DE2553312C3 - Vorrichtung zum seitlichen Führen der sich fortbewegenden Gemengedecke in einem kontinuierlichen Glasschmelzofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum seitlichen Führen der sich ständig vom Beschickungsende in Richtung auf das Austragsende fortbewegenden Gemengedecke in einem kontinuierlichen Glasschmelzofen mit einer durch Seitenwände und Stirnwände begrenzten Schntci/.wanne.

Der bekannte kontinuierliche Glasschmelzofen hat an seinen Stirnwänden eine Beschickungsseite, durch die das pulverförmige Gemenge dem Ofen zugeführt wird und eine Austragsseite, durch die das geschmolzene Glas abgezogen wird. Die öfen werden durch Gas oder öl beheizt, wobei die erzeugten Flammen das Schmelzgut beaufschlagen. Das sich auf die Oberfläche des geschmolzenen Glases abgesetzte Gemengematerial bildet auf der sich ständig vom Beschickungsende in Richtung auf das Auftragsende fortbewegenden Glasschmelze eine Schicht, die als Decke bezeichnet wird.
Die Gemengedecke kann sich über eine beträchtlich

J5 lange Strecke bewegen, bevor sie beginnt, in einzelne Reste, auch als »Schwimmer« bekannt, aufzubrechen. Bei diesem Arbeitsablauf driftet das bekannte austragsseite Ende der Gemengedecke seitlich ab, so daß <js zu einem Kontakt mil einer der Seitenwände des Ofens kommt, was eine Reihe nachteiliger Nebeneffekte auslöst.

So wirkt ungeschmolzenes oder teilweise geschmolzenes Gemengematerial äußerst korrosiv auf das feuerfeste Material der Ofenwände ein, so daß ein Kontakt zwischen der Gemengedecke und einer Seitenwand zu einer Erosion der Seitenwand führt. Die Erosion verkürzt nicht nur die Lebensdauer des Ofens, sondern bewirkt auch, daß viele Teilchen des feuerfesten Materials der Seilenwände in das geschmolzene Glas gelangen, die wegen ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung schwerer schmelzen und im Endprodukt als inhomogene Bereiche oder Defektstellen ercheinen, die auch als »Steine« bezeichnet werden.
Durch die beschriebene Deckendrift werden überdies

γ, die thermischen Bedingungen im Ofen verändert, so daß sich sogenannte »heiße Stellen« im geschmolzenen Glas bilden und damit zu einem ungleichen Zirkulationsmii ster führen. Die Wärmezufuhr bei diesem Ofentyp erfolgt gewöhnlich in Längsrichtung der Mittellinie des

so Ofens, wo sich das ungeschmolzene Gemengemateridl ncjrmalurwQisQ kuiuenlrierl. Wenn sich die Gemenge decke nach einer Seite bewegt, kann ein Bereich des unbedeckten geschmolzenen Glases im Zentrum extrem hohen Temperaturen ausgesetzt sein und überhitzt

6'. werden, wobei heiße Stellen gebildet werden. Wegen der hohen Erhitzungsgeschwindigkeit erzeugen diese heißen Stellen heftige, thermisch bedingte Konvektionsströme in diesen Bereichen des Glases, so daß das durch

sie vom Boden und von den Seiten der Schmelzwanne des geschmolzanen Glases aufgerührte Material zu Verunreinigungen führt, und dadurch die Erosion der Seitenwand zunimmt, gegen die die Gemengedecke gedriftet ist Die Ströme können verursachen, daß sich noch mehr Gemengematerial an einer Seitenwand aufbaut Da sich beim Driften der Decke ein wesentlicher Teil der ungeschmolzenen Menge im kälteren Seitenwandbereich befindet, und viel thermische Energie durUi Überhitzen von solchem geschmolzenen Glas verloren geht, schmilzt das Gemengematerial demzufolge langsamer und weniger intensiv, so daß sich ungeschmolzenes Gemengematerial entlang der Seitenwand immer mehr anhäuft und schließlich dazu führt, daß ein Schmelzen des Glases bis zum Austragsende nicht mehr erreicht wird. Die Gemengedeckendrift führt zu einer erheblichen Verschlechterung der Qualität des hergestellten Glases und/oder setzt den Durchsatz stark herab.

Verschiedene mechanische Drück- oder Abkratzein- >n richtungen wurden in der Vergangenhei' eingesetzt, um die Gemengedecke im Schmelzofen zentriert zu halten. Diese haben sich jedoch nicht bewährt, weil sie nicht effektiv genug arbeiteten und keine gleich.uäßige Qualität des Glases ermöglichten. j-,

Eine derartige Drückvorrichtung ist in der US-PS 32 94 506 beschrieben. Die US-PS 34 95 966 offenbart eine im Zentrum der Gemengedecke angeordnete Kühleinrichtung, mit der das Gemenge in der Mitte des Ofens gehalten wird. Dies macht jedoch den Einsatz jo einer speziellen Gemengezufuhreinrichtung erforderlich, was nicht nur die Betriebskosten erhöht, sondern auch die Leistungsfähigkeit des Ofens herabsetzt, weil viel thermische Energie aus dem Ofen abgeführt wird. Unabhängig davon erfolgt die Ausrichlung der Gemen- j-, gedecke durch die Beeinflussung der Zirkulationsströmungen in der Schmelze, die sich nur selten in der thermisch erwarteten Art und Weise ausbilden. Es ist daher nicht gewährleistet, daß die Gemengedecke die Ofenseitenwände nicht berührt. m

Die US-PS Z7 80 891 offenbart eine in Glasschmelzofen verwendete Eintauscheinrichtung /um Hemmen der Bewegung von schwimmenden Massen, um die Schmelzzone zu verkürzen. Diese Einrichtung schränkt zwar die seitlichen und die Längsbewegungen von Gemengeklumpen ein, ist jedoch nich» dazu geeignet, eine in Längsrichtung des Ofens sich bewegende kontinuierliche Gemengedecke von den Seitenwänden wegzuführen.

In der US-PS 23 00 427 ist ein Glasschmelzofen _w offenbart, bei dem die Gemengedecke deutlich einen Abstand zu den Seitenwinden des Ofens erkennen läßt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Gemenge nur in begrenzter seitlicher Verteilung zugeführt wird und die Temperatur im Schmelzofen derart hoch ist. daß γ, die Gemengedecke nur über eine verhältnismäßig kurze Strecke im Verhältnis zur Ofenlänge erhalten bleibt, so daß sie kaum Gelegenheil hat, in Richtung auf die Ofenwände abzudriften. Wird die Gcnengedecke jedoch über eine längere Strecke im Ofen geführt, so wi wird sie nur bei idealen Strömungsverhallnissen in der Schmelze in der MiUe gehallen. Solche idealen Strömungsverhältnisse können aber bekanntlich bei Glasschmelzofen selten über eine längere Zeit aufrechterhallen werden. Sobald die Strömungen in der hi Schmelze unsymmetrisch zur Ofenachsc verlaufen, besieht die Gefahr, daß die Gemengedecke zu einer der Öfenwände hin abdriftet.

Die US-PS 32 04 787 offenbart Staukörper, die irn Eingriff mit den Seiten einer Gemengedecke stehen. Diese Staukörper sind oberhalb der Glaslinie an den Enden der wassergekühlten Metallrohre befestigt, die sich durch die Einlaßöffnungen erstrecken. Wegen der Haltbarkeit einer solchen Anordnung sind nur kurze Staukörper im Bereich der Einlaßöffnung einsetzbar. Solche Staukörper verhindern in erster Linie, daß sich das Gemengematerial in den Ecken anhäuft Sie ermöglichen zwar auch eine geringe seitliche Begrenzung des vorderen Teils der Decke, dabei ist jedoch der instabilere stromabwärtige Teil völlig frei, so daß er gegen die Seitenwände driftet

Da die Schmelzgeschwindigkeit eines bekannten mit Brennstoff beheizten Ofens von der Widerstandsfähigkeit der Wände gegenüber hochflammigen Temperaturen abhängt, wurde vorgeschlagen, die Schmelzgeschwindigkeit zu erhöhen und den gesamten Ausstoß durch zusätzlich angebrachte elektrisch beheizte EIemente zu vergrößern unterhalb der Oberfläche der Schmelzwanne des geschmolzenen Glases. Solche Heizeinrichtungen bestehen im aiigemeircn aus zwei oder mehr in das geschmolzene Glas eingebrachte Elektroden, zwischen denen ein Wechselstrom fließt, um das Glas durch den Joule-Effekt zu erhitzen. Typische elektrische Heizeinrichtungen sind in den US-Patentschriften 23 97 852, 27 49 378, 27 67 235 und 28 32 958 offenbart. In der US-PS 28 32 958 sind die Elektroden an der Stirnwand angeordnet.

Obwohl derartige Einrichtungen mehi Wärme zum Schmelzen liefern, kann mit ihnen elektrische Energie nicht voll genutzt werden, da die Heizwirkung sich nur auf Teilbereiche des geschmolzenen Glases erstreckt, die in der Nähe der Ofenwände liegen, wodurch eine Erosion der Wände beschleunigt wird. Diese Erosion verkürzt nicht nur die Lebensdauer des Ofens, sondern trägt dazu bei, daß eine größere Menge vor, Teilen des feuerfesten Materials aus den Wänden in das geschmolzene Glas gerät, die wegen ihrer untersi-hiedluhen Zusammensetzung schwerer schmelzen und im Endprodukt als inhomogene Bereiche oder Defektstellen erscheinen, die auch unter der Bezeichnung »Steine« bekannt sind. Nach der Lehre dieser Patente wird eine relativ große Anzahl kurzer Elektroden benutzt, die durch die Ofenwände eingeführt sind. Da die Stromdichte in der Nähe der Elektroden am größten ist, erzeugen alle diese Anordnungen nahe der Wände die höchsten Temperaturen und bewirken daher eine Erosion der angrenzenden Wandgebiete. Die US-PS 23 97 852 sieht vor, daß das durch die Elektroden /u schmelzende Gemengematerial im Beschickungsvorbau erfolgt, bevor es dem Ofen zugeführt wird. Diese Anordnung bringt teilweise geschmolzenes Gemengematerial, das norh k rrosiver als geschmolzenes Glas ist, in direktem Kontakt mil den Wänden des Beschickungsvorbaus. Gleichzeitig werden jxtrem hohe Temperature! für den kleinen Raum des Beschickungsvorbaus benötigt, um ein vollständiges Schmelzen zu erzielen. Die Beschikkungsvorbau-WänJe nach der US-PS 23 97 852 sind daher einer erheblicnen Erosion unterworfen. Nach den bekannten Patenten kann die Erosion verlangsamt werden, indem man die Wandbereiche rings utir jede Elektrode kühlt. Durch das zusätzliche Erhitzen wird jedoch ein beträchtlicher Teil der thermischen Energie verbraucht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung vorzuschlagen, die eine wirksamere seilliche Führunu von kontinuierlichen Gemeneedecken

ermöglicht, ohne die Leistungsfähigkeit des Ofens herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Paar von in Ofenlänfjsrichtung Verlaufenden Begrenzungsstäben, deren Länge mindestens 30% der Länge der Gemengedecke beträgt und von denen je einer im wesentlichen paifallel zu jeder der Seitenwände und im Abstand von dieiser so in der Schmelzwanne gehalten ist, daß seine Oberseite unter die Oberfläche der Glasschmelze eingetaucht ist gelöst.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Begrenzungsstäbe durch Niederhalterohre gehalten, die von oben in den Schmelzofen ragen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die beschickungsseiligen Enden der Begrenzungsstäbe in unmittelbarer Nähe, jedoch in gewissen Abstand von der beschickungsseitigen Stirnwand angeordnet sind und die Begrenzungsstäbe sich von uuf i in Richtung aiii das ÄüSiiägScnuc cfSucCkcfi.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die beschickungsseilige Stirnwand durch die Außenwand des Beschickungsvorbaus gebildet wird und die Begrenzungsstäbe sich mit ihren beschickungsseitigen Enden bis in den Beschickungsvorbau hineinerstrekken.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Begrenzungsstäbe als Elektroden ausgebildet und zum Zweck der Verbindung mit geeigneten elektrischen Anschlüssen durch die beschickungsseitige Stirnwand aus dem Schmelzofen hinausgeführt sind.

Die Elektrodein sind bevorzugt durch die Außenwand des Beschickungiivorbaus hindurchgeführt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die als Elektroden ausgeführten Begrenzungsstäbe außerhalb der beschickungsseitigen Stirnwand gehaltert sind und frei auskragend in die Glasschmelze im Ofenraum hineinragen.

Zum Verhindern einer Oxydation sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Elektroden an ihrer Austrittsstelle unmittelbar außerhalb der beschickungsseitigen Ofenstirnwand mit Schutzumkleidungen versehen.

Eine weitere Ausbildungsform der Erfindung besteht darin, daß sich die austragsseitigen Enden der Begrenzungsstäbe mindestens bis in den Bereich der ersten Brennerölfnungerstrecken.

Bevorzugt erstrecken sich die Begrenzungsstäbe bis über den Bereich der zweiten Brenneröffnung hinaus.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Ber;renzungsstäbe eine Länge aufweisen, die mindestens die Hälfte der Wannenbreite beträgt

Bevorzugt beträgt der seitliche Abstand zwischen den Begrenzungsstäben etwa ²h der Wannenbreite.

Nach einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Begrenzungsstäbe bis zum austragsseitigen Ende der Gemengedecke.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den F i g. 1 bis 5 dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt längs eines typischen Glasschmelzofens einschließlich der Begrenzungsstäbe der vorliegenden Erfindung;

Fig.2 einen horizontalen Schnitt durch denselben Ofen, wie er in F i g. 1 gezeigt ist;

Fig.3 einen Aufriß von Details eines Abschnittes eines Begrenzungsstabes und eines Niederhalterohres;

Fig.4 einen senkrechten Schnitt längs eines typischen Glasschmelzofens, der Begrenzungsstäbe einschließt, die so angewendet werden, daß sie als Elektroden arbeiten;und

Fig.5 einen horizontalen Schnitt durch denselben Öfen, wie er in F i g. 4 gezeigt ist.

Die Beschreibung betrifft einen für die Herstellung von Qualitätsflachglas verwendeten Ofenlyp, der jedoch auch für irgendein kontinuierliches Glasherstellungsverfahreh geeignet ist.

Die Fig. 1, 2, 4 und 5 zeigen in vertikalen bzw. horizontalen Schnitten einen üblichen, kontinuierlich beschickten, seitlich beheizten Glasschmelzofen mit einem Boden 11, einem Dach 12 und Seitenwänden 13 aus feuerfestem Material. Glasgemengematerial 14 wird durch eine Einlaßöffnung 15 in ein Verlängerungsteil 20 des Ofens eingeführt, das als Beschickungsvorbau bekannt ist. Das Gemenge karp entweder diskontmu ieriieh durch eine nichi gezeigte Beschickungseinrichtung eingeführt werden, um eine rückenförmige, auf der Oberfläche des geschmolzenen Glases schwimmende Decke 21 zu bilden, oder es kann kontinuierlich beschickt werden, um eine gleichförmige Decke zu bilden. Am wirkungsvollsten ist es, daß Gemenge über etwa zwei Drittel der zentralen Ofenbreite zuzuführen, um das ungeschmolzene Gemenge in den heißesten Bereichen des Ofens zu konzentrieren und um das Gemenge anfangs mit einem Absland von den Seitenwänden zu halten. Mit dem zusätzlichen Schutz der Seitenwände nach dieser Erfindung kann die Decke in einigen Fällen näher an den Seitenwinden angeordnet sein, wenn dies die thermischen Bedingungen zulassen. Wie die Figuren zeigen, erfolgt die gesamte Vorwärtsbewegung des Glases von links nach rechts von der Beschickungsseite gegen eine in Längsrichtung versetzte Austragsseite 16 am entgegengesetzten Ende des Ofens. Die aus den an den Seitenwänden angeordneten Brenneröffnungen 22 austretenden Flammen beaufschlagen das geschmolzene Glas.

ίο Die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Gemengeführungsschranken bestehen vorzugsweise aus einem Paar von Begrenzungsstäben 23, die sich in Längsrichtung des Ofens und im wesentlichen horizontal zu den Seiten der Gemengedecke erstrecken und unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Glases aufgehängt sind. Die Begrenzungsstäbe können sich von der inneren Endwand 24 des Beschickungsvorbaus von einer tieferen Lage der Einlaßöffnung aus durch den Beschickungsvorbau in das Hauptteil des Ofengehäuses soweit hineinerstrecken, daß eine seitliche Führung der Gemengedecke gewährleistet ist Die Stäbe 23 können aus einem Material bestehen, das bei den Ofentemperaturen stabil ist und keine wesentlichen Mengen an Verunreinigungen durch Erosion in das geschmolzene Glas einführt Viele in der Glasherstellung bekannte keramische, feuerfeste Materialien sind hierfür geeignet jedoch hängt ihr Einsatz von der zuzulassenden Verunreinigungsmenge ab. Ein solches Material ist geschmolzene Kieselerde. Es ist auch möglich, wassergekühlte Metallrohre aus hochtemperaturbeständigen Legierungen zu verwenden, ohne dabei wesentlich die umgebende Glastemperatur zu senken. Voraussetzung für ihre Verwendung ist dabei, daß sie genügend gestützt sind, damit sie nicht absinken können.

Kohlenstoff ist ein Material, das bevorzugt für die Begrenzungsstäbe verwendet wird, da er billig ist außerordentlich hohen Temperaturen widersteht und das Glas nicht verunreinigt Sein spezifisches Gewicht

ist geringer als das des geschmolzenen Glases und schwimmt daher im geschmolzenen Glas* Geeignclc Kohlcnstoffstäbe mit einem hohen Gehalt an Graphit sind im Handel als Industrieclcktroden erhältlich. Diese Stäbe haben meist einen Durchmesser von mehreren Zentimetern und weiden in Längen von mehreren Dezimetern abgegeben. Sie weisen an den Enden Gewkxfe auf, um durch Gewindeschrauben 25, wie die Fig.3 zeigt, miteinander verbunden zu werden; Diese Kohlenstoffsläbe haben meist einen runden Querschnitt, können jedoch auch irgend einen anderen 'Querschnitt aufweisen.

Mittel zum Halten der Begrenzungssläbe können Träger sein, die sich vom Boden, Dach oder von den Seiten des Ofens erstrecken. Sie können Pfeiler aus feuerfestem Material sein oder aus wassergekühlten Metallrohren bestehen. Hohle Stäbe können auch als Träger verwendet werden, wenn sie unterhalb der "cschrnolzcncn Gissoberfläche angeordnet ~ir>d B~vorstäbc Durchmesser von 10 bis 22,5 cm, um Spannen von 6 m oder mehr zu überbrücken. Selbst wenn längere Begrenzungsspannen vorgesehen sind, kann man dies leicht durch Stäbe entsprechend größeren Durchmessers erreichen, Und zwar mit Köhlenslöffsläbcfi, die 61 cm Durchmesser haben und im Handel erhältlich sind. Selbst wenn derartige Durchmesser nicht notwendig sind, ist die Verwendung von Begrenzungsstäben mit einem größeren Durchmesser vorteilhaft, da diese ein größeres Hindernis für die driftenden Gemengemassen darstellen.

Die ausiragsseiiigen Enden der Begrenzungsstäbe 23 können mit der Oberfläche der inneren Endwand 24 in Kontakt stehen oder sie können auch in Buchsen tS eingesetzt werden, die teilweise durch die Wand von innen gebohrt wurden, wodurch die austragsseitigen Niederhalterohre 31 entfallen können. In den meisten Fällen wird es vorgezogen, die Enden der Begrenzungs-

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ziigt sind nur zwei schmale Träger für jeden Begrenzungsstab vorgesehen, um die Zirkulation des geschmolzenen Glases nicht zu unterbrechen oder die Brennerflammc nicht zu behindern. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird jeder Kohlenstoffstab unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Glases von einem Paar von wassergekühlten Nicderhallerohren 30 und 31 gestützt, die aus hochtemperaturbeständigen Legierungen, z. B. aus rostfreien Stahllegierungen, bestehen können. Jedes Niederhalterohr besteht aus einem Innenrohr 32 und einem Mantelrohr 33 (Fig. 3). um kr ,izentrische Gegenstrombahnen für das Kühlwasser vorzusehen. Jedes Niederhalterohr paßt in ein radiales Bohrloch 34 in den Kohlenwasserstoffstäben 23 gleitfest ein.

Die Kohlenstoffstäbc können durch die Einlaßöffnung 15 eingesetzt und schwimmend in Position gebracht werden, so daß jedes Bohrloch 34 mit seinem jeweiligen Niederhalterohr ausgerichtet ist. Hydraulisch oder pneumatisch hin- und hergehende Schieber dienen zum Ausrichten der Stäbe. Die Rohre können dann abgesenkt werden, um die Kohlenstoffstäbe unter die Oberfläche des geschmolzenen Glases einzuschieben, um ihre Oxydation in der gasförmigen Atmosphäre des Ofens zu verhindern. Dies sollte möglichst rasch (d. h. 30 Minuten für jeden Stab) durchgeführt werden, um eine wesentliche Oxydation der Stäbe vor ihrem Eintauchen zu vermeiden. Die Stäbe werden in das geschmolzene Glas ausreichend tief eingetaucht, um die Elektroden gerade noch zu bedecken. Das sind bei einem großen handelsüblichen Ofen ungefähr 2,5 bis 5 cm. Da das Gemenge einige Zentimeter unter die Oberfläche des geschmolzenen Glases einsinkt, kommen die eingetauchten Begrenzungsstäbe mit den unteren Teilen des Gemenges in Berührung und blockieren daher das seitliche Driften des Gemenges. Die maximale Eintauchtiefe der Stäbe wird daher von dem tiefsten Stand des Gemengematerials in der Glasschmelze bestimmt. Vorzugsweise werden die Stäbe horizontal eingesetzt, da sich die Dicke der Gemengedecke beim Fortschreiten des Schmelzens verringert, können die Stäbe geringfügig nach oben geneigt sein, um der Kontur der Unterseite der Gemengedecke zu folgen. Eine derartige Neigung würde normalerweise so gering sein, daß die Begrenzungsstäbe praktisch horizontal liegen.

Die Begrenzungsstäbe sollten eine relativ hohe Strukturfestigkeit besitzen, um die Zahl der notwendigen Träger zu verringern. In großen handelsüblichen Ofen besitzen die bevorzugt verwendeten Kohlenstoff-Endwand 24 anzuordnen, damit diese Stäbe nicht in dem sich zuweilen nahe der kühlen Endwand verfestigenden Glas einfrieren. Dadurch könnte das Auswechseln der Stäbe schwierig werden. Ein Zwischenraum von etwa 15 cm oder weniger kann ausreichen, um das Festsetzen der Stäbe in gefrorenem Glas zu verhindern, jedoch können die Enden der Stäbe beträchtlich weiter unterhalb des Glasstromes angeordnet werden , ohne daß das Führen der Gemengedecke behindert wird. Da die Geniengedecke als relativ kohäsive Einheit wirkt, können die Begrenzungsstäbe nur mit einem Teil der Gemengedecke zusammentreffen und zwar vorzugsweise mit dem austragsseitigen Ende der Gemengedekkc.da dieser Teil am meisten zu seitlichem Driften neigt. Im allgemeinen sollten die Begrenzungsstäbe sich mindestens über 30% der Länge der Gemengedecke erstrecken, um eine ausreichende Führung zu erhalten. Die Gemengedecke wird von der Gemengezufuhreinrichtung der Beschickungsvorbau-Endwand 24 in den F i g. 1 und 2 bis zu dem Bereich gemessen, wo die Decke anfängt, sich in einzelne schwimmende Reste des Gemenges zu teilen. Die austragsseitigen Enden der Begrenzungsstäbe können somit in einem Abstand von mehreren Dezimetern von der beschickungsseitigen Stirnwand angeordnet sein und damit völlig außerhalb des Beschickungsvorbaus liegen.

Die optimale Lage des austragsseitigen Endes jedes Begrenzungsstabes variiert von Ofen zu Ofen und wird wesentlich von der Länge bestimmt, über die sich die Gemengedecke in den Ofen erstreckt, die ihrerseits sowohl von der Größe und den Abmessungen des Ofens als auch von anderen Verfahrensparametern wie Glaszusammensetzung und Ofentemperatur abhängt Obwohl die Begrenzungsstäbe sich vorzugsweise wenigstens bis zum Ende der Gemengedecke erstrekken, können die Begrenzungstäbe auch kurz davor enden, da eine genügende Führung des Gemenges auch durch »Steuern« der Decke entlang eines genügend langen (d. h. mindestens 30%) Teiles des austragsseitigen Endes notwendig ist, um zu verhindern, daß der über die Decke hinausgehende Teil der Begrenzungsstäbe in Kontakt mit den Seitenwänden des Ofens gerät Zusätzliche Schutzmaßnahmen können dadurch erreicht werden, daß die Begrenzungsstäbe bis zu der Stelle verlängert werden, an der das Schmelzen im wesentlichen beendet ist, d. h. einzelne freischwimmende Zusammenbaltungen des Gemenges verschwinden oder daß die Begrenzungsstäbe sich bis zum austragsseitigen Ende der Gemengedecke erstrecken.

Das in den F i g. I und 2 gezeigte Schmelzniuster ist charakcrtistisch für den raschesten Schmelzdurchsatz in einem derartigen Ofen der Flachglasindustrie. Solche öfen haben etwa sechs bis acht Brenneröffnungen 22 an jeder Seite, von denen nur die ersten fünf in den Fi g. 1 und 2 gezeigt sind. Mit den Wärmequellen zum Schmelzen, bei denen auf Abstand angeordnete Brenner an den Seitefiv änden des Ofens angebracht sind, würde die wirksamste Schmelztemperatur erst dann erreicht, wenn das Gemenge eine Anzahl von Brenneröffnungen am EinlaBende passiert hat. Typischerweise bricht die Oemengedecke erst auf, wenn der Bereich gegenüber der dritten oder vierten Brenneröffnung erreicht ist, was fast die halbe Ofenlänge ausmacht. Decken, die nur bis an die zweite Brenneröffnung oder bis zur fünften Brenneröffnung reichen, sind jedoch keine Seltenheit. Obwohl es theoretisch möglich ist, wären extreme Ofenbedingungen erforderlich, wenn die Gemengedekke bereits gegenüber der ersten einer Reihe von Brenneröffnungen, wie F i g. I und 2 zeigen, aufbrechen würde. Mit Bezug auf die Ofenstruktur kann daher allgemein gesagt werden, daß die austragsseitigen Enden der Begrenzungsstäbe nicht näher am Einlaßende als gegenüber dem Bereich der ersten Brenneröffnungsein sollten.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ofentyp mit einem Beschickungsvorbau 20 weist eine typische Ofenanordrung auf, bei dem die horizontale Tiefe des Beschikkungsvorbaus normalerweise nur einen kleinen Teil der Länge ausmacht, die von der Endwand 24 des Beschickungsvorbaus bis zum austragsseitigen Ende der Gemengedecke gemessen wird. Der größere Teil der Gemengedecke würde in einem solchen Falle über den Beschickungsvorbau hinaus in das Hauptteil des Ofengehäuses hineinragen. Die Begrenzungsstäbe sollen sich dabei beträchtlich weit in das Hauptteil des Ofens erstrecken, wobei diese Länge mindestens der horizontalen Tiefe des Beschickungsvorbaus entspricht.

Die Länge der Begrenzungsstäbe von ihren austragsseitigen Enden bis zur Einlaßöffnung sollte etwa die Hälfte der Wannenbreite des Ofens betragen.

Die Begrenzungsstäb" weisen vorzugsweise einen Abstand zu den Seitenwänden des Ofens auf, und liegen den Seiten der Gemengedecke eng an, um die Symmetrie des Schmelzbereiches genau einzuhalten, so daß für eine seitliche Bewegung der Gemongedecke wenig oder gar kein Raum bleibt. Die Begrenzungsstäbe können im allgemeinen parallel zu den Seitenwänden des Ofens angeordnet sein, da aber die Breite der Gemengedecke beim Fortschreiten des Schmelzens abnimmt, können sich die Begrenzungsstäbe ein wenig einwärts neigen, um dem Umriß der Decke näher zu folgen.

Der in den F i g. 1 und 2 gezeigte Ofentyp ist typisch für die übliche Anordnung zur Flachglasherstellung, wonach der Ofen ungefähr 9 m breit ist, mit sieben Brenneröffnungen an jeder Seite in einem Abstand von 3 m von Mitte zu Mitte und 3 m von den Enden hat und einen Beschickungsvorbau aufweist, der sich etwa 1,5 m über die Rückwand erstreckt Die Glastiefe beträgt etwa 1,2 m und die Gemengedecke ist am Einlaß etwa 6 m breit und erstreckt sich bis in den Bereich zwischen dem dritten und vierten Brenner. Ein Paar von Begrenzungsstäben aus Kohlenstoff ist mit 9 m Länge und 225 cm Durchmesser in einem solchen Ofen angeordnet, wobei wassergekühlte, rostfreie Stahiniederhalterohre gebracht werden, um dse Stäbe ungefähr 2,5 cm unterhalb der geschmolzenen Glasoberfläche eingetaucht zu halten. Die Stäbe sind parallel zu den Seitenwinden und im wesentlichen horizontal, wobei die austragsseitigöri Enden einen Abstand von ungefähr 17,5CiTi von der Endwand des Beschickungsvorbaus haben. Mit den Begrenzungssläben entfällt das Vorwärtsschieben des Gemenges von Hand, so daß das Gemenge nicht mehr gegen die Seitenwände driftet. Die Ofentemperatureh werden damit beträchtlich stabilisiert.

to Wie die Fig.4 und 5 zeigen, können die Begrenzungsstäbe als Elektroden zum elektrischen Schmelzen verwendet werden. Der in den Fig.4 und 5 gezeigte Glasschmelzofen ist der gleiche wie in der Fig. I und 2 gezeigte und braucht daher nicht mehr im einzelnen beschrieben zu werden. Die primären Wärmequellen in einem solchen Ofen sind die Brenneröffnungen 22, von denen die Flammen das geschmolzene und ungeschmolzene Glas beaufschlagen. Obwohl zum Schmelzen auch einige Wärme durch Wärmeleitung aus dem geschmolzenen Glas erhalten wird, wird das Gemenge hauptsächlich durch die beaufschlagte Wärme geschmolzen. Da ungeschmolzenes Gemenge als relativ guter Wärmeisolator wirkt, geschieht das Schmelzen hauptsächlich von oben nach unten und ist daher nicht so schnell wie zuweilen erwünscht.

Um mehr Wärme zum Schmelzen zu erhalten, wird mit der in den Fig.4 und 5 gezeigten Anordnung die elektrisch erzeugte Wärme unmittelbar der Unterseite der Gemengedecke durch ein Paar von Elektroden 43 zugeführt, die in den Ofen durch die in der Endwand 24 unterhalb der Einlaßöffnung befindlichen Bohrungen hineinragen. Die Elektroden können aus handelsüblichen Kohlenstoff Stabelektroden bestehen, die einen Durchmesser von mehreren Zentimetern und Längen von mehreren Dezimelern haben und an den Enden mit einem Gewinde versehen sind, so daß sie miteinander verschraubt werden können. Jede Elektrode kann mit einer kleinen axialen Bohrung entlang ihrer Länge versehen sein, so daß die zwischen Glas und Elektrode gebildeten Gase durch den Kohlenstoff in die Elektrode und dann nach außen gelangen, anstelle Blasen im geschmolzenen Glas zu bilden. Obwohl bekannte andere Materialien sich als Elektroden in einem Glasschmelzofen eignen, werden Kohlenstoffstäbe mit einem hohen Gehalt an Graphit, wegen ihrer Stabilität gegenüber hohen Temperaturen bevorzugt. Überdies verunreinigt der durch Erosion freigesetzte Kohlenstoff nicht das Glas, weil das Glasgemenge normalerweise sowieso etwas Kohlenstoff enthält. Die Durchmesser

so der Stäbe hängen insoweit von ihrer Länge ab, als genügend Stabfestigkeit vorhanden sein muß, um der durch den Auftrieb der leichteren Kohlenstoffstäbe im geschmolzenen Glas hervorgerufenen Biegekraft zu widerstehen. So sind z. B. Durchmesser von etwa 15 bis 23 cm ausreichend für Elektroden, die etwa 6 m in das geschmolzene Glas eintauchen, wie es bei einem großen handelsüblichen Schmelzofen der Fall ist. Selbst ein noch tieferes Eindringen von Elektroden kann durch solche mit entsprechend größeren Durchmessern bewerkstelligt werden, d.h. durch handelsübliche Kohlenstoff-Elektroden mit einem Durchmesser von 62 cm.

Um die Zusatzwärme hauptsächlich gegen die kühle Unterseite der Gemengedecke zu leiten, werden die Elektroden vorzugsweise so dicht wie möglich an den Seiten der Gemengedecke angebracht und in das geschmolzene Glas so eingetaucht, daß die Elektroden gerade noch bedeckt sind und ein Oxydieren des

Kohlenstoffes in der Ofenatmos,nhäre verhindert wird. In einem großen handelsüblichen Ofen kann diese Tiefe vorzugsweise 2,5 bis '5 cm betragen. Weil sich das Gemenge mehrere Zentimeter unterhalb der geschmolzenen Glasoberfläche erstreckt, wirken die Elektroden auch als physikalische Schranken gegenüber einer seitlichen Bewegung der Gemengedecke und verhindern somit, daß. das Gemengematerial einen Kontakt mit den Seitenwänden bildet. Die Elektroden können unterhalb der geschmolzenen Glasoberfläche bis an das ungeschmolzene Gemenge eingetaucht werden (in manchen Fällen bis ,tu JO cm), jedoch wird eine Minimahiefe für eine optimale Führung der Decke bevorzugt. Man kann natürlich auf die Vorteile der Führung der Gemengedecke verzichten, indem man die Elektroden tief eintaucht und dabei doch die Vorteile der elektrischen Zusatzheizung beibehält. Auf jeden Fall sollten die Elektroden nicht näher am Boden des Ofens sein, als die halbe Tiefe des geschmolzenen Glases ausmacht, um "in Erodieren des Bodens zu vermeiden.

Die Elektroden sind im allgemeinen parallel zu den Seitenwänden des Ofens und in Kontakt mit den äußeren Kanten des breitesten Teils der Gemengedecke angeordnet. Da die Breite der Gemengedecke beim Fortschreiten des Schmelzens reduziert wird, ist es vorteilhaft, daß die Elektroden leicht nach innen geneigt sind, um mit dem Umriß der Gemengedecke übereinzustimmen. Die Elektroden sind so dicht wie möglich an den Seiten der Gemengedecke anzuordnen, damit die elektrische Wärme unterhalb der Gemengedecke konzentriert und ein stabilier symmetrischer Schmelzverlauf im Ofen aufrechterhalten werden kann. Es ist jedoch auch möglich, die Elektroden weiter als die Breite der Gemengedecke voneinander entfernt anzuordnen, solange wie ein genügender Abstand von den Seitenwänden gehalten, wird, um ein beträchtliches zusätzliches Erwärmen der Seitenwände zu vermeiden.

Vorzugsweise werden die Elektroden so horizontal wie möglich eingesetzt, um das Einsetzen zu erleichtern und einen engen Kontakt der Unterseite der Gemengedecke mit der elektrischen Heizeinrichtung vorzusehen. Da die Tiefe der Gemengedecke bei ihrer Bewegung in Richtung zum Austragsende abnimmt, können die Elektroden um ein paar Grad nach oben geneigt sein, um der allgemeinen Kontur der Unterseite der Decke zu folgen. Sie können in extremen Fällen im wesentlichen auch horizontal liegen.

Die spezifische optimale Länge der Elektroden wechselt von Ofen zu Ofen und wird im wesentlichen durch die Länge der sich in den Ofen erstreckenden Gemengedecke bestimmt, die wiederum von der Größe und der Geometrie des Ofens sowie von verschiedenen anderen Verfahrensparametern (Glaszusammensetzung, Ofentemperatursn usw.) abhängt. Die Elektroden sollen lang genug sein, um die elektrischen Energie über ein verhältnismäßig großes Gebiet nahe der Unterseite eines wesentlichen Teiles der Gemengedecke zu verteilen und vorzugsweise auch eine genügende seitliche Führung der Decke zu gewährleisten, damit der über die Enden der Elektroden hinausgehende Teil der Decke unter normalen Umständen nicht in Kontakt mit den Seitenwänden gerät Im allgeneimen sollten die Elektroden mindestens 30% bis 100% vorzugsweise 50% bis 75% der sich in den Ofen erstreckenden Geniengedecke betragen von der Einführungsstelle des Gemenges bis zu der Zone, bei der die Decke sich in einzelne schwimmende Reste des Gemenges aufzulösen beginnt. Jedoch können sich die Elektroden über das Ende der Gemengedecke hinaus über eine beliebige Länge erstrecken, wenn ein zusätzlicher Schutz der Seitenwände vor dem schwimmenden Gemenge erwünscht ist. Zum Beispiel können die Elektroden in einen Ofenbereich hineinreichen, wo das ganze Gemenge, einschließlich der Schwimmer, geschmolzen isi, oder sie können sich über die ganze Länge des Ofens erstrecken. Längen, die mit dem Hauplteil der Gemengedecke übereinstimmen, sind vorzuziehen, da die eingebrachte elektrische Energie wirksamer ausgenutzt wird, während gleichzeitig bedeutende Verbesserungen in der Führung des Gemenges erzielt werden.

Andere Gesichtspunkte zum Bestimmen einer geeigneten Länge für die Begren/ungsstäbe wurden schon im

Zusammenhang mit den Ausführungsformen der F i g. 1 und 2 erläutert, die auch für die Begrenzungselektroden der F i g. 4 und 5 gelten.

Als ein spezifisches Beispiel für eine elektrisch beheizte Ausführungsform wird ein Ofen des Typs ;iach F i g. 4 und 5 angesehen, dessen Größe und Proportionen typisch für eine handelsübliche Installation zur Flachglasherstellung sind, wobei der Ofen 9 m breit ist, sieben Brenneröffnungen an jeder Seite aufweist, die einen Abstand von 3 m von jedem Zentrum und 3 m von den Enden haben, der Beschickungsvorbau sich etwa 1,5 m über die Rückwand erstreckt, die Glastiefe ungefähr 1,2 m und die Gemengedecke ungefähr 6 m breit ist und sich bis in den Bereich zwischen dem dritten und vierten Brenner erstreckt. In solch einem Ofen können befriedigende Ergebnisse mit einem Paar von Elektroden von 15 cm Durchmesser erzielt werden, die sich 4,5 m von der Endwand des Beschickungsvorbaus erstrecken. Eine bevorzugte Ausführungsform würde sich in diesem Fall bei einem Elektrodendurchmesser von 21,5 cm ind einer Ausdehnung über 6 m ergeben. Eine Ausdehnung der Elektroden auf 9 m oder mehr kann einen zusätzlichen Schutz für die Wände gegenüber einem Kontakt mit dem Gemenge darstellen. Die Elektroden in jedem dieser Beispiele sind 1,5 m oder '4 der gesamten Breite voii den Seitenwäncten entfernt angeordnet.

Wie die F i g. 4 und 5 zeigen, sieht eine bevorzugte Anordnung für die Elektroden vor, daß die Elektroden 43 ein beträchtliches Stück aus dem Ofen hinao-'agen, wobei die elektrischen Verbindungen durch Anschlüsse 50 und Kabel 51 hergestellt werden, jede Elektrode ist an der Endwand des Beschickungsvorbaus mit einer Hülle 52 versehen, dlie an ihrem äußeren Ende zugeschmolzen ist und mit einem inerten Gas und/oder reduzierenden Gas unter Druck gesetzt wird, damit eine Oxydation der Kohlenstoffelektroden verhindert wird, die durch an den heißen Teilen der Elektroden durchgedrungene Luft verursacht werden könnte. Wassergekühlte ringförmige Kühler 53 um jede Hülle 52 am Wandende sorgen zusätzlich dafür, daß die Elektroden nicht oxydieirt werden. Die Hüllen 52 und die Kühler 53 können in eine Gegenbohrung, die einen Teil der Wandstärke der Wand 24 einnimmt, eingesetzt werden, um die Elektroden vor der Sauerstoffwanderung durch das feuerfeste Material der Wand zu schützen. Jede Elektrode ist mit zwei Stützen 54 versehen, die einen Abstand voneinander haben. Hierdurch wird die auf die Bohrungen und die verschiedenen Verbindungen zu den Elektroden ausgeübte Hebelkraftwirkung, die durch die große, nicht gestützte Länge jeder Elektrode innerhalb des Ofens entsteht ausgeschaltet. Die Stützen 54 können von dem durch die Elektroden geleiteten elektrischen Strom

durch isolierendes feuerfestes Material zwischen jeder Stütze und Hülle 52 an den Kontaktenden isoliert werden. Für lange Eiektroden ist eine zusätzliche vertikale Beschränkung mit wassergekühlten Niederhaltestäben vorgesehen, die sich vom Dach des Ofens erstrecken und L\ Eingriff mit den austragsseitigen Enden der Elektroden treten.

Der elektrische Strom für die Elektroden ist vorzugsweise einphasiger Wechselstrom, obwohl vielphasiger Strom auch benutzt werden kann, wenn mehr als zwei Elektroden installiert sind. Der Stromverbrauch kann je nach den ökonomischen Bedingungen, Ofeugröße und der Menge der gewünschten Zusatzwärme in weiten Grenzen schwanken. Ein Verbrauch von wenigen hundert bis zu vielen tausend Kilowatt ist für is große handelsübliche Öfen typisch. Die Stromdichte ist vorzugswe^e auf weniger als 0,31 Ampere/cm² an der Oberfläche der Eiektroden begrenzt, um nicht unnötig die Glastemperatur zu erhöhen, die eine Ofenwanderosion hervorrufen würden.

Der mit der vorliegenden Erfindung erreichte technische Fortschritt besteht darin, daß mit Hilfe der vorgeschlagenen Begrenzungssläbe eine wirksame seitiiche Führung der Gemengedecke auf dem geschmolzenen Glas erreicht wird. Die Begrenzungsstäbe ermöglichen es, daß die Heizbedingiuigen im Ofen gleichmäßig aufrechterhalten werden können und verhindern eine Erosion, wenn das Gemenge mit den Seitenwänden in Kontakt kommt. Die Begrenzungsstäbe haben weiter den Vorteil, daß sie auch als Elektroden für eine zusätzliche Beheizung des Schmelzgutes eingesetzt werden können und damit bessere Schmelzbedingungen schaffen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zum seitlichen Führen der sich ständig vom Beschickungsende in Richtung auf das Austragsende fortbewegenden Gemengedecke in einem kontinuierlichen Glasschmelzofen mit einer durch Seitenwände und Stirnwände begrenzten Schmelzwanne, gekennzeichnet durch ein Paar von in Ofenlängsrichtung verlaufenden Begrenzungsstäben (23), deren Länge mindestens 30% der Länge der Gemengedecke beträgt und von denen je einer im wesentlichen parallel zu jeder der Seitenwände (13) und im Abstand von dieser so in der Schmelzwanne gehalten ist, daß seine Oberseile unter die Oberfläche der Glasschmelze (21) eingetaucht ist

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsstäbe (23) durch Niederhalterohre (30) gehalten sind, die von oben in den Schmelzofen ragen.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beschickungsseiiigen Enden der Begrenzungsstäbe (23) in unmittelbarer Nähe, jedoch in gewissem Abstand von der beschickungsseitigen Stirnwand angeordnet sind und die Begrenzungsstäbe (23) sich von dort in Richtung auf das Austragsende erstrecken.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 für einen Glasschmelzofen mit einem beschickungsseitig vorgelagerten Beschickungsvorbau, dadurch gekennzeichnet, daß die beschickungsseitige Stirnwand durch die AuE nwand (24) des Beschickutigsvorbaus (20) gebildet wird und di«» Begre-vungsstäbe (23) sich mit ihren besehickungsseitigen Enden bis in den Beschickungsvorbau (20) hineiner^recken.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsstäbe als Elektroden (43) ausgebildet und zum Zweck der Verbindung mit geeigneten elektrischen Anschlüssen (51 bis 54) durch die beschickungsseitige Stirnwand aus dem Schmelzofen hinausgeführt sind.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 3 für einen Gasschmelzofen mit einem Beschickungsvorbau, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (43) durch die Außenwand (24) des Beschickungsvorbaus (20) hindurchgeführt sind.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder b, dadurch gekennzeichnet, daß die als Elektroden (43) ausgeführien Begrenzungsstäbe außerhalb der beschikkungsseitigen Stirnwand (24) gehaltert sind und frei auskragend in die Gasschmelze im Ofenraum hineinragen.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden an ihrer Austrittsstelle unmiitelbar außerhalb der beschickungsseitigen Ofenstirnwand (24) mit Schutzumkteidungen (53) zum Verhindern einer Oxydation versehen sind.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Glasschmelzofen mil einer Reihe in den Seitenwänden angeordneter Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß sich die auslragsseitigen Enden der Begrenzungsstäbe (23) mindestens bis in den Bereich der ersten Brenneröffnung erstrecken.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Begrenzungsstäbe (23) bis über den Bereich der zweiten Brenneröffnung hinaus erstrecken.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsstäbe (23, 43) eine Länge aufweisen, die mindestens die Hälfte der Wannenbreite beträgt.

   IZ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   11, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abstand zwischen den Begrenzungsstäben (23, 43) etwa Vi der Wannenbreite beträgt

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   12, dadurch gekennzeichnet daß die Begrenzungsstäbe sich bis zum austragsseitigen Ende der Gemengedecke erstrecken.