 ein zweiter Brenner 42a in der öffnung 40a eine zweite Flamme auf den Quellpunkt richten. Die Verbrennungsprodukte aus dem zweiten Brenner dienen ebenfalls dazu, die schwimmenden Rohmaterialien an die Rückwand am Beschickungsende zu drängen und die Temperatur des Quellpunkts gleichzeitig zu erhöhen. Es besteht dann zwar eine geringe Wahrscheinlichkeit, daß eine Wirbelstromzirkulation erzeugt wird, die Impuls- und Energieübertragung wird jedoch erhöht und auf die Stelle des Quellpunkts wird eine größere Wärmemenge übertragen. So können zwei oder mehr Sauerstoff-Brennstoff-Brcnner verwendet werden. In der wirksamsten und uevorzugtesten Ausführungsform weiden die Brenner wie oben beschrieben betrieben und angeordnet.

5 Obwohl die Saucrstof'-Biennstoff-Brenner sich in den Fig. 1 bis 3 in den Seitenwänden des Glasschmelzofens befinden, können sie auch entweder in der Brückenwand oder im Deckenteil angeordnet werden. Im allgemeinen wurde festgestellt, daß die

ίο Scitenwände leicht zugängig sind und die Anbringung des Brenners verhältnismäßig einfach machen.

In der Fig. * ist in schematischer Form eine andere Ausführungsform eines Glasschmelzofens dargestellt. Dabei ist der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner 65 in der Brückenwand auf der Mittellinie des Schmelzofens angeordnet, so daß die Verbrennungsprodukte 67, die aus der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme 66 ausströmen, an der Stelle des Quellpunkts 68 direkt mit dem Rohmaterial 69 in Berührung kommen. Die Impuls- und Energieübertragung der heißen Verbrennungsprodukte drängt das nichtgeschmolzene Rohmaterial in Richtung auf das Beschickungsende der Schmelzzone zu, vom Quellpunkt 68 weg. Außerdem dienen die heißen Verbrennungsprodukte zur Erhöhung der Temperatur des Quellpunkts, wobei die Thermalzirkulation in Richtung auf das Beschickungsende verstärkt wird. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird das Rohmaterial in den Einlegevorbau 70 eingebracht, dann schwimmt es unter der Wand 71 hindurch in Richtung auf die Klärzone des Schmelzofens. Durch Verwendung des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners in der in Fig. 4 dargestellten Art und Weise kann das nichtgeschmolzene schwimmende Rohmaterial im Bere^;ch des Beschickungsendes gehalten werden und seine Bewegung stromabwärts in Richtung auf die Brückenwand zu wird verhindert.

Der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner 65 kann entlang der längslaufenden Mittellinie des Glasschmelz-

\a ofens angebracht und so nach unten geneigt sein, daß die heißen Verbrennungsgase auf die Oberfläche des Quellpunkts, wie in der Fig. 4 gezeigt, gerichtet sein. Der Brenner 65 kann auch in einem Winkel zur Längsachse in gleicher Weise wie der Brenner 42 mit einem Winkel A zur Längsachse des in Fig. 1 gezeigten Glasschmelzofens angebracht werden. Die Größe des Winkels hängt von den Abmessungen des Glasschmelzofens und davon ab, wo das Rohmaterial in die Schmelzzone eintritt. Der Brenner sollte das Rohmaterial nicht gegen die Seitenwände, sondern gegen die Wand des Beschickungsendes oder gegen die Rückwand treiben. In der F i g. 1 führt der an der Seite angebrachte Einlegevorbau die rohen Glasausgangsmaterialien in Querrichtung in die Schmelzzone ein und durch Einjustierung des Brenners in einen Winkel A von etwa 35° kann das Rohmaterial am Be schickungsende gehalten werden oder es kann ein« Wirbelbewegung des Rohmaterials am Beschickungs ende erzeugt werden. Andererseits werden in de Fig. 4 die Rohmaterialien in Längsrichtung einge führt und deshalb ist es bevorzugt, einen Brenner ii der längslaufenden Mittellinie anzuordnen und ihi entgegen der Bewegung des Rohmaterials nach ab wärts zu neigen. Es kann jedoch auch ein gewinkelte Brenner verwendet werden. Bei der Anordnung de oder der Brenner sollte auch die Sauerstoff-Brenn stoff-Flamme so nahe wie möglich an die Oberfläch des geschmolzenen Glases gebracht werden, ohn

dieses zu berühren. Die bevorzugte Stelle der Brennermündung und die Abmessungen der Flamme sind in der vorstehenden Erläuterung in bezug auf die Fig. 1 angegeben. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des Schmelzofens können auch mehrere Sauerstoff-Brennstoff-Brenner verwendet werden. Sie können so angeordnet sein, daß sie entweder etwa parallel zur Längsachse des Glasschmelzofens oder in einem Winkel zur Achse angeordnet sind, wie es vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 erläutert ist. Die herkömmlichen Luft-Brennstoff-Brenner sind mit dem Bezugszeichen 72 versehen; sie können auf normale Art und Weise betrieben werden. Außerdem kann die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung mit Heizelektroden, wie sie beispielsweise in der Fig. 3 dargestellt sind, versehen sein, um die Erwärmung des Glases und der Rohmaterialien zu

unterstützen.

Erfindungsgemäß muß der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner stromabwärts vom Quellpunkt und in einer Ί -

■ _aee im Glasschmelzofen befestigt werden, da^iie Ve brennungsprodukte der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme auf den Bereich des Quellpunkts α «f.rnrnaufwärts davon gerichtet sind. Dadurch I'd beSt daß das nichtgeschmolzene Rohmaterial .,ifwsrts eeschwemmt und oberhalb des heißen SESTSSSn⁸SnI. Durch Anbringung der Brenner f diese An und Weise werden die thermischen Stro-S, die amQuellpunkt stromaufwärts auftreten. rtSzunTdänicStgeschmolzene.schwimrnend, ο hmatprial wird stromaufwärts weg vom heiße;. ?.raedrän_ßT dadurch kann eine höhere Glasreinheit und "nSöSere Produktionsgeschwindigkeu er-

wendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen_

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Glas aus Rohmaterialien, die in das Beschickungsende eines $chmelzofens eingefüllt werden, während durch Wärmezufuhr aus mindestens einem Luft-Brenn· »toff-Brenner die Rohmaterialien geschmolzen werden und ein Quellpunkt im Schmelzofen erzeugt wird, wobei eine Strömung der Schmelze Vom Beschickungsende zum Austragsende hin auftritt und das geschmolzene Glas am Austragsende des Schmelzofens entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme (43) eines stromabwärts des Quellpunkts (60) angeordneten Sauerstoff-Brennstoff-Brenners (42) so stromaufwärts ausgerichtet wird, daß sie ohne Berührung mit dem geschmolzenen Glas verläuft, daß jedoch die von der Flamme (43) ausgehenden Verbrennungsprodukte (50) wenigstens teilweise mit so hoher Geschwindigkeit auf die schwimmenden Rohmaterialien am Quellpunkt (60) oder •tromaufwärts vom Quellpunkt auftreffen, so daß die schwimmenden Rohmaterialien am Be- »chickungsende gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte (50) der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme (43) mit einer Temperatur von etwa 1650° C bis etwa 2205° C auf die Rohmaterialien auf treffen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner (42) mit Sauerstoff und gasförmigem Brennstoff betrieben wird und eine nichtleuchtende Flamme mit einer Temperatur von etwa 2205° C bis 2760° C erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Flammen-(aums der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme (43) Vom Glasspiegel, gemessen in Richtung der Längsachse der Flamme (43), im Bereich von etwa 0,6 m und 3,0 m gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Brennstoff-Flamme (43) nach unten, auf den Glasspiegel zu geneigt, ausgerichtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Flammensaums der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme (43) etwa 0,6 m bis 3,0 m beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Brennstoff-Flamme (43) mit Erdgas und technisch reinem Sauerstoff gespeist wird.

8. Glasschmelzofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Schmelzzone, einer Klärzone und mindestens einem Luft-Brennstoff-Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens ein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner (42) stromabwärts des Quellpunkts (60) vorgesehen ist.

9. Glasschmelzofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff-Brennstoff-Brenner (42) durch Befestigungseinrichtungen am Ofen gehalten ist, und daß die Mündung des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners (42) nach unten, auf den Glasspiegel zu gerichtet ist.

10. Glasschmelzofen nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, daß die Mündung des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners (42) in einem Abstand von 0 3m bis 1,2 m vom Glasspiegel angeordnet