DE2624122A1

DE2624122A1 - Verfahren zur herstellung von alkalimetallsilikatglas

Info

Publication number: DE2624122A1
Application number: DE19762624122
Authority: DE
Inventors: Frank J Lazet
Original assignee: PQ Corp
Current assignee: PQ Corp
Priority date: 1975-05-29
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1976-12-16
Also published as: AU498402B2; GB1527155A; ATA396576A; AT371420B; AU1439876A; MX143241A; FR2312461B1; FR2312461A1; ES448373A1; JPS51146509A; IT1061326B

Description

Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsilikatglas

Lösliche Alkalimetallsilikatgläser und die meisten anderen Gläser werden hergestellt, indem man die Rohstoffe in einen auf mindestens 1O93°C erhitzten Ofen füllt. Dort werden die Rohstoffe geschmolzen und unter Bildung einer Silikatglasschmelze umgesetzt. Die Rohstoffe werden im allgemeinen als Gemenge bezeichnet und bestehen bei der Hersteilung von löslichen Silikatgläsern im wesentlichen aus einer Natriumquelle, wie Natriumcarbonat, und einer Siliciumdioxidquelle, wie Sand. Das Gemenge wird in den Ofen gefüllt und schwimmt auf dem geschmolzenen Glas, bis es selbst schmilzt und zu einem Teil der Glasschmelze umgesetzt wird. Die das Gemenge bildenden Rohstoffe weisen unterschiedliche Dichten auf. Daher besteht während des Einfüllens und während der Behandlung im Ofen vor dem Schmelzen die Tendenz zu Absonderungserscheinungen. Die Absonderung im Ofen wird teilweise durch COp-Bläschen hervorgerufen, die von der Soda freigesetzt werden und durch das nicht umgesetzte und unge-

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achmolzene Gemenge hochsteigen. Uneinheitliche Produkte und Verlust an Rohstoff können auch bei öl- oder gasgefeuerten Öfen durch rasch durchströmende Yerbrennungsgase hervorgerufen werden. Hiese Gasströme von hoher Geschwindigkeit reißen Rohstoff teilchen mit, im allgemeinen die leichtere Soda, und verbringen sie außerhalb des Ofens oder in verschiedene Teile des Ofenoberbaus. Im allgemeinen wird in der Praxis die Schmelze ruhig gehalten, mit Ausnahme von geringfügigen Konvektions-Strömungen, die zwischen einzelnen, verschiedene Temperaturen aufweisenden Bereichen innerhalb des Ofens auftreten. Die Wirkung dieser Konvektionsströmungen ist recht begrenzt. Ein Weg zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten besteht darin, das Schmelzen bei höheren Temperaturen und über eine längere Zeit hinweg durchzuführen, wodurch die Wirkung von Konvektionsströmungen erhöht und ein etwas homogeneres Produkt erhalten wird. Dieses in der Glasindustrie allgemein praktizierte Verfahren bringt aber einen beträchtlichen Mehraufwand an Energie mit sich.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Herstellung von löslichen Silikaten besteht in der Verminderung der Teilchengröße des gebildeten Glases. Im allgemeinen sind lösliche Silikatgläser zäh und gegen Zerbrechen beständig, so daß sie zermahlen oder nach anderen Verfahren zu kleinen Glasteilchen, die sich schneller lösen, zerkleinert werden müssen. Diese Verfahren sind aber ebenfalls energieaufwendig und bewirken ein Einschleppen von Verunreinigungen in die gemahlenen Produkte und in die daraus hergestellten lösungen.

Eine Schwierigkeit, die in der Glasindustrie eine große Rolle spielt, aber bei der Herstellung von löslichen Silikaten keine Bedeutung hat, besteht in der Entfernung von Gasblasen aus dem Glas. Diese Gasblasen, die aus CO₂ oder Luft bestehen können, werden hauptsächlich aufgrund der viskosen Beschaffenheit des Glases nicht spontan aus dem Glas abgetrennt. Dieses hauptsächlich beim Läutern von Glas auftretende Problem, kann dadurch beseitigt werden, indem man Dampf und anschließend Sauer-

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stoff durch die Glasschmelze bläst, um die festgehaltenen Gasblasen zu entfernen; vgl. US-PS 2 331 052. Aus der US-PS " 3 015 190 ist ein ähnliches Verfahren zum Läutern und in diesem Fall zum Mischen von geschmolzenem Glas bekannt, bei dem Gase, einschließlich Dampf, mittels einer Leitung durch einen sehr begrenzten Teil des geschmolzenen Glases geblasen werden. Bei den Verfahren beider Literaturstellen wird eine begrenzte Anzahl von Blasenbildnern direkt in einer Zone von geschmolzenem Glas, die unter der Einwirkung eines Brenners steht, verwendet. Bei diesen Verfahren ist die Blasenbildung relativ langsam. Ferner verbleiben die Dampf- und/oder Sauerstoffblasen nicht im Glas, nachdem dieses aus dem Ofen entnommen und abgekühlt worden ist. Bei einem weiteren Verfahren unter Verwendung von Dampfblasen wird die Bearbeitungstemperatur des Glases durch Zusatz von Wasser, das durch Dampfblasen geliefert wird, kontrolliert; vgl. US-PS 3 617 231. Bei diesem Verfahren ist das Einblasen von Dampf auf eine Vorkammer beschränkt, durch die das Glas nach dem Schmelzen und Läutern gelangt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von homogenem Alkalimetallsilikatglas unter Anwendung von relativ niedrigen Schmelztemperaturen und kurzen Schmelzzeiten zur Verfugung zu stellen, bei dem ein blasenhaltiges, leicht splitterndes bzw. zerbrechbares Glas erhalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in Glasofen Vorrichtungen zur Erzeugung von Dampfblasen in einer bestimmten Menge und in einer bestimmten Anordnung vorgesehen werden, durch die während der Herstellung der löslichen Alkalimetallsilikate ein sehr heftiger Strom an Dampfblasen aufrechterhalten wird. Dies führt zu Produktionsverbesserungen und zu homogeneren Produkten. Das auf diese Weise erhaltene Glas enthält so viele Blasen, daß es leicht gebrochen und granuliert werden kann. Überraschenderweise wird durch die Erzeugung von Blasen im Ofen auch die Betriebsleistung bei gleichbleibendem Brennstoffverbrauch erhöht. Das geschmolzene Glas erreicht durch die heftige Blasenbildung aufgrund einer verbesserten Wärmeübertragung

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eine höhere Temperatur, wodurch sich ein erhöhter Rohstoffdurchsat ζ durch den Ofen ergibt. Das gemäß diesem Verfahren hergestellte Glas löst sich bis zu 40 Prozent schneller als Glas, das nicht unter Einblasen von Dampf hergestellt worden ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Luftverschmutzung durch feste Partikeln und der Verlust an Rohstoff deutlich verringert werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Alkalimetallsilikatgläser können aus Natriumsilikat, Kaliumsilikat oder aus Gemischen aus Natrium- und Kaliumsilikaten bestehen. Es können verschiedene Rohstoffe zur Herstellung dieser Gläser verwendet v/erden. Im allgemeinen werden aber Alkalimetallcarbonate und Sand verwendet. Beispielsweise wird ein Natriumsilikatglas im allgemeinen unter Verwendung von Natriumcarbonat (Soda) und Sand hergestellt. Die Rohstoffe werden in einem mit Erdgas oder Öl betriebenen offenen Herdofen von Regenerativ- oder Rekuperativbauart geschmolzen. Gegebenenfalls können auch elektrische Widerstandsöfen verwendet werden. Die angewendeten Temperaturen hängen bis zu einem gewissen Ausmaß von der Zusammensetzung des Glases ab, liegen im allgemeinen aber über etwa 1093 G. Die Zusammensetzung dieser Gläser wird durch das Molverhältnis von SiOp zu MpO wiedergegeben, wobei M Natrium und/oder Kalium bedeutet. Es wurde festgestellt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von binären Gläsern eignet, die Alkali und Siliciumdioxid enthalten. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von löslichem Alkalimetallsilikatglas, bei dem pro 1 Teil MpO 1,5 bis 4,5 Teile SiOp vorliegen. Dieses Verfahren ermöglicht ■die Herstellung von Natriumsilikatglas, das bei SiOp/NapO-Verhältnissen löslich ist, die über den Verhältnissen liegen, die im allgemeinen als leicht löslich gelten.

Die herkömmliche Praxis zur Herstellung von Glas und löslichen Silikaten läßt sieh folgendermaßen zusammenfassen: Die Rohstoffe werden durch Einfüllöffnungen in den Ofen einge-

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bracht, wobei EinfUlivorrichtungen verwendet werden, die das rohe Gemenge auf mechanischem Wege in den Ofen drücken. Das Gemenge schwimmt auf der Glasschmelze in Form eines Haufens ' oder einer wulstartigen Erhebung, bis es allmählich schmilzt und reagiert. Das ungeschmolzene Gemenge wird ausschließlich in dem zwischen der (den) Einfüllöffnung(en) und der heißesten Stelle im 0fen/7wo die Temperatur durch verschiedene Heizvorrichtungen auf dem höchsten Punkt gehalten wird. Das nicht umgesetzte Gemenge kann zwischen den Einfüllöffnungen und dem Ort höchster Temperatur gehalten werden, da als Folge von . Temperaturgradienten an der Stelle höchster Temperatur das Glasniveau höher ist. In der Praxis werden eventuell verwendete Vorrichtungen zur Bildung von Gasblasen an oder nahe der Stelle höchster Temperatur angebracht, so daß die vorstehende Anordnung nicht gestört wird. Bei der Herstellung von löslichen Silikaten werden Vorrichtungen zur Bildung von Gasblasen im allgemeinen nicht verwendet.

Im Gegensatz zu diesen herkömmlichen Verfahren wird erfindungsgemäß im Silikatofen keine Stelle höchster Temperatur gebildet. Das nicht umgesetzte Gemenge wird gleichmäßig über den gesamten Ofen verteilt. Bei entsprechender Blasenbildung treten im Ofen keine hohen Haufen _ oder wulstartige Erhebungen von nicht umgesetzen Gemenge auf. Die erfindungsgemäß gebildete gleichmäßige und relativ dünne Gemengeschicht ermöglicht eine bessere Wärmeübertragung von den Brennern auf das geschmolzene Glas und das nicht umgesetzte Gemenge.

Es stehen verschiedene Vorrichtungen zur Blasenbildung zur Verfügung, mit denen Gase in die Flüssigkeit eingeleitet werden können. Zur Einleitung von Dampfblasen in Glasschmelzen wird vorzugsweise ein Rohr aus korrosionsbeständigem Stahl oder einem anderen wärmebeständigen Material am Boden des Ofens angebracht. Dieses Rohr kann gegebenenfalls in einem Block aus feuerfestem Material montiert werden. Pro 0,7'bis 2,8 m² des Ofenbetts soll eine Vorrichtung zur Blasenbildung vorgesehen sein. Vorzugsweise wird pro 0,9 bis 1,8 m² und insbesondere pro

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1,1 "bis 1,4 m eine, derartige Vorrichtung angeordnet. Die Vorrichtungen zur Blasenbildung müssen über das gesamte Ofenbett so verteilt werden, daß alle Teile der Glasschmelze gleichmäßig dem Einfluß der Blasen ausgesetzt sind. Die Verteilung der Vorrichtungen zur Blasenbildung über die Ofenfläche steht im Gegensatz zur herkömmlichen Praxis in der Glasindustrie, v/o die Vorrichtungen zur Blasenbildung auf die Stelle höchster Temperatur beschränkt sind oder direkt unter den das Glas erwärmenden Brennern angeordnet sind. Es wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß es vorteilhaft ist, einen wesentlichen Teil dieser Vorrichtungen vor dem Zapfloch und den Einfüllöffnungen anzuordnen. Die vor dem Zapfloch angeordneten Vorrichtungen zur Blasenbildung ergänzen oder ersetzen eine Abstreichsperre, indem sie verhindern, daß das schwimmende Gemenge mit dem geschmolzenen Glas aus dem Zapfloch ausgetragen wird. Ferner gewährleisten die nahe am Zapfloch angeordneten Blasenbildungsvorrichtungen die Herstellung von blasenhaltigem Glas. Die Blasenbildungsvorrichtungen vor den Einfüllöffnungen sind wesentlich für eine gleichmäßige Verteilung des Gemenges innerhalb des Ofenbereichs und somit für eine bessere Wärmeübertragung. Die Stellung dieser Blasenbildungsvorrichtungen zueinander und ihre Anordnung in bezug auf die Einfüllöffnung ist sehr wichtig. Drei Blasenbildungsvorrichtungen werden vor jeder Einfüllöffnung in asymmetrischer Gruppierung, wie folgt angeordnet, wobei "W" die Weite der Einfüllöffnung bedeutet. Die Mitte der ersten Blasenbildungsvorrichtung liegt vor der Öffnung in einer Stellung 1 bis 1 1/2 W im Innern des Ofens und I/4 bis I/6 W von der Mittellinie der Öffnung gegenüber der Ofenmitte. Die Mitte der zweiten Blasenbildungsvorrichtung befindet sich 1 I/4 bis 2 I/4 W im Innern des Ofens und I/3 bis 2/3 W von der Mittellinie der Öffnung in Richtung zur Ofenmitte. Die Mitte der dritten Blasenbildungsvorrichtung befindet sich 1 I/2 bis 2 I/2 W im Innern des Ofens und I/6 bis I/4 von der Mittellinie der Öffnung in Richtung zum Ofen. Beispielsweise läßt sich ein Ofen mit Einfüllöffnungen von 61 cm, bei dem die ersten drei Blasenbildungsvorrichtungen auf die nachstehend beschriebene Weise angeordnet

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sind, mit einer gleichmäßigen Gemengeschicht auf der Oberfläche der Glasschmelze betreiben. Die erste Blasenbildungsvorrichtung befindet sich 76,5 cm von der Einfüllöffnung und 12,5 cm von der Mittellinie der Öffnung gegenüber der Ofenmitte. Die zweite Blasenbildungsvorrichtung befindet sich 99 cm von der Öffnung und 40,5 cm von der Mittellinie der Öffnung in Richtung auf die Ofenmitte. Die dritte Blasenbildungsvorriehtung befindet sich 114 cm von der Öffnung und 12,5 cm von der Mittellinie der öffnung in Richtung auf die Ofenmitte. Weitere Blasenbildungsvorrichtungen können mit Erfolg vor den Öffnungen angev/endet werden.

Der Dampfdruck, der erforderlich ist, um Blasen in das Glas einzuleiten, so daß sie vom Boden des Glasbetts nach oben aufsteigen, ändert sich in Abhängigkeit von der Viskosität des geschmolzenen Glases und der Bettiefe. Der Druck wird so eingestellt, daß Blasen mit einem Durchmesser von 20,3 bis 45,7 cm in einer Geschwindigkeit von 5 bis 20 Blasen pro Sekunde entstehen. Vorzugsweise werden Blasen mit einem Durchmesser von 25,5 bis 35,5 cm gebildet. Bei einem Dampfdruck von 0,18 bis 10,5 kg/cm , vorzugsweise 2,45 bis 8,75 kg/cm", ergibt sich die gewünschte Blasenaktivität. Wenn die hier angegebene heftige Blasenbildung aufrechterhalten wird, erreicht man ein Vermischen des rohen Gemenges mit dem geschmolzenen Glas nahe der Oberseite des geschmolzenen Betts. Eine Korrosion des feuerfesten Materials am Boden des Ofens wird dadurch weitgehend verringert oder beseitigt. Ein 60 Wochen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebener Ofen zeigte an der feuerfesten Auskleidung am Boden keine Abriebs- oder Korrosionserscheinungen. Liegt die Aktivität der Blasenbildung zwischen der erfindungsgemäßen und der herkömmlichen, in der Glasindustrie angewendeten Aktivi-' tat oder entspricht sie dem Stand der Technik, so wird nicht umgesetztes oder teilweise umgesetztes Gemenge zum Ofenboden geführt, wo schwerwiegende Korrosionserscheinungen am feuerfesten Material in der Nähe der Blasenbildungsvorrichtungen auftreten. Beispielsweise wurde in einem erfindungsgemäß be-

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triebenen Ofen eine Blasenbildungsvorrichtung teilweise blockiert, so daß nur 10 bis 30 Blasen pro Minute die Glasoberfläche erreichten. Dies führte zu einer so starken Abnutzung des feuerfesten Materials in der Nähe der Blasenbildungsvorrichtung, daß das Glas durch den Ofenboden hindurchtrat. An den anderen Blasenbildungostellen wurde dagegen kein Angriff auf das feuerfeste Material festgestellt.

Überraschenderweise führt das heftige Einleiten von Dampfblasen dazu, daß das G-lasbett heißer wird, ohne daß der Brennstoffverbrauch zunimmt. Bin mit Dampf blasen arbeitender Ofen kann im Vergleich zu einem ohne Dampfblasen arbeitenden Ofen mit einer um 65 bis 100⁰C niedrigeren Scheiteltemperatur betrieben werden, wobei die gleiche Produktionsgeschwindigkeit erreicht wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zusätzliche Rohstoffe zuzuführen und die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Ein weiteres Ergebnis des breitverteilten und heftigen Einleitens von Dampfblasen besteht darin, daß das entnommene Glas nach dein Abkühlen und Erstarren zahlreiche Blasen enthält. Wird das Glas aus der Form genommen, so zerbricht es, so daß in manchen ■ Fällen keine Granulation erforderlich ist.

Die Verwendung von trockenem, gesättigtem Dampf, der kein Kondensat enthält, ist sehr wichtig. Feuchter Dampf verursacht Ausbrüche oder Geyser durch das Glas und ein anschließendes Hochwerfen von nicht umgesetztem Gemenge und gelegentlich von geschmolzenem Glas in den Bereich oberhalb des Glasbetts. Mit dem Dampf eintretendes Wasser dehnt sich etwa 1700-fach aus und bewirkt, daß Geyser von geschmolzenem Glas den Kopf des Ofens treffen. Derartige Vorgänge bewirken eine verstärkte Luftverschmutzung und Verlust an Rohstoffen. Bei Verwendung von trockenem Dampf treten derartige Probleme nicht auf und eine Luftverschmutzung durch feste Partikel wird vermindert. Um alle Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erreichen, ist es

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notwendig, die Blasenbildung mit Dampf vorzunehmen. Dies ergibt sich, wenn man anstelle von Dampf Luft verwendet. Das dabei erhaltene Glas bricht nicht nach dem Entnehmen aus der Form.

Zur Durchführung des erfind'ungsgemäßen Verfahrens können die Vorrichtungen zur Bildung von Dampfblasen im im wesentlichen aus Alkali und Siliciumdioxid bestehenden Glasbett angestellt werden, während die Zufuhr an Rohstoffen fortgesetzt wird. Vorzugsweise werden die Vorrichtungen zur Bildung von Dampfblasen in einem leeren, aber befeuerten Ofen angestellt und anschließend beginnt man mit der Zufuhr der Rohstoffe. Die Temperatur wird über 1093°C gehalten, wobei ein Bett aus geschmolzenem Glas entsteht. Die zusätzliche Zufuhr bzw. das Gemenge wird durch die drei vor der Einfüllöffnimg angeordneten Blasenbildungsvorrichtungen oben auf dem geschmolzenen Glas verteilt. Sodann wird das Gemenge in das Bett aus geschmolzenem Glas hineingezogen und durch die übrigen Blasenbildungsvorrichtungen mit dem Glas in einer Höhe von I/4 der Bettiefe vermischt. In den Blasen auf der Oberseite des Glases lassen sich Sandkörner feststellen. ITachdem sich das Ofenbett gefüllt hat, wird der Ofen angezapft und Glas entnommen.

Das nach diesem Verfahren hergestellte Glas ist homogen und enthält etwa 0,05 bis 2,0 Prozent Wasser. Vorzugsweise liegt der Wassergehalt über 0,5 Prozent. Das Glas löst sich um mindestens 10 Prozent bis 40 Prozent schneller als entsprechendes Glas, das ohne Bildung von Dampfblasen hergestellt ist. Das mit Blasen hergestellte Glas löst sich vollständig und bildet fast wasserklare Lösungen. Ohne Verwendung von Blasenbildungsvorrichtungen hergestellte Gläser weisen Trübungen von mehr als 120 ppm und im allgemeinen von mindestens 150 ppm auf. Bei Verwendung einer kleinen Zahl von Vorrichtungen für die Bildung von Dampfblasen, die nicht der erfindungsgemäß notwendigen Anzahl entspricht, erhält man Gläser, die Lösungen mit einer Trübung von etwa 120 ppm bilden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gläser bilden Lösungen mit einer Trübung von etwa 4-0 ppm.

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Es ist schwierig, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichte Produktionssteigerung genau zu bestimmen. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die die Produktivität von Glasofen beeinflußen. Diese Öfen weisen untereinander Konstruktionsunterschiede auf und werden nie genau auf die gleiche Weise betrieben. Pur ein und denselben Ofen liegt die Produktionssteigerung bei Verwendung von Dampfblasen bei mindestens etwa 5 Prozent bis 75 Prozent. Eine Anzahl von G-lasöfen weist Produktionsgeschwindigkeiten von 105 bis 129 kg Glas/m /Stunde auf. Bei Verwendung von Vorrichtungen zur Bildung von Dampfblasen erhöht sich die Produktion auf 132 bis 195 kg Glas/m /Stunde. Die bessere Energieausnutzung läßt sich durch die Tatsache erläutern, daß Öfen ohne Blasenbildungsvorrichtungen im allgemeinen 1307 bis 1835 Cal/kg Glas benötigen, während bei öfen mit Vorrichtungen zur Bildung von Dampfblasen 1112 bis 1724 Cal/ kg Glas erforderlich sind. Die Ergebnisse, die bei der Herstellung von löslichen Silikatgläsern unter sehr heftigem Einleiten von Dampfblasen erfindungsgemäß erzielt werden, sind überraschend. Wie bereits erwähnt, trägt das Durchsickern des aus dem Soda freigesetzten COp durch das nicht umgesetzte Gemenge zu einer Auftrennung des Gemenges und zur Bildung von ungleichmäßigen Produkten bei. Das COp trägt auch zur Luftverschmutzung und zu einem Verlust an Rohstoffen bei, da es ein Hochwerfen der Gemengeteilchen in den Strom der Verbrennungsgase begünstigt, wobei die Teilchen mitgerissen und aus dem Ofen getragen werden. Es ist überraschend, daß beim Einleiten von noch größeren Gasmengen und bei einer weit heftigeren Blasenbildung diese Schwierigkeiten nicht erhöht werden, sondern beseitigt werden. Es ist auch überraschend, daß durch das Einströmen von sehr großen Gasvolumina durch das geschmolzene Glas die Temperatur des Glases nicht verringert wird. Es war zu erwarten, daß das Gas dem Glas Wärme entzieht, da es mit einer Temperatur, die mehrere hundert Grad unter der Temperatur des Glasbetts liegt, eingeleitet wird. Im Gegensatz zu diesen Erwartungen, ergibt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Steigerung der Glastemperatur und eine Verminderung der zur Glasherstellung benötigten Energiemenge.

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Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung von Natriumsilikatglas nach einem herkömmlichen Verfahren ohne Verwendung von Vorrichtungen zur Erzeugung von Dampfblasen. Ein Ofen mit einer

Fläche von 34,8 m wird im 8 Stunden-Wechsel mit 59 Chargen aus Sand und Soda versetzt. Jede Charge besteht aus 372 kg Sand und 261 kg Soda. Die Scheiteltemperatur beträgt etwa 137O⁰C. Gleichzeitig mit dem Glas strömen weiße Klumpen aus. Diese Klumpen bestehen aus nicht umgesetztem Sand oder Glas mit einem sehr hohen SiOp/Na₂O-Verhältnis. Nach dem Abkühlen muß das Glas vor dem Einfüllen in den Auflösebehälter granuliert werden. Zum ersten Auflösen sind 20 Minuten erforderlich, um die gewünschte Dichte von 50° Baume" (spezifisches Gewicht 1,34) zu erreichen. Zum zweiten Auflösen sind 1 Stunde und 50 Minuten erforderlich, um die gewünschte Dichte zu erreichen. Bei der Analyse der Lösung ergibt sich ein Gehalt von 13,87 Prozent Na₂O und 33,26 Prozent SiO₂ bei einem SiOg/NagO-Verhältnis von 2,40. Die Trübung der Silikatlösung, gemessen mit einem Coleman-Trübungsmesser beträgt 185 ppm. Die Silikatlösung weist nach 2 wöchigem Absetzen eine Trübung von 140 ppm auf. Bei dieser Betriebsweise beträgt die Ofenleistung 119»5 kg/m /Stunde. Die erforderliche Energie beträgt 1307 Cal/kg Glas.

Beispiel 2

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung von Natriumsilikatglas nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der in Beispiel 1 beschriebene Ofen wird mit 20 Blasenbildungsvorrichtungen bzw.

ρ
mit einer Vorrichtung pro 1,74 m versehen. Die Vorrichtungen .arbeiten mit einem Dampfdruck von 21,0 kg/cm , wobei pro Sekunde mehr als 10 Dampfblasen die Oberfläche der Glasschmelze durchbrechen. Der Ofen wird mit 74 Chargen Sand und Soda gemäß Beispiel 1 gefüllt, wobei das Gemenge jeweils unter das geschmolzene Glasbett gezogen wird. Die Scheiteltemperatur beträgt 1370⁰C. Beim Entnehmen des Glases lassen sich keine weißen Klumpen feststellen. Nach dem Abkühlen läßt sich das

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Glas leiclit granulieren. Anschließend wird es in den Auflösebehälter gemäß Beispiel 1 gefüllt. Das erste Auflösen erfordert 15 Minuten bis zum Erreichen der gewünschten Dichte von 50° Baume. Das zweite Auflösen erfordert 1 Stunde und 40 Minuten. Bei der Analyse der Lösung ergibt sich ein NaoO-Gehalt von 13,85 Prozent und ein SiOp-Gehalt von 33,20 Prozent bei einem Si0₂/Nap0-Yerhältnis von 2,4-0. Die Trübung der Lösung beträgt 10 ppm* Die Ofenleistung bei dieser Betriebsweise beträgt 133 kg/m "/Stunde. Die Energiemenge beträgt etwa 1190 Cal/kg Glas. Die Produktivität und die Wärmeverwertung ist durch die zusammen mit dem Ofen verwendete Zusatzeinrichtung begrenzt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine weitere Verbesserung dieser Ergebnisse möglich.

Beispiel 3

Ein kleinerer Glasschmelzofen von 15,2 m wird so mit Dampfbildungsvorrichtungen versehen, daß Versuche mit 12, 6 oder 0 im Betrieb befindlichen Danipfbildungsvorrichtungen durchgeführt

werdcm tonnen. Es werden keine Versuche angestellt, um die TSetrxebs-

wirksamste/weise des Ofens unter bestimmten Bedingungen festzustellen. Die Produktionsleistung bei 6 bzw.'i2 Blasenbildungsvorrichtungen beträgt 137 kg/m /Stunde, während die Leistung bei einem Betrieb ohne Blasenbildungsvorrichtung 127 kg/m /Stunde beträgt. Die Leistungssteigerung aufgrund der Blasenbildung beträgt somit 7,7 Prozent. Bei einem weiteren Versuch mit 12 Blasenbildungsvorrichtungen ergibt sich ein Leistungsanstieg von 11,9 Prozent. Die Brennstoffersparnis bei Verwendung von Blasenbildungsvorrichtungen beträgt für diesen Ofen 5,5 Prozent .

Beispiel 4

Mit dem Ofen von Beispiel 3 werden unter Verwendung von 6 bzw. 0 Dampferzeugungsvorrichtungen "Stack"-Emissionstests durchgeführt. Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle zusammengestellt.

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6 Blasenbildungs- keine Blasenbildungsvorrichtungen vorrichtung

Korn 0,028 m⁵	0,0223	0,0275
optische Dichte	0,020	0,029
450 g/Std.	0,98	1,20
Undurchsichtigkeit (fo)	4,50	6,46

Beispiel 5

ρ Ein Ofen mit einer Bettfläche von 38 m" wird zur Verwendung von löslichen Silikatgläsern mit unterschiedlichen SiO /Na_?0-Verhältnissen verwendet. Die Ofenleistungen und die erforderliche Energie sind in folgender Tabelle zusammengestellt.

Si0₂/Na₂0-Verhältnis 1,70 2,00 3,22

Produktionsleistung

kg/m²/Std. 147 144,5 132

Energiebedarf

Cal/kg 1501 1446 1432

Dieser Ofen ist mit 20 Blasenbildungsvorrichtungen versehen,

so daß auf durchschnittlich 1,86 m des Ofenbetts eine Blasenbildungsvorrichtung kommt. Eine einzelne Blasenbildungsvorrichtung wird vor einer Einlaßöffnung angeordnet, während vor der anderen Einlaßöffnung keine Blasenbildungsvorrichtung vorgesehen ist. Das nicht umgesetzte Gemenge bedeckt fast den gesamten Bereich des Ofenbetts und es treten starke wulstartige Erhebungen von Gemenge insbesondere im Bereich der Einfüllöffnung, vor der keine Blasenbildungsvorrichtung angeordnet ist, auf. Das Gemenge, das durch die Öffnung, vor der eine einzelne Blasenbildungsvorrichtung angeordnet ist, eingefüllt wird, wird etwas verteilt, ,-jedoch läßt sich feststellen, daß die wulstartigen Erhebungen an Gemenge durch den ganzen Ofen wandern. Die Produktionsleistung und der Energieaufwand

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des auf diese V/eise betriebenen Ofens ergeben sich aus folgender Tabelle.

Si0₂/Wa₂0-7erhältnis 1,70 2,00 2,40 3,22

Produktionsleistung

kg/my-Std. 154,5 166 156 160

Energiebedarf

Cal/kg 1320 1279 1279 1223

Diese Ergebnisse zeigen, daß der Wirkungsgrad des Ofens ..'wesentlich gesteigert worden ist.

Anschließend v/erden 5 weitere Vorrichtungen zur Bildung von Dampfblasen in dem Ofen so angeordnet, daß vor jeder Einfüllöffnung drei Blasenbildungsvorrichtungen auf folgende Weise angeordnet si3id. Die Weite der Einfällöffnung beträgt 61 cm. Die erste Blasenbildungsvorrichtung befindet sich 76,5 cm von der Einfällöffnung und 12,5 cm von der Mittellinie der Öffnung weg von der Ofenmitte. Eine zweite Blasenbildungsvorrichtung befindet sich 114 cm von der Öffnung und 12,5 cm auf der anderen Seite der Mittellinie der öffnung von der ersten Blasenbildungsvorrichtung. Die dritte Blasenbildungsvorrichtung befindet sich cm von der Öffnung und 40,5 cm von der Mittellinie der Öffnung in Richtung zur Ofenmitte. Durch diese Abänderung ist der Ofen mit ei-

ner Blasenbildungsvorrichtung pro 1,31 m ausgerüstete Diese zu-

sätzlichen Blasenbildungsvorrichtungen bewirken, daß keine Haufen / wulstartigen Erhebungen an Gemenge im .Ofen sich bewegen. Statt dessen erhält man eine gleichmäßige, dünne Gemengeschicht, die über das ganze Ofenbett verteilt ist, mit Ausnahme der Stellen, die sich direkt über den Blasenbildungsvorrichtungen befinden, wo ein Bereich von geschmolzenem, mit Blasen versehenem Glas freigelegt wird. Es läßt sich feststellen, daß die an der Glasoberfläche platzenden Blasen Körner, vermutlich Sandkörner, enthalten, die noch nicht vollständig umgesetzt sindo Die Produktionsleistungen für Gläser mit einem Verhältnis ύοώ. 2₉40 bzw. 3,22 betragen 172,0 kg/in²/Stunde bzw. 168 Izg/m²/Stunde_s

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was zeigt, daß sich durch diese bevorzugte AusfUhrungsform der Erfindung ein wesentlicher Produktionsanstieg ergibt.

Beispiel 6

Die gemäß Beispiel 5 erhaltenen Gläser werden auf ihre Löslichkeit untersucht. Es zeigt sich, daß sie eine erhöhte Löslichkeit aufweisen. Wenn Glas, das nicht unter Bildung von Dampfblasen hergestellt ist, in das mit dem Ofen verbundene Auflösegefäß gefüllt wird, begrenzt das Auflösegefäß die Leistung des Ofens auf 132 kg/m "/Stunde. Bei Verwendung von 'Vorrichtungen zur Bildung von Dampfblasen ermöglicht die gesteigerte Löslichkeit des gebildeten Glases eine Produktionssteigerung auf 176 kg/m /Stunde, bevor sich eine Überlastung des Auflösegefäßes ergibt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsilikatglas mit einem SiO_p/M_pO-Verhältiiis von 1,5 "bis 4,5, wobei M Natrium, Kalium oder Gemische aus Natrium und Kalium bedeutet, und einem Wassergehalt von 0,05 bis 2 Prozent, das eine zur erleichterten Bruehbiläunß ausreichende Blasenmenge enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) als Rohstoffe eine Alkaliquelle aus der Gruppe Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat oder Gemische aus Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat und eine Siliciumdioxidquelle, wie Sand, in einen offenen Herdofen mit einem Bettbereich für Schmelzreaktionen, der mit einem Zapfloch und Einfüllöffnungen versehen ist, einfüllt,

(b) die Temperatur im Ofen über 1093°C hält, so daß ein Bett aus geschmolzenem Silikatglas gebildet wird und die nicht umgesetzten Rohstoffe auf diesem geschmolzenen Glasbett schwimmen,

(c) trockenen gesättigten Wasserdampf unter Druck in die Glasschmelze mit Hilfe von im Bereich des Ofenbetts angeordneten Blasenbildungseinrichtungen so einleitet, daß Dampfblasen vom Boden der Glasschmelze an deren Oberfläche gelangen, wobei der Dampfdruck so eingestellt wird, daß Blasen mit " einem Durchmesser von 20,3 bis 45,7 cm die Oberfläche der Glasschmelze in einer Geschwindigkeit -von 5 bis 20 Blasen pro Sekunde durchbrechen, und

(d) das geschmolzene Glas aus dem Ofen entnimmt«

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2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dampfdruck von 0,18 bis 10,5 kg/c m e in s t e11t.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kenn ze ichnet, daß man einen Dampfdruck von 2,45 bis 8,75 kg/cm" einstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durchschnittlich eine Blaseiibildungs-

Vorrichtung pro 0,7 bis 2,8 m des Bereichs des Ofenbetts anordnet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durchschnittlich eine Blasenbildunge-

vorrichtung pro 0,9 bis 1,8 m des Bereichs des Ofenbetts anordnet.

6. Verfahren nach Anspruch 1,d adurch gekennzeichnet, daß man durchschnittlich eine Blasenbildungs-

Vorrichtung pro 1,1 bis 1_}4 m des Bereichs des Ofenbetts anordnet .

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man vor jeder Einfüllöffnung mit einer mit W bezeichneten Weite jeweils eine nicht symmetrische Gruppe von 3 Blasenbildungsvorrichtungen so anordnet, daß sich

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(a) die Mitte der ersten Blasenbildungsvorrichtung vor der Öffnung in einer Stellung von 1 bis 1 1/2 W im Innern des Ofens und von 1/6 bis 1/4 W von der Mittellinie der öffnung gegenüber der Ofenmitte,

(b) die Mitte der zweiten Blasenbildungsvorrichtung 1 I/4 bis 2 1/4 W in Innern des Ofens und I/3 bis 2/3 W von der Mittellinie der Öffnung in Richtung zur Ofenmitte und

(c) die Mitte der dritten Blasenbildungsvorrichtung 1 i/2 bis .2 1/2 W im Innern des Ofens und i/o bis I/4 von der Mittellinie der Öffnung in Richtung zur Ofenmitte befindet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht symmetrische Gruppe mehr als 3 Blasenbildungsvorrichtungen enthält.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch !,gekennzeichnet durch

(a) einen offenen Herdofen mit einem Bettbereich für Schmelzreaktionen, der mit einem Zapfloch und Füllöffnungen versehen ist, und

(b) Blasenbildungsvorrichtungen zum Einleiten von Wasserdampf unter Druck am Boden des Bettbereichs.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie durchschnittlich eine Blasenbildungsvorrichtung pro 0,7 bis 2,8 m² des Bereichs des Ofenbetts aufweist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie durchschnittlich eine Blasenbildungs-

Vorrichtung pro 0,9 "bis 1,8 m des Bereichs des Ofenbetts aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie durchschnittlich eine Blasenbildungs-

Vorrichtung pro 1,1 bis 1,4 m des Bereichs des Ofenbetts aufweist.

13· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor jeder Einfüllöffnung mit einer mit W bezeichneten Weite drei Blasenbildungsvorrichtungen in einer nicht symmetrischen Gruppe so angeordnet sind, daß

(a) die Mitte der ersten Blasenbildungsvorrichtung vor der Öffnung in einer Stellung von 1 bis 1 1/2 V/ in Innern des Ofens und von 1/6 bis I/4 W von der Mittellinie der Öffnung gegenüber der Ofenmitte,

(b) die Mitte der zweiten Blasenbildungsvorrichtung 1 1/4 bis 2 1/4 W im Innern des Ofens und I/3 bis 2/3 W von der Mittellinie der Öffnung in Richtung zur Ofenmitte und

(c) die Mitte der dritten Blasenbildungsvorrichtung 1 1/2 bis

2 1/2 V/ im Innern des Ofens und Ι/β bis I/4 von der Mittellinie der Öffnung in Richtung zur Ofenmitte befindet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß vor jeder Einfüllöffnung mehr als drei Blasenbildungsvorrichtungen angeordnet sind.

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