DE2648691B2

DE2648691B2 - Verfahren zur Glasherstellung

Info

Publication number: DE2648691B2
Application number: DE2648691A
Authority: DE
Inventors: Valdis Rudolph Toledo Ohio Daiga (V.St.A.)
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1975-10-29
Filing date: 1976-10-27
Publication date: 1978-05-11
Also published as: AU497376B2; DE2648691A1; FR2329601B1; FR2329601A1; DE2648691C3; JPS5256120A; AU1908976A; US4006003A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glas, gemäß dem glasbildende Bestandteile auf ein Schmelzbad aus Glas gegeben werden und ein Brennstoff über der Oberfläche des Schmelzbades verbrannt wird, so daß eine Wärmequelle zur Überführung der glasbildenden Bestandteile in geschmolzenes Glas erzeugt wird.

Es ist allgemein bekannt, daß Glas hergestellt werden kann, indem man die glasbildenden Bestandteile erhitzt, wodurch diese in ein Glasschmelzbad übergeführt werden. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, daß man einen Brennstoff verbrennt, der üblicherweise Erdbzw. Naturgas oder öl ist. Auch die Beheizung von Glasschmelzöfen mittels Kohlenstaub ist bekannt (DD-PS 13 30). Die Glassatzmaterialien werden in den eine Schmelze enthaltenden Schmelzofen eingegeben, wobei die durch die Verbrennung dieser Brennstoffe gewonnene Hitze nicht allein zum Schmelzen der Glassatzmaterialien, sondern auch zur Aufrechterhaltung des Schmelzbades verwendet wird.

In einem umsteuerbaren Regenerativofen werden beispielsweise die Glassatzmaterialien in eine Schmelzkammer eingegeben, in der sich eine Glasschmelze befindet, und es wird durch die Verbrennung eines Brennstoffes gewonnene Wärme zugeführt, um diese Glassatzmaterialien zu schmelzen. Darüber hinaus strömt ein gasförmiges Medium quer durch den Schmelzofen über die Oberfläche der Schmelze und passiert danach eine Regleranordnung, in der von dem gasförmigen Medium Wärme abgezogen wird, die nach einer entsprechenden Umsteuerung von der Regleranordnung abgezogen und zum Vorerhitzen der Luft verwendet wird, wenn diese die Schmelzkammer in einer darauffolgenden entgegengesetzten Strömung passiert.

Kolloidale Brennstoffe sind seit zahlreichen Jahren bekannt, wobei entsprechende Anstrengungen unternommen worden sind, um diese bei der Erzeugung von elektrischem Strom, bei der Stahlerzeugung und in der Zementindustrie einzusetzen. Obwohl diese: Brennstoffe schon seit geraumer Zeit bekannt sind, bestand bisher in der Glasindustrie keinerlei Bedürfnis, derartige kolloidale Brennstoffe, d. h. Mischungen aus Kohle und öl, zu verwenden.
Überraschenderweise ist nunmehr festgestellt worden, daß in einem Verfahren zur Herstellung von Glas der gewünschte Schmelzvorgang in zweckdienlicher und wirtschaftlicher Weise mit einer ausgezeichneten Temperaturregulierung und ohne nachteilige Auswirkungen auf die Glasqualität durchgeführt werden kann, wenn als Brennstoff eine Aufschlämmung aus pulverisierter Kohle in Heizöl eingesetzt wird. Dieses brennbare Gemisch kann bei beliebigen bekannten Verfahren zur Glasherstellung vollständig oder zum Teil Anwendung finden.

Die brennbaren Aufschlämmungen aus pulverisierter Kohle in Heizöl, mittels denen wünschenswerte Ergebnisse erzielt werden können, bestehen vorzugsweise aus weniger als 52 Gew.-% Kohle, d. h. 2 oder 3 Gew.-% bis 52 Gew.-%, wobei der Rest beispielsweise von einem im Handel erhältlichen Heizöl gebildet wird. Besonders geeignete Ergebnisse werden erzielt, wenn ein Material mit 27 bis 52 Gew.-% Kohle und 73 bis 48 Gew.-% Heizöl verwendet wird, wobei ein Gemisch aus etwa 40 Gew.-% Kohle und etwa 60 Gew.-% Öl hervorragende Ergebnisse liefert Vorteilhafterweise sollte die Kohle eine Partikelgröße von weniger als 0,075 mm (Sieböffnung) aufweisen. Wenn Heizöle mit einer relativ niedrigen oder relativ hohen Viskosität verwendet werden, werden die Konzentrationen an Kohle und öl vorteilhafterweise so reguliert, daß die Aufschlämmung eine geringere Viskosität als 820 Centipoise, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter, aufweist Natürlich kann die Temperatur des Gemisches auch variiert werden, beispielsweise durch Vorerhitzen, um die gewünschte Viskosität zu erhalten. Zufriedenstellende Ergebnisse werden erhalten, wenn eine Kohle-Öl-Aufschlämmung mit einer Viskosität von 13 oder 14 Centipoise bis 820 Centipoise verwendet wird, wobei in besonders günstiger Weise bei einer Viskosität von 65 bis 70 Centipoise gearbeitet werden kann. Die Aufschlämmungen von pulverisierter Kohle in Heizöl können unter Verwendung von herkömmlichen Rühreinrichtungen hergestellt und dem Brenner als vorgeschlämmter Brennstoff zugeführt werden. Eine derartige Beschickung des Brenners mit vorgeschlämmtem Brennstoff ist aus Wirtschaftlichkeits-, Sicherheits-, Gesundheits- und Raumgründen besonders wünschenswert, da damit die Herstellung des Materials in einem Bereich möglich wird, der von der Schmelzzone entfernt

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zweckmäßigerweise ein Strom eines gasförmigen Mediums, beispielsweise eines gasförmigen Mediums aus Verbrennungsprodukten und Luft, über einem Bad aus geschmolzenem Glas aufrechterhalten. Indem dieser Strom auf einer ausreichenden Geschwindigkeit gehalten wird, kann die aus dem Verbrennen der Kohle herrührende Asche in dem Gasstrom in Suspension gehalten und damit auf pneumatischem Wege aus

H5 geeigneten Auslässen des Schmelzofens entfernt werden, ohne daß man die Asche in Kontakt mit dem geschmolzenen Glas oder irgendwelchen Glasmaterialien, die von dessen Oberfläche getragen werden, treten

läßt. Auf diese Weise kann durch Regulierung der Geschwindigkeit des Gasstromes oberhalb der Glasoberfläche nahezu die gesamte zurückbleibende Asche entfernt werden. Die Geschwindigkeiten können reguliert werden, wobei normalerweise Geschwindigkeiten von mindestens 3,6 m/sec, vorzugsweise von mindestens 6,1 m/sec, Anwendung finden. Oberhalb des Bades wird auf diese Weise nahezu die gesamte Restasche, beispielsweise mindestens 95% und normalerweise mindestens 99%, entfernt Überraschenderweise können sogar die üblichen Geschwindigkeiten in einem Regenerativofen für diesen Zweck ausreichend sein. Unabhängig davon, ob der Schmelzvorgang in einem Regenerativofen, einem Rekuperativofen oder sogar in einer Ofeneinheit durchgeführt wird, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein strömendes gasförmiges Medium oberhalb der Glasschmelze, die vorhanden ist oder vorhanden sein wird, vorgesehen, wobei die Geschwindigkeit dieses strömenden gasförmigen Mediums ausreichend hoch gewählt wird, um auf pneumatischem Wege nahezu die gesamte Restasche aus dem Schmelzofen herauszuführen, so daß diese nicht mit dem darin befindlichen Schmelzbad in Kontakt treten kann. Beispielsweise wird bei einem umsteuerbaren Regenerativofen, bei dem Glassatzmaterialien auf ein Glasschmelzbad gegeben werden und ein Brennstoff über der Oberfläche des Schmelzbades verbrannt wird, um eine Wärmequelle zur Überführung der Glassatzmaterialien in eine homogene Glasschmelze zu erzeugen, der Brennstoff vorteilhafterweise von einer Aufschlämmung von Kohle einer Partikelgröße von 0,075 mm (Sieböffnung) in Heizöl gebildet, und das über das Glasschmelzbad strömende gasförmige Medium wird auf einer ausreichenden Geschwindigkeit gehalten, was durch Regulierung des Abzuges oder der Ventilatoren geschehen kann, um die Aschepartikel darin in Suspension zu halten und diese auf pneumatischem Wege aus der Schmelzkammer zu entfernen. Natürlich ist es klar, daß in denjenigen Fällen, bei denen das endgültige Glasmaterial mit der Aschensubstanz, die bekanntlich selbst ein Glassatzmaterial darstellt, verträglich ist, kein Bedürfnis zur Entfernung dieser Asche aus dem Schmelzofen besteht Unabhängig davon, ob eine Ofeneinheit oder ein Einsatzofen verwendet wird, in jedem Fall kann in der gleichen Weise gearbeitet werden. Das bedeutet, daß bei der bevorzugten Arbeitsweise der Brenner über dem Niveau des Glasschmelzbades, das beim Schmelzen der Glassatzmaterialien erhalten wird, angeordnet wird, und daß in dem Falle, in dem das Glas mit der Asche verträglich ist, der Brennstoff einfacherweise dem Brenner zugeführt und dort gezündet wird, oder daß, falls erwünscht, oberhalb des vorgegebenen Niveaus des Schmelzbades in der Schmelzkammer das Gas auf einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit gehalten wird, um die Aschepartikel darin in Suspension zu halten und diese auf pneumatischem Wege aus dem Schmelzofen herauszuführen.

Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung dient das nachfolgende Beispiel:

Beispiel

Ein Zweiphasenversuch wurde in einem üblichen Glasschmelzofen unter Verwendung eines typischen Natron-Kalk-Behälterglasmaterials gefahren. Das zur Herstellung eines grüngefärbten Glases verwendete Ausgangsmaterial wies die nachfolgende spezielle Zusammensetzung auf: SiO₂ etwa 71,9%, Al₂O₃ etwa um 1,7%, CaO etwa um 10,7% und Na₂O um etwa 14,6%. Darüber hinaus waren geringe Restmengen von den bei der Behälterglasherstellung bekannten Bestandteilen vorhanden, die ein Färbemittel einschlossen. Der Schmelzofen selbst besaß eine Größe von etwa 74,12 m² und war ein umsteuerbarer Regenerativofen mit fünf öffnungen, der unmittelbar durch die seitliche öffnung beheizt wurde. Wie es bei einem derartigen Ofentyp üblich ist, strömt ein gasförmiges Medium, das ein Gemisch aus Luft und Verbrennungsprodukten ist, in einer alternierenden Sequenz über das Niveau des Schmelzbades im Ofen und wird aus der Schmelzkammer durch öffnungen herausgeleitet, die in den Wandungen des Schmelzofens vorgesehen sind. Der

speziell verwendete Ofen war mit fünf öffnungen versehen, wobei die Versuche über die erste öffnung durchgeführt wurden, d.h. der Ofen wurde durch die erste Öffnung entweder mit Erd- bzw. Naturgas allein, öl allein oder einem Gemisch aus pulverisierter Kohle und öl beschickt Die am weitesten von der Beschikkungszone für die Glassatzmaterialien entfernt gelegenen vier öffnungen des Ofens; wurden mit Erdgas beschickt Folglich wurden etwa 20% der gesamten Wärmeenergie entweder durch öl allein oder durch ein

Gemisch aus Kohle und öl zur Verfügung gestellt mit Ausnahme des Falles, bei dem der Schmelzofen vollständig mit Erdgas beheizt wurde. Der für den Brennstoff aus Kohle und öl vemendete Brenner war ein gebräuchlicher ölbrenner der mit einem Zerstäubungsluftdruck von etwa 49,45 kp/cm² arbeitete. Die Aufschlämmung aus Kohle in Heizöl wurde unter Verwendung eines Propellerrührers hergestellt Dieser vorgemischte Schlamm wurde mittels einer herkömmlichen Schlammpumpe dem Ölbrenner zugeführt.

Die verwendete Kohle war Anthrazitkohle, die eine geringere Partikelgröße als 0,075 mm (Sieböffnung) aufwies (in diesem Falle bestanden etwa 97% aus einem Material mit einer Partikelgröße von 0,075 mm (Sieböffnung). Die Kohle setzte sich aus etwa 80% nichtflüchtigern Kohlenstoff, etwa 13% Asche, etwa 6% flüchtigen Bestandteilen, weniger als 1% Gesamtfeuchtigkeit und weniger als 1 % Schwefel zusammen. Die Asche bestand aus einem größeren Anteil von SiO₂, etwa in einem Bereich von 55%. Der verbleibende Ascheanteil setzte sich aus einer größeren Menge AI2O3 und einem Metalloxide, beispielsweise Fe₂Oj, TiO₂, Erdalkalimetalloxide und Alkalimetalloxide, aufweisenden Rest zusammen. Als öl wurde ein im Handel erhältliches gebräuchliches Heizöl verwendet.

Die erste Phase der Versuche bestand darin, die Anordnung einzufahren, um auf diese Weise grundlegende Informationen über den Verfahrensablauf gewinnen zu können. In der zweiten Phase wurde dann mehr auf eine gründliche technische Auswertung der Auswir-

kungen des verwendeten Öl-Kohle-Brennstoffes auf den Glasschmelzvorgang abgezielt Vom Schmelzofen wurden etwa 156 t/pro Tag abgezogen.

In der ersten Phase der Versuche wurde dem Brenner ein Brennstoffgemisch aus Kohle und öl zugeführt, und es wurde beobachtet daß bei einer Schlammkonzentration von etwa 52 Gew.-% Kohle und etwa 48% Gew.-% Heizöl eine gute Zerstäubung nur schwierig zu erzielen war. Die Kohle-Öl-Aufschlämmung besaß eine Viskosität von etwa 820 Centipoise bei 24° C, gemessen mit dem

b-, Brookfield-Viskosimeter. Es wurde darüber hinaus festgestellt daß die von einer Aufschlämmung aus Kohle in öl, jeweils mit 27 Gew.- % Kohle (73 Gew.-% öl) und 40 Gew.-% Kohle (60 G ew.-% Öl), erzeugten

Flammen eine größere Helligkeit aufwiesen als die von Heizöl allein erzeugten Flammen. Des weiteren wurde beobachtet, daß sich die Flammenform einer Kohle-Öi-Aufschlämmung der Flammenform von Erdgas annäherte, während bei der Verbrennung von Öl allein lange schmale Flammen entstanden. Zusätzlich dazu wurde festgestellt, daß sich keinerlei Schwierigkeiten hinsichtlich einer Brennerverstopfung oder des Absetzens der Kohle aus der Aufschlämmung ergaben. Vielmehr zeigte eine Überprüfung der Brennstoffe eine vollstendige Verbrennung der Kohle-Öl-Aufschlämmung und damit nahezu keinen überschüssigen Sauerstoff.

Auf der ersten Phase der Versuche basierend wurde ein weiterer Versuch über eine Zeitdauer von 28 Stunden gefahren, bei dem als Brennstoff ein Gemisch aus 40 Gew.-% Kohle und 60 Gew.-% Heizöl Verwendung fand. Der Brenner in der ersten öffnung wurde etwa 0,62 m über dem Niveau des geschmolzenen Glases angeordnet und so justiert, daß sich die Flamme nach unten gegen die Oberfläche des Schmelzbades neigte und das Ende der Flamme die Oberfläche der Glassatzmaterialien überstrich, die auf dem geschmolzenen Glas schwammen. Die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums während jedes Brennzyklus, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in Verbindung mit der der Verbrennungsprodukte, betrag etwa 7,75 m/sec. Es konnte dabei festgestellt werden, daß die aus der Verbrennung der Kohle in dem Kohle-Öl-Gemisch resultierende Restasche aus der Flamme heraustrat und auf pneumatischem Wege, so daß sie mit dem Schmelzbad nicht in Kontakt trat, aus der Schmelzkamrner durch die darin befindlichen öffnungen herausgeführt wurde. Das bedeutet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des gasartigen Mediums über dem Schmelzbad ausreichend hoch war, um nahezu die gesamte aus der Kohleverbrennung resultierende Restasche im Gas in Schwebe zu halten und auf diese Weise die Re?tasche auf pneumatischem Wege aus der Schmelzkammer herauszuführen.

Ein Vergleichsversuch, bei dem nur Heizöl als <to Brennstoff in der öffnung 1 oder Erdgas verwendet wurde, zeigte überraschenderweise, daß bezüglich der Regulierang der Flamme oder der Regulierang der Temperatur kein Unterschied bestand, wenn das Gemisch aus Kohle und öl eingesetzt wurde. Bei der Verwendung der Kohle-Öl· Aufschlämmung wurde eine äußerst wünschenswerte Turbulenz erzeugt

Zusätzlich dazu zeigte eine Untersuchung der Glasqualität sowohl durch Oxidanalyse als auch dur;h Auswertung der Einschlüsse und Blasen im Glas im Grande keine Qualitätsänderung oder eine Anderang der Zusammensetzung in dem fertigen Glasmaterial. Über in Vorversuchen hergestellte Glasschmelzen wurde festgestellt, daß es sich bei der Asche der Kohle um ein glasbildendes Material handelte. Trotzdem ergaben die Beobachtungen bezüglich der Qualität des Glases sowie dessen Analyse verbunden mit der visuellen Beobachtung der Asche, die auf pneumatischem Wege aus dem Schmelzofen transportiert wurde, daß nahezu der gesamte Ascheanteil auf pneumatischem Wege aus dem Schmelzofen herausgeführt wurde und höchstens ein äußerst geringer Anteil der Asche in die Schmelze eindrang. Folglich kann die Temperatur in der Schmelze auf einfachem Wege durch die als Brennstoff verwendete Kohle-Öl-Aufschläirnmung reguliert werden, wobei die Glasqualität im Grande unverändert bleibt Es kann daher ein Gemisch oder eine Aufschlämmung von pulverisierter Kohle in öl als Brennstoff eingesetzt werden, um entweder die gesamte oder einen Teil der zum Schmelzen erforderlichen Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen und dadurch ein qualitativ hochwertiges Glas herzustellen. Es sei nochmals erwähnt, daß bei der Bezugnahme auf die Verwendung einer Aufschlämmung aus Kohle in öl zum Schmelzen der glasbildenden Bestandteile- und/ oder zur Erzeugung eines Glasschmelzbades damit immer gemeint ist, daß während des Schmelzvorganges die Aufschlämmung aus Kohle in öl entweder dazu verwendet wird, um die gesamte benötigte Wärmeenergie oder nur einen Teil davon zu erzeugen.

Durch Messung von Partikelanhäufungen wurde festgestellt, daß im Vergleich zum vollständigen Beheizen des Ofens mit Erdgas die Partikel im Abgas um etwa 70% ansteigen, wenn eine Aufschlämmung aus partikelförmiger Kohle und öl als Brennstoff verwendet wird, was etwa 24% der gesamten Asche ausmacht. Natürlich können geeignete Kollektoren eingesetzt werden, um die Partikel-, einschließlich der Kohleasche, zu isolieren.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Hersteilung von Glas, gemäß dem glasbildende Bestandteile auf ein Schmelzbad aus Glas gegeben werden und ein Brennstoff über der Oberfläche des Schmelzt ades verbrannt wird, so daß eine Wärmequelle zur Überführung der glasbildenden Bestandteile in geschmolzenes Glas erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff eine Aufschlämmung von pulverisierter Kohle in Heizöl eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasförmiges Medium über das Schmelzbad mit einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit geführt wird, um die Restasche des verbrannten Brennstoffes abzuführen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit mindestens 3,6 m/sec beträgt

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle eine geringere Partikelgröße als 0,075 mm (Sieböffnung) besitzt und daß die Aufschlämmung eine geringere Viskosität als 820 Centipoise aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff aus etwa 40 Gew.-% Kohle und etwa 60 Gew.-% öl besteht.