DE4440703A1

DE4440703A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Homogenisieren von Glasschmelzen

Info

Publication number: DE4440703A1
Application number: DE19944440703
Authority: DE
Inventors: Christian Dr Ing Schwieger; Andreas Dipl Ing Kuemmerling
Original assignee: Ilmenauer Glaswerke I L GmbH
Current assignee: Ilmenauer Glaswerke I L GmbH
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2014-11-16
Also published as: WO1996015071A1; EP0800484A1; DE4440703C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Homogenisierung von schmelzflüssigem Glas sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Herstellung von Glas höchster Qualität erfordert über einen längeren Zeitraum eine ausreichende Homogenisierung bei hohen Temperaturen. Eine mechanische Homogenisierung mittels Rührgeräten ist dahingehend bekannt, daß keramische Rührer bzw. Rührer aus hitze- und zunderbeständigen Metallen und aus Edelmetallen und deren Legierungen der Pt-Gruppe bei hohen Temperaturen im Speiserkanal, in Speiserkanalrührzellen und im Speiserkopfbereich durch eine Rotationsbewegung das schmelzflüssige Glas rühren. Des weiteren sind Rührgeräte mit einer Kombination von Rotationsbewegung und vertikaler Bewegung bekannt.

In den Patentschriften DE 35 35 792 A1, DE-AS 27 43 289, DE-OS 25 00 793, DE AS 14 96 443, DD 15 91 71 und DD 15 35 46 wird der bekannte Stand der Technik zur Homogenisierung von Glasschmelzen dargelegt.

Bei den bekannten Homogenisierungsverfahren und deren Vorrichtungen ist eine unzureichende Homogenisierung, vor allem über längere Zeiträume, zu verzeichnen.

Bei Einsatz von keramischen Rührgerätematerialien über einen längeren Zeitraum nimmt die Homogenisierungsgüte des Glases durch den Verschleiß der Geräte ständig ab, wobei gleichzeitig durch den Abrieb des keramischen Materials vermehrte Glasfehler auftreten. Vielfach wird dies nur durch einen sehr hohen Einsatz von Edelmetallen, durch den Einsatz von mehreren Rührgeräten oder durch häufigeres Auswechseln von verschlissenen keramischen Rührern ausgeglichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das mit minimalem Materialeinsatz für Homogenisierungseinrichtungen eine optimale Homogenisierung des Glases konstant über lange Zeiträume auch bei höchsten Temperaturen ohne Verunreinigungen durch Materialverschleiß ermöglicht und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, die einen einfachen Aufbau aller Homogenisierungsteile, einfache Auswechselbarkeit des Rührgerätes sowie vertretbare Material- und Betriebskosten besitzt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das schmelzflüssige Glas mittels eines Rührgerätes spezieller Konstruktion in einer zylinderförmigen Rührzelle abhängig von der Drehzahl des Rührgerätes gleichzeitig horizontal und vertikal mit oder entgegen einer Entnahmeströmung homogenisiert und vermischt wird. Dabei wird das Glas über die gesammelte Höhe der Rührzelle bis zu den eintauchenden Rührzellenabdecksteinen homogenisiert und das sich an der freien Glasoberfläche befindliche Glas zwangsweise mit den unter den Rührzellenabdecksteinen befindlichen Glasschichten vermischt.

Zur Erreichung einer optimalen Homogenisierung ist die Rühreinrichtung, bestehend aus einer Rührzelle und einem Rührgerät, am Anfang des Speiserkanals angeordnet, wenn fertigungsbedingt das schmelzflüssige Glas bis zum Speiserkopf stark abgekühlt werden muß. Eine Anordnung der Rühreinrichtung kurz vor dem Speiserkopf ist zweckmäßig bei einer weitestgehenden Temperaturkonstanthaltung bzw. einer geringen Abkühlung des schmelzflüssigen Glases bis zum Speiserkopf.

Eine optimale Homogenisierung wird erfindungsgemäß bei einer höhenversetzten Anordnung der Eingangs-und Ausgangskanäle zur Rührzelle erreicht. Vorzugsweise sind ein tiefliegender Eingang und ein oder mehrere, maximal drei in gleicher oder unterschiedlicher Höhe liegende Ausgänge an einer Rührzelle vorhanden. Dabei besitzen die Strömungsquerschnittsflächen der Ausgangskanäle unterschiedliche Größen, sind aber stets kleiner als die Strömungsquerschnittsfläche des Eingangskanals. Die eigentliche Rührzelle ist gemäß der Erfindung über ihrer gesamten Höhe zylinderförmig oder leicht kegelförmig ausgebildet und besitzt ein Längen-/Durchmesserverhältnis von vorzugsweise 1 : 1 bis max. 3 : 1.

Der Rührzelleneingangskanal ist stets mittig im Speiserkanal angeordnet und mit diesem mit einem Rührzellenübergangsstein verbunden. Zur Vermeidung von schlierenhaltigen Bodengläsern im Speiserkanal zwischen Speisereingang und Rühreinrichtung besitzt der Rührzellenboden erfindungsgemäß das tiefste Niveau im gesamten Speiserkanal.

Verfahrensbedingt sind an der Rührzelle, vorzugsweise am oberen Teil, ein bis drei Rührzellenausgangskanäle in symmetrischer bzw. asymmetrischer Anordnung und ggf. in verschiedenen Höhen über spezielle Rührzellenübergangssteine angesetzt. Das höchste Rührzellenausgangsniveau liegt vorzugsweise 50 . . . 90 mm unter dem Normalglasspiegel. Zur Vermeidung einer großen freien Glasoberfläche in der Rührzelle ist diese direkt mit Rührzellenabdecksteinen aus keramischen Feuerfestmaterialien, die im Glaskontaktbereich einen Edelmetallüberzug besitzen, abgedeckt, wobei diese vorzugsweise geringfügig in das Glasbad eintauchen.

Das Rührgerät, vorzugsweise aus Edelmetallen bzw. Edelmetallegierungen der Pt-Gruppe, besteht aus einem zylinderförmigen Rührgeräteschaft mit gerundet verschlossenem Boden und den Rührgeräteanbauten, erfindungsgemäß vorzugsweise hohlen zylinderförmigen Rührerfingern, Rührerfingern mit Rührflächen aus Vollmaterial oder flächenförmigen Rührgeräteanbauten. Alle Rührgeräteanbauten bestreichen das gesamte Rührzellenvolumen einschließlich der Rührzellenein- und -ausgangskanäle. Die Länge der Rührgeräteanbauten beträgt vorzugsweise 0,5 . . . 0,95 des Durchmessers der zylinderförmigen Rührzelle, wobei alle Rührgeräteanbauten eines Rührgerätes die gleiche Länge aufweisen.

Ist die Länge der Rührgeräteanbauten am unteren Grenzwert angesiedelt, so kann das Rührgerät asymmetrisch in der Rührzelle, vorzugsweise zum Rührzelleneingangskanal hin, je nach Drehrichtung und Förderrichtung angeordnet sein. Die Rührgeräteanbauten, vorzugsweise die zylinderförmigen Rührerfinger, sind erfindungsgemäß einzeln oder gruppenweise schraubenförmig über der gesamten Rührzellenhöhe angeordnet und fördern das schmelzflüssige Glas mit oder entgegen der Richtung der Entnahmeströmung auf- oder abwärts. Vorzugsweise ist eine maximale Anzahl von Rührgeräteanbauten vorhanden, da eine hohe Anzahl eng beieinanderliegender Rührgeräteanbauten auch bei geringen Rührgerätedrehzahlen eine optimale Homogenisierung ermöglichen.

Flächenförmige Rührgeräteanbauten am unteren Teil des Rührgerätes, die zwischen den unteren Rührerfingern und vorzugsweise zwischen deren Spitzen angeordnet sind, sind besonders wirkungsvoll zur Homogenisierung von schlierenhaltigem Bodenglas. Zur Vermeidung von Schlechtglas im Ringspalt zwischen Rührgerätseschaft und Rührzellenabdecksteinen sind bei aufwärts- und bei abwärtsfördernden Rührgeräten, erfindungsgemäß in Höhe des Normalglasspiegels, am Rührgeräteschaft mehrere schrauben- und flächenförmige Anbauten angebracht. Durch diese Anbauten wird das im Spalt vorhandene schmelzflüssige Schlechtglas abwärts gefördert und gleichzeitig ständig durch Glas aus tieferen Schichten der Rührzelle ersetzt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist hauptsächlich im einfachen Aufbau und in der universellen Einsetzbarkeit der Homogenisierungseinrichtung für die verschiedensten Einsatzfälle zu sehen. Auch als Einrichtung zum Vermischen und Homogenisieren von unterschiedlich gefärbten Gläsern ist die erfindungsgemäße Lösung einsetzbar, besonders wenn häufige Farbwechsel erforderlich sind.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der zugehörigen Vorrichtung bestehen hauptsächlich darin, daß an der freien Glasoberfläche in der Rührzelle durch die ständige Vermischung von Oberflächenglas und Glas aus tieferen Schichten der Rührzelle eine Schlechtglasbildung vermieden wird und somit ein Glas verbesserter Homogenität und Qualität der Weiterverarbeitung zugeführt wird.

Weitere Vorteile besitzt die konstruktive Ausführung der Homogenisierungsvorrichtung dahingehend, daß diese ohne Rührgerät als Glasverteileinrichtung einsetzbar ist und daß mehrere Rührzellenausgangskanäle in unterschiedlicher Anordnung und unterschiedlicher Höhe eine den Weiterverarbeitungsforderungen optimale Glasverteilung sichern.

Die Edelmetallverkleidung der Homogenisierungsvorrichtung gerantiert über den gesamten Einsatzzeitraum eine gleichbleibende Qualität des Glases ohne die Entstehung zusätzlicher Glasverunreinigungen.

Da die erfindungsgemäße Homogenisierungsvorrichtung aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt ist, sind kundenspezifische Anforderungen für unterschiedliche Weiterverarbeitungsverfahren des Glases einfach zu realisieren.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen im folgenden beschrieben werden; es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 die Rührzelle mit unterschiedlichen Anordnungen der Rührzellenausgangskanäle.

Fig. 1 zeigt einen Speiserkanal 1, der vor und nach der Rührzelle 7 einen konstruktiv gleichen Aufbau besitzt. Zwischen Speiserkanal 1 und dem Umhüllungsstein der Rührzelle 7 mit den Rührzellenein- und -ausgangskanälen 4; 5 sind speziell geformte Übergangssteine mit den Rührzellenübergangskanälen 2; 3 angeordnet. Durch den Rührzellenübergangskanal 2 gelangt das schmelzflüssige Glas in den Rührzelleneingangskanal 4 und in die eigentliche Rührzelle 7. Die Rührzelle 7 wird unten durch den Rührzellenbodenstein 6, der das tiefste Bodenniveau im gesamten Speiserkanal 1 besitzt, und oben durch die Rührzellenabdecksteine 8 verschlossen. Das Rührgerät 9, um dessen Rührgeräteschaft 10 im mittleren Teil sogenannte Rührerfinger 11, die eine schraubenförmige Anordnung 12 besitzen, und im unteren Teil des Rührgeräteschaftes 10 mehrere flächenförmige Rührgeräteanbauten 13 angebracht sind, homogenisiert das schmelzflüssige Glas in der Rührzelle 7.

Die Rührzelle 7, der Rührzellenbodenstein 6, der Rührzelleneingangskanal 4 und die Rührzellenausgangskanäle 5 wie auch die Rührzellenabdecksteine 8 besitzen eine Edelmetallauskleidung 14.

Zwischen den Rührzellenabdecksteinen 8 und dem Rührgeräteschaft 10 sind mehrere schrauben- und flächenförmig ausgebildete Rührgeräteanbauten 15 befestigt, so daß das sich zwischen Rührgeräteschaft 10 und Rührzellenabdecksteinen 8 an der freien Glasbadoberfläche befindliche Glas zwangsweise mit dem Glas unterhalb der Rührzellenabdecksteine 8 ständig vermischt wird.

Die Fig. 2A stellt eine Rührzelle 7 dar, die einen Rührzelleneingangskanal 4 und einen gegenüberliegenden Rührzellenausgangskanal 5 besitzt.

In der Fig. 2B besitzt die Rührzelle 7 einen Rührzelleneingangskanal 4 und zwei gegenüberliegende, symmetrisch angeordnete Rührzellenausgangskanäle 5.

Die Fig. 2C zeigt die Rührzelle 7 mit einem Rührzelleneingangskanal 4 und zwei rechtwinklig zu diesem abgehende Rührzellenausgangskanäle 5.

Fig. 2D stellt eine Rührzelle 7 mit jeweils in der Höhe unterschiedlichem Niveau des Rührzelleneingangskanals 4 und der zwei Rührzellenausgangskanäle 5 dar.

Bezugszeichenliste:

1 Speiserkanal
2 Rührzellenübergangskanal A
3 Rührzellenübergangskanal B
4 Rührzelleneingangskanal
5 Rührzellenausgangskanal
6 Rührzellenbodenstein
7 Rührzelle
8 Rührzellenabdecksteine
9 Rührgerät
10 Rührgeräteschaft
11 Rührerfinger
12 schraubenförmige Anordnung
13 flächenförmige Rührgeräteanbauten
14 Edelmetallauskleidung
15 schrauben- und flächenförmig ausgebildete Rührgeräteanbauten

Claims

1. Verfahren zum Homogenisieren von schmelzflüssigem Glas mittels Rührgerät in einem Speiserkanal oder in einer Rührzelle, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzflüssige Glas durch horizontale und vertikale sich ständig ändernde Strömungsrichtungen über die gesamte Höhe der Rührzelle bis zu den in das Glas eintauchenden Rührzellenabdecksteinen homogenisiert und dabei das sich zwischen Rührgerätschaft und Rührzellenabdecksteinen an der freien Glasbadoberfläche befindliche Glas zwangsweise mit dem Glas unterhalb der Rührzellenabdecksteine vermischt wird.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Rührgerät in einem Speiserkanal oder in einer Rührzelle, dadurch gekennzeichnet, daß das um seine Achse rotierende Rührgerät (9) über der gesamten Höhe der als zylinderförmiges Gefäß ausgebildeten Rührzelle (7) Rührgeräteanbauten in Form von Rührerfingern (11) und/oder flächenförmigen Rührgeräteanbauten (13) in gleicher oder unterschiedlicher Anordnung und Ausführung besitzt und daß am Rührgeräteschaft (10) zwischen den Rührzellenabdecksteinen (8) schrauben- und flächenförmig ausgebildete Rührgeräteanbauten (15) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührgerät (9) über der gesamten Höhe der Rührzelle (7) im mittleren und oberen Teil vorzugsweise Rührerfinger (11) und im unteren Teil vorzugsweise flächenförmige Rührgeräteanbauten (13) besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührerfinger (11) einzeln oder gruppenweise eine schraubenförmige Anordnung (12) aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Rührerfinger (11) und die Länge der flächenförmigen Rührgeräteanbauten (13) zum Durchmesser der Rührzelle (7) ein Größenverhältnis von vorzugsweise 0,5 . . . 0,95 : 1 besitzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührzelle (7) einen Rührzelleneingangskanal (4) und einen bis drei Rührzellenausgangskanäle (5) in gleicher und/oder unterschiedlicher Höhenanordnung und in symmetrischer und/oder asymmetrischer Anordnung besitzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührzelleneingangskanal (4) und die Rührzellenausgangskanäle (5) vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt besitzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührzelleneingangskanal (4) vorzugsweise im unteren Teil der Rührzelle (7) und die Rührzellenausgangskanäle (5) im gegenüberliegenden, vorzugsweise im oberen Teil der Rührzelle (7), angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß spezielle Rührzellenübergangssteine zwischen Speiserkanal (1) und Rührzelleneingangskanal (4) bzw. Rührzellenausgangskanal (5) einen formschlüssigen, strömungstechnisch optimalen Rührzellenübergangskanal (2, 3) aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührzellenbodenstein (6) das tiefste Bodenniveau im gesamten Speiserkanal (1) besitzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das höchste Niveau des Glasstandes im Rührzellenausgangskanal (5) vorzugsweise 50 . . . 90 mm unter dem Niveau des Normalglasspiegels liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zum Durchmesser der Rührzelle (7) vorzugsweise 1 : 1 bis 3 : 1 beträgt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kontaktflächen aus vorzugsweise keramischen Materialien mit dem schmelzflüssigen Glas in der Rührzelle (7), im Rührzelleneingangskanal (4), im Rührzellenausgangskanal (5) und an den Rührzellenabdecksteinen (8) eine Auskleidung (14) aus Edelmetall oder aus einer Legierung aus Edelmetallen der Pt-Gruppe besitzen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührzelle (7) mit oder ohne Rührgerät (9) als Glasverteileinrichtung mit mehreren Rührzellenausgangskanälen (5) in asymmetrischer und/oder symmetrischer Anordnung und in gleichen und/oder unterschiedlichen Höhen vorzugsweise als Abgangseinrichtung für zwei Entnahmevorrichtungen oder als Entnahmekreuz für mehrere Entnahmevorrichtungen anwendbar ist.