DE3119816A1

DE3119816A1 - "hochleistungsspeiser"

Info

Publication number: DE3119816A1
Application number: DE19813119816
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Pieper; Richard 8770 Lohr Sims
Original assignee: Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG
Current assignee: Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG
Priority date: 1981-05-19
Filing date: 1981-05-19
Publication date: 1983-01-13
Also published as: AU8377582A; JPS57196729A

Description

Hochleistungsspeiser
Hochleistungsspeiser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konditionierung eines kontinuierlich fließenden Glasstromes, bi dem dieser nach dem Erschmelzen in einer Kühlstrecke gekühlt und auf die gewünschte Austrittstemperatur eingestellt wird und dann austritt sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Kühl- und Konditionierungszone.
Es sind bereits Verfahren zur Konditionierung und Homogenisierung von kontinuierlich fließenden Glasströmen bekannt, die in Glasschmelzöfen erschmolzen werden und dann nach ihrer Homogenisierung weiterverarbeitet werden. Diese Homogenisierung erfolgt in Speiser genannten Vorrichtungen und diese bestehen im wesentlichen aus einer relativ flachen Rinne, welche von oben mit Gas oder durch in den Glasstrom eintauchende Elektroden beheizt wird. Bei größeren-Leistungen ist es nicht mehr möglich, über den Rinnenquerschnitt gesehen eine gleichmäßige Homogenität der Temperatur zu erzielen, die auch durch eine Verbreiterung der Rinne nicht erreicht werden kann.
Es ist weiterhin bekannt geworden, den Glasstrom in einem Speiser erst abzukühlen und dann die Homogenisierung durch eine erneute Aufheizung vorzunehmen.
Nachteilig ist hierbei aber, daß die Abkühlung am Boden des Speisers erfolgt und damit ein kalter Stromfaden entsteht, der auch durch Konvektion nicht mehr ausgleichbar ist. Die danach folgende Aufheizung weist weiterhin den Nachteil auf, daß bei einer Aufheizung von. oben mittels Brennern nur die oberste Schicht aufgeheizt wird und auch so durch Konvektion eine Homogenisierung nicht erreichbar ist und beim Einsatz von Elektroden, die in den Glasstrom eintauchen, der Stromweg automatisch durch die wärmeren Zonen der Stromfäden erfolgt und damit ebenfalls eine Aufheizung der kälteren Gegenden, wie dies zur Homogenisierung erforderlich wäre, nicht erfolgt.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen Speiser und ein Verfahren zur Homogenisierung von Glasströmen zu schaffen, bei welchen die vorgenannten Nachteile nicht mehr auftreten und die es nicht nur erlauben, das Glas nach dem-Austritt aus einem Schmelzofen von der Läutertemperatur zur Verarbeitungstemperatur abzukühlen, sondern die eine vollkommene Temperatgrhomogenität über den Strömungsquerschnitt der Strömung einzustellen gestatten. Weiterhin soll bei dem erfindungsgemäßen Speiser bzw. dem erfindun.gsgemäßen Verfahren gewährleistet sein, daß eine Tropfenbildung in jedem gewünschten Ausmaß einstellbar ist, wobei die Temperaturhomogenität auch über das Tropfenvolumen verteilt aufrecht erhalten bleiben soll.
Diese erfindungsgemäße Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß während des Kühlens eine Temperatureinstellung auf die Austrittstemperatur erfolgt und danach eineEnergiezugabe nur in dem Ausmaß vorgenommen wird, die den dann noch anfallenden Energieverlust.ausgleicht und vorrichtungsgemäß dadurch, daß der erfindungsgemäße Speiser eine Kühlzone mit einer mäanderförmigen Strömungsführung und eine strömungsmäßig dahinter angeordnete Homogenisierungszone aufweist, in welcher Elektroden derart angeordnet sind, daß sie außen an dem den Strömungskanal bildenden Feuerfestmaterial anliegen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, bei dem insbesondere zwischen der Kühl- und der Homogenisierungszone eine Rührzone vorliegen kann, sind in den Ansprüchen 2 bis 5 und 7 bis 14 angegeben.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 einen Speister gemäß der Erfindung im Vertikalschnitt, Figur 2 einen Speiser gemäß der Erfindung im Horizontalschnitt und Figur 3 einen Schnitt in vertikaler Richtung im rechten Winkel zu dem Schnitt gemäß Figur 1 durch einen Speiser gemäß der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Speiser ist, gemäß den jeweiligen Aufgaben, die an ihn gestellt werden, in fünf Zonen aufgeteilt. Die erste Zone kann als Schnellkiihlzone 1 bezeichnet werden. Die zweite Zone ist die Feinkühlzone 2, die dritte Zonen ist die Rührerzone 3, in der eine Vergleichmäßigúng durch mechanisches Rühren erfolgt, die vierte Zone ist die Ausgleichszone 4, wo es zur absoluten thermischen Homogenität kommt-, weil in dieser Zone keine Temperaturverluste mehr zugelassen werden. Die fünfte Zone ist die Kopfzone-5, in welcher der Tropfen gebildet wird.
In der Schnellkühlzone wird die Temperatur des Glases möglichst schnell abgesenkt, ohne Rücksicht auf eine zu erreichende Temperaturhomogenität. Dabei ist festzu- stellen, daß eine konvektive Kühlung des Glases relativ unvorteilhaft ist, weil bei Beaufschlagung mit Luft oder einem anderen Kühlmedium eine kalte Oberflächenschicht entsteht, die relativ dünn ist, deren Viskosität aber so hoch ist, daß sie an der Strömung nicht mehr teilnimmt. Dadurch wird der Kühleffekt stark reduziert, da unterhalb dieser hochviskosen Schicht eine schnellaufende Strömung entsteht, die nach wie vor einen hohen Wärmeinhalt hat und einen starken Wärmetransport in Richtung Auslauf mit sich bringt.
Wesentlich effektiver ist es, das Glas frei abstrahlen zu lassen, da dabei auch tiefere Glasschichten Wärme emittieren können. Die abgegebene Wärmemenge wird natürlich um so größer, je geringer die Rückstrahlung auf das Glasbad ist. In Zone 1, der Schnellkühlzone, ist deswegen der Oberbau mit einer beweglichen Abdeckung 6 ausgerüstet, welche eine Stahlkonstruktion aufweist, die um einen Drehpunkt 9 drehbar ist, so daß die Abdeckung über dem Glasbad hochgeschwenkt werden kann.
Dadurch wird die Mitte des Feeders freigelegt, in der das größte Wärmeangebot vorliegt. Die Fläche kann frei abstrahlen und verliert naturgemäß sehr viel Energie, da keine Rückstrahlung erfolgt. Je größer der Offnungswinkel der Abdeckung 6 wird, die über eine Spindel 40 manuell betätigt wird, um so größer wird die Abstrahlung des Glasbades im Schnellkühlungsteil. Der dffnungswinkel kann dabei manuell so eingestellt werden, daß, je nach Tonnage, die Temperatur der Oberfläche, welche infolge ihrer erhöhten Viskosität nur wenig an der Strömung teilnimmt, knapp oberhalb der Entglasungstemperatur liegt.
In der Feinkühlungszone 2 wird die Temperatur des Glases weiter abgebaut bis auf eine Temperatur, die sehr nahe an der Verarbeitungstemperatur des Glases liegt. Gemessen wird diese Temperatur am Thermoelement im Gläs 11, welches in der Rührerzone eingebaut ist. Diese Thermoelement dient gleichzeitig als Sollwertgeber für die Regelung der Zone 2.
In der Zone 2 soll möglichst gleichmäßig die Temperatur des Glases abgesenkt werden oder, falls nötig, über Elektroden 12 angehoben werden. Um zu vermeiden, daß eine mittig durchgehende schnelle Strömung die minimale Verweilzeit im Feeder sehr stark heruntersetzt, sind in der Kühlzone 2 Schikanen (Einbauten) 13 eingebaut, welche das Glas zu einer mäandrierenden Fließbewegung zwingen, so daß der Weg für die Strömungsmitte erheblich verlängert wird. Durch die stetige Richtungsänderung und die Veränderung des Strömungsquerschnittes an der Spitze und parallel zu den Schikanen, kommt es zu einem Mischeffekt, so daß die minimale Verweilzeit wesentlich länger ist als in einem herkömmlichen Speiser gleicher Länge.
In der Feinkühlzone 2 sind Elektroden so angeordnet, daß sie in den toten Strömungsecken sitzen, so daß sie vorteilhaft auch während des Kühlens mit kleiner Leistung eingeschaltet bleiben können, um das Strömungsprofil zu vergleichmäßigen und somit die minimale Durchlaufzeit zu verlängern.
Da naturgemäß die größte Wärmeabgabe bei einem solchen System über die Außenkanten erfolgt, muß die Zwangskühlung möglichst nahe am Temperaturmaximum ansetzen.
Deswegen ist ein Kühlkanal am Boden 14 und ein Kühlkanal über dem Glas 15 eingebaut, die in ihrer Form dem mäandrierenden Glasfluß folgen. Diese Kühlkanäle 1 und 15 werden von einem Ventilator beaufschlagt bzw.
mit Kühlluft durchspült, dessen Drehzahl über einen Regler analog der Temperatur des Thermoelements 11 geregelt wird. Die beiden Drosselklappen 16 werden dabei manuell so eingestellt, daß die Temperaturen der Thermoelemente 17 annähernd gleich sind.
Die Richtung des Luftstromes ist dabei gleich der des Glasstromes, so daß eine Gleichstromkühlung erfolgt, die zur Folge hat, daß dort, wo die Energiedifferenz am größten ist, die größte Wärmeenergie abgeführt wird, so daß der Kühleffekt in Richtung auf das Ende der Zone kleiner wird. Der Kühlkanal 14 am Boden besteht aus hochhitzebeständigem Stahl, um zu vermeiden, daß Glas, welches durch eventuelle Undichtigkeiten ausläuft, diese Kühlkanäle verstopft. Der Kühlkanal 15 über dem Glas ist aus Feuerfestmaterial aufgebaut, wobei die-Abdeckplatten 18 aus einem gut wärmeleitendem und temperaturwechselbeständigem Feuerfestmaterial bestehen, bei welchem die Plattenstärke infolge der geringen Spanweite zwischen den Einbauten 13 im Glasstrom, welche als Auflage dienen, relativ gering gehalten werden können.
Die Platten 18 werden durch die darüberstreichende Luft so stark abgekühlt, daß die Rückstrahlung auf das Glasbad entsprechend dem gewünschten Kühleffekt reduziert wird. Dadurch kommt es zu einer gleichmäßigen Abstrahlung aus dem Glasbad auf die Platten 18, ohne daß der unerwünschte Lederhaut-Effekt auf der Oberfläche auftritt.
Die Abdeckung des Kühlkanals 15 besteht aus einer sehr starken Isolierung, so daß, für den Fall, daß nicht gekühlt, sondern geheizt werden muß, möglichst geringe Energieverluste entstehen. Der Regler der Kühlzone 2 ist dabei so ausgelegt, daß bei Unterschreiten der Soll-Temperatur am Thermoelement 11 der Ventilator abgeschaltet und die Elektroden 12 in ihrer Leistung erhöht werden.
Die folgende Rührzone 3 ist derart ausgebildet, daß das Glas in einer vertikalen Strömungsrichtung nach unten geführt wird und damit parallel zur Rührerachse des Rührers 19 verläuft. Für eine Homogenisierung in der Glasmasse ist es wesentlich, daß die Rührerblätter oder die Rührerstäbe senkrecht zur Glasflußrichtung arbeiten, wobei die Homogenität um so höher ist, je mehr Stäbe in Einsatz sind. Deswegen besteht der Rührer aus einer vertikalen Achse aus Feuerfestmaterial, welche mit Bohrungen versehen ist, in welchen Molybdän-Stäbe 20 eingesetzt sind. Der Antrieb erfolgt über ein bekanntes stufenloses Getriebe 21. Die Drehrichtung des Rührers ist dabei so, daß die aus den Molybdän-Stäben gebildete Wendel das Glas nach oben drückt, so daß die Verweilzeit in der Rührzone erhöht wird.
Die sich an die Rührzone 3 anschließende Ausgleichs zone 4 4 besteht aus einem Rohrspeiser, welcher indirekt beheizt wird. Als Widerstand für die Beheizung dient hierbei das Feuerfestmaterial, der Strom wird dabei über metallische und leitend Formkörper 21 zugeführt, deren Temperatur über eine bewegliche Scheibe 22 auf der AchSe der Stromzuführung so eingestellt werden kann, daß sie den zulässigen Höchstwert nicht überschreitet.
Die Speisung der Spannung erfolgt mit Wechselstromstellern über Transformatoren mit getrennten Wicklungen, wobei ein Heizkreis oder ein Paar von Heizkreisen mit einem Wechselstromsteller ausgerüstet sind.
Die Regelung der gesamten Zone 4 erfolgt dabei so, daß die-Leistungen der- einzelnen Heizkreise manuell so gegeneinander eingestellt werden, daß die Temperaturdifferenz (At) aller Thermoelemente 23 gleich Null ist, während die Gesamtleistung aller Heizkreise gleichmäßig über einen Regler variiert wird, der sein Eingangssignal von dem Thermoelement 24 erhält.
Die Kopfzone 5 ist aus dem gleichen leitenden Feuerfestmaterial aufgebaut und wird auf die gleiche Weise indirekt beheizt wie die Zone 4. Es sind eine große Anzahl von Heizkreisen vorgesehen, um die Temperatur, gemessen am Thermoelement 25, auf dem gleichen Wert halten zu können, wie die des Thermoelementes 24. Dessen Wert wiederum ist identisch mit dem Wert des Thermoelementes 11, so daß ab Ende der Rührzone 3 keine Temperaturänderungen im Glas auftreten und damit ein optimaler Temperaturausgleich erreicht wird. Die Heizkreise in der Kopfzone 5 werden ebenfalls über einen Regler analog der Temperatur über das Thermoelement 25 ausgesteuert.
Der Austrag des Glases erfolgt über eine Schraube oder Schnecke 16 aus Feuerfestmaterial, welche das Glas aus dem unten am Kopf unterhalb der Schnecke angeordneten Tropfring 27 herausdrückt. Dabei ist-die Tropfenform frei einstellbar über die Drehgeschwindigkeit der Schnecke. Es kann so während des Tropfenbildungsprozesses die Geschwindigkeit erhöht oder verlangsamt werden und damit die ausgestoßene Glasmenge vermehrt oder verringert werden, -so daß jede beliebige Tropfenform bzw. ein beliebiges Tropfengewicht ausgestoßen werden kann.
Unter dem Auslauf befindet sich eine herkömmliche Schere (nicht gezeigt), die synchron mit dem Antrieb -der Schnecke läuft und den Strang in dem Augenblick abschneidet, an welchem die Drehzahl der Schnecke auf ein Minimum reduziert wurde und damit die Strangstärke ein Minimum aufweist. Ersichtlicherweise kann so die Schnittzahl der Tropfenbildung allein durch die Frequenz der Geschwindigkeitsänderung des Antriebs der Schnecke bestimmt werdeh, wobei bei extrem niedrigen Tropfengeschwindigkeiten die Schnecke auch reversiert werden kann, so daß sie das Glas zeitweise-nach oben fördert. Die Steigung der Schnecke bestimmt dabei die Tropfenbildung pro Umdrehung. Gegenüber dem herkömmlichen Speisermechanismus ist damit eine Zwangstropfen- bildung geschaffen worden, welche unabhängig von der Nachfließgeschwindigkeit des Glases ist und welche auf eine einfache variable Drehbewegung reduziert worden ist. Ersichtlicherweise kann also das Tropfengewicht, welches mit bekannten Verfahren vor, in oder hinter der Glasform-Maschine gemessen werden kann, über die Drehgeschwindigkeit der Schnecke geregelt werden.
Ersichtlicherweise ist es also möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Speiser erstmalig ohne größeren technischen Aufwand eine vollkommene Homogenisierung des austretenden Glases hinsichtlich der Temperatur und beliebig variable Tropfengewichte einzustellen. Es kann also von einer idealen Lösung der anstehenden Probleme gesprochen werden, wobei insbesondere berücksichtigt werden muß, daß der erfindungsgemäße Speiser nur kurz ist und in vorhandenen Werkshallen den Einsatz auch von großen Formmaschinen ermöglicht, ohne daß der Schmelzofen -verkleinert werden müßte.
In einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann die indirekte Beheizung der Ausgleichszone 4 auch über außen anliegende Widerstandsheizelemente erfolgen, wobei die Prinzipien der Energiezuführung und die beschriebene Regelmöglichkeit erhalten bleiben. Die Vorteile einer solchen Lösung bestehen darin, daß auch nicht leitendes Feuerfestmaterial verwendet werden kann.
über die Widerstandsheizelemente werden in dieser Ausgestaltung ebenfalls nur die Wärmeverluste ersetzt, die notwendigerweise auftreten, ohne daß eine weitere Aufheizung des Glasstromes erfolgt.

Claims

Patentansprüche: Verfahren zur Konditionierung eines kontinuierlich S fließenden Glasstromes, bei dem dieser nach dem Erschmelzen in einer Kühlzone (1, 2) gekühlt und auf die gewünschte Austrittstemperatur eingestellt wird und dann austritt, dadurch gekennzeichnet, daß während des Kühlens eine Temperatureinstellung auf die Austrittstemperatur erfolgt und danach eine Energiezugabe durchgeführt wird, die nur den dann noch erfolgenden Energieverlust in der Homogenisierungszone (4) ausgleicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Kühlen des Glasstromes ein alle Strömungsfäden erfassendes Rühren des Glas stromes erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasstrom innerhalb der Kühlzone (1, 2) mehrfach umgelenkt wird und während des Durchflusses im mittleren Bereich der Stromfäden von unten und/oder oben gekühlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den am Rand liegenden Stromfäden des Glasstromes innerhalb der Kühlzone (1, 2) durch Einleiten von elektrischem Strom über Elektroden Energie zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Tropfenbildung beim Austritt des Glases dieses abwechselnd strömungsmäßig in vertikaler Richtung beschleunigt und verzögert wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß sie eine Kühlzone (1, 2) mit einer mäanderförmigen Strömungsführung und eine strömungsmäßig dahinter angeordnete Homogenisierungszone (4) aufweist, in welcher Elektroden (23) angeordnet sind, die außen an dem den Strömungskanal bildenden Feuerfestmaterial anliegen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kühl- und der Homogenisierungszone eine Rührzone (3) angeordnet ist, in welcher der gesamte Querschnitt des Glasstromes beeinflußt wird und deren Rührwirkung der Strömungsrichtung entgegenwirkt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch quer zur Strömungsrichtung in derKühlzone (1,2) angeordnete Einsätze (13?, die einen mäanderförmigen Stromweg des Glasstromes ausbilden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Einsätzen in das Glasbad eintauchende Elektroden (12) vorhanden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine über dem Glasauslaß senkrecht angeordnete, in ihrer Drehzahl periodisch regelbare und in der Drehrichtung reversierbare Schnecke (26).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (26) auf- und abbewegbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone (1, 2) innerhalb des Feuerfestmaterials der Decke und des Bodens einen entsprechend der Hauptströmung verlaufenden Kühlkanal (14, 15) aufweist;
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Decke (18) der Kühlzone (1, 2) geregelt verschwenk- oder verschiebbar ist.
14. VorrichtUng nach einem der Ansprüche 6 bis 13, gekennzeichnet durch Thermoelemente (11, 24 u. 25), die strömungsmäßig hinter der Kühl- und der Homogenisierungszone (1, 2 und 4) angeordnet sind und Regeleinrichtungen zur Regelung der in den Zonen ab- oder zuzuführenden Energie in Abhängigkeit von den Signalen der Thermoelemente.

1.5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kühlzone (1, 2) mit einer mäanderformigen Strömungsführung und eine strömungsmäßig dahinter angeordnete Homogenisierungszone (4) aufweist, in welcher Widerstandsheizelemente angeordnet sind, die außen an dem den Strömungskanal bildenden Feuerfestmaterial anliegen.