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Verfahren zum Einschmelzen von Rohstoffen oder Gemischen solcher,
insbesondere für die Glaserzeugung Rohstoffe oder Gemische von solchen, insbesondere
für die Glaserzeugung, wurden bisher inÖfen eingeschmolzen, indenen das Schmelzgut
absatzweise oder ununterbrochen eingetragen wurde und in denen es dann in mehr oder
weniger ruhendem Zustand durch Hitze eingeschmolzen und verflüssigt wurde. Die geringe
Wärmeökonomie solcher Öfen führte bereits zu dem Vorschlag, das Rohgut in feiner
Verteilung und in freiem, gegebenenfalls in beschleunigtem Fall fortlaufend in eine
von den Heizgasen durchspülte Schmelzkammer einzuspeisen. Das Rohgut wurde hierbei
durch Wirbelung gegen die Wand der Schmelzkammer geschleudert und an dieser herablaufen
gelassen.
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Abgesehen von der Unmöglichkeit, die Schleudervorrichtung für das
Schmelzgut an oberster und heißester Stelle der Schmelzkammer betriebssicher betreiben
zu können, wird bei diesem bekannten Vorschlag das Schmelzgut nur geringe Zeit zur
unmittelbaren Aufnahme der Wärme aus den Heizgasen erhalten und sich im übrigen
entlang der Wand einer Schmelzkammer bewegen, die verhältnismäßig große Umfläche
haben muß und dementsprechend große Wärmestrahlungsverluste bedingt; denn selbstverständlich
muß diese Schmelzkammer um den Schleudertrichter herum hinreichend groß sein, damit
das Schmelzgut überhaupt geschleudert werden kann.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß das Rohgut in breitem
Strom der Einwirkung der gegen diesen gerichteten Heizgase ausgesetzt wird und mit
diesem im Gleichstrom weiterfließt, bis es vollständig niedergeschmolzen ist. Die
Heizgase und deren Flammen umhüllen also das Schmelzgut auf breiter Zone und geben
an dieses unmittelbar konzentrierte Wärme ab, geleiten darüber hinaus aber auch
als Träger der Wärme das Schmelzgut auf seinem weiteren Wege und decken alle auftretenden
unvermeidlichen Wärmeverluste unmittelbar, ohne daß die hierzu erforderliche Wärme
dem Schmelzgut wieder entzogen und dieses hierbei abgekühlt würde. Wird das Schmelzgut
in möglichst kleiner Stückform und dünner Schicht bewegt, so wird diese von den
Heizgasen allseitig vollkommen durchdrungen, gleichsam jedes Stück von den Heizgasen
umspült und rasch niedergeschmolzen, ohne daß mechanische Vorrichtungenzum Schleudern
des Schmelzgutes und Erzeugung einer kreisenden Heizgasbewegung erforderlich wären.
Durch Mitleitung der Heizgase im Gleichstrom mit dem Schmelzgut durch Schmelzkanäle,
welche gegen die Horizontale gering geneigt sind, wird das Niederschmelzen auch
größerer Stücke der einzuschmelzenden Stoffe gewährleistet, da durch diese Schmelzkanäle
geringer Schräge gleichsam die Zone konzentrierter Wärme räumlich vergrößert und
die Zeitdauer der Einwirkung auf das Schmelzgut verlängert wird.
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Da die Erfindung auch die einfachste mechanische Ausführung des Schmelzofens
ermöglicht, insbesondere ohne bewegte.Teile in der Nähe der heißesten Zonen, können
Heizgase mit hoch gespannter Wärme, also höchsten Temperaturen,
angewendet
werden. Der Durchsatzraum kann andererseits sehr klein gehalten werden und bei gleicher
stündlicher Schmelzleistung einen Bruchteil des Raumes eines Ofens mit ruhendem
oder umhergeschleudertem Inhalt beanspruchen. Infolgedessen werden bei Durchführung
der Erfindung auch die Strahlungs- und Leitungsverluste geringer ausfallen als bei
den bekannten Schmelzöfen.
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Des weiteren kann das Verfahren nach der Erfindung selbsttätig der
jeweils erforderten Leistung angepaßt werden, ohne die Wärmewirtschaft zu verschlechtern.
Die Schmelzzone kann nämlich ohne weiteres verbreitert oder verkleinert werden durch
Zu- oder Abschalten von Brennern; ebenso können mehrere Schmelzräume oder Kanäle
parallel betrieben und von diesen einige zu- oder abgeschaltet werden, je nach Bedarf
an geschmolzenem Gut.
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Die im Gleichstrom mit dem Schmelzgut geführten Heizgase sorgen nicht
nur für ein sicheres, vollkommenes Niederschmelzen des Gutes, sondern können anschließend
hieran in den Läuterraum und gegebenenfalls Arbeitsraum übergeführt werden. Sollten
dann die Temperaturen der Gase wegen ihrer kräftigen Ausnutzung in der Schmelzzone
nicht mehr ausreichen, so können nach Bedarf Zusatzheizungen in den nachgeschalteten
Räumen vorgesehen werden. Erst nach dieser weitgehenden Ausnutzung der Heizgase
werden diese in Regeneratoren oder Rekuperatoren eingeleitet, wo sie den Rest ihrer
Wärme zur Vorwärmung von Brennstoff oder Verbrennungsluft usw. nutzbringend abgeben
können.
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Die Erfindung sei an Hand des schematischen Ausführungsbeispiels der
Zeichnung näher erläutert.
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Abb. x ist ein lotrechter Querschnitt. Abb. 2 ist ein waagerechter
Schnitt. Abb. 3 zeigt eine Änderung.
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In Abb. i ist i eine schräge Führung für das Schmelzgut, die beispielsweise
als geschlossene, schrägliegende Kammer rechteckigen, quadratischen oder runden
Querschnittes ausgeführt sein kann und deren Wandungen 2 aus feuerfestem Werkstoff
hergestellt oder mit solchem ausgekleidet sind. In eine Öffnung 3 dieser Führung
mündet eine Aufgebevorrichtung 4 für das Rohgut ein. Das obere Kopfende 5 der Führung
i mündet in einen Raum 6 ein, der als Zuführungsraum für die Heizgase oder als Brennraum
ausgebildet ist. Im ersteren Fall können die Heizgase auch unmittelbar in das Kopfende
5 und zweckmäßig durch Regel- und Absperrvorrichtungen zugeführt werden. Im Beispiel
ist aber ein Brennraum angenommen, in dem Düsen 7 angeordnet sind, in welche der
gasförmige oder flüssige Brennstoff mittels eines Zuleitungsrohres 8 durch eine
Regel- oder Absperrvorrichtung 9 eingeleitet wird. Die Verbrennungsluft ist in diesem
Beispiel auf mehrfache Weise zugeführt. Einerseits durch eine Leitung io, welche
durch ein Absperr- oder Regelorgan 1i vorgewärmte Verbrennungsluft einläßt. Ferner
ist in einer Wand des Brennraumes 6 eine Öffnung 12 frei gelassen, die durch einen
Schieber 14 mehr oder weniger geöffnet werden kann; hierzu ist an der Wand des Brennraumes
6 z. B. ein Handrad 15 vorgesehen, das mittels einer Schraubenspindel 16 den Schieber
14 bei Drehung des Handrades in der einen oder anderen Richtung hebt oder senkt.
Natürlich kann auch ein Mischen des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft in der
Düse 7 stattfinden oder es können Brennstoff- und Verbrennungsluft durch die Düse
eingeleitet und nach dem Austreten aus dieser gemischt werden.
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Es entsteht daher am Kopfende 5 der Führung i eine Flamme höchster
und einstellbarer Hitze, die in die Führung i eintritt. Die Düsen 7 können auch
in das Kopfende 5 selbst vorgeschoben sein oder betriebsmäßig vorgeschoben werden,
so daß man es in der Hand hat, an welcher Stelle die Flamme größter Hitze zustande
kommen soll.
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Durch die Vorrichtung 4 werden die Rohstoffe oder deren Gemische in
die Führung i eingetragen. Im Beispiel der Zeichnung ist angenommen, daß hierzu
ein Förderband 17 verwendet ist, auf das die Rohstoffe aufgebracht werden. Die Auflieferung
der Rohstoffe kann in beliebiger Weise erfolgen; sollte die Stückgröße ungeeignet
sein, so können auch Zerkleinerungsvorrichtungen, z. B. Kollergänge, vorgesehen
werden, aus denen die Rohstoffe in geeigneter Stückform mittelbar oder unmittelbar
auf das Förderband oder in die Führung 4 selbst abgeliefert werden.
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Es ist n;imlich zur Erzielung möglichst großer Wirkungssteigerung
zweckmäßig, möglichst kleine Stückform zu wählen; unter Umständen kann es empfehlenswert
sein, die Rohstoffe zu mahlen, bevor sie in die Schmelzzone eingetragen werden.
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Um die Menge der eintretenden Rohstoffe entsprechend dem augenblicklichen
Erfordernis an eingeschmolzenem Gut in der Läuterkammer oder der sonstigen Entnahme-
oder Weiterverarbeitungsstelle anpassen zu können, sind im Beispiel der Abb. i Schieber
18, 1g über der Eintrittsöffnung der Führung 4 vorgesehen, die gleichzeitig aufeinander
zu- oder voneinander fortbewegt werden können und dementsprechend eine größere oder
kleinere Schlitzbreite frei lassen.
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Die Rohstoffe fallen auf die gewölbte Fläche 2o der Führung 4 und
rieseln über diese in entsprechend breiter Schicht zur Öffnung 3. Um diese Schicht
möglichst gleichmäßig über die Fläche 2o zu verteilen, können auch auf dieser Führungsrippen
angeordnet sein.
Der durch die Öffnung 3 in mehr oder weniger dünner
und entsprechend breiter Schicht eintretende Rohstoff gelangt unmittelbar in die
Zone größter Hitze der aus dem Brennraum 6 eintretenden Flammen. Durch Wahl entsprechender
Stückgrößen, Durchströmgeschwindigkeiten und Höhen der eintretenden Schicht kann
erreicht werden, daß die Rohstoffe entweder sofort auf ihrem Wege von der Öffnung
3 auf die untere Fläche 21 der Führung i niedergeschmolzen werden oder daß das vollständige
Niederschmelzen zumindest erfolgt, wenn die Rohstoffeim Gleichstrom mit den Verbrennungsgasen
durch die Führung i herabfließen und in flüssigen Zustand übergeführt sind, bevor
sie in die Läuterkammer o. dgl. 22 eintreten. Man kann auch zur Erzielung derselben
Wirkung die Führung i entsprechend lang ausführen.
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Es ist klar, daß die Rohstoffe beim Durchtritt durch die heiße Zone,
wobei sie gleichsam durch die Öffnung 3 herabrieseln in nicht zusammenhängender
Schicht, von den Heizgasen vollständig umspült und die Zwischenräume zwischen den
einzelnen Stücken von den Heizgasen vollständig durchdrungen werden.
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Die Bahn 2o ist aus mehrfachen Gründen gewölbt gewählt. Einmal wird
hierdurch die obere Eintragöffnung 23 der Führung q. der unmittelbaren Einwirkung
der Heizgase entzoäen; dann aber wird auch hierdurch erreicht, daß die aufgelieferten
Rohstoffe vor dem Eintritt in die heiße Schmelzzone eine breite und dünne Schicht
bilden.
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Es kann in der Führung q. ein weiteres Paar ven Schiebern 24,,-,5
angeordnet werden, die ebenso wie die Schieber 18, ig aufeinander zu-oder voneinander
fortbewegt werden können. Diese Schieber haben den Zweck, eine Art Speisung in Absätzen
zu ermöglichen. Es werden nämlich die Schieber 2.4, 25 geschlossen, wenn die Schieber
18, ig offen sind, und umgekehrt. Bei offenen Schiebern 18, ig fallen die Rohstoffe
auf die geschlossenen Schieber 2.4, 25 und füllen den Raum zwischen diesen und den
oberen Schiebern 18, ig aus. Hierauf werden die oberen Schieber geschlossen und
die unteren auf entsprechende Schlitzbreite geöffnet, so daß die Rohstoffe nunmehr
durch diesen Schlitz zur Öffnung 3 und in die Schmelzzone gelangen. Hierdurch wird
auch erreicht, daß keinesfalls kalte Luft von außen in die heiße Schmelzzone gelangen
kann. Natürlich kann derselbe Erfolg auch erreicht werden bei ununterbrochenem Betrieb
durch Anwendung einer Förderschnecke 35 in der Führung q., wie in Abb. ia angedeutet
ist. Die Schnecke 35 wird durch geeignete Mittel, beispielsweise über ein Kardangelenk
26 und eine von außen angetriebene Welle 27, in dauernde Drehung mit einstellbarer
Geschwindigkeit und dementsprechender Förderleistung versetzt. Die Heizgase strömen
aus der Führung i durch die Läuterkammer 22, bestreichen dort die Oberfläche der
angesammelten Schmelze 28 und treten durch eine oder mehrere Öffnungen ag aus. Sie
werden hierauf entweder in einen Weiterverarbeitungsraum geleitet oder außen um
die Wandungen der Läuterkammer 22, der Führung i und gegebenenfalls des Brennerraumes
6 herumgeführt zwecks Erhöhung der Wärmeisolation und sodann entweder ins Freie
abgelassen oder Regeneratoren oder sonstigen Verwendungszwecken zur Verwertung der
Restwärme zugeführt.
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Zur Regelung der Leistung können zwei oder mehrere Führungen i in
Parallelschaltung angewendet werden. Der schematische Schnitt der Abb. 2 zeigt einen
Fall mit zwei solchen Führungsrinnen. Ist volle Leistung erwünscht, so werden beide
Rinnen i, i, beschickt und die Düsen 7, 7,, sind in Tätigkeit samt den zugehörigen
Zuführungen von Verbrennungsluft. Soll nur die Hälfte der Leistung erzielt werden,
so werden beispielsweise die Düsen 7 " durch Absperrorgane g," abgestellt, ebenso
auch die Verbrennungsluft usw., und nur die Führung i bleibt somit in Tätigkeit.
Zweckmäßig wird auch der Brennraum durch eine feste Wand 3o oder einen Schieber
in zwei Teile 6, 6, getrennt. Es ist klar, daß man auf gleiche eise auch
eine größere Anzahl von Führungen und Brennräumen, gegebenenfalls an verschiedenen
Seiten der Läuterkammer 22, anordnen kann, um eine weitere Abstufung der Leistung
zu erzielen.
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In Abb. 3 ist gezeigt, wie man bei einer einzelnen Führung i eine
Einstellung der Leistung erzielen kann. Die Eintrittsöffnung 3 ist in Draufsicht
dargestellt und kann durch Schieber 31, 32, die in der früher beschriebenen
Weise aufeinander ziz- und voneinander fortbewegt werden können, mehr oder minder
abgeschlossen werden. Entsprechend wird auch eine mehr oder minder breite Schicht
des einströmenden Rohstoffes eingestellt. Zur Regelung der Schichthöhe dienen die
früher beschriebenen Mittel (Schieber 18, ig und 2q., 25). Gleichzeitig und zweckmäßig
in selbsttätiger Abhängigkeit werden auch die Düsen 7, 7-, 76, 7,, zu- und abgeschaltet.
Ist die Öffnung 3 vollständig freigelegt durch Auseinanderschiebender Schieber,
so werden sämtliche Düsen angestellt sein. Ist aber die Schlitzbreite verringert,
so werden beispielsweise die beiden äußeren Düsen 7, 7, durch Abschließen oder Abdrosseln
der Organe g, g, außer Betrieb gesetzt oder deren Leistung verringert, während diemittlerenDüsen
durch die vollständig offenen Organe g2, 9b mit voller Leistung gespeist werden.
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Gleichzeitig mit dem Einstellen der Schichthöhe durch die Schieber
18, ig oder 2q., 25 oder dem Regeln der Drehgeschwindigkeit der Eintragsschnecke
35 kann auch die Hitze durch
mehr oder minderes Öffnen der Speiseorgane
g, 1i, _¢ für die Verbrennung geregelt werden. Zweckmäßig wird auch dies in selbsttätiger
Abhängigkeit beispielsweise durch ein einziges Bedienungsorgan herbeigeführt.
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Wenn im früheren der Raum z2 als Läuterkammer bezeichnet wurde, wobei
insbesondere an das Schmelzen von Glas gedacht ist, so ist es klar, daß dieser Raum
im allgemeinen als Sammelraum dient. Er kann daher in gewissen Fällen gleichzeitig
Arbeitsraum oder auch mir Aufbewahrungsraum sein, in ihm können andere, auch chemische
oder mechanische Umsetzungs- oder Veredelungsvorgänge durchgeführt werden.
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An Stelle einen Sammler zu verwenden, aus dem erst die Schmelze zur
Weiterverarbeitung entnommen wird, kann das geschmolzene Gut auch unmittelbar formgebenden
Gerätschaften zugeführt werden, so z. B. kann es unmittelbar in eine Gießform eingelassen
werden. Außerdem kann es aber auch in eine vorteilhaft der Endform ähnliche Zwischenform
gebracht werden, also vorgeformt werden. Falls erforderlich, kann die Schmelze dann
auf dem Wege zu diesen Formgebungsvorrichtungen künstlich gekühlt werden; auf jeden
Fall behält aber dann die Schmelze einen Teil der ihr während des Schmelzvorganges
zugeführten Wärme.