DE69113324T2 - Ofen zum Schmelzen und Raffinieren von Glas. - Google Patents
Ofen zum Schmelzen und Raffinieren von Glas.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von qualitativ hochwertigem Glas.
- Während der letzten Jahre sind viele Vorschläge gemacht worden, qualitativ hochwertiges Glas in Tiegeln mit direkter Induktionsheizung herzustellen. Ein Hauptvorteil der Heizung durch direkte Induktion besteht darin, bei der Herstellung jeglichen Kontakt zwischen der Quelle thermischer Energie und dem Glas zu vermeiden.
- Auf jeden Fall weisen diese Induktionsheizverfahren mit den herkömmlichen Tiegeln aus hitzebeständigem Material Nachteile auf, da die Bestandteile der Zusammensetzung, aus der das Glas gebildet wird, bei Einsatz von erhöhten Temperaturen (1200-1600ºC) dazu neigen, die hitzebeständigen Materialien des Tiegels anzugreifen. Dieses Problem ist mit Tiegeln gelöst worden, die Tiegel mit kalter Wand genannt werden und die im allgemeinen in Segmente unterteilte, metallische Wände aufweisen, die durch die Zirkulation eines Fluids gekühlt werden, und man findet in der Literatur viele Arten derartiger kalter Tiegel. In der Literatur wird ein Induktionsofen ebenfalls ein Tiegel vom Schalenschmelztyp genannt, da sich am inneren Umfang des Ofens an den kalten Wänden verfestigtes Glas bildet, von dem man annehmen kann, daß es die Wand des Tiegels bildet.
- Man stellt fest, daß die Temperaturverteilung in dem geschmolzenen Gemisch, z.B. Glas, in diesen Schalenschmelzöfen heterogen ist, und daß die Temperatur im Zentrum deutlich geringer ist als an der Peripherie (außer der extremen Peripherie, wo, wie angegeben, das Phänomen des Schalenschmelzens auftritt, d.h. eine Verfestigung des Glases in der Nachbarschaft der kalten Wände). Dieses allgemein auftretende Phänomen kann deutlich verringert werden, wenn die thermo-konvektive Vermischung wirksam ist, was dann der Fall ist, wenn die Viskosität des geschmolzenen Gemisches ausreichend gering ist.
- Diese Heterogenität der Temperatur des geschmolzenen Gemisches bringt viele Nachteile mit sich. Ein Nachteil besteht offensichtlich darin, daß man nicht immer ein Produkt der gleichen Temperatur, das der gleichen Behandlung unterworfen worden ist, erhält, wenn man einen Teil des geschmolzenen Glases ohne Vorsichtsmaßnahmen entnimmt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Glas an den Stellen mit der geringsten Temperatur noch viskos ist und schlecht entgast wird. Um diesen letzten Nachteil zu beheben, wurden im Stand der Technik, z.B. in der französischen Patentanmeldung 2 613 351 von PPG INDUSTRIES INC., Systeme vorgeschlagen, bei denen mehrere Öfen in Kaskade funktionieren, wobei einer die Funktion des Vorschmelzens, der zweite die Funktion des Schmelzens und der dritte die Funktion des Läuterns hat (wobei das Läuterungsverfahren im wesentlichen die Funktion des Entgasens und der Homogenisierung hat). Man erhält also komplexe Systeme, die bei industriellen Verfahren mit kontinuierlichem Abstich nur schwer zu starten oder anzuhalten sind.
- Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches System bereitzustellen, das als Schmelz- und Raffinierofen für Glas oder ähnliches Material dienen kann.
- Um diese Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen einzigen Schmelz-Raffinierofen für Glas bereit, dessen unterer, nicht geheizter Teil eine hitzebeständige, stark isolierende Wand aufweist und dessen oberer Teil vom Typ mit kalten Wand ist und durch Induktion geheizt wird, wobei der Boden in gleicher Weise aus einem hitzebeständigen Material besteht.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt das Verhältnis zwischen der Höhe des oberen Teils und der Höhe des unteren Teils von 2/1 bis 1/2.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steht die innere Wand des unteren Teils im Verhältnis zur inneren Wand des oberen Teils auf der Höhe der Verbindung zwischen den beiden Teilen zum Inneren des Ofens hin über, und die Verbindung zwischen dem oberen und dein unteren Teil wird durch Einsetzen bewirkt.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Mittel zur Induktionsheizung dazu geeignet, den oberen Teil auf Temperaturen zu erhitzen, die 2000ºC überschreiten können.
- Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in größerem Detail in der nachfolgenden Beschreibung der speziellen Ausführungsformen in bezug auf die beigefügten Figuren dargestellt, von denen:
- Figur 1 eine schematische Schnittansicht in Längsrichtung eines Ofens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; Figur 2 eine schematische Schnittansicht in Querrichtung entlang der Linie II-II von Figur 1 darstellt; und Figur 3 eine schematische Schnittansicht in Querrichtung entlang der Linie III-III von Figur 1 darstellt.
- Figur 1 stellt in sehr schematischer Weise eine Schnittansicht eines Fusions- und Raffiniertiegels gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Der untere Teil dieses Tiegels 1 weist Wände aus einem hitzebeständigen Material auf, und der obere Teil 2 dieses Tiegels ist vom Typ mit kalter Wand. Dieser obere Teil ist mit einer Wicklung 5 umwickelt, die mit hoher Frequenz gespeist wird, um eine Induktionsheizung zu gewährleisten.
- Figur 2 stellt eine schematische Schnittansicht des oberen Teils dar, auf dem man mit Öffnungen zur Wasserzirkulation 4 ausgerüstete Kupferbleche 3 sieht. Diese Struktur ist in stark schematisierter Weise dargestellt, da sie an sich bekannt ist.
- Figur 3 stellt eine Schnittansicht entlang der Linie III- III von Figur 1 dar. Dort ist ein hitzebeständiges Material 6 zu sehen, das, wie bekannt, von einem Isoliermittel 7 umschlossen ist.
- So wirkt die Induktionsheizung nur auf den oberen Teil des Ofens, entlang dessen Wänden eine Zone von verfestigtem Glas 8 dargestellt ist. Im Gegensatz dazu hat der Heizstrom, wenn überhaupt, nur wenig Einfluß auf den unteren Teil des Induktionsofens, der wegen der durch die hitzebeständigen Wände gewährleisteten guten Isolierung eine homogene Temperatur aufweist und daher auf zufriedenstellende Weise relativ schnell entgast wird.
- Dieser untere Teil 1 kann, wie durch die Trennlinie 10 dargestellt, aus verschiedenen aufeinandergestapelten, zylindrischen Bereichen bestehen. Bei der Montage können, wie es einem Fachmann bekannt ist, verschiedene Durchlässe vorgesehen werden.
- Der obere Teil 2 kann in einfacher Weise auf den oberen Bereich des unteren Teils 1 gesetzt werden, wobei eventuell ein Durchlaß vorgesehen wird. Gemäß eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung steht die hitzebeständige Wand im Verhältnis zu der kalten Wand in das Innere über, wie es durch Bezugszeichen 11 dargestellt ist, um ein Abrutschen oder ein Stürzen des verfestigten Glases 8 auf den Boden des Tiegels zu verhindern.
- Der erfindungsgemäße Ofen eignet sich zum kontinuierlichen Betrieb, wobei ein Zuführen einer granulären Zusammensetzung 12 durch eine Rutsche oder durch ein anderes, an seinem oberen Teil vorgesehenes Mittel gewährleistet wird und ein Ableiten durch ein Rohr 13 gewährleistet wird. Dieses Rohr 13 kann aus Gründen der Qualität des Glases in bezug auf die Achse des Tiegels seitlich verschoben angeordnet sein.
- Wie es einem Fachmann bekannt ist, kann die Inbetriebnahme des Tiegels durch eine Vorheizung gewährleistet werden, z.B. durch eine Vorheizung mit einer Flamme, oder auch dadurch, daß zu Beginn eine vorgeschmolzene Zusammensetzung in den Tiegel eingeleitet wird. Danach ermöglicht es die auf den verflüssigten Teil wirkende Induktionsheizung, die Heizung und das Aufrechterhalten der Temperatur zu gewährleisten. Es kann festgestellt werden, daß die thermische Isolierung durch das Zuführen einer festen Zusammensetzung auf die Oberfläche des Tiegels verbessert wird (Verringerung der Strahlungsverluste) und das System wenig umweltschädlich gemacht wird (Absorption des Reaktionsgases).
- In Figur 1 ist ein Tiegel mit einem konischen Boden dargestellt. Dieses stellt nur eine Ausführungsform der Erfindung dar.
- Ein experimenteller Ofen ist mit einem inneren Durchmesser von 350 mm, einer Höhe des Teils mit kalter Wand mit 400 mm und einer Höhe des Teils mit hitzebeständiger Wand von 500 mm hergestellt worden. Mit diesem Ofen wurden bei kontinuierlichem Betrieb zufriedenstellende Ergebnisse erreicht, und es stellt sich durch Extrapolation heraus, daß ein Ofen gemäß der vorliegenden Erfindung zur industriellen Herstellung von Glas in Öfen von wesentlich größeren Ausmaßen gut geeignet ist.
- Außerdem bezieht sich die vorstehende Beschreibung auf die Herstellung von qualitativ hochwertigem Glas. Die vorliegende Erfindung kann in gleicher Weise auf ähnliche Materialien angewendet werden, die relativ schlechte Leiter von Elektrizität sind und ein Läutern erfordern, wie Keramik, Gele und leitfähige Polymere.
- Außerdem kann die vorliegende Erfindung in verschiedener Weise variiert werden. Z.B. können die Wände des unteren, hitzebeständigen Teils des Ofens mit einer Auskleidung, z.B. aus Platin, zur Vermeidung von jeglicher Verunreinigung versehen werden. Man kann den erfindungsgemäßen Ofen auch mit Rührvorrichtungen versehen.
Claims (9)
1. Schmelz-Raffinierofen für Glas, dessen unterer, nicht
geheizter Teil (1) eine hitzebeständige, stark isolierende Wand
aufweist und dessen oberer Teil (2) vom Typ mit kalter Wand ist
und durch Induktion geheizt wird, wobei der Boden in gleicher
Weise aus einem hitzebeständigen Material besteht.
2. Schmelz-Raffinierofen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Höhe des oberen Teils und
der Höhe des unteren Teils von 2/1 bis 1/2 beträgt.
3. Schmelz-Raffinierofen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die innere Wand des unteren Teils im Verhältnis zur
inneren Wand des oberen Teils auf der Höhe der Verbindung
zwischen den beiden Teilen zum Inneren des Ofens hin übersteht.
4. Schmelz-Raffinierofen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem oberen und unteren Teil
durch Einsetzen verwirklicht wird.
5. Schmelz-Raffinierofen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Induktionsheizeinrichtungen dazu geeignet sind,
den oberen Teil auf Temperaturen zu erhitzen, die 2000ºC
überschreiten können.
6. Schmelz-Raffinierofen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß er Einrichtungen zum Vorheizen zum Ingangsetzen des
Schmelzens aufweist.
7. Schmelz-Raffinierofen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Boden eine nach außen gerichtete Konizität
aufweist.
8. Schmelz-Raffinierofen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Boden mit einem in bezug auf die Achse des Ofens
dezentriert angeordneten Gießrohr versehen ist.
9. Schmelz-Raffinierofen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß er mit Mitteln ausgerüstet ist, eine feste
Zusammensetzung in seinen oberen Teil zu schütten.
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