DE2552116C3

DE2552116C3 - Verfahren zur Herstellung von Produkten aus Borglas und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2552116C3
Application number: DE2552116A
Authority: DE
Inventors: Max Gene Chrisman; Magnus Laird Froberg; Gary Walter Columbus 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: 1980-01-17
Also published as: FR2291947A1; DK530175A; IT1049921B; ZA757110B; SE7513048L; AR208732A1; ES442924A1; BE835871A; DD123080A5; AU499562B2; FI753306A; CA1069307A; DE2552116A1; GB1508167A; TR19059A; DE2552116B2; IL48480A0; JPS5230815A; AU8671275A; NO753958L

Description

Bestandteil	Gewichtsprozent
SiO₂	69,0
AI₂O₃	4,5
CaO	M
MgO	3.9
K₂O	1,1
Na₂O	12,3

und daß eine Dotierungsschmelze mit der nachstehenden Zusammensetzung erschmolzen wird:

Bestandteil Gewichtsprozent

Na₂O
B₂O₃

32,0 67,0

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekentizeichnet, daß ein Grundglas mit der nachstehenden Zusammensetzung erschmolzen wird:

Bestandteil Gewichtsprozent

SiO₂	60,0
Al₂O₃	16,3
CaO	23,7

tind daß eine Dotierungsschmelze mit der nachstehenden Zusammensetzung erschmolzen wird:

Bestandteil Gewichtsprozent

B₂O₃	87,5
F₂	6,25
Na₂O	6,25

SiO₂

Al₂O₃

CaO

62,0
15,0
23,0

und daß eine Dotierungsschmelze mit der nachstehenden Zusammensetzung erschmolzen wiru:

Bestandteil	Gewichtsprozent
SiO₂	13,0
CaO	12,9
Al₂O₃	123
B₂O₃	54,0
F₂	3,9
Na₂O	3,9

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche ! bis 5, mit einer Einrichtung zum Zuführen der Dotierungsschmelze zum Vorherd, mit zwei in Bewegungsrichtung der Schmelze hintereinander stromab der Zuführeinrichtung für die Dotierungsschmelze angeordneten Rührern, die in Rührkammern angeordnet sind, welche über e?aen sich längs des Bodens des Vorherdes erstreckenden Kanal miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührer (43, 44) in zylindrischen vertikalen Ausnehmungen getrennter, in Bewegungsrichtung der Schmelze unter Abstand angeordneter Mischblöcke (13,14) angeordnet sind; und daß die zugleich Wehre darstellenden Mischblöcke (13, 14) unter dem Normalpegel (38) der Schmelze im Vorherd enden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischbiöcke (13, 14) in den einander zugewandten Wänden jeweils einen mit der zylindrischen Ausnehmung kommunizierenden transversalen Schlitz (34,34a,) aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (34, 34a) aer Mischblöcke (13,14) fluchten.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (21) für die Dotierungsschmelze stromauf des oberen Randes der zylindrischen Ausnehmung des stromauf gelegenen Mischblockes (13) angeordnet ist.

10. Vorrichtuwg nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabeöffnung der Zuführeinrichtung (21) für die Dotierungsschmelze unter dem Normalpegel (38) der Grundglasschmelze liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundglas mit der nachstehenden Zusammensetzung erschmolzen wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Produkten aus Borglas, bei dem die Ausgangsmaterialien in eine erste Charge, welche Grundglasbestandteile enthält, und eine zweite Charge, welche B₂Oj-haltige Zuschläge enthält, unterteilt werden, die erste Charge in einem Schmelzofen zu einer Grundglasschmelze aufgeschmolzen wird und die zweite Charge getrennt zu einer Dotierungsschmelze aufgeschmolzen wird und im Vorherd des Schmelzofens unter Rühren der Grundglasschmel/c hinzugefügt wird.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer

Einrichtung zum Zuführen der Dotierungsschmelze zum Vorherd, mit zwei in Bewegungsrichtung der Schmelze hintereinander stromab der Zuführeinrichtung für die Dotierungsschmelze angeordneten Rührern, die in Rührkammern angeordnet sind, weiche über einen sich längs des Bodens des Vorherdes erstreckenden Kanal miteinander verbunden sind.

Bisher wurden schmelzflüssige Glasmischungen dadurch hergestellt, daß man in formelmäßiger Menge und Zusammensetzung ein die Ausgangsmaterialien enthal- ι ο tendes 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 kontinuierlichen Prozeß, itobei die Schmelzeinheit oder der Schmelzofen ein Reservoir geschmolzener Bestandteile enthält, in welches die Gemengeteile 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 de,· neu hinzukommenden Gemengebestandteile zu gewährleisten.

Bei diesen Verfahren, bei denen die gesamte Glasschmelze in einem Schmelzofen hergestellt wird, sind auch Schmelzverfahren bekannt, bei denen der Glasschmelze verschiedene Zusätze zugegeben werden, nachdem diese den eigentlichen Schmelzofen verlassen hat (DE-OS 20 08 017, US-PS 29 55 948 und US-PS 34 82 955). Es handelt sich dabei um Zusätze zum Entfärben des Glases, wie dies beispielsweise bei eisenhaltigem Glas notwendig ist. Dazu sind in der Regel außerordentlich kleine Zusatzmengen notwendig, so daß auc': bei diesem Vei fahren praktisch die gesamte Glasschmelze im eigentlichen Glasschmelzofen erschmolzen wird.

Auch in diesen Fällen muß die Temperatur im Schmelzofen so hoch sein, daß auch die neu hinzukommenden Gemengebestandteile mit der Schmelze reagieren können.

Daher entweichen geschmolzene Bestandteile, die bei Temperaturen unterhalb der aufrechterhaltenen Ar- bo beitstemperatur 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 d'e formelmäßige Zusammensetzung μ 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 Verwei'zeit 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 Glasschmelzverfahren 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 stark korrosiv sind und weil sie umv -iltverschmutzend wirken.

So enthalten beispielsweise schmelzflüssige Glasmischungen, die für die Herstellung von Glasfasern oder Glasfaden geeignet sind, üblicherweise flüchtige Bestandteile wie Boroxyde (B2O3), Fluor (F2) und Natriurnborat (Na2O · χ Β2Ο3). Diese Bestandteile verflüchtigen sich nicht nur bei den herrschenden Arbeitstemperaturen 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.

Piese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Herstellen von Glasfasern ius Borglas zu der ersten Charge diejenigen der Ausgangsmaterialien gegeben werden, die lange im Schmelzofen verbleiben können, und daß zu der zweiten Charge diejenigen der Ausgangsmaterialien gegeben werden, die leicht flüchtig oder chemisch aggressiv sind.

Eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung geht aus von der eingangs genannten Vorrichtung und besteht erfindungsgemäß darin, daß die Rührer in zylindrischen vertikalen Ausnehmungen getrennter, in Bewegungsrichtung der Schmelze unter Abstand angeordneter Mischblöcke angeordnet sind; und daß die zugleich Wehre darstellenden Mischblöcke unter dem Normalpegel der Schmelze im Vorherd enden.

Allgemein betrifft daher die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung schmelzflüssiger Glasmischungen, wobei die Bestandteile in zwei oder mehr Gruppen klassifiziert sind; jede Gruppe enthält Bestandteile, die ähnliche reaktive F.igenschaften 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 katalytische 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 nächsthöheren oder nächstniedrigen Gruppe erstrecken. So können beispielsweise zwei Bestandsteilgruppen einen gemeinsamen Bestandteil umfassen.

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

in macht es nicht langer 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 Haiiptschmelzofen eine weniger feindliche oder chemisch angriffslustige Gemengemischung formulieren, ohne daß sich bezüglich der schmelzflüssigen Endglasmischung die bisher gültigen Einschränkungen ergeben müssen. Das schmelzflüssige Glas kann nun im wesentlichen stromabwärts zum Hauptschmelzbcreich noch modifiziert werden, wobei man eine schmelzflüssige Glasmischung enthält, die unterschiedliche Merkmale bzw. Formeigenschaften aufweist.

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

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren sowie Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungs-

51.[11ICUl[LM /.U ClTlCf 5LIIMICI/.I IU»lgCII

gelangt, die die gewünschten Eigenschaften aufweist.

Wendet man beispielsweise die erfindungsgemäßen Grundsätze auf die Herstellung einer Siliziumoxyd (SiO₂), Aluminiumoxyd (AI2OJ), Calciumoxyd (CaO), Boroxyd (B₂O₃), Fluor (F₂) und Natriumoxyd (Na2O) enthaltenden schmelzflüssigen und zu F'asern oder -'"> Fäden verarbeitbaren Glasmischung an, dann lassen sich hier zwei Schmelzgruppen identifizieren. Die hochflüchtigen Bestandteile B₂O₃, F₂ und Na₂O ■ χ B₂Oj werden bevorzugt zusammen als eine die flüchtigen Bestandteile aufweisende Oxydgruppe gruppiert. Die «> verbleibenden Bestandteile SiO₂, AI₂O₃, Na₂O 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-Kalk- ι·"> glas, eine Glasmischung, die in der Glasindustrie üblich ist.

Entsprechend einer erfindungsgemäßen 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 GruDoe als schmelzflüssige Basisglasmischung in einem kontinuierlich arbeitenden Glasschmelzofen, wie er bei der glasherstellenden 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 Bp^isglasmischung an irgendeiner geeigneten 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 werden oder auch, falls gewünscht, an jedem sonst bevorzugten oder sonstwie vorteilhaften Ort längs des Vorherdkanais, der für die Verteilung des erhitzten Giasgutes sorgt.

Das erfindungsgemäße Giasherstellungsverfahren L/LI3(riLI3

T LfI I IL 11IU I Ig /.Ul UUl L 111 Ul 11 U 1 Ig

Verfahrens anhand der Zeichnung im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines das erfindungsgemäße Verfahren durchführenden Glasherstellungssystems,

Fig. 2 in perspektivischer Schnittdarstellung den allgemeinen Aufbau einer bevorzugten V'orherdanordnung mit Mischsystem zur Durchführung der Erfindung,

F i g. 3 ir. Draufsicht den Mischbetrieb im Vorherdkanal,

F i g. 4 eine geschnittene Seitenansicht der Darstellung der F i g. 3 längs der Linie 4-4, dis auch das sich im Querschnitt ergebende Glasflußmuster angibt und

Fig. 5 eine geschnittene Querai,sieht entlang der Linie 5-5, wobei in stromaufwärtiger Richtung geblickt wird.

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	Gewichtsprozente
SiO₂	61,5
AI₂O₃	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 B₂O₃. Bezogen auf die Gegenwart von Natriumborat läßt sich diese schmelzflüssige Glasmischung noch wie folgt spezifizieren.

Bestandteile	Gewichtsprozente
SiO₂	61,5
AI₂O₃	4.0
CaO	8,0
MgO	3,5
K₂O	1.0

Na₂O

Na₂O")

B₂O,")

11.0
3.5
7,5

**) Natriumborat-Bestandteile

Entsprechend einer erfindungsgemäßen Maßnahme können die Bestandteile der Glasmischung in die zwei folgend,■'<Schmelzgruppen klassifiziert werden:

Gruppe I (nichtflüchtige Bestandteile)

25 52 116	lahme	Bestandteile	8
	2 zwei	SiO₂	Gewichtsprozente
		AI₂O₃	55,0
		CaO	15,0
_r		B₂O,	22,0
	F₂	7,0
Na₂O	0,5
	0,5

Bestandteile	Gewichtsprozente
SiO₂	69,0
Al₂Oj	4,5
CaO	9.0
MgO	3,9
K₂O	1,1

Gruppe Il (flüchtige Bestandteile)
Bestandteile Gewichtsprozente

Na₂O
B₂O₁

32.0
67,0

ίο

25

Die die Gruppe I umfassende Mischung kann als ein »Natrium-Calcium-Kieselsäure-Glas« identifiziert werden, ein Glas, welches stark Tafel- oder Spiegelglasmischun^n ähnelt, welches zwar zu Fasern oder Fäden ausgezogen werden kann, jedoch als isolierende Glaswolle ungeeignet ist. Ein solihes Glas läßt sich jedoch weniger umweltfeindlich und mit weniger Schwierigkeiten herstellen, als die oben angegebene, sich auf eine isolierende Glaswollemischung beziehende Gesamtformel.

Die Mischung der Gruppe Il is: 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 werden die Natriumboratbestandteile der Gruppe Il 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 ausmachen, 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 Umweltbelastung durch diese flüchtigen Bestandteile klein zu halten oder zu beseitigen.

Da das »Natrium-Calcium-Kieselsäure-Glasgemisch« der Gruppe I, wie es im folgenden lediglich noch bezeichnet werden soll, annähernd nur halb so korrosiv ist wie die weiter vorn angegebene Glasmischung zu Isolierwolleherstellung, kann man eine um 100% vergrößerte Lebensdauer der Auskleidung der Schmelzeinheit, d. h. des Glasschmelzofens und sonstiger, hierzu gehörender Teile erwarten.

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

50

55

60

Die in dieser Glasmischung enthaltenen flüchtigen Bestandteile von Bedeutung sind B₂Oj, F₂ und Na₂O. 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

SiO₂

AI₂O)

CaO

60,0
16,3
23,7

Gruppe Il (flüchtige Bestandteile)
Bestandteile Gewichtsprozente

B₂O,	87,5
F₂	6.25
Na₂O	6,25

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-Al₂Oj-SiO₂-Systems zu erhalten.

Bestandteile Gewichtsprozente

SiO₂	62,0
AI₂O₃	15,0
CaO	23,0

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

Bestandteile	Gewichtsprozente
SiO₂	13,0
CaO	12,9
AI₂O₃	12,3
B₂O₃	54,0
F₂	3,9
Na₂O	3,9

Indem man daher die Bestandteile der schmelzflüssigen Textilglasmischung selektiv gruppiert, erzielt man

eine eutektische Basisglasmischung, wodurch sich die Arbeitstemperatur der Hauptschmelzwanne oder des Hauptschmelzofens absenken läßt. Darüber hinaus erlaubt eine solche Formulierung die Verwendung preiswerter roher Ausgangsmaterialien, beispielsweise Kolemanit, als Teilquelle für B2O3, so daß sich der Bedarf für die teurere Borsäure reduziert.

Im folgenden wird anhand der F i g. I bis 5 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen 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 Fig. I läßt sich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Herstellung von Glasfasern nach erfindungsgemäßen Grundprinzipien entnehmen.

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, 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 Fig.2 läßt sich in einer schematisch-perspektivischen 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 Fig.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 Vorherdkanai. 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.

Der Mischblock 13 erstreckt sich quer über rien Vorherdkanai, wobei seine stromaufwärtige Flache 31 als Barriere oder Damm für den Fluß des schmelzflüssigen Basisglases wirkt Von der oberen Fläche 32 des

Mischblocks 13 erstreckt sich ein zylindrischer Rühroder 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 Vorherdkanai erstreckt und sich an der stromabwärtigen Außenfläche 35 des Mischblocks in den Vorherdkanai 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 36/ und 36r, die über eine im Winkel verlaufende Fläche 37/ und 37r verlaufen, die von den Seitenwänden des Vorherdkanals zu dem Vorherdkanalboden geneigt sind und daher in Kombi-

der sowohl mit dem Schlitz 34 des Mischblocks 13 als auch mit dem Schlitz 34a des Mischblocks 14 in Verbindung steht.

Den Fig.3 und 4 lassen sich Darstellungen der Mischzone in Draufsicht und in einer Querschnittsdarstellung entnehmen; dabei sind nunmehr in den Mischblöcken 13 und 14 Rührwerke 32 und 44 vom Schrauben- oder Spiraltyp angeordnet. Die genaue Ausbildung dieser Rührwerke 43 und 44 ist so getroffen, daß, wie in den Fig.3 und 4 gezeigt, um eine zentrale Achse ein spiralförmig verlaufendes Mischblatt gewikkelt ist (mit entsprechender Steigung), dabei sind dann die zentralen Achsen in geeigneter Weise, wie die Pfeile in den Fig.3 und 4 angegeben, 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 Basisglasmischung, über den Blockoberteil und in den Bereich zu fließen, der unter dem Einfluß des Rührwerks 43 steht. Unmittelbar stromauf· ärts zum Rührwerk 43 wird über die in F i e. 3 und 4 dareestellte Leitung 21 die schmelzflüssige 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 die schmelzflüssige additive Mischung unter der Oberfläche oder dem Spiegel der fließenden Basisglasmischung zugegeben, wie die

so Darstellung der Fig. 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 36/ 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 F i g. 4 angibt, gelangt auch ein Teil der aus dem Schlitz 34 austretenden, schmelzflüssigen Mischung nach oben und wird in den Mischblock 13 erneut hineingesaugt, so daß sich über das Mischwerk 43 auch ein zyklischer Umlauf eines Teils der Glcsmisohung 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 gepumpl wird, dies alles unter der Einwirkung des Rührwerks 44. Die dann über die obere Fläche des Mischblocks 14 fließende und dort austretende Mischung ist die endgültige schmelzflüsj.ige Glasmischung. Dabei fließt auch hier wieder ein Ί eil 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 den Pfeil 47 angegebene Mischungsteil fließt stromabwärts zu der Verteileranordnung des Vorherds 17. Diese rückwärts gerichteten Fließmuster, entsprechend den Pfeilen 45, 46 u;id 48, bewirken das natürliche Auftreten eines iiiCuiäiiigcii U/.W. Vüii iiüSäigcil oilmen gcuiiucicii 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 F i g. 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 r'rukturmäßig, also mit Hilfe von baulichen Veränderungen ein Damm am oberen Teil des Mischblockes 13 in der Weise aufbauen, daß ein Fluß des ungemischten Basisglases durch den Mischblock 13 sichergestellt ist.

ίο 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

r> Verfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung, nicht nur die Formulierung spezifischer Basisgläser zur Verbesserung gesamtwirtschaftlicher Gesichtspunkte bei der Glasherstellung, sondern es können nunmehr aUCi'i inKiMiUunügc ucäiäilüiciic, wie üciSpiciSwciSc Wasser, der schmelzflüssigen Glasmischung beigegeben werden odei' es können Glasmischungen formuliert werden, die solche Bestandteile enthalten. Dies kann für bestimmte Anwendungsfälle von höchster Nützlichkeit sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Produkten aus Borglas, bei dem die Ausgangsmaterialien in eine erste Charge, welche Grundglasbestandteile enthält, und eine zweite Charge, welche B₂O₃-haltige Zuschläge enthält, unterteilt werden, die erste Charge in einem Schmelzofen zu einer Grundglasschmelze aufgeschmolzen wird und die zweite Charge getrennt zu einer Dotierungsschmelze aufgeschmolzen wird und im Vorherd des Schmelzofens unter Rühren der Grundglasschmelze hinzugefügt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen von Glasfasern aus Borglas zu der ersten Charge diejenigen der Ausgangsmaterialien gegeben werden, die lange im Schmelzofen verbleiben können, und daß zu der zweiten Charge diejenigen der Ausgangsmaterialien gegeben werden, die leicht flüchtig oder chemisch aggressiv sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Charge so zusammengestellt wird, daß ein eutektisches Grundglas erhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundglas mit der nachstehenden Zusammensetzung erschmolzen wird:

Bestandteil

Gewichtsprozent