DE2552116A1

DE2552116A1 - Verfahren zur herstellung einer schmelzfluessigen glasmischung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2552116A1
Application number: DE19752552116
Authority: DE
Inventors: Max Gene Chrisman; Magnus Laird Froberg; Gary Walter Ganzala; Ralph Lester Riede
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1975-11-20
Publication date: 1976-05-26
Also published as: NO753958L; IT1049921B; NL7513769A; ES442924A1; DE2552116C3; TR19059A; CA1069307A; DK530175A; AR208732A1; ZA757110B; BR7507740A; DE2552116B2; IL48480A0; JPS5230815A; AU499562B2; FR2291947A1; DD123080A5; AU8671275A; SE7513048L; FI753306A

Description

DR.-ING. DIPL₁-INS. M. SC Jl.>L.-F-IV*. LD. DIPU.-PHYS, HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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17.Nov. 1975

Owens-Corning Fiberglas Corporation Toledo, Ohio 43 659, USA

Verfahren zur Herstellung einer schmelzflüssigen Glasmischung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer schmelzflüssigen Glasmischung gewünschter Zusammensetzung, insbesondere zur Herstellung einer zu Faden oder Fäden ausziehbaren Glasmischung sowie auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer schmelzflussigen, vorgegebene Bestandteile enthaltenden Glasmischung, insbesondere zur Herstellung einer zu Fasern oder Fäden verarbeitbaren, flüchtige Bestandteile enthaltenden Glasmischung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Glasschmelzofen und einem von diesem ausgehenden Vorherdkanal.

Mic Xl." - 3*

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Bisher wurden schmelzflüssige Glasmischungen dadurch hergestellt, daß man in formelmäßiger Menge und Zusammensetzung ein die Ausgangsmaterialien enthaltendes Gemenge in eine Schmelzeinheit oder einen Glasschmelzofen eingegeben und so viel Wärme zugeführt hat, daß die Gemengebestandteile miteinander unter Schmelzeinwirkung reagierten und eine Masse geschmolzener Bestandteile bildeten. Die so gewonnene schmelzflüssige Masse wurde dann innerhalb des Schmelzofens homogenisiert oder geläutert, um die gewünschte schmelzflüssige Glasmischung zu bilden.

Bei der Massenherstellung von Glaserzeugnissen bildet die Zubereitung des schmelzflüssigen Glases bevorzugt einen kontiniuerlichen Prozeß, wobei die Schmelzeinheit oder der Schmelzofen ein Reservoir geschmolzener Bestandteile enthält, in welches die Gemenge teile mit einer Geschwindigkeit eingegeben werden, die abgestimmt ist auf die Entnahme des geschmolzenen Glases aus dem Schmelzofen oder, bei der Faser- oder Fadenherstellung, auf die Ausziehgeschwindigkeit der Fäden. Während der Verweilzeit der geschmolzenen Bestandteile innerhalb des Schmelzofens reagieren diese weiterhin miteinander und bilden die homogenisierte geschmolzene Glasmasse der gewünschten Zusammensetzung. Eine typische Verweilzeit für die Glasbestandteile bei einem Schmelzofen, der pro Tag etwa 150 Tonnen geschmolzenen Glases herstellt, liegt bei 24 bis 48 Stunden oder noch darüber. Dabei muß die Temperatur der in dem Schmelzofen vorhandenen, geschmolzenen Bestandteile auf ausreichender Höhe aufrechterhalten werden, um eine Reaktion der neu hinzukommenden Gemengebestandteile zu gewährleisten. Daher entweichen geschmolzene

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Bestandteile, die bei Temperaturen unterhalb der aufrechterhaltenen Arbeitstemperatur des Schmelzofens flüchtig werden, als Abgase durch Schornsteine oder Abzugskanäle. Um daher eine für einen Formvorgang geeignete gegebene geschmolzene Glasmischung zu erhalten und aufrechtzuerhalten, muß die formelmäßige Zusammensetzung des dem Schmelzofen beigegebenen neuen Glasgemenges jeweils so abgestimmt sein, daß man eine Kompensation der Mengenanteile von Bestandteilen in der Glasmischung erreicht, die durch Verflüchtigung während der Verweilzeit im Schmelzofen verloren gehen. Das bedeutet jedoch andererseits, daß gerade die flüchtigen Bestandteile in erhöhter Menge beigegeben werden müssen und sich stark umweltbelastend auswirken bzw. daß die gegenwärtig verwendeten GlasschmelzverJähren die Zusammensetzung der geschmolzenen Glasmenge auf Mischungen begrenzen, die nur solche Bestandteile enthalten, die in der Umgebung des Glasschmelzofens überleben können. Bei den gegenwärtig bekannten Verfahren zur Herstellung eines schmelzenden Glases mit gewünschten besonderen Eigenschaften oder Formmerkmalen ist es erforderlich, in den Schmelzofen alle die Bestandteile einzuführen, die in der gewünschten schmelzflüssigen Endglasmischung vorhanden sein müssen, um diese Eigenschaften und Merkmale auch zu erzielen. Sehr häufig ist jedoch die Gegenwart dieser Bestandteile im Schmelzofen unerwünscht, weil sie eben flüchtig oder starkkorro siv sind und weil sie umweltver^- schmutzend wirken.

So enthalten beispielsweise schmelzflüssige Glasmischungen, die für die Herstellung von Glasfasern oder Glasfäden geeignet sind, üblicherweise flüchtige Bestandteile wie Boroxyde (B₃O₃), Fluor (F₂) und Natriumborat (Ra₃O-XB₂O₃). Diese Bestandteile verflüchtigen sich nicht nur bei den herrschenden Arbeits-

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temperaturen im Schmelzofen,, sondern verkürzen durch ihre Gegenwart auch die Lebensdauer des Schmelzofens aufgrund chemischer Einwirkungen auf die den Schmelzofen auskleidenden, feuerfesten ,und hochtemperaturfesten Materialien.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und ein Herstellungsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben auch für solche Glasmischungen anzugeben, die flüchtige und korrosive Bestandteile enthalten, ohne daß es zu einer erhöhten Umweltbelastung oder einer Verkürzung der Schmelzofenlebensdauer und zu weiteren Nachteilen kommen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Verfahren und besteht erfindungsgemäß darin, daß

a) die Rohgemengeanteile der Glasgesamtmischung in einen Basisglasteil und einen additiven Glasteil aufgeteilt werden,

b) daß der Gemengeanteil der Basisglasmischung zur Bildung einer schmelzflüssigen Basisglasmischung geschmolzen und

c) die geschmolzene Basisglasmischung in Form eines Glasstroms zum Fließen gebracht wird,

d) daß in diesen fließenden Strom der schmelzflüssigen Basisglasmischung der additive Gemengeteil in so ausreichender Menge beigegeben wird, daß die Eigenschaften des Basisglases modifiziert werden und daß

e) der additive Teil zur Bildung einer homogenen Endglasmischung sorgfältig mit dem schmelzflüssigen Basisglasstrom vermischt wird. .

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Eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung geht aus von der eingangs genannten Vorrichtung und besteht erfindungsgemäß darin, daß zur Beimischung additiver Bestandteile in den schmelzflüssigen Gasfluß des Vorherdkanals eine Mischzone gebildet ist, die aus zwei sich dammartig quer über den Vorherdkanal erstreckenden Mischblöcken in Tandemanordnung besteht, daß jeder Mischblock über einen sich von der Blockoberfläche bis zum Kanalboden erstreckenden, und sich dort in den Kanal öffnenden Durchlaß verfügt und daß in jedem Durchlaß ein Rührwerk angeordnet ist.

Allgemein betrifft daher die Erfindungein verbessertes Verfahren zur Herstellung schmelzflüssiger Glasmischungen, wobei die Bestandteile in zwei oder mehr Gruppen klassifiziert sind; jede Gruppe enthält Bestandteile, die ähnliche reaktive Eigenschaften aufweisen. Diese Klassifizierung oder Einteilung kann dabei basieren auf der Temperatur, bei der sich ein oder mehrere der Bestandteile verflüchtigen oder auf sonstigen wechselseitigen Eigenschaften wie Korrosivität oder katalytisch^ Einwirkung. Die Kriterien der Einteilung oder Klassifizierung der einen Gruppe müssen nicht notwendigerweise einen gegenseitigen Ausschluß bei den sonstigen Bestandteilen der anderen Gruppen umfassen.

Werden daher die Bestandteile nach ihrer Verflüchtigungstemperatur klassifiziert, dann kann sich der Temperaturbereich für eine gegebene Bestandteilsgruppe in den Temperaturbereich der nächsthöhreren oder nächstniedrigen Gruppe erstrecken. So können beispielsweise zwei Bestandsteilgruppen einen gemeinsamen Bestandteil umfassen.

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Nach der Unterteilung und Klassifizierung in eine oder mehrere Schmelzgruppen mit Bezug auf die gegenseitige Wechselwirkung wird eine der Bestandsteilgruppen ausgewählt und als schmelzflüssige Basisglasmischung behandelt, in welche die verbleibenden Gruppen dann aufeinanderfolgend eingeführt und extern mit dieser Basisschmelzgruppe homogenisiert und innigst vermischt werden, so daß man dann schließlich zu einer schmelzflüssigen Glasmischung gelangt, die die gewünschten Eigenschaften aufweist.

Wendet man beispielsweise die erfindungsgemäßen Grundsätze auf die Herstellung einer Siliziumoxyd (SiO₃), Aluminiumoxyd (Al₂O₃), Kalziumoxyd (CaO), Boroxyd (B₃O ), Fluor (F₃) und Natriuitioxyd (Na₀O) enthaltenden schmelzflüssigen und zu Fasern oder Fäden verarbeitbaren Glasmischung an, dann lassen sich hier zwei Schmelzgruppen identifizieren. Die hochflüchtigen Bestandteile B O₃,. F₃ und Na₃O-XB₃O₃ werden bevorzugt zusammen als eine die flüchtigen Bestandteile aufweisende Oxydgruppe gruppiert, Die verbleibenden Bestandteile SiO₃, Al₃C₃, Na₃O und CaO können in Form einer relativ nicht flüchtigen Gruppe zusammengefaßt werden. Durch eine solche Gruppierung der Bestandteile bilden dann die Bestandteile der nicht flüchtigen Gruppe ein sogenanntes Natrium-Kalkglas (soda lime glass), eine Glasnvischung, die in der Glasindustrie üblich ist.

Entsprechend einer erfindurigsgemäßen Maßnahme bei der Herstellung einer die obigen Bestandteile enthaltenden Glasmischung, die zu Fäden oder Fasern verarbeitet werden kann, wird bevorzugt die die relativ nicht flüchtigen Bestandteile enthaltende Gruppe als schmelzflüssige Basisglasmischung in einem kontinuierlich arbeitenden Glasschmelzofen, wie er bei der glasherstel-

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lenden Industrie üblich ist, hergestellt. Dieser relativ nicht flüchtigen, schmelzflüssigen Basisglasmischung wird die die flüchtigen Bestandteile enthaltende Gruppe entweder als schmelzflüssige Gruppe oder als Gemengemischung hinzugegeben. So läßt sich die die flüchtigen Bestandteile enthaltende Gruppe der schmelzflüssigen Basisglasmischung an irgendeinergeeigneten Stelle beigeben, die stromabwärts zu dem Schmelzbereich für diese, nicht flüchtige Bestandteile enthaltenden Gruppe liegt. Bevorzugt wird die die flüchtigen Bestandteile enthaltende Gruppe der schmelzflüssigen Basisglasmischung unmittelbar stromabwärts zur Auslaßöffnung des Schmelzofens für die Basisglasmischung beigegeben, wodurch sich noch Vorteile aufgrund der Austrittstemperatur der Basisglasmischung und der vorhandenen Resthitze ergeben.

Andererseits kann die die flüchtigen Bestandteile enthaltende Gruppe auch direkt in die Auslaßöffnung des Schmelzofens für das Basisglas eingegeben v/erden oder auch, falls gewünscht, an jedem sonst bevorzugten oder sonstwie vorteilhaften Ort längs des Vorherdkanals, der für die Verteilung des erhitzten Glasgutes sorgt.

Das erfindungsgemäße Glashersteilungsverfahren macht es nicht länger notwendig, sämtliche gewünschten Glasmischungsbestandteile in einem gemeinsamen Glasschmelzofen als eine einzige, sämtliche Gemengeanteile enthaltende Mischung aufschmelzen zu müssen. So läßt sich in spezifischer Weise zum Aufschmelzen im Hauptschmelzofen eine weniger feindliche oder chemisch angriffslustige Gemengemischung formulieren, ohne daß sich bezüglich der schmelzflüssigen Endglasmischung die bisher gültigen Einschränkungen ergeben mü ssen. Das schmelzflüssige

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Glas kann nun im wesentlichen stromabwärts zum Hauptschmelzbereich noch modifiziert werden, wobei man eine schmelzflüssige Glasmischung enthält, die unterschiedliche Merkmale bzw. Form-, eigenschaften auf v/eist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren sowie Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anhand der Zeichnung im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines das erfindungsgemäße Verfahren durchführenden Glasherstellungssystems,

Figur 2 in perspektivischer Schnittdarstellung den allgemeinen Aufbau einer bevorzugten Vorherdanordnung mit Mischsystem zur Durchführung der Erfindung,

Figur 3 in Draufsicht den Mischbereich im Vorherdkanal,

Figur 4 eine geschnittene"Seitenansicht der Darstellung der Figur 3 längs der Linie 4-4, die auch das sich im Querschnitt ergebende Glasflußmuster angibt und ·

Figur 5 eine geschnittene Queransicht entlang der Linie 5-5, wobei in stromaufwartiger Richtung gablickt wird.

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Obwohl sich die nachfolgenden Erlauerrungen hauptsächlich auf zwei übliche, zu Fasern oder Fäden ausziehbare Schmelzglasmischen oder schmelzflüssige Glasmischungen beziehen, nämlich eine für die Herstellung von Glaswolle und die andere für die Herstellung von textlien Glasfasern oder Fäden, versteht es sich, daß in ähnlicher Weise auch viele andere Glasmischungen, seien sie nun zu Fäden ausziehbar oder nicht, entsprechend den übergeordneten, erfindungsgemäßen Maßnahmen hergestellt werden können.

Eine zur Herstellung einer Glaswolleisolierung verwendbare/ übliche schmelzflüssige Glasmischung kann dabei aus den folgenden Bestandteilen bestehen, wobei Spurenelemente und sonstige, lediglich zufällige Beimischungen bildende Materialien (tramp materials) nicht aufgeführt sind:

Bestandteile Gewichtsprozent

SiO₂ 61,5

Al 0 4,0

CaO 8,0

MgO 3,5

Na₂O 14,5

K₂O 1,0

B₂O₃ 7,5

Der hauptsächliche flüchtige Bestandteil dieser obigen Glasmischung ist Natriumborat oder Borax, welches gebildet wird durch die Reaktion von Na₂O und B₃O₃. Bezogen auf die Gegenwart von Natriuraborat läßt sich diese schmelzflüssige Glasmischung noch wie folgt spezifizieren.

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Bestandteile Gewxchtsprozente

SiO	2	³	0
CaO		0
MgO	3
Na₂
++ Na₂ ¹
++ B₂O

61,	5
4,	0
8,0
3,5
1,0
¹¹'	0
3,5
7,5

++ Natriumborat-Bestandteile

Entsprechend einer erfindungsgemäßen Maßnahme können die Bestandteile der Glasmischung in die zwei folgenden Schmelzgruppen klassifiziert werden:
Gruppe I (nichtflüchtige Bestandteile)

Bestandteile Gewichtsprozente

SiO₂ 69,0

Al₃O₃ 4,5

CaO 9,0

MgO 3,9

K₂O 1,1

Na₂O 12,3

Gruppe II (flüchtige Bestandteile)

Bestandteile Gewichtsprozente

Na₂O 32,0

B₃O₃ 67,O

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Die die Gruppe I umfassende Mischung kann als ein "Natrium{hydroxyd)-Kalk-Silizium(dioxyd)-Glas (in einer angelsächsischen Ausdrucksweise als "soda-lime-silica-glass")identifiziert werden, ein Glas, welches stark Tafel- oder Spiegelglasmischungen ähnelt, welches zwar zu Fasern oder Fäden ausgezogen werden kann, jedoch als isolierende Glaswolle ungeeignet ist. Ein solches Glas läßt sich jedoch weniger umweltfeindlich und mit weniger Schwierigkeiten herstellen, als die oben angegebene, sich auf eine isolierende Glaswollenmischung beziehende Ge samt formel.

Die Mischung der Gruppe II ist jedoch hochflüchtig und korrosiv. Gemäß einem entscheidenden Merkmal vorliegender Erfindung werden daher die Bestandteile der Gruppe I als eine schmelzflüssige Basisglasmischung in einer kontinuierlich arbeitenden Glasschmelzeinheit, wie sie in der Glasindustrie üblich ist, hergestellt. Dann v/erden die Natriumboratbestandteile der Gruppe II in die geschmolzene Basisglasmischung der Gruppe I entweder als Schmelze oder als rohe Gemengebeigabe eingeführt.

Da die flüchtigen Bestandteile der Gruppe II lediglich etwa 11 Gew.% der Gesamtglasmischung ausmacht? lassen sie sich in einer wesentlich kleineren Schmelzeinheit und bei wesentlich niedrigeren Arbeitstemperaturen aufschmelzen. Auf diese Weise erzielt man auch geringere Natriumboratverluste durch Verflüchtigung, was auch die Aufgabe erleichtert, die ümwelstbelastung durch diese flüchtigen Bestandteile klein zu halten oder zu beseitigen.

Da das ⁿSoda-kalk-silica-Glasgemisch"der Gruppe I, wie es im folgenden lediglich noch bezeichnet werden soll, annäherend nur halb so korrosiv ist wie die weiter vorn angegebene Glasmischung zu Isolierwollenherstellung, kann man eine um 100%

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vergrößerte Lebensdauer der Auskleidung der Schmelzeinheit, d.h. des Glasschmelzofens und sonstiger, hierzu gehörender Teile erwarten.

Als weiteres Beispiel wird im folgender, eine übliche, zu Fasern verarbeitbare Glasmischung angegeben, die bei der Herstellung textiler Glasfaden oder Glasfasern verwendet wird:

Bestandteile Gewichtsprozente

55,0 15,0 22,0

7,0

0,5

Die in dieser Glasmischung enthaltenen flüchtigen Bestandteile von Bedeutung sind B₃O₃, F₂ und Na₃O. Daher lassen sich auch hier, ähnlich wie bei den weiter vorn angegebenen, sich auf eine Glaswollemischung angegebenen Beispiel, zwei Schmelzgruppen wie folgt definieren:

Gruppe I (nichtflüchtige Bestandteile) '

Bestandteile Gewichtsprozente

SiO,

SiO	2
Al₂	°3
CaO
B₂O	3
^F2
Na₂	0

Al₂O₃

2 > CaO

Gruppe II (flüchtige Bestandteile)

60	,0
16	,3
23	,7

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17.Nov. 1975 - » - ^Z00Z ' ^IO

87	,5
6	,25
6	,25

Bestandteile Gewichtsprozente

^B2°3 ^F2

Auch bei dieser vorgenommenen Gruppierung können die hochflüchtigen Bestandteile der Gruppe II, die etwa 8 Gew.% der gewünschten, zu Fasern verarbeitbaren schmelzflüssigen Glasmischung ausmachen, getrennt in einem relativ kleinen Schmelzofen hergestellt und der schmelzflüssigen Basisglasmischung beigegeben werden, wobei man die gleichen Vorteile gewinnt wie bei der Herstellung der weiter vorn schon genannten Mischung für Glaswolle. Es lassen sich allerdings noch weitere Vorteile dann erzielen, wenn die schmelzflüssige Basisglasmischung der Gruppe I nochmals neu formuliert wird, um eine eutektische Mischung des CaO-Al₂O₃-SiO₂-Systems zu erhalten.

Bestandteile Gewichtsprozente

SiO₂ CaO

Fügt man hier die verbleibenden Bestandteile der Mischung der Gruppe II hinzu, dann gelangt man zu folgender Zusammenstellung:

62	,0
15
23	,0

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Bestandteile Gewichtsprozente

SiO₂ CaO

1	3,0
1	2,9
1	2,3
54,0


3,9
3,9

^F2
Na₂O

Indem man daher die Bestandteile der schmelzflussigen Textilglasmischung selektiv gruppiert, erzielt man eine eutektische Basisglasmischung, wodurch sich die Arbeitstemperatur der Hauptschmelzwanne oder des HauptSchmelzofens absenken läßt. Darüberhinaus erlaubt eine solche Formulierung die Verwendung preiswerterer roher Ausgangsmaterialien, beispielsweise Kolemanit, als Teilquelle für B-O , so daß sich der Bedarf für die teurere Barytsäure (baric acid) reduziert.

Im folgenden wird anhand der Figuren 1 bis 5 ei» bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsv,emäßen Verfahrens erläutert, wobei angegeben wird, wie die schmelzflüssige additive Mischung in die geschmolzene Basisglasmischung eingeführt und die Mischung homogenisiert wird, um schließlich die gewünschte schmelzflüssige Endglasmischung zu erzielen.

Der Darstellung der Figur 1 läßt sich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Herstellung von Glasfasern nach erfindungsgemaßen Grundprinzipien entnehmen. Einer elektrisch beheizten, kontinuierlich arbeitenden Glasschmelzwanne oder einem Glasschmelzofen 10, wie er im folgenden bezeichnet wird, wird die Basis-Glasgemengemischung zugeführt, indem Trichteranordnungen 11 verwendet werden, durch welche die Gemengebestandteile laufen. Die schmelzflüssige Basisglasmischung wird vom Schmelzofen 10 abgezogen und fließt durch einen Vorherd 12.. Stromabwärts des Schmelzofens 10,

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aber innerhalb des Vorherdes 12, der auch als Glasflußkanal bezeichnet werden kann, befindet sich eine Mischzone für das schmelzflüssige Glas, die durch die Bezugszeichen 15 und 16 gekennzeichnet ist und bei einem Ausführungsbeispiel spiralförmige Mischeinrichtungen enthält. Eine genauere Beschreibung der Mischzone und der Arbeitsweise der Mischeinrichtungen wird weiter unten noch angegeben. Dabei wird die schmelzflüssige additive Mischung in einer separaten Schmelzeinrichtung 20 hergestellt und der Mischzone durch eine geeignete Leitung 21 zugeführt. Indem eine Misch- und Pumpwirkung der Mischeinrichtung 15 und 16 kombiniert wird, wird die schmelzflüssige additive Mischung der schmelzflüssigen Basisglasmischung zugemischt und mit dieser zu einer homogenen geschmolzenen Glasmischung verarbeitet. Diese schmelzflüssige Endglasmischung wird dann über einen Verteilervorherd 17 den einzelnen Formstationen 22 und 23 für die Glasfaser- oder Glasfadenherstellung zugeführt.

Der Darstellung der Figur 2 läßt sich in einer schematischperspektivisehen Ansicht die Mischzone des Vorherds entnehmen, wobei die Rührwerke 15 und 16 nicht dargestellt sind, so daß Konfiguration und Orientierung der die Rührwirkung bewirkenden Mischblöcke.13 und 14 genauer festgestellt werden kann. Der allgemeine Fluß des schmelzflüssigen Glases verläuft von der oberen linken Ecke der Figur 2 zur unteren rechten Ecke, wie dies durch die Pfeilrichtung 30 angegeben ist. Die Mischblöcke 13 und 14 sind von identischem Aufbau; der einzige Unterschied liegt in ihrer allgemeinen Orientierung mit Bezug auf den Vorherdkanal. Daher wird im folgenden lediglich Aufbau und Struktur des Mischblocks 13 genauer erläutert, wobei sich versteht, daß dies für den Mischblock 14 in der gleichen Weise zutrifft mit der Ausnahme, daß dessen Orientierung und gegebenenfalls Funktion hierzu unterschiedlich ist, wie noch erläutert wird.

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Der Mischblock 13 erstreckt sich quer über den Vorherdkanal, wobei seine stromaufwärtige Fläche 31 als Barriere oder Damm

schmelz-

für den Fluß des / flüssigen Basisglases wirkt. Von der oberen Fläche 32 des Mischblocks 13 erstreckt sich ein zylindrischer Rühr"- oder Mischschacht 33 nach unten und steht in Verbindung mit einem Schlitz 34, der zusammen mit dem Boden des Vorherdkanals einen rechteckförmigen Durchlaß bildet, der sich in Längsrichtung zum Vorherdkanal erstreckt und sich an der stromabwärtIgen Außenfläche 35 des Mischblocks in den Vorherdkanal öffnet.

Der Mischblock 14, der von ähnlichem Aufbau und Konfiguration wie der Mischblock 13 ist, ist stromabwärts zum Mischblock 13 in der Weise angeordnet, daß sein Schlitz 34a stromaufwärts gerichtet ist und dem Schlitz 34 des Mischblocks 13 gegenüberliegt. Zwischen den beiden Mischblöcken 13 und 14 erstrecken sich sogenannte Keilblöcke 361 und 36r, die über eine im Winkel verlaufende Fläche 371 und 37r verlaufen, die von den Seitenwänden des Vorherdkanals zu dem Vorherdkanalboden geneigt sind und daher in Kombination mit dem Vorherdboden einen Flußkanal bilden, der sowohl mit dem Schlitz 34 des Mischblocks 13 als auch mit dem Schlitz 34a des Mischblocks 14 in Verbindung steht.

Den Figuren 3 und 4 lassen sich Darstellungen der Mischzone in Draufsicht und in einer Quer schnit.tsdar stellung entnehmen; dabei sind nunmehr in den Mischblöcken 13 und 14 Rührwerke 32 und 44 vom Schrauben- oder Spiraltyp angeordnet. Die genaue Ausbildung dieser Rührwerke 4 3 und 44 ist so getroffen, daß, wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt, um eine zentrale Achse ein

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spiralförmig verlaufendes Mischblatt gewickelt ist (mit entsprechender Steigung), dabei sind dann die zentralen Achsen in geeigneter Weise, wie die Pfeile in den Figuren 3 und 4 angeben, einer Dreheinwirkung unterworfen, dies kann in bevorzugter Weise durch die Verbindung mit ein Getriebe aufweisenden Elektromotoren, die nicht dargestellt sind, erfolgen.

Der stromaufwärtige Mischblock 13 wirkt als Damm für die fließende, schmelzflüssige Basisglasmischung und veranlaßt die Bäsisglasmischung, über den Blockoberteil und in den Bereich zu fließen, der unter dem Einfluß des Rührwerks 43 steht. Unmittelbar stromaufwärts zum Rührwerk 43 wird über die in Figur und 4 dargestellte Leitung 21 die schraelzflüssige additive Mischung der fließenden Basisgasmischung beigegeben,und zwar bevorzugt in dem Moment, in welchem diese über den stromaufwärtigen Dammbereich des Mischblocks 13 fließt. Bevorzugt wird dabei öle schmelzflussige additive Mischung unter der Oberfläche oder dem Spiegel der fließenden Basisglasmischung zugegeben, wie die Darstellung der Figuren 3 und 4 zeigt.·

Das Rührwerk 43 mischt die schmelzflüssige Basisglasmischung und die schmelzflüssige additive Glasmischung,während sie die Mischung nach unten durch den Mischblock 13 pumpt und sie dazu veranlaßt, aus diesen in einer stromabwärtigen Richtung durch den Schlitz 34 auszutreten. Die Keilblöcke 361 und 36r führen kanalartig einen Hauptteil der austretenden Mischung dem Schlitz 34a des Mischblocks 14 zu, wobei der Schlitz 34a hier als Einlaßöffnung für den Mischblock 14 dient. Wie der Pfeil 45 in Figur 4 angibt,gelanqt auch ein Teil der aus dem Schlitz 34 austretenden, schmelzflüssigen Mischung nach oben und wird in den Mischblock 13 erneut hineingesaugt, so daß

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sich über das Mischwerk 43 auch ein zyklischer Umlauf (recycling) eines Teils der Glasmischung ergibt.

Der Teil der kanalmäßig zum Schlitz 34a geführten schmelzflüssigen Mischung erfährt dann eine weitere Durchmischung, während die Mischung nach oben durch den Mischblock 14 gepumpt wird, dies alles unter der Einwirkung des Rührv/erks 44. Die dann über die obere Fläche des Mischblocks 14 fließende und dort austretende Mischung ist die endgültige schmelzflüssige Glasmischung. Dabei fließt auch hier wieder ein Teil des aus dem oberen Bereich des Mischblocks 14 austretenden geschmolzenen Glases stromaufwärts weiter, während ein Hauptteil gemäß dem Pfeil 46 zur Einlaßöffnung 34a des Mischblocks 14 rückgeführt und einem zyklischen Umlauf unterworfen wird; ein noch geringerer Teil fließt entsprechend der Pfeilrichtung 48 noch weiter aufwärts und erfährt eine erneute zyklische Rückmischung durch den Mischblock 13. Nur der verbleibende, geschmolzene durch die Pfeil 47 angegebene Mischungsteil fließt stromabwärts zu der Verteileranordnung, des Vorherds 17. Diese rückwärts gerichteten Fließmuster, entsprechend cienpfeilen 45, 46 und 48, bewirken das natürliche Auftreten eines fließfähigen bzw. von flüssigen Stoffen gebildeten Dammes oder einer Dammfront mit einer Fluidalstruktur, die im oberen Bereich des Mischblocks 13 errichtet wird und etwa so verläuft, wie dies durch die Linie 50 der Figur 3 angegeben ist. Stromaufwärts zu dieser Fluidalstrukturfront 50 befindet sich jungfräuliches Basisglas. Das Vorhandensein dieser Fluidalstrukturfront 50 bewirkt ein Einfließen des schmelzflüssigen, nicht gemischten Basisglases durch den Mischblock 13 und verhindert einen "Kurzschluß" der Flüssigkeitsströme. Alternativ läßt sich selbstverständlich auch strukturmäßig, also mit Hilfe von baulichen Veränderungen ein Damm am

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oberen Teil des Mischblockes 13 in der Weise aufbauen, daß ein Fluß des ungemischten Basisglases durch den Mischblock 13 sichergestellt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung schmelzflüssiger Glasmischungen gewährleistet erstmals einen neuen Freiheitsgrad bei der Formulierung von Glasmischungen und bei ihrer Herstellung. So ermöglichte das erfindungsgemäße System, nämlich Verfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung,nicht nur die Formulierung spezifischer Basisgläser zur Verbesserung gesamtwirtschaftlicher Gesichtspunkte bei der Glasherstellung, sondern es können nunmehr auch hochflüchtige Bestandteile, wie beispielsweise Wasser, der schmelzflüssigen Glasmischung beigegeben werden oder es können Glasmischungen formuliert werden, die solche Bestandteile enthalten. Dies kann für bestimmte Anwendungsfälle von höchster Nützlichkeit sein.

Es versteht sich daher auch, daß die angegebenen Ausführungsbeispiele zwar praktische Möglichkeiten zur Durchführung der vorliegenden Erfindung bilden, die Erfindung jedoch nicht auf die strukturmäßigen, angegebenen Einzelheiten beschränkt ist, sondern auch beliebigen Modifikationen innerhalb des erfindüngsgemäßen Rahmens zugänglich ist, die in üblicher Weise auf Gleichwerten und äquivalenten Lösungen beruhen.

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Claims

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Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung einer schmelzflüssigen Glasmischung gewünschter Zusammensetzung, insbesondere zur Herstellung einer zu Faden oder Fäden ausziehbaren Glasmischung, dadurch gekennzeichnet, daß

a. die Rohgemengeanteile der Glasgesamtmischung in einen Basisglasteil und einai additiven Glasteil aufgeteilt werden,

b. daß der Gemengeteil der Basisglasmischung zur Bildung einer schmelzflüssigen Basisglasmischung geschmolzen und

c. die geschmolzene Basisglasmischung in Form eines Glasstroms zum Fließen gebracht wird,

d. daß in diesen fließenden Strom der schmelzflüssigen Basisglasmischung der additive Gemengeteil in so ausreichender Menge beigegeben wird, daß die Eigenschaften des Basisglases modifiziert werden und daß

e. der additive Teil zur Bildung einer homogenen Endglasmischung sorgfältig mit dem schmelzflüssigen Basisglasstrom vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Basisglasmischung eine eutektische Glasphase bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsgemengeteil der Basisglasmischung im wesentlichen frei von flüchtigen Bestandteilen ist und daß der additive Ausgangsgemengeteil die flüchtigen Bestandteile enthält.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die additive, flüchtige Bestandteile enthaltende Glasmischung sich bei dem Vermischen in ihrer schmelzflüssigen Phase befindet.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine schmelzflüssige Basisglasmischung mit den folgenden Bestandteilen hergestellt wird:

a. Bestandteile - Gewichtsprozente

69,0 4,5 9,0 3,9

1,1 12_?3

b. daß man diese schmelzflüssige Basisglasmischung aus dem Schmelzofen in einen Vorherdkanal fließen läßt und. der Basisglasmischung während ihres Durchflußes durch den Vorherdkanal eine zusätzliche additivie Glasmischung mit den folgenden Bestandteilen beigibt:·

c. Bestandteile Gewichtsprozente

Na₂O 32_r0

^B2°3 67,0

d. und daß man die additive Glasmischung mit der schmelzflüssigen Basisglasmischung homogenisiert.

SiO 2 Al, °3 CaO MgO Na 0

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6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a. eine schmelzflüssige Basisglasmischung mit den folgenden Bestandteilen hergestellt wird:

Bestandteile Gewichtsprozente

60,0 16,3 CaO 23,7

Al₂O₃ 16,3

b. daß man die schmelzflüssige Basisglasmischung vom Schmelzofen in einen Vorherd fließen läßt und daß man

c. der Basisglasmischung während ihres Fließens durch den Vorherdkanal eine additive Glasmischung der folgenden Formel beigibt:

Bestandteile Gewichtsprozente

B₂O^ . 87,5

F₂ 6,25

Na₂O 6,25

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die additive Glasmischung in ihrer schmelzflussigen Phase befindet.

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8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schmelzflüssige Basisglasmischung die folgende Zusammensetzung aufweist:

Bestandteile Gewichtsprozente

SiO₂ 62,0

Al₂O₃ 15,0

CaO 23,0

und daß die mit dieser zu mischende, additive Glasmischung die folgenden Bestandteile aufweist:

Bestandteile Gewichtsprozente

SiO₂ 13,0

CaO 12,9

Al₂O₃ 12,3

BO 54,0

_F2

Na₂O 3,9

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, zur Herstellung einer schmelzflüssigen Glasmischung vorgegebener Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß

a. eine einen vorgegebenen Teil der gewünschten Glasmischung enthaltende schmelzflüssige Glasmischung hergestellt und

b. diese schmelzflüssige Glasmischung in einen Mischbereich befördert wird, wo ein zusätzlicher Teil der gewünschten Glasmischung aufgenommen werden kann,

c. daß man den zusätzlichen Teil der Glasmischung der schmelzflussigen Basismischung beigibt, und

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d. den beigegebenen Zusatzteil der Glasmischung sorgfältig mit der schmelzflüssigen Basisglasmischung zur Bildung einer schmelzflüssigen Mischung unterschiedlicher Zusam-, mensetzung und Eigenschaften vermischt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte c und d so lange wiederholt werden, bis die gewünschte Glasmischung erzielt ist.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisglasmischung die im wesentlichen nicht flüchtigen Bestandteile der gewünschten Endmischung enthält und durch Erhitzen in einen schmelzflüssigen Zustand gebracht wird, daß der verbleibende, die flüchtigeren Bestandteile enthaltende Gemengeteil getrennt zur Basisglasmischung verarbeitet und anschließend der schmelzflüssigen Basisglasmischung beigegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die additive, im wesentlichen flüchtige Bestandteile enthaltende Glasmischung vor ihrer Beigabe zur Basisglasmischung erhitzt und in einen gesdhmolzenen Zustand gebracht wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, zur Herstellung eines Bestandteile mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen enthaltenden schmelzflüssigen Glases, dadurch gekennzeichnet, daß

a. eine bei relativ hohen Temperaturen schmelzende Bestandteile. . enthaltende Gemengemischung hergestellt und

b. diese Gemengemischung zu einer schmelzflüssigen Glasmasse erhitzt wird und daß

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c. die verbleibenden, flüchtigeren Bestandteile getrennt verarbeitet und zur Bildung der gewünschten Endglasmischung der geschmolzenen Glasmasse zugemischt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der die bei hoher Temperatur schmelzenden Bestandteile enthaltenden schmelzflüssigen Glasmasse eine Glasmischung mit bei niederen Temperaturen schmelzenden Bestandteilen zugemischt wird zur Herstellung einer gewünschten Glasendmischung mit zu den beiden Ausgangsmischungen im wesentlichen unterschiedlichen Eigenschaften.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14,

a.

dadurch gekennzeichnet,/daß der Stromfluß der schmelzflüssigen Basis-glasmischung auf den Vorherdkanal beschränkt und der Glasfluß auf einen unter mechanischer Einwirkung stehenden Mischbereich gerichtet wird, daß

b. zusätzliche Bestandteile in den schmelzflüssigen Glasstrom eingeführt werden, daß

c. die zusätzlichen Bestandteile und der schmelzflüssige Glasstrom innerhalb des Mischbereiches durch Schermischkräfte miteinander vermischt werden, daß

d. die so hergestellte Mischung einem Behältnis zugeführt wird, welches gebildet ist von einer Begrenzung des Vorherds und einem Vorherdkanalteil, der sich stromabwärts hierzu erstreckt und an einer zweiten Vorherdbegrenzung endet, wobei das Behältnis mit dem unter mechanischer Rühreinwirkung stehenden Mischbereich in Verbindung steht, und daß ·

e. ein Teilbereich der hergestellten Mischung aus dem Behältnis zu dem unter mechanischer Einwirkung stehenden Mischbereich

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zurückgeführt wirxl· zur Durchführung eines erneuten zyklischen Umlaufs und zur Vermischung mit neuem, frisch einlaufendem Material, daß

f. ein v/eiterer Teilbereich der ursprünglich hergestellten Mischung aus dem Behältnis einem zweiten, unter mechanischer Einwirkung stehenden Mischbereich zugeführt wird, daß

g. die Mischung innerhalb des zweiten Mischbereichs durch die Einwirkung von Schermischkräften weitervermischt und homogenisiert wird und daß

h. ein erster Teil der aus dem zweiten Mischbereich stammenden schmelzflüssigen Mischung in das Behältnis zurückgeführt und ein verbleibender Teil als homogene schmelzflüssige Glasmischung stromabwärts zur zweiten Vorherdbegrenzung abgeführt wird.

16.Vorrichtung zur Herstellung einer schmelzflüssigen, vorgegebene Bestandteile enthaltenden Glasmischung,insbesondere zur Herstellung einer zu Fasern oder Fäden verarbeitbaren, flüchtige Bestandteile enthaltenden Glasmischung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, mit einem Glasschmelzofen und einem von diesem ausgehenden Vorherdkanal, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beimischung additiver Bestandteile in den schmelzflüssigen Glasfluß des Vorherdkanals eine Mischzone (15, 16) gebildet ist, die aus zwei sich dammartig quer über den Vorherdkanal (12) erstreckenden Mischblöcken (13, 14) in Tandemanordnung besteht, daß jeder Mischblock (13, 14) über einen sich von der Blockoberfläche bis zum Kanalboden erstreckenden, tnd sich dort in den Kanal öffnenden Durchlaß (33) verfügt und daß in jedem Durchlaß ein Rührwerk (43, 44) angeordnet ist.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der von oben nach unten laufende Durchlaß (33) in jedem Mischblock (13, 14) zylindrisch ausgebildet ist und in einen in Längsrichtung verlaufenden und den Durchlaß (33) schneidenden Querschlitz (34, 34a) mündet, der sich in einer Querwand (35) des Mischblocks (13, 14) in den Kanal öffnet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Tandemanordnung der Mischblöcke (13, 14) in Längsrichtung zum Vorherdkanal (12) so getroffen ist, daß der Querschlitz (34) des stromaufwärtigen Mischblocks (13) sich in die stromabwärtig gerichtete Blockseitenfläche öffnet und daß der Querschlitz (34a) des stromabwärtigen Mischblocks

(14) sich dem ersten Querschlitz (34) gegenüberliegend in die stromaufwärts gerichtete Querseitenfläche des zweiten Mischblocks (14) öffnet.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der in dem Vorherdkanal (12) angeordneten Mischblöcke (13, 14) geringer ist als der Glasspiegel des in diesem Kanal fließenden schmelzflüssigen Glases.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die in den zylindrischen Durch-, lassen (33) jedes Mischblocks (13, 14) angeordneten Rührwerke ein um eine angetriebene Mittelachse spiralig umlaufendes Mischblatt aufweisen und daß die Rührwerke (43, 44) so betätigt sind, daß das stromabwärtige Rührwerk das über die obere Mischblockfläche des ersten Mischblocks (13) fliessende schmelzflüssige Glas durch den Mischblock (13) nach

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unten pumpt und mischt, derart, daß das Glas am unteren Mischblockauslaß (34) austritt und daß das stromabwärtige , Mischwerk (44) das schmelzflüssige Glas durch den Durchlaß (33) dieses Mischblocks <14) unter Mischwirkung nach oben pumpt, so daß das Glas über die stromabwärtige Oberfläche des Mischblocks (14) abfließt.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts zu dem die schmelzflüssige Glasmischung durch den ersten Mischblock (13) nach unten pumpenden Rührwerk (43) eine Zufuhrleitung (21) angeordnet ist, die die in die Basisglasmischung einzuführende additive Glasmischung beigibt.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Zufuhrleitung (21) unter dem Spiegel der schmelzflüssigen Basisglasmischung liegt.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Hauptschmelzofen getrennte Schmelzeinheit (20) zum Aufschmelzen der die flüchtigen Glasbestandteile enthaltenden additiven Glasmischung vorgesehen ist.

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