DE3022091C2 - Vorrichtung zur Herstellung von bläschenfreiem erschmolzenen Glas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von erschmolzenem Glas in einem Schmelzofen, mit einem Refiner zum Läutern des Glases und wenigstens einem Vorherd, wobei mit Wechselstrom gespeisten Heizelektroden zum Erzeugen des Joule-Effektes ein Gleichstrom überlagert wird, dessen Pluspol an die Heizelektroden und dessen Minuspol an eine Hilfselektrode angeschlossen ist.

Es ist bekannt, mit Wechselstrom betriebene Metall-

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65 heizelektroden für Schmelzofen dadurch gegen Reduktion durch in der Schmelze enthaltene Ionen zu schützen, daß man die Elektroden an den positiven Pol einer Gleichstromquelle anschließt und eine Hilfselektrode vorsieht, die an den negativen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen ist (DE-OS 25 17 835, US-PS 35 30 221). In der US-PS 35 30 221 ist darauf hingewiesen, daß abhängig von der Höhe des Gleichstromes eine unterschiedlich starke Blasenbildung in der Glasschmelze im Schmelzofen auftritt Durch Beobachtung der Bläschenbildung soll eine Einstellung des Gleichstromes erfolgen. Ein Hinweis darauf, wie man eine derartige Bläschenbildung in einem dem Schmelzofen nachgeschalteten, mit Heizelektroden betriebenen Vorherd vermeiden kann, läßt sich diesen Veröffentlichungen jedoch nicht entnehmen.

Es ist ferner bekamt, das in einem Vorherd befindliche erschmolzene Glas mit Hilfe von Heizelektroden zu erhitzen (US-PS 5 06 769). Ein derartiges Erhitzen ist erforderlich, um das erschmolzene Glas einer Glasformmaschine mit der für den Formvorgang am besten geeigneten Viskosität zuzuführen. Bei der Erhitzung des Glases durch Heizelektroden, die sich duerch die Vorherdwandung in das erschmolzene Glas hineinerstrecken, wird von dem bekannten Joule-Effekt Gebrauch bemacht Der Einsatz von derartigen Heizelektroden hat jedoch den Nachteil, daß dadurch Keime und Bläschen in dem Glas erzeugt werden, die durch die Elektroden angreifende Ionen hervorgerufen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Art zu schaffen, mit der eine Bläschenbildung im Vorherd verhindert werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Heizelektroden im Vorherd und die Hilfselektrode im Schmelzofen nahe dem Ausfluß zum Refiner vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß erfolgt das Konditionieren des Glases im Vorherd durch Heizelektroden, die in bekannter Weise mit Wechselstrom gespeist sind und denen ein Gleichstrom überlagert wird. Die Hilfselektrode, die an den Minuspol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, befindet sich im Schmelzofen selbst, und zwar in der Nähe des Ausgangs zum Refiner. Dadurch wird eine Elektronenwanderung von den Heizelektroden zur Schmelzofenelektrode bewirkt, und freie Elektronen werden an der Schmelzofenelektrode gesammelt. Es erfolgt somit eine Bläschenbildung an der im Schmelzofen angeordneten Hilfselektrode. Dadurch, daß die Hilfselektrode jedoch in einem ausreichenden Abstand vor dem Vorherd angeordnet ist, können alle Bläschen, die in der Nähe der Schmelzofenelektrode gebildet werden, völlig aus der Glasschmelze ausgeläutert werden, ehe das Glas den Vorherd erreicht. Damit wird beim Erfindungsgegenstand ein Doppeleffekt erzielt: zum einen werden die Elektroden in bekannter Weise gegen Reduktion durch in der Silikatschmelze enthaltene Ionen geschützt, und zum anderen wird die Erzeugung von blasenfreiem Glas ermöglicht.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von erschmolzenem Glas mit einem

Glasschmelzofen, einem Refiner und Vorherden, wobei die Heizelektroden mit einem Einphasenwechselstrom Deaufschlagt werden;

Fig.2 eine der Fig. 1 vergleichbare Ansicht, wobei iie Heizelektroden in dem Vorhe-d mit einem Dreiphasenwechselstrom beaufschlagt werden;

Fig.3 eine der Fig. 1 vergleichbare Ansicht, wobei ein Autotransformator zum Einsatz kommt um einen elektrisch abgeglichenen Mittelpunkt für eine positive Verbindung der Elektroden in dem Vorherd zu erzielen;

Fig.4 <;ine der Fig.3 vergleichbare schematische Darstellung mit einem Einzonen-Elektrodensystem in dem Vorherd; .

Fig.5 einen vertikalen Querschnitt durch einen Vorherd an einer der Elektrodenpositionen; und

Fig 6 eine schematische Darstellung eines Vorherdes mit einem Einzonen-Elektrodensystem, das mit einer schwimmenden Wechselspannungsversorgung verbunden ist, und mit einer isolierten Gleichspannungsversorgung, die mit einer Schmelzelektrode verbunden ^IStWie aus der Fig.l ersichtlich ist, weist der Schmelzofen 10 einen Abgabeabschnitt 12 auf, der mit einem Refiner 14 verbunden ist Der Schmelzofen ist so ausgelegt daß er ein Glasbildungsgemenge aufnehmen kann und das Gemenge in einen flüssigen Zustand erschmelzen kann. Der Refiner 14, der das vollständig erschmolzene Glas aufnimmt, ist zur Speisung von drei Vorherden 16,18 und 20 mit diesen verbunden. Um die Beschreibung kurz zu halten, wird nur der Betrieb des Vorherdes 20 im Detail beschrieben. Die Vorherde 16 und 18 werden in derselben Weise wie der Vorherd 20 betrieben und sind ebenfalls mit Heizelektroden ausgerüstet Mehrere Elektroden 22, die den Joule-Effekt zur Heizung ausnützen, sind vorgesehen und vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Die Heizelektroden sind so in dem Vorherd 20 angeordnet, daß sie vollständig in das geschmolzene Glas eintauchen, das in den Vorherd 20 eingebracht ist. In Abhängigkeit von der Größe, Länge und der Formgebung des Vorherdes kann eine beliebige Anzahl von Elektroden eingesetzt werden. Die Heizelektroden sind mit einer Wechselspannungsquelle 24 über einen oder mehrere Leistungstransformatoren 26 verbunden. Die Wechselspannungsquelle 24 kann eine Einphasenquelle sein, wie sie in der F i g. 1 dargestellt ist, oder eine Dreiphasenquelle 25, wie sie in der F i g. 2 gezeigt ist. Den Heizelektroden 22 wird somit ein Wechselspannungssignal zugeführt das einen Strom durch das in dem Vorherd 20 befindliche Glas führt, wodurch eine Erwärmung des Glases infolge des bekannten Joule-Effekts hervorgerufen wird.

Das Molybdän, das zur Herstellung der Heizelektroden 22 verwendet wird, bewirkt, daß durch den Einsatz von Sulfatläuterungsmitteln an den Elektroden 22 eine elektrochemische Reaktion auftritt, die zu gasförmigen Einschlüssen im Glas führt, die als Bläschen bezeichnet werden. Es wird angenommen, daß die Reaktionen, die zur Ausbildung von Bläschen führen, durch die Bereitschaft des Molybdäns hervorgerufen werden, freie Elektronen an die Sulfationen abzugeben, die in dem erschmolzenen Glas vorhanden sind.

Um die Effekte der elektrochemischen Reaktionen zu reduzieren, ist eine Hilfselektrode 32 % eingetaucht in das geschmolzene Glas % in dem Schmelzofen 10 nahe dem Abgabeabschnitt 12 angeordnet. Die Elektrode 32 ist mit dem negativen Pol einer üblichen Gleichspannungsquelle 30 verbunden. Die positive Klemme der Gleichspannungsquelle 30 ist über ein elektrisches Filter 28 mit den elektrischen Mitten der Transformatoren 26 verbunden. Ein Isolationsfilter 28a ist zwischen Masse und den elektrischen Mitten der Transformatoren geschaltet Das Filter 28, das ein Filter üblicher Bauart sein kann, dient dem Schutz der Gleichspannungsquelle 30 gegenüber Wechselspannungssignalen. Die Verbmdung der Gleichspannungsquelle 30 mit den Transformatoren 26 führt zum Aufbau eines positiven und gleichen Gleichspannungspotentials an den Elektroden •o 22 bezüglich der Schmelzofenelekt.ode 32. Dadurch wird verhindert daß Gleichspannung zwischen beliebigen Elektroden 22 fließen kann. Die Verbindung der Gleichspannungsquelle 30 mit der Schmelzofenelekirode 32 und den Heizelektroden 22 führt zum Aufbau eines Gleichstromkreises und bewirkt daß freie Elektronen an den Elektroden 22 über den Gleichspanruingskreis zur Schmelzofenelektrode 32 hin abfließen. Das Vorhandensein einer Vielzahl von freien Elektronen an der Schmelzelektrode 32 führt dazu, daß die bläschenbiidende elektrochemische Reaktion eher an dieser Stelle auftritt als an den Heizelektroden 22 in dem Vorherd 20. Die an dieser Stelle gebildeten Bläschen führen nicht zu einer Verschlechterung der Qualität des geschmolzenen Glases, das letztendlich den Vorherd 20 verläßt da sie an einem Punkte im Schmelzprozeß erzeugt werden, der ihnen hinreichend Zeit gibt aus dem erschmolzenen Glas herausgeläutert zu werden, bevor dieses den Vorherd 20 verläßt. Obwohl die Schmelzofenelektrode 32 in der Fig. 1 m der Nähe des Abgabeabschnitts 12 dargestellt ist, ist ihre Anordnung nicht besonders kritisch. Es ist lediglich erforderlich, daß die Elektrode 32 im Schmelzprozeß weit genug hinten angeordnet ist, derart, daß alle in dem geschmolzenen Glas entstandenen Bläschen herausgeläutert werden können, ehe das Glas aus dem Vorherd 20 abgezogen wird. Dies ist eine Funktion des Abstandes der Elektrode 32 vom Abzugspunkt des erschmolzenen Glases und der Geschwindigkeit oder des Durchsatzes des geschmolzenen Glases, mit dem dieses durch das System geführt wird.

Bezüglich der Gleichspannungen, die zwischen den Elektroden in den anderen Vorherden 16 und 18 aufgeprägt werden, kann die gleiche Gleichspannungsquelle 30 oder können getrennte Gleichspannungsquellen eingesetzt werden. Dabei sollte dafür Sorge getragen werden, daß sich zwischen den Elektroden in den Vorherden 16, 18 bzw. 20 keine Gleichströme aufbauen können. In jedem Fall werden diese Ströme minimal sein. Es ist darauf zu achten, daß innerhalb eines so einzelnen Vorherdes jede Elektrode auf einem gleichen Gleichspannungspotential bezüglich aller anderen Elektroden in diesem Vorherd gehalten wird.

In F i g. 3 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung gezeigt, die zweckmäßigerweise dann eingesetzt werden kann, wenn bereits vorhandene Leistungstransformatoren auf der Sekundärseite keine Mittelanzapfungen besitzen, bei denen es daher schwierig ist, die elektrische Mitte der Sekundärwicklung tatsächlich festzustellen. Durch Aufbau einer Autotransformatorverbindung auf der Sekundärseite kann eine elektrische Mitte oder schwimmende Neutralphase für die Verbindung mit der Gleichspannungsquelle bereitsgestellt werden. Die Autotransformatorwicklungen sind in der F i g. 3 mit 80a, 806 und 80c bezeichnet. Im übrigen sind die Bezugszeichen aus F i g. 1 übernommen worden.

In Fig.4 ist eine schematische elektrische Verbindung der in dem Vorherd angeordneten Elektroden gezeigt, die eine Abwandlung der in der Fig.3

dargestellten Ausführungsform ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Elektroden 22 auf jeder Seite miteinander verbunden und werden von einem einzigen Transformator 26 beaufschlagt; damit sind die Elektroden mit einer Einphasenwechselspannungsquelle 24 verbunden. Es wurde gefunden, daß eine Einzonen-Elektrodenverbindung in dem Vorherd möglich ist und bei geeigneter Stromauswahl in der Lage ist, den Elektroden im Vorherd ausreichenden Heizstrom aufzuprägen. Wiederum sind die Elektroden 22 über eine Autotransformatorwicklung 80 mit einem Filter 28 verbunden, das seinerseits mit einer Gleichspannungsquelle 30 verbunden ist. Zwischen dem Filter 28a und dem Transformator 26 ist eine Massenverbindung in gleicher Weise vorhanden, wie dies bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1%3 dargestellt ist. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen ist der negative Pol der Gleichspannungsquelle mit einer in dem Schmelzofen 10 angeordneten Hilfselektrode 32 verbunden.

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einer Einzonen-Elektrodenanordnung, wobei der nur teilweise gezeigte Vorherd 20 von vergleichbarer Bauart wie bei den anderen bisher gezeigten Ausführungsformen ist. Die Elektroden 22 sind mit einem Transformator 26 verbunden. Die Mittelanzapfung des Transformators 26 ist mit einem Filter 28 verbunden, der seinerseits mit der gezeigten Gleichspannungsquelle 30 verbunden ist. Zusätzlich ist die Mittelanzapfung des Transformators 26 über einen zweiten Filter 28a mit Masse verbunden. Die Gleichspannungsquelle 30 ist an eine schematisch gezeigte Schmelzofenelektrode 76 angeschlossen. Bei dem gezeigten speziellen Schaltkreis ist festzuhalten, daß der Wechselstrom »schwimmt«, während der Gleichspannungskreis mit Masse an den Elektroden verbunden ist Die Schmelzofenelektrode 76 kann in der Tat eine Elektrode sein, die für das elektrische Schmelzen in dem Schmelzofen verwendet wird. Es ist nur notwendig, daß das Filter 28 größer ist als die Spannung bezüglich Masse von 76.

Ein spezielles Beispiel für die Anordnung und Positionierung einer Elektrode in dem Vorherd ist in F i g. 5 gezeigt, in der die Vorherdwanne, die allgemein mit 50 bezeichnet ist, mit einem hochwarmfesten Material 51 ausgekleidet ist. Dieses Material ist seinerseits von einem isolierenden Schamotteziegelmaterial 52 umgeben, das von einer Metallhülle 53 abgestützt wird. Die Heizelektroden 22 sind so angeordnet, daß sie sich durch die Metallhülle 53, das Schamotteziegelmauerwerk 52 und die Wanne 51 erstrecken. Die einzelne Elektrode weist einen Endabschnitt 55 auf, der aus einem leitenden, gegenüber geschmolzenem Glas widerstandsfähigen Material, wie z. B. Molybdän, hergestellt sein kann. Der Endabschnitt 55 ist mit einem Hauptabschnitt 56 aus rostfreiem Stahl verbunden. Der Hauptabschnitt 56 ragt aus der Metallhülle 53 hervor und ist in dem Bereich, in dem er die Metallhülle 53 durchsetzt, von einem Rohr 57 aus einem Material mit hohem Widerstand umgeben. Das Rohr 57 kann aus einem Borsilikatglas geformt sein. Das Borsilikatglas wird in seiner Position mit Hilfe eines Mörtels 58 gehalten. Als Mörtel kann z. B. Sauereisen Nr.8-Zirconzement verwendet werden. Aus Fig.5 ist ersichtlich, daß die Elektrode 22 so angeordnet ist, daß sich ihr Endabschnitt 55 in den Vorherd hineinerstreckt, z.B. 10,16cm. Das Borsilikatglas, das als Hochwiderstandsmaterial verwendet wird, stellt sicher, daß die Elektrode isoliert ist und der Widerstandswert wird im Bereich von 10 · 10» Ohm cm liegt.

Durch die verwendete Elektrodenisolation können Leckströme verhindert werden. Es ist daher von Bedeutung, daß die Elektroden so weit wie möglich gegenüber Streustrcmen elektrisch isoliert sind, die in der Umgebung der Elektrode fließen können.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von erschmolzenem Glas in einem Schmelzofen, mit einem Refiner zum Läutern des Glases und wenigstens einem Vorherd, wobei mit Wechselstrom gespeisten Heizelektroden zum Erzeugen des Joule-Effektes ein Gleichstrom überlagert wird, dessen Pluspol an die Heizelektrode und dessen Minuspol an eine Hilfselektrode angeschlossen ist, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Heizelektroden (22) im Vorherd (16, 18, 20) und die Hilfselektrode (32) im Schmelzofen (10) nahe dem Ausfluß zum Refiner (14) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelektroden (22) stangenförmig ausgebildet sind und aus einem Molybdänendabschnitt (55), der sich in das geschmolzene Glas hineinerstreckt, und einem Hauptabschnitt (56) aus rostfreiem Stahl bestehen, wobei sich das dem Molybdänabschnitt (55) gegenüberliegende Ende durch die Wand des Vorherdes (16,18,20) erstreckt, und daß sich um den Hauptabschnitt (56) herum erstreckende Isolationseinrichtungen vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptabschnitt (56) der Elektrode von einem Rohr (57) aus Borsilikatglas umgeben ist und daß das Rohr in einer öffnung der Vorherdwandung (53) durch ein Sicherungsmittel (58) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelektroden (22) von einer Wechselspannungsquelle (24, 25) gespeist werden, die mit einem oder mehreren Leistungstransformatoren (26) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom von einer Gleichspannungsquelle (30) zugeführt wird, deren positiver Pol mit den elektrischen Mitten der Sekimdärwicklungen eines jeden Leistungstransformators (26) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (28) zwischen die Gleichspannungsquelle (30) und die Transformatoren (26) geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (2Sa) vorgesehen ist, durch den die Heizelektroden (22) an Masse gelegt sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle (24) eine Einphasenquelle ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle (25) eine Dreiphasenquelle ist.