DD274812A1 - Glasschmelzaggregat mit mindestens einer entnahmezelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Glasschmelzaggregat mit mindestens einer Entnahmezelle. Ein Glasschmelzaggregat mit einer Verteilerwanne und einer Entnahmezelle besitzt zwischen beiden einen Schacht, der mit der Verteilerwanne ueber einen Durchlass und mit der Entnahmezelle durch einen Ueberstroemkanal und einen Rueckfuehrkanal verbunden ist. Ziel der Erfindung sind eine hohe Homogenisierungsleistung und ein intensiver Glasmasseaustausch. Dazu ist der Bereich zwischen der Verteilerwanne und der Entnahmezelle so auszubilden, dass sich Rueckstrom und Vorstrom nicht vorzeitig vermengen und die natuerliche Konvektion weitestgehend ausgenutzt wird. Hierzu ist der Ueberstroemkanal ueber dem Rueckfuehrkanal und unter der Glasoberflaeche angeordnet. Der Rueckfuehrkanal befindet sich am Boden von Entnahmezelle, Schacht und Durchlass und ist gegenueber diesen wie auch dem Ueberstroemkanal seitlich versetzt. Im Schacht ist ueber einer aussermittigen Elektrodenanordnung eine die Schmelze hebende Ruehrvorrichtung vorgesehen. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die' Erfindung betrifft ein Glasschmelzaggregat mit einer Verteilerwanne und mindestens einer Entnahmezelle, zwischen denen ein Durchlaß zu einem Schacht besteht, der seinerseits über einen Rückführkanal und einen Überströmkanal mit der Entnahmezelle verbunden ist. Im Schacht sind Heiz- und Umwälzmittel zur Erzeugung eines zirkulierenden Glasstromes zwischen der Verteilerwanne und der Entnahmezelle vorgesehen. Die durch den Glasstrom von der Verteilerwanne zur Entnahmezelle bewegte Glasmenge ist größer als die entnommene Glasmenge. Die Erfindung ist besonders dann anwendbar, wenn es um die Herstellung von temperatur- und chemisch homogenem sowie blasenfreiem Glas githt. Verwendet wird die Erfindung in Glasschmelzaggregaten, aus denen die Schmelze diskontinuierlich, von Hand oder mit Kugelspeiser, entnommen wird und die insbesondere zum Schmelzen von Borosilikatglas dienen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei der manuellen Glasausarbeitung, besonders von Borosilikatglasschrr.eize, unter Nutzung der hinsichtlich Variierbarkeit der Verarbeitungsbedingungen vorteilhaften Entnahmezellentechnologie ergeben sich durch relativ kleine Entnahmemengen und große Kontaktflächen zwischen Feuerfestmaterial und Glas häufig Probleme mit Feuerfestschlieren im Fertigprodukt. Die , Fertigung hochwertiger Erzeugnisse erfordert Maßnahmen zur Verhinderung oder Auflösung dieser störenden Schlieren, in der CS-PS 15SSS8 wird ein elektrisch beheizter Glasschmelzofen offenbart, der im Arbeitsteil einen prismatischen Block enthält, in dem Heiz- und Kühlmitte! vorgesehen sind und dessen Mantelflächen parallel zur Oberfläche der Schmelze bzw. zu den ihnen gegenüberliegenden Wandflächen des Arbeitsteiles gerichtet sind. Aus einem Schmelzteil gelangt die Glasströmung durch einen Durchlaß in den Arbeitsteil, in dem zwischen der dem Schmelzteil am nächsten liegenden Wand des Arbeitsteiles

und dem Block ein Schacht besteht. In diesem Schacht steigt die aus dem Durchlaß austretende Glasschmelze entsprechenddem natürlichen Konvektlonsverlauf nach oben, überströmt den prismatischen Block, wird dort z.T. entnommen und danachzwischen der Außenwand des Arbeitsteiles und der entsprechenden Blockfläche zum Durchlaß zurückgeführt. Die Nachteiledieses Schmelzofens liegen in der Begünstigung der Korrosion durch den aus Feuerfestmaterial bestehenden Block und derungenügenden Homogenisierungswirkung begründet. Der Glasmasseaustausch zwischen dem Arbeite- und Schmelzteil wirdzu wenig intensiviert, die schlierenhaltige Rückströmung im Arbeitsteil kommt, z.T. ohne nochmals in den Schmelzteil zugelangen, auf kurzem Wego schon im Arbeitsteil wieder mit der aufsteigenden Strömung zusammen und mit dieser an die

Glasbadoberfläche in die Nähe der Entnahmeöffnungen. Aus den GB-PS 1314412 und US-PS 3 560187 sind einfache Homogenisierungsanordnungen für das Erschmelzen und Ausarbeiten von Bleikristallgläsern bekannt, bei denen ein großer, zental angeordneter Rührer den gesamten Arbeitsteil

durchführt.

Diese lassen sich jedoch unter den Bedingungen der Borosilikatglasschmelze nicht realisieren und sind nicht geeignet, Feuerfestschlieren genügend zu verteilen. Schließlich sind in der DD-PS 129437 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Glasherstellung beschrieben, die die Homogenisierungswirkung durch einen erhöhton Glasmasseumlauf mit mehrfachen Umsätzen gegenüber den Entnahmemengen steigern. Das Glas gelangt vom Schmelzteil durch einen Durchlaß in einen Arbeitsteil, der in seinem, dem Schmelzteil zugewandten Teil

einen Schacht aufweist, in dem sich ein Rührer befindet, der die Glasschmelze nach unten auf de.. Schmelzestrom drückt, derden Durchlaß vorläßt. Dieser Schmelzestrom steigt infolge der Konvektion und durch die Wirkung des Rührers in dem dem

Schmelzteil abgewandten Teil des Arbeitsteil zur Entnahme nach oben. Der nicht entnommene Teil des Schmelzstromes gelangt

über eine Überströmschwelle in den Schacht und infolge des Rührers, unterhalb des Schachtes im wesentlichen zur

Vermischung mit der aus dem Schmelzteil nachströmenden Schmelze. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß der Rührer dem natürlichen Konvektionsverhalten der Schmelze entgegenwirkt. Diese würde nämlich ohne Rührer nach Verlassen des Durchlasses im Schacht sofort nach oben'steigen; ein möglicher Rührerausfall bedeutet eine Änderung im Strömungsablauf mit erheblichen Auswirkungen auf die Glasqualität im Entnahmebereich. Darüber hinaus kommt es durch die schnelle Vermengung des Rückstromes mit dem Vorstrom der Glasschmelze am unteren Ende des Schachtes zu einer ungenügenden, nur auf den Arbeitsteil beschränkten Zirkulation und Vermischung, was sich in einer geringeren Glasqualität ausdrückt. Ziel der Erfindung

Die Erfindung soll die aufgezeigten Mängel des Standes der Technik beseitigen und eine Lösung angeben, die eine hohe Glasqualität durch eine hohe Homogenisierungsleistung sowie einen intensiven Glasmasseaustausch zwischen dem Rückstrom und dem Vorstrom ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt daher dio Aufgabe zugrunde, ein Glasschmelzaggregat mit einer Verteilerwanne und mindestens einer Entnahmezelle zu schaffen, bei dem der Rückstrom im wesentlichen getrennt zum Vorstrom der Glasschmelze zwischen der Verteilerwanne und der Entnahmezelle verläuft. Außerdem soll gewährleistet sein, daß der Rückstrom bis in die Verteilerwanne gelangt, wo er mit der Glasmasse in der Verteilerwanne vermischt wird, so daß sich Feuerfestschlieren im Rückstrom nicht auf die Glasqualität auswirken.

Dabei soll die natürliche Konvektion weitestgehend zur Ausbildung der Glasströmung benutzt und gewährleistet werden, daß möglichst wenige, leicht flüchtige Bestandteile der Glasschmelze vor der Glasentnahme entweichen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Überströmkanal über dem Rückführkanal und unter der Oberfläche der Schmelze angeordnet ist, daß der Rückführkanal sich am Boden von Entnahmezelle und Durchlaß befindet und gegenüber dem Schacht, dem Durchlaß und dem Überströmkanal seitlich versetzt ist und daß im Schacht eine Elektrodenanordnung und/oder eine die Schmelze hebende Rührvorrichtung über der Elektrodenanordnung vorgesehen ist. Die Entnahmezelle besitzt eine einseitig angeordnete Elektrodenheizung. Der Rückströmkanal beginnt am Boden der Entnahmezelle auf der durch die Abwärtsglasströmung charakterisierten, der Eluktrodenheizung gegenüberliegenden Seite, durchdringt den Schacht in Bodennähe bis maximal zur halben Rührzellenbreite und führt am Boden dos Wannendurchlasses entlang bis in die vorzugsweise elektrisch beheizte Verteilerwanne hinein. Durch die Elektrodenanordnung im unteren Teil des Schachtes wird die Schmelze auf einer gewünschten Temperatur gehalten und gleichzeitig die Konvektion des Vorstromes im Schacht verbessert. Der im oberen Teil des Schachtes angeordnete Rührer beschleunigt und verwirbelt den nach oben gerichteten Vorstrom der Glasschmelze und bewegt ihn durch den Überströmkanal in die eigentliche Entnahmezelle. Durch die Erfindung gelingt es, einen intensiven Glasmasseaustausch zwischen Entnahmezelle und Verteilerwanne oder Arbeitswanne und Schmelzwanne bei sicherer Trennung von Vor- und Rückstrom sowie gleichzeitiger zwangsläufiger Homogenisierung des gesamten Vorstromes zu erreichen.

Vorteilhaft besteht die Rührvorrichtung aus einem im Schacht im wesentlichen mittig .ingeordneten senkrechten Rührer, der sich mit der Oberkante seines Flügels mindestens 20mm unterhalb des Bodens des Üt orströmkanals befindet. Dadurch wird nicht nur eine Verwirbelung der Glasschmelze vorgenommen sondern auch ihr sehne.ler Eintritt in den Überströmkanal hervorgerufen. Damit ein Entweichen von leicht flüchtigen Komponenten aus der Gfasschmelze im Schacht weitestgehend verhindert wird, ist dieser mit einer unmittelbar über der Schmelze befindlichen Abdeckung versehen, in der sich eine Öffnung für die Rührwelle befindet. Der Rührer ragt also von außen in den Schacht hinein.

«Die Elektrodenanordnung im unteren Teil des Schachtos kann aus einer oder mehreren horizontal oder vertikal angeordneten, Elektroden bestehen. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, eine vertikale Elektrode zu verwenden, die im Schacht in Breitenrichtung aus der Mitte, entgegen dem Rückführkanal versetzt ist, so daß die von ihr bewirkte Erwärmung des Vorstromes den Rückstrom im Rückführkanal nicht beeinflußt.

Es hat sich als günstig herausgestellt, wenn die Entnahmezellenbreite 1,7- bis 2mal so groß ist wie die Schachtbreite, wobei der Schacht aus Gründen der Herstellung vorzugsweise von quadratischem Querschnitt ist.

Der Überströmkanal u-*d der Rückführkanal haben vorzugsweise rechteckigen Querschnitt. Dia Breite des Rückführkanols ist mindestens gleich der Differenz aus Entnahmezellenbreite und Schachtbreite.

Für die Qualität des zu entnehmenden Glases ist es vorteilhaft, wann der Überstömkanal mindestens 100 mm unter dem Glasstand der Entnahmezelle angeordnet ist. Dio außerhalb des Rückführkanals im Schachtboden angeordnete Elektrode taucht 250 bis 350mm in das Schmelzbad ein und kann gegen eine Elektrode in der Verteilerwanne elektrisch geschaltet.

Da bestimmte Teile des Schachtes durch die Verwirbelung der Glasschmelze besonders beansprucht werden bzw. es darauf ankommt, daß die Breite des Rünkführkanals sich durch Korrosion nicht über die Hälfte der Schachtbreite In Richtung der vertikalen Elektrode erweitert, isind Schacht und Überströmkanal in der Nähe des Rührers und der Rückführkanal an seiner Elektrode am nächsten liegenden Seitenfläche vorteilhaft mit PlMin-Rhodium-Blech ausgekleidet. Ebenso kann der Rührer aus Platin-Rhodium-Material hergestellt sein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch einen Teil der Verteilerwanne und die Entnahmezelle entlang der Linie A-A in Fig.2; Fig. 2: einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1 und Fig.3: einen Horizontalschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 1.

In einem Schmelzaggregat 1 ist eine Verteilerwanne 2 über einen mit seitlichen Verjüngungen 'J versehenen Durchlaß 4 mit einem quadratischen Schacht S verbunden, der durch Wandungen 6; 7 einerseits von der Verteilerwanne 2 und andererseits von einer Entnahmezelle 8 getrennt ist. Die Verteilerwanne 2 ist elektrisch beheizt, was vertikale Elektroden 9 im Boden 11 dar Verteilerwanne 2 verdeutlichen.

Der Schacht 5 ist ebenfalls mit einer vertikalen Bodenelektrode 12 versehen, die mit mindestens einer der Elektroden 9 über einen Transformator 13 verschaltet ist und einen Heizkreis bildet, der 10 bis 3OkW Leistung entspeist. Die Elektrode 12 befindet sich in Breitenrichtung des Schachtes 5 außerhalb der Mitte und taucht in das ein Niveau 14 aufweisende Schmelzbad 250 bis 350 mm ein. Eine Abdeckung 15 auf dem Schacht 5 ist mit einer mittig gelegenen Öffnung 16 versehen, durch die ein um eine Achie X-X drehbarer Rührer 17 aus Platin-Rhodium hindurchragt, dessen Flügel 10 eine Längt* aufweist, die mindestens 65% der Breite des Schachtes 8 ausmacht. Die Umdrehungsgeschwindigkeiten des Rührers 17 beträgt 10 bis 20 Umdrehungen pro Minute. Der Schacht 5 ist durch einen Überströmkanal 18 und einen Rückführkanal 19 mit der Entnahmezelle 8 verbunden. Der Überströmkanal 18 befindet sich 100 bis 200mm unterhalb des Niveaus 14 der Glasschmelze in der Entnahmezelle 8 und der Rührer 17 mit der Oberkante seines Flügels 10 mindestens 20mm unter der Sohlenhöhe des Überströmkanals 18. Am Boden des Durchlasses 4, des Schachtes 5 und der Entnahmezelle 8 ist der Rückführkanal 19 gegenüber dem Überströmkanal 18 seitlich versetzt und so angeordnet, daß er nur bis in die Mitte des Schachtes 5 reicht, wobei seine Breite aber gleich der halben Breite der Entnahmezelle 8 ist. Dadurch besitzt der Durchlaß 4 an seinem Boden, von der Verteilerwanne 2 aus gesehen, auf der rechten Seite eine Erweiterung 29, während in der Hälfte der Breite des Schachtes 5, die sich vor der Elektrode 12 befindet, von der Verteilerwanne 2 aus gesehen also auf der linken Seite, die Wandung 7 zwischen der Entnahmezelle 8 und dem Schacht 5 bis zur Schachtsohle reicht. Über die Erweiterung 29 befinden sich eine seitliche Verjüngung 3, eine Begrenzungsfläche des Schachtes 5 und ein Teil der Wandung 7, die in Fig.3 durch einen gerissenen Linienzug 30 dargestellt wird.

In der Nähe des Rührerflügels 10 sind die Wandungen 6; 7 zur Verminderung oder Verhinderung der Korrosion mit Platin-Rhodium-Blechen 20 versehen. Aus dem gleichen Grunde ist die Wandung 7 an ihrer vertikalen Fläche 21 im Rückführkanal 19, auf deren Stabilität es besonders ankommt, mit Platin-Rhodium-Blech 22 verkleidet. In der Entnahmezelle 8 sind in der Hälfte, die bis zur Sohle durch die Wand 7 vom Schacht 6 getrennt ist, zwei horizontale Elektroden 23 angeordnet, die in Fig. 3 über der Schnittebene C-C liegen.

Die Entnahmezelle 8 ist im Oberofen 24 mit einer Entnahmeöffnung 25, Heizungsmitteln 26 und einem Thermoelement 27 versehen.

Beim Durchsatz stellt sich in der Verteilerwanne 2 im Schacht 5 und in der Entnahmezelle 8 dasselbe Niveau 14 der Glasschmelze ein. Der duich Pfeile 28 gekennzeichnete Glasstrom passiert, aus der Verteilerwanne 2 kommet, den Durchlaß 4 im oberen Teil und bewegt sich infolge der Erwärmung durch die Elektrode 12 und der hebenden Wirkung des Rührers 16 im Schacht 5 nach oben. Durch den Überströmkanal 18 gelangt die Glasschmelze in die Entnahmezelle 8, und zwar wird sio dort infolge der von den Elektroden 23 herrührenden Erwärmung zur Oberfläche angehoben, während sie auf der keine Elektroden 23 enthaltenden Seite der Entnahmezelle 8 von der Oberfläche nach unten strömt. Soweit sie durch die Entnahmeöffnung 25 nicht ausgearbeitet wird, gelangt die von der Oberfläche nach unten strömende Glasschmelze am Boden der Entnahmezelle 8 in den Rückführkanal 19, der auch gegenüber dem Durchlaß 4 seitlich versetzt ist, so daß das durch den Durchlaß 4 einströmende flüssige Glas und die durch den Rückführkanal 19 in die Verteilerwanne 2 zurückströmende Glasschmelze sich weder behindern noch vermengen. Die Erfindung ist nicht an einen bestimmten Schachtquerschnitt, eine spezielle Rührerausbildung oder-anordnung und eine bestimmte Anzahl und Anordnung der Elektroden gebunden. Rührer und Elektroden können im Schacht auch alternativ angeordnet sein.

Claims (10)

1. Glasschmelzaggregat mit einer Verteilerwanne und mindestens einer Entnahmestelle, zwischen denen ein Durchlaß zu einem Schacht besteht, der über einen Rückführkanal und einen Überströmkanal mit der Entnahmezelle verbunden ist, wobei Heiz- und Umwälzmittel im Schacht vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Überströmkanal über dem Rückführkanal und unter der Oberfläche der Schmelze angeordnet ist, daß der Rückführkanal sich am Boden von EntnahmesttSle und Durchlaß befindet und gegenüber dem Schacht, dem Durchlaß und dem Überströmkanal seitlich versetzt ist und daß im Schacht eine Elektrodenanordnung und/oder über der Elektrodenanordnung eine die Schmelze hebende Rührvorrichtung vorgesehen ist.

2. Glasschmelzaggregat gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Rührvorrichtung aus einem im Schacht im wesentlichen mittig angeordneten Rührer besteht, der sich mindestens

20 mm unterhalb des Überströmkanals befindet.

3. Glasschmelzaggregat gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Schacht mit einer unmittelbar über der Schmelze befindlichen Abdeckung versehen ist, in der sich eine Öffnung für die Rührerwelle befindet.

4. Glasschmelzaggregat gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektrodenanordnung aus einer vertikalen Elektrode besteht, die im Schacht in Breitenrichtung aus der Mitte, entgegen dem Rückführkanal, versetzt angeordnet ist.

5. Glasschmelzaggregat gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Schacht einen quadratischen Querschnitt aufweist.

6. Glasschmelzaggregat gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Entnahmezellenbreite 1,7- bis 2mal so groß ist wie die Breite des Schachtes.

7. Glasschmelzaggregat gemäß Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Rückführkanal einen rechteckigen Querschnitt aufweist und seine Breite mindestens gleich der Differenz aus Entnahmezellenbreite und Schachtbreite ist.

8. Glasschmelzaggregat gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Überströmkanal mindestens 100mm unter dem Glasstand der Entnahmezelle angeordnet ist.

9. Glasschmelzaggregat gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektrode im Schachtboden, außerhalb des Rückführkanals, mit einer Eintauchtiefe von 250 bis 350 mm angeordnet und gegen eine Elektrode in der Verteilerwanne elektrisch geschaltet ist.

10. Glasschmelzaggregat gemäß Anspruch 1 und 9, gekennzeichnet dadurch, daß Schacht und Überströmkanal in der Nähe des Rührers und der Rückführkanal an seiner der Elektrode am nächsten liegenden Seitenfläche mit Platin-Rhodium-Blech ausgekleidet sind und daß der Rührer aus Platin-Rhodium-Material besteht.