DE2220139C2 - Verfahren zum Schmelzen von Glasmaterialchargen für die Herstellung von Floatglas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Flachglas von hoher Qualität nach dem FIc -tt-Verfahren und im besonderen die Vermeidung von Tridymit-Fehlstellen in so hergestelltem Glas.

Das Float-Verfahren, wie es z. B. in der US-PS 30 83 551 beschrieben ist, wird in der Technik in großem Umfang zur Herstellung von Flachglas mit hoher Qualität angewandt. Auf diesem Gebiet ist es bekannt, daß man, um ein brauchbares Handelsobjekt zu erzielen, sorgfältig und im größtmöglichen Umfang die üblichen Fehlerarten ausschließen muß, die in einem solchen Glas auftreten können, wie Keime, Blasen, Knoten und steinartige Fehlstellen. Darüber hinaus müssen die Maßnahmen für den Ausschluß oder das Vermeiden solcher Fehler so getroffen werden, daß sie keine nachteilige Auswirkung auf die optische und mechanische Qualität des Glases haben. Bei der Produktion von Glas ist es im allgemeinen nötig, Glas herzustellen, das eine Fchlcrhäufigkeit (unter Berücksichtigung aller Fehlerartcn) in der Größenordnung von 43 pro 100 m² und möglichst von ungefähr 22 pro 100 m² oder weniger hat.

Bei der Herstellung von Flachglas ist bekannt, daß eine Fehlerart, die gelegentlich vorkommt, die Tridymit-Fehlstellen sind. Man weiß, daß diese Fehlerart von der Einwirkung von alkalischen Dämpfen auf die feuerfeste Decke von Schmelzofen, die gewöhnlich im wesentlichen aus Siliciumoxid besteht, herrührt. Das Problem ist bei der Herstellung von gegossenem oder gewalztem Flachglas von verhältnismäßig geringer Bedeutung, weil die Fehler gewöhnlich durch das nachfolgende Schleifen und Polieren beseitigt werden. Beim Floatglas-Verfahren werden jedoch Schleifen und Polieren (die ja Kosten verursachen) vermieden und es sind andere Maßnahmen erforderlich, um Schwierigkeiten mit den Tridymit-Fehlstellen zu vermeiden.

Es ist außerdem bekannt daß solche Tridymitfehler während der ersten acht bis zwölf Monate eines neuen oder neuzugestellten Ofens kein Problem sind. Manchmal entsteht dieses Problem auch später nicht Wenn es aber auftaucht sind bisher verschiedene Maßnahmen zur Abhilfe vorgeschlagen worden, aber es ist zu bedenken, daß diese alle Nachteile im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung haben.

In einem Aufsatz, betitelt »The Siliceous Scale Droppcd From The Tank Furnace Crown« von W. Araki, wird vorgeschlagen, dieses Problem durch Anwendung von Siliciumdioxid-Bausteinen mit besonders niedrigem Kalkgehalt zu bewältigen.

Eine solche Hilfsmaßnahme ist aber mit dem Nachteil

ic· verbunden, daß größere Kosten für den Bau der feuerfesten öfen erforderlich sind.

In Veröffentlichungen, wie in den britischen Patentschriften 10 67 006; 1035 415 und der US Patentschrift 32 40 581 wird vorgeschlagen, daß das Probk-m durch Zuführen einer Natrium-Schwefelverbindung gelöst werden kann. Dies hat den Nachteil, daß eine genaue Kontroiie der Verfahrensbeuingungen erforderlich wird. In US-PS 32 38 030 ist beschrieben, die feuerfeste Ausmauerung im Kopfraum von Raffinierteilen von Glasschmelzofen mit leuchtenden Flammen zu erwärmen, so daß durch die reduzierende Atmosphäre eine Umsetzung zwischen flüssigem Na2SO«\ Alkali und S1O2 unter Bildung einer Oberflächenschicht aus Na-Silicatglas erfolgt Um nachteilige Wirkungen der rcduzierenden Atmosphäre auf das geschmolzene Glas zu vermeiden, erfolgt die Behandlung periodisch. Die periodische Bildung von Glasüberzügen vermindert die Korrosion der Ausmauerung durch Bildung einer Schutzschicht In der kanadischen Patentschrift 8 51 103 wird vorgeschlagen, das Problem durch eine Umkonstruktion der Ofendecke zu beseitigen, bei der ein dauerndes Fließen von Gasen durch die Poren des feuerfesten Silikats dieses vor dem Angriff von Alkalidämpfen schützen soli. Folgt man diesem Vorschlag, so wird sin Außerbetriebsetzen des Ofens für eine Reparatur im kateTi Zustand notwendig. Es erscheint außerdem fraglich, ob das Ausmaß der Gasdurchdringung des feuerfesten Materials für den gewünschten Effekt ausreicht, wenn nicht spezielles Silikatmaterial, das poröser als üblich ist, verwendet wird; dann ist es noch fraglich, ob ein poröses, feuerfestes Silikatmaterial erhalten werden kann, das beides hat, die erforderliche Porösität und eine ausreichende Festigkeit, die es für die Konstruktion einer Ofendecke der erforderlichen Spannweite geeignet macht.

In AT-PS 2 63 246 ist eine Glasschmelzwanne beschrieben, deren Wandung in Höhe der Glasspiegellinie aus chromoxidhaitigen feuerfesten Steinen besteht Um diese zu schützen, wird ein Schleier aus Glasflammen benutzt, um eine neutrale oder auch reduzierende Schutzgasatmosphäre in der Nähe der Oberfläche dieser Steine zu erzeugen und sie gegen Luft abzuschirmen.

Zum Schmelzen und Raffinieren von Glas sind öfen bekannt, bei denen Brenner im Vorherd oder der Raffinierzone vorgesehen sind und/oder eine Trennwand zwischen dem Kopfraum der Raffinierzone und dem der Schmelzzone vorgesehen ist, so daß die Kopfräume der beiden Zonen wesentlich verschiedene Atmosphären enthalten. In dieser Hinsicht sei auf die US Patentschrif-

trf ten 19 93 964; 26 00 490 und 27 67 235 hingewiesen. Den Offenbarungen der obigen Patentschriften fehlt es jedoch an jeder Würdigung der Bedeutung dieser Merkmale im Zusammenhang mit der Aufgabe der Erfindung.

Aufgabe der Erfindung ist, es, eine Verfahrensführung beim Schmelzen von Glasmaterialchargen zu schaffen, bei der im Kopfraum der Raffinierzone die Bildung von Tridymitteilchen an der Decke sicher und zuverlässig auch über längere Zeiträume vermieden wird und bei der keinerlei unerwünschte Nebeneffekte auftreten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.

Nach der Erfindung wird bei der Herstellung von hochwertigem Flachglas nach dem Float-Verfahren die Schwierigkeit der Tridymitfehlstellen sicher vermieden durch Anordnen von Brennern am Stirnende des Ofens (Raffuiierzone), so daß das Siliciumdioxid-Gewölbe dieses Ofenteils durch die heißen Gase im wesentlichen von der Berührung von Alkalidämpfen bewahrt wird. Es ist ferner eine Trennwand, die den Kopfraum der Raffinierzone vom Kopfraum der Schmelzzone trennt, vorhanden. Bevorzugt ist eine Absaugvorrichtung im Kopfraum der Raffinierzone angeordnet. Diese Vorrichtungen ermöglichen eine Verfahrensführung, bei der die Entwicklung von Tridymitfehlstellen weitgehend vermieden wird, so daß eine Unterbrechung des Herstellungsverfahrens wegen Fehler dieser Art fast nicht notwendig wird. Die gefundene Lösung der Aufgabe beugt nicht nur der Entwicklung von Fehlern im Glas vor, sondern sie bringt auch ein Minimum an Störung im Fluß des geschmolzenen Glases mit sich; darüber hinaus ist sie nützlich, um im Glas in der Raffinierzone des Schmelzofens die Entwicklung von Rayleigh-Instabilitäten zu verhindern, die zu unerwünschten Inhomogenitäten im hochwertigen Floatglas führen.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Abbildung noch näher beschrieben. Die Abbildung stellt einen schematischen Aufriß eines Teiles eines Glasschmelzofens dar, der mit den Vorrichtungen zur erfindungsgemäßen Verfahrensführung versehen ist.

In dieser Zeichnung wird ein schematisches Bild des Ausflußteiles oder des Endes der Raffinierzone 2 eines Schmelzofens gezeigt, der eine Ummantelung 4 hat und in seinem unteren Teil eine Auskleidung 6 aus feuerfestem Material mit einem Bad 8 aus geschmolzenem Glas. Der obere Teil des Raffinierteiles 2 hat auch eine feuerfeste Auskleidung 10, die auch ein Kuppelgewölbe einschließt Für den Fachmann ist erkennbar, daß in Übereinstiminung mit dem bekannter. Stand der Technik der Raffinierteil 2 ein Teil eines großen Regenrativofens für das Schmelzen von Glas-Materialchargen ist, wobei der Ofen im Horizontalschnitt meist rechteckig ist und der dargestellte Raffinierten 2 ungefähr 40 bis 50% der Gesamtlänge des Ofens ausmacht. Das Glasbad 8 hat in der Regel eine Breite von 8 bis 12 m; die Gesamtlänge des Schmelzofens einschließlich der Raffinierzone 2 beträgt 45 bis 125 m und der Durchsatz von Glaschargen pro Tag liegt in der Größenordnung von !35 bis 630 t. Im Ofen hat das Glas einen Fluß im Sinne der Pfeile 14 und 16, d. h. im oberen Teil des Glasbades 8, der das heißere Glas enthält, besteht ein Fluß vorwärts, wie mit Pfeil 14 angezeigt, und im kühleren und unteren Teil besteht ein Fluß rückwärts, wie mit Pfeil 16 angezeigt. Das Glas fließt aus dem Raffinierteil 2 des Schmelzofens durch die Öffnung 18 auf das Zinnbad.

Zur Ausführung der Erfindung wird ein Schmelzofen mit einer zuvor beschriebenen Raffinierzone 2 mit zusätzlichen Einrichtungen versehen: Mit einer Trennwand 20, cÜe clen Kopfraum der Raffinierzone 22 von dem Kopffaufh der SchruMzzone 24 trennt; mit einem oder mehreren Brennern 26, die durch eine öffnung oder durch öffnungen 28 in einer oder mehreren der Wände 30 der Zone 2 des Schmelzofens ragen; bevorzugt, aber nicht notwendig, mit Lüftungs- oder Absaugevorrichtungen, allgemein mit 32 bezeichnet Vorrichtungen und die Betriebsweise werden im folgenden detailliert beschrieben:

Die Trennwand 20 kann die Form eines Hängegewölbes oder einer Schutzwand haben, die aus Siliciumdioxid

ίο oder aus anderem geeigneten feuerfesten Material besteht Ihr unteres Ende 34, hat im allgemeinen einen Abstand von etwa 50 bis 300 mm von der Oberfläche 36 des Glasbades 8.

Es ist häufig erwünscht, daß die Trennwand 20 so angeordnet ist daß sie sich in einer Verengung oder einem Kanal befindet der die Schmelzzone und die Raffinierzone des Schmelzofens verbindet Dies macht eine Zeit- und Materialersparnis möglich, die für den Bau der Trennwand 20 gebraucht werden. Aber dies wird nicht als wesentlich für die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung angesehen. Solch eine Verengung oder Kanal kann eine Weite von ungefähr 10 bis 4^% der Gesamtweile des Schmelzofens haben.

Es können ein oder mehrere Brenner 26 verwendet werden, die durch eine Öffnung oder durch öffnungen 28, bevorzugt in der Stirnwand 30 der Raffinierzone 2, eingesetzt werden. Wie in der Zeichnung angedeutet, erzeugen diese einen Strom von heißen Gasen, die aus der Verbrennung von z. B. Erdgas und einem genügen-

den Teil von Überschußluft entstehen. Es ist sehr wichtig, daß das Leuchten der Flamme vermieden wird, weil eine leuchtende Flamme im geschmolzenen Glas durch Strahlung einen unerwünschten Konvektionsfluß im Glas auslöst. Solcher Konvektionsfluß kann dahin führen, daß das Glas den verhältnismäßig hohen Grad an innerer Homogenität einbüßt, den es aufweisen sollte, wenn es für die Herstellung von Flachglas hoher Qualität geeignet sein soll.
Die aus dem oder den Brennern 26 ausströmenden Gase dienen dazu, den Kopfraum 12 der Raffinierzone gegen die Berührung mit alkalischen Dämpfen zu schützen. Auf diese Weise dienen sie dazu, die Entwicklung von Tridymitpartikeln auf der Oberfläche des feuerfesten Materials zu verhindern, die sonst dort über einen Zeitraum von Monaten aufgebaut wurden und dann beginnen würden, in das Glasbad 8 herunterzufallen und in dem Glas Tridymit-Fehlstellen zu erzeugen.

In der Raffinierzone 2 hat das Glas eine Temperatur von etwa 980° bis 1300⁰C. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird es als wesentlich betrachtet, daß die Gase durch den oder die Brenner 26 in ausreichender Menge zugeführt werden, um das Gewölbe zu schützen. Für eine Raffinierzone von 9 m Breite und ungefähr 23 m Länge für die Herstellung von Floatglas mit einem

Vt Durchsatz von ungefähr 320 t am Tag, ist ein Gasvoiumen von etwa 1700 m' pro Stunde erforderlich. Es kann in Abhängigkeit von den Bedingungen zwischen 850 bis 2240 m^J pro Stunde variieren. Weniger Gas erbringt den erwünschten Schulz nicht zuverlässig. Mehr Gas ist nicht nur vom Stan ^punkt zusätzlichen Brennstoffverbrauchs unwirtschaftlich, sondern es kann auch unerwünschte thermische Effekte auf das geschmolzene Glas haben. Obwohl unter Arbeitsbedingu'igt-n — wie oben angegeben — befriedigende Ergebnisse mit einem einzelnen Brenner erzielt werden können, der nahe der Kuppel mit im wesentlichen horizontalem Ausstoß angebracht ist, ist es vorzuziehen, daß mehrere Brenner verwendet werden, etwa 2 bis 6 oder mehr. Diese wer-

den in räumlichen Abständen angeordnet — mit ihrem Ausstoß im wesentlichen horizontal ausgerichtet — und damit am besten, aber nicht notwendig, dichter am Gewölbe als an der Glasoberflächc. Befriedigende Ergebnisse können jedoch mit zwei Brennern erreicht werden, von denen jeder durch die Brusiwand der Raffinierzonc ragt und Gase von einer Zusammensetzung und Menge abgibt, wie hier bereits angegeben wurde.

Die so eingeführten Gase haben eine Temperatur innerhalb eines Bereiches von I65°C oberhalb oder unterhalb der Temperatur des Glases in Bad 8 und bevorzugt näher bei dieser, d. h. bis zu etwa 25°C von der Glastemperatur abweichend. Bevorzugt ist das Gas etwas heißer als das Glas, da dadurch die Neigung des Glases im Bad Rayleigh-Instabilitäten zu bilden vermindert wird. Aus diesen !Stabilitäten resultieren Glasfehler, die als »ream« bekannt sind. Die heißen Gase haben eine Tempera tür von 980° -1315° C.

Das erforderliche Gas wird durch die Verbrennung von einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff aus Kohlenwasserstoff mit Überschußluft in einer Menge, die von 50 bis 500% über der stöchiometrisch für die Verbrennung erforderlichen Luftmenge liegt, erzeugt. Die Möglichkeit Luft zu verwenden, die mit einem Zusatz von Sauerstoff angereichert ist, um die gewünschte hohe Flammtempcratur zu erreichen, ist gegeben.

Ein Beispiel für eine geeignete Zusammensetzung des Gases für die Flamme oder den Strahl 38 ist die Mischung, die bei der Verbrennung von Erdgas (im wesentlichen Methan) mit 50% Überschußlufl, d. in. 1 Mol Gas auf 15 MoI Luft, entsteht.

Wenn Flachglas hoher Qualität hergestellt werden soll, ist es wichtig, die Temperatur und den Merigenfluß des angewandten Gases mit in Rechnung zu setzen, um gewiß zu sein, daß die Raffinierzone 2 nicht zu sehr erhitzt oder gekühlt wird. In dieser Hinsicht wurden befriedigende Resultate erhalten, wenn nach den vorstehend angegebenen Bedingungen und Zahlen gearbeitet wird (Raffinierzone 9 auf 23 m, 3201 pro Tag) und die öffnung 34 eine Fläche von 1,5 m² hat. unter Anwendung eines Paares von Brennern, die ihre Mündungen in den Brustwänden der Raffinierzonen auf entgegengesetzten Seiten der Raffinierzone haben. Die Brennermündungen waren im wesentlichen bündig mit der Brustwand 60 cm über dem Glasspiegel angeordnet Die aus diesen öffnungen kommenden Strahlen waren mit einem Winkel von ungefähr 10 Grud aufwärts gerichtet, leder AusIaS lieferte Verbrennungsgasc von 56 m¹ Krdgas pro Stunde.

Zu den Vorteilen der Erfindung gehört es, daß man mit ihrer Hilfe die Entwicklung von Tridymit-Fehlstel- !en langfristig vermeiden kann und dadurch ein Floatglas von hoher Qualität erhält Gleichzeitig wird die Entwicklung von unerwünschten Störungen im Ruß des geschmolzenen Glases innerhalb der Raffinierzone vermieden, so daß keine feststellbare Zunahme von den als »ream« bekannten Fehlstellen im Glas auftreten.

Die Erfindung schließt in einer bevorzugten Ausführungsform auch den Gebrauch einer Absauge- oder Lüftungsvorrichtung 32 ein, die mit dem Kopfraum 22 der Raffinierzone in Verbindung steht und dazu dient das Gas dort abzuführen. Diese Vorrichtung kann die Form eines Rauchkamins haben, der in seinem Inneren, wenigstens im Unterteil, feuerfest ausgelegt ist und eine Höhe von 6 m oder mehr mit geeignetem Durchmesser haben kann. Soich eine Absauge- oder Lüftungsvorrichtung kann auch eine Dämpfungseinrichtung (nicht gezeigt) zur Kontrolle oder Regulierung (Verzögerung) des Gasdurchsatzes enthalten und/oder ein Gebläse (nicht gezeigt), um den Gasdurchgang zu beschleunigen. Rs wird als wesentlich betrachtet, daß die Absaugeoder Lüftungsvorrichtung, wenn sie verwendet wird, im

ι wesentlichen nahe bei der Trennwand 20 abgeordnet ist.

Der erfinderische Gedanke, eine l-'loat-Anlage in der

angegebenen Weise zu betreiben, ist deshalb besonders wertvoll, weil es dadurch möglich ist, eine Situation zu vermeiden, bei der z. B. die Dichte der Tridymit-Fehlstellen so sehr zugenommen hat, wie auf 5,4 oder 7,5 pro 100 m²Glas, obwohl noch keine Kaltreparatur oder Dikkenwechsel oder Schmelzenwechsel für die nächste Zukunft geplant ist. Vor dieser Erfindung wurde es als notwendig erachtet, entweder die Produktion aufzugeben oder solch eine Fehlerhöhe hinzunehmen, wohingegen die vorliegende Erfindung dazu dient, das Entstehen dieser Situation zu verhindern. Von einem anderen Standpunkt aus betrachtet macht die Kombination einer Trennwand mit der Absauge- oder Lüftungsvorrichtung es möglich, in die Raffinierzone wesentliche Mengen von heißen Gasen für den Gewölbeschutz einzuführen, ohne dadurch den Betrieb der anderen Teile des Schmelzofens zu stören, was geschehen könnte, wenn diese Maßnahmen nicht angewandt werden würden.

Die Raffinierzone 2 arbeitet bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur als die Schmei/zone des Schmelzofens und. wenn keine Maßnahmen ergriffen werden wurden, die die Lüftung oder Absaugung von den großen Mtngen des heißen Gewölbe-Schutzgases erlauben, müßte man erwarten, daß diese Gase, obwohl heiß, in den Schmelzofen überströmen und dann die noch heißeren Gase verdünnen, die in die Austauschkammern der Regenerativfeuerung der Schmelzone eintreten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß wenn die Gase, die durch den Brenner oder die Brenner 26 eingespeist werden, heißer sind als das Glas, eine Neigung vorhanden ist, die Tiefe unter der Glasöberfläche 36 zu vermindern, bei der die übliche Tcrnperaturumkehr abläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen von Glasmaterialchargen für die Herstellung von Float-Glas hoher Qualität in einem Schmelzofen mit Schmelzzone und Raffinierzone, bei dem der Kopfraum der Schmelzzone vom Kopfraum der Raffinierzone getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man durch den Kopiraum der Raffinierzone einen durch Verbrennung von einem flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoff mit Oberschußluft in einer Menge, die 50—500% über der stöchiometrisch für die Verbrennung erforderlichen Luftmenge liegt, erzeugten Strom heißen Gases mit einer Temperatur innerhalb eines Bereiches von 165° C oberhalb oder unterhalb der Temperatur des geschmolzenen Glases, das sich innerhalb der Raffinierzone befindet, hindurchleitet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet $sS man die heißen Gase mit einer Temperatur von 980° — 1315°C durch die Raffinierzone leitet

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die im Kopfraum der Raffinierzone befindlichen Gase kontinuierlich mittels einer Absaugvorricht-ing, die im Kopfraum der Raffinierzone stromabwärts, bezogen auf den Glasfluß, angeordnet ist, abführt