DE2431055C3 - Verfahren zum Schmelzen eines Glas-Rohstoffgemenges unter Bildung einer homogenen, Gaseinschlüsse aufweisenden Glasschmelze sowie ein Glasschmelzofen zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schmelzen eines Glasrohstoffgemenges unier Bildung einer homogenen, Gaseinschlüsse aufweisenden Glasschmelze sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, nach ί welchem sich das Glasrohstoffgemenge schneller schmelzen läßt. Die Schmelzkammer soll kleiner und die erforderliche Schmelztemperatur niedriger sein als hei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen. Es soll ein schaumiges geschmolzenes Glas erzeugt werden, das zur Entfernung von Gaseinschlüssen geläutert werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die bewegte Elektrode auf einer im wesentlichen vertikalen Kreisbahn geführt wird, auf der sie periodisch aus der Glasschmelze heraus und dann wieder abwärts in die Glasschmelze hineinbewegt wird, so daß sie mit zugefügten ungeschmolzenen Rohstoffen in Kontakt kommt, sie schnell ^;n die Schmelze hineinführt und mit ihr vermischt. Vorzugsweise wird die oewegte Elektrode um ihre vertikale Achse zur Erzeugung eines Vortexringes in der Oberfläche des geschmolzenen Glases rotiert. Besonders bevorzugt wird, das Rohstoffgemenge in dem Vortexringbereich zuzufügen. Ferner wird ein Glasschmelzofen zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen teilweisen Längsschnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 einen Teilschnitt nach Linie 2-2 der F i g. 1;

F i g. 3 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab nach Linie 3-3 der F i g. 2.

Es wird zunächst auf die F i g. 1 und 2 Bezug genommen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Ofen 10 aus geeignetem, feuerfestem Material mit einem Boden 11, Endwänden 12 und 13, Seitenwänden 14 und einer Decke 15 auf, die eine Kammer C begrenzen. *o

Nahe dem Ende des Ofens 10 sind Mittel zur Zuführung von Glasrohstoffgemenge, z. B. granulatförmige Rohstoffe, vorgesehen mit einem Behälter 16, aus dem die Rohstoffe mittels eines Schneckenförderers 17 entfernt werden und durch einen Trichter 18 in die Kammer C gelangen, so daß sie auf die Oberfläche der geschmolzenen Glasmasse C fallen, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Endwand 13 weist einen Auslaß 19 auf, durch den das Glas aus dem Ofen austreten kann. Stationäre Elektroden 20 und 21 erstrecken sich horizontal durch die Wand 15 in das geschmolzene Glas G nahe dem Boden der Kammer C und sind an eine Stromquelle gleicher Polarität angeschlossen.

Eine Rührvorrichtung 22 in Form einer flachen Platte ist so angeordnet, daß sie sich auf einer kreisförmigen Umlaufbahn in einer vertikalen Ebene in das und aus dem geschmolzenen Glas G bewegt und zwar durch eine Anordnung, die eine Welle i!3 aufweist. Die Platte 22 ist vorzugsweise in der Draufsicht rechteckig und hat eine im wesentlichen gleichförmige Dicke. Die Welle 23 hat einen unteren Abschnitt 24 mit einem Gewindezapfen 25, der in eine Gewindebohrung 26 in der Platte 22 eingeschraubt ist, wobei eine Mutter 27 auf den Gewindezapfen 25 geschraubt ist, um die Platte 22 in Stellung zu halten. Die Welle 23 weist einen hohlen, *5 oberen Abschnitt 28 auf, der sich durch eine Öffnung 15.i in der Dec'ke 15 erstreckt, wobei der untere Abschnitt 24 damit vei'ichraubt ist. Der obere Abschnitt 28 ist an einer horizontalen Stange 29 festgeklemmt, die gelenkig an Abstand zueinander aufweisenden Punkten rrit Rädern 30 und 31 verbunden ist, die auf Wellen 32 und 33 angeordnet sind. Die Wellen 32 und 33 werden synchron gedreht und zwar durch eine Kette 34, die über Kettenrädern auf den Wellen läuft. Die Welle 33 ihrerseits wird von einem Getriebe 34a angetrieben, das eine Eingangswelle 35 aufweist, die über eine Kette 36 und Kettenräder 37 und 38 von einem Motor 39 angetrieben wird. Wenn der Motor 39 läuft, wird die Welle 23 auf einer vertikalen, kreisförmigen Umlaufbahn bewegt, wobei die Welle 23 gleichzeitig in der vertikalen Stellung gehalten wird.

Eine geeignete Kühlung ist für die Welle vorgesehen, indem der obere hohle Abschnitt 28 über ein Rohr 41 gekühlt wird, das im oberen Abschnitt angeordnet ist und ein flüssiges Kühlmittel, wie z. B. Wasser, in das Innere des Abschnitts 28 führt. Wasser wird über ein Einlaßrohr 42 dem Rohr 41 zugeführt und aus dem das Rohr 41 umgebenden Raum durch -»in Auslaßrohr 43 abgeführt. Eine Elektrodenverbindung ic; bei 40 mit der Welle 23 hergestellt. Die elektrische Verbindung 40 mit der Welle 28 und somit mit der Platte 22 hat die entgegengesetzte Polarität wie die Elektroden 20, 21, so daß d<-3 Rührplatte 22, wenn sie sich in dem geschmolzenen Glas G befindet, ein elektrisches Potential erzeugt und Strom zwischen den Elektroden 20 und 22 sowie 21 und 22 fließt, wenn die Elektrode 22 die entsprechenden Elektroden 20 und 21 passiert.

Die Bewegungsbahn der Rührplatte 22 ist so, daß sie im Gegenuhrzeigersinn, wie in F i g. 1 gezeigt, auf einem Teil ihrer Bahn sich aus dem geschmolzenen Glas heraus und dann zurück in dasselbe bewegt. Die Rührplatte bringt das ungeschmolzene Glasrohstoffgemenge mit der Oberfläche des geschmolzenen Glases in Kontakt und bewegt es abwärts zur Vermischung mit dem geschmolzenen Glas, wodurch das Schmelzen erleichtert wird.

Um den Ofen in Betrieb zu nehmen und anfänglich geschmolzenes Glas zu erzeugen, durch das elektrischer Strom fließen kann, sind Brenner 44 und 45 im oberen Ende der Kammer Cvorgesehen.

Wenn eine Charge des Materials in geschmolzenen Zustand gebracht ist, wird es elektrisch leitend. Die Kreisbewegung der Elektrode 22 in einer endlosen Bahn bewirkt, daß die Heizstelle, die um die Elektrode auftritt, kontinuierlich durch die Masse in der Kammer 10 bewegt wird.

Dem geschmolzenen Glas wird ausreichende Wärme unter gleichzeitigem Rühren zugeführt, so daß aus der Kammer entferntes Glas schaumiges Glas ist, das aus im wesentlichen vollständig geschmolzenem Material mit Gase"ischlüssen besteht.

Das Verhältnis von Radius der Bewegungsbahn der Rührplatte zum Vo'umen der Kammer steht richer, daß eine maximale Menge Glas in der Kammer der Homogenisierungswirkung des Rührens unterworfen wird. Das kleine Volumen der Kammer ist ein großer Vorteil, da die Konstruktionskosten und der erforderliche Raumbedarf vermindert werden und, was am wichtigsten ist, daß im Vergleich zu den bekannten Schmelzverfahren die Gesamtwärmemenge (einschließlich der Verlustwärme), gemessen in Kalorien, die erforderlich ist, um ein vorbestimmtes Gewicht Glasrohstoffgemenge zu schmelzen, vermindert wird. Wärme wird auf ein kleines Volumen konzentriert, wodurch eine maximale Schmelzwirkung je zugeführter Kalorie erzielt wird. Die Rührvorrichtune erstreckt sich

etwa über die Ausdehnung der Kammer mit kleinem Abstand von den Kammerwänden und unterwirft im wesentlichen das ganze Glasvolumen der Misch- und Homogenisierungswirkung und der joule'schen Wärme. Glasrohstoffe werden schnell vermischt, verteilt und '< erhitzt und in einen geschmolzenen Zustand überführt, um ein schaumiges, geschmolzenes Glas mit Gaseinschlüssen zu bilden.

Mit der Erfindung ist somit ein Verfahren zum schnellen Mischen und Schmelzen von Chargen von ι« Glasrohstoffen zur Erzeugung geschmolzenen Glases, das dann geläutert werden kann, geschaffen. Das geschmolzene Glas ist ein Ausgangsmaterial für die nachfolgende Herstellung von Glasgegenständen. Dieses schaumige, geschmolzene Glas kann dann auf i'> verschiedene Weise geläutert werden, einschließlich zusätzliches Erhitzen oder nach dem Verfahren der schon erwähnten DE-PS 22 14 157.

Bei einer Typischen Äniage. mit der zufriedenstellende Resultate erzielt wurden, war die Kammer etwa 600 mm m lang und 450 mm hoch. Die Rührvorrichtung bewegte sich auf einer Kreisbahn von etwa 300 mm Durchmesser. Die Rührvorrichtung wurde 50mal je Minute über ihre Bahn bewegt.

Bei der Durchführung in der Praxis wurde das i"> Glasrohstoffgemenge durch den Einlaß in die Kammer eingeführt und durch Gasbeheizung auf Schmelztemperatur gebracht. 100 KW elektrische Energie wurden zugeführt. Gasförmiger Brennstoff wurde verbrannt, um die Haltung der Spitzentemperatur zu unterstützen, Weitere Chargen von Glasrohstoffgemenge wurden dann auf die Oberfläche des geschmolzenen Glases aufgetragen, wobei die sich bewegende Elektrode die zugeführten Chargen mit dem geschmolzenen Glas vermischte. )5

Bei einem üblichen Glasschmelzofen beträgt die Temperatur oben etwa 1480°C. um sicherzustellen, daß das Material am Boden des Ofens eine Temperatur von etwa IO93°C hat. Die Zuführung von kalter Charge zum heißen, geschmolzenen Glas erzeugt kalte Stellen und eine Zone von steifem Glas. Wenn das zusätzliche Rohstoffmaterial zugeführt wird, sinkt die Glastemperatur schnell auf etwa 126O⁰C. Gemäß der Erfindung umfaßt jedoch die Bewegung der Rührverrichtung 22 die frische Charge und verteilt sie über die ganze **> geschmolzene Glasmasse, wobei die Gegenwart der kalten Charge eine Bahn höheren elektrischen Widerstandes bildet, so daß der durch den Stromfluß bewirkte Joulesche Wärmeeffekt zwischen der Rührvorrichtung und den Elektroden eine maximale Wärme in der kalten so Charge infolge dis hohen elektrischen Widerstandes entwickelt, und eine wirksame Mischung und schnelle Erhitzung des Rohstoffmaterials erfolgt.

Nach dem hier beschriebenen Verfahren wurde ein Rohstoffgemenge für ein Standard-Natron-Kalk-Silikatglas geschmolzen und zwar mit einer Geschwindigkeit bis zu 4 t geschmolzenen Glases in 24 Stunden.

Somit ist die Wärmewirtschaftlichkeit außergewöhnlich hoch, was auf die kleinen Abmessungen der Kammer zurückzuführen ist und gestaltet, ein fast gleichmaßiges Umrühren des ganzen in der Kammer enthaltenen Glases. Mit diesem Verfahren kann Glasrohstoffgemenge mit sehr hohen Geschwindigkeiten und bei einer niedrigeren Temperatur als mit den bekannten Ofenverfahren in geschmolzenes Glas überführt werden. Die Elektrode bewegt sich in einer Bahn, die vorzugsweise endlos und kreisförmig ist und dient zum Vermischen des Rohstoffgemenges mit dem geschmolzenen Glas und zur gründlichen Verteilung der Charge in der ganzen geschmolzenen Glasmasse, während die Charge erhitzt wird. Die Bewegung der Rührvorrichtung ist so ausgelegt, daß sie neu zugeführlc Chargen schnell unter die Oberfläche des vorhandenen geschmolzenen Glases zieht und dadurch die schädliche Abschreckwicklung, die die kalte Charge auf das vorhandene, geschmolzene Glas ausübt, reduziert. Die sich bewegende Eiekirode, die Teii der elektrischen Stromwege ist. hat die Wirkung, die größte Hitze im kühleren Glas an der Bcrührungsslelle z.wischen der Elektrode und dem neu zugeführten Rohstoffgemenge zu erzeugen, wo die zugeführte Wärme den größten Nutzen bringt, so daß eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit über die Kammer erzielt wird. Die Heizwirkung der Rührelektrode beseitigt das Problem des Auftretens übermäßiger Temperaturen an bestimmten Stellen u^;i der Schmelze. Diese übermäßigen Temperaturen erodieren und zerstören die Auskleidung der Misch- und Schmelzkammern.

Die bewegte Elektrode unterwirft das geschmolzene Glas und das Glasrohstoffgemenge in der Kammer einer Vermischung. Wenn weiteres Rohstoffgemenge auf die Oberfläche der vorhandenen geschmolzenen Glasmasse aufgetragen wird, wird es schnell im geschmolzenen Glas aufgenommen und gründlich vermischt. Die bewegte Elektrode erzeugt eine schnelle und gleichmäßige Verteilung des zugeführten Glasrohstoffgemenges im geschmolzenen Glas. Der gleichzeitige Durchgang eines elektrischen Stromes durch das geschmolzene Glas zwischen der bewegten Elektrode und den stationären Elektroden ruft einen Joule'schen Effekt hervor und erzeugt Wärme innerhalb der geschmolzenen Masse. Das gleichzeitige Rühren mit hoher Scherwirkung und der schnelle Wärmeübergang in kleine Volumen sowohl geschmolzenen Glases als auch nicht geschmolzener Glasrohstoffe erleichtert das Schmelzen des Glases und unterstützt eine schnelle chemische Reaktion. Aus dem Ofen austretendes Glas ist ein schaumiges, geschmolzenes Glas mit einer großen Anzahl von Gaseinschlüssen. Abhängig νυιι der Verweilzeit kann das Glas einige ungelöste Knoten, unvollständig umgesetzte Bestandteile und Streifen aufweisen, die von der Inhomogenität des geschmolzenen Glases herrühren, was durch Wärme und mäßige Scherkräfte vor der endgültigen Läuterung zur Entfernung der Gaseinschlüsse beseitigt werden kann. -

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen eines Glas-Rohstoffgemenges unter Bildung einer homogenen, Gaseinschlüsse aufweisenden Glasschmelze, bei welchem in der beheizten Scnmeizkammer eines Glasschmelzofens Rohstoffgemenge erhitzt wird, so daß eine Masse geschmolzenen Glases entsteht, der Masse an einer Stelle kontinuierlich weiteres Rohstoffgemenge zugeführt wird, während die entsprechende Menge geschmolzenen Glases an einer anderen Stelle aus der Schmelzkammer entfernt wird, um dem geschmolzenen Material zusätzlich Wärme durch zwischen Elektroden, von denen wenigstens eine stationär angeordnet und eine bewegt wird, wenigstens periodisch fließender elektrischer Strom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegte Elektrode auf einer im wesentlichen vertikalen Kreisbahn geführt wird, auf der sie periodisch aus der Glasschmelze heraus und dann wieder abwärts in die Glasschmelze hinein bewegt wird, so daß sie mit zugefügten angeschmolzenen Rohstoffen in Kontakt kommt, sie schnell in die Schmelze hineinführt und mit ihr vermischt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegte Elektrode um ihre vertikale Achse zur Erzeugung eines Vortexringes in der Oberfläche des geschmolzenen Glases rotiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da!¹ das Rohstoffgemenge in dem Vortexring-Bereich zugefügt wird.

4. Glasschmelzofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 3 mit einer Schmelzkammer, einer Zuführung für das Glas-Rohstoffgemenge über dem Schmelzspiegel, einem Auslaß zum Abziehen des geschmolzenen Glases, Brennern zum Herstellen geschmolzenen, elektrischen Strom leitenden Glases, mindestens einer stationären Elektrode nahe der Bodenwand der Schmelzkammer und einer bewegbaren Elektrode und einer Stromquelle, um wenigstens periodisch ein elektrisches Potential zwischen der bzw. den stationären Elektroden und der bewegten Elektrode zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (29 bis 43) außerhalb der Kammer (C) zum wenigstens periodischen Bewegen der Elektrode auf einer vertikalen Kreisbahn.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (22 bis 28) T-förmig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (C) eine Größe von etwa 600 χ 600 χ 450 mm hat und die Elektrode (22 bis 28) etwa 50 mal pro Minute ihre Kreisbahn durchläuft.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die bewegbare Elektrode (22 bis 28) über etwa die ganze Schmelzkammer (C) mit nur kleinem Abstand von den Kammerwänden erstreckt, um das ganze Glasvolumen der Misch- und Homogenisierwirkung sowie der |oule'schen Wärme zu unterwerfen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei stationäre Elektroden (20,21) vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen eines Glas-Rohstoffgemenges unter Bildung einer homogenen, Gaseinschlüsse aufweisenden Glasschmelze, bei welchem in der beheizten Schmelzkammer eines Glasschmelzofens Rohstoffgemenge erhitzt wird, so daß eine Masse geschmolzenen Glases entsteht, der Masse an einer Stelle kontinuierlich weitere Rohstoffgemenge zugefügt wird, während die entsp-echende Menge geschmolzenen Glases an einer anderen Stelle

ίο aus der Schmelzkammer entfernt wird, und dem geschmolzenen Material zusätzlich Wärme durch zwischen Elektroden, von denen wenigstens eine stationär angeordnet und eine bewegt wird, wenigstens periodisch fließender elektrischer Strom zugeführt wird.

Die Erfindung ist ferner auf einen Glasschmelzofen zur Durchführung des Verfahrens gerichtet.

Bei den üblichen Glasschmelz-Verfahren wird das Glas durch Einführen von Glasrohstoffgemenge in eine Vorrichtung, die als Ofen oder Tank, welcher bis zu 300 t geschmolzenes Glas aufnehmen kann, bekannt ist, und Zuführen der zum Schmelzen des Rohstoffgemenges erforderlichen Wärmemenge hergestellt; weiteres Rohstoffgemenge wird auf die Oberfläche des bereits geschmolzenen Glases aufgebracht, wo es auf dem geschmolzenen Glas schwimmt und allmählich in dem geschmolzenen Glas im Ofen geschmolzen wird. Eine der Menge zugesetzten Rohstoffgemenges entsprechende Menge geschmolzenen Glases wird an einer anderen Stelle aus der Schmelzkammer entfernt.

JO Ein relativ großer Schmelzofen ist aus der US-PS 27 49 379 bekannt, in dem die Herstellung der Glasschmelze mittels Joulescher Wärme erfolgt. Die eine Elektrode bildet die Kammerwand, die andere Elektrode ist fest in der Mitte der Schmelzofenkammer installiert. Wenn gewünscht, kann ein üblicher Rührer vorgesehen werden. Ferner ist die US-PS 35 39 691 zu erwähnen, nach welcher im Glasschmelzofen geschmolzenes Glas unmittelbar vor Ausfließen aus dem Vorherd zusätzlich erhitzt wird, ui.i die Fließfähigkeit zu verbessern. Für das zusätzliche Erhitzen sind zwei Elektroden, eine stationäre und eine um ihre senkrechte Achse rotierbare vorgesehen.

Ein Schmelzofen, der etwa 300 t Glas aufzunehmen vermag, ist natürlich entsprechend groß ausgelegt.

■*5 Wenn ein solcher Ofen pro Tag 150 bis 200 t Glas erzeugt, so ergibt sich, daß das Glas theoretisch etwa 1 bis eineinhalb Tage im Schmelzofen verbleibt.

Physikalische Wirkung und chemische Reaktionen während des Erhitzens der geschmolzenen Glasmasse im Ofen führen zur Bildung von Gaseinschlüssen. Diese Gaseinschlüsse werden dann aus der Glasmasse durch v, eiteres Erhitzen im Refiner-Abschnitt des Ofens entfernt, was sich über 24 bis 36 Stunden hinziehen kann. Der Durchsatz ist, wie schon angedeutet, bei der Glasherstellung in den bekannten öfen sehr gering, wozu auch die zur Entfernung der Gaseinschlüsse, die sich während des Schmelzvorganges bilden, erforderliche Zeit beiträgt. In der DE-PS 22 14 157 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Läutern geschmolzenen Glases mit Gaseinschlüssen beschrieben, bei dem die Glasmasse in einer Kammer unter Bildung eines paraboloidförmigen Hohlraums rotiert wird, um ein Druckgefälle im Glas zu erzeugen, durch welches die Gaseinschlüsse herausgedrückt werden. Dieses Verfahren bzw. die Vorrichtung ermöglicht die Läuterung von Glas mit einer größeren Anzahl von Gaseinschlüssen als es bisher möglich war; man kann sogar Glasschaum in dieser Vorrichtung behandeln.