DE4440703C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Homogenisieren von Glasschmelzen - Google Patents

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 oder 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 mehreren Patentschriften ist der bekannte Stand der Technik zur Homogenisierung von Glasschmelzen dargelegt.

In der DE 35 35 792 wird das Einrühren von Farbgranulat beschrieben, wofür in einem Speiserkanal mindestens vier Rührerpaare erforderlich sind. Mehrere rotierende Spezialrührer sind mit einer Hubeinrichtung für eine Pumpbewegung verbunden. Dadurch ist die aufwendige und komplizierte Konstruktion in nachteiliger Weise einem schnellen Verschleiß ausgesetzt.

Die DE 27 43 289 beschreibt die Anordnung von sechs Rührern in einem Speiserkanal, wobei in Fließrichtung zwei gegenläufig drehende Rührer nebeneinander angeordnet sind. In die Glasschmelze tauchen vier Leitbleche, und hinter diesen befinden sich die vier Rührer mit unterschiedlicher Drehrichtung über dem Speiserquerschnitt. Diese Lösungen beinhalten einen hohen anlagentechnischen Aufwand und sind damit in ihrer Konstruktion kompliziert und teuer. Außerdem bringen sie durch eine verstärkte Wärmeabgabe im Oberofen verfahrenstechnische Nachteile mit sich.

Die DE 14 96 443 beschreibt eine sich konisch nach unten verjüngende Rührzelle mit einem waagerechten Abgang und einem schrägen Steigrohr. In der DD 159 171 ist das Auslaufrohr aus dem Rührbehälter vorzugsweise rechtwinklig im unteren Teil des Zylindermantels angeordnet. Diese Lösungen sind ebenfalls ofenbautechnisch kompliziert und gewährleisten nur eine unzureichende Homogenisierung, vor allem über längere Zeiträume.

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 Patentschriften DE 25 00 793 und DD 153 546 beschreiben den Aufbau von Rührern aus Molybdän, bei denen der aus der Glasschmelze herausragende Schaft gegen den Angriff von Luftsauerstoff durch ein Platinrohr oder ein keramisches Rohr geschützt ist und sich im Zwischenraum Inertgas befindet. Diese komplizierte Lösung ist sehr störanfällig, weil es bei geringen Beschädigungen des Schutzrohres zum Eindringen von Luftsauerstoff in den Zwischenraum und damit zur Zerstörung des Schaftes durch Oxidation kommt.

Nach der DE-AS 1 069 345 ist ein Behälter zur Herstellung von schlierenfreiem Glas mit einem Rotationskörper als Rührer bekannt, bei dem die Rührzelle zum Homogenisieren von schmelzflüssigem Glas bis zu den Rührzellenabdecksteinen mit Glas gefüllt ist.

Dieser bekannte Behälter beinhaltet einen Rotationskörper, der keinerlei Homogenisierungsanbauten besitzt und hauptsächlich das auslaufende Glas erst kurz vor dem Auslauf homogenisiert.

Der Nachteil besteht in einer unzureichenden Durchmischung der oberen und unteren Glasschichten, da durch den vertikalen Abfluß des Glases nur eine abwärtsgerichtete Strömung existiert.

Außerdem sind als Pat. Abstr. of JP weitere Lösungen für verschiedene Rührgeräteanbauten zum Homogenisieren von Glasschmelzen bekannt:
Die Pat. Abstr. of JP C-987, Abstr. JP 4-160 018 beschreibt einen Homogenisator mit in verschiedenen Winkeln gestellten Anbauten, die im Behälter unterschiedliche Glasströme erzeugen und insgesamt eine vertikale Glasströmung bewirken.

Der Nachteil dieses Homogenisators besteht darin, daß das Oberflächenglas stehen bleibt und nicht mit durchmischt wird, so daß gehäuft Glasfehler in der Oberflächenschicht auftreten. Da das Glas durch die Austragevorrichtung nach unten ausfließt, werden diese Glasfehler teilweise in vertikaler Richtung mitgenommen.

Die Pat. Abstr. of JP C-354, Abstr. JP 61-21 923 beschreibt einen Behälter zum Homogenisieren als Laborschmelzeinrichtung ohne Ein- und Auslauf, so daß ebenfalls nachteilig fehlerhaftes Oberflächenglas entsteht und sich als sogenannter Oberflächenpelz absetzt.

In der Pat. Abstr. of JP C-181, Abstr. JP 58-88 126 ist ein Behälter mit vertikalem Glasausfluß und hauptsächlich vertikaler Durchmischung des Glases beschrieben. Die Rühreranbauten sind in verschiedenen Winkelstellungen für auf- und abwärts strömendes Glas ausgerichtet, wobei drei oder vier Rühreranbauten am Umfang des Rührerschaftes angeordnet sind. Auch dieser Homogenisator besitzt keine gleichmäßige horizontale und vertikale Durchmischung des schmelzflüssigen Glases.

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 gesamte 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 oder 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 Ausangskanäle 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 symetrischer oder 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 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, 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.

Es 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 Rührgeräteschaft 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 dahingehend, daß diese auch mit Rührgerät als Glasverteileinrichtung wirkt und daß mehrere Rührzellenausgangskanäle in unterschiedlicher Anordnung und unterschiedlicher Höhe eine den Weiterverarbeitungsforderungen optimale Glasverteilung sichern.

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

Die 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 (14)

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 des Speiserkanals oder 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 zylinderförmige Gefäß ausgebildeten Rührzelle (7) Rührgeräteanbauten in Form von Rührerfingern (11) und/oder flächenförmigen Rührgeräteanbauten (13) in 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) im mittleren und oberen Teil Rührerfinger (11) und im unteren Teil 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 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 oder unterschiedlicher Höhenanordnung und in symmetrischer oder asymmetrischer Anordnung besitzt.

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

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

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Rührzellenübergangssteine zwischen Speiserkanal (1) und Rührzelleneingangskanal (4) und/oder 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) 50 . . . 90 mm unter dem Niveau des Normalglasspiegels liegt.

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

13. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kontaktflächen aus 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 Rührgerät (9) als Glasverteileinrichtung mehrere Rührzellenausgangskanäle (5) in asymmetrischer oder symmetrischer Anordnung und in gleichen oder unterschiedlichen Höhen vorzugsweise als Abgangseinrichtung für zwei Entnahmevorrichtungen oder als Entnahmekreuz für mehrere Entnahmevorrichtungen aufweist.