DE720950C

DE720950C - Verfahren und Ofen zum Schmelzen und Laeutern von Glas und anderen schwerschmelzenden Stoffen mittels elektrischen Stromes

Info

Publication number: DE720950C
Application number: DEA89541D
Authority: DE
Inventors: Flavius W Atkinson; Dale Kleist; George M Lannan; Games Slayter; John H Thomas
Original assignee: ALGEMEENE KUNSTVEZEL MIJ NV
Current assignee: ALGEMEENE KUNSTVEZEL MIJ NV
Priority date: 1936-11-30
Filing date: 1939-05-16
Publication date: 1942-05-20
Also published as: FR859656A; CH222650A; US2159361A

Description

Verfahren und Ofen zum Schmelzen und Läutern von Glas und anderen schwerschmelzenden Stoffen mittels elektrischen Stromes Zum Schmelzen und Läutern von Glas und anderen schwerschmelzenden Stoffen ist es bekannt, die Rohmaterialcharge zunächst durch mit ihr in Berührung stehende Heizwiderstände bis zur elektrischen Leitfähigkeit zu erhitzen und dann die weitere Beheizung durch Stromzuführung mittels Elektroden, zwischen denen das Schmelzgut als Widerstand liegt, zu bewirken.
Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß dadurch vervollkommnet und verbessert, daß das Anheizen mittels der elektrischen Heizwiderstände innerhalb einer inneren Zone der Rohmaterialcharge erfolgt, aus der das geschmolzene und geläuterte Gut vorzugsweise fortlaufend abgezogen wird, während ihr entsprechende Mengen neuen Gutes von außen, oben und seitlich, zugeführt werden, welche dabei durch die Hitze der inneren Zone auf die das Gut elektrisch leitend machende Temperatur gebracht «-erden, worauf mittels der an den Außenschichten der Charge vorgesehenen Elektroden der Strom zum weiteren oder zusätzlichen Erhitzen durch das Gut hindurchgeleitet wird.
Es ist bereits bei Ofen, die zum Erschmelzen von Glas zur Verarbeitung auf Glasgespinst dienen, vorgeschlagen worden, elektrische Heizwiderstände in einer inneren Zone der Rohmaterialcharge, aus welcher das Glas zur Verarbeitung abgezogen wird, anzubringen und gleichzeitig aufeinander gegenüberliegenden Wandflächen des Ofens Elektroden zum Hindurchleiten des Stromes durch das Gut vorzusehen. Bei diesem Vorschlag erfolgt aber das Anheizen der Rohcharge durch außenliegende Heizmittel, wie Gasbrenner o. dgl., durch die aber bekanntlich die Elektroden, die in der Regel aus Platin oder Platinlegierungen oder aus sonstigen Edelmetallen oder Edelmetallegierungen bestehen, schädlich angegriffen und brüchig werden. Diese bekannten Ofen arbeiten also nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei letzterem kann eine Beeinträchtigung des Elektrodenmaterials nicht eintreten. Beim Anheizen der Charge vom Innern derselben heraus wird die gesamte von dem Heizwiderstand entwickelte Wärme auf die zwischen ihm und den Ofenwänden liegende Charge übertragen, so daß keinerlei Wärmeverluste durch Strahlung oder sonstwie eintreten. Die restlose Ausnutzung der aufgewandten elektrischen Energie bringt das Glas o. dgl. rasch auf eine genügend hohe Temperatur, um die Ionisierung herbeizuführen und das Glas elektrisch leitend zu machen, so daß dann die weitere Beheizung bis zum Schmelzflüssigwerden durch den mittels der Elektroden durch das Glas geleiteten Strom, der ebenfalls ohne Verlust zur Wirkung kommt, durchgeführt werden kann. Dabei hat man es in der Hand, auch noch nach dem Anheizen die im Innern der Charge liegenden Heizwiderstände in Tätigkeit zu lassen, so daß die aufgewandte elektrische Energie als Wärme nicht nur an einer Fläche des Glases, sondern überall in demselben wirksam wird, wodurch sich eine erhöhte Ausnutzung der Energie ergibt.
Neben dem angegebenen Verfahren betrifft die Erfindung auch einen Schmelzofen, der besonders dazu geeignet ist, in der Weise betrieben zu werden, daß das Schmelzgut zunächst mittels elektrischer Heizwiderstände bis zur elektrischen Leitfähigkeit erhitzt und dann zur weiteren Beheizung Strom mittels Elektroden durch das als Widerstand zwischen letzteren liegende Gut hindurchgeführt wird. Bei diesem Ofen sind an den Innenflächen des Einsatzraumes für die Charge Platten o. dgl., beispielsweise aus hochwertigen Metallen oder Metallegierungen mit einem über den im Ofen vorkommenden Temperaturen liegenden Schmelzpunkt, vorgesehen, die durch eine Schaltung mit einer oder mehreren Stromquellen derart verbunden sind, daß sie je nach der Einstellung der Schaltung als stromdurchflossene Heizwiderstände oder als stromgespeiste, den Strom durch das Schmelzgut hindurchschickende Elektroden wirken.
Es ist zwar schon ein Glasschmelzofen bekannt, bei dem ein Bad aus leichtschmelzendem :Metall, über «-elchen sich die Glasschmelze befindet, wechselweise als elektrischer Heizwiderstand dienen oder die Elektroden bilden soll. Dieses Metallbad muß, je nachdem es die eine oder die andere Funktion ausüben soll, durch Ableiten oder Zuleiten von flüssigem Metall in dem Schmelzöfen zum Sinken oder zum Steigen gebracht w@:den. Abgesehen davon, daß die Benutzung eines solchen Metallbades an sich schon teuer und kompliziert ist, ist auch das Schalten durch Sinken- oder Steigenlassen des Bades sehr umständlich und bedingt eine teure Ofenkonstruktion. Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Anordnung unter Verwendung von Platten aus einem Metall, welches bei den vorkommenden Ofentemperaturen nicht schmelzen kann, und die einfache Schaltverbindung dieser Platten mit einer oder mehreren Stromquellen derart, daß man sie von ihrer Funktion als Heizwiderstände durch einen Griff auf die Funktionen als Elektroden umstellen kann, ganz bedeutend einfacher. Außerdem ist auch der erfindungsgemäße Ofen sowohl in der Herstellung wie im Betrieb wesentlich billiger und einfacher als der mit einem flüssigen Metallbad arbeitende bekannte Ofen.
In der Zeichnung zeigt Abb. i einen waagerechten Querschnitt durch eine beispielsweise Ausführungsforen eines erfindungsgemäßen Ofens mit an den Innenflächen des Einsatzraumes angebrachten Platten, die als Heizwiderstände wie auch als Elektroden arbeiten können, Abb.2 einen senkrechten Schnitt nach Linie 2-2 der Abb. i, Abb.3 einen waagerechten Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines solchen Ofens mit den elektrischen Verbindungen, Abb. 4. einen senkrechten Längsschnitt durch den letzeren Ofen, Abb. 5 einen Querschnitt nach Linie 5-5 der Abb. 4., Abb. 6 einen senkrechten OOuerschnitt durch eine Ausführungsform eines Ofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Anheizen durch Heizwiderstände in einer inneren Zone der Charge und Abb. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 der Abb. 6.
Die dargestellten Schmelzöfen sind besonders für die Verarbeitung des geschmolzenen Glases auf Glasgespinst eingerichtet.
Der Ofen 1o aus feuerfestem Material gemäß Abb. i und 2 ist oben zur Zuführung der Charge offen und besitzt im Boden i i einen Auslaß 12, an dem ein Metallmund-3tück 13 bekannter Art mit einer Anzahl von :l#,usflußdüsen vorgesehen ist, durch welche dünne, in Fasern oder Fäden umzuwandelnde Ströme ausfließen können. Auf gegenüberliegenden Wänden des Ofens 1o sind in einem geeigneten Abstand vom oberen Rand und vom Boden aus Metallplatten bestehende Elektroden 15 und 16 angebracht. Jede der Elektroden erstreckt sich zweckmäßig über die ganze Länge der Seitenwände. Die Elektrode 15 besitzt an ihren Enden elektrische Anschlüsse 17 und 18 und die Elektrode 16 entsprechende Anschlüsse r9 und 2o. Jeder der Anschlüsse ist zweckmäßig mit einer Wasserkühlung 22 versehen.
Die Elektroden 15 und 16 sind mit einer regelbaren Stromquelle, beispielsweise mit einem Regulierwiderstand 26 aufweisenden Transformator 25 verbunden. In der elektrischen Verbindung ist ein Doppelschalter27 vorgesehen, durch welchen die Elektroden 15 und 16 nach Belieben so angeschlossen werden können, daß sie entweder als Elektroden oder als elektrische Widerstände wirken. Befindet sich der Schalter 27 in der Stellung A, so befinden sich die Elektroden in Hintereinanderschaltung mit der zwischen ihnen liegenden Glascharge, wobei sie den Strom direkt durch das Glas leiten. Diese Schaltung kommt erst zur Anwendung, nachdem das Glas auf Ionisationstemperatur gebracht worden ist. Bis zur Erreichung dieser Temperatur, bei welcher das Glas stromleitend wird, hält man den Schalter 27 in der punktierten S'rellung B. In dieser Stellung durchfließt der elektrische Strom jede der Metallplatten 15 und 16 der Länge nach, wobei diese als Heizwiderstände wirken. Die in den Platten 15 und 16 erzeugte Hitze leitet das Schmelzen der Rohcharge oder Scherben ein und bereitet das Glas so für die weitere Erhitzung mittels durch sie durchgeführten elektrischen Stromes vor.
Die Spannungen für die verschiedenen Schaltungen können sehr unterschiedlich sein. Beim Ingangsetzen des Ofens unter Verwendung der Platten 15 und 16 als Heizwiderstände genügt eine verhältnismäßig niedrige Spannung von etwa 2 oder 3 Volt vollständig, um die Platten auf die Schmelztemperatur des Glases zu bringen. Die genaue Spannung richtet sich natürlich nach der besonderen Größe und der jeweiligen Temperatur der Elektroden. Die Stromstärke kann dagegen sehr hoch sein und beispielsweise mehrere Hunderte Ampere betragen. Nachdem das Glas auf Ionisationstemperatur und der Schalter 27 in die Stellung A gebracht worden ist, kann eine bedeutend höhere Spannung zur Anwendung gelangen. So können Spannungen von 5o bis zoo oder mehr Volt benutzt werden, um die Ströme durch das Glas zu leiten. Diese Spannungen sind natürlich von der Menge und Temperatur der Charge und von der Schmelzgeschwindigkeit abhängig. Auch kann die Spannung während des Schmelzvorganges etwas geändert werden. Bei Beginn des Schmelzens mittels Stromdurchleitung, bei welchem das Glas im allgemeinen noch eine verhältnismäßig niedrige Temperatur besitzt und gerade stromleitend wird, ist eine entsprechend höhere Spannung erforderlich. Befindet sich das Glas jedoch schon auf einer höheren Temperatur und in mehr oder weniger vollständiger Ionisation, so kann die Spannung entsprechend verringert werden. Der Ofen liefert ein gleichmäßig klares Glas, welches frei von Streifen oder sonstigen Fehlern ist.
Die Ausführung gemäß Abb. 3 bis 5 zeigt einen liegenden länglichen Ofen 30 mit einem Vorherd 31 an einem oder beiden Enden. Zwischen der eigentlichen Schmelzkammer und den Vorherden befinden sich Wehre 32 zur Zurückhaltung von Schaum u. dgl. Die Vorherde 3 z sind mit Auslaßmundstücken 33 irgendeiner gewünschten Ausführung versehen. Auf den Seitenwänden 35 des Ofens 30 sind Metallplatten 36 bzw. 37 vorgesehen, die in entsprechender Weise wie die Platten 15 und 16 der vorher beschriebenen Ausführung wahlweise als elektrische Heizwiderstände oder als Elektroden benutzt werden können. Sie sind an ihren Enden mit den elektrischen Anschlüssen 4o und 41 bzw. 43 und 44 und Wasserkühlungen 45 für die Anschlüsse versehen.
Die elektrische Schaltung für die Metallplatten 36 und 37 kann ähnlich wie in Abb. z sein. Es kann aber auch die in Abb. 3 gezeigte Schaltung benutzt werden. Diese enthält zwei Transformatoren 50 und 51, von denen der erstere mit einer verhältnismäßig hohen Spannung, beispielsweise von 3o bis Zoo Volt, und der letztere mit einer niedrigen Spannung, beispielsweise von 2 oder 3 Volt, arbeiten kann. Der Transformator 5o kann mit den Platten 36 und 37 und .der dazwischenliegende Glascharge in Reihe geschaltet werden, so daß die Platten als Elektroden wirken und der Strom zwischen ihnen direkt durch das Glas hindurchgeht. Dagegen wird der Transformator 51 so geschaltet, daß der Ström nur durch die Platten 36 und 37 fließt und diese als Heizwiderstände arbeiten. Durch Schalter 52 und 53 können die Transformatoren 5o und 51 an- und abgeschaltet werden. In dem Stromkreis des Transformators 5o befinden sich noch zusätzliche Schalter 54, 55 und 56, die beim Ein- und Ausschalten des Transformators ebenfalls benutzt werden. Wenn der Transformator 50 in Tätigkeit ist, sind die Schalter 54, 55 und 56 geschlossen. Dabei bleiben in dem Stromkreis des Transformators 51 vorgesehene Schalter 57 und 58 offen. Wird dagegen der Transformator 51 benutzt, so befinden sich die genannten Schalter in der entgegengesetzten Stellung, d. h. die Schalter 57 und 58 sind geschlossen und die Schalter 5.I, 55 und 56 sind offen. Hierbei wirken die Platten 36 und 37 als Heizwiderstände.
Ein besonderer Vorteil des Ofens nach _11.3 bis 5 besteht in dem geringen A1) -stand, in welchem die Metallplatten bzw. Elektroden 36 und 37 voneinander angeordnet werden können. Bei einem solchen geringen Abstand ergibt sich eine sehr gleichmäßige Verteilung des Stromes und damit der entwickelten Hitze auf der ganzen Länge des Ofens, wodurch die Bildung von heißen Streifen verringert oder vollständig vermieden wird.
Der aus den feuerfesten `Fänden 6o, 61, 6 2 und einem Metallrahmen 63 bestehende Ofen gemäß A11. 6 und 7 ist im wesentlichen von an sich bekannter Ausführung. Im Innern des Einsatzraumes befindet sich ein elektrischer Widerstand 64, der gleichzeitig als Leitkörper und als Heizelement zum Schmelzen und Läutern der Charge 66 aus Rohmaterial und/oder Scherben dient. Innerhalb des Widerstandes 64 ist ein Leitkörper 65 vorgesehen, der sich von dem Boden 62 des Ofens nach oben erstreckt und sich in Übereinstimmung mit einem Auslaß 67 befindet, durch welchen das Glas in ein Düsenmundstück 68 gelangt. Durch das Düsenmundstück können in der gezeigten Ausführung eine Mehrzahl dünner Ströme do geschmolzenen Glases ausfließen, die zu Fasern oder Fäden ausgezogen werden können. Gegebenenfalls kann jedoch auch ein anderes Mundstück zur Anwendung gelangen.
Der elektrische Heizwiderstand 64 in Form einer unten offenen Haube ist am oberen Ende mit einem Abzugsrohr 70 versehen, durch welches die Gase, welche innerhalb der Haube aus dem in ihr geschmolzenen und geläuterten Glas austreten. entweichen können. Zwischen der Haube 64. und dein Leitkörper 6,3 besteht ein enger Zwischenraum. Am unteren Ende besitzt der Leitkörper 65 einen Flansch 71, niit welchem er auf dem Boden des Ofens aufruht. An seinem olleren Ende bildet der Leitkörper 65 durch kleine bffnungen 72 ein Sieb, welches geschmolzenes Glas durchtreten läßt, dagegen Gasblasen oder sonstige L-nreinigkeiten ausscheidet. Über dem Auslaß 67 kann noch ein weiteres Sieb 73 vorgesehen sein. Der Widerstand 6.. wird durch Wechselstrom elektrisch geheizt. Der Strom wird durch Anschlußstücke So, die zweckmäßig aus einem Stück mit der Haube 64 bestehen, zugeleitet.
Auf den Seitenwänden 61 des Ofens sind aneinander gegenüberliegenden Stellen und zweckmäßig etwas unterhalb des normalen Spiegels des Glasbades Elektroden 9i und 92 vorgesehen. Die unteren Enden der Elektroden besitzen durch die Seitenwände nach außen gellende elektrische Anschlüsse 93 und zur Zuführung elektrischen Stromes gewünschter Spannung.
Alle in dem Ofen liegenden Metallteile. nämlich 9i, 92, 6.4. 65 und 73 sind zweckinä ßig aus hochhitzebeständigem Metall, beispielsweise aus Platin oder einer Platinlegierung, Hergestellt.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem in Abb. 6 und 7 gezeigten Ofen gestaltet sich wie folgt. Die aus Rohmaterial bestehende Charge wird durch das obere offene Ende in den Ofen eingeführt und sinkt während des Schmelzvorganges allmählich nach unten. Das Anheizen erfolgt mittels des aus der Haube 6.I bestehenden elektrischen Heizwiderstandes. Zii Beginn der Aibeit wird die Haube 64. mittels des elektrischen Stromes auf genügend hoher Temperatur gehalten, um das --Material, «-elches sich an ihr oder in ihrer Nähe vorbei bewegt, zu schmelzen. Alle von der Haulee 64 ausgestrahlte Hitze wird von der zwischen ihr und den Ofenwänden liegenden Charge absorbiert. Das geschmolzene Glas geht von unten in die Haube 64. hinein und bewegt sich innerhalb derselben zwischen ihr und dein Leitkörper aufwärts. Zufolge der Enge dieses Durchgangs bewegt sich das Glas nur in einer dünneren Schicht aufwärts und wird dadurch auf eine hohe Temperatur und in einen hochflüssigen Zustand gebracht. Bei dieser hohen Temperatur können die Gase oder Gasblasen aus dem geschmolzenen Glas leicht austreten und durch den Abzug 70 entweichen. Am oberen Ende des Leitkörpers 65 tritt das geschniolzene hochflüssige Glas durch das Sieb 72, fließt auf den Innenflächen des Leitkörpers 65 in einer dünnen Lage abwärts und sammelt sich in dein Auslaß 68.
Wenn das zwischen den Elektroden 9i und 92 liegende Glas durch den Heizwiderstand Ci.t auf eine genügend hohe Temperatur gebracht worden ist, um die Ionisierung herbeizuführen und das Glas elektrisch leitend zu machen, wird mittels der Elektroden 9i und 92 elektrischer Strom direkt durch das Glas geschickt. Dieser Strom bringt das ionisierte Glas in sehr kurzer Zeit in den schmelzflüssigen Zustand, so dali sich eine hohe Leistung des Ofens bei kleinen Abinessungen ergibt. Dabei wird die aus der Mitte im Gegenstrom zur Bewegung der zugeführten Charge wirkende Strahlungswärme zur Erhitzung der Charge selbst vollständig ausgenutzt. Die frisch zugeführte Charge nimmt also einen großen Teil der Strahlungswärme auf, die sonst verlorengehen wurde. Beim Arbeiten der Elektroden 9i und 92. welchen Ströme hoher Spannungen von 30 bis 150 Volt zugeführt werden können, kann die Stromzuführung zu dem Widerstand 6,4, die meistens durch schwere Stromleiter mit nicht unerheblichen Verlusten erfolgen muß, völlig abgeschaltet oder auch verringert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zum Schmelzen und Läutern von Glas und anderen schwerschmelzenden Stoffen, bei dem die Rohmaterialcharge zunächst durch mit ihr in Berührung stehende Heizwiderstände bis zur elektrischen Leitfähigkeit erhitzt wird und dann die weitere Beheizung durch Stromzuführung mittels Elektroden erfolgt, zwischen denen das Schmelzgut als Widerstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Anheizen mittels der elektrischen Heizwiderstände innerhalb einer inneren Zone der Rohmaterialcharge erfolgt, aus der das geschmolzene und geläuterte Gut vorzugsweise fortlaufend abgezogen wird, während ihr entsprechende Mengen neuen Gutes von außen, oben und seitlich, zugeführt werden, welche dabei durch die Hitze der inneren Zone auf die das Gut elektrisch leitend machende Temperatur gebracht werden, worauf mittels der an den Außenschichten der Charge vorgesehenen Elektroden der Strom zum weiteren oder zusätzlichen Erhitzen durch das Gut hindurchgeleitet wird. z. Schmelzofen für Glas und andere schwerschmelzende Stoffe, bei dem die Rohmaterialcharge zunächst mittels elektrischer Heizwiderstände bis zur elektrischen Leitfähigkeit erhitzt und darauf unter Verwendung der Heizwiderstände als Elektroden . Strom durch das als Widerstand zwischen ihnen liegende Schmelzgut hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an den Innenflächen des Einsatzraumes für die Charge Platten o. dgl. (r5, r6, 36, 3i), beispielsweise aus hochwertigen Metallen oder Metallegierungen mit einem über den im Ofen vorkommenden Temperaturen liegenden Schmelzpunkt, vorgesehen sind, die durch eine Schaltung mit einer oder mehreren Stromquellen (a5, 5o, 51) derart verbunden sind, daß sie je nach der Einstellung der Schaltung als stromdurchflossene Heizwiderstände oder als stromgespeiste, den Strom durch das Schmelzgut hindurchschickendeElektroden wirken.