DE709409C - Ofen zum Schmelzen von Glas und anderen schwer schmelzenden Stoffen - Google Patents

Description

Ein großer Teil "des. beute--hergestellten Glases wird in Wannen von mehreren Tonnen Inhalt geschmolzen" und geläutert. Das zu schmelzende Gut wird an einem Ende des Ofens eingeführt und durch Hitze zum Schmelzen gebracht, die auf die Oberfläche der Schmelzmasse: zur Einwirkung gelangt. -Beim Schmelzen und Läutern bewegt das Glas sich langsam durch den Ofen vorwärts, wobei die Masse: eine. Tiefe von' etwa ι m haben, kann. Durch einen langsamen Läuteryorgang wird eine große Menge yon Gasblasen veranlaßt, an die Oberfläche des Glases zu steigen, um dort zu entweichen. •5 Von der Zeit des Einbringens des: Schmelzgutes in den Ofen bis zum beendeten Läutern vergehen gewöhnlich mehrere Stunden. Diese für das Läutern erforderliche lange Zeit ist - zum Teil dadurch bedingt, daß die Gasblasen -während. des -Schmelzvorganges, von Weg- '·" führungsströmen mitgenommen, in erhebliche Tiefen gelangen, wobei' ein großer" Teil der Gase sich infolge des auf sie wirkenden Druckes in dem Glas löst. Infolge der 'Zähflüssigkeit des geschmolzenen Glases steigen die ungelösten Gase nur langsam an die Oberfläche, wo sie entweichen* Außerdem übt die Säule des geschmolzenen Glases einen erheblichen Druck auf die in ihm befindlichen Gasblasen aus, wodurch deren Größe verkleinert und die Trägheit und Schwierigkeit, mit welcher sie entweichen, vergrößert werden.Beim Hochsteigen der unteren Teile des geschmolzenen Glases an die Oberfläche werden die in ihm gelösten Gase zum großen - Teil frei und bilden wieder Blasen, die zur Erzielung einer vollkommenen Läuterung entfernt werden müssen. -Während des

Schmelz- und Läutervorganges geht ein gro ßer Teil der dem Glas zugeführten Hitze durch Strahlung verloren. Ein weiterer erheblicher Verlust an Hitze tritt durch Kotvr vektion und durch Ableitung durch die Of en wände ein.

Es sind auch Verfahren und Schmelzofen bekannt, die ein rasches Schmelzen uncP Läutern des Glases ermöglichen, bei welchen ίο -Wärmeverluste auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden und sich mit einem Ofen, der im Verhältnis zu den bekannten öfen sehr kleine'Abmessungen besitzt, eine große Ausbeute an geläutertem Glas erzielen läßt. ¹S Dies wird bei bekannten Öfen dadurch erreicht, daß das durch Erhitzen geschmolzene Gut in einer dünnen, Offenen Schicht über eine' Fläche, die zweckmäßig senkrecht oder geneigt angeordnet ist, geleitet und dabei so stark erhitzt wird, daß die Schicht flüssig bleibt und in dem Gut eingeschlossene oder gelöste Gase verdampfen und in ihm enthaltene Gasblasen durch die freie Oberfläche der Schicht entweichen können. Die für die dünne Schicht erforderliche Temperatur wird dabei zweckmäßig durch elektrisches Beheizen der Fläche, über welche - die Schicht zwecks Läuterung fließt, erzielt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zum Schmelzen von Glas und anderen schwer schmelzenden Stoffen, insbe-" sondere für die Verarbeitung auf Glasfasern oder -fäden, bei dem das geschmolzene Gut ebenfalls in dünner Schicht über eine beheizte Läuterfläche fließt, bei dem jedoch erfindungsgemäß die Läuterfläehe von den Innenwänden einer innerhalb einer Beschickung des zu" schmelzenden Gutes angeordneten gasgefüllten Kammer gebildet wird. Die erhitzte gäsgefüllte Kammer wird etwa in der Mitte der Beschickung des zu schmelzenden Gutes gebildet, und das um sie in Schmelzung gehende Gut wird auf einem Zickzackweg unter ,allmählich steigender Er-4S hitzung zur- Mitte der genannten Kammer geleitet.

Vor dem Übertritt des geschmolzenen Gutes auf die Läuterfläehe wird dieses, wie bekannt, über und durch ein Sieb geführt, wobei an dem Sieb die Gasblasen ausgeschieden werden. · .

Erfindungsgemäß besitzt der Schmelzofen

innerhalb des Einsatzraumes mit Abstand von den Ofenwänden ein stehendes, oben offenes, geheiztes Gehäuse aus hochhitzebeständigem Stoff, welches eine Läuterkammer bildet und so angeordnet ist, daß das in dem die Kam-

- mer umgebenden Raum geschmolzene Gut oben in die Kammer eintritt und in einer dünnen Schicht über ihre Wände nach unten fließt.

Außerhalb der Läuterkammer ist erfindungsgemäß ein zum Schmelzen des eingebrachten Gutes dienendes geheiztes Element . vorgesehen, das vorzugsweise aus einer die Xäuterkammer mit Abstand umgebenden übe besteht, die nicht ganz bis zum Ofen . cht und zwischen sich und der Läuterkammer einen engen Raum bildet, in welchem das geschmolzene Gut hochsteigt, um aus ihm in die Läuterkammer zu treten.

Das die Läuterkammer bildende Gehäuse und die das Schmelzelement bildende Haube bestehen vorzugsweise aus hochhitzebeständigem Metall und arbeiten als elektrische Heizwiderstände, welche an eine geeignete Stromquelle angeschlossen werden.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführuftgsform eines Schmelzofens gemäß der Erfindung für Glas dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι einen senkrechten Schnitt durch den Ofen,

Abb. 2 einen Schnitt durch denselben nach Linie 2-2 der Abb. 1,

Abb. 3 einen Schnitt durch die Heizelemente in einer etwas abgeänderten Ausführung,

Abb. 4 einen Schnitt durch einen Teil eines Ofens von vereinfachter Ausführung und

Abb. 5 einen Schnitt durch einen Teil eines Ofens, der eine noch andere Ausführung besitzt.

Wie insbesondere aus Abb. 1 und 2 ersieht-Hch, besteht der Ofen aus den Endwänden 10, den Seitenwänden 11 und dem Boden 12 aus feuerfestem Baustoff sowie einem den Ofen einschließenden Metallmantel 13. In dem. Ofen sind elektrische Widerstände 14 und _Ioo 15 angebracht, welche als Heizelemente zum Schmelzen und Läutern des Einsatzes 16 dienen, der beispielsweise aus einer Mischung von Rohstoffen und Scherben, wie in der. Glasherstellung üblich, bestehen kann. Das i_PS äußere Heizelement 14 -dient hauptsächlich zum Heizen und Schmelzen des Einsatzes, während das innere Heizelement 15 der Läudient. Diese elektrischen Widerstände sind aus einem geeigneten Metall oder ,,„ einer Metallegierung hergestellt, welche sowohl gegen die hohen Temperaturen wie auch gegen die chemische Einwirkung der behandelten Stoffe widerstandsfähig ist. Für das Schmelzen und Läutern von Glas ist besonders eine bekannte und für derartige Zwecke bereits verwendete Platin-Rhodium-Legierung aus 90 °/„ Platin und 10 °/₀ Rhodium geeignet.

Das äußere Heizelement 14 hat die Form einer Haube, welche zum großen Teil das innere Heizelement-15 umgibt. Die Haube

besitzt senkrechte Seitenwände 14", . Endwände I4^& und ein Dach I4^C, welches aus schräg nach oben zusammenlaufenden Wänden besteht. Ein Abzugrohr 17 dient zur Abführung der Gase, die während des Schmelzens und Läuterns des Glases frei werden. Das untere Ende der Haube 14 ist offen und liegt in einem gewis.sen Abstand oberhalb des Bodens des Ofens.

" ¹⁰ Das innere Heiz- und Läuterelement 15 ist ein rechteckiger Kasten mit -senkrechten Seiten- und Endwänden, die einen gewissen Abstand von den Wänden 14» und 14^s des. äußeren Heizelementes haben und zu diesen parallel laufen. In der in den Abb.- 1 bis 3 gezeigten Ausführung gehen die Seitenwände des Elementes 15 senkrecht bis zum Ofenboden und laufen dann nach innen aufeinander" zu. Diese zusammenlaufenden .Wände bilden eine trogartige Verlängerung 18, welche ein Futter für eine entsprechend geformte Öffnung "des Ofeiribodens 12 bildet. Dieser Trog bildet einen Vorratsraum 19, in welchem sich geläutertes Glas: ansammelt und aus dem dieses durch Öffnungen 20 im Boden des Futters 18 ausfließt. .. ■ ". " -

Der Ausfluß des geschmolzenen Glases durch die Öffnungen 20 erfolgt, wie bekannt,, .in.einer Reihe von dünnen Strömen 21. Diese austretenden Ströme werden, wie beim Herstellen von Glasfasern urwl -fäden bekannt, der Wirkung eines Gebläses 22 unterworfen, durch welches- die Ströme. fortlaufend ausgezogen und zu sehr feinen Fasern 23 ümgewandelt werden. Diese Einzelheiten bilden jedoch k.einen Teil der Erfindung.

...In seinem oberen Teil besitzt das Läuterelement 1.5 eine Vielzahl von kleinen Löchern., I5^a, so daß hier, ein Sieb entsteht, welches, wie beim Schmelzen und Verarbeiten von Glas auf Glasfasern bekannt, dem geschmolzenen Glas den Durchfluß gestattet, aber Gasblasen ausscheidet. -

Die Widerstände 14 und 15 werden durch Wechselstrom beheizt. Die Stromzuführung .erfolgt von Sammelschienen28 über die Anschlußklemmen 29 zu dem Widerstand 15. Zu dem Widerstand 14 erfolgt die Stromzufuhrdurch Klemmen 31, welche durch Leiter 32 mit den Klemmen 29 des Widerstandes 15 verbunden sind. Auf diese Weise sind die Widerstände bzw. Heizelemente 14 und 15; parallel geschaltet. Es .kann aber auch jedes der Elemente für sich getrennt an eine Stromquelle angeschlossen und so eine unabhängige Heizung der Elemente erfolgen.

'Die Art der Zuführung des Stromes, ist. ebenfalls nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Zur Erzielung einer geeigneten Verteilung des elektrischen Stromes in den Heizelementen sind gewisse Teile der Wände durch leitendes Material 34 überdeckt. Diese Deckstreifen können aus dem gleichen Stoff wie die Wände selbst bestehen und an diesen angeschweißt sein oder ein S'tück mit ihnen bilden.· Wenn die Wände überall eine gleichmäßige Dicke haben, so ergibt sich eine ungleichmäßige Verteilung^ des durch sie fließenden elektrischen Stromes und der. durch diesen Strom erzeugten Hitze. Bei der An-* Ordnung besteht- die Neigung, daß in der Nähe der Klemmen 3.1 eine übermäßige Erhitzung stattfindet, während die Beheizung an den unteren Teilen der Seitenwänide 14" geringer ist. Durch eine geeignete Anordnung der Leitstreifen 34 wird diese Schwierigkeit behoben und eine befriedigende Verteilung der Hitze aufrechterhalten. Auch dies ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Der Ofen gemäß den Abb. 1 und 2 arbeitet wie folgt: Der aus Rohstoffen, gegebenenfalls mit einem Zusatz von Scherben, bestehende Einsatz 16 wird oben in-den Ofen eingebracht und sinkt während des Schmelz-Vorganges allmählich nach unten ab. Durch den elektrischen Strom wird die Haube 14 auf einer genügend hohen Temperatur gehalten, um das sich um die Haube abwärts- Bewegende Gut zu schmelzen. Die von den Wänden 14° der Haube ausgestrahlte Hitze . wird nahezu restlos von dem zwischen ihr und den Ofenwänden 11 liegenden Schmelzgut aufgenommen, so daß kaum ein Entweichen von Hitze zu und durch diese Wände stattfindet. Das geschmolzene Glas geht um das untere Ende der Haube 14 herum und steigt zwischen ihr und. dem das innere Heiz- bzw. Läuterelement bildenden Gehäuse 15 hoch. ">°

Der Räum zwischen den Wänden der beiden Heizelemente ist so eng, daß das Glas sieh in einer verhältnismäßig dünnen Schicht aufwärts bewegt und auf eine hohe Temperatur steigt, bei welcher es einen hochflüssigen Zustand erlangt. Hierdurch wird das Entweichen von Gasen aus dem aufsteigenden Glas erleichtert.

Das hochflüssige Glas geht durch das Sieb 15°, welches aber die Gasblasen· nicht Ho durchtreten läßt. Infolge der Oberflächen- ■ spannung behalten die Gaslblasen Kugelform, so daß sie sich nicht längen und infolgedessen nicht durch die öffnungen des Siebes treten können. ■

Das Glas, welches'"durch das Sieb hindurchgeht, fließt auf den Innenwänden des Läuterelementes 15 ki Form einer dünnen Schicht oder Lage 40 nach unten und sam- ■ melt sich in dem Raum 19. In diesem entsteht ein Vorrat 41 geläuterten Glases, welches durch die'Öffnungen 20 ausfließt.

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Das Gas, welches die kleinen Blasen bildet, steht unter beträchtlichem Druck. Dieser Druck hat das. Bestreben, das Gas zu zwingen, mit dem Glas in Lösung zu gehen. Da das Glas "in einer dünnen Schicht^ fließt, hat das Gas, welches an der Oberfläche der Blasen sich im Glas löst, nur einen sehr geringen Weg zurückzulegen, um· an die Oberfläche dieser Glasschicht zu gelangen, wo es ίο verdampft. Auf diese Weise werden die kleinen Gasblasen sehr schnell durch den einfachen Vorgang zum Verschwinden gebracht, daß sie im Glas in Lösung gehen und dann an der Oberfläche der dünnen Glasschicht verdampfen.

Zudem findet diese Verdampfung in einer sehr hocherhizten Kammer bzw. in einem - hocherhitzten Mittel statt, welches die Bildung "einer Haut auf der Oberfläche des Glases durch Abkühlung, die eine rasche Ver-■ dampfung behindern würde, verhütet. Die Temperatur der Luft oder des Gases innerhalb des Raumes zwischen den Heiz- und Läuterelementen· ist. etwa gleich derjenigen des Glases, welches über die Innenwände des Läuterelementes 15 nach unten fließt.

Ein weiterer Umstand, welcher die schnelle Läuterung oder Entfernung der Gase aus dem Glas erleichtert, ist die Verhütung oder Beseitigung von Wegführungsströmen. Derartige Ströme werden praktisch dadurch verhütet, daß die feststehende Fläche, über welche das flüssige Glas sich bewegt, so nahe an allen Teilen des Glases selbst liegt, daß sich der Bewegung von etwa sich bildenden Wegführungsströmen erhebliche Reibung entgegensetzt, im Gegensatz zu den üblichen Läutervorgängen< in Glasschmelzöfen, bei welchen das geschmolzene Glas eine verhältnismäßig große Tiefe hat, so daß sich Wegführungsströme bilden können. Diese Ströme haben das Bestreben, das gasgeladene Glas in Tief en. zu führen, in welchen der hydrostatische Druck sich derart auswirkt, daß der Gasinhalt der Blasen entweder gezwungen wird, in Lösung mit dem Glas zu gehen, oder aber daß ein freies Entweichen der Gasblasen aus der geschmolzenen Masse verhindert wird.

Wie sich aus den Zeichnungen ersehen läßt, bewegt sich das Glas während des Schmelz- und Läutervorganges auf einem Zickzäckweg. Das Schmelzgut geht zunächst längs der Außenwände- des Schmelzelementes 14 abwärts-, dann zwischen den Wänden des Schmelzelementes 14 und des Läuterelementes . 15 nach oben und -hierauf innerhalb des Läuterelementes 15 wieder nach unten. Wahrend dieser Bewegung wird, das Schmelzgut abgestuften Temperaturzonen ausgesetzt, und zwar herrscht die niedrigste Temperatur außerhalb des äußeren Heizelementes 14 und die höchste Temperatur auf den Innenwänden des Läuterelementes 15. Während die Glasschicht 40 über die Innenseiten des Läuterelementes abwärts fließt, kommt es auf eine höhere Temperatur, als im Sammelraum 41 erforderlich ist. Dieser Überschuß an Hitze wird nach außen durch die Wände 15 auf das Glas übertragen und steigert dadurch die Temperatur des letzteren, und zwar insbesondere desjenigen Teiles, der sich zwischen den Wänden der beiden Heizelemente aufwärts bewegt.

Bei der Ausführung nach Abb. 3 ist im oberen Teil des Läuterelementes 15 kein Sieb gebildet. Das Glas steigt deshalb bis zur oberen Kante 15* des Elementes 15 und tritt dort in Form einer dünnen Schicht in das letzere über. Gasblasen, wenn nicht außergewöhnlich klein, werden beim Hinübergehen über die Kante 15* derart gestreckt, daß sie platzen und damit" verschwinden. Ganz feine Gasblasen oder im Glas in Lösung befindliche Gase werden beim Fließen der Glasschicht über die Innenfläche des Läuterelementes 15 in der beschriebenen Weise verdampft bzw. ausgelöst.

Bei der Ausführung gemäß Abb. 4 erstreckt sich das Läutereiement·* 5 durch den Boden 12 des Ofens nach unten hinaus, während das obere Ende des Elementes sich in einer gewissen Höhe über dem Ofenboden befindet. Das geschmolzene Glas sammelt sich und bildet einen Vorrat 50. Aus diesem kann es fortlaufend über die obere Kante 15¹¹ und in Form einer Schicht 40 über die Innenwände des Heizelementes nach unten fließen. Letzteres dient in der angegebenen Weise zur Läuterung des Glases.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 5 befindet sich ein Glasvorrat 51 über einem Zwischenboden "52, der einen gewissen Abstand von dem eigentlichen Ofenboden hat. Durch schräge Wandteile 53 bildet der Zwischenboden einen engen Auslaßschlitz 54. Durch den Schlitz 54 ist, nach unten hängend, etwa in Form einer Platte, ein elektrischer Widerstand 55 aus Platin-Rhodium o. dgl. vorgesehen. Dieser Widerstand 55 wird elekirisch beheizt und auf einer hohen Temperatur gehalten. Das Glas fließt durch den Schlitz 54 in Schichtform über die entgegengesetzten Seiten des Widerstandes und wird dabei in der vorbeschriebenen -Weise geläutert. Das geläuterte Glas sammelt sich in einem Raum 56, aus dem es durch, einen geeigneten Auslaß ausfließen oder abgezogen werden kann. Der Zwischenboden kann, falls gewünscht, ebenfalls elektrisch geheizt werden, um den Schmelz- und Läutervorgang zu unterstützen.

Claims (1)

1. Patentansprüche-: _s

   ι. Ofen zum Schmelzen von Glas und anderen schwer schmelzenden Stoffen,' insbesondere für die Verarbeitung auf Glasfasern oder -fäden, bei dem das geschmolzene Gut in dünner Schicht über eine beheizte Läuterfläche fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuterfläche von den Innenwänden einer, innerhalb einer Beschickung des zu. schmelzenden Gutes angeordneten s gasgefüllten Kammer (15, iS^ft) gebildet ist.

   2. Ofen nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuterkammer innerhalb des Einsatzraumes mit Abstand von den Ofenwänden in Form eines stehenden, oben offenen Gehäuses (15, IS⁶) mit heizbaren Wänden derart angeordnet ist, daß das in dem die Kammer umgebenden Raum geschmolzene Gut in dünner Schicht oben in die,Kammer über- und an deren Innenwänden herabfließt.

   3. Ofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Läuterfläche bildende Gehäuse (15) als, elektrischer Heizwiderstand ausgebildet' ist.

   4. Ofen nach Anspruch r bis 3, dadurch

   gekennzeichnet, daß zum Schmelzen des die Läuterkammer'umgebenden Schmelz-' gutes ebenfalls ein in diesem angeordneter elektrischer Heizwiderstand (14) dieötl·

   * j. Ofen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand für das Schmelzen des Rohmaterials aus einer das die Läuterkammer bildende Gehäuse (15) umgebenden Haube (14) gesteht.

   6. Ofen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (14) in einer" gewissen Entfernung vom Ofenboden endigt und zwischen sich und der

   ' Läuterkammer (15) einen engen Raum bildet, so daß das geschmolzene Gut auf einem Zickzackweg vom Schmelzraum zur Läuterkammer wandert, wobei es in dem engen Raum (zwischen 14 und 15)

   ' "hochsteigt und allmählich auf die für die Läuterung notwendige Temperatur ge-' bracht wird. . - * . '

   7. Schmelzofen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am. oberen Ende der Haube (14) ein Abzugrohr (17) für aus dem geschmolzenen Gut· entweichende Gase vorgesehen ist.

   • -Hierzu 1 Blatt Zeichnungen