WO2010094404A1

WO2010094404A1 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen von glasschmelzen mit einem schmelzschacht

Info

Publication number: WO2010094404A1
Application number: PCT/EP2010/000712
Authority: WO
Inventors: Matthias Lindig; Helmut Sorg; Alexander Sorg
Original assignee: Beteiligungen Sorg Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2010-08-26
Also published as: DE102009009943A1; DE102009009943B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Glasschmelzen (G) aus festem Beschickungsgut (7) mit einem Schmelzschacht (1), der einen kühlbaren Rost (9) für die Auflage des Beschickungsguts (7) besitzt und auf einem Auffangbecken (11) mit einem Durchlass (14) angeordnet ist und unterhalb des Rostes (9) einen Schmelzenspiegel (20) besitzt, wobei mindestens ein Brenner (10) in den Gasraum (24) zwischen dem Schmelzenspiegel (20) und dem Rost (9) gerichtet ist, und wobei die Glasschmelze (G) letztendlich einem Konditionierteil (15) zuführbar ist. Zur Lösung der Aufgabe, eine hohe Produktivitaet bei sauberen und homogenen Glasschmelzen auch für hochwertige Glasprodukte zu erzielen, wird erfindunggemäss vorgeschlagen, dass a) das Auffangbecken (11) unterhalb seines Schmelzenspiegels (20) frei von Brennern gehalten ist, b) der mindestens eine Brenner (10) oberhalb des Schmelzenspiegels (20) hinsichtlich seiner Strahlungsleistung derart ausgelegt ist, dass der wesentliche Anteil der Energie sowohl für das Aufschmelzen des Beschickungsguts (7) als auch für das Nachheizen der Glasschmelze (G) im Auffangbecken (11) aufbringbar ist, und dass c) der Konditionierteil (15) oberhalb seines Schmelzenspiegels (21) einen abgegrenzten. Gasraum (25) und mindestens eine weitere Heinzeinrichtung aufweist. Diese Heizeinrichtung kann mindestens ein Brenner (22) und/oder mindestens eine Heizelektrode (13K) sein.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Glasschmelzen mit einem Schmelzschacht

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Glasschmelzen aus festem Beschickungsgut mit einem Schmelzschacht, der in seinem oberen Bereich eine Beschickungsvorrichtung und eine Abgasleitung besitzt, darunter einen kühlbaren Rost für die vorübergehende Auflage des Beschickungsguts, wobei der Schmelzschacht auf einem Auffangbecken mit einem Durchlass und mit einem konstruktiv vorgegebenen Schmelzenspiegel angeordnet ist, der sich mit einem Abstand unterhalb des Rostes befindet, wobei mindestens ein Brenner in den Gasraum zwischen dem Schmelzenspiegel und dem Rost gerichtet ist, und wobei die Glasschmelze letztendlich einem Konditionierten zuführbar ist.

Die Technologie der Glasherstellung ist sehr komplexer Natur. Sie unterliegt Grundsätzen der Physik, der Chemie, der Thermodynamik, der Ther- mokinetik, der Statik und der Geometrie der Schmelzenbehälter und - nicht zuletzt - gesetzlichen Veordnungen über den Schutz der Menschen und der Umwelt gegen Schadstoffe, für die Energieeinsparung und der Preisgestaltung. Die Herstellverfahren beruhen in der Regel auf einer Überschreitung einer Temperatur von 1.500 ⁰C, und das entspricht der Weissglut. Wichtig ist dabei, dass die Komponenten und Parameter in komplexen Wechselwirkungen zu einander zu bewerten sind und oft auch kontrovers aufeinander einwirken.

Weitere schwerwiegende Problemen treten auf bei Beschickungsgut aus Gemischen aus mehrereren Komponenten, sogenannten Vielkomponen- tensystemen, die auch in verpresstem bzw. brikettiertem Zustand eingesetzt werden können. Hierbei spielen die Schmelztemperaturen und Viskositäten aller Komponenten und die Verweilzeiten eine Rolle. Bei vielen Gläsern spielt die Verwendung von Quarzsand eine entscheidende Rolle.

Dies ist auch zu beachten aus der Sicht der Hersteller von Glasprodukten wie Haushaltsglas und Behälterglas wie Trinkgläser und Flaschen, Flachglas und auch aus der Sicht der Hersteller der Glasschmelzanlagen, die Teile komplizierter Fabriken mit einer grossen Anzahl von Peripheriegeräten und Gebäuden sind und nicht gerade einfache Wannen wie eine Badewanne. Dies ist um so bedeutender, als es sich bei Glasschmelzanlagen um langlebige Investitionsgüter handelt, die auch gewartet und ggf. repariert werden müssen.

Eine besonders knifflige Rolle spielen hierbei Behältergläser wie Trinkgläser, Flaschen und andere Geschirrteile, insbesondere aber das grossflächige Flach- oder Floatglas, weil es sich hier um Produkte handelt, in denen Fehler wie Eintrübungen durch Minipartikel, Gasblasen, Schlieren, Verfärbungen und Farbabweichungen durch Verbrennungsprodukte sowie Dickenunterschiede auf Dauer in der Durchsicht sichtbar bleiben. Bei Flachglas für die Herstellung von Solarelementen ergeben sich noch weitere Probleme: Da das Flachglas hierfür als Substrat für die Beschich- tung mit entsprechenden Solarschichten dient, muss der elektrische Widerstand des Glases kleinstmöglich sein, so dass eine weitgehende Freiheit von leitfähigen Komponenten wie z. B. Eisenverbindungen erforderlich ist.

Glasschmelzprozesse selbst sind durch weitere wesentliche Probleme belastet: In vielen Fälle muss der Schmelzanlage ein Gemisch aus einer Vielzahl von Komponenten - in der Regel mehr als drei - zugeführt werden, Diese Komponenten reagieren auf den Aufheizvorgang sehr unterschiedlich: Es gibt Komponenten mit sehr unterschiedlichen Schmelztemperaturen, Festkörperreaktionen zwischen den Komponenten und eutektische Schmelzen, und es gibt am Ende, vorzugsweise bei Gebrauchsglas, einen hohen Anteil einer schwer schmelzenden Komponente, dem Quarzsand. Solcher Sand, der vorher im Aufheizprozess nicht über Festkörperreak- tionen und Eutektika frühzeitig in die Schmelze übergeführt werden konnte, muss durch Diffusionsvorgänge langsam in der Schmelzumgebung gelöst werden. Die Glasschmelze hat zudem eine um Grössenordnungen höhere Viskosität als z.B. eine Metallschmelze. Dies bedeutet, dass Auflösungsvorgänge, die auf Diffusion beruhen, noch langsamer ablaufen. Daher muss in der konventionellen Schmelztechnik ein grosses Schmelzvolumen vorgehalten werden, in dem die Auflösungs- und Homogenisierungsvorgänge stattfinden können. Das Aufschmelzverhalten und die hohe Viskosität der Schmelze - auch bei hohen Temperaturen - kennzeichnen den Prozess und zwingen dazu, die Schmelzanlagen mit niedriger spezifischer Belastung zu betreiben. Mit der zumindest weitgehenden Ausschaltung solcher Probleme befasst sich die vorliegende Erfindung.

Bereits dadurch unterscheiden Verfahren und Vorrichtungen von solchen für die Herstellung und Weiterverarbeitung von Metallschmelzen.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, zur Verbesserung der Wärmeübertragung und der Wärmebilanz beim Schmelzen von Glas, sogenannte Kupolöfen zu verwenden, die ursprünglich zum Schmelzen von Metallen entwickelt wurden. Solche Kupolöfen mit einem Schacht sind beispielhaft in der PCT/WO 88/08411 und in der DE 20 2008 003 567 IM für die Herstellung von Mineralfasern offenbart. Hierbei wird das zunächst feste Beschickungsgut in Form einer Materialsäule auf einem gekühlten Rost gelagert und im Gegenstrom durch Brenngase aufgeheizt und aufgeschmolzen, die durch Brenner unterhalb des Rostes und oberhalb eines Schmelzenspiegels erzeugt werden. Die Schmelze wird unterhalb des Rostes in einer Wanne mit grosserem Querschnitt und konstruktiv festgelegtem Füllstand aufgefangen und von dort unmittelbar zur Weiterverarbeitung zu Mineralfasern abgezogen. Ein nachgeschaltetes Konditionierten für die Weiterbehandlung der Schmelze wird nicht vorgeschlagen. Eine hohe Glasqualität bei gutem Durchsatz und guter Energiebilanz ist hiermit nicht zu erreichen. Das Schmelzgut wird noch einen hohen Anteil der typischen Glasfehler wie Blasen und unaufgeschmolzene Rohstoffe aufweisen. Die Fehler sind je nach Anwendung z.B. im Behälter- oder Flachglasbereich unakzeptabel. Nächstkommender Stand der Technik ist in diesem Zusammenhang die US-PS 4 877 449, die sich auch mit der Nachbehandlung der Schmelze befasst. Bei einem der Ausführungsbeispiele ist der Schmelzschacht über einem Auffangbecken angeordnet, das seitlich über den Schachtquerschnitt übersteht und in dem auch Nachbehandlungen wie Konditionierungen, Läuterungen etc. durchgeführt werden können. Es zieht sich jedoch wie ein roter Faden durch die Beschreibung und die Ansprüche, dass als wesentliches Merkmal die Verwendung von Tauchbrennern angegeben wird, d.h. von Brennern, die unterhalb des Schmelzenspiegels Flammen in die Schmelze blasen. Soweit Brenner offenbart sind, die oberhalb des Schmelzenspiegels Flammen in den Gasraum blasen, sogenannte "Freebord Burners", sollen diese nur zur Korrektur der Wirkung der Tauchbrenner dienen, z.B. zur Regelung und/oder zur Beeinflussung der durch die Tauchbrenner erzeugten Stöchiometrie. Lediglich die Figur 2 zeigt solche "Freebord Burner".

Gemäss Figur 2 und Spalte 6, Zeilen 36 bis 56, der US-PS 4 877 449 ist das Auffangbecken auf seinem gesamten Umfang mit solchen Tauchbrennern versehen, und lediglich zusätzlich können oberhalb des Schmelzenspiegels weitere Brenner vorgesehen sein, die zusätzliche Heizleistung erbringen oder eine unterstöchiometrische Verbrennung ermöglichen. Der Gasraum über dem Schmelzenspiegel und unter dem Rost für die Abstützung des Beschickungsguts ist bei der Anordnung der Zusatzbrenner einteilig ausgebildet. Es ist wichtig, dass die Offenbarung zum Hintergrund hat, dass man an einem sogenannten "rapid melter" interessiert war. Es ging um "schnelles Aufschmelzen", welches aber in der Praxis mit den erheblichen Nachteilen verbunden ist, die in der weiteren Beschreibung gewürdigt werden. Es war die weitere Absicht, ein schnelles Aufschmelzen der Rohstoffe mit dem Ziel zu erreichen, den Energieverbrauch zu senken und eine höhere Flexibilität bei der Auslastung der Schmelzanlage zu erreichen. Die Anlage sollte auch dazu geeignet sein, den Prozess kurzfristig herunterzufahren.

Tauchbrenner führen nämlich zu wesentlichen Nachteilen: a) Sie erzeugen durch das Gasvolumen und dessen Regelung merkliche zeitliche Schwankungen der Höhenlage des Schmelzen- spiegeis, und diese Schwankungen werden durch Durchlässe zwischen Kammerteilen des Auffangbeckens nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren übertragen. Die Praxis verlangt aber maximale zeitliche Höhenschwankungen von weniger als 1 mm. b) Sie erzeugen unkontrollierbare Verpuffungen, die starke Vibrationen auslösen, Schmelze gegen den Rost schleudern und auch Kräfte auf das Beschickungsgut übertragen, durch die obere Lagen des noch festen Beschickungsguts gegen die Chargiereinrichtung oder einen Deckel geschleudert werden. c) Die Verbrennung von fossilen Brennstoffen innerhalb der Schmelze führt zur Anreicherung von Blasen und Reaktionsprodukten in der Schmelze, Blasen aus Kohlendioxid und Wasserdampf, die nur unzureichend wieder aus der Schmelze entfernt werden können. Es verbleiben auch Feststoffe in der Schmelze. d) Die Abfuhr grosser Gasmengen durch die gesamte Materialsäule im Schmelzschacht führt bei Schachtöfen allgemein unterhalb des Rostes zu einem Druckstau, der bedeutend über dem Umgebungsdruck liegt. Dieser Druck ist aber wiederum verantwortlich für die Löslichkeit der Gase in der Schmelze und für deren Entgasungsverhalten. Die Freiheit der Schmelze von Gasen ist aber eine zwingende Forderung für die meisten Anwendungen. Dies wird in der zitierten US-PS 4 877 449 mit folgenden Worten ausdrücklich eingeräumt (in Übersetzung):

"Das Verfahren nach dieser Erfindung führt zu einem Schmelzprodukt mit gasförmigen Einschlüssen und ist möglicherweise nicht unmittelbar und direkt geeignet für einige Anwendungen wie z.B. Glasschmelzen für Behälter- oder Flachglas. Jedoch ist das flüssige Produkt sehr homogen und unterliegt zwingenden Temperatur-Kontrollen, die zu einer Schmelze führen, die sehr geeignet ist für die Herstellung vieler Produkte wie Mineralwolle, Faserglas, Eisen, Kupfer oder dgl." Hierzu ist folgendes hinzuzufügen: Die Viskositäten von Schmelzen der genannten Stoffe, d.h. von Metallen und Nichtmetallen, unterscheiden sich um Grössenordnungen, so dass speziell eine Glasschmelze zum Ein- schluss und zur Zurückhaltung von Einschlüssen tendiert.

Mit dem vorstehenden Stand der Technik kann die nachstehende Aufgabe jedenfalls nicht gelöst werden, denn es verbleiben unterhalb des Schmelzschachtes ungelöste Teilchen in der Schmelze.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, durch die beim Erschmelzen von Gläsern aus Beschickungsgut mit unterschiedlichen Zusammensetzungen in einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung bei guter Energiebilanz und hoher Produktivität trotz geringer Abmessungen der Vorrichtung sowie bei möglichst kleinen Veränderungen des Schmelzenspiegels zumindest weitgehend fertig geschmolzene, homogenisierte und geläuterte Glasschmelzen für unterschiedliche Endprodukte erhalten werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der angegeben Vorrichtung erfindungsgemäss dadurch, dass a) das Auffangbecken unterhalb seines Schmelzenspiegels frei von Brennern gehalten ist, b) der mindestens eine Brenner oberhalb des Schmelzenspiegels hinsichtlich seiner Strahlungsleistung derart ausgelegt ist, dass zumindest der wesentliche Anteil der Energie für das Aufschmelzen des Beschickungsguts oberhalb des Rostes einerseits und für das Nachheizen der Glasschmelze im Auffangbecken unterhalb des Rostes andererseits aufbringbar ist, und dass c) der Konditionierten oberhalb seines Schmelzenspiegels einen abgegrenzten Gasraum und mindestens eine weitere Heizeinrichtung aufweist Hierdurch werden folgende Vorteile erzielt:

Beim Erschmelzen von Gläsern aus Beschickungsgut mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, beispielsweise in Form von Vielkomponen- tensystemen, werden in einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung bei guter Energiebilanz und hoher Produktivität trotz geringer Abmessungen der Vorrichtung sowie bei möglichst kleinen Veränderungen des Schmelzenspiegels zumindest weitgehend saubere und homogene Glasschmelzen für die Weiterverarbeitung zu unterschiedlichen, teilweise auch hochwertigen Endprodukten erhalten. Dazu gehören Behälterglas, Floatglas, Faserglas und Borosilikatglas, einschliesslich solcher Gläser, bei denen Quarzsand die Hauptkomponente des Beschickungsguts darstellt.

Die Erfindung lehrt eine Kombination aus einem leistungsfähigen Schmelzschacht, durch den mit hoher Produktivität bereits qualitativ hochwertige Glasschmelze hergestellt werden kann, in Verbindung mit einem Konditionierten, in dem die Qualität der Glasschmelze durch Läuterung ohne Beeinträchtigung der Produktivität und unangemessener Steigerung der Kosten noch weiter erhöht wird, und zwar für die nachfolgende Herstellung von Qualitätsprodukten aus Glas ohne störende Einlagerungen. Dabei spielt es auch eine Rolle, dass die Schmelzenspiegel auf dem Transportweg der Schmelze und am Ende des Schmelzenweges über die Zeit nur geringe Höhendifferenzen erleiden, was gleichfalls die Qualität der Endprodukte steigert. Dadurch werden insbesondere auch der Einsatz der früher hochgelobten Tauchbrenner vermieden, der von einer Vielzahl negativer Effekte begleitet ist, und es wird die Wartungsfreundlichkeit der Anlage erheblich gesteigert.

Es ist im Zuge weiterer Ausgestaltungen der Vorrichtung besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination:

* die weitere Heizeinrichtung im Konditionierten mindestens ein Brenner ist, der in den Gasraum einmündet, * die weitere Heizeinrichtung im Konditionierteil mindestens eine Heizelektrode ist, die unterhalb des Schmelzenspiegels in die Glasschmelze hineinragt,

* der Gasraum des Konditionierteils über eine Abgasleitung oberhalb des Rostes mit dem Schmelzschacht verbunden ist,

* auf dem Weg der Glasschmelze zum Konditionierteil mindestens eine Heizelektrode angeordnet ist, die in die Glasschmelze hineinragt,

* die Abgasleitung für die Abgase des Konditionierteils dem Schmelzschacht im Bereich des mittleren Höhenabstandes zwischen dem Rost und der Abgasleitung des Schmelzschachtes zugeführt ist,

* über den Schmelzenspiegeln des Auf fang beckens und des Konditionierteils Gasräume vorhanden sind, die mit Ausnahme der Abgasleitung durch eine Trenneinrichtung voneinander getrennt sind,

* die Trenneinrichtung aus benachbarten Wandungsteilen von Schmelzschacht und Konditionierteil gebildet ist, die bis unter die Schmelzenspiegel reichen,

* der Konditionierteil einen Boden besitzt, auf dem eine Schwelle angeordnet ist, die quer zur Strömungsrichtung der Glasschmelze verläuft, und/oder, wenn

* in das Auffangbecken unterhalb seines Schmelzenspiegels mindestens eine Heizelektroden hineinragt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen von Glasschmelzen aus festem Beschickungsgut, das in einen Schmelzschacht eingebracht und darin in Säulenform auf einem gekühlten Rost abgelagert und über diesem zumindest weitgehend auf Schmelztemperatur aufgeheizt wird, wobei die Glasschmelze in einem Auffangbecken unterhalb des Schmelzschachtes aufgefangen und über einen Durchlass einem Konditionierteil zugeführt wird, wobei mindestens ein Schmelzenspiegel ausgebildet wird, der sich mit einem Abstand unterhalb des Rostes befindet, und wobei die Flamme mindestens eines Brenners in den Gasraum zwischen dem Schmelzenspiegel und dem Rost gerichtet wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe und die Erzielung der gleichen Vorteile erfolgen bei dem angegebenen Verfahren erfindungsgemäss dadurch, dass a) der mindestens eine Brenner oberhalb des Schmelzenspiegels hinsichtlich seiner Strahlungsleistung derart betrieben wird, dass zumindest der wesentliche Anteil der Energie das Aufschmelzen des Beschickungsguts oberhalb des Rostes einerseits und das Nachheizen der Glasschmelze im Auffangbecken unterhalb des Rostes andererseits bewirkt, und dass b) die Glasschmelze im Konditionierteil durch mindestens eine weitere Heizeinrichtung beheizt wird.

Es ist im Zuge weiterer Ausgestaltungen des Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination:

* die Beheizung im Konditionierteil oberhalb des Schmelzenspiegels in einem weiteren abgegrenzten Gasraum durch mindestens einen weiteren Brenner durchgeführt wird.

* die Beheizung im Konditionierteil unterhalb des Schmelzenspiegels durch mindestens eine Heizelektrode durchgeführt wird.

* die Abgase des Konditionierteils über eine Abgasleitung oberhalb des Rostes in den Schmelzschacht eingeleitet werden,

* die Glasschmelze auf dem Weg zum Konditionierteil unterhalb ihres Schmelzenspiegels zusätzlich durch mindestens eine Heizelektrode beheizt wird,

* die Abgase des Konditionierteils dem Schmelzschacht im Bereich des mittleren Höhenabstandes zwischen dem Rost und der Abgasleitung des Schmelzschachtes zugeführt werden, * über den Schmelzenspiegeln im Auffangbecken und im Konditionierten Gasräume gebildet werden, die mit Ausnahme der Abgasleitung des Konditionierteils durch eine Trenneinrichtung voneinander getrennt gehalten werden,

* die Glasschmelze im Konditionierteil über einen Boden geleitet wird, auf dem eine Schwelle angeordnet ist, die quer zur Strömungsrichtung der Glasschmelze verläuft,

* auf der Schwelle eine Läuterung der Glasschmelze durchgeführt wird,

* die Betriebsparameter für die Rückführung der Abgase aus dem Konditionierteil und dem Schmelzschacht in der Weise ausgelegt bzw. geregelt werden, dass über dem Schmelzenspiegel im Konditionierteil ein Druck im Bereich des Atmosphärendrucks eingestellt wird und dass im Bereich oberhalb des Beschickungsguts ein darunter liegender Druck eingestellt wird,

* die Druckeinstellung über Drucksensoren geregelt wird, und/oder, wenn

* die Druckeinstellung über Saugzüge geregelt wird.

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und deren Wirkungsweisen und weitere Vorteile werden nachfolgend anhand der schematischen Darstellungen in den Figuren 1 bis 3 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen senkrechten Längsschnitt durch einen Schmelzschacht mit einem Ausschnitt aus einem nachgeschalteten Konditionierteil,

Figur 2 einen senkrechten Längsschnitt durch den Schmelzschacht nach Figur 1 , den nachgeschalteten Konditionierteil mit einer Bodenschweelle und einem Auslass in verkleinertem Massstab, und

Figur 3 einen waagrechten Längsschnitt durch den Gegenstand von Figur 2 entlang der Ebene E-E in Figur 2.

Der senkrechte Schmelzschacht 1 besitzt ein Mantelteil 2, auf dem ein Übergangsstück 3 mit einer Beschickungsvorrichtung 4 angeordnet ist, zu der ein Trichter 5 und eine Schleuse 6 zur dosierbaren Einspeisung von Beschickungsgut 7 gehören. Das Übergangsstück 3 ist mit einer Abgas- leitung 8 versehen, die die gesamten Abgase zur Atmosphäre leiten, ggf. über einen Saugzug 8a und eine Reinigungseinrichtung. Das Mantelteil 2 kann zylindrisch als auch polygonal ausgebildet sein.

In dem Mantelteil 2 befindet sich ein kühlbarer Rost 9, der das Beschickungsgut 7 gasdurchlässig abstützt. Unterhalb des Rostes 9 befinden sich Brenner 10, die über hier nicht gezeigte Leitungen an Quellen für fossile Brennstoffe und Oxidantien wie Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technisch reinen Sauerstoff angeschlossen sind. Auf dem Umfang des Mantelteils 2 können auch mehr als ein Brenner 10 angeordnet sein. Durch die nach oben strömenden Brenngase der Brenner 10 wird die Säule von Beschickungsgut 7 derart aufgeheizt, dass die Temperatur nach unten hin bis zur Schmelztemperatur zunimmt und die Glasschmelze G in ein Auffangbecken 11 abtropft, auf das der Schmelzschacht 1 aufgesetzt ist. Zwischen dem Mantelteil 2 und dem Auffangbecken 11 befindet sich eine Trennfuge 12, so dass das Mantelteil 2 mit allen An- und Einbauten zu Wartungs- und Reparaturzwecken abgenommen werden kann.

Von Bedeutung ist dabei die Charakteristik und Regelbarkeit der Brenner, die als Strahlungsbrenner ausgebildet sein sollen. Nach Möglichkeit soll dabei die gesamte Heizleistung oberhalb der Glasschmelze G zu mindestens 75 % aufgebracht werden, nach Möglichkeit vollständig, d.h. zu 100 %. Hierbei ist zu beachten, dass sich die Strahlungsleitfähigkeiten von Glasschmelzen G erheblich unterscheiden können. Einige Glaszusammensetzungen verhalten sich gegenüber der Strahlung der Verbrennungsgase hochtransparent, andere absorbieren bereits an der Oberfläche einen Grossteil der Strahlungsenergie. Für den letzteren Fall kann eine vorsorg- lieh eingebaute elektrische Heizquelle vorteilhaft sein, im ersten Fall ist sie entbehrlich.

Das Auffangbecken 11 besitzt einen Boden 11a, durch den eine Gruppe von Heizelektroden 13 geführt ist, von denen mindestens die Oberflächen aus glasresistenten Werkstoffen wie Mo, Pt, Zn bestehen. Diese erzeugen im absinkenden Glas eine Gegenströmung, durch das ein etwaiges Absinken von Komponenten verzögert oder verhindert wird. Z. B. wird durch den Rost 9 fallendes festes Beschickungsgut durch Aufschmelzen in die Glasschmelze G integriert. Die besagten Elektroden 13 können auch durch die Seitenwand des Auffangbeckens 11 geführt sein, was durch die gestrichelt dargestellte Elektrode 13a angedeutet ist.

über einen Durchlass 14 ist das Auffangbecken 11 mit einem Konditionierten 15 verbunden, das eine Wanne 16 mit einem Boden 17, ein Oberteil 18 und einen Auslass 19 besitzt. Der Boden 17 kann eben ausgebildet sein oder eine Schwelle besitzen, wie dies in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. In dem Auffangbecken 11 und in der Wanne 16 sind durch konstruktive Massnahmen zwei Schmelzenspiegel 20 und 21 festgelegt, die sich auf annähernd gleicher Höhe befinden und auch gehalten werden. Vorteilhafterweise wird der Schmelzenspiegel 20 um ein geringes Mass niedriger gehalten, als der Schmelzenspiegel 21 , indem im Gasraum 24 oberhalb des Schmelzenspiegels 21 ein vergleichsweise höherer Druck eingehalten wird.

In dem Oberteil 18 befinden sich auf beiden Seiten oberhalb des Schmelzenspiegels 21 - bespielhaft in Querstromanordnung - zwei Gruppen von Brennern 22, von denen hier nur einer gezeigt ist. Diese Brenner 22 dienen zur weiteren Beheizung und Konditionierung der Glasschmelze G. Durch eine Trenneinrichtung 23, die aus Wandungsteilen von Schmelzschacht 1 und Konditionierten 15 besteht, werden oberhalb der Schmelzenspiegel 20 und 21 zwei Gasräume 24 und 25 gebildet, die nur durch eine Abgaslei- tung 26 verbunden sind. Dadurch werden die Abgase der Brenner 22 in den Schmelzschacht 1 eingeleitet, und zwar mit Abstand vom Rost 9 in das auf diesem in Säulenform gestapelte Beschickungsgut 7. Dies ist von besonderer Bedeutung für die Wärmerückgewinnung, denn in diesem Bereich hat das Beschickungsgut 7 noch eine relativ geringe Temperatur, so dass eine grossere Menge der Wärme des Abgases an das Beschickungsgut abgegeben werden kann.

Wie ergänzend in Figur 3 dargestellt, kann im Konditionierteil 15 noch eine Gruppe von Heizelektroden 13K angeordnet sein, und zwar für den Fall, dass die bisherigen Beheizungen nicht ausreichend sind. Diese Heizelektroden 13K schaffen auch eine weitere vorteilhafte Möglichkeit des Betriebs der Anlage, nämlich dadurch, die Brenner 22 oder die Heizelektroden 13K wahlweise auch alternativ zu betreiben und ggf. auf eine fossile Beheizung zu verzichten, oder beide auch auszuschalten und nur Kühlluft zuzuführen, was besonders einfach möglich ist, wenn Brenner 22 mit getrennter Zufuhr von Luft und Brennstoffen verwendet werden, bei denen in der Kühlphase die Brennstoffzufuhr unterbrechbar ist.

Ferner ist folgendes von besonderer Bedeutung: Sehr kritisch ist bei Schacht- oder Kupolöfen der hohe Strömungswiderstand in der Säule des Beschickungsguts 7 über dem Rost 9. Unter Berücksichtigung der Gasmengen und der Geometrie der Strömungswege, sowie der Thermodynamik durch Verbrennung und Wärmeleitung, der Anordnung von Drucksensoren an kritischen Stellen und ggf. durch den Saugzug 8a und seine Regelung ist es besonders zweckmässig, im Gasraum 25 des Konditio- nierteils 15 einen Druck aufrecht zu erhalten, der im Bereich des Atmosphärendrucks liegt. Dies setzt voraus, dass am oberen Ende des Schmelzschachtes 1 ein Druck eingehalten wird, der kleiner ist als der Druck im Gasraum 25. Hierbei sind die Wärmerückgewinnung im und der wesentlich verbesserte thermische Wirkungsgrad durch die Effekte im Schmelzschacht 1 von eminenter Bedeutung.

Das Austreiben von Blasen aus einer Glasschmelze G wird als Läuterung bezeichnet. Bei einer Unterdruckläuterung, für die der Stand der Technik auch 1/3 des Atmosphärendrucks angibt, findet eine wirksame Läuterung durch Aufblähen von Blasen und die Verstärkung ihres Auftriebs statt. Beim Betrieb des Erfindungsgegenstandes ist vom Prinzip her mit dem umgekehrten Phänomen zu rechnen. Eine Entgasung der Glasschmelze G steigt bei geringen Drücken über der Glasschmelze G, im Gegensatz dazu steigt bei höheren Drücken der thermische Wirkungsgrad.

Gemäss den Figuren 2 und 3, in denen die bisherigen Bezugszeichen verwendet und fortgeschrieben werden, ist die Wanne 16 auf ihrer gesamten inneren Breite mit einer vom Boden 17 aufragenden Schwelle 27 versehen, deren Oberseite 28 einen Läutereffekt erzeugt, durch den weitere leichter flüchtige Komponenten der Glasschmelze G aufsteigen. In Strömungsrichtung hinter der Schwelle 27 ist der Auslass 19 angeordnet, der zu einer hier nicht gezeigten Verarbeitungsvorrichtung für die Glasschmelze G führt.

Ein Vergleich zweier Anlagen, mit denen Schmelzleistungen von 100 Tonnen Glas in 24 Stunden erbracht werden sollen, führt zu folgenden Ergebnissen. Die Anlagen werden sowohl mit fossilen Brennstoffen und Sauerstoff als Oxidanten beheizt sowie durch eine elektrische Zusatzbeheizung durch Elektroden, die in das Glas eintauchen. Für die Energiebilanz sind letztlich nur folgende Grossen von Bedeutung:

a) der gesamte Energieeintrag in die Anlage, b) der Energieinhalt der austretenden Glasschmelze G, c) der Energieinhalt der Abgase aus der Verbrennung, d) die Wandverluste.

Bei einem klassischen Verfahren lässt sich ein spezifischer Energieverbrauch von 1 ,2 kWh/kg Glas erreichen, über die elektrische Zusatzbeheizung wird der Glasschmelze G eine energetische Leistung von 600 kW zugeführt. Das Abgas verlässt die Vorrichtung mit etwa 1400⁰C, die Glasschmelze G mit etwa 1350⁰C.

Beim Erfindungsgegenstand mit gleicher Energiezufuhr verlassen die Abgase die Vorrichtung mit weniger als 200⁰C. Ein Grossteil der Energie aus dem Abgas wird zur Vorwärmung des Beschickungsguts in dem Schmelzschacht ausgenutzt. Dadurch wird nur ein Energieverbrauch von 0,8 kWh/kg Glas erforderlich. Ursächlich für diese deutlich Energieeinsparung ist auch die erhebliche Senkung der Wärmeverluste durch das Abgas und auch durch die niedrigeren Wandverluste. Der Konditionierten 15 ist nämlich deutlich kleiner im Vergleich zu einer konventionellen Schmelz anläge.

Bezuαszeichenliste:

G Glasschmelze

1 Schmelzschacht

2 Mantelteil

3 Übergangsstück

4 Beschickungsvorrichtung

5 Trichter

6 Schleuse

7 Beschickungsgut

8 Abgasleitung

8a Saugzug

9 Rost

10 Brenner

11 Auffangbecken

11 a Boden

12 Trennfuge

13 Heizelektroden

13a Heizelektrode

13K Heizelektroden

14 Durchlass

15 Konditionierten

16 Wanne

17 Boden

18 Oberteil

1.9 Auslass

20 Schmelzenspiegel

21 Schmelzenspiegel

22 Brenner

23 Trenneinrichtung

24 Gasraum

25 Gasraum

26 Abgasleitung

27 Schwelle

28 Oberseite ********************

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Glasschmelzen (G) aus festem Beschickungsgut (7) mit einem Schmelzschacht (1), der in seinem oberen Bereich eine Beschickungsvorrichtung (4) und eine Abgas- leitung (8) besitzt, darunter einen kühlbaren Rost (9) für die vorübergehende Auflage des Beschickungsguts (7), wobei der Schmelzschacht (1 ) auf einem Auffangbecken (11 ) mit einem Durchlass (14) und mit einem konstruktiv vorgegebenen Schmelzenspiegel (20) angeordnet ist, der sich mit einem Abstand unterhalb des Rostes (9) befindet, wobei mindestens ein Brenner (10) in den Gasraum (24) zwischen dem Schmelzenspiegel (20) und dem Rost (9) gerichtet ist, und wobei die Glasschmelze (G) letztendlich einem Konditionierteil (15) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Auffangbecken (11 ) unterhalb seines Schmelzenspiegels

(20) frei von Brennern gehalten ist, b) der mindestens eine Brenner (10) oberhalb des Schmelzenspiegels (20) hinsichtlich seiner Strahlungsleistung derart ausgelegt ist, dass zumindest der wesentliche Anteil der Energie für das Aufschmelzen des Beschickungsguts (7) oberhalb des Rostes (7) einerseits und für das Nachheizen der Glasschmelze (G) im Auffangbecken (11) unterhalb des Rostes (9) andererseits aufbringbar ist, und dass c) der Konditionierteil (15) oberhalb seines Schmelzenspiegels

(21) einen abgegrenzten Gasraum (25) und mindestens eine weitere Heizeinrichtung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Heizeinrichtung im Konditionierteil (15) mindestens ein Brenner (22) ist, der in den Gasraum (25) einmündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Heizeinrichtung im Konditionierteil (15) mindestens eine Heizelektrode (13K) ist, die unterhalb des Schmelzenspiegels (21 ) in die Glasschmelze (G) hineinragt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (25) des Konditionierteils (15) über eine Abgasleitung (26) oberhalb des Rostes (9) mit dem Schmelzschacht (1 ) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Weg der Glasschmelze (G) zum Konditionierteil (15) mindestens eine Heizelektrode (13, 13a) angeordnet ist, die in die Glasschmelze (G) hineinragt,

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (26) für die Abgase des Konditionierteils (15) dem Schmelzschacht (1 ) im Bereich des mittleren Höhenabstandes zwischen dem Rost (9) und der Abgasleitung (8) des Schmelzschachtes (1) zugeführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass über den Schmelzenspiegeln (20, 21) des Auffangbeckens (11) und des Konditionierteils (15) Gasräume (24, 25) vorhanden sind, die mit Ausnahme der Abgasleitung (26) durch eine Trenneinrichtung (23) voneinander getrennt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (23) aus benachbarten Wandungsteilen von Schmelzschacht (1) und Konditionierteil (15) gebildet ist, die bis unter die Schmelzenspiegel (20, 21 ) reichen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Konditionierteil (15) einen Boden (17) besitzt, auf dem eine Schwelle (27) angeordnet ist, die quer zur Strömungsrichtung der Glasschmelze (G) verläuft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in das Auffangbecken (11 ) unterhalb seines Schmelzenspiegels (20) mindestens eine Heizelektrode (13, 13a) hineinragt.

11. Verfahren zum Erzeugen von Glasschmelzen aus festem Beschickungsgut (7), das in einen Schmelzschacht (1 ) eingebracht und darin in Säulenform auf einem gekühlten Rost (9) abgelagert und über diesem zumindest weitgehend auf Schmelztemperatur aufgeheizt wird, wobei die Glasschmelze in einem Auffangbecken (11 ) unterhalb des Schmelzschachtes (1 ) aufgefangen und über einen Durchlass (14) einem Konditionierten (15) zugeführt wird, wobei mindestens ein Schmelzenspiegel (20, 21 ) ausgebildet wird, der sich mit einem Abstand unterhalb des Rostes (9) befindet, und wobei die Flamme mindestens eines Brenners (10) in den Gasraum (24) zwischen dem Schmelzenspiegel (20) und dem Rost (9) gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) der mindestens eine Brenner (10) oberhalb des Schmelzenspiegels (20) hinsichtlich seiner Strahlungsleistung derart betrieben wird, dass zumindest der wesentliche Anteil der Energie das Aufschmelzen des Beschickungsguts (7) oberhalb des Rostes (7) einerseits und das Nachheizen der Glasschmelze (G) im Auffangbecken (11) unterhalb des Rostes (9) andererseits bewirkt, und dass b) die Glasschmelze (G) im Konditionierteil (15) durch mindestens eine weitere Heizeinrichtung beheizt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung im Konditionierteil (15) oberhalb des Schmelzenspiegels (21) in einem weiteren abgegrenzten Gasraum (25) durch mindestens einen weiteren Brenner (22) durchgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung im Konditionierteil (15) unterhalb Schmelzenspiegels (21) durch mindestens eine Heizelektrode (13K) durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase des Konditioniertem (15) über eine Abgasleitung (26) oberhalb des Rostes (9) in den Schmelzschacht (1 ) eingeleitet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Glasschmelze (G) auf dem Weg zum Konditionierteil (15) unterhalb ihres Schmelzenspiegels (20) zusätzlich durch mindestens eine Heizelektrode (13, 13a) beheizt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase des Konditionierteils (15) dem Schmelzschacht (1) im Bereich des mittleren Höhenabstandes zwischen dem Rost (9) und der Abgasleitung (8) des Schmelzschachtes (1 ) zugeführt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass über den Schmelzenspiegeln (20, 21) im Auffangbecken (11 ) und im Konditionierteil (15) Gasräume (24, 25) gebildet werden, die mit Ausnahme der Abgasleitung (26) des Konditionierteils (15) durch eine Trenneinrichtung (23) voneinander getrennt gehalten werden.

18. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Glasschmelze (G) im Konditionierteil (15) über einen Boden (17) geleitet wird, auf dem eine Schwelle (27) angeordnet ist, die quer zur Strömungsrichtung der Glasschmelze verläuft.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Schwelle (27) eine. Läuterung der Glasschmelze (G) durchgeführt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter für die Rückführung der Abgase aus dem Konditionierteil (15) und dem Schmelzschacht (1) in der Weise ausgelegt bzw. geregelt werden, dass über dem Schmelzenspiegel (21) im Konditionierteil (15) ein Druck im Bereich des Atmosphärendrucks eingestellt wird und dass im Bereich oberhalb des Beschickungsguts (7) ein darunter liegender Druck eingestellt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinstellung über Drucksensoren geregelt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinstellung über Saugzüge (8a) geregelt wird.

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