WO2015058833A1 - Vorrichtung und verfahren zum elektromagnetisch unterstützten färben von glasschmelzen in speisern von glasschmelzanlagen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum elektromagnetisch unterstützten färben von glasschmelzen in speisern von glasschmelzanlagen Download PDF

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WO2015058833A1
WO2015058833A1 PCT/EP2014/002680 EP2014002680W WO2015058833A1 WO 2015058833 A1 WO2015058833 A1 WO 2015058833A1 EP 2014002680 W EP2014002680 W EP 2014002680W WO 2015058833 A1 WO2015058833 A1 WO 2015058833A1
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glass
electrodes
melt
magnet
melting
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PCT/EP2014/002680
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Bernd Halbedel
Jose Oskar TORRES PEREZ
Gerhard Tunker
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Ferro Gmbh
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/173—Apparatus for changing the composition of the molten glass in glass furnaces, e.g. for colouring the molten glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/18—Stirring devices; Homogenisation
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    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/18—Stirring devices; Homogenisation
    • C03B5/183—Stirring devices; Homogenisation using thermal means, e.g. for creating convection currents
    • C03B5/185—Electric means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B7/00—Distributors for the molten glass; Means for taking-off charges of molten glass; Producing the gob, e.g. controlling the gob shape, weight or delivery tact
    • C03B7/02—Forehearths, i.e. feeder channels
    • C03B7/06—Means for thermal conditioning or controlling the temperature of the glass
    • C03B7/07—Electric means

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for efficient and faster dyeing of glass melts continuously withdrawn from glass melting plants in feeders.
  • Glass melts in a feeder are made by mixing the coloring ingredients Form of frits or color concentrates from above the coming out of the fürläse the glass melting plant glass melt - in the so-called melting zone - are fed and then stirred with mechanical stirrers.
  • a three-dimensional mixing of the molten glass is carried out by a pumping movement of the stirrers perpendicular to the feeder plane, by a conveying movement of the stirrers transversely to the feeder longitudinal axis and by the flow direction of the glass melt along the feeder longitudinal axis.
  • the coloring constituents sink into the molten glass and are often sufficiently raised again by subsequent stirrer arrangements only with increased effort and are distributed sufficiently homogeneously throughout the entire volume. homogeneous
  • the glass-conducting channel is usually over indirectly
  • DD 234 853 A1 relates to a method and a device for heating glass-conducting channels and outlet devices on feeder heads for the Drop feeding of glass forming machines for the production of stemware and pressed glass articles.
  • WO 01/14266 A1 a method and an apparatus for producing colored glasses is presented, in which the glass melting plant is followed by a scarfing device, which is flowed through by the molten glass and the
  • Eddy currents which are induced by a high-frequency magnetic field in the molten glass, heated.
  • the walls of the skull device are water cooled. By this water cooling and by the direct heating of the molten glass by means of the induced eddy currents occur in the melt high
  • the magnetic flux densities in the molten glass used in the various devices vary between 10 to 600 mT.
  • the current densities in the molten glass used in the various devices vary between 10 to 600 mT.
  • WO 2007 065937 A1 describes a device and a method which generates a tangential Lorentz force perpendicular to its direction of flow in a glass melt flowing in a channel under gravity, which, like a stirrer, excites a likewise tangential flow component and thereby discharges the outflowing
  • the channel must be enclosed by a magnet system and the outer channel wall should be suitably metallic, so they as
  • External electrode can act.
  • an inner electrode is arranged centrally and, like the outer electrode, is made partially or completely electrically conductive.
  • WO 2009/106056 A1 describes a device for influencing viscous fluids by means of the Lorentz force, which is generated by an electric current density j and a magnetic flux density B. It is used in particular for mixing, homogenizing, refining and accelerating chemical
  • the fluid is in a container. On or in the container to generate the current density j electrodes are mounted so that they contact the fluid.
  • Flow density B at least one magnet provided.
  • the container has constrictions, extensions or edges, in the immediate vicinity of the poles N, S the
  • Magnets for generating the magnetic flux density B are arranged in pairs. A coloring of the glass melts is not addressed.
  • WO 2009/106057 A1 describes a device for generating
  • Movements in viscous fluids using the Lorentz force which is generated by an electric current density j and a magnetic flux density B. It is used in particular for mixing, homogenizing, refining and accelerating chemical reactions as well as physical processes in glass melts.
  • the fluid is contained in a container with which the fluid-heating electrodes for generating the current density j are in communication and in the area of
  • the magnets are designed as rod, tube or channel-shaped electrical conductors (11) and directed at least approximately parallel to a longitudinal extent of the container.
  • WO 2009/106058 A2 discloses a method and a device for
  • DE 10 2008 011 047 A1 relates to a method and a device for
  • An electric current density is formed in the current between at least two electrodes and a magnetic flux density between at least two magnetic poles, which are substantially perpendicular to one another and a Lorentz force density
  • the object of the present invention is to provide a method and a device, with which an efficient and rapid coloration of glass melts continuously withdrawn from glass melting plants in feeders of
  • the object of the present invention is achieved as follows: By means of direct electrical heating via electrodes projecting into the glass melt current, magnetic alternating fields are generated by means of magnetic systems. By vectorial superimposition of magnetic fields generated outside of the glass melt and the electrical current density distributions generated in the melt between the electrodes, Lorentz forces arise, which lead to a stirring effect. This stirring effect assists in the mixing of color concentrates which are added in the region of the melt.
  • Glasschmelzstrom projecting electrodes is electrically heated and during at least a portion of the melting process, the molten glass is exposed to a magnetic field generated by at least one magnetic system, which interacts with the projecting into the glass melt flow electrodes such that Lorentz forces arise that lead to a stirring effect.
  • the molten zone of the channel is directly electrically heated via electrodes projecting into the molten glass (suitable bottom electrodes), and this direct electrical heating with an electromagnetic flow influencing via Lorentz forces according to Eq. (1)
  • B - represent the magnetic flux density in the melt, combined, which are directed in the main flow direction of the melt partially opposite to perpendicular, but antiparallel to gravity, so efficiently a homogeneous temperature distribution in the cross section of the melt is realized.
  • the glass melt flowing close to the ground can be pressed upwards in a targeted and tool-free manner, and the colorants added to the melting zone from above, usually heavier and not yet melted, can be in
  • Glass melt is colored faster and more homogeneous due to the better temperature distribution and inflow.
  • At least two electrodes are present, but it is quite conceivable that more than two electrodes are used.
  • the electrodes are preferably arranged as bottom electrodes. Furthermore, the aim is that the electrode diameter and the electrode and wall distance are optimized so that no local overheating> 10 K arise in the molten glass.
  • the electrodes may also be configured as side electrodes, but the configuration as bottom electrodes is preferred.
  • the magnet systems are ironless with at least one turn and comprise at least one electrode pair and are located in the insulating material close to the boundary to the refractory material.
  • the magnet systems are arranged in the insulating material so that the axes of the magnet system and electrodes are collinear, so that the Lorentz forces are directed mainly against the glass melt flow.
  • Controlled magnetic systems The effect of the Lorentz forces is graded at several in the flow direction successively arranged electrode pairs by the size of the electrodes, number of turns of the magnet systems and by the size of the electrode and / or magnet system currents.
  • the electrode currents are controlled by the temperature in the melt.
  • the burner performance is reduced.
  • the coloring components are better distributed in the molten glass, resulting in a better mixing of the color in the melt.
  • 1 is a longitudinal section of a dyeing spring with a bottom electrode pair (1) and associated magnet system (2) and the effect of the Lorentz force density distribution generated in the glass melt (3) on the flow path (8) of the dyeing agent (concentrate or) added to the feed device (7) frit).
  • Fig. 2 is a cross section of the dyeing spring with a pair of bottom electrodes and associated magnet system.
  • FIG. 3 is the Lorentz force density distribution in the molten glass at a rate of 80 kg / hr generated with that shown in FIGS. 1 and 2
  • Ground electrode pair with a current of IE 960 A and magnetic system with a magnetic flux of 11, 52 kA.
  • Fig. 4 is the increase in the flow path of the colorant after flowing through the bottom electrode pair.
  • 5 is a longitudinal section of a dyeing spring with three bottom electrode pairs (1) and associated magnet systems (2) and the effect of the Lorentz force density distribution generated in the molten glass (3) on the flow path (8) of the coloring agent (concentrate or dye) added to the feed device (7) frit).
  • Fig. 6 is a longitudinal section of a dyeing spring with a side electrode pair (1), a bottom electrode pair (1) and associated magnet system (2).
  • the numbers or reference numbers contained therein mean: 1 electrodes (bottom or side electrodes)

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von dunklen und/oder farbintensiven Glasschmelzen in Speisern von Glasschmelzanlagen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schmelzzone über in den Glasschmelzstrom hineinragende Elektroden elektrisch beheizt wird und während wenigstens einem Abschnitt des Schmelzvorgangs das geschmolzene Glas einem durch mindestens ein Magnetsystem erzeugten Magnetfeld ausgesetzt wird, welches derart mit den in den Glasschmelzstrom hineinragenden Elektroden wechselwirkt, dass Lorentzkräfte entstehen, die zu einem Rühreffekt führen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum elektromagnetisch unterstützten Färben von Glasschmelzen in Speisern von Glasschmelzanlagen
Beschreibung Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum effizienten und schnelleren Färben von kontinuierlich aus Glasschmelzanlagen abgezogenen Glasschmelzen in Speisern.
Stand der Technik
Die DE 35 35 792 A1 beschreibt ein Verfahren zum Färben von Glas durch
Einbringen von Farbgranulat in den Speiser einer Glasverarbeitungsanlage und durch Mischen des Farbgranulats mit der Glasschmelze mittels einer
Rühreinrichtung.
Das Färben von kontinuierlich aus Glasschmelzanlagen abgezogenen
Glasschmelzen in einem Speiser erfolgt dadurch, dass die färbenden Bestandteile Form von Fritten oder Farbkonzentraten von oben der aus dem Durchläse der Glasschmelzanlage kommenden Glasschmelze - in der sogenannten Schmelzzone - zugeführt werden und anschließend mit mechanischen Rührern verrührt werden. Mithilfe der Rührer wird eine dreidimensionale Durchmischung der Glasschmelze durch eine Pumpbewegung der Rührer senkrecht zur Speiserebene, durch eine Förderbewegung der Rührer quer zur Speiserlängsachse und durch die Fließrichtung der Glasschmelze längs der Speiserlängsachse durchgeführt. Dabei sinken die färbenden Bestandteile in die Glasschmelze ab und werden von nachfolgenden Rühreranordnungen oft nur mit erhöhtem Aufwand wieder ausreichend angehoben und im gesamten Volumen hinreichend homogen verteilt. Homogene
Durchfärbungen der Glasschmelze sind somit auf kleine Farbgranulatströme begrenzt, sodass intensive dunkle Glaseinfärbungen nicht möglich sind.
Bei diesem Verfahren wird der glasführende Kanal in der Regel indirekt über
Gasbrenner oder elektrische Heizstrahler (z.B. SiC-Stäbe), die über die
Glasbadoberfläche angeordnet sind, beheizt, um eine definierte, nicht zu starke Abkühlung der Glasschmelze bis zur Formgebung zu erreichen.
Bei diesen indirekten Beheizungen muss die Wärme hauptsächlich über Strahlung in die Glasschmelze transportiert werden. Reflexionen an der Glasbadoberfläche, wellenabhängige und geringe Emissions- und Absorptionskoeffizienten der
Glasschmelze selbst - insbesondere bei dunklen und/ oder intensiv einzufärbenden Gläsern - führen dazu, dass nur ein geringer Anteil der erzeugten Wärme in die Glasschmelze gelangt, aber die Kanaldecke thermisch stark belastet wird und sich in der Glasschmelze trotz geringer Schmelzbadtiefen große, unerwünschte
Temperaturgradienten vom Kanalboden bis zur Glasbadoberfläche ausbilden.
Zudem wirken Glasbrenner glasblasenfördernd. Heizstrahler haben sich infolge der thermischen Eigenbelastung und daraus folgender Frühausfälle nicht bewährt.
Weiterhin sind bei indirekten Beheizungsmethoden infolge der großen thermischen Zeitkonstanten nur lange Regelzeiten möglich, sodass entsprechend lange
Anfahrzeiten entstehen.
Die DD 234 853 A1 betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Beheizung von glasführenden Kanälen und Auslaufvorrichtungen an Speiserköpfen für die Tropfenspeisung von Glasausformmaschinen für die Herstellung von Stielglaserzeugnissen und Preßglasartikeln.
Es werden indirekte elektrische Beheizungen von mit partiell oder vollständig metallisch umfassten Glasschmelzkanälen beschrieben, indem in die metallische Kanalwand ein elektrischer Strom eingeprägt wird oder induktiv Wirbelströme in der Kanalwand induziert werden. Hier ist zwar ein direkter Kontakt der Wärmequelle zur Glasschmelze vorhanden, jedoch erfolgt auch hier der Wärmetransport in der Schmelze durch Strahlung mit den bereits dargestellten Nachteilen. Ebenfalls besteht aber auch ein direkter thermischer Kontakt zu den angrenzenden
Feuerfestmaterialien, sodass diese thermisch stark belastet werden.
Es ist weiterhin bekannt, durch Einbau von Elektroden in Speiserkanälen und damit durch die direkte Beheizung der Glasschmelze eine bessere thermische
Homogenität zu erzielen. Jedoch wird damit nicht das Absinken der zugegebenen färbenden Bestandteile verhindert, sondern eher begünstigt, da infolge der höheren bodennahen Temperaturen die Viskosität der Glasschmelze kleiner wird. In der WO 01/14266 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von farbigen Gläsern vorgestellt, bei dem der Glasschmelzanlage eine Skulleinrichtung nachgeschaltet wird, die von der Glasschmelze durchströmt wird und der die
Farbstoffe zugegeben werden. Die Glasschmelze wird damit direkt mittels
Wirbelströmen, die von einem hochfrequenten Magnetfeld in der Glasschmelze induziert werden, erwärmt. Die Wände der Skullvorrichtung werden wassergekühlt. Durch diese Wasserkühlung und durch die direkte Erwärmung der Glasschmelze mittels der induzierten Wirbelströme treten in der Schmelze hohe
Temperaturdifferenzen und damit starke Konvektionsströmungen auf, die die
Schmelze zwar chemisch durchmischen, die Schmelze allerdings die
Skulleinrichtung thermisch nicht ausreichend homogenisiert verlässt, sodass ein langer Kondensierungs- und Abkühlungskanal erforderlich ist, um das Glas mit hinreichender Qualität verarbeiten zu können. Zudem werden über die
wassergekühlten Wände der Skullvorrichtung sehr große Wärmemengen abgeführt. Dies führt zu einen hohem Energieverbrauch solcher Vorrichtungen. In der DE 2056445 A wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glas beschrieben, wobei zum Rühren von Glasschmelzen, insbesondere während des Gießvorganges oder der Läuterung, elektromagnetische Kräfte genutzt werden, die aus der Wechselwirkung des Heizstromes mit einem senkrecht dazu stehenden äußeren Magnetfeld resultieren. Es werden Wechselströme mit einer Frequenz von 50 Hz und magnetische Wechselfelder gleicher Frequenz genutzt. Die Phasenlage muss nicht zwingend übereinstimmen. Das Magnetfeld wird von einem oder mehreren von außen an die Schmelzgefäße adaptierten einphasigen und
dreiphasigen eisenbehafteten Wechselstrommagneten erzeugt. Durch getrennte Ansteuerung einzelner Magnete sollen unterschiedliche Strömungen realisiert werden. Zur Erzielung hinreichender Rührwirkungen wird empfohlen, die
elektromagnetische Kraft größer als die Konvektionskraft einzustellen.
Obwohl hier schon die vorteilhafte Nutzung von Lorenzkräften zu
Strömungsbeeinflussung von Glasschmelzen vorgeschlagen wird, lassen die vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren nur eine Veränderung der Strömung in oder entgegen der Schwerkraft zu.
Weitere Nutzungen von Lorentzkräften in elektrisch schwach leitfähigen Fluiden - vorrangig Glasschmelzen - beziehen sich auf die Verbesserung der
Homogenisierung der Schmelze (SU 81 49 04, SU 10 244 23) und auf die
Verbesserung der Läuterung im Schmelzaggregat selbst.
Dabei werden verschiedene Elektrodenanordnungen und Magnetsystemausführungen angewendet, die Phasenlage zwischen Elektrodenstrom und Magnetfeld variiert, Frequenzgleichheit oder definierte Frequenzunterschiede zwischen
Elektrodenstrom und Magnetfeld gefordert.
Das trifft auch für das in DE 10 2004 015 055 A1 vorgeschlagene Verfahren und die dazugehörige Anordnung zur gezielten Beeinflussung des Flusses einer
Glasschmelze bei der Überführung aus dem Schmelzofen in einem
Verarbeitungsprozess zu. Die Lorentzkräfte werden hier zur Steuerung des
Durchsatzes genutzt. Für eine Glaseinfärbung ist das Verfahren nicht vorgesehen. Die in den verschiedenen Vorrichtungen genutzten magnetischen Flussdichten in der Glasschmelze variieren zwischen 10 bis 600 mT. Die Stromdichten in der
Glasschmelze betragen je nach Glasart und Elektrodenanordnung 10 bis 50 mA/mm2.
Aufgrund der geringen elektrischen Leitfähigkeit von Glasschmelzen, der hohen Verluste sowie des hohen technischen Aufwands für die elektrische
Stromversorgung der Magnetsysteme sind die realisierbaren geometrischen
Abmessungen des Schmelzaggregates jedoch stark eingeschränkt (Durchmesser des Ausführungsbeispiels ca. 10 cm). Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass ein kontinuierlicher Betrieb des Herstellungsverfahrens bisher nicht realisiert wurde.
In der WO 2007 065937 A1 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, die in einer in einem Kanal unter der Schwerkraft ausfließenden Glasschmelze senkrecht zu ihrer Fließrichtung eine tangentiale Lorentzkraft generiert, die wie ein Rührer eine ebenfalls tangentiale Strömungskomponente anregt und dadurch die auslaufende
Glasschmelze chemisch und thermisch homogenisieren soll.
Dafür muss der Kanal von einem Magnetsystem umschlossen werden und die äußere Kanalwand sollte zweckmäßig metallisch sein, sodass sie als
Außenelektrode fungieren kann. In dem Kanal ist eine Innenelektrode mittig angeordnet und wird ebenso wie die Außenelektrode partiell oder vollständig elektrisch leitfähig ausgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass solche solenoidalen Magnetsysteme, die wassergekühlt sind, an realen Glasschmelzanlagen nahe genug an der Schmelze adaptierbar sind, sodass hinreichend große Lorentzkräfte in einer Kalk-Natron-Glasschmelze zur Veränderung der Strömungsverhältnisse generierbar sind. Die Lorentzkräfte erzeugen aber nur eine azimuthale Strömungskomponente, die mit der z- Komponente der unter der Schwerkraft ausfließenden Glasschmelze spiralförmige Stromlinien ergeben. Damit werden die Inhomogenitäten (Schlieren) in der Schmelze zwar gestreckt, aber nicht gefaltet, sodass keine ausreichende Quervermischung stattfindet. Die WO 2009/106056 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Beeinflussung von viskosen Fluiden mit Hilfe der Lorentzkraft, die von einer elektrischen Stromdichte j und einer magnetischen Flussdichte B erzeugt wird. Sie dient insbesondere zur Mischung, Homogenisierung, Läuterung und Beschleunigung chemischer
Reaktionen sowie auch physikalischer Prozesse in Glasschmelzen. Das Fluid befindet sich in einem Behälter. An oder in dem Behälter sind zur Erzeugung der Stromdichte j Elektroden derart angebracht, dass sie das Fluid kontaktieren.
Außerhalb des Behälters ist im Bereich der Elektroden zur Erzeugung der
Flussdichte B mindestens ein Magnet vorgesehen. Der Behälter weist Verengungen, Erweiterungen oder Kanten auf, in deren unmittelbarer Nähe die Pole N, S der
Magnete zur Erzeugung der magnetischen Flussdichte B paarweise angeordnet sind. Eine Färbung der Glasschmelzen wird nicht angesprochen.
Die WO 2009/106057 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung von
Bewegungen in viskosen Fluiden mit Hilfe der Lorentzkraft, die von einer elektrischen Stromdichte j und einer magnetischen Flussdichte B erzeugt wird. Sie dient insbesondere zur Mischung, Homogenisierung, Läuterung und Beschleunigung chemischer Reaktionen sowie auch physikalischer Prozesse in Glasschmelzen. Das Fluid befindet sich in einem Behälter, mit dem das Fluid beheizende Elektroden zur Erzeugung der Stromdichte j in Verbindung stehen und dem im Bereich der
Stromdichte j zur Erzeugung der Flussdichte B mindestens ein Magnet zugeordnet ist. Die Magnete sind als stab-, rohr- oder kanalförmige elektrische Leiter (11) ausgebildet und zumindest annähernd parallel zu einer Längsausdehnung des Behälters gerichtet.
Auch hier wird keine Färbung der Glasschmelzen angesprochen.
Die WO 2009/106058 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Erzeugung von Strömungen, Druckschwankungen und mechanischen
Schwingungen innerhalb von elektrisch leitfähigen Fluiden mit Hilfe der Lorentzkraft in einem Arbeitsprozess, insbesondere zur Mischung, Homogenisierung, Läuterung und Beschleunigung chemischer Reaktionen und physikalischer Prozesse in
Glasschmelzen mit Hilfe eines elektrischen Wechselfeldes und eines magnetischen Wechselfeldes. Während der gesamten Verfahrensdauer werden die Stromdichtefrequenz und die Frequenz der magnetischen Flussdichte voneinander verschieden gehalten und die Lorentzkraftdichte wird entsprechend variiert.
Auch hier wird keine Färbung einer Glasschmelze offenbart. Die DE 10 2008 011 047 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Einengen, Trennen und Führen eines Fluid- oder Ladungsträgerstromes,
insbesondere eines Glasstromes, ohne Verwendung mechanischer Werkzeuge. Im Strom bilden sich zwischen mindestens zwei Elektroden eine elektrische Stromdichte und zwischen mindestens zwei Magnetpolen eine magnetische Flussdichte aus, die im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen und eine Lorentzkraftdichte
erzeugen, die zumindest angenähert radial zur Achse X-X des Fluidstromes gerichtet ist.
Technisches Problem
Die steigenden Anforderungen an Gläser sowie der Trend zur Kostenreduzierung erfordern eine stetige Verbesserung der Glasproduktion. Weiterhin ist das
Realisieren neuer Glasprodukte mit vor allem dunklen und intensiven Glasfarben notwendig. Mit der Farbintensität sinkt der mögliche Wärmeeintrag durch Strahlung. Der direkte Wärmeeintrag über Elektroden und Möglichkeiten zur Beeinflussung der Strömungsverhältnisse in der Schmelzzone von Speisern von Glasschmelzanlagen sind deshalb von großer Bedeutung, um die erforderliche Qualität des Glasproduktes zu gewährleisten. Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, womit eine effiziente und schnelle Färbung von kontinuierlich aus Glasschmelzanlagen abgezogenen Glasschmelzen in Speisern von
Glasschmelzanlagen verwirklicht werden kann.
Es soll eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Herstellen von dunklen und/ oder farbintensiven Glasschmelzen in nahezu waagerechten Kanälen beliebigen Querschnitts, die aus einer Glaswanne mit einer farblosen Glasschmelze gespeist werden, geschaffen werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird folgendermaßen gelöst: durch direkte elektrische Beheizung über in den Glasschmelzstrom hineinragende Elektroden werden mittels Magnetsystemen magnetische Wechselfelder erzeugt. Durch vektorielle Überlagerung von außerhalb der Glasschmelze erzeugten Magnetfeldern und den zwischen den Elektroden erzeugten elektrischen Stromdichteverteilungen in der Schmelze entstehen Lorentzkräfte, die zu einem Rühreffekt führen. Dieser Rühreffekt unterstützt die Vermischung von Farbkonzentraten, die in dem Bereich der Schmelze zugegeben werden.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schmelzzone über in den
Glasschmelzstrom hineinragende Elektroden elektrisch beheizt wird und während wenigstens einem Abschnitt des Schmelzvorgangs das geschmolzene Glas einem durch mindestens ein Magnetsystem erzeugten Magnetfeld ausgesetzt wird, welches derart mit den in den Glasschmelzstrom hineinragenden Elektroden wechselwirkt, dass Lorentzkräfte entstehen, die zu einem Rühreffekt führen.
Es wird die Schmelzzone des Kanals über in die Glasschmelze hineinragende Elektroden (zweckmäßig Bodenelektroden) direkt elektrisch beheizt und diese direkte elektrische Beheizung mit einer elektromagnetischen Strömungsbeeinflussung über Lorentzkräfte gemäß Gl. (1) fL =Ä = j xB (1) wobei fL - die Lorentzkraftdichte in der Glasschmelze,
FL - die Lorentzkraft,
V - das Glasvolumen,
] - die Stromdichte in der Glasschmelze und
B - die magnetische Flussdichte in der Schmelze darstellen, kombiniert, die der Hauptströmungsrichtung der Schmelze partiell entgegen bis senkrecht, aber antiparallel zur Schwerkraft gerichtet sind, sodass effizient eine homogene Temperaturverteilung im Querschnitt der Schmelze realisiert wird. Damit kann gezielt und werkzeuglos die bodennah strömende Glasschmelze nach oben gedrückt werden und die in die Schmelzzone von oben zugegebenen, meistens schwereren, noch nicht aufgeschmolzenen Färbemittel können in
Bewegung gehalten werden. Dies führt überraschenderweise zu einer deutlich besseren Verteilung der Färbemittel in der Schmelze. Die Einströmbedingungen für die Rührerzone des Speisers werden gleichzeitig verbessert, sodass die
Glasschmelze infolge der besseren Temperaturverteilung und Einströmbedingungen schneller und homogener eingefärbt wird.
Vorzugsweise sind mindestens zwei Elektroden vorhanden, aber es ist durchaus vorstellbar, dass mehr als zwei Elektroden zum Einsatz kommen. Die Elektroden sind dabei bevorzugt als Bodenelektroden angeordnet. Weiterhin wird angestrebt dass der Elektrodendurchmesser und der Elektroden- und Wandabstand optimiert werden, sodass keine lokalen Überhitzungen > 10 K in der Glasschmelze entstehen.
Ferner können die Elektroden auch als Seitenelektroden ausgestaltet sein, aber die Ausgestaltung als Bodenelektroden ist bevorzugt. Die Magnetsysteme sind eisenlos mit mindestens einer Windung und umfassen mindestens ein Elektrodenpaar und sind im Isoliermaterial nahe an der Grenze zum Feuerfestmaterial angeordnet.
Die Magnetsysteme sind im Isoliermaterial so angeordnet sind, dass die Achsen von Magnetsystem und Elektroden kollinear sind, sodass die Lorentzkräfte hauptsächlich entgegen der Glasschmelzströmung gerichtet sind.
Aber es ist auch realisierbar, dass die Magnetsysteme im Isoliermaterial so
angeordnet sind, dass die Achsen von Magnetsystem und Elektroden einen Winkel bilden, sodass Lorentzkraftkomponenten entstehen, die entgegen der Schwerkraft gerichtet sind.
Weiterhin wird die Größe der Lorentzkräfte über die Größe der Ströme in den
Magnetsystemen gesteuert. Die Wirkung der Lorentzkräfte wird bei mehreren in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Elektrodenpaaren durch die Größe der Elektroden, Anzahl der Windungen der Magnetsysteme sowie durch die Größe der Elektroden- und/oder Magnetsystemströme abgestuft.
Weiterhin werden die Elektrodenströme über die Temperatur in der Schmelze gesteuert. Somit wird die Brennerleistung reduziert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die folgenden Vorteile erzielt:
• die färbenden Komponenten werden besser in der Glasschmelze verteilt, was zu einer besseren Durchmischung der Farbe in der Schmelze führt.
· dies wiederum führt zu einer homogeneren Farbeintönung und die Bildung von Blasen, Schlieren etc. wird vermieden.
• auch ist dadurch das Färben von dunklen und/oder farbintensiven
Glasschmelzen problemlos möglich. Die Erfindung wird im Weiteren an Hand der Figuren näher erläutert, die die
Erfindung nicht einschränken.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines Färbefeeders mit einem Bodenelektrodenpaar (1) und dazugehörigem Magnetsystem (2) sowie der Wirkung der in der Glasschmelze (3) generierten Lorentzkraftdichteverteilung auf den Strömungsweg (8) der an der Zuführeinrichtung (7) zugegebenen Färbemittel (Konzentrat oder Fritte).
Fig. 2 ist ein Querschnitt des Färbefeeders mit einem Paar Bodenelektroden und dazugehörigem Magnetsystem.
Fig. 3 ist die Lorentzkraftdichteverteilung in der Glasschmelze mit einem Durchsatz von 80 kg/h, generiert mit dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten
Bodenelektrodenpaar mit einem Strom von IE=960 A und Magnetsystem mit einer magnetischen Durchflutung von 11 ,52 kA. Fig. 4, ist die Anhebung des Strömungsweges des Färbemittels nach Durchfliessen des Bodenelektrodenpaares. Fig. 5 ist ein Längsschnitt eines Färbefeeders mit drei Bodenelektrodenpaaren (1) und dazugehörigen Magnetsystemen (2) sowie der Wirkung der in der Glasschmelze (3) generierten Lorentzkraftdichteverteilung auf den Strömungsweg (8) der an der Zuführeinrichtung (7) zugegebenen Färbemittel (Konzentrat oder Fritte). Fig. 6 ist ein Längsschnitt eines Färbefeeders mit einem Seitenelektrodenpaar (1), einem Bodenelektrodenpaar (1) und dazugehörigen Magnetsystem (2).
Die darin enthaltenen Nummern bzw. Bezugszeichen bedeuten: 1 Elektroden (Boden oder Seitenelektroden)
2 Magnetsystem
3 Glasschmelze
4 Feuerfestmaterial
5 Isolation
6 Strömungsrichtung der Glasschmelze
7 Zuführeinrichtung für Farbkonzentrate oder Fritte
8 Strömungslinie des Konzentrats oder der Fritte
9 Rührer

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von dunklen und/oder farbintensiven
Glasschmelzen in Speisern von Glasschmelzanlagen, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Schmelzzone über in den Glasschmelzstrom hineinragende Elektroden elektrisch beheizt wird und während wenigstens einem Abschnitt des
Schmelzvorgangs das geschmolzene Glas einem durch mindestens ein Magnetsystem erzeugten Magnetfeld ausgesetzt wird, welches derart mit den in den Glasschmelzstrom hineinragenden Elektroden wechselwirkt, dass Lorentzkräfte entstehen, die zu einem Rühreffekt führen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Beheizung direkt durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lorentzkräfte der Hauptströmungsrichtung der Schmelze partiell entgegen bis senkrecht, aber antiparallel zur
Schwerkraft gerichtet sind.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektroden vorhanden sind, die als Bodenelektroden angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnetsysteme eisenlos sind mit mindestens einer Windung und mindestens ein Elektrodenpaar umfassen und im Isoliermaterial nahe an der Grenze zum Feuerfestmaterial angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetsysteme im Isoliermaterial so angeordnet sind, dass die Achsen von Magnetsystem und Elektroden kollinear sind.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetsysteme im Isoliermaterial so angeordnet sind, dass die Achsen von Magnetsystem und Elektroden einen Winkel bilden.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Größe der Lorentzkräfte über die Größe der Ströme in den
Magnetsystemen gesteuert wird.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkung der Lorentzkräfte bei mehreren in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Elektrodenpaaren durch die Größe der Elektroden, Anzahl der Windungen der Magnetsysteme sowie durch die Größe der Elektroden- und/oder Magnetsystemströme abgestuft wird.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4-9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenströme über die Temperatur in der Schmelze gesteuert werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113544099A (zh) * 2019-03-05 2021-10-22 Abb瑞士股份有限公司 具有浸入式搅拌体的连续玻璃熔化罐

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2056445A1 (de) * 1969-11-18 1971-05-27 Gen Electric Co Ltd Verfahren und Ge--at zui Herstellung von Glas
GB1262192A (en) * 1968-05-01 1972-02-02 A C I Operations Modifying the composition of molten glass in a forehearth or the like
US4007027A (en) * 1974-11-25 1977-02-08 Owens-Corning Fiberglas Corporation Method and apparatus for making glass

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU814904A1 (ru) 1979-04-12 1981-03-23 Институт физики АН Латвийской ССР Способ варки стекла
SU1024423A1 (ru) 1982-01-27 1983-06-23 Институт Физики Ан Латсср Способ варки стекла
DD234853A1 (de) 1984-11-23 1986-04-16 Wissenschaftlich Tech Betrieb Direkt elektrisch beheiztes glasfuehrendes auslaufrohr fuer speiser
DE3535792A1 (de) 1985-10-07 1987-04-09 Glashuettentechnik Grob Gmbh Verfahren und vorrichtung zum faerben von glas
JPH01164736A (ja) * 1987-12-21 1989-06-28 Mitsubishi Electric Corp 液状導電物の加熱撹拌装置
DE19939785C2 (de) 1999-08-21 2003-12-18 Schott Glas Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von farbigen Gläsern
DE102004015055B4 (de) 2004-03-25 2008-04-17 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zur Zufuhr einer Glasschmelze zu einem Verarbeitungsprozess sowie Verwendung der Vorrichtung
DE102005058729A1 (de) 2005-12-08 2007-06-14 Technische Universität Ilmenau Vorrichtung und Verfahren zur elektromagnetischen Beeinflussung der Strömung von gering elektrisch leitfähigen und hochviskosen Fluiden
DE102008011050B4 (de) * 2008-02-25 2011-04-28 Fachhochschule Jena Vorrichtung zur Beeinflussung von viskosen Fluiden mit Hilfe der Lorentzkraft
DE102008011008B4 (de) 2008-02-25 2013-05-29 Otto R. Hofmann Vorrichtung und Verfahren zur Beeinflussung von elektrisch leitfähigen Fluiden mit Hilfe der Lorentzkraft
DE102008011048B4 (de) 2008-02-25 2013-02-21 Otto R. Hofmann Vorrichtung zur Erzeugung von Bewegungen in Glasschmelzen mit Hilfe der Lorentzkraft und Verwendung der Vorrichtung
DE102008011047B4 (de) 2008-02-25 2013-02-21 Otto R. Hofmann Verfahren und Vorrichtung zum Einengen, Trennen oder Führen einer Fluidströmung, insbesondere Glasströmung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1262192A (en) * 1968-05-01 1972-02-02 A C I Operations Modifying the composition of molten glass in a forehearth or the like
DE2056445A1 (de) * 1969-11-18 1971-05-27 Gen Electric Co Ltd Verfahren und Ge--at zui Herstellung von Glas
US4007027A (en) * 1974-11-25 1977-02-08 Owens-Corning Fiberglas Corporation Method and apparatus for making glass

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUELSENBERG D ET AL: "ELECTROMAGNETIC STIRRING OF GLASS MELTS USING LORENTZ FORCES - EXPERIMENTAL RESULTS", GLASS SCIENCE AND TECHNOLOGY, DEUTSCHE GLASTECHNISCHE GESELLSCHAFT, OFFENBACH, DE, vol. 77, no. 4, 1 July 2004 (2004-07-01), pages 186 - 193, XP001209084, ISSN: 0946-7475 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113544099A (zh) * 2019-03-05 2021-10-22 Abb瑞士股份有限公司 具有浸入式搅拌体的连续玻璃熔化罐
US11542188B2 (en) 2019-03-05 2023-01-03 Abb Schweiz Ag Continuous glass melting tank with an immersed stirring body

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