Vorrichtung und Verfahren zur parallelen Verarbeitung von geschmolzenem Glas und Glasfritten in der Glaswolleproduktion. Device and method for parallel processing of molten glass and glass frits in glass wool production.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum induktiven Schmelzen von Glasfritten sowie ein Verfahren zur Glasherstellung.The invention relates to a device and a method for inductive melting of glass frits and a method for glass production.
In technischen Großanlagen zur Herstellung von Glaswolle werden die Einsatzstoffe in einer Schmelzwanne eines Glasschmelzofens zu einer homogenen Glasmenge geschmolzen und anschließend in einer Zerfaserungsvorrichtung zerfasert und weiterverarbeitet. Die Glaswolleproduktion ist ein kontinuierlicher Prozeß, der mit der Zugabe der Rohmaterialien in den Glasschmelzofen beginnt und mit einem Endprodukt, das bereits verpackt und beschriftet sein kann, endet. Dem Schmelzofen vorgeschaltet befindet sich eine Vermischungsvorrichtung, in der Rohmaterialien für die Glasschmelze (Sand, Borax, Soda etc.) entweder automatisch mit Hilfe von Waagen und Dosierventilen oder von Hand in speziellen Behältern in vorgeschriebenen Mengen miteinander vermischt werden. Das vorgemischte Rohmaterial wird dann automatisch oder von Hand in den Glasschmelzofen gefördert. Bei Temperaturen um 1300° bis 1450° C, die durch das Verbrennen von Schweröl oder Gas oder durch eine elektrische Heizeinrichtung erzeugt werden, werden die verschiedenen Stoffe in eine Glasschmelze verwandelt.In large-scale technical plants for the production of glass wool, the feedstocks are melted in a melting furnace of a glass melting furnace to a homogeneous amount of glass and then fiberized and processed in a fiberizing device. Glass wool production is a continuous process that begins with the addition of raw materials to the glass melting furnace and ends with an end product that can already be packaged and labeled. There is a mixing device upstream of the melting furnace, in which raw materials for the glass melt (sand, borax, soda, etc.) are either mixed with one another automatically using scales and metering valves or by hand in special containers in prescribed quantities. The premixed raw material is then automatically or manually fed into the glass melting furnace. At temperatures around 1300 ° to 1450 ° C, which are generated by burning heavy oil or gas or by an electric heating device, the various substances are transformed into a glass melt.
Die Glasschmelzöfen sind aus speziellen hochtemperaturbeständigen Materialien aufgebaut, die sehr langsam auf die Arbeitstemperatur erhitzt werden müssen, damit diese keine Risse oder andere Beschädigungen erhalten. Dieselben Vorsichtsmaßnahmen müssen auch bei dem Abkühlenlassen der hochtemperaturfesten Materialien getroffen werden. Aus diesem Grund müssen Glasschmelzöfen in einer kontinuierlichenThe glass melting furnaces are made of special high-temperature resistant materials that have to be heated up very slowly to the working temperature so that they do not get any cracks or other damage. The same precautions must be taken when the high temperature resistant materials are allowed to cool. For this reason, glass melting furnaces must be in a continuous
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Arbeitsweise betrieben werden, wobei ihre gesamte Lebensdauer normalerweise im Bereich von etwa drei bis vier Jahren liegt und durch die Lebensdauer des hochtemperaturbeständigen Materials begrenzt ist. Auch die Qualität des hergestellten Glases wie auch die Lebensdauer des Ofens hängen stark von einer kontinuierlichen Beschickung des Glasschmelzofens ab.ERSÄΓZBLÄΓT (RULE 26) Operating mode, their total life is usually in the range of about three to four years and is limited by the life of the high temperature resistant material. The quality of the glass produced and the lifespan of the furnace also depend heavily on the continuous charging of the glass melting furnace.
Das flüssige Glas, das den Glasschmelzofen verläßt, wird über einen Kanal aus Feuerfestmaterial, Feeder genannt, geführt, so daß es in einer kontrollierten Weise auf die Temperatur abgekühlt wird, die für den Zerfaserungsprozeß benötigt wird. Diese Temperatur liegt bei etwa 1000° C. Nach dem Zerfasern der Glasschmelze, bei dem Glasvlies oder Glaswolle entsteht, wird das gewonnene Produkt in einem Trockner bei Temperaturen um 200 bis 300° C weiter verarbeitet, um eine ausreichende mechanische Stabilität zu gewinnen, randbesäumt und möglicherweise auch in Platten vorgegebener Länge unterteilt und fertig verpackt.The liquid glass leaving the glass melting furnace is passed through a duct made of refractory material, called feeder, so that it is cooled in a controlled manner to the temperature required for the defibration process. This temperature is around 1000 ° C. After the fiberglass is defibrated, which creates glass fleece or glass wool, the product obtained is processed in a dryer at temperatures around 200 to 300 ° C in order to gain sufficient mechanical stability, edge trimmed and possibly also divided into plates of a given length and packed.
Im Falle eines Produktionsausfalles wird das Glas, das aus einer Zufuhrleitung in Richtung der Zerfaserungsvorrichtung strömt, nicht in die Zerfaserungsmaschine geleitet, sondern abgekühlt und gesammelt, um in vorgegebenen Mengenanteilen den Rohmaterialien bei der Beschickung des Glasschmelzofens beigemengt zu werden. In gleicher Weise kann Recyclingglas oder fehlerhaftes Glas für andere Anwendungen den Rohmaterialien zugefügt werden. Das im Falle eines Produktionsausfalles aus der Zufuhrleitung zur Zerfaserungsvorrichtung entnommene Glas zerbricht durch das Erkalten in einzelne Glasstücke, die üblicherweise als Glasfritten bezeichnet werden.In the event of a production failure, the glass that flows from a supply line in the direction of the fiberizing device is not fed into the fiberizing machine, but cooled and collected in order to be added to the raw materials in the glass melting furnace in a predetermined proportion. In the same way, recycled glass or defective glass for other applications can be added to the raw materials. The glass removed from the supply line to the defibration device in the event of a production failure breaks down into individual pieces of glass, which are usually referred to as glass frits, by cooling.
Indem die Glasfritten wieder in den Glasschmelzofen zurückgeführt werden, verringert sich trotz des kontinuierlichen Betriebs des Glasschmelzofens die davon gelieferte nutzbare Glasmenge, wobei in der Industrie typische Werte für den sogenannten Zeitwirkungsgrad eines Glaswollewerks zwischen 85 und 99 % liegen. Der Zeitwirkungsgrad gibt dabei an, welchen Anteil an der Gesamtzeit des Glasschmelzofenbetriebs das vom Glasschmelzofen gelieferte Glas für die Produktion vonBy returning the glass frits back to the glass melting furnace, the amount of usable glass delivered is reduced despite the continuous operation of the glass melting furnace, with typical values in industry for the so-called time efficiency of a glass wool plant being between 85 and 99%. The time efficiency indicates what proportion of the total time of the glass melting furnace operation the glass delivered by the glass melting furnace for the production of
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Endprodukt genutzt wird, und nicht in Glasfritten transformiert wird. Der Gesamtwirkungsgrad eines Glaswollewerkes wird als Produkt des Zeitwirkungsgrades (tatsächliche Produktionszeit im Verhältnis zur theoretisch möglichen Produktionszeit) und des Mengenwirkungsgrades (tatsächlich produzierte Menge im Verhältnis zur theoretisch in der tatsächlichen Produktionszeit möglichen Produktionsmenge) definiert.SPARE BLADE (RULE 26) End product is used, and is not transformed into glass frits. The overall efficiency of a glass wool factory is defined as the product of the time efficiency (actual production time in relation to the theoretically possible production time) and the quantity efficiency (quantity actually produced in relation to the production quantity theoretically possible in the actual production time).
Es ist das der Erfindung zugrundeliegende Problem (Aufgabe) , ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, die bei gleicher Wannenkapazität und unter Einsatz einer in etwa gleich hohen oder geringeren Schmelzenergie eine größere Menge an Mineralwolle, wie Glasvlies, Glaswolle oder Steinwolle zu produzieren erlaubt.It is the problem (object) of the invention to provide a method and an apparatus which, with the same trough capacity and using an approximately equal or lower melting energy, allow a larger amount of mineral wool, such as glass fleece, glass wool or rock wool, to be produced.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Glasherstellung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum induktiven Schmelzen von Glasfritten mit den Merkmalen des Anspruches 3 gelöst. Die Vorrichtung zum induktiven Schmelzen von Glasfritten ist durch die Merkmale des Anspruchs 8 gekennzeichnet.This object is achieved by a method for glass production with the features of claim 1 and a method for inductive melting of glass frits with the features of claim 3. The device for inductive melting of glass frits is characterized by the features of claim 8.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee liegt darin, ein Verfahren zur Glasherstellung sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum induktiven Schmelzen von Glasfritten bereitzustellen, die ein diskontinuierliches Entnehmen von Glasfritten aus dem Auslaß des Feeders, der Schmelzwanne und ein induktives Schmelzen dieser Glasfritten in einer gesonderten SchmelzVorrichtung erlauben.The idea on which the invention is based is to provide a method for glass production and a method and a device for inductive melting of glass frits, which allow a discontinuous removal of glass frits from the outlet of the feeder, the melting trough and an inductive melting of these glass frits in a separate melting device .
Das Entnehmen von Glasfritten aus dem Auslaß der Schmelzwanne stellt eine übliche Maßnahme in der Technik dar; indem diese Glasfritten im Stand der Technik jedoch nach einer eventuellen Zwischenlagerung wieder in die Schmelzwanne zurückgeführt werden, sinkt der vorstehend definierte Zeitwirkungsgrad des Glasschmelzofens und dadurch auch der Gesamtwirkungsgrad der Produktion, so daß man den Glasschmelzofen größer dimensionieren müßte, um dieselbe Gesamtproduktionsmenge zu erhalten. Zudem istThe removal of glass frits from the outlet of the melting tank is a common measure in the art; however, since these glass frits in the prior art are returned to the melting tank after a possible intermediate storage, the above-defined time efficiency of the glass melting furnace and thereby also the overall efficiency of the production decrease, so that the glass melting furnace would have to be larger in order to obtain the same total production quantity. In addition is
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das mehrmalige Schmelzen der Glasfritten in dem Glasschmelzofen energetisch ungünstig und soll daher vermieden werden. Eine Weiterverarbeitung der Glasfritten durch Wiedereinschmelzen und eine anschließende Zerfaserung kann jedoch nicht in einem herkömmlichen Glasschmelzofen durchgeführt werden, weil dieser, wie oben beschrieben wurde, kontinuierlich betrieben werden muß.ERSÄΓZBLÄTT (REGEL26) the repeated melting of the glass frits in the glass melting furnace is energetically unfavorable and should therefore be avoided. However, further processing of the glass frits by remelting and subsequent defibering cannot be carried out in a conventional glass melting furnace because, as described above, this has to be operated continuously.
Aus diesem Grund wurde eine Vorrichtung zum induktiven Schmelzen von Glasfritten entwickelt, die auf eine energetisch sehr günstige Weise die direkte Weiterverarbeitung der anfallenden Glasfritten gestattet, ohne daß der erhöhte GesamtWirkungsgrad durch einen überproportional erhöhten Energieaufwand erkauft werden muß.For this reason, a device for inductive melting of glass frits has been developed, which allows direct processing of the resulting glass frits in an energetically very favorable manner, without the increased overall efficiency having to be bought through a disproportionately increased energy expenditure.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.Preferred embodiments of the invention are characterized by the remaining claims.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Glasfritten vor dem Einführen in die SchmelzVorrichtung zum induktiven Schmelzen der Glasfritten erwärmt und/oder getrocknet. Das Erwärmen und/oder Trocknen der Glasfritten vor dem Einführen in den induktiven Schmelzbehälter geschieht durch inneren Wärmeaustausch innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum induktiven Schmelzen von Glasfritten. Die Induktionsspule wird vorzugsweise flussigkeitsgekuhlt, wobei die abgeführte Wärme für das Vorerwärmen und/oder Trocknen der Glasfritten verwendet werden kann.According to a preferred embodiment, the glass frits are heated and / or dried before being introduced into the melting device for inductive melting of the glass frits. The glass frits are heated and / or dried before being introduced into the inductive melting tank by means of internal heat exchange within the device for inductive melting of glass frits according to the invention. The induction coil is preferably liquid-cooled, the heat removed being able to be used for preheating and / or drying the glass frits.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird im induktiv erwärmbaren Schmelzbehälter aus Graphit eine im wesentlichen Sauerstofffreie Atmosphäre erzeugt und aufrechterhalten. Dies besitzt den Vorteil, daß die Lebensdauer des induktiv erwärmbaren Schmelzbehälters aus hochtemperaturfestem, gut leitendem, nichtmetallischem Material, wie z.B. Graphit erhöht wird, weil es zu keinem Abbrand des Graphits kommen kann.According to a preferred embodiment, an essentially oxygen-free atmosphere is generated and maintained in the inductively heatable graphite melting container. This has the advantage that the service life of the inductively heatable melting container made of high-temperature resistant, highly conductive, non-metallic material, such as e.g. Graphite is increased because the graphite cannot burn off.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der induktiv erwärmbare Schmelzbehälter, z.B. aus Graphit, im Inneren mitAccording to an advantageous embodiment, the inductively heatable melting container, e.g. made of graphite, inside with
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Platin beschichtet sein. Hierdurch werden dieERSAΓZBLÄΓT (RULE 26) Platinum coated. This will make the
Reibungswiderstände zwischen dem Glas und dem Graphit verringert und des weiteren die Graphitoberfläche zusätzlich geschützt.Frictional resistance between the glass and the graphite is reduced and the graphite surface is additionally protected.
Vorzugsweise strömt das geschmolzene Glas gezielt aus dem zweiten Schmelzbehälter aus. Dies gestattet die direkte Anbindung des zweiten Schmelzbehälters an eine nachgeschaltete Zerfaserungsvorrichtung.The molten glass preferably flows out of the second melting container in a targeted manner. This allows the second melting tank to be connected directly to a downstream fiberizing device.
Das zweistufige Verfahren zum induktiven Schmelzen von Glasfritten mit einem induktiv erwärmbaren Schmelzbehälter aus hochtemperaturfestem, gut leitendem, nichtmetallischem Material, wie Graphit, sowie einem zweiten Schmelzbehälter aus nichtleitendem, hochtemperaturfesten Material erlaubt das Schmelzen von Glas mit einem sehr geringen Energieeintrag. Der wesentliche physikalische Effekt, der hierbei gezielt ausgenutzt wird, liegt darin, daß das Glas je nach Zusammensetzung bei einer gewissen Temperatur elektrisch leitend wird. Hierdurch kann das Glas in einem zweiten Schmelzbehälter aus nichtleitendem Material induktiv auf die gewünschte Schmelztemperatur gebracht werden. Der erste induktiv erwärmbare Schmelzbehälter wird vorzugsweise aus Graphit gefertigt, weil es sich hierbei um ein im Vergleich zu dem im Stand der Technik verwendeten Edelmetallen oder hochtemperaturbeständigen Metallegierungen um ein sehr billiges Material handelt, das leicht zu verarbeiten ist und zudem ein sehr guter elektrischer Leiter ist. Deswegen können hohe Temperaturen durch die induktive Erwärmung im Graphit sehr schnell erreicht werden. Zudem besitzt Graphit eine hohe Wärmekapazität und hohe Temperaturleitfähigkeit, wodurch eine schnelle Abgabe der Wärme an das Glas möglich ist. Schließlich kann ein Behälter aus Graphit zum Schmelzen hochkorrosiver Glaszusammensetzungen verwendet werden, weil der Graphitbehälter aufgrund der geringen Kosten entsprechend der erhöhten Abnutzung häufiger ersetzt werden kann.The two-stage process for inductive melting of glass frits with an inductively heatable melting container made of high-temperature-resistant, highly conductive, non-metallic material, such as graphite, and a second melting container made of non-conductive, high-temperature-resistant material allows the melting of glass with a very low energy input. The main physical effect, which is specifically used here, is that the glass becomes electrically conductive at a certain temperature depending on the composition. As a result, the glass can be brought inductively to the desired melting temperature in a second melting container made of non-conductive material. The first inductively heatable melting tank is preferably made of graphite because this is a very cheap material compared to the noble metals or high-temperature-resistant metal alloys used in the prior art, which is easy to process and is also a very good electrical conductor . This is why high temperatures can be reached very quickly through inductive heating in graphite. In addition, graphite has a high heat capacity and high thermal conductivity, which enables the heat to be released quickly to the glass. Finally, a graphite container can be used to melt highly corrosive glass compositions because the graphite container can be replaced more often due to the low cost and increased wear.
Vorzugsweise wird der Schmelzbehälter rotationssymetrisch ausgebildet. Dies besitzt den Vorteil, daß der SchmelzbehälterThe melting container is preferably designed to be rotationally symmetrical. This has the advantage that the melting tank
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zum einen kostengünstig zu fertigen ist und zum anderen das Anordnen einer Induktionsspule um den Schmelzbehälter einfach erzielt werden kann, wobei sich bei Verwendung einer ringförmigen Induktionsspule jeweils ein gleicher Abstand zwischen Induktionsspule und Schmelzbehälter erzielen läßt.SPARE BLADE (RULE 26) on the one hand is inexpensive to manufacture and on the other hand the arrangement of an induction coil around the melting tank can be easily achieved, with the use of a ring-shaped induction coil the same distance between the induction coil and the melting tank can be achieved.
Da die Energieübertragung von der Spule auf den Schmelzbehälter nicht durch Konvektion oder Strahlung stattfindet, kann zwischen Spule und Schmelzbehälter eine geeignete temperaturisolierende Schicht angebracht werden, so daß ein möglichst geringer Anteil der Energie des Schmelzbehälters nach außen hin entweichen kann.Since the energy transfer from the coil to the melting tank does not take place by convection or radiation, a suitable temperature-insulating layer can be applied between the coil and the melting tank, so that the smallest possible proportion of the energy of the melting tank can escape to the outside.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Induktionsspule flussigkeitsgekuhlt. Der Vorteil einer flüssigkeitsgekühlten Induktionsspule liegt darin, daß die Erwärmung des Schmelzbehälters aus Graphit lediglich durch die Induktionswirkung, nicht aber durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung zwischen der erhitzten, stromdurchflossenen Induktionsspule und dem Mantel des Graphitbehälters erreicht wird. Des weiteren läßt sich, wie oben bereits erläutert wurde, die von der Induktionsspule erzeugte Wärme für das Vorerwärmen und/oder Trocknen der Glasfritten vor dem Einführen in den induktiv erwärmbaren Schmelzbehälter sinnvoll einsetzen.According to a preferred embodiment, the induction coil is liquid-cooled. The advantage of a liquid-cooled induction coil is that the heating of the melting container made of graphite is achieved only by the induction effect, but not by heat conduction or heat radiation between the heated, current-carrying induction coil and the jacket of the graphite container. Furthermore, as has already been explained above, the heat generated by the induction coil can be used sensibly for preheating and / or drying the glass frits before introduction into the inductively heatable melting container.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:The invention is described below purely by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs zur Glasherstellung;Figure 1 is a schematic representation of the process flow for glass production.
Fig. 2 den schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum induktiven Schmelzen von Glasfritten darstellt; und2 shows the schematic structure of a preferred embodiment of the device according to the invention for inductive melting of glass frits; and
Fig. 3 den Schmelzbehälter eingehender darstellt.Fig. 3 illustrates the melting tank in more detail.
Fig. 1 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Glasherstellung, wie sie insbesondere zur Herstellung von Glaswolle geeignet ist.
Die gesamte Vorrichtung besteht aus einem Glasschmelzofen 10, der kontinuierlich betrieben wird. Wie bereits oben beschrieben wurde, besteht der Glasschmelzofen aus einem feuerfesten Material wie beispielsweise Schamottsteine. Bei der Herstellung von Glaswolle ist im Vergleich zur Herstellung von Glasvlies die Produktion nur in viel größeren Anlagen wirtschaftlich. Daher handelt es sich bei der Herstellung von Glaswolle in der Regel um sehr große Glasschmelzöfen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wie auch das Verfahren lassen sich jedoch sowohl für die Glaswolleproduktion, die Glasvliesproduktion, aber auch die Steinwolleproduktion einsetzen.1 shows the sequence of the method for glass production according to the invention, as is particularly suitable for the production of glass wool. The entire device consists of a glass melting furnace 10, which is operated continuously. As already described above, the glass melting furnace is made of a refractory material such as firebrick. Compared to the production of glass fleece, the production of glass wool is only economical in much larger plants. Therefore, the production of glass wool is usually very large glass melting furnaces. However, the device according to the invention and the method can be used both for glass wool production, glass fleece production and also rock wool production.
Wie oben bereits beschrieben wurde, handelt es sich bei dem Erhitzen und Abkühlen des Glasschmelzofens um einen sehr langwierigen Prozeß, so daß im Falle eines Produktionsausfalles einer nachgeschalteten Verarbeitungsstufe der Glasschmelzofen weiter kontinuierlich betrieben werden muß. Während des ordnungsgemäßen Betriebs des Glasschmelzofens wird die erzeugte Menge an Flüssigglas einer Zerfaserungseinrichtung 12 zugeführt, die nach einem der bekannten Verfahren arbeitet und ein Vlies erzeugt, das in einer nachgeschalteten Endverarbeitungsstufe bis zur Verpackung und Etikettierung hin weiterverarbeitet werden kann.As has already been described above, the heating and cooling of the glass melting furnace is a very lengthy process, so that in the event of a production failure of a downstream processing stage, the glass melting furnace must continue to be operated continuously. During the correct operation of the glass melting furnace, the amount of liquid glass produced is fed to a defibration device 12, which works according to one of the known methods and produces a nonwoven which can be further processed in a downstream finishing stage up to packaging and labeling.
Tritt eine Produktionsstörung in der Zerfaserungsvorrichtung oder einer der nachfolgenden Anlagen auf, oder muß eine dieser Anlagen für Wartungszwecke kurzzeitig außer Betrieb genommen werden, so tritt dennoch kontinuierlich flüssiges Glas aus dem Glasschmelzofen aus und wird vor dem Eintritt in die Zerfaserungsvorrichtung 12 entnommen, wobei die Glasschmelze wieder erstarrt. Die hierbei entstehenden Glasstücke werden als Fritten bezeichnet und in einer geeigneten Weise in einer Frittenablage 14 zwischengelagert.If a production malfunction occurs in the defibering device or one of the subsequent systems, or if one of these systems has to be taken out of operation for a short time for maintenance purposes, liquid glass still emerges continuously from the glass melting furnace and is removed before entering the defibering device 12, the glass melt froze again. The resulting pieces of glass are referred to as frits and are stored in a suitable manner in a frit rack 14.
Bei den Vorrichtungen im Stand der Technik werden die Fritten aus der Frittenablage 14 gemeinsam mit den eingesetzten Mineralien wieder dosiert in den Glasschmelzofen 10 zurückgeführt. Hierdurch wird der Anteil an Fritten, der beiIn the devices in the prior art, the frits from the frit tray 14 together with the minerals used are metered back into the glass melting furnace 10. As a result, the proportion of fries that
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Großanlagen im Stand der Technik bis zu 15 % der Glasausflußmenge aus dem Glasschmelzofen betragen kann, zweifach beziehungsweise bei einem mehrmaligen Zurückführen der Fritten auch mehrfach im Glasschmelzofen geschmolzen. Dies führt dazu, daß zwar die aus dem Glasschmelzofen austretende Menge an flüssigem Glas konstant gehalten wird, die Menge an verarbeiteten Mineralien jedoch nicht dem optimalen Durchsatz des Glasschmelzofens entspricht.SPARE BLADE (RULE 26) Large systems in the prior art can amount to up to 15% of the glass outflow from the glass melting furnace, melted twice or, if the frits are returned several times, also melted several times in the glass melting furnace. This means that although the amount of liquid glass emerging from the glass melting furnace is kept constant, the amount of minerals processed does not correspond to the optimum throughput of the glass melting furnace.
Aus diesem Grund werden nach der vorliegenden Erfindung die Fritten in der Frittenablage 14 einer diskontinuierlich betriebenen Batch-Schmelzeinrichtung 16 zugeführt, in der die Fritten wieder zu flüssigem Glas geschmolzen werden. Während ein Glasschmelzofen eine ausreichende Größe besitzen muß, damit zeitliche Fluktuationen in der Dosiermenge der eingesetzten Mineralien aufgrund des großen Volumens des Glasschmelzofens ausgeglichen werden, sind die Fritten bereits in sich homogen und die batch-Schmelzeinrichtung 16 kann daher deutlich kleiner als der Glasschmelzofen ausgeführt werden. Das geschmolzene Glas, das aus der Batch-Schmelzeinrichtung 16 austritt, gelangt in eine zweite Zerfaserungsvorrichtung 18, die parallel zur Zerfaserungsvorrichtung 12 das Glaswollevlies erzeugt. Alternativ dazu ist es auch möglich, die geschmolzene Glasmenge von der Batch-Schmelzeinrichtung 16 der Zerfaserungsvorrichtung 12 zusätzlich zu der von der Wanne kommenden geschmolzenen Glasmenge zuzuführen. Diese zusätzliche, von der Zerfaserungsvorrichtung 18 oder 12 erzeugte Menge an Glaswollevlies ist für den Gesamtprozeß unkritisch, weil die in der Frittenablage 14 gesammelte Glasmenge nur nach und nach und über einen längeren Zeitraum dem Herstellungsprozeß wieder zugeführt werden kann.For this reason, according to the present invention, the frits in the frit rack 14 are fed to a batch melting device 16, in which the frits are melted again to liquid glass. While a glass melting furnace must be of sufficient size to compensate for fluctuations in the amount of minerals used due to the large volume of the glass melting furnace, the frits are inherently homogeneous and the batch melting device 16 can therefore be made significantly smaller than the glass melting furnace. The molten glass that emerges from the batch melting device 16 arrives in a second fiberizing device 18, which produces the glass wool fleece parallel to the fiberizing device 12. Alternatively, it is also possible to supply the molten glass quantity from the batch melting device 16 to the defibration device 12 in addition to the molten glass quantity coming from the trough. This additional amount of glass wool fleece produced by the defibration device 18 or 12 is not critical for the overall process, because the amount of glass collected in the frit tray 14 can only be returned to the manufacturing process gradually and over a longer period of time.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum induktiven Schmelzen von Glasfritten. Die Schmelzeinrichtung 16 läßt sich in vier unterschiedliche Zonen einteilen, die in der schematischen Darstellung in Fig. 2 mit den Ziffern I. bis IV. bezeichnet sind.Fig. 2 shows schematically the structure of the device according to the invention for inductive melting of glass frits. The melting device 16 can be divided into four different zones, which are designated in the schematic representation in FIG. 2 with the numbers I. to IV.
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Die Zone I bezeichnet den Zuführungsbereich von Fritten zu den Schmelzbehältern und dient im wesentlichen der Dosierung des Zustromes von Fritten.SPARE BLADE (RULE 26) Zone I denotes the area in which frits are fed to the melting tanks and essentially serves to meter the inflow of frits.
Die Zone II bezeichnet die induktive Wärmeerzeugung im Schmelzbehälter aus Graphit. Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, besteht diese zweite Zone aus einem Graphitring 20, der von einer Induktionsspule 22 umgeben ist. Die stromdurchflossene Induktionsspule 22 erzeugt im Graphitmantel des Schmelzbehälters 20 einen Induktionsstrom, der zu einer Erwärmung des Graphitmantels führt. Aufgrund der hohen Wärmekapazität von Graphit, die vergleichbar der Wärmekapazität von Glas ist und gleichzeitig der hohen Temperaturleitfähigkeit von Graphit kann die Wärme im Graphitring durch Wärmeleitung an die zu schmelzenden Glasfritten abgegeben werden. Zusätzlich findet auch ein Wärmetransport durch Wärmestrahlung statt. Aufgrund der Tatsache, daß Glas je nach Zusammensetzung im Temperaturbereich unterhalb von ca. 900° C nur geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt, lassen sich die Glasfritten nicht direkt induktiv erwärmen, sondern nur unter Verwendung bzw. Zwischenschalten eines geeigneten erwärmbaren Behälters.Zone II denotes inductive heat generation in the graphite melting tank. As shown schematically in FIG. 2, this second zone consists of a graphite ring 20 which is surrounded by an induction coil 22. The current-carrying induction coil 22 generates an induction current in the graphite jacket of the melting tank 20, which leads to a heating of the graphite jacket. Due to the high heat capacity of graphite, which is comparable to the heat capacity of glass and at the same time the high thermal conductivity of graphite, the heat in the graphite ring can be given off by heat conduction to the glass frits to be melted. In addition, heat is also transported through heat radiation. Due to the fact that glass, depending on its composition, has only a low electrical conductivity in the temperature range below approx. 900 ° C, the glass frits cannot be heated directly by induction, but only by using or interposing a suitable heatable container.
Im Stand der Technik verwendete Materialien für die Herstellung von induktiven Schmelzeinrichtungen sind neben Platin nichtrostende Stähle, wie Legierungen von Eisen und Kohlenstoff, Nickel und/oder Chrom, Molybdän oder Palladium. Während Palladium-Rhodium Legierungen einen höheren elektrischen Leitwiderstand als Graphit besitzen und die meisten Edelstahle bei Temperaturen über 1200° C eine deutliche Verschlechterung ihrer mechanischen Eigenschaften erleiden, besitzt Graphit den Vorteil, daß es einerseits sehr viel billiger als hochtemperaturbeständige Metallegierungen ist, wodurch das Verhältnis zwischen Berührungsfläche des Behälters zu Glasmasse ohne hohe Kosten erhöht werden kann und andererseits Graphit ein sehr guter elektrischer Leiter ist. Hierdurch können durch induktive Erwärmung im Graphit sehr schnell hohe Temperaturen erreicht werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil von Graphit liegt darin, daß dieses Material auch zum Schmelzen korrosiverMaterials used in the prior art for the production of inductive melting devices are, in addition to platinum, stainless steels, such as alloys of iron and carbon, nickel and / or chromium, molybdenum or palladium. While palladium-rhodium alloys have a higher electrical conductivity than graphite and most stainless steels suffer a significant deterioration in their mechanical properties at temperatures above 1200 ° C, graphite has the advantage that it is much cheaper than high-temperature resistant metal alloys, which means that the ratio between Contact area of the container to glass mass can be increased without high costs and on the other hand graphite is a very good electrical conductor. As a result, high temperatures can be reached very quickly by inductive heating in the graphite. Another major advantage of graphite is that this material is also more corrosive for melting
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Glaszusammensetzungen geeignet sowie leicht zu verarbeiten ist. Ein weiterer Vorteil von Graphit liegt darin, daß wegen seiner geringen Kosten auch korrosive Glaszusammensetzungen geschmolzen werden können, bei entsprechend häufigerem Ersatz des GraphitbehältersREPLACEMENT SHEET (RULE 26) Glass compositions are suitable and easy to work with. Another advantage of graphite is that because of its low cost, corrosive glass compositions can also be melted, with a correspondingly more frequent replacement of the graphite container
Der Nachteil des Werkstoffes Graphit für die Verwendung als Schmelzbehälter liegt darin, daß dieser einer Abnutzung durch "Abbrennen" unterworfen sein kann. Aus diesem Grund wird um die Schmelze herum, d.h. um den Schmelzbehälter 20 herum, eine Stickstoffatmosphäre oder aber eine Atmosphäre eines anderen, Sauerstofffreien Gases erzeugt, damit keine- Oxydationsvorgänge an der Graphitoberfläche stattfinden können. Das Innere des Schmelzbehälters 20 kann eine dünne Platinbeschichtung besitzen. Diese Platinschicht minimiert die Reibwiderstände zwischen Glasmasse und GraphitoberflächeThe disadvantage of the graphite material for use as a melting container is that it can be subject to wear by "burning off". For this reason, around the melt, i.e. around the melting tank 20, a nitrogen atmosphere or an atmosphere of another, oxygen-free gas is generated so that no oxidation processes can take place on the graphite surface. The interior of the melting tank 20 may have a thin platinum coating. This platinum layer minimizes the frictional resistance between the glass mass and the graphite surface
Der Schmelzbehälter 20 besitzt eine relativ große Berührfläche im Verhältnis zu der darin zu erhitzenden Glasmasse und wird vorzugsweise zylinderförmig mit einem Verhältnis zwischen Zylinderhöhe und Zylinderdurchmesser von ca. 8 bis 10 gefertigt.The melting container 20 has a relatively large contact area in relation to the glass mass to be heated therein and is preferably manufactured in a cylindrical shape with a ratio between the cylinder height and the cylinder diameter of approximately 8 to 10.
In dem Schmelzbehälter 20 werden die Glasfritten soweit erwärmt, bis sie sich oberhalb der Erweichungstemperatur jedoch noch unterhalb derjenigen Temperatur von ca. 900° C bis 1200° C befinden, im Bereich derer das Glas leitend wird.In the melting container 20, the glass frits are heated until they are above the softening temperature but still below the temperature of approximately 900 ° C. to 1200 ° C. in the area in which the glass becomes conductive.
Die Induktionsspule 22 wird vorzugsweise in einem Wasserbad oder mit Hilfe von geeigneten Kühlelementen, wie Kühlschläuchen, gekühlt und das erhitzte Wasser durch einen geeigneten Wärmeaustausch zum Trocknen und/oder Vorerwärmen der Glasfritten vor dem Einführen in die Schmelzeinrichtung verwendet. Nach dem Durchlaufen der Zone II d.h. des Schmelzbehälters aus Graphit, wird das je nach Schmelztemperatur der Glaszusammensetzung bereits flüssiges oder aber noch festes Glas in die Zone III gefördert, in der zum einen eine Glasberuhigung, zum anderen eine induktive Wärmeerzeugung im Glas stattfindet.The induction coil 22 is preferably cooled in a water bath or with the aid of suitable cooling elements, such as cooling hoses, and the heated water is used, by suitable heat exchange, to dry and / or preheat the glass frits before they are introduced into the melting device. After crossing Zone II i.e. of the melting vessel made of graphite, depending on the melting temperature of the glass composition, the glass, which is already liquid or is still solid, is conveyed into zone III, in which, on the one hand, glass calms down and, on the other hand, inductive heat generation takes place in the glass.
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Wie oben beschrieben wurde, wird das Glas je nach chemischer Zusammensetzung im Bereich von ca. 900° C elektrisch leitend. Dies bedeutet, daß das Glas oberhalb dieser Temperatur direkt induktiv und/oder dieleketrisch erhitzt werden kann. Der Vorteil einer direkten induktiven Erwärmung des Glases liegt darin, daß zum einen kein oder nur ein sehr geringes Temperaturgefälle innerhalb des Behälters auftritt und zum anderen die Temperaturregelung der Schmelztemperatur des Glases auf eine sehr direkte und damit einfache Weise erfolgen kann, weil die lange Zeitspanne zwischen einer Änderung des Induktionsstromes durch die Induktionsspule, einer sich daran anschließenden Erwärmung des induktiv und/oder dielektrisch erwärmten Behälters und der sich daran anschließenden Wärmeleitung im Glas durch die direkte Induktiverwärmung des Glases deutlich verkürzen läßt.REPLACEMENT SHEET (RULE 26) As described above, depending on the chemical composition, the glass becomes electrically conductive in the range of approx. 900 ° C. This means that the glass can be heated inductively and / or dielectrically above this temperature. The advantage of direct inductive heating of the glass is that, on the one hand, there is no or only a very slight temperature gradient within the container and, on the other hand, the temperature control of the melting temperature of the glass can be carried out in a very direct and therefore simple manner, because the long period between a change in the induction current through the induction coil, a subsequent heating of the inductively and / or dielectrically heated container and the subsequent heat conduction in the glass can be significantly reduced by the direct induction heating of the glass.
Durch die direkte Energieübertragung in das Glas kann eine viel gleichmäßigere Verteilung dieser Energie im Glas erreicht werden, wodurch in relativ kurzer Zeit sich das Glas beruhigen kann, so daß es dann direkt zerfasert werden kann.Through the direct energy transfer into the glass, a much more uniform distribution of this energy in the glass can be achieved, whereby the glass can calm down in a relatively short time, so that it can then be directly defibrated.
Der zweite Schmelzbehälter 24 besteht aus einem nichtleitenden, hochtemperaturfesten Material und ist ebenfalls von einer Induktionsspule 26 umgeben, die getrennt von der Induktionsspule 22 regelbar ist. Der zweite Schmelzbehälter 24 ist vorzugsweise aus einem nichtleitenden keramischen Werkstoff gefertigt, so daß der durch die Induktionsspule 26 induzierte Strom ausschließlich oder fast ausschließlich in der Glasschmelze fließt.The second melting tank 24 consists of a non-conductive, high temperature-resistant material and is also surrounded by an induction coil 26, which can be regulated separately from the induction coil 22. The second melting tank 24 is preferably made of a non-conductive ceramic material, so that the current induced by the induction coil 26 flows exclusively or almost exclusively in the glass melt.
Abschließend wird die Glasschmelze in der Zone IV aus dem Induktivschmelzer 16 und von dort zu der in Fig. 1 schematisch angedeuteten Zerfaserungsvorrichtung 18 geleitet. Eine Düse 26 wird hierbei vorzugsweise verwendet, um den Auslauf des geschmolzenen Glases zu regeln.Finally, the glass melt in zone IV is conducted out of the inductive melter 16 and from there to the fiberizing device 18, which is indicated schematically in FIG. 1. A nozzle 26 is preferably used here to regulate the outlet of the molten glass.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht des Schmelzbehälters sowie des Zuführungsbereichs von Fritten in den ersten Schmelzbehälter 20 aus Graphit. Die Glasfritten werden in Pfeilrichtung A in eine Zufuhrschütte 30 gefördert, an deren Ausgang eine geeigneteFIG. 3 shows a view of the melting container and the feed area of frits into the first melting container 20 made of graphite. The glass frits are conveyed in the direction of arrow A into a feed chute 30, at the exit of which a suitable one
ERSÄΓZBLÄ!T(REGEL26)
Fördereinrichtung 32, im vorliegenden Beispiel eine Schneckenfördereinrichtung angeordnet ist. Die Welle der Schneckenfördereinrichtung 34 ist über eine drehstarr mit dieser verbundenen Riemenscheibe 36 und einem Riemen 38 mit der Riemenscheibe eines geeigneten Antriebselements 40, z.B. eines Elektromotors verbunden. Indem der Elektromotor 40 betrieben wird, werden die in Pfeilrichtung A der Dosiereinrichtung zugegebenen Glasfritten durch die Schneckenfördereinrichtung transportiert und gelangen in den Schmelzbehälter 20 aus Graphit.ERSÄΓZBLÄ! T (RULE 26) Conveyor 32, in the present example, a screw conveyor is arranged. The shaft of the screw conveyor 34 is connected to the belt pulley of a suitable drive element 40, for example an electric motor, via a pulley 36 connected in a rotationally rigid manner thereto and a belt 38. By operating the electric motor 40, the glass frits added to the metering device in the direction of arrow A are transported by the screw conveyor device and reach the graphite melting tank 20.
Zusätzlich kann die Zufuhrschütte 30 unter Nutzung der bei der Kühlung der Induktionsspule 22 anfallenden Wärme vorerhitzt werden. Dies ist in Fig. 3 schematisch mit der Rohrschlange 42 um die Zufuhrschütte 30 angedeutet.In addition, the feed chute 30 can be preheated using the heat generated during the cooling of the induction coil 22. This is indicated schematically in FIG. 3 with the pipe coil 42 around the feed chute 30.
Der Schmelzbehälter 20 besteht aus Graphit und wird einstückig aus diesem Material hergestellt. Dabei bildet das Graphitmaterial auch bereits einen konisch zulaufenden Bereich, der sich in Richtung des Auslasses 44 des Schmelzbehälters 20 verjüngt. Der Schmelzbehälter 20 ist, wie oben beschrieben wurde, von einer Induktionsspule 22 umgeben, die, nicht in Fig. 3 dargestellt, vorzugsweise flussigkeitsgekuhlt ist. Ebenso sind in Fig. 3 die angeschlossenen Versorgungs- und Regeleinrichtungen, die auch geeignete Temperaturfühler im Inneren des Schmelzbehälters beinhalten können, nicht dargestellt.The melting tank 20 consists of graphite and is produced in one piece from this material. In this case, the graphite material also already forms a conically tapering region which tapers in the direction of the outlet 44 of the melting container 20. As described above, the melting container 20 is surrounded by an induction coil 22, which, not shown in FIG. 3, is preferably liquid-cooled. Likewise, the connected supply and control devices, which can also contain suitable temperature sensors inside the melting tank, are not shown in FIG. 3.
Der Schmelzbehälter 20 besitzt sowohl am Glaseinlauf wie auch am Glasauslauf jeweils Ringe 46 und 48 aus einem feuerfesten Material. Den Gasauslauf 44 bildet eine Auslaufdüse, deren Regelung der Durchflußmenge die Verweilzeit des Glas in dem Schmelzbehälter 22 regelt. Anschließend wird das aus der Auslaufdüse am Auslaß 44 austretende Glas in den sich anschließenden Schmelzbehälter aus hochtemperaturfesten Material eingeleitet, wobei dieser sich anschließende Schmelzbehälter ebenfalls von einer Induktionsspule umgeben ist.The melting container 20 has rings 46 and 48 made of a refractory material both at the glass inlet and at the glass outlet. The gas outlet 44 forms an outlet nozzle, the regulation of the flow rate regulating the residence time of the glass in the melting tank 22. The glass emerging from the outlet nozzle at outlet 44 is then introduced into the subsequent melting container made of high-temperature-resistant material, this subsequent melting container also being surrounded by an induction coil.
ERSATZBLÄTT(REGEL26)
SPARE BLADE (RULE 26)