DE2513082B2

DE2513082B2 - Verfahren zum schmelzen von glas

Info

Publication number: DE2513082B2
Application number: DE19752513082
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl.-Ing. 5100 Aachen; Gebhardt Franz Dipl.-Ing. 5102Würselen Sattler
Original assignee: Vereinigte Glaswerke Gmbh, 5100 Aachen
Priority date: 1974-04-04
Filing date: 1975-03-25
Publication date: 1977-01-20
Also published as: GB1449439A; FR2266663A1; IT1032596B; FR2266663B1; DE2513082A1; BE827538A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Glas, bei dem das die verschiedenen glasbildenden Bestandteile enthaltende Gemenge nach dem Mischen zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit gegebenenfalls unter Anwendung einer Entlüftungsbehandlung mechanisch verdichtet und das verdichtete Gemenge in Form von Platten oder in Form einer zusammenhängenden Materialbahn in den Schmelzofen eingelegt wird.

Ein Verfahren dieser Art ist in der US-PS 32 25 298 beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren soll durch die Verdichtung des Gemenges die Schnittgeschwindigkeit erhöht werden. Damit das verdichtete Material zusammenhält und nicht etwa beim Transport und Einlegen in den Schmelzofen auseinandcrfällt und zerbröckelt, ist bei diesem bekannten Verfahren vorgesehen, den Wassergehalt des Gemenges vor dem Verdichten auf 5 bis 20% zu erhöhen. Damit liegt der Wassergehalt wesentlich höher als der natürliche Wassergehalt beim üblichen Glasgemenge, der größenordnungsmäßig 3% beträgt.

Der erhöhte Wassergehalt beim Verdichten nach dem bekannten Verfahren ist deshalb notwendig, weil das Gemenge offensichtlich nur bis zu einem Ausmaß verdichtet werden soll, bei dem noch ein erheblicher Anteil an Luft in dem Gemenge eingeschlossen bleibt. Das spezifische Gewicht des nach diesem bekannten Verfahren hergestellten verdichteten Gemenges ist daher von dem wahren spezifischen Gewicht seiner Bestandteile weit entfernt.

Beim Einschmelzen des nach dem bekannten Verfahren hergestellten verdichteten Gemenges wird ein Teil der aufgebrachten Wärmeenergie für die Verdampfung des in dem Gemenge enthaltenen Wassers benötigt. Außerdem besteht die Gefahr, daß beim Austreiben des Wassers das verdichtete Gemenge wieder zerfällt und zerkrümelt, wodurch das eigentlich angestrebte Ziel, nämlich die Beschleunigung des Einschmelzvorganges durch ein kompakt zusammenhängendes Gemenge, nicht in dem gewünschten Ausmaß erreicht wird.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren

liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Einschmelzvorgang in der Schmelzwanne noch weiter zu beschleunigen, und die zum Schmelzen aufgewendete Wärmeenergie noch besser auszunutzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gemenge ohne Zusatz von Bindemitteln oder Wasser mit dem üblichen natürlichen Wassergehalt in der Größenordnung von 3 Gewichts-% bis auf ein

ίο spezifisches Gewicht von wenigstens 85% und vorzugsweise 90 bis 95% des wahren spezifischen Gewichtes seiner Bestandteile verdichtet wird.

Unter »wahres spezifisches Gewicht des Gemenges« wird dabei das spezifische Gewicht verstanden, das sich theoretisch aus dem spezifischen Gewicht der einzelnen Bestandteile des Gemenges berechnen läßt.

Erfindungsgemäß kommt also ein verdichtetes Gemenge zur Anwendung, das praktisch keine Lufteinschlüsse mehr aufweist. Während z. B. ein normales Gemenge in körniger Form, wie es bei der Herstellung von Flachglas verwendet wird, bei einem Wassergehalt von 2,9% ein Schüttgewicht von 1,2 g/cm³ aufweist, beträgt das wahre spezifische Gewicht dieses Gemenges etwa 2,7 g/cm³. Wenn das Gemenge derart hoch verdichtet wird, daß praktisch keine Lufteinschlüsse mehr vorhanden sind, ist, wie sich gezeigt hat, ohne jede zusätzliche Zugabe von Bindemitteln oder Wasser, und ohne jede vorgeschaltete Trocken- oder Wärmebehandlung der Zusammenhalt der Körner untereinander in Folge der zwischen den Körnern wirkenden van-der-Waals'schen Kräfte so groß, daß sehr feste, kompakte Körper erhalten werden.

Ein derart kompaktes Gemenge bleibt auch beim Einlegen in den Schmelzofen in dieser kompakten Form.

Dadurch wird einerseits der Wärmeübergang von der umgebenden Glasschmelze bzw. von den Heizgasen, und andererseits der Wärmetransport innerhalb des kompakten Gemenges selbst weiter verbessert. Infolgedessen läßt sich eine weitere Verkürzung der Einschmelzzeiten erreichen und Hand in Hand damit auch eine bessere Energieausnutzung erzielen. Außerdem wird durch die extrem dichte Anlagerung der einzelnen Gemengekomponenten der Prozeß der Bildung der Glasphase dadurch erleichtert, daß die Diffusionswege der einzelnen Komponenten verkürzt werden.

Vorteilhafterweise wird das Gemenge mit Hilfe einer Walzenpresse verdichtet. Das Gemenge kann einen erhöhten Feinkornanteil mit einem Korndurchmesser von weniger als 0,1 mm aufweisen. Der Feinkornanteil kann dabei ohne Schwierigkeiten 50% und mehr des Gemenges betragen. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß auf diese Weise auch Fraktionen verwendet werden können, die bisher abgetrennt und verworfen werden müssen. Außerdem können nunmehr preiswertere Rohstoffe und in zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung sogar bisher unbrauchbare Rohstoffe wie Filterstäube eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise so durchgeführt werden, daß das verdichtete Gemenge am Aufbereitungsort der Rohstoffe hergestellt und von dort zu den Glasschmelzofen transportiert wird. Besonders zweckmäßig aber ist es, das Gemenge wie bisher in der Glashütte selbst abzuwiegen und zu mischen, das fertiggemischte Gemenge ohne Zusatz eines Bindemittels einer vor der Schmelzwanne angeordneten Walzenpresse zuzuführen, in der es bei Umgebungstemperatur zu einer zusammenhängenden Materialbahn verdichtet wird, dessen spezifisches

Gewicht nahezu dem wahren spezifischen Gewicht des Gemenges entspricht, und die komprimierte Materialbahn anschließend in den Schmelzofen einzulegen.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Ergebnisse einiger Vergleichsversuche und eines praktischen Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Beispiel 1

Es wird in labortechnischem Maßstab das Einschmelzverhalten von normalem körnigem Gemenge mit dem Einschmelzverhalten von hochverdichtetem Gemenge verglichen. Das untersuchte Gemenge hat folgende Zusammensetzung

Sand (SiO₂)

Soda (Na₂CO₃)

KaIk(CaCO₃)

Dolomit (CaCO₃ MgCO₃)

Natriumsulfat (Na₂SO₄)

59 Gew.-%
16Gew.-%

5 Gew.-%
18Gew.-%

2 Gew.-%

Sämtliche Bestandteile liegen in der folgenden Korngrößenverteilung vor:

Korndurchmesser über 1 mm 36 Gew.-%

Korndurchmesser

0,1 bis 1 mm 63 Gew.-%

Korndurchmesser

unter 0,1 mm 1 Gew.-%

Das Gemenge hat eine natürliche Feuchtigkeit von 2,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht. 70 g dieses Gemenges werden einmal in körniger Form und einmal in hochverdichteter Form in einen Schmelztiegel auf geschmolzenes Glas bei einer Temperatur von 135O⁰C aufgelegt und der Aufschmelzvorgang verglichen.

Das körnige Gemenge hat ein Schüttgewicht von 1,2 g/cm³. Das verdichtete Gemenge, das in einer hydraulischen Presse unter Anwendung eines spezifischen Druckes von 1600 kg/cm² verdichtet wird, hat ein spezifisches Gewicht von 2,5 g/cm³, das heißt etwa 90% des wahren spezifischen Gewichtes von etwa 2,75 g/ cm³. Das Gemenge wird ohne jeden Zusatz von Wasser oder eines Bindemittels in der Presse verdichtet.

120 Minuten nach dem Einlegen des Gemenges werden die Tiegel aus dem Ofen herausgenommen und langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch den erstarrten Tiegelinhalt wird ein Längsschnitt gelegt und es wird jeweils die Menge des noch nicht eingeschmolzenen Gemenges visuell bestimmt. Die Auswertung ergibt, daß von dem körnigen Gemenge 60%, von dem hochverdichteten Gemenge jedoch über 75% aufgeschmolzen sind. Es wird also in der gleichen Zeit eine Erhöhung der eingeschmolzenen Menge um 15% erreicht, was einer Verkürzung der Einschmelzzeit um etwa den gleichen Wert entspricht.

Beispiel 2

Es kommt ein Gemenge zur Anwendung, das dem im Beispiel 1 beschriebenen entspricht. Es wird jedoch mit einem spezifischen Preßdruck von 2500 kg/cm² verpreßt, wodurch es auf ein spezifisches Gewicht von 2,6 g/cm³ verdichtet wird. Das entspricht etwa 95% des wahren spezifischen Gewichtes.

Wie im Beispiel 1 werden gleichzeitig unter gleichen Bedingungen in getrennten Tiegeln einmal körniges Gemenge und einmal das hochverdichtete Gemenge bei 1350°C auf geschmolzenes Glas aufgelegt. Nach 120 Minuten wird das Ergebnis auf dieselbe Weise ausgewertet wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Auswertung ergibt, daß von dem körnigen Gemenge wiederum 60%, von dem hochverdichteten Gemenge jedoch bereits etwa 83% aufgeschmolzen sind. Das entspricht einer Erhöhung der eingeschmolzenen Menge gegenüber dem körnigen Gemenge um mehr als 23%, was wiederum einer Verkürzung der Einschmelzzeit — ίο unter im übrigen gleichen Bedingungen — in derselben Größenordnung entspricht.

Beispiel 3

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel für den praktischen Einsatz der Erfindung bei einer Glasschmelzwanne erläutert. Auf das in der Schmelzwanne 1 aufgeschmolzene Glas 2 werden über den Einlegetisch 3 Glasscherben 4 und das Gemenge aufgelegt. Die Glasscherben 4 werden über die Scherbenrinne 5 auf den Einlegetisch 3 aufgegeben.

Zur Verdichtung des Gemenges ist vor der Schmelzwanne eine Walzenpresse geeigneter Kapazität angeordnet. Die Walzenpresse umfaßt als wesentliche Bestandteile die beiden angetriebenen Preßwalzen 8 und 9, den Aufgabetrichter 10, das zwischen dem Aufgabetrichter 10 und den Preßwalzen horizontal angeordnete Schneckenrohr 11 und die in dem Schneckenrohr 11 angeordnete Förderschnecke 12. Walzenpressen dieser Art sind an sich bekannt und werden beispielsweise zum Kompaktieren verschiedener anderer Materialien hergestellt. Die Förderschnekke 12 dient einmal dazu, das Gemenge 13 von dem Aufgabetrichter 10 zum Einzugsbereich der Preßwalzen 8, 9 zu fördern. Sie sorgt darüber hinaus dafür, daß das Gemenge mit dem optimalen Vordruck an die Preßwalzen herangeführt wird und schafft gleichzeitig durch ihre Durchmischungsbewegung eine gezielte Entlüftung des Gemenges im Schneckenrohr. Zur Abführung der ausgetriebenen Luft sind mehrere Entlüftungskamine 14, 15 am Schneckenrohr 11 angeordnet. Die vollständige Entlüftung erfolgt durch die Wirkung der Preßwalzen 8, 9, die das körnige Gemenge zu einer hochverdichteten Gemengebahn 18 von etwa 1 cm Dicke und 80 cm Breite verpressen. Die Gemengebahn 18 verläßt die Walzenpresse als zusammenhängende fortlaufende Bahn, und wird über eine Rutsche 19 der Schmelzwanne zugeleitet und oberhalb des Einlegetisches 3 auf die Glasscherben 4 aufgelegt. Hinter dem Austrittsspalt der Preßwalze kann ein Auffangtrichter vorgesehen sein, der seitlich neben dem Walzenspalt herausgedrücktes Material auffängt und in den Aufgabetrichter 13 zurückleitet. Die Gemengebahn zerbricht während ihres Transportweges in größere oder kleinere Stücke.

Während das körnige Gemenge bisher etwa auf einer Breite von ³/4 der Wannenbreite eingelegt wurde, wird jetzt eine verhältnismäßig schmale Gemengebahn im Einlegevorbau der Schmelzwanne in der Mitte eingelegt. Das führt zu dem weiteren Vorteil, daß sich die schmale Bahn von kompaktem Gemenge innerhalb der Schmelze besser führen läßt als die bisher notwendige breite Gemengeschicht, wodurch sich unter anderem auch eine Verringerung des Verschleißes der feuerfesten Wannenausmauerung erreichen läßt.

Die mit der beschriebenen Walzenpresse hergestellte verdichtete Gemengebahn hat ein spezifisches Gewicht von etwa 2,6 g/cm³. Das führt einmal entsprechend den in den vorhergehenden Beispielen angegebenen Werten

zu einer erheblichen Verbesserung des Einschmelzvorganges, d. h. einer Verkürzung der Einschmelzzeit und damit einer wesentlichen Energieeinsparung, ganz abgesehen von den Vorteilen, die sich aus der Möglichkeit ergeben, nunmehr bisher nicht oder nur unter Inkaufnahme von Nachteilen verwendbare, sehr feinkörnige bzw. staubförmige Rohstoffe verwenden zu können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen von Glas, bei dem das die verschiedenen glasbildenden Bestandteile enthaltende Gemenge nach dem Mischen zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit gegebenenfalls unter Anwendung einer Entlüftungsbehandlung mechanisch verdichtet und das verdichtete Gemenge in Form einer zusammenhängenden Materialbahn in den Schmelzofen eingelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge ohne Zusatz von Bindemitteln oder Wasser mit dem üblichen natürlichen Wassergehalt in der Größenordnung von 3 Gewichts-% bis auf ein spezifisches Gewicht von wenigstens 85% und vorzugsweise 90 bis 95% des wahren spezifischen Gewichtes seiner Bestandteile verdichte» wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge mit Hilfe einer Walzenpresse verdichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemenge Filterstäube zugesetzt werden.