DE4326565A1

DE4326565A1 - Verfahren zum Schmelzen und Ablassen von Glas und Schmelzrinne oder -ofen zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4326565A1
Application number: DE19934326565
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Rer Na Schelinski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-07
Filing date: 1993-08-07
Publication date: 1995-02-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen und Ablassen oder zum schmelzflüssigen Ausbringen von Glas und glasähnlichen Materia lien und Schmelzrinnen, -öfen, -reaktoren, -ausläufe oder -überlauf kanäle zur Durchführung des Verfahrens.

Glas wird fast ausschließlich in Herdöfen geschmolzen, in denen das Einlegegut auf die Oberfläche der im Schmelzbassin vorhandenen Glas masse aufgebracht wird und dort in der Regel zunächst schwimmt. Aus der Einlegegutschicht gelangt die entstehende Schmelze um so rascher in die Glasmasse, je höher der Energietransport ist, je größer die Strömungsgeschwindigkeit oder ihr Gradient sind, je schneller der Blasengehalt oder die über bestimmte Teilvolumina gemittelte Dichte und die Viskosität oder Fließfähigkeit sich dem Bassininhalt anglei chen. Die Thermodynamik und die Kinetik der ablaufenden Reaktionen, die Dichte-Temperatur- und die Viskositäts-Temperatur-Verläufe, die Strahlungswärmeleitfähigkeit der Glasmasse, Mischungs- und Ent mischungsvorgänge, um nur einiges zu nennen, spielen eine wichtige Rolle. Obwohl die vielfältigen Verknüpfungen kaum zu übersehen und Abgrenzungen einzelner Abschnitte oder Zonen nur schwer zu reali sieren sind, existieren für die meisten Glasarten Lösungen für den Gesamtprozeß der Schmelze und Konditionierung, die hohen Ansprüchen gerecht werden.

Bekannte Lösungen für die Herstellung und Konditionierung von Glas schmelzen und bekannte Lösungen für die Abgrenzung einzelner Prozeß abschnitte oder Ofenzonen lassen es nicht oder nur unvollkommen zu, Schmelz- und Schmelzfließprozesse sowohl für Glas als auch für glas ähnliche, gegebenenfalls mit hohen Anteilen ungeschmolzener Stoffe durchsetzte oder zur Kristallisation neigende, meistens auch ganz oder weitgehend strahlungsundurchlässige, einen steilen Viskositäts- Temperatur-Verlauf aufweisende Schmelzflüsse bei hoher technischer Sicherheit und guter Effektivität auf die notwendigen Stufen oder auf den notwendigen Umfang zu reduzieren. Schmelz- und Schmelzfließ prozesse beim Recyclingschmelzen von Schrottglas und bei der Vergla sung von Aschen, Schlacken oder Filterstäuben können hier als Bei spiele stehen. Es ist das Ziel der Erfindung, Schmelz- und Schmelz fließprozesse bei Glas und glasähnlichen Materialien unter Beschrän kung auf den notwendigen Umfang oder die notwendigen Stufen mit ein fachen Lösungen zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Glas, glasähnliche Mate rialien, ausreichende Anteile an Glasphase enthaltende heterogene Systeme, vollständig oder zu größeren Anteilen verglasbare Rück stände, Reststoffe oder Abfälle, oxidische Materialien oder ver gleichbare andere Stoffe zu schmelzen und abzulassen oder schmelz flüssig auszubringen. Erfindungsgemäß wird hierzu auf einem Herd eine rechteckige oder einem Rechteck nahekommende horizontale oder mit Gefälle bis zu 10. In Fließrichtung geneigte Schmelzschicht mit einem Längen-Breiten-Verhältnis zwischen etwa 1 : 1 und etwa 20 : 1 und einem Breiten-Dicken-Verhältnis zwischen etwa 200 : 1 und etwa 10 : 1 ausgebildet, in der das Gut in Längsrichtung fließt. Die Schmelzschicht wird von oben durch konvektiven oder Strahlungswärme übergang aus Flammen oder aus heißem Abgas und durch Wärmestrahlung von Heizelementen, von Ofenwänden oder aus benachbarten Ofenräumen, sowie in ihren Innern erforderlichenfalls oder zusätzlich durch Freisetzung Joulescher Wärme auf elektrischem Wege beheizt. Das Schmelzgut wird der Schicht im Bereich der in Fließrichtung gesehen vorderen Schmalseite oder vordere Hälfte zugeführt. An der in Fließrichtung gesehen hinteren Schmalseite erreicht das Gut seine höchste oder eine Temperatur, die nur wenig unter der höchsten in der Schmelzschicht auftretenden Temperatur liegt. An dieser hinteren Schmalseite wird die Schmelzschicht über mindestens 40%, in der Re gel aber über 50% bis 100% ihrer Breite in die Senkrechte umge lenkt und in ablaufende einzelne sich durch eine zumindest teilweise beheizte Zone freifallend oder freifließend bewegende Tropfen, Stränge oder Fahnen aufgelöst.

Über der Schmelzschicht, vorzugsweise über der in Fließrichtung gesehen hinteren Hälfte und im Bereich der Umlenkung kann in belie big vielen Streifen quer zur Fließrichtung eine stark oxydierende oder eine stark reduzierende Atmosphäre eingestellt, es können auch alternierend oxydierende und reduzierende Bedingungen aufrechter halten werden. Das Verfahren kann so ausgebildet werden, daß die Schmelzschicht in einem oder mehreren quer zur Fließrichtung liegen den Streifen vorzugsweise in der in Fließrichtung gesehen hinteren Hälfte und im Bereich der Umlenkung überhitzt oder einem Temperatur stoß ausgesetzt wird.

Bei bestimmten Anwendungen kann es zweckmäßig sein, die senkrecht fließenden oder fallenden Tropfen, Stränge oder Fahnen direkt oder indirekt mit Wasser oder Luft oder Wasser und Luft abzukühlen, abzu schrecken oder zu fritten. Möglich ist auch, die senkrecht fließen den oder fallenden Tropfen, Stränge oder Fahnen aufzufangen und dabei ganz oder teilweise zu Masseln, Platten oder Blöcken zu ver schmelzen.

Die senkrecht fließenden oder fallenden Tropfen, Stränge oder Fahnen können schließlich auch in den Läuterbereich oder in den Konditio nierungsbereich eines Glasschmelzofens eingebracht werden, in dem die weitere Verarbeitung der Schmelzmasse erfolgt.

Es gehört zur Verfahrenslösung, daß die senkrecht fließenden oder fallenden Tropfen, Stränge oder Fahnen direkt oder indirekt Strah lungswärme aus dem Umlenkbereich erhalten und daß sie andererseits Wärme an nach oben strömende Luft abgeben und die auf diesem Wege vorgewärmte Luft im Umlenkungsbereich als Zusatzbrennluft verwendet wird.

Schmelzrinne, -ofen, -reaktor, -auslauf oder -überlaufkanal zur Durchführung des Verfahrens werden entsprechend der als Lösungsbeispiele gegebenen Fig. 1 bis 4 erfindungsgemäß so gestaltet, daß der mit feuerfestem Material zugestellte Kanal 1 über eine der bei den Stirnseiten mit einem Brenner oder einer Brennergruppe 2 beheizt wird, im Bereich der anderen Stirnfläche mit Öffnungen 3 oder Ein richtungen 4 für die Zuführung des zu schmelzenden Gutes oder der Schmelze versehen ist und nach unten durch einen flachen Herd 5 be grenzt wird, der über eine Lippe oder über einen Nasenstein 6 in einen an der Brennerseite angeordneten, in der Regel ebenfalls mit feuerfesten Materialien ausgekleideten oder zugestellten Schacht 7 mündet. Dabei kann der eigentliche Herd 5 nur bis zum Nasenstein 6 geführt und im Anschluß an die dem Kanal 1 zugekehrte Öffnung des Schachtes 7 bis zum Brenner 2 als tieferliegendes blindes Herdstück fortgesetzt werden, wobei die Ebene des blinden Herdstücks unter der tiefsten Linie des Nasensteins 6 liegt.

Eine Gestaltungsmöglichkeit ergibt sich dadurch, daß der Kanal 1 zwischen der in Fließrichtung hinteren Begrenzung des Nasensteins 6 und dem Brenner 2 verbreitert wird, daß die Breite des Schachtes 7 auf die Breite des unmittelbar vor dem Brenner 2 liegenden Kanal stücks eingestellt wird und daß die Breite des Nasensteins 6 der Breite des ursprünglichen Herdes 5 oder des vorderen Teils des Kanals 1 entspricht. Die Öffnung 3 kann das rechteckige Maul übli cher Kolbeneinlegemaschinen 10 aufnehmen, die Zuführungseinrich tung 4 als eine eine hängende Einschmelzschicht tragende Rostebene ausgebildet werden.

Erfindungsgemäß können außer dem Brenner oder der Brennergruppe 2 in den Kanalseitenwänden oder in der Kanalabdeckung Neben- oder Hilfs brenner oder -brennergruppen 8 angeordnet werden. Es kann weiterhin über dem in Schmelzfließrichtung hinteren Teil des Herdes 5 eine Zwischenabdeckung 11 angeordnet und der Kanal 1 auf diese Weise in einem bestimmten Abschnitt mit einer Doppeldecke ausgestattet wer den. Über der Zwischenabdeckung 11 können mehrere senkrechte Wände 12, die die betreffenden Rauchkanalquerschnitte auf etwa 40% ihrer Breite vermindern, als Strahlungsblendensystem aufgemauert werden.

Es gehört zu den Lösungsmöglichkeiten für den Ofen, daß unmittelbar vor oder in Kombination mit dem Nasenstein 6 ein Wall oder eine Überlaufschwelle 13 angeordnet ist. Der äußere Rahmen der gesamten Schmelzrinne kann im unmittelbaren Bereich des Nasensteines 6 dreh bar gelagert werden. Dazu wird senkrecht zur Schmelzfließrichtung die Kippachse 14 ausgebildet. Mit Hilfe der Hubeinrichtung 15 kann die gesamte Vorrichtung um einen Winkel bis zu etwa 10° angekippt werden. In der in Fließrichtung hinteren Hälfte des Herdes können im Bereich des oberen Teils der feuerfesten Herdzustellung beliebig viele quer zum Schmelzfluß liegende, direkt oder über einen zweiten eingeschobenen Kühlkörper indirekt mit Luft oder Wasser temperierte Kühlrohre, -flaschen oder -kästen 16 angeordnet werden. Zur Gestal tung einer Rinne als Schmelzauslauf kann schließlich über die Öffnung 3 die Verbindung mit einem Glasschmelzofen 17 oder mit einer entsprechenden Ofenanlage hergestellt werden.

Bezugszeichenliste

1 Kanal
2 Brenner, Brennergruppe
3 stirnseitige Ofenöffnung
4 Zuführungseinrichtung, als Rostebene ausgebildet
5 Herd
6 Lippe, Nasenstein
7 Schacht
8 Neben- oder Hilfsbrenner oder -brennergruppen
9 Luftvorwärmer
10 Kolbeneinlegemaschine, Einlegemaschine
11 Zwischenabdeckung, Zwischendecke
12 senkrechte Wände als Strahlungsblendensystem
13 Wall, Überlaufschwelle
14 Kippachse
15 Hubeinrichtung
16 Kühlrohre, -flaschen, -kästen
17 Glasschmelzofen

Claims

1. Verfahren zum Schmelzen und Ablassen oder zum schmelzflüssigen Ausbringen von Glas, von glasähnlichen Materialien, von aus reichende Anteile an Glasphasen enthaltenden heterogenen Sy stemen, von vollständig oder zu großen Anteilen verglasbaren Abfällen und Reststoffen, oxidischen Mineralien oder vergleich baren anderen Stoffen, dadurch gekennzeichnet,
daß auf einem Herd eine rechteckige oder einem Rechteck nahe kommende horizontale oder mit Gefälle bis zu 10. in Fließ richtung geneigte Schmelzschicht mit einem Längen-Breiten-Ver hältnis zwischen etwa 1 : 1 und etwa 20 : 1 und einem Breiten- Dicken-Verhältnis zwischen etwa 200 : 1 und etwa 10 : 1 ausge bildet wird, in der das Gut in Längsrichtung fließt, die von oben durch konvektiven oder Strahlungswärmeübergang aus Flammen oder aus heißem Abgas und durch Wärmestrahlung von Heizelemen ten, von Ofenwänden oder aus benachbarten Ofenräumen sowie er forderlichenfalls oder zusätzlich durch Freisetzung Joulescher Wärme im Gut auf elektrischem Wege beheizt, der das Gut im Be reich der in Fließrichtung gesehen vorderen Schmalseite oder vorderen Hälfte zugeführt und die an der in Fließrichtung ge sehen hinteren Schmalseite ihre höchste Temperatur erreicht oder nur wenig unter der höchsten im Gut auftretenden Temperatur liegt und dort über mindestens 40%, in der Regel aber über 50% bis 100% ihrer Breite in die Senkrechte umgelenkt und in ablau fende einzelne sich durch eine zumindest teilweise beheizte Zone freifallend oder freifließend bewegende Tropfen, Stränge oder Fahnen aufgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über der Schmelzschicht, vorzugsweise über der in Fließrich tung gesehen hinteren Hälfte und im Bereich der Umlenkung in be liebig vielen Streifen quer zur Fließrichtung eine stark oxy dierende oder eine stark reduzierende Atmosphäre eingestellt wird oder alternierend oxydierende und reduzierende Bedingungen aufrechterhalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzschicht in einem oder mehreren quer zur Fließ richtung liegenden Streifen vorzugsweise in der in Fließrichtung gesehen hinteren Hälfte und im Bereich der Umlenkung überhitzt oder einem Temperaturstoß ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht fließenden oder fallenden Tropfen, Stränge oder Fahnen direkt oder indirekt mit Wasser oder Luft oder Was ser und Luft abgekühlt, abgeschreckt oder gefrittet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht fließenden oder fallenden Tropfen, Stränge oder Fahnen aufgefangen werden, dabei ganz oder teilweise ver schmelzen und Masseln, Platten oder Blöcke bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht fließenden oder fallenden Tropfen, Stränge oder Fahnen in den Schmelzbereich, in den Läuterbereich oder in den Konditionierungsbereich eines Glasschmelzofens gelangen, in dem die weitere Verarbeitung der Schmelzmasse erfolgt.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht fließenden oder fallenden Tropfen, Stränge oder Fahnen direkt oder indirekt Strahlungswärme aus dem Umlenk bereich erhalten.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht fließenden oder fallenden Tropfen, Stränge oder Fahnen Wärme an nach oben strömende Luft abgeben und die auf diesem Wege vorgewärmte Luft im Umlenkbereich als Zusatz brennluft verwendet wird.

9. Schmelzrinne, -ofen, -reaktor, -auslauf oder -überlaufkanal zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit feuerfesten Materialien zugestellte Kanal (1) über ei ne der beiden Stirnflächen mit einem Brenner oder einer Brenner gruppe (2) beheizt wird, im Bereich der anderen Stirnfläche mit Öffnungen (3) oder Einrichtungen (4) für die Zuführung des zu schmelzenden Gutes oder der Schmelze versehen ist und nach unten durch einen flachen Herd (5) begrenzt wird, der über eine Lippe oder über einen Nasenstein (6) in einen an der Brennerseite ange ordneten, in der Regel ebenfalls mit feuerfesten Materialien ausgekleideten oder zugestellten Schacht (7) mündet.

10. Schmelzrinne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der eigentliche Herd (5) nur bis zum Nasenstein (6) geführt und im Anschluß an die dem Kanal (1) zugekehrte rechteckige Öffnung des Schachtes (7) bis zum Brenner (2) als tieferliegendes blindes Herdstück fortgesetzt wird, wobei die Ebene des blinden Herd stückes unter der tiefsten Linie des Nasensteins (6) liegt.

11. Schmelzrinne nach Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (1) zwischen der in Fließrichtung hinteren Begren zung des Nasensteins (6) und dem Brenner (2) verbreitert wird, daß die Breite des Schachtes (7) auf die Breite des unmittelbar vor dem Brenner (2) liegenden Kanalstückes eingestellt wird und daß die Breite des Nasensteins (6) der Breite des ursprünglichen Herdes (5) oder des vorderen Teils des Kanals (1) entspricht.

12. Schmelzrinne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (3) das rechteckige Maul üblicher Kolbeneinlegema schinen (10) aufnimmt und die Zuführungseinrichtung (4) als eine ei ne hängende Einschmelzschicht tragende Rostebene ausgebildet ist.

13. Schmelzrinne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Brenner oder der Brennergruppe (2) in den Kanal sei tenwänden oder in der Kanalabdeckung Neben- oder Hilfsbrenner oder -brennergruppen (8) angeordnet sind.

14. Schmelzrinne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über dem in Schmelzfließrichtung hinteren Teil des Herdes (5) eine Zwischenabdeckung (11) angeordnet und der Kanal (1) in diesem Abschnitt mit einer Doppeldecke ausgestattet ist.

15. Schmelzrinne nach Ansprüchen 9 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß über der Zwischenabdeckung (11) mehrere senkrechte Wände (12), die die betreffenden Rauchkanalquerschnitte auf etwa 40% ihrer Breite vermindern, als Strahlungsblendensystem aufgemauert sind.

16. Schmelzrinne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß unmittelbar vor oder in Kombination mit dem Nasenstein (6) ein Wall oder eine Überlaufschwelle (13) angeordnet ist.

17. Schmelzrinne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rahmen im unmittelbaren Bereich des Nasensteins drehbar gelagert ist, dazu senkrecht zur Schmelzfließrichtung die Kippachse (14) ausgebildet wird und die gesamte Vorrichtung mit Hilfe der Hubeinrichtung (15) um Winkel bis zu etwa 10° ange kippt werden kann.

18. Schmelzrinne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der in Fließrichtung hinteren Hälfte des Herdes im Be reich des oberen Teils der feuerfesten Herdzustellung beliebig viele quer zum Schmelzfluß liegende, direkt oder über einen zweiten eingeschobenen Kühlkörper indirekt mit Luft oder Wasser temperierte Kühlrohre, -flaschen oder -kästen (16) angeordnet sind.

19. Schmelzrinne oder Schmelzauslauf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die Öffnung (3) die Verbindung mit einem Glasschmelz wannenofen (17) oder mit einer entsprechenden Ofenanlage her gestellt wird.