DE4313217C1 - Verfahren und Vorrichtung zur vollelektrischen Schmelze von Neutralglas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollelektrischen Schmel­ ze von Neutralglas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bisher ist es üblich, daß die wichtige Borosilikatglasgruppe der Neutralgläser in konventionellen Schmelzanlagen, die mit bei­ spielsweise Gasbrennern beheizt werden, produziert werden. Bei Einsatz dieser konventionellen Schmelzanlagen ergeben sich aber unter energieökonomischen Aspekten Nachteile. Darüber hinaus wer­ den hier die Schmelzaggregate sehr stark belastet und es kommt zu einer starken Emission von Schadstoffen. Um diese Nachteile zu vermeiden, wäre es wünschenswert, die Neutralgläser mittels vollelektrisch beheizter Wannen zu schmelzen. Bislang waren je­ doch alle diesbezüglichen Versuche erfolglos, da die mittels der vollelektrischen Schmelze erzielbaren Qualitätsparameter, wie die Blasigkeit, die Homogenität und die Reboilfestigkeit nicht den durch die konventionellen Schmelzverfahren vorgegebenen Qua­ litätsstandards für Neutralglas entsprachen.

Als einen der Hauptgründe für das bisherige Scheitern der bei Borosilikatglas vom Pyrextyp bewährten Technologie der vollelek­ trischen Schmelze (VES-Technologie) nach dem sogenannten Cold- Top-Prinzip ist die Korrosion der Molybdänelektroden durch die oxidischen Läutermittel As₂O₃ bzw. Sb₂O₃, welche jedoch bei der konventionellen Neutralglasschmelze unverzichtbar sind. Die bei der vollelektrischen Schmelze von Pyrex-Glas erfolgreich prakti­ zierte Kochsalzläuterung versagt im Fall von Neutralglas infolge veränderter glaschemischer Bedingungen. Diese äußern sich unter anderem in einer erhöhten Chloridlöslichkeit, welche ihrerseits die Ursache für ein deutlich verschlechtertes Reboil-Verhalten sowie weitere nachteilige Erscheinungen beim Wiedererhitzen des Glases darstellen. Das Cold-Top-Schmelzprinzip verstärkt dieses spezifische Handicap des Neutralglases.

Aus der US 2,331,052 ist bereits ein Glasschmelzverfahren für kon­ ventionelle Schmelzanlagen, d. h. für mit Gasbrennern beheizte Schmelzanlagen, bekannt, in welchem über innerhalb einer Bubblingzelle angeordnete Düsen Gasblasen in das erschmolzene Glas eingeblasen werden. Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der GB 2 169 891 bekannt. Aus der Veröffentlichung Glas-In­ dustrie, Heft März 1992, Seiten 27/28 ist es auch schon bekannt, daß mittels einer vollelektrischen Schmelze erschmolzenes Glas in einer Bubblingzelle mit Gasblasen durchmischt wird, wobei zu mindest ein Teil der Gasblasen aus in einer Bubblingzelle ange­ ordneten Düsen eingeblasen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren an die Hand zu ge­ ben, mit dessen Hilfe man Neutralglas hoher Qualität auf voll­ elektrischer Basis schmelzen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Ver­ fahren dadurch gelöst, daß die intensive Durchmischung mit Gas­ blasen in zwei Stufen erfolgt, wobei in einer ersten Bubbling­ zelle die eingeblasenen Gasblasen aus N₂, O₂ oder Luft bestehen, die jeweils einen Anteil an Wasserdampf enthalten und wobei in einer zweiten Bubblingzelle Gasblasen aus trockenem O₂ eingebla­ sen werden. Hierdurch läßt sich ein hochwertiges Neutralglas auf vollelektrischem Wege erzeugen. Insbesondere die Restanteile von Cl⁻, F⁻ und OH⁻ im Glas können hier günstig beeinflußt werden. Das aufgrund dieser Verfahrensführung erzeugte Neutralglas ist von seiner Qualität her mit dem konventionell hergestellten Neu­ tralglas durchaus vergleichbar, weist aber eine wesentlich niedrigere OH⁻-Konzentration auf, worin ein Vorteil gegenüber dem konventionell hergestellten Neutralglas besteht.

Die in der Bubblingzelle vorhandenen Blasen gehen zum einen aus den auf mechanischem Wege während der Bubblingbehandlung in die Schmelze eingezogenen Blasen hervor, die aus einem speziellen Bubblinggas sowie aus den die Ofenatmosphäre bildenden Gasen be­ stehen können. Es kann sich aber auch um Restblasen aus der Rauh­ schmelze handeln oder aus der Verdampfung des wahlweise als Läu­ termittel eingesetzten NaCl und dessen Reaktionsprodukts HCl.

Während des Mischprozesses diffundieren die in der Schmelze vor­ handenen Restgase in diese Blasen hinein, sofern die entsprechen­ den Partialdrücke in den Blasen niedrig genug sind. Das darauf­ hin einsetzende Blasenwachstum führt zu deren verstärkten Austrag, wodurch eine deutliche Absenkung der in der Glasschmel­ ze vorhandenen Gasgehalte durch "Ausspülen" erzielt wird.

Die zuvor ausgeführte Neutralglasvariante kann dadurch vorteil­ haft ausgestaltet werden, daß in der zweiten Stufe des intensi­ ven Durchmischens mit Gasblasen eine Gasatmosphäre aus trockenem Sauerstoff geschaffen wird.

Bei der Verfahrensführung mit zwei Bubblingzellen erfolgt die intensive Durchmischung mit Gasblasen in jeder der beiden ge­ trennten Stufen vorteilhaft zwischen ca. 150 und ca. 200 Minu­ ten.

Die Neutralglasschmelze besitzt beim intensiven Durchmischen mit Gasblasen in den mindestens zwei Bubblingzellen vorteilhaft eine Temperatur von ca. 1580 bis 1600°C.

Eine Vorrichtung zur vollelektrischen Schmelze von Neutralglas besteht vorteilhaft aus einem Schmelzteil, der über einen Durch­ laßkanal mit einem weiteren Bassin verbunden ist, wobei das wei­ tere Bassin aus zwei aneinandergereihten Bubblingzellen besteht, in deren Boden Düsen zum Einblasen von Gas angeordnet sind und an deren Wänden wassergekühlte Elektroden angeordnet sind.

Bei der vorgenannten Vorrichtung können die beiden Bubblingzel­ len im Bassinbereich ineinander übergehen, während sie im Ober­ ofenbereich durch eine Trennwand voneinander getrennt sind, so daß eine Trennung der über der Schmelze befindlichen Gasatmos­ phäre gewährleistet ist.

Die Düsen zum Einblasen des Gases können in einer kanalförmigen Bubblingzelle am Boden der Bubblingzelle entlang einer Längs­ achse angeordnet sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die in der Längsachse angeordneten Düsen in einem Abstand von 200 bis 300 mm angeordnet sind. In diesem Fall sollte der Abstand der Düsen zu den Seitenwänden mindestens dem zweifachen Düsenabstand ent­ sprechen. Unter diesen Bedingungen herrscht zwischen den Düsen nur Aufwärtsströmung vor, woraus sich im Kanal eine starke Quer­ konvektion ergibt, die durch das Zusammenspiel der Düsen stabili­ siert wird. Somit muß sich jedes in den Kanal einströmende Teil­ chen auf einer korkenzieherartigen Strömungsbahn durch diesen bewegen, wodurch sich die erforderlichen Mindestverweilzeiten auf optimale Weise realisieren lassen.

Die Beheizung der zwei Bubblingzellen erfolgt über paarweise angeordnete Blockelektroden.

Aus verfahrenstechnischer Sicht ist eine Mindestanzahl von 4 Rührstufen wünschenswert, um die Strömungsverhältnisse in den Bubblingzellen der geforderten Verweilzeitverteilungsfunktion an­ zupassen.

An die zwei Bubblingzellen kann sich ein Abstehteil zur Konditionierung des geläuterten und homogenisierten Glases anschließen, welcher zur gezielten Temperatureinstellung eben­ falls über Elektroden beheizt wird. Der Abstehteil kann eine vollständige Abdeckung aus Tauchsteinen umfassen, die mit der Schmelze in Berührung steht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine voll­ elektrische Schmelzvorrichtung gemäß einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht.

Die in Fig. 1 dargestellte Schmelzvorrichtung 10 weist ein Schmelzteil 12 zur Erzeugung des Ausgangsglases auf, das eine nach dem bewährten Cold-Top-Prinzip arbeitende vollelektrische Wanne mit Mo-Vertikalelektroden 14 aufweist. In den Schmelzteil 12 wird die Gemengeeinlage in Pfeilrichtung a eingeführt, so daß diese in bekannter Weise als Gemengedecke 16 auf der Glasschmel­ ze aufliegt.

Über einen Durchlaß 18 gelangt das noch unzureichend geläuterte und homogenisierte Rauhglas in die Bubblingzellen 20 und 22. Die­ se Bubblingzellen 20 und 22 ermöglichen verschiedene Bubblingbe­ handlungsregimes. Die Beheizung der Bubblingzellen 20 und 22 kann über paarweise angeordnete Blockelektroden 24 erfolgen.

In den Bubblingzellen sind Bubblingdüsen 26 mittig entlang der Längsachse der Bubblingzellen angeordnet. Die Düsen sind dabei entlang eines Abstandes von 200 bis 300 mm angeordnet. Ihre An­ zahl richtet sich nach der Anlagengröße. Die Breite der Bubb­ lingzellen 20 bzw. 22 beträgt mindestens das zweifache des zuvor angegebenen Abstandes zwischen den einzelnen Düsen 26. Die Reali­ sierung der beiden Bubblingzellen 20 und 22 ist gemäß Resultaten einer mathematischen Modellierung unter speziellen Bedingungen auch in einem Bassin ohne strenge Abtrennung möglich. Allerdings muß im Oberofenbereich eine Trennwand 28 eingezogen werden, um in der zweiten Bubblingzelle 22 eine separate Gasatmosphäre 30 vorzugsweise aus trockenem Sauerstoff zu gewährleisten. Die paar­ weise angeordneten Blockelektroden 24 zum Beheizen der Bubbling­ zellen 20 und 22 bestehen ebenfalls aus Molybdän, wobei sie was­ sergekühlt sind und in den Bassinseitenwänden angeordnet sind, wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist. Die Anzahl der vor­ zusehenden Blockelektroden richtet sich nach der Länge der Bubblingzellen 20 und 22. Das nach entsprechender Bubblingbehand­ lung geläuterte und homogenisierte Glas gelangt zur Konditionie­ rung in den sich an der Bubblingzelle 22 anschließenden Absteh­ teil 32, welcher zur gezielten Temperatureinstellung über Mo-Elektroden 34 beheizt wird. Wichtig ist es, daß der Absteh­ teil mittels Tauchsteinen 36 abgedeckt wird, um eine weitere Be­ einflussung durch die Ofenatmosphäre auszuschließen.

Das entsprechend der vorgesehenen Weiterverarbeitung konditio­ nierte Glas verläßt den Abstehteil 32 über den Austrag 38.

Für eine angenommene Schmelzleistung von 8 t/d läßt sich eine entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel konstruierte Schmelzanlage mit ausschließlich vollelektrischer Beheizung ein Gesamtenergiebedarf von 680 bis 700 kW errechnen, aus welchem ein spezifischer Energieverbrauch von etwa 2,1 kWh/kg resul­ tiert. Verglichen mit den derzeit für Neutralglas nötigen Ener­ gieaufwendungen bei brennstoffbeheizten Aggregaten von 6 bis 8 kWh/kg zeigt bereits dieser Unterschied den Vorteil des Verfah­ rens. Darüber hinaus sind mit dem hier beschriebenen Verfahren und mit der hier beschriebenen Vorrichtung wesentliche Einsparun­ gen möglich, die durch die Cold-Top-VES auf dem Gebiet der Schad­ stoffemissionssenkung gegenüber anderen Schmelzaggregaten nach­ weisbar erreicht werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur vollelektrischen Schmelze von Neutralglas, bei dem das Glas in einem Schmelzteil elektrisch erschmolzen wird, wobei das erschmolzene Glas in zwei Bubblingzellen in­ tensiv mit Gasblasen durchmischt wird und wobei zumindest ein Teil der Gasblasen aus in den zwei Bubblingzellen ange­ ordneten Düsen eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die intensive Durchmischung mit Gasblasen in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Bubblingzelle die eingeblasenen Gasblasen aus N₂, O₂ oder Luft bestehen, die jeweils einen Anteil an Wasserdampf enthalten und wobei in der zweiten Bubblingzelle Gasblasen aus trockenem O₂ eingeblasen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Stufe des intensiven Durchmischens mit Gasblasen eine Gasatmosphäre aus trockenem Sauerstoff geschaffen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die intensive Durchmischung mit Gasblasen in jeder der beiden getrennten Stufen zwischen 150 und 200 Minuten beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Neutralglasschmelze beim intensiven Durchmi­ schen mit Gasblasen in der Bubblingzellen eine Temperatur von 1580 bis 1600°C besitzt.

5. Vorrichtung zur vollelektrischen Schmelze von Neutralglas mit einem Schmelzteil, der über einen Durchlaßkanal mit einem weiteren Bassin verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Bassin aus zwei aneinandergereihten Bubbling­ zellen besteht, in deren Boden Düsen zum Einblasen von Gas angeordnet sind und an deren Wänden wassergekühlte Elektro­ den angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bubblingzellen im Bassinbereich ineinander übergehen, während sie im Oberofenbereich durch eine Trennwand voneinan­ der getrennt sind, so daß eine Trennung der über der Schmel­ ze befindlichen Gasatmosphäre gewährleistet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen zum Einblasen des Gases in den Bubblingzellen am Boden der Bubblingzellen entlang einer Längsachse angeord­ net sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Längsachse angeordneten Düsen in einem Abstand von 200 bis 300 mm angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beheizung der Bubblingzel­ len über paarweise angeordnete Blockelektroden erfolgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Bubblingzellen ein Abstehteil zur Kondi­ tionierung des geläuterten und homogenisierten Glases nachge­ ordnet ist, welcher zur gezielten Temperatureinstellung über Elektroden beheizt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstehteil eine vollständige Abdeckung aus Tauchsteinen umfaßt, die mit der Schmelze in Berührung steht.