WO2009077402A1 - Vorrichtung für die formgebung von schmelzen aus anorganischen oxiden oder mineralien mit verbesserter beheizungseinrichtung - Google Patents

Vorrichtung für die formgebung von schmelzen aus anorganischen oxiden oder mineralien mit verbesserter beheizungseinrichtung Download PDF

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WO2009077402A1
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tubes
container
melt
heating
nozzle plate
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PCT/EP2008/067198
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Michael Oechsle
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Umicore Ag & Co. Kg
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/08—Bushings, e.g. construction, bushing reinforcement means; Spinnerettes; Nozzles; Nozzle plates
    • C03B37/09—Bushings, e.g. construction, bushing reinforcement means; Spinnerettes; Nozzles; Nozzle plates electrically heated
    • C03B37/091—Indirect-resistance heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/08—Bushings, e.g. construction, bushing reinforcement means; Spinnerettes; Nozzles; Nozzle plates
    • C03B37/095—Use of materials therefor
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/08—Logistics, e.g. warehousing, loading or distribution; Inventory or stock management
    • G06Q10/083—Shipping
    • G06Q10/0833—Tracking

Definitions

  • the invention relates to a device for the shaping of melts of inorganic oxides or minerals, in particular for the production of glass and basalt fibers.
  • the apparatus includes a melt container with a container casing and a arranged in the bottom of the melt container individual nozzle or nozzle plate.
  • Fibers, tubes, rods, strips or profiles of refractory inorganic oxides or minerals are produced in large quantities. Fibers of these materials are used, for example, in the reinforcement of plastics, ceramics and metals.
  • the cylindrical heating chamber for the glass is made of a chamotte or a refractory metal alloy and has one or more spinnerets along one side, through which glass is withdrawn from the heating chamber.
  • the heating chamber are parallel to the cylinder axis several heating elements.
  • Each of the heating elements consists of a tube made of porcelain or a heat-resistant metal alloy, on the inside of an electrical resistance is applied.
  • This device is not suitable because of the preferred use of chamotte and porcelain for today's quality requirements and the desired diversity of raw materials for the fibers. If, on the other hand, the device is made of refractory metals, the entire device is flowed through by the applied electric current, since the heating element, electrical resistance and heating chamber form a unit.
  • the currently preferred devices used for the production of fibers made of glass or minerals are mainly made of alloys of platinum group metals and are flowed through to heat the melt directly from electricity.
  • These devices contain a melt container with arranged in the bottom of the melt container individual nozzle or nozzle plate.
  • the melt container can be a trough, a trough, a cone, a cylinder or the like.
  • the melt in the melt container must have as homogeneous a temperature distribution as possible above the individual nozzle or nozzle plate so that products of the same cross-section and without process disturbance can be withdrawn from all shaping nozzles.
  • a nozzle plate may be equipped with several hundred individual nozzles for shaping fibers.
  • Devices with a nozzle plate are shown in the publications DE 196 38 056 A1, US 2003/0145631 A1 and US 2003/0041627 A1; a device with a single nozzle is described in DE 101 08 831 Cl.
  • the inorganic oxides or minerals are melted by known methods in an oven and introduced into the apparatus.
  • the device is connected directly to the furnace in Remelt processes, in direct-melt processes, the device is firmly connected to a distribution channel.
  • materials for the device and for nozzle plate and nozzles are usually metals, in particular platinum and platinum alloys are used. Because of the high thermal conductivity of the metals, the device is isolated from heat loss to ensure a constant viscosity of the melt and the most homogeneous temperature distribution above the individual nozzle or nozzle plate.
  • the individual nozzle or the nozzle plate in the bottom of the melt container however, can not be thermally insulated so that it comes to heat transfer and heat radiation to the colder environment.
  • the heat loss is usually compensated by a higher working temperature of the melt and by a direct electrical heating of the device and thus leads to a high energy consumption.
  • a temperature gradient in the melt and, associated therewith, a viscosity gradient is usually compensated by a higher working temperature of the melt and by a direct electrical heating of the device and thus leads to a high energy consumption.
  • the object of the present invention is to provide a device for the shaping of melts of inorganic oxides or minerals, which has a more homogeneous temperature distribution in the melt and a significantly reduced energy consumption than conventional devices of this type.
  • a device (1) for the shaping of melts of inorganic oxides or minerals which comprises a melt container (2) with a container casing (3, 4) and a in the bottom (6) of the melt container
  • the tubes have at least one connection through the container shell to the outside.
  • electrical heating elements (10) are introduced.
  • the melt container (2), the individual nozzle or nozzle plate (7) and the tubes (9) are made of platinum, palladium or alloys of these platinum metals with one or more of the metals rhodium, iridium and gold.
  • heating elements or heating cartridges commercially available heating elements can be used, which are available, for example, from the company Kanthai with working temperatures up to 1850 0 C. Essential to the invention is that these heating elements are electrically insulated from the tubes into which they are inserted, so that, in contrast to GB 361,220, no heating of the device can be achieved by direct current flow through the container jacket.
  • the temperature of the melt is maintained at a working temperature by means of the heating elements introduced into the tubes.
  • the heat source for the heating of the melt is thus introduced directly into the melt.
  • the heat is dissipated by heat conduction and heat radiation to the melt.
  • the heat losses to the surroundings are reduced by more than 50% compared to the direct heating of the device. There are no longer needed any contacts for the current input into the device, so that precious metal can be saved.
  • the device according to the invention enables the temperature of the melt to be well controlled.
  • the device is suitable both for a nozzle plate with several hundred nozzles as well as for individual nozzles.
  • the melt container has a rectangular bottom surface and is bounded by four side surfaces.
  • the tubes with the heating elements are guided between two mutually opposite container walls and a plurality of such tubes are arranged parallel to one another.
  • Such a device is suitable for the mass production of technical fibers of glass or minerals. If, on the other hand, container glasses and high-quality technical glasses are to be formed, then it is expedient to use a device with only a few nozzles or only a single nozzle.
  • the melt container then has the shape of a pot, cone or cylinder.
  • the tube for heating the melt can be designed as a closed circular tube. The heating tube is thus to the Adjusted internal geometry of the melt container.
  • a supply pipe leads from the outside through the shell of the melt container and is connected to the circular tube. About the supply pipe, the heating element is inserted into the circular tube and supplied with electrical energy.
  • the container shell of the device, the single nozzle or the nozzle plate and the tubes are made of platinum, palladium or alloys of these platinum metals with one or more of the metals rhodium, iridium and gold.
  • the platinum or platinum alloy may be stabilized by oxidic material finely divided in the metal. Particularly suitable for stabilization are zirconium oxide and yttrium oxide.
  • the pipes for heating are welded to seal against melt outlet with the container shell.
  • FIG. 1 Cross section through a device according to the invention with a nozzle plate and several hundred nozzles.
  • FIG. 2 top view of the device of FIG. 1
  • FIG. 3 Device as in FIG. 1 with ceramic adapter brick to the distributor trough and ceramic insulating compound
  • FIG. 4 device with individual nozzle
  • Figure 5 Perspective view of a device with nozzle plate and several hundred nozzles without Abdecksieb
  • Figure 6 Perspective view of the device of Figure 5 with Abdecksieb
  • Figure 1 shows a cross section through a particular embodiment of the device (1) according to the invention. It consists of the melt container (2) with a container casing (3, 4) and a peripheral flange (5) for fastening the melt container to a distributor trough.
  • a nozzle plate (7) with the nozzle openings (8) is embedded in the bottom (6) of the melt container.
  • nozzle openings can be simple through-holes or deep-drawn nozzles as well as separately manufactured nozzles. In operation, the entire interior of the melt container is filled with the melt.
  • through-tubes (9) are arranged between two opposite sections of the container jacket (3, 4) and passed through the container jacket.
  • FIG. 1 shows a view of the device of Figure 1 from above.
  • Like reference numerals designate the same elements as in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a device whose melt container (2) is cast in a ceramic insulating compound (23) for the purpose of thermal insulation.
  • the distributor channel (20) is arranged directly above the device.
  • the longitudinal extent of the drawn in Figure 3 distribution trough is perpendicular to the plane.
  • As adapter stone and for thermal insulation is another ceramic block or furnace stone (22).
  • the distributor channel (20) is filled to the level (21) with a melt.
  • the melt passes from an oven via the distributor trough directly into the device.
  • the melt container (2) is completely filled with the melt.
  • the device is equipped with through pipes (9) as in FIG.
  • the passage tubes are passed through holes in the ceramic investment material (23).
  • FIG. 1 to 3 show embodiments of the device with a plurality of nozzles (8).
  • FIG. 4 shows a device with only a single nozzle (8) for shaping container glasses and high-quality technical glasses.
  • Figure 4a) shows a cross-section through the device
  • Figure 4b) shows a view of the device in the direction of arrow A.
  • the melt container (2) contains for heating a bent into a circular ring and joined together pipe (9).
  • the circular tube is connected to a supply pipe (12), which is passed through the container shell (3) and welded to it and the introduction of a heating element in the heating tube (9) allows.
  • Reference numeral (13) denotes the nozzle bore visible from above.
  • FIG. 5 shows a device according to FIG. 1 in a perspective view.
  • the arrangement of the passage tubes (9) can be clearly seen.
  • FIG. 6 shows the same illustration as in FIG. 5 but with a screen cover (30) over the through-tubes.
  • the purpose of the sieve is to catch undissolved particles, which are occasionally in the melt, thus preventing the nozzles from becoming clogged.
  • the temperature distribution within the device of Figure 1 and the temperature profile below the nozzle plate for the conventional direct heating and heating according to the invention were determined by the inserted into the through-tubes heating cartridges.
  • An equipment of the device with 2400 nozzles with a clear diameter of 2 mm was assumed. Such a device is able to spin 1,500 kg of glass per day into 13 ⁇ m diameter glass fibers.
  • the calculations were made using the known thermal properties of platinum, glass and ceramics. The following table lists the material data used:
  • the heating according to the invention thus leads to a more uniform heating of the melt.
  • the heat transfer now takes place directly from the heated through-tubes to the melt and finally to the melt container with nozzle plate.
  • the heat is thus not emitted directly to the environment. Due to the lower heat loss when heating according to the invention, however, the melt heats up too much, so that the amount of heat supplied must be reduced. Only when the heating power was reduced to 3.9 kW were the temperature conditions about the same as for conventional 21 kW heating obtained.
  • the heating according to the invention therefore makes it possible to reduce the energy input to maintain the working temperature of the melt to about one fifth.
  • the indirect heating of the device according to the invention can not only be used with devices having a multiplicity of nozzles, but can also be advantageously used with individual nozzles.
  • the device is preferably used for the production of fibers, tubes, rods, strips or profiles of refractory inorganic oxides or minerals.

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Abstract

Fasern, Rohre, Stäbe, Bänder oder Profilen aus hochschmelzenden anorganischen Oxiden oder Mineralien werden in großen Mengen zum Beispiel bei der Verstärkung von Kunststoffen, Keramiken und Metallen eingesetzt. Zur Herstellung dieser Produkte dienen Vorrichtungen aus einem Schmelzebehälter mit im Boden des Schmelzebehälters angeordneter Einzeldüse oder Düsenplatte mit einer Vielzahl von Düsen. Die Schmelze im Schmelzebehälter muß oberhalb der Einzeldüse oder Düsenplatte auf einer möglichst homogenen Arbeitstemperatur gehalten werden. Gewöhnlich wird der Schmelzebehälter zu diesem Zweck durch direkten Stromdurchfluß erwärmt. Das führt zu hohen Strahlungsverlusten an die Umgebung und einem entsprechend hohen Bedarf an elektrischer Energie. Es wird vorgeschlagen, für die Beheizung der Schmelze ein oder mehrere Rohre im Schmelzebehälter anzuordnen, die wenigstens eine Verbindung durch den Behältermantel hindurch nach außen besitzen und in die Rohre elektrische Heizelemente einzuführen. Diese Art der Beheizung führt zu einer homogenen Temperaturverteilung der Schmelze über der Einzeldüse oder der Düsenplatte und gestattet eine mehr als 50 %-tige Energieeinsparung.

Description

Vorrichtung für die Formgebung von Schmelzen aus anorganischen Oxiden oder Mineralien mit verbesserter Beheizungseinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Formgebung von Schmelzen aus anor- ganischen Oxiden oder Mineralien, insbesondere für die Herstellung von Glas- und Basaltfasern. Die Vorrichtung enthält einen Schmelzebehälter mit einem Behältermantel und eine im Boden des Schmelzebehälters angeordnete Einzeldüse oder Düsenplatte.
Fasern, Rohre, Stäbe, Bänder oder Profile aus hochschmelzenden anorganischen Oxiden oder Mineralien werden in großen Mengen hergestellt. Fasern aus diesen Materialien werden zum Beispiel bei der Verstärkung von Kunststoffen, Keramiken und Metallen eingesetzt.
Eine frühe Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern zeigt die Patentschrift GB 361,220. Die zylindrische Heizkammer für das Glas ist aus einer Schamotte oder aus einer hitzebeständigen Metallegierung gefertigt und weist längs einer Seite eine oder mehrere Spinndüsen auf, durch die Glas aus der Heizkammer abgezogen wird. In der Heizkammer befinden sich parallel zur Zylinderachse mehrere Heizelemente. Jedes der Heizelemente besteht aus einem Rohr aus Porzellan oder einer hitzebeständigen Metallegierung, auf dessen Innenseite ein elektrischer Widerstand aufgebracht ist. Diese Vorrichtung ist wegen der bevorzugten Verwendung von Schamotte und Porzellan für die heutigen Qualitätsanforderungen und die gewünschte Vielfalt der Rohstoffe für die Fasern nicht geeignet. Wird die Vorrichtung dagegen aus hochschmelzenden Metallen gefertigt, so wird die gesamte Vorrichtung vom angelegten elektrischen Strom durchflössen, da Heizelement, elektrischer Widerstand und Heizkammer eine Einheit bilden.
Die derzeit bevorzugt eingesetzten Vorrichtungen für die Herstellung von Fasern aus Glas oder Mineralien sind überwiegend aus Legierungen der Platingruppenmetalle gefertigt und werden zur Aufheizung der Schmelze direkt von Strom durchflössen. Diese Vorrichtungen enthalten einen Schmelzebehälter mit im Boden des Schmelzebehälters angeordneter Einzeldüse oder Düsenplatte. Bei dem Schmelzebehälter kann es sich um eine Wanne, einen Trog, einen Konus, einen Zylinder oder ähnliches handeln. Die Schmelze im Schmelzebehälter muß oberhalb der Einzeldüse oder Düsenplatte eine möglichst homogene Temperaturverteilung aufweisen, damit aus allen formgebenden Düsen Produkte mit gleichem Querschnitt und ohne Prozeßstörung abgezogen werden können. Eine Düsenplatte kann mit mehreren hundert Einzeldüsen zur Formgebung von Fasern ausgerüstet sein. Vorrichtungen mit einer Düsenplatte werden in den Offenle- gungsschriften DE 196 38 056 Al, US 2003/0145631 Al und US 2003/0041627 Al gezeigt; eine Vorrichtung mit einer Einzeldüse wird in DE 101 08 831 Cl beschrieben.
Die anorganischen Oxide oder Mineralien werden mit bekannten Verfahren in einem Ofen geschmolzen und in die Vorrichtung eingeleitet. Die Vorrichtung wird bei Remelt- Prozessen direkt mit dem Ofen verbunden, in Direct-Melt-Prozessen ist die Vorrichtung mit einer Verteilerrinne fest verbunden. Als Materialien für die Vorrichtung sowie für Düsenplatte und Düsen kommen gewöhnlich Metalle, insbesondere Platin und Platinlegierungen zum Einsatz. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit der Metalle wird die Vorrichtung gegenüber Wärmeverlust isoliert, um eine konstante Viskosität der Schmelze und eine möglichst homogene Temperaturverteilung oberhalb der Einzeldüse oder Düsenplatte sicherzustellen. Die Einzeldüse beziehungsweise die Düsenplatte im Boden des Schmelzebehälters kann dagegen nicht thermisch isoliert werden, so daß es zur Wärmeübertragung und Wärmeabstrahlung an die kältere Umgebung kommt. Der Wärmeverlust wird gewöhnlich durch eine höhere Arbeitstemperatur der Schmelze und durch eine direkte elektrische Beheizung der Vorrichtung kompensiert und führt so zu einem hohen Energieverbrauch. Als Folge des Wärmeverlustes an die Umgebung liegt in der Schmelze ein Temperaturgradient und damit verbunden ein Viskositätsgradient vor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Formgebung von Schmelzen aus anorganischen Oxiden oder Mineralien anzugeben, die eine homogenerer Temperaturverteilung in der Schmelze und einen deutlich verringerten Energieverbrauch als konventionelle Vorrichtungen dieser Art aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung (1) für die Formgebung von Schmelzen aus anorganischen Oxiden oder Mineralien gelöst, welche einen Schmelzebehälter (2) mit einem Behältermantel (3, 4) und eine im Boden (6) des Schmelzebehälters angeordnete
Einzeldüse oder Düsenplatte (7) mit mehreren Düsen enthält sowie ein oder mehrere im Schmelzebehälter angeordnete Rohre (9). Die Rohre weisen wenigstens eine Verbindung durch den Behältermantel hindurch nach außen auf. In die Rohre sind elektrische Heizelemente (10) eingeführt. Der Schmelzebehälter (2), die Einzeldüse oder Düsenplatte (7) und die Rohre (9) sind aus Platin, Palladium oder Legierungen dieser Platin- metalle mit einem oder mehreren der Metalle Rhodium, Iridium und Gold gefertigt.
Als Heizelemente oder Heizpatronen können kommerziell erhältliche Heizelemente verwendet werden, die zum Beispiel von der Firma Kanthai mit Arbeitstemperaturen bis zu 1850 0C erhältlich sind. Wesentlich für die Erfindung ist, daß diese Heizelemente gegenüber den Rohren, in die sie eingeführt werden, elektrisch isoliert sind, so daß im Gegensatz zu der GB 361,220 keine Beheizung der Vorrichtung durch direkten Stromfluß durch den Behältermantel erfolgen kann.
Erfindungsgemäß wird die Temperatur der Schmelze mit Hilfe der in die Rohre eingeführten Heizelemente auf einer Arbeitstemperatur gehalten. Die Wärmequelle für die Beheizung der Schmelze wird also direkt in die Schmelze eingebracht. Die Wärme wird durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung an die Schmelze abgegeben. Dadurch verringern sich die Wärmeverluste an die Umbebung gegenüber der direkten Beheizung der Vorrichtung um mehr als 50 %. Es werden auch keine Kontakte mehr für die Stromeinleitung in die Vorrichtung benötigt, so daß Edelmetall eingespart werden kann. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung, daß die Temperatur der Schmelze gut geregelt werden kann.
Die Vorrichtung ist sowohl für eine Düsenplatte mit mehreren hundert Düsen als auch für Einzeldüsen geeignet. Im ersten Fall hat der Schmelzebehälter eine rechteckige Bodenfläche und ist von vier Seitenflächen begrenzt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Rohre mit den Heizelementen zwischen zwei sich gegenüberliegenden Behäl- terwänden hindurchgeführt und mehrere solcher Rohre parallel zueinander angeordnet sind. Eine solche Vorrichtung ist für die Massenfertigung von technischen Fasern aus Glas oder Mineralien geeignet. Sollen dagegen Behältergläser und hochwertige technische Gläser geformt werden, so ist es zweckmäßig eine Vorrichtung mit nur wenigen Düsen oder nur einer Einzeldüse zu verwenden. Der Schmelzebehälter hat dann die Form eines Topfes, Konus oder Zylinders. In diesem Fall kann das Rohr zur Beheizung der Schmelze als geschlossenes Kreisrohr ausgeführt sein. Das Heizrohr ist damit an die Innengeometrie des Schmelzebehälters angepaßt. Ein Zuleitungsrohr führt von außen durch den Mantel des Schmelzebehälters und ist mit dem Kreisrohr verbunden. Über das Zuleitungsrohr wird das Heizelement in das Kreisrohr eingeführt und mit elektrischer Energie versorgt.
Der Behältermantel der Vorrichtung, die Einzeldüse oder die Düsenplatte und die Rohre werden aus Platin, Palladium oder Legierungen dieser Platinmetalle mit einem oder mehreren der Metalle Rhodium, Iridium und Gold gefertigt. Um höheren Festigkeitsanforderungen zu genügen kann das Platin oder die Platinlegierung durch im Metall feinverteiltes oxidisches Material stabilisiert sein. Besonders geeignet zur Stabilisierung sind Zirkonoxid und Yttriumoxid. Die Rohre für die Beheizung werden zur Abdichtung gegen Schmelzeaustritt mit dem Behältermantel verschweißt.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Düsenplat- te und mehreren hundert Düsen.
Figur 2: Ansicht von oben auf die Vorrichtung von Figur 1
Figur 3: Vorrichtung wie in Figur 1 mit keramischem Adapterstein zur Verteilerrinne und keramischer Isolationsmasse
Figur 4: Vorrichtung mit Einzeldüse
Figur 5: Perspektivische Ansicht einer Vorrichtung mit Düsenplatte und mehreren hundert Düsen ohne Abdecksieb
Figur 6: Perspektivische Ansicht der Vorrichtung von Figur 5 mit Abdecksieb
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1). Sie besteht aus dem Schmelzebehälter (2) mit einem Behäl- termantel (3, 4) sowie einem an der Oberseite umlaufenden Flansch (5) zur Befestigung des Schmelzebehälters an einer Verteilerrinne. Im Boden (6) des Schmelzebehälters ist eine Düsenplatte (7) mit den Düsenöffnungen (8) eingelassen. Bei den Düsenöffnungen kann es sich um einfache Durchgangsbohrungen oder tiefgezogene Düsen als auch um separat gefertigte Düsen handeln. Im Betrieb ist der gesamte Innenraum des Schmelzebehälters mit der Schmelze gefüllt. Oberhalb der Düsenplatte sind in dieser Ausführungsform der Vorrichtung Durchgangsrohre (9) zwischen zwei sich gegenüberliegen- den Abschnitten des Behältermantels (3, 4) angeordnet und durch den Behältermantel hindurchgeführt. Diese Rohre sind bevorzugt mit rundem Querschnitt versehen, können jedoch auch jede andere zweckmäßige Querschnitts form aufweisen. In diese Rohre sind elektrische Heizpatronen (10) mit den nach außen geführten Anschlußdrähten (11) eingeführt. Zur Aufrechterhaltung der Arbeitstemperatur der Schmelze werden die Heizpatronen mit elektrischem Strom versorgt. Figur 2 zeigt eine Ansicht der Vorrichtung von Figur 1 von oben. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen die gleichen Elemente wie in Figur 1.
Figur 3 zeigt eine Vorrichtung, deren Schmelzebehälter (2) zwecks Wärmedämmung in einer keramische Isolationsmasse (23) eingegossen ist. Die Verteilerrinne (20) ist direkt über der Vorrichtung angeordnet. Die Längsausdehnung der in Figur 3 gezeichneten Verteilerrinne steht senkrecht zur Zeichenebene. Als Adapterstein und zur Wärmedämmung dient ein weiterer Keramikblock oder Ofenstein (22). Die Verteilerrinne (20) ist bis zum Füllstand (21) mit einer Schmelze gefüllt. Die Schmelze gelangt von einem Ofen über die Verteilerrinne direkt in die Vorrichtung. Der Schmelzebehälter (2) ist vollständig mit der Schmelze gefüllt. Die Vorrichtung ist wie in Figur 1 mit Durchgangsrohren (9) ausgerüstet. Die Durchgangsrohre sind durch Bohrungen in der keramischen Einbettmasse (23) hindurchgeführt.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen Ausführungsformen der Vorrichtung mit einer Vielzahl von Düsen (8). Figur 4 zeigt dagegen eine Vorrichtung mit nur einer Einzeldüse (8) zur Formgebung von Behältergläsern und hochwertigen technischen Gläsern. Figur 4a) zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung, während Figur 4b) eine Ansicht der Vorrichtung in Richtung des Pfeils A zeigt. Der Schmelzebehälter (2) enthält zur Beheizung ein zu einem Kreisring gebogenes und zusammengefügtes Rohr (9). Das Kreisrohr ist mit einem Zuleitungsrohr (12) verbunden, welches durch den Behältermantel (3) hindurchgeführt und mit ihm verschweißt ist und die Einführung eines Heizelementes in das Beheizungsrohr (9) ermöglicht. Bezugsziffer (13) bezeichnet die von oben sichtbare Düsenbohrung.
Figur 5 zeigt eine Vorrichtung nach Figur 1 in perspektivischer Ansicht. Die Anordnung der Durchgangsrohre (9) ist deutlich zu erkennen. Figur 6 zeigt dieselbe Darstellung wie in Figur 5 jedoch mit einer Siebabdeckung (30) über den Durchgangsrohren. Das Sieb hat die Aufgabe, ungelöste Partikel, die sich gelegentlich in der Schmelze befinden, abzufangen und so zu verhindern, daß die Düsen verstopft werden.
Beispiel
Mit Hilfe von Simulationsrechnungen wurden die Temperaturverteilung innerhalb der Vorrichtung nach Figur 1 und der Temperaturverlauf unterhalb der Düsenplatte für die konventionelle Direktheizung und für die erfindungsgemäße Beheizung durch die in die Durchgangsrohre eingefügten Heizpatronen ermittelt. Für die Berechnungen wurde von einer Vorrichtung mit den folgenden Maßen ausgegangen: Länge = 510 mm; Breite = 160 mm; Höhe = 50 mm; Blechdicke = 1,5 mm. Es wurde eine Ausrüstung der Vorrichtung mit 2400 Düsen mit einem lichten Durchmesser von 2 mm angenommen. Eine solche Vorrichtung ist in der Lage, 1500 kg Glas pro Tag zu Glasfasern mit 13 μm Durchmesser zu verspinnen. Die Berechnungen wurden unter Verwendung der bekannten thermischen Eigenschaften von Platin, Glas und Keramik vorgenommen. Die folgende Tabelle listet die verwendeten Materialdaten auf:
Tabelle: Verwendete Materialdaten für die Simulationsrechnungen
Figure imgf000008_0001
RT = Raumtemperatur Die Simulationsrechnungen lieferten folgendes Ergebnis:
Bei konventioneller, direkter Beheizung der Vorrichtung ist eine Heizleistung von 21 kW erforderlich, um die Schmelze auf einer Arbeitstemperatur von 1125 0C zu halten. Ein Großteil der durch die Widerstandsbeheizung in die Düsenplatte eingebrach- ten Wärmeenergie wird direkt nach unten abgestrahlt. Wird dagegen dieselbe Heizleistung über die Durchgangsrohre direkt in die Glasschmelze eingebracht, so erhöht sich die Temperatur der Schmelze kurz über der Düsenplatte auf mehr als 1400 0C. Bei der konventionellen Beheizung weist die Schmelze schon innerhalb des Schmelzebehälters einen starken Temperaturabfall vom oberen Rand bis zur Düsenplatte auf. Dieser Temperaturgradient ist bei der erfindungsgemäßen Beheizung praktisch nicht vorhanden. Darüber hinaus erhält man bei konventioneller Direktbeheizung einen lateralen Temperaturgradienten mit Temperaturabfall von außen zur Mitte. Auch dieser Temperaturgradient ist bei erfindungsgemäßer Beheizung praktisch nicht vorhanden.
Bei gleichem Energieeintrag wie bei konventioneller Beheizung führt also die erfin- dungsgemäße Beheizung zu einer gleichmäßigeren Erwärmung der Schmelze. Die Wärmeübertragung erfolgt jetzt direkt von den beheizten Durchgangsrohren auf die Schmelze und schließlich auf den Schmelzebehälter mit Düsenplatte. Die Wärme wird somit nicht direkt an die Umgebung abgestrahlt. Durch die geringeren Wärmeverluste bei erfindungsgemäßer Beheizung erwärmt sich allerdings die Schmelze viel zu stark, so daß die zugeführte Wärmemenge verringert werden muß. Erst bei einer Verringerung der Heizleistung auf 3,9 kW wurden etwa gleiche Temperaturverhältnisse wie bei konventioneller Beheizung mit 21 kW erhalten. Die erfindungsgemäße Beheizung erlaubt also, den Energieeintrag zur Aufrechterhaltung der Arbeitstemperatur der Schmelze auf etwa ein Fünftel zu senken.
Die erfindungsgemäße, indirekte Beheizung der Vorrichtung kann natürlich nicht nur bei Vorrichtungen mit einer Vielzahl von Düsen eingesetzt werden, sondern läßt sich auch vorteilhaft bei Einzeldüsen einsetzen.
Die Vorrichtung wird bevorzugt verwendet für die Herstellung von Fasern, Rohren, Stäben, Bändern oder Profilen aus hochschmelzenden anorganischen Oxiden oder Mi- neralien.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) für die Formgebung von Schmelzen aus anorganischen Oxiden oder Mineralien enthaltend einen Schmelzebehälter (2) mit einem Behältermantel (3, 4) und eine im Boden (6) des Schmelzebehälters angeordnete Einzeldüse oder Düsenplatte (7) mit mehreren Düsen und ein oder mehrere im Schmelzebehälter angeordnete Rohre (9), die wenigstens eine Verbindung durch den Behältermantel hindurch nach außen besitzen, wobei in die Rohre elektrische Heizelemente (10) eingeführt sind und der Schmelzebehälter (2), die Einzeldüse oder Düsenplatte (7) und die Rohre (9) aus Platin, Palladium oder Legierungen dieser Platinmetalle mit einem oder mehreren der Metalle Rhodium, Iridium und Gold gefertigt sind
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, da durc h g ek ennz ei chn et , daß die Rohre (9) mit den Heizelementen (10) zwischen zwei sich gegenüberliegenden Abschnitten des Behältermantels (3, 4) angeordnet und durch den Behäl- termantel hindurchgeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, da durc h g ek ennz ei chn et , daß das Edelmetall oder die Edelmetallegierung durch im Metall feinverteiltes oxidisches Material stabilisiert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , da durc h g ek ennz ei chn et , daß in die Düsenplatte (7) 1 bis 25 Düsen pro Quadratzentimeter eingelassen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, da durc h g ek ennz ei chn et , daß im Boden (6) der Vorrichtung nur eine Einzeldüse vorhanden ist.
6. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Herstellung von Fasern, Rohren, Stäben, Bändern oder Profilen aus hochschmelzenden anorganischen Oxiden oder Mineralien.
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