DE3419575A1

DE3419575A1 - Verfahren und vorrichtung zur abschmelzenden verfluessigung von material durch ein plasma

Info

Publication number: DE3419575A1
Application number: DE19843419575
Authority: DE
Inventors: Joseph Michael Plum Boro Pa. Matesa
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1983-06-02
Filing date: 1984-05-25
Publication date: 1984-12-06
Also published as: CA1242585A; GB8413822D0; GB2140902A; FR2547034B1; IT1178950B; JPS608692A; FR2547034A1; US4545798A; IT8467551A0; GB2140902B; IT8467551A1

Description

■■ υ ■■

Die Erfindung betrifft die Umwandlung pulverförmigen Rohmaterials in flüssigen Zustand als ersten Schritt eines Schmelzverfahrens· Die Erfindung ist insbesondere geeignet zum Schmelzen von Glas wie Flachglas, Behälterglas, Glas für Fasern und Natriumsilikatgläser· Die Erfindung ist j jedoch auch anwendbar auf andere Prozesse, bei denen die thermische Umwandlung eines im allgemeinen fließfähigen, im wesentlichen im festen Zustand zugeführtes Material zu einer geschmolzenen Flüssigkeit erfolgt. Zu diesen anderen

·] ο V/erfahren gehören metallurgische Schmelzvorgänge, das Zusammenschmelzen von ein oder mehr Komponenten keramischen Materialien, Metallen oder anderen Materialien. Die Erfindung stellt eine Verbesserung der in U.S.-PS 4,381,934 und in US-Patentanmeldung Serial No. 481,97o,eingereicht am 4. April 1983,beschriebenen Verfahren dar.

Bei den bisher üblichen konventionellen kontinuierlichen Glasschmelzverfahren wird pulverförmiges Gemengematerial auf ein Bad aus geschmolzenem Glas aufgebracht, das in einem Schmelzofen enthalten ist. Es wird Wärmeenergie zugeführt, bis das pulverförmige Material in dem Bad aus geschmolzenem Glas geschmolzen ist.

Das übliche Schmelzen von Glas in Schmelzöfen weist zahlreiche Nachteile auf. Der grundsätzliche Nachteil besteht darin, daß verschiedene Vorgänge, von denen nicht alle miteinander verträglich sind, gleichzeitig in derselben Kammer ausgeführt werden. Das heißt, die Schmelzkammer eines konventionellen Schmelzofens dient dazu, das Glasgemenge zu verflüssigen, Restbestandteile des Glasgemenges aufzulösen, die Schmelze zu homogenisieren und das Glas zu raffinieren, so daß es frei von gasförmigen Einschlüssen ist. Weil diese verschiedenen Vorgänge gleichzeitig in dem Schmelzgefäß ablaufen und weil unterschiedliehe Bestandteile des Glasgemenges unterschiedliche

- 1ο -

Schmelztemperatur aufweisen, ist es nicht Überraschend, daß von Punkt zu Punkt Inhomogenitäten innerhalb des Schmelzofens vorhanden sind.

j 5 Um diese Inhomogenitäten auszugleichen, weist ein konven-

' tioneller Schmelztank ein relativ großes Volumen von geschmolzenem Glas auf, so daß daraus eine ausreichende Uer- > uieilzeit für den Strom des geschmolzenen Glases resultiert,

um das Glas bis zu einem gewissen Grad zu homogenisieren, ! -| ο ehe es der Formgebung zugeführt wird. Diese umlaufenden ' Ströme im Schmelztank führen zu einear ineffektiven Verwendung der thermischen Energie und das Aufrechterhalten eines großen Volumens geschmolzenem Glas bereitet selbst Schwierigkeiten. Weiterhin ist es erforderlich, derartig große Kammern zu heizen, so daß die Notwendigkeit des Bauens und des Erhaltens derartig großer Kammern kostenaufwendig ist. In einigen Fällen bereitet es Schwierigkeiten, das erforderliche feuerfeste Material zu erhalten. Weiterhin trägt die Erosion des feuerfesten Materials Verunreinigungen in das Glas und erfordert das erneute Ausmauern des Schmelzgefäßes nach einigen Jahren. Außerdem ist es bekannt, daß einige Bestandteile des Glasgemenges wie Kalk die Neigung haben, eher zu schmelzen als der Sand und die dann als geschmolzene Kugeln absinken, während die höher schmelzenden Bestandteile wie Siliciumdioxid die Neigung haben, ungeschmolzene Rückstände auf der Oberfläche der Schmelze zu bilden. Die Abtrennung von Gemengebestandteilen erzeugt außerdem Inhomogenitäten.

Untersuchungen haben gezeigt, daß der das Schmelzen hauptsächlich begrenzende Schritt die Geschwindigkeit ist, mit der teilweise geschmolzenes verflüssigtes Glasgemenge von dem Gemenge abfließt, so daß darunterliegende Teile des Gemenges der Wärme im Schmelzofen ausgesetzt werden.

Die übliche Praxis einer schwimmenden Schicht des Gemenges

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auf einem Bad aus geschmolzenem Glas ist insbesondere nicht dazu geeignet, die Geschiuindigkeit des Ablauf ens

: zu erhöhen, u/eil ein Teil des Gemenges teilweise in das

geschmolzene Glas eintaucht. Es uiurde weiterhin festgestellt, daß Strahlungsenergie wirksamer für das Einleiten des Abschmelzens ist als die Konvektionswärme aus dem Bad ■ von geschmolzenem Glas. In einem konventionellen Schmelzofen ist jedoch nur eine Seite des Gemenges der Strahlungs-"Io wärme ausgesetzt. In gleicher Weise ist das Erhitzen durch Strahlung von oben wenig effektiv, weil nur ein Teil der Strahlungsenergie direkt nach unten auf das geschmolzene material gerichtet ist. Durch die Baugröße des Schmelzofens geht nicht nur ein erheblicher'Teil der Energie verloren, die resultierende thermische Zersetzung der Bestandteile des feuerfesten Daches beeinträchtigt die Wirkungsweise zahlreicher Glasschmelzofen. Weiterhin kann die Zufuhr von Wärme in eine relativ tiefe umlaufende Glasmasse von oben zu thermischen Inhomogenitäten führen, die sich bis in den Formgebungsprozeß weiter schleppen können und die Qualität der Glaserzeugnisse beeinflussen.

Es wurden zahlreiche Vorschläge gemacht, die Nachteile der üblichen Glasschmelzofen mit Bädern zu überwinden.

Keiner dieser Vorschläge hat sich jedoch in der Praxis durchsetzen können. So wurde z.B. vorgeschlagen, das Glasgemenge zu verflüssigen auf einer Rampe,von der die Flüssigkeit in den Schmelztank abfließt (US-PSS 296,227; 7o8,3o9; 2,593,197; 4,o62,667; 4,11o,o97). Die starke Hitze und die korrodierenden Bedingungen de-nen eine solche Rampe ausgesetzt ist, hat die praktische Verwertbarkeit dieser Idee verhindert, weil die erhältlichen Materialien unter den Anwendungsbedingungen nur eine kurze Lebensdauer haben. Es wurde in einigen Fällen auch vorgeschlagen, eine solche Rampe zu kühlen, um die Lebens-

dauer zu erhöhen. Die Kühlung führt jedoch einen wesentlichen Teil der Hitze aus dem Schmelzprozeß ab und verringert die Effektivität des Verfahrens bezüglich des Wärmeaufwandes. Außerdem führt die relativ/ große Kontaktfläche zwischen der Rampe und jeder Volumeneinheit des durchgesetzten Glases zu einem bestimmten Anteil an Verunreinigungen, die von dem Glas aufgenommen werden. Weiterhin ermöglicht die Rampe den Wärmeübergang von der Strahlungsquelle auf das schmelzende Glasmaterial nur in einer Richtung.

Eine Variation eines Schmelzofens mit einer Rampe ist in U.S.-PS 2,451,582 beschrieben. Dabei wird das Glasgemenge in einer Flamme dispergiert und gelangt auf eine schräge Fläche. In gleicher Weise wie bei anderen derartigen Anordnungen unterliegt die Rampe der Erosion und das Glas wird verunreinigt.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, das Glas in rotierenden Gefäßen zu schmelzen, wobei das Material in einer dünnen Schicht auf der Innenseite der Gefäße aufgebracht wurde und bei dieser Anordnung die Wärmequelle mehr oder weniger umgibt. Dazu gehören die US-Patente Nr. 1,889,5o9; 1,889,511; 2,oo6,947; 2,oo7,755; 4,oB1,487; 4,185,498. — ^ In gleicher Weise wie bei den Vorschlägen zur Ausbildung einer Rampe stellt die Lebensdauer des Materials derartiger drehbarer Schmelzeinrichtungen ein Problem dar und außerdem bestehen unerwünscht große Kontaktoberflächen pro Volumeneinheit durchgesetzten Glases. Bei den Ausführungsformen, bei denen ein rotierendes Gefäß isoliert ist, führen die harten Bedingungen an der Glaskontaktoberfläche zu einer kurzen Lebensdauer, auch wenn besonders teures feuerfestes Material verwendet wird. Außerdem kommt es zu einer wesentlichen Verunreinigung des durchgesetzten

Glases. Bei den Ausführungsformen, bei denen die Außen-

seite des Gefäßes gekühlt ist, wird durch die Wärmeübertragung aus dem Gefäß ein wesentlicher Teil der Wärmeenergie dem Schmelzverfahren entzogen, so daß die Arbeitsweise nicht wirtschaftlich ist· Bei einem drehbaren Schmelzer 5 wie er in US-PS 2,834,157 beschrieben ist, ist ein Kühler

zwischen dem schmelzenden Material und dem feuerfesten I Gefäß angeordnet, um das feuerfeste Material zu schützen.

i Es ist klar, daß die erheblichen Wärmeverluste bei dieser

Anordnung die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beein-1o trächtigen. Bei den in US-PSS 3,o77,o94 und 3,51o,289

beschriebenen drehenden Schmelzeinrichtungen des Zyklontyps wird eine Drehbewegung auf das Glasgemenge aufgebracht durch Gase, während das Gefäß stationär gehalten wird. Diese Zyklonanordnung weist jedoch alle Nachteile 15 der zuvor beschriebenen drehbaren Schmelzeinrichtungen auf, ^; Es ist jedoch auch bekannt, die thermische Energie zu

konservieren und Kontakt der Schmelze mit feuerfestem ι Material dadurch zu vermeiden, daß das Glasgemenge von

; innen nach außen geschmolzen wird. D_azu wird verwiesen

I 2o auf US-PSS 1,oB2,195; 1,621,446; 3,1o9,o45; 3,151,964; ! 3,328,149; 3,689,679. Jeder dieser Vorschläge erfordert

I die Verwendung von elektrischen Heizern und die anfäng-

I liehe Verflüssigung des Gemengematerials hängt von

¹ Konvektions- oder Wärmeleitung durch die zuvor geschmolze-

! 25 nen Glasmasse ab. Dies ist besonders nachteilhaft, weil ' Strahlungshitze an sich besonders wirksam ist, um die

ι Verflüssigung einzuleiten. Nur die zwei letzten der zuvor

angegebenen Patente beschreiben einen kontinuierlichen Schmelzprozeß. In US-PS 3,637,365 ist eine Ausführungsform ! 3o beschrieben, bei der eine Verbrennung'swärmequelle verwendet wird, um eine vorgeformte Masse von Glasgemenge vom ^: Zentrum nach außen zu schmelzen. Dabei handelt es sich

ι jedoch um ein Chargenverfahren, bei dem das Schmelzen

beendet werden muß ehe das Glasgemenge vollständig durch·· ■ 35 geschmolzen ist.

ι Die Verwendung eines elektrischen Plasmabrenner, beispielsweise eines Plasmalichtbogens, einer Plasmadüse oder eines Plasmabrenners wurde seit langem als geeignet für das Schmelzen angenommen, weil damit sehr hohe Temperaturen erreicht werden. Die Hauptschwierigkeit bestand jedoch darin, ein Gefäß zu finden, das diesen hohen Temperaturen standhält. Kühlen des Schmelzgefäßes wurde empfohlen, um die Erosion des Gefäßes zu v/erringern, jedoch verringert die Wärmeabfuhr die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich. Deshalb wurde das Aufschmelzen mittels Plasma als nicht praktikabel für die industrielle Anwendung angesehen.

Ein elektrischer Lichtbogen kann ebenfalls eine sehr hohe Temperatur erzeugen, jedoch hat die Hitze eines Plasmas demgegenüber Vorteile bei dem Schmelzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Ausbildung eines elektrischen Lichtbogens erfordert viel Raum, weil mindestens zwei Elektroden sich in die Schmelzzone selbst erstrecken müssen, damit die Strahlung vom Lichtbogen direkt auf das zu schmelzende Material einwirken kann. Mit einem Plasmabrenner kann jedoch das Plasma außerhalb der Schmelzzone erzeugt und in die Schmelzzone durch einen Gasstrom eingebracht werden. Außerdem erzeugt der Abbrand der Elektroden eines Lichtbogens Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid, das unerwünschte Reduktionsreaktionen im Glas verursachen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Glasschmelzeinrichtungen zu beseitigen und ein kontinuier- j liches effektiv wirksames wirtschaftliches Verfahren zum j Verflüssigen von Wärmeschmelzbaren Materialien zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß den Patentansprüchen und die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 23 ·

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Bei der Erfindung wird der erste Schritt eines Schmelzverfahrens, die Verflüssigung des Rohmaterials, beispielsuieise von Glasgemenge, mittels einer Plasmawärmequelle ausgeführt. Es wurde gefunden, daß eine Wärmequelle in Form eines Plasmas besonders vorteilhaft ist bei abschmelzender Verflüssigung, wobei die Wärmequelle im Zentrum eines Raumes angeordnet ist, umgeben durch eine Auskleidung des Gefäßes, wobei mindestens ein Teil der auskleidenden Oberfläche ein Material enthält, das im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung hat wie das Rohmaterial und/oder das Produkt. Das'Rohmaterial wird mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß eine stabile Schicht des Materials, das den erhitzten Raum umgibt, aufrechterhalten wird mit einer ausreichenden Dicke, um das darunterliegende Gefäß thermisch zu isolieren ohne daß eine zwangsweise Kühlung des Gefäßes erforderlich ist. Durch die Möglichkeit, daß das verflüssigte Material aus dem Gefäß ausfließt sobald es den fließfähigen Zustand erreicht hat und das Zuführen von zusätzlichem Rohmaterial auf die Oberfläche der Auskleidung,um das verflüssigte ausgeflossene Material zu ersetzen, wird Hitze schnell aus dem Gefäß abgeführt etwa bei der Verflüssigungstemperatur des Materials. Die Temperatur der Auskleidung steigt auf diese Weise nicht über diese Temperatur unabhängig von der Temperatur der Wärmequelle. Das Schmelzen erfolgt im wesentlichen in einer vorübergehenden beweglichen Schicht auf der Oberfläche der stabilen auskleidenden Schicht. Deshalb

kann die sehr hohe Temperatur des Plasmas besonders vorteilhaft verwendet werden für den Wärmeübergang mit einer Geschwindigkeit, die große Durchsatzmengen erlaubt ohne das Auftreten von Verunreinigungen durch Kontakt mit feuerfestem Wandmaterial und ohne verringerte Wirtschaftlichkeit durch Kühlung des Schmelzgefäßes.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
1a

Figur 1 zeigt im senkrechten Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der der Behälter um seine senkrechte Achse rotiert, so daß sich durch die Bewegung um den Plasmabrenner eine paraboloide Oberfläche des Glasgemenges ausbildet.

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt einer speziellen Ausführungsform des Plasmabrenners, der im

Rahmen der Erfindung benutzt werden kann. 2o

Die Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform für das Schmelzen von Glas beschrieben, ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausführungsform oder das Schmelzen von Glasgemengen beschränkt.

Weil sich die Erfindung auf den ersten Schritt der Verflüssigung von Glasgemengen richtet, beschränkt sich die Beschreibung der Ausführungsform auf diesen Anfangsteil der üblichen Glasschmelzverfahren.

Der erfindungsgemäße Werflüssigungsschritt kann, wenn erforderlich, mit üblichen Einrichtungen zum weiteren Schmelzen, Raffinieren, Konditionieren und Ausformen

von Glas kombiniert werden.

! Einrichtungen zum Schmelzen von Glasgemengen unterschied-

! licher Ausführungsformen, die für das erfindungsgemäße

Verfahren verwendet werden können, sind in U.S.-P.S.

4,381,939 beschrieben.

! Figur 1 gibt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfingung

wieder. Der in Figur 1 gezeigte Behälter (3o) hat eine
' abgestufte Seitenwand, um die rotierende Menge zu verringern. Der Behälter kann selbstverständlich auch konisch
i 1 ο oder zylindrisch ausgebildet sein. Die stufenförmige Ausbildung der Seitenwand ist jedoch bevorzugt, weil ein
solcher Behälter leichter herzustellen ist und die zu bewegende Masse erheblich reduziert wird. Der Behälter (3o)
wird von einem ringförmigen Rahmen (31) getragen. Der
! 15 Rahmen ist auf einer Vielzahl von Tragrollen (32) und Ausi richtrollen (33) um eine senkrechte Achse drehbar ausge-
! bildet. Die Achse stimmt mit der Mittellinie des Behälters ; ! (3o) überein. Das Bodenteil (35) in Form eines Auslaßge- \ : häuses kann vom restlichen Behälter abgesetzt sein. Das ι j 2o Auslaßgehäuse (35) kann ringförmig mit feuerfestem Material ; ^! (36) ausgekleidet sein. Als Material kommt beispielsweise , j gießfähiger feuerfester Zement in Betracht, in den eine ! : ringförmige Düse aus abriebbeständigem feuerfestem Material j eingefügt ist. Die Düse kann aus einer Vielzahl von Kera-

■ 25 mikteilen bestehen. Die zentrale Öffnung (38) in der Düse

(37) bildet die Auslaßöffnung der Verflüssigungskammer.

Ein nach oben gewölbter Deckel (Ao) aus feuerfestem Material wird von einem feststehenden Träger in Form eines ring- !

förmigen Rahmens (41) gehalten. Der Deckel weist eine ι

, 3o Öffnung (42) auf zum Einbringen des Plasmabrenners (43) · \ , Bei dieser Ausführungsform treten die entwickelten Gase ι I durch die Öffnung (44) im Deckel (4o) aus und gelangen in | ! den Abzugsschacht (45). Die öffnung (44) kann gleichzeitig

: zur Zufuhr des Rohmaterials in die Verflüssigungskammer

35 dienen. Um dies zu ermöglichen, ist ein Zufuhrschacht (So)

vorhanden· Das untere Ende des Zufuhrschachtes (5o) kann mit einem beweglichen Leitblech (51) versehen werden, um die Stelle,an der das Rohmaterial in der Verflüssigungskammer abgelagert wird, zu steuern. Obere und untere 5 Wasserverschlüsse (52, und 53) können vorhanden sein, um das Innere der Werflüssigungskammer von der äußeren Umgebung abzuschließen, so daß kein Staub _uncJ keine Gase aus dem Behälter in die Umgebung austreten können. In der Verflüssigungskammer wird eine stabile/iiständige Schicht von ungeschmolzenem Material (54) aufrechterhalten. Auf dieser stabilen Schicht wird eine bewegliche Schicht (55), die schmilzt, ausgebildet, wobei diese Schicht nach unten fließt und durch die zentrale Öffnung (38) in der ringförmigen üüse (37) austritt. Das verflüssigte Material (56) gelangt dann in ein Sammelbecken (57).

Bei den erfindungsgemäßen WerflUssigungsbehältern umgibt die Gemengeschicht eine Wärmestrahlungsquelle. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, denn ein größerer Teil der erzeugten Strahlungsenergie trifft auf das Gemenge und ermöglicht in stärkerem Maße die Ausnutzung des isolierenden Effektes der Gemengeschicht. Weil die Wärmequelle von der isolierenden '-'emengeschicht umgeben ist, entfällt die Notwendigkeit der Verwendung feuerfesten Materials für die Seitenwände des Behälters. Deshalb kann das Gehäuse ein Stahlkessel sein, der kegelstumpfförmig ausgebildet ist, so daß generell die innere Oberfläche parallel zur inneren Oberfläche der Gemengeschicht verlauft. Die gekrümmte Oberfläche der Gemengeschicht muß jedoch nicht mit der Form der Behälterwand übereinstimmen. Die Form des Behälters kann beliebig gewählt werden, beispielsweise zylindrisch oder dosenförmig (boxshape). Eine gekrümmte stabile Gemengeschicht kleidet die Seitenwand auf der Innenseite des Verflüssigungsgefäßes aus. Die Schicht kann gebildet werden aus losem Gemenge oder es

kann sich um eine vorgeformte gegossene (molded) Auskleidung handeln. Wie in der Zeichnung angegeben, ist die der Wärmequelle gegenüberliegende Oberfläche der Gemengeschicht vorzugsweise eine rotierende Oberfläche. Diese weist unter diesen Umständen im allgemeinen eine paraboloide Form auf. Kegelstumpfförmige und zylindrische Oberflächen sind jedoch ebenfalls möglich. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Schicht nicht gleichmäßig dick sein muß, solange die Mindestdicke eine ausreichende Isoiationswirkung erzeugt. Wegen der hervorragenden Isolationseigenschaften von Glasgemengen reicht eine stabile Glasgemengeschicht mit einer Mindestdicke in der Grö6enordnung von etwa 3 - 5 cm aus, um einen Stahlbehälter gegen unerwünschte thermische Korrosion zu schützen. Eine Schichtdicke von ettvAlo cm wird jedoch aus Sicherheitsgründen bevorzugt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Behälter und die Materialschicht, die geschmolzen werden soll, um die Wärmequelle herum bewegt. Die Rotation

! 2o ist jedoch nicht wesentlich. Drehbare Behälter sind jedoch

' bevorzugt, weil lose Gemenge dadurch an der Innenwand des

Behälters gehalten werden und der erwärmte Raum mit einer : Schicht ausgekleidet wird, die senkrechtzur Wärmequelle ! angeordnet ist, so daß der Wärmeübergang verbessert ist. j 25 Eine geneigte Gemengeoberfläche beschleunigt außerdem das ^; Abfließen des verflüssigten Materials aus dem Behälter.

Die Rotation des Gefäßes vereinfacht außerdem die Verteilung des zugeführten Gemenges über die gesamte Innenwand des Behälters. Andererseits muß eine vorgegossene Gemenge- ; 3o schicht nicht in rotierende Bewegung gebracht werden, um eine schräge abfallende Oberfläche auszubilden. Bei der

■ bevorzugten Ausführungsforrn der Erfindung nimmt die senkj rechte Behälterachse mit der ebenfalls senkrechten Dreh- ; achse überein. In einigen Fällen können jedoch die Achsen

■ 35 bis zu einem Winkel aus der senkrechten Achse herausge-

- 2ο -

kippt sein. Der Kippwinkel des rotierenden Zylinders wird bestimmt durch die Geschwindigkeit, mit der das verflüssigte Gemenge aus dem Zylinder herauslaufen soll. Der Zylinder soll mit einer solchen Geschwindigkeit rotieren, daß das lose Gemenge infolge der Zentrifugalkraft an der Innen- : wand gehalten wird. Die minimale Geschwindigkeit hängt vom Durchmesser des Zylinders ab. Es gelten folgende Richtwerte 1

; 1 ο Durchmesser Umdrehungen pro Minute ; o,5 Meter Bo

ι 1 ,o Meter A3

2,o Meter 37

Uor Erwärmung des Behälters wird eine stabile Schicht aus Gemenge innerhalb des Behälters ausgebildet, in dem loses Gemenge in den rotierenden Behälter eingebracht wird. Das lose Gemenge nimmt im allgemeinen die paraboloide Form, wie sie in Figur 1 wiedergegeben ist, ein. Die -Form, die vom losen trockenen Gemenge ausgebildet wird, hängt von der Rotationsgeschwindigkeit wie folgend ab:

H = μΗ + (2* ²ω ²R²)/g

In dieser Formel bedeuten

H = Höhenwinkel ( elevation) an einem Punkt, an dem die Gemengeoberfläche parallel zur Rotationsachse v/erläuft;
R= radialer Abstand dieses Punktes von der

yU = Rotationsachse j

u = Reibungsfaktor;

o)= Winkelgeschwindigkeit;

g = Erdbeschleunigung.

j Der Reibungsfaktor kann ermittelt werden als Tangente ! des Schüttwinekls, der für trockene Glasgemenge üblicherweise etiua 35 beträgt. Die bevorstehende Gleichung kann : verwendet werden, um geeignete Dimensionen für den dreh-5 baren Behälter festzulegen bei ausgewählten Umdrehungsgeschwindigkeiten oder dient bei gegebener Größe des Be-

j hälters zur Ermittlung der erforderlichen Umdrehungsgej schwindigkeit. Die Beziehung zeigt, daß steilere Flächen, , die im allgemeinen bevorzugt sind, schnellere Umdrehungsilo geschwindigkeiten erfordern. Bei der Geschwindigkeit Null ! wird die Wölbung allein durch den Schüttwinkel bestimmt,

; sofern keine vorgeformte Gemengeschicht vorhanden ist.

Während des Erwärmens hat die in Figur 1 gezeigte kontinuierliche Zufuhr von Glasgemenge in den Behälter zur Folge, daß der hereinfallende Strom des Gemenges über die Oberfläche der stabilen Gemengeschicht verteilt wird. Durch die Einwirkung der Wärme verflüssigt sich die bewegliche Schicht (55) und läuft zum Boden des Behälters ab und tritt durch die Öffnung (38) aus. Während des Betriebes werden die Geschwindigkeit der Gemengezufuhr und die Erwärmungsgeschwindigkeit so aufeinander abgestimmt, daß sich eine stabile Gemengeschicht in dem Behälter ausbildet. Diese dient als Oberfläche,auf der frisch zugeführtes Gemenge geschmolzen wird und zum unteren Ende des Zylinders läuft. Das verflüssigte Gemenge fällt in Form von Tropfen (56) aus der Austrittsöffnung und kann in einem Sammelbecken zur weiteren Verwendung aufgenommen werden.

i3o Plasmabrenner als Wärmequellen sind von zahlreichen Herstellern erhältlich und unterscheiden sich in der Ausführungsform und dem Energieniveau. Der in der Figur wiedergegebene Plasmabrenner wird von der Firma Thermal Dynamics Corp. unter der Bezeichnung "Thermal Arc M-80 5ON" angeboten. Die wesentlichen Teile eines Plasmabrenners sind

der Kathodenkörper (6o) und der Anodenkörper (61), die miteinander verschraubt sein können. Der Kathodenkörper (6o) ist im allgemeinen ein zylindrisches Teil aus elektrisch isolierendem Material mit einer Zentralbohrung (62), ! 5 die den Kathodenhalter (63) aufnimmt. Der Kathodenhalter : (63) ist verbunden mit einer Kühlwasserleitung (64), die es ermöglicht, einen üJasserstrom (vorzugsweise entionisiertes Wasser) zu dem !ringförmigen Durchlaß (65) im Kathodenhalter zu führen. Das Kühlwasser tritt durch die Öffnung (66) an der Seite des Kathodenkörpers (6o) durch die Leitung (67) aus. Die Leitung (67) führt das Wasser zum Anodenkörper (61) in dem das Wasser in dem ringförmigen Durchgang (7o) umläuft. Eine weitere nicht gezeigte Leitung führt das Wasser vom Anodenkörper (61) zu 'einem Abfluß oder zu einem Wärmeaustauscher zur Wiederverwendung. Eine Kathode (71) wird ausgebildet in einem Absatz am Ende des Kathodenhalters (63). Ein Ring (72) aus isolierendem Material hält die Kathode in Abstand vom Anodenkörper. Eine Gaszufuhrleitung (73) steht in Verbindung mit der Bohrung (74) durch den Kathodenkörper (6o). Die Bohrung (74) führt in den Zwischenraum zwischen dem Anodenkörper (61) und dem Isolierring (72), der mit einer ringförmigen Nut und einer V/ielzahl von tangentialen Nuten versehen ist, die miteinander in Verbindungen stehen. Dadurch wird ein gleichförmiger Gasstrom um die Spitze der Kathode (71) erzeugt. Der Gasstrom gelangt in die Öffnung (77) der Austrittsdüse, die durch den im Anodenkörper (61) gehaltenen Einsatz (78) gebildet wird.

Die Kathode (71) ist mit dem negativen Pol einer elektrischen Hochspannungsquelle verbunden und der Anodenkörper (61) ist mit dem positiven Pol dieser Hochspannungsquelle verbunden. Zwischen der Kathode (71) und der Auskleidung (78) bildet sich ein Lichtbogen aus, quer zum Weg des Gases, das in die Düsenöffnung (77) eintritt. Der Licht-

bogen regt die Atome des Gases an, so ,daß sie Elektronen freisetzen und es wird ein Plasmastrom erzeugt, der aus einer Mischung von Ionen, Elektronen und teilweise neutralen Atomen besteht. Das Plasma strahlt intensiv Energie ab infolge der Zusammenstöße der hochangeregten Teilchen und durch Rekombination der Elektronen mit den ionisierten Atomen« Die Energieabgabe aus dem Plasma kann erheblich größer sein als die durch Verbrennung erzeugte. Der Beginn der Ionisation ist üblicherweise verbunden mit ο lokalen Temperaturen oberhalb 5 ooo K. Deshalb kann eine Plasmawärmequelle im allgemeinen charakterisiert werden durch eine Temperatur von etwa 5 ooo K oder höher.

Jede« inerte Gas kann in einem Plasmabrenner verwendet werden, beispielsweise Argon, Helium oder Stickstoff. Andere geeignete Gase sind Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Dampf. Einige Gase, insbesondere oxidierende Gase, können Brennerausführungsformen erfordern, die von dem beschriebenen Beispiel abweichen. Verbrennbare Gase wie Wasserstoff oder Methan können ebenso verwendet werden, wobei in diesem Falle die Zufuhr von Wasserstoff zum Plasma zu einer Verbrennung des Gases führt, so daß die Verbrennungswärme und die Energie des Plasmas abgestrahlt wird. Sauerstoff kann zugeführt werden außerhalb des Brenners, unterhalb der Düse (77). Von besonderem Interesse für das Schmelzen von Glas ist die Verwendung von Helium und Dampf, weil sich Blasen dieser Gase besonders leicht im geschmolzenen Glas auflösen und das Raffinieren des Glases erleichtern. Weiterhin kann die Verwendung dieser leicht zu reinigenden Gase das Spülen des Innenraums der Verflüssigungskammer erleichtern im Vergleich zu den schwieriger zu reinigenden Gasen wie Stickstoff, Kohlendioxid, deren Einschluß in die Schmelze verhindert werden soll. Dadurch wird außerdem die IMotwendigkeit des Raffinierens verringert.

Eine Schmelzeinrichtung unter Verwendung der üblichen Wärmequelle durch Verbrennung hat einen wesentlichen Aus« stoß an Gasen, so daß ein großer Anteil der Energie aus der Schmelzeinrichtung mit den Abgasen abgeführt wird. j 5 In üblichen Glasschmelzofen ist das Volumen der Abgase und der Anteil der darin enthaltenen Energie so groß, daß

die Hauptkosten derartiger Ofen dadurch entstehen, daß : Wärmerückgewinnung aus den Abgasen erforderlich ist, um wenigstens ein Teil der großen Energiemengen wieder zu gewinnen, die sonst uerloren wären. Diese Wärmerückgewinnungseinrichtungen, beispielsweise Regeneratoren oder Rekuperatoren, sind zusätzlich zu den Kosten nicht besonders ι effizient in der Energierückgewinnung. Bei einem vorgegebenen Energieausstoß benötigt eine Plasmawärmequelle nur einen kleinen Anteil des Gasdurchsatzes einer Wärmequelle mit Verbrennung eines Brennstoffes in Luft und einen etwas geringeren Gasdurchsatz einer Verbrennung von Brennstoff mit Sauerstoff. Deshalb wird bei Verwendung eines Plasmabrenners wesentlich weniger Wärme aus der Schmelzzone mit den Abgasen ausgetragen, so daß der für eine Wirtschaftlichieit des Gesamt\/erfahrens erforderliche Aufwand für Wärmerückgewinnungseinrichtungen verringert wird.

Plasmabrenner sind in zahlreichen Größen und Ausführungsformen mit unterschiedlichen maximalen Leistungen erhältlich. Die Auswahl eines geeigneten Plasmabrenners berei- | tet dem Fachmann keine Schwierigkeiten und hängt im wesent- j liehen von der erforderlichen Wärmemenge ab, die zur Ver- ; flüssigung des Gemengematerials benötigt wird, bei dem ge- ; wünschten Durchsatz und der Größe des Verflüssigungsgefäßes.

Ein typisches Glasgemenge besteht in erster Linie aus Sand, kalciniertem Soda und Kalk. Zuerst schmilzt kalciniertes Soda, anschließend Kalk und zuletzt der Sand.

Das physikalische Schmelzen ist verbunden mit chemischen Wechselwirkungen, insbesondere greift das geschmolzene Alkali die Sandkörner an und beeinflußt deren Auflösung bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes von Siliciumdioxid. An einigen Zwischenpunkten dieses Verfahrens beginnt die flüssige Phase der heterogenen Mischung aus reagierendem und schmelzendem Material zu überwiegen und das Material wird fließfähig wie eine Flüssigkeit. Die Temperatur, bei der das Gemenge fließfähig wird, hängt

Ίο von der teilchenförmigen Gemengezusammensetzung ab, speziell vom Anteil und der Schmelztemperatur des Bestandteils mit der niedrigsten Schmelztemperatur. Der am häufigsten verwendete Bestandteil mit niedriger Schmelztemperatur ist : kalciniertes Soda, das bei 851° C (1 564° F) schmilzt.

•)5 Theoretisch kann ein Gemenge mit einem ausreichenden Anteil an kalcinierter Soda bei der Schmelztemperatur von kaciniertem Soda flüssig werden. Die Erfahrungen mit industriellen Gemengezusammensetzungen zeigt jedoch, daß die Temperatur für typische Flachglasgemenge etwas höher liegt bei 1 o9o° C (2 ooo° F) bis 115o° C (2 1oo° F). Dies kann dadurch erklärt werden , daß das Schmelzen des Gemenges eine komplexe Reihe von Wechselwirkungen der Bestandteile beinhaltet, wobei die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Bestandteile nicht sichtbar werden.

Es kann auch sein, daß das beim Schmelzen nicht ausreichend kalciniertes Soda vorhanden ist, um die Rückstände von ungeschmolzenem Material mitzureißen· Gerade die vorliegende Erfindung beseitigt einen wesentlichen Teil der Überhitzung, die in den bisherigen Sc,hmelzeinrichtungen auftritt. Die bei der Erfindung beobachteten Ablauftemperaturen mögen nicht den tatsächlichen Beginn der Verflüssigung anzeigen, weil nach der Verflüssigung eine geringfügige Erwärmung auftreten kann. Andere bei niedrigen Temperaturen schmelzende Bestandteile, die zeitweise in Glasgemengen eingesetzt wurden, wie Natriumhydroxid und Bor-

— Zu —

'< säure haben noch niedrigere Schmelztemperaturen als j kalciniertes Soda und können als weitere Auslöser des ι Ablaufens uiirken. Andererseits benötigen einige Glastypen,

die sich von denen von Flachglas unterscheiden, höhere I
ι 5 Schmelztemperaturen. Für viele Arten von Glas, die industri-

! eil in großem Umfang hergestellt werden, kann die Erfindung in zufriedenstellendenWeise verwendet werden, um verflüssigtes Gemenge aus der Verflüssigungskammer bei Temperaturen von etwa 87o° C (1 6oo° F) bis 1 315° C (2 4oo° F) abzuziehen.

Bei der Erfindung läuft das verflüssigte Gemenge aus der Verflüssigungszone ab, sobald es flüssig geworden ist. Deshalb hat die aus der Verflüssigungszone ablaufende

1b flüssige Masse nahezu gleichmäßige Temperatur. Diese liegt dicht bei der Verflüssigungstemperatur des teilchenförmigen Gemenges, bei üblichem Flachglas, bei etwa 1 15o° C (2 1oo F). Weil die aus der Verflüssigungszone bei der Verflüssigungstemperatur abtransportierte Wärmemenge wesentlich geringer ist als die bei den Temperaturen in üblichen Glasschmelzeinrichtungen,kann die Temperatur im Verflüssigungsgefäß relativ niedrig gehalten werden, unabhängig von der Temperatur der Wärmequelle. Dies hat zur Folge, daß die Anforderungen an die Materialien im Vergleich zu konventionellen Schmelzeinrichtungen geringer sind. Außerdem können Hochtemperaturheizquellen verwendet werden. Der von Hochtemperaturquellen ausgehende Wärmestrom wirkt sich vorteilhaft und erhöhend auf die Durchsatzmenge aus. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Verwendung von Plasmabrennern die Verringerung der Verbrannungsgase ermöglicht, so daß die Tendenz zum Austragen von feinen Gemengeteilchen mit dem Abgasstrom verringert ist. Dies ist e'in ganz besonderer und wesentlicher Vorteil, wenn trockene Gemenge dem Verflüssigungsbehälter zugeführt werden. Im Gegensatz dazu

wurden bisher mit Wasser angefeuchtete Gemenge eingesetzt, um das Stauben zu verringern. \

Ein Beispiel für die Gemengezusammensetzung zur industriellen Herstellung von Flachglas: . ;

Sand 1.OOO Gewichtsteile i

Kalcinierte Soda 313,5 Gewichtsteile

Kalk 84 Geuichtsteile

Dolomit 242 Gewichtsteile

Mo Rot (Englischrot) o,75 Gewichtsteile

Die zuvor wiedergegebene Gemengezusammensetzung ergibt annähernd folgende Glaszusammensetzung:

15 SiCL· 73,1o Gew.%

IMa₂D 13,75 Gew.% |

^: CaO 8,85 Geuj.% j

MgO 3,85 Gew.%

Al₃O₃ o,1o Gew.%

. 2o Fe₂U^ o,1q Gew.%

Das erfindungsgemäß aus der Vefiüssigungszone ablaufende verflüssigte Gemenge ist, bei Verwendung der zuvor angegebenen Gemengezusammensetzung überwiegend flüssig und 25 enthält etwa 15 Gew.% oder weniger kristallines Siliciumdioxid (z.B. ungelöste Sandkörner). Die flüssige Phase : besteht hauptsächlich aus Natriumdisilicat und enthält ι ' meistens das gesamte kacinierte Soda und den meisten Teil

des Kalk und des Dolomit. Die Flüssigkeit ist jedoch ■ 3o schaumig mit einer Dichte überlicherweise in der Größenordnung von etwa 1,9 Gramm pro cm , im Gegensatz zur Dichte von etwa 2,5 Gramm por cm für geschmolzenes Glas.

Obwohl die Beschreibung der Erfindung zuvor am Beispiel ^! der Verflüssigung eines Glasgemenges beschrieben wurde,

kann das erfindungsgemäße Prinzip auch für andere teilchenförmige Materialien verwendet werden, die anfänglich in einer fließfähigen festen Form, beispielsweise Granulat oder Pulver vorliegen und thermisch schmelzbar sind, zu einem fließfähigen Zustand. Fließfähigkeit des zugeführten Materials ist eine wünschenswerte Eigenschaft, um sicherzustellen, daß das Material auf der Schmelzoberfläche innerhalb der Verflüssigungskammer verteilt wird. Üblicherweise besteht die Zufuhr hauptsächlich aus feinteiligem Feststoff, Es ist jedoch auch möglich, daß ein Teil in flüssigem Zustand enthalten ist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, eine Vielzahl von Materialströmen in die Verflüssigungskammer einzubringen, von denen einige flüssig sein können. Im allgemeinen läßt sich die kombinierte Materialzufuhr dadurch kennzeichnen, daß das Material einen höheren Reibungswiderstand aufweist als das flüssige Material, das auf der Überfläche der stabilen Schicht abwärts fließt. Dadurch verbleibt das Material zunächst im Bereich,der | der Wärme ausgesetzt wird, und zwar so lange bis es flüssig!

wird und dann aus der Verflüssigungszone abfließt. Die I Kombination von Eigenschaften analog der Verflüssigung ; von Glasgemengen kann verwendet werden beim Schmelzen von ] keramischen Materialien und dergleichen und bei metallurgischen Schmelzprozessen.

Welches Material auch verwendet wird, der Behälter ist gegenüber der im Inneren erzeugten Wärme durch die im wesentlichen stabile Schicht aus im wesentlichen dem gleichen Material auf der Innenseite des Gefäßes isoliert.

Es ist wünschenswert, daß die thermische Leitfähigkeit des zur Ausbildung der stabilen Schicht verwendeten Materi-j als relativ niedrig ist, so daß bei praktikablen Schicht- ; dicken es nicht erforderlich ist, die Außenseite des Be- j hälters zu kühlen. Im allgemeinen ergibt granuliertes oder j pulverförmiges mineralisches Rohmaterial eine gute Wärme- j

isolierung· In einigen Fällen kann es jedoch möglich sein, ! ein Zwischenprodukt oder ein Material des Schmelzprozesses als nicht verunreinigende stabile Schicht zu verwenden. Beispielsweise kann bei einem Glasherstellungsverfahren ; gemahlenes Glas (Glassplitter) eine stabile Schicht ausbilden , obwohl infolge der höheren thermischen Leitfähig- ^; keit von Glas im Vergleich zu Glasgemengen dickere Schichten erforderlich sind. In metallurgischen Prozessen führt die Verwendung von metallischen Produkten als stabile Schicht zu einer unerwünschten Dicke der Schicht, um eine ausreichende thermische Isolierung des Gefäßes zu erreichen, jedoch ergeben einige Erze ausreichende Isolierschichten.

Bei der industriellen Glasherstellung enthalten die Glasgemenge häufig wesentliche Anteile an Abfallglas oder Bruchglas. Mittels der Erfindung ist es möglich, konventionellßjAbfallglas enthaltende Gemenge aufzuschmelzen, es ist jedoch auch möglich, Abfallglas allein aufzuschmelzen.

Der Glasbruch kann mit dem anderen Gemengebestandteil vor der Zufuhr gemischt werden. Es ist jedoch auch möglich, ; den Glasbruch in die Verflüssigungszone als separaten Strom einzubringen.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Schmelzen in einer sich bewegenden Schicht erfolgt, die getragen wird von einer stabilen Schicht und daß die sich bewegende Schicht auf der stabilen Schicht fließt. Es ist klar, ' daß die Ausdrücke sich bewegende Schicht (transient) und stabile Schicht relativ sind und daß eine klare physikalische Unterscheidung zwischen der vorübergehenden sich bewegenden und der stabilen Schicht nicht immer feststellbar sind. Die Verwendung der Ausdrücke zeitweilige Schicht und stabile Schicht soll die Möglichkeit nicht ausschließen, daß kleinere Fluktuationen an der Grenze zwischen den beiden Schichten auftreten. Die grundsätzliche Abgrenzung |

- 3ο -

besteht darin, daß der Bereich, der als sich beiliegende
oder vorübergehende Schicht bezeichnet wird, das Kennzeichen des Schrnelzens und Fließens aufweist, während die
Region, die als stabile Schicht bezeichnet wird, mindestens
! 5 in ihrem Hauptteil nicht am Schmelzen und Fließen des

durchlaufenden Stromes teilnimmt. Obwohl die vorübergehende

■ Schicht als auf der stabilen Schicht angeordnet bezeichnet
wird, läßt sich theoretisch auch eine Zwischenschicht

'. zwischen den beiden Schichten definieren· Die Erfindung

■ 1° schließt eine solche Möglichkeit ein, beispielsweise liegt \

es im Rahmen der Erfindung, eine Vielzahl von Bestandteilen |

schichtweise auf die schmelzende Oberfläche aufzubringen. |

I Die stabile Schicht hat auch den Zweck, einen Kontakt mit

dem durchlaufenden Materialstrom herzustellen, wobei Ver- | unreinigungen vermieden werden. Deshalb weist die stabile
Schicht vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Zusammen- ! setzung auf wie das Material, das durchgesetzt und geschmolzen wird. Die Bezeichnung im wesentlichen gleiche

Zusammensetzung soll Vorläufermaterialien oder Derivate I des zu schmelzenden Materials einschließen. Mit anderen I Worten, die stabile Schicht kann das Rohmaterial sein, !

das herzustellende Material, ein Zwischenzustand oder eine |

ι abweichende Form oder eine Mischung davon solange als das

Material schmilzt oder reagiert und ein Material bildet,
das keinen Anteil an fremden Bestandteilen in den durchlaufenden Materialstrom einbringt. Es ist ebenso klar,
daß diese Erfordernisse der Zusammensetzung der stabilen
Schicht nur auf Überflächenteile aufgebracht werden müssen,

die tatsächlich in Kontakt mit dem durchlaufenden Materialstrom stehen, und auf Teile unmittelbar unter der Oberfläche, die gegebenenfalls in den Durchsatzstrom übertragen
werden können. Deshalb stellt es eine äquivalente Anordnung dar unterschiedliche Materialien in Teilen der stabi-

len Schicht anzuordnen unterhalb des Niveaus, bei dem

Erosion üblicherweise auftritt. Weil diese unterhalb der Oberfläche liegenden Teile in erster Linie die Aufgabe
haben, den Behälter durch Isolation zu schützen, kann das Material auch unter dem Gesichtspunkt seiner thermischen Isoliereigenschaften (z.B. Sand oder Keramikteilchen) ausgewählt werden. Es sollte jedoch ausreichend verträglich mit der Zusammensetzung sein und die Oberflächenschicht
bei den V/erfahrenstemperaturen nicht verunreinigen.

nezuqszeichenliste

3o	Behälter	71	Kathode
31	ringförmiger Rahmen	72	Isolierring
32	Tragrollen	73	Gas zuführleitung
33	A us rieht rolle η	7A	Bohrung
35	Bodenteil, Bodengehäuse	77	Öffnung Düse
36	feuerfestes Material	78	Einsatz
3?	ringförmige Düse
38	zentrale Öffnung
Ao	Deckel
A1	ringförmiger Rahmen
A2	Öffnung im Deckel
A3	Plasmabrenner
AA	Öffnung
A5	Abzugsschacht
5o	Zuführschacht
51	bewegliches Leitblech
52	oberer üJasseruerschluß
53	unterer UJasseruerschluß
5A	Schicht von ungeschmolzenem
	Glasgemenge, Material
55	bewegliche Schicht
56	geschmolzenes Material,
	Glasgemenge
57	Sammelbecken
6o	Kathodenkörper
61	Anoden körper
62	Zentralbohrung
63	Kathodenhalter
6A	Kühlwasserleitung
65	ringförmiger Durchgang
66	Bohrung
67	Leitung
7o	ringförmiger Durchgang

- Leerseite -

Claims

Patentanwälte (1746) St/I

Dr. Michael Hann
Dr. H.-G. Sternagel

Marburger Str. 38
63 Gießen 1

Anmelder: PPG Industries Inc., One PPG Place, Pittsburgh Pa., U.S.A.

' 5 Verfahren und Vorrichtung zur abschmelzenden j Verflüssigung von Material durch ein Plasma

Priorität: U.S.A., Serial No. 5oo,542

vom 2. Juni 1983
1o

' Patentansprüche

Verfahren zum Verflüssigen von uiärmeschmelzbarem MTaterial,

gekennzeichnet durch Richten eines Plasmastromes in einen von Seitenwänden umschlossenen Raum, Schützen der Seitenwände gegen thermische Zerstörung durch das Plasma durch eine stabile isolierende Schicht, die die Seitenwände des Raumes auskleidet,

Aufrechterhalten einer Oberflächenschicht auf der dem Raum zugewandten Seite auf der Auskleidung, die im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung aufweist, wie das schmelzbare Material,

Zuführen von schmelzbarem Material auf die Oberflächenschicht der Auskleidung mit einer solchen Geschwindigkeit,

daß sich eine vorübergehende sich bewegende Schicht ausbildet und die ausreicht, die Oberflächenschicht im ! wesentlichen konstant zu halten, wobei die vorübergehende ! Schicht durch die Hitze des Plasmas verflüssigt wird und j 5 aus dem Raum ausfließt.
2.) Verfahren zum Verflüssigen von wärmeschmelzbarem Material,

gekennzeichnet durch Richten eines Plasmastromes in einen von Seitenwänden umschlossenen Raum,

Schützen der Seitenwände gegen thermische Zerstörung durch das Plasma ohne zwangsweise Kühlung der Seitenwände durch eine stabile isolierende Schicht, die die Seitenwände bedeckt,

Aufrechterhalten einer Oberflächenschicht auf der dem Raum zugewandten Seite auf der Auskleidung, die im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung aufweist wie das schmelzbare Material,

Zuführen von schmelzbarem Material auf die Oberflächenschicht der Auskleidung mit einer solchen Geschwindigkeit, daß sich eine vorübergehende sich bewegende Schicht ausbildet, die ausreicht, die Oberflächenschicht im wesentlichen konstant zu halten, wobei die vorübergehende Schicht durch die Hitze des Plasmas verflüssigt wird und aus dem Raum ausfließt.

3.) Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man das Plasma in einem Strom von Helium oder Wasserdampf ausbildet. <

4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man das Plasma in einem Strom brennbaren Gases ausbildet und die Verbrennung in dem Raum ablaufen läßt. 5

5.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man die Seitenwände um den Raum rotieren läßt.

B.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, i1o dadurch gekennzeichnet , • daß man als märmeschmelzbares Material Glasgemenge ver-

wendet.

7.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis B, dadurch gekennzeichnet, daß man eine stabile auskleidende Schicht mit einer Dicke υοη mindestens 3 cm aufrechterhält.

8.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, ο dadurch gekennzeichnet , ! daß das verflüssigte Material aus dem Raum mit einer

! Temperatur von nicht höher als etwa 1 315 C ausfließti

' 9.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet , daß eine Temperatur von mindestens 5 ooo K im Plasmastrom eingestellt uiird.

10.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflächenschicht und die darunterliegenden Teile der stabilen Schicht aus feinpulvrigem Material besteht.

-A-

11.) Verfahren zum Verflüssigen von uiärmeschmelzbarem Material,

j gekennzeichnet durch

' Richten eines Plasmastromes mit einer Temperatur von

mindestens 5 ooo° K in einen von Seitenuiänden umschlossenen Raum, ι

Aufrechterhalten einer stabilen auskleidenden Schicht auf der dem Raum zugewandten Seite der Seitenuiände, so daß diese thermisch geschützt sind gegenüber der Hitze im Raum,

Zuführen von schmelzbarem Material auf die stabile Schicht und Aufschmelzen des Materials durch die Hitze des Plasmas, Abführen des verflüssigten Materials aus dem Raum, Aufrechterhalten im wesentlichen gleicher Zuführgeschwindigkeit und Abführgeschiuindigkeit, so daß die stabile Schicht im wesentlichen konstant bleibt,

Aufrechterhalten einer Abführgeschujindigkeit, so daß die Wärmeabfuhr aus dem Raum mit einer solchen Geschwindigkeit erfolgt, daß die Temperatur der stabilen auskleidenden Schicht 1 315° C nicht übersteigt.

12.) V/erfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet , daß man als wärmeschmelzbares Material Glasgemenge verwendet.

13.) Verfahren nach Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß das verflüssigte Material auf einer gekrümmten Oberfläche einer stabilen auskleidenden Schicht aus dem Raum durch eine Auslaßöffnung am unteren Ende ausfließt.

14.) Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß man die Seitenwände um den Raum rotieren läßt.

15.) V/erfahren zum Verflüssigen von wärmeschmelzbarem Material,

gekennzeichnet durch

Richten eines Plasmastromes in einen von Seitenwänden 5 umgeben en Raum, der eine stabile isolierende auskleidende

Schicht aufweist,
! Zuführen von wärmeschmelzbarem Material auf die Oberfläche

i der Auskleidung derart, daß das Material durch die Hitze

, des Plasmas verflüssigt wird unojaus dem Raum ausfließt,

Ίο wobei die Zufuhr des schmelzbaren Materials mit einer

ausreichenden Geschwindigkeit erfolgt,· um die Auskleidung ' im wesentlichen konstant zu halten.

! 16.) Verfahren nach Anspruch 15,

15 dadurch gekennzeichnet , ^; daß mindestens ein Teil der dem Raum zugewandten Oberfläche

der stabilen auskleidenden Schicht aus einem Material be- ! steht, das zusammensetzungsmäßig mit dem wärmeschmelzbaren

i Material verträglich ist.

ι 17.) Verfahren nach Anspruch 15,

\ dadurch gekennzeichnet ,

daß die stabile auskleidende Schicht im wesentlichen die • gleiche Zusammensetzung hat wie das wärmeschmelzbare

;25 Material.

: 18.) Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 17,

dadurch gekennzeichnet , daß man die Auskleidung ohne zwangsweise Kühlung von 3o außen im wesentlichen konstant hält.

19.) Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß die stabile Auskleidung aus Glasgemenge besteht.

2o.) Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß der Plasmastrom mindestens eine Temperatur von 5 ooo K aufweist und die Geschwindigkeit des Ausfließ des verflüssigten Materials aus dem Raum ausreicht, um ein Überschreiten von 1 315° C der stabilen auskleiden Schicht zu verhindern·

21.) Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 2o, !io dadurcih gekennzeichnet , daß man als schmelzbares Material Glasgemenge verwendet.

22.) Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 21, ; dadurch gekennzeichnet ,

daß man die stabile auskleidende Schicht auf der Wand eines Stahlbehälters erzeugt mit einer ausreichenden Dicke, um die thermische Zerstörung des Stahlbehälters zu verhindern.

23.) Vorrichtung zum Verflüssigen von wärmeschmelzbarem Material,

gekennzeichnet durch einen Behälter (3o) dessen Seitenwände einen zentralen Raum umschließen,

eine Auskleidung (5A) auf der dem Raum zugewandten Seite der Seitenwände enthaltend eine stabile Oberflächenschicht aus teilchenförmigem Material, das zusammensetzungsmäßig mit dem schmelzbaren Material verträglich ist, wobei die Auskleidung (54) ausreichend dick ist, um die Seitenwände thermisch vor der Schmelzwärme im Raum zu schützen, Einrichtungen (5o, 51) zum Zuführen weiteren schmelzbaren Materials auf die Oberfläche der Schicht, einen Plasmabrenner (43) zum Einbringen eines Plasmastromes in den Raum zum Erwärmen des zusätzlichen schmelzbaren Materials auf eine Verflüssigungstemperatur und eine

Auslaßöffnung (38) durch die das verflüssigte Material aus dem Raum ausfließt.

24.) Vorrichtung nach Anspruch 23, ! 5 dadurch· gekennzeichnet ,

daß weiterhin Einrichtungen vorhanden sind, um die Seitenwände mit der Auskleidung um die Quelle der Strahlungs-' energie rotieren zu lassen.

ί-1ο 25.) Vorrichtung nach Ansprüchen 23 und 24, dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenuiände aus Metall sind.

• 26.) Vorrichtung nachAnsprüchen 23 bis 25,

,15 dadurch gekennzeichnet , ]

daß die Auskleidung im wesentlichen aus wärmeschmelzbarem

' Material besteht.

, 27.) Vorrichtung nach Ansprüchen 23 bis 26,

^!2o dadurch gekennzeichnet ,

: daß sich die Oberflächenschicht von darunterliegenden

': Teilen der Auskleidung unterscheidet und ausreichend dick

ist, um das geschmolzene Material vor Verunreinigung durch die darunterliegenden Teile zu schützen. ^:25

28.) Vorrichtung nach Ansprüchen 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenwände so angeordnet sind, daß sie um eine im wesentlichen senkrechte Achse rotieren können.

29.) Vorrichtung nach Ansprüchen 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet , daß die Auskleidung mindestens 3 cm dick ist.

-B-

3o.) Vorrichtung nach Ansprüchen 23 bis 29,

dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenuiände zylindrisch oder konische ausgebildet sind.

; 31.) Vorrichtung nach Ansprüchen 23 bis 3o,

dadurch gekennzeichnet , daß das schmelzbare Material Glasgemenge ist.

32.) Vorrichtung nach Anspruch 31,

dadurch gekennzeichnet , daß das schmelzbare Material Abfallglas enthält.

! 33.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 23 bis 3o,

dadurch gekennzeichnet , daß die darunterliegenden Teile der Auskleidung Granulat oder Pulver enthalten.

34.) Vorrichtung nach Anspruch 33,

dadurch gekennzeichnet , daß die darunterliegenden Teile Sand enthalten·