DE1018593B - Verfahren zum Betrieb eines Glaswannenofens und zur Durchfuehrung dieses Verfahrens geeigneter Glaswannenofen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist ein Verfahren zum Betrieb eines Glaswannenofens bekannt, bei welchem das flüssige Glas durch einen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindlichen, elektrisch beheizbaren Durchlaß zur Entnahmestelle strömt.

Auch die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein solches Verfahren. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Erhöhung des Durchsatzes des Ofens das Eindringen blasenhaltiger Oberflächenschichten der Schmelze in den Durchlaß zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Durchlaß die im wesentlichen von Gasblasen freien Bodenschichten der Glasschmelze beim Eintritt in den Durchlaß derart erwärmt werden, daß das Eindringen blasenhaltiger Oberflächenschichten der Schmelze in den Durchlaß weitgehend verhindert wird.

Vorzugsweise wird durch die Temperaturerhöhung am Durchlauf der Anteil der durch den Durchlauf strömenden blasenfreien Bodenschicht gegenüber der Oberflächenschicht erhöht.

Am besten wird am Durchlaß lediglich den Bodenschichten Wärme zugeführt.

Dementsprechend empfiehlt es sich zur Durchführung des Verfahrens, den Glaswannenofen derart auszugestalten, daß die Heizeinrichtungen im Bereich des Durchlasses aus Elektroden bestehen, die in einer Vertiefung des Ofenbodens angeordnet sind.

An sich ist ein Wannenofen bekanntgeworden, bei welchem der unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindliche Durchlauf zur Entnahmestelle elektrisch heheizbar ist. Es war jedoch nicht bekannt, diesen Ofen so zu betreiben, daß im Durchlauf die Viskosität infolge der Beheizung niedriger wird als in der Glas-λ'.-.^ηηε oberhalb des Einlasses des Durchlaufs.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß man einen Übertritt von Luftbläschen von der Schmelzwanne zur Arbeitswanne ohne Herabsetzen des Durchsatzes verhindern kann, wenn man nur dafür sorgt, daß die Schmelze dicht vor dem Durchlaß am dünnflüssigsten wird. Wenn man diese Bedingung erfüllt, kann man den Durchsatz des Ofens wesentlich steigern, ohne daß die Güte des gewonnenen Glases durch Luftbläschen beeinträchtigt würde. Auch wird der Vorteil erzielt, daß der Durchlauf von dem schädlichen Einfluß der heißen Oberflächenschicht der in der Schmelzwanne befindlichen Glasmasse verschont bleibt, weil vorwiegend die kühleren, blasenfreien Bodenschichten den Durchlauf durchfließen. Die Lebensdauer des Ofens wird dadurch wesentlich erhöht. Schließlich führt das Verfahren der Erfindung zu einer Verbesserung der Homogenisierung des Glases sowohl hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung als auch hinsichtlich seiner von der

Verfahren zum Betrieb

eines Glaswannenofens und zur

Durchführung dieses Verfahrens

geeigneter Glaswannenofen

Anmelder:

Stratabar Process Company,
Columbus, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. M.Licht, Berlin-Steglitz, Borstellstr. 51,
und Dr. R. Schmidt, Oppenau (Renchtal), Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. April 1954

Elisha Whiteheas Paxton, Columbus, Ohio (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Erhitzung abhängigen physikalischen Eigenschaften.

Denn die Unterschiede in der Erhitzungsdauer der Teilchen der zur Austragung gelangenden Glasschmelze werden auf ein Mindestmaß verringert. Dadurch läßt sich das Glas wesentlich leichter verarbeiten. Endlich wird der Vorteil erreicht, daß bei Betriebspausen die Glasschmelze im Durchlauf nicht so leicht erstarrt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Mittellängsschnitt durch einen Wannenofen derjenigen Bauart, die beim Herstellen von Flaschen und Gefäßen aus Glas und Preßglaserzeugnissen zum fortlaufenden Erschmelzen des Glases gewöhnlich verwendet wird,

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt, der die sich bei gesteigertem Durchsatz ergebenden Strömungsverhältnisse veranschaulicht,

Fig. 3 eine ähnliche Schnittansicht, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, doch gibt sie die Strömungs-Verhältnisse wieder, die sich bei einer noch weiter gesteigerten Durchsatzgeschwindigkeit einstellen,

Fig. 4 eine den Fig. 1, 2 und 3 entsprechende Schnittdarstellung des Wannenofens, veranschaulicht jedoch das Betriebsverfahren nach der Erfindung und

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Fig. 12 einen Teilgrundriß eines Wannenofens nach
der Erfindung und

Fig. 13 einen senkrechten Längsmittelschnitt durch
den in Fig. 12 gezeigten Wannenofen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Wannenofen 20 handelt
es sich um einen flammenbeheizten Siemensofen mit
Wärmerückgewinnung. Dabei treten die Flammen
durch drei Einlasse 33, 34 und 35 in den Ofen ein.

die für dieses Verfahren kennzeichnenden Strömungs- samten Flüssigkeitsspiegel innerhalb der Schmelzverhältnisse, wanne 21 auszubreiten suchen. Der Oberflächenstrom Fig. 5 in größerem Maßstab den mittleren Teil des 50 tritt unter die Decke 42 und kühlt sich dann ab, da Wannenofens, der auch in den Fig. 1, 2 und 3 wieder- er nicht nur durch Strahlung Wärmeverluste erleidet, gegeben ist, und läßt schematisch die geschichtete 5 sondern auch gegen die strahlende Hitze der Flam-Strömung der Schmelze durch den Durchlauf der menbefeuerung durch die Gemengedecke abgeschirmt Brücke erkennen, wobei der Schnitt wiederum längs ist. Infolgedessen nimmt die Zähigkeit und Wichte der einer senkrechten Mittellängsebene verläuft, Schicht 50 zu, und deren Strömung wird immer lang-Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Tempe- samer, bis sie schließlich an der Wand 28 abwärts raturverteilung in dem den Durchlauf der Fig. 5 io umgelenkt wird, wie der Pfeil 52 andeutet. Dann verdurchfließenden Strom, einigt sich die strömende Schicht 50 mit der tieferen, Fig. 7 einen Schnitt durch den mittleren Teil des verhältnismäßig langsam vorwärts fließenden Schicht in Fig. 4 gezeigten Wannenofens nach der Erfindung 54. Wie Fig. 1 zeigt, wird-die untere Schicht 54 aus zur Darstellung der im Durchlauf entstehenden Strö- verhältnismäßig kühlem, zähem und langsam fließenmungsverhältnisse, wobei der Schnitt längs der senk- 15 dem Glas gebildet. Ihre Strömungsgeschwindigkeit rechten Mittellängsebene verläuft. hängt davon ab, mit welcher Geschwindigkeit sie

Fig. 8, 9 und 10 Diagramme des Temperaturver- durch den Durchlauf 23 hindurchströmen kann, laufs, der sich in dem den Durchlauf gemäß Fig. 7 Die an der Quelle 45 aufwallende geschmolzene Glasdurchfließ enden Strom herstellen läßt, masse bildet aber auch eine stromab gerichtete Ober-

Fig. 11 einen Teil querschnitt des in den Fig. 4 und 7 20 flächenströmung, die durch den Pfeil 58 angedeutet gezeigten Wannenofens quer zur Strömungs richtung, ist. Wird der Wannenofen gemäß Fig. 1 mit einem

mäßigen Durchsatz betrieben, so wird die stromab gerichtete Oberflächenströmung 58 beim Anlangen an der Brücke nach unten abgelenkt, wie der Pfeil 59 an-25 deutet, und fließt dann in der Richtung des Pfeiles 60 wieder zur Quelle zurück. Die horizontal verlaufende Strömungskomponente der Oberflächenschicht 58 wird also durch die Brücke bis auf Null herabgesetzt. Da die Temperatur dieser Oberflächenschicht sehr hoch Im allgemeinen hat ein Ofen dieser Bauart zwei 30 bleibt, hat sie aber einen starken Auftrieb. Es steht Wannen, die durch den unter dem Flüssigkeitsspiegel daher keine Kraft zur Verfügung, durch welche diese befindlichen Durchlauf verbunden sind. Die eine Oberflächenschicht bis in die unteren kühleren Schich-Wanne 21 ist die Schmelzwanne, und die andere ten höherer Wichte herabgezogen werden könnte. Aus Wanne 22 ist die Arbeitswanne. Sie sind durch eine diesem Grunde kreist die geschmolzene Glasmasse in Brückenwand 24 voneinander getrennt, die bis zur 35 einer engen Bahn, die durch die Pfeile 58, 59 und 60 Ofensohle 25 herabreicht, aber an der Ofensohle den angedeutet ist. Dies ist jedenfalls der normale Betriebszustand. Wie bereits erwähnt, bilden sich bei der chemischen Umsetzung des Gemenges infolge des Schmelzvorganges fortlaufend Gasbläschen und die Eintragsöffnung 38 der Stirnwand 28 in die 40 Schaum, die an die Oberfläche steigen und platzen. Schmelzwanne 21 eingeführt, und das geschmolzene Die ganz feinen Bläschen aber werden in der von der

Quelle 45 ausfließenden Oberflächenschicht mitgeführt, bevor sie ausgeschieden werden. Derartige Bläschen sind beispielsweise in der strömenden Ober-Das durch die Eintragsöffnung 38 eingetragene Ge- 45 flächenschicht 58 bei 62 angedeutet, menge bildet die Gemengedecke 42, die auf der Ober- Fig. 2 zeigt nun einen etwas anderen Betriebszu-

fläche des geschmolzenen Glases am stromauf gelege- stand, der sich bei gesteigertem Durchsatz ergibt. Danen Ende der Schmelzwanne schwimmt und unter bei ist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit F₂ im dem Einfluß der Flammenbeheizung stromab in zu- Durchlauf 23 also höher als die sich beim Betrieb genehmendem Maße heißer wird und schmilzt. Dabei 50 maß Fig. 1 ergebende mittlere Geschwindigkeit V₁. tritt auch eine chemische Umsetzung ein, welche das Bei dem in Fig. 1 dargestellten Betriebszustand beGemenge in einem stetigen Strom in die Glasschmelze steht der gesamte durch den Durchlauf mit der Geumwandelt und die zugeführte Wärme zum Teil bin- schwindigkeit V₁ fließende Strom aus dem verhältnisdet. Der Anteil der chemisch gebundenen Wärme wird mäßig zähen, langsam fließenden Glas der unteren stromab immer kleiner, so daß ein immer größer wer- 55 Schicht 54. Die höher erhitzte Masse geringerer dender Anteil der zugeführten Wärme dazu dient, die Wichte, die sich bei 64 befindet, tritt in den DurchTemperatur der Schmelze zu steigern. An der heiße- lauf 23 überhaupt nicht ein, sondern verbleibt unter sten Stelle 45 entsteht dann die sogenannte »Quelle«, der Wirkung ihres Auftriebes dort, wo sie sich befindie G el ho ff als erster erkannt und beschrieben hat. det, also oberhalb der schwereren und kühleren Diese Quelle 45 befindet sich in der Längsmittel- 60 Schicht 54.

linie der Schmelzwanne. Sie erzeugt eine dünne, aber Steigt aber die Durchlaufgeschwindigkeit von V₁

verhältnismäßig schnell fließende Strömung geschmol- auf F₂, dann wird die höher erhitzte Glasmasse gerinzenen Glases, die sich von der Quelle 45 aus in allen gerer Wichte im Bereich 64 mitgerissen und beginnt Richtungen längs des Flüssigkeitsspiegels ergießt. in den Durchlauf 23 hineinzufließen, wie es der Pfeil Von der Quelle 45 aus fließt also auch rückwärts eine 65 66 andeutet. Dabei hängt die mittlere Strömungsge-Oberfiächenschicht, die bei 50 angedeutet ist und die schwindigkeit V_v bei der diese Erscheinung auftritt, Gemengedecke 42 in bekannter Weise zurückschiebt. von verschiedenen Faktoren ab, nämlich von der Bau-Würde diese rückwärts gerichtete Strömung, die durch art des Wannenofens, von der Art des Glases, von der die Wärmekonvektion erzeugt ist, nicht vorhanden Betriebstemperatur, vom Wärmegefälle und noch von sein, so würde die Gemengedecke sich über den ge- 70 anderen Umständen.

Durchlauf 23· aufweist. Die übrigen Ofenwände, nämlich die Stirnwände 28 und 29 sowie die Seitenwände
32, tragen die Ofenkappe 30. Das Gemenge wird durch

Glas wird aus der Arbeitswanne 22 mit Hilfe eines
Auslasses 40 ausgetragen, der in der Stirnwand 29
vorgesehen ist.

Wird der Durchsatz weiter gesteigert, und zwar so weit, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Durchlauf die GrOBeF₃ erreicht (Fig. 3), dann stürzt sich der hocherhitzte Strom 58 noch steiler herab, wie bei 70 angedeutet, und führt zu dem in Fig. 3 dargestellten Strömungszustand, bei welchem die in Fig. 2 bei 66 angedeutete Erscheinung ihren Höhepunkt erreicht. Beginnt die Oberflächenströmung zum Durchlauf 23 herabzufließen, dann führt sie auf ihrer Bahn 70 Luftbläschen 62 mit und trägt sie durch den Durchlauf 23 hindurch in die Arbeitswanne 22. Bei normalem Betriebszustand befinden sich die Luftbläschen 62 lediglich in der Oberflächenschicht der Schmelze innerhalb der Schmelzwanne 21. Daß sich in größerer Tiefe keine Luftbläschen befinden, wird durch die Tatsache bewiesen, daß man den Durchsatz und damit die Strömungsgeschwindigkeit im Durchlauf nur ganz wenig zu verringern braucht, um Luftbläschen in der Arbeitswanne 22 sofort wieder zum Verschwinden zu bringen. Das plötzliche Auftreten und Verschwinden von Bläschen in der Arbeitswanne bei einer ganz bestimmten kritischen Grenze der Strömungsgeschwindigkeit wäre gar nicht zu erklären, wenn die ganze in der Schmelzwanne 21 befindliche Glasmasse Luftbläseben enthielte. Diese Überlegung führt zwanglätifig zu dem Schluß, daß die Oberflächenschicht 58 trotz ihrer höheren Temperatur und geringeren Wichte herab in den Durchlauf 23 hineinfließt und die störende Strömung 70 erzeugt, welche das fortschreitend kalter und schwerer werdende geschmolzene Glas durchsetzt. Es gibt noch einen \veiteren Beweis dafür, daß die störende Strömung 70 tatsächlich eintritt. Dieser Beweis ergibt sich aus einer Überprüfung der Temperatur, die in dem in der Arbeitswanne vom Durchlauf aus aufwärts gerichteten Strom 74 herrscht. Je höher nämlich der Durchsatz wird, um so mehr nähert sich die Temperatur, die in dem bei 74 vom Durchlauf aus auftauchenden Glasstrom herrscht, der Temperatur der Oberflächenschicht 58, die sich deutlich von der viel niedrigeren Temperatur unterscheidet, die in größerer Tiefe, etwa bei 52, herrscht. Schließlich wird die Tatsache, daß der Oberflächenstrom 58 bei 70 herabtaucht und den Durchlauf 23 durchströmt, durch die Art der im Durchlauf auftretenden Korrosion bewiesen. Betreibt man nämlich den Ofen für längere Zeit ununterbrochen mit einem so hohen Durchsatz, daß Bläschen in die Arbeitswanne 22 gelangen, dann wird die Decke 76 des Durchlaufs 23 viel schneller zerstört als die Sohle des Durchlaufs 23. Das läßt sich aber nur dadurch erklären, daß die Decke des Durchlaufs der zerstörenden Wirkung der außerordentlich heißen Glasmasse ausgesetzt wird, aus welcher der bei 70 herabtauchende Oberflächenstrom 58 besteht. Die Seitenwände und die Sohle des Durchlaufe 23 sind aber lediglieh dem viel weniger heißen Glasstrom 54 ausgesetzt. So erklärt sich ihre geringere Korrosion.

Der beschriebene Strömungszustand, bei welchem der heiße Oberflächenstrom 58 auf dem Wege 70 bis in den Durchlauf 23 hineintaucht und in die Arbeitswanne gelangt, erfordert zu seiner Entstehung einen gewissen Energieaufwand, da ja die leichte Oberflächenschicht sich abwärts durch die tiefer gelegenen Schichten fortschreitend kühleren und schwereren Materials ihren Weg bahnen muß. Auch bestehen notwendigerweise mit zunehmender Tiefe erhebliche Unterschiede in dem Strömungswiderstand der verschiedenen Schichten. Die den beschriebenen Strömungszustand erzeugende Energie muß nun nach den zugrunde liegenden Gesetzen der Hydraulik durch die statische Energie geliefert werden, die sich aus dem Gefälle, also aus dem Höhenunterschied der Flüssigkeitsspiegel in den beiden Wannen 21 und 22, ergibt. Da das gesamte vom Einlaß 38 bis zum Auslaß 40 zur Verfugung stehende Gefälle mit zunehmendem Durchsatz wächst, muß daher nach dem Gesetz von Bernoulli mit zunehmendem Durchsatz auch die Gesamtenergie wachsen, die an jeder Stelle längs der Strömung vorhanden ist. Je größer das Gefälle ist, um so

ίο höher ist daher die Strömungsgeschwindigkeit der tieferen Schicht 54, insbesondere innerhalb des Durchlaufs 23. Infolge der Zähigkeit und der hohen Wichte dieser Schicht 54 wächst ihr Strömungswiderstand mit zunehmender Geschwindigkeit fortschreitend. Bei zunehmendem Durchsatz wird daher schließlich ein Punkt erreicht, bei welchem es eine geringere Energie erfordert, das gesamte erforderliche Strömungsvolumen im Durchlauf zum Teil aus der mittleren Schicht im Raum 64 zu decken, als ausschließlich aus der unteren Schicht 54 allein. So erklärt es sich, daß bei zunehmendem Durchsatz zunächst der in Fig. 2 veranschaulichte Strömungszustand eintritt, bei welchem eine Strömung 66 aus dem Raum 64 abwärts in den Durchlauf hinein entsteht. Wird der Durchsatz noch weiter gesteigert und wächst daher der Wilderstand der zähen unteren Schicht 54 gegen eine Geschwindigkeitszunahme, dann ergibt sich schließlich der in Fig. 3 dargestellte Strömungszustand.

Bei Betrieb des Wannenofens mit einem hohen Durchsatz beeinträchtigt die beschriebene Erscheinung den im übrigen verhältnismäßig ruhigen Oberflächenzustand und fördert tatsächlich das schaumhaltige Oberflächenglas abwärts und durch den Durchlauf hindurch. Bei Zunahme dieser Oberflächenströmung 58 (Fig. 3) wird die Quelle 45 durch die bloße Kraft dieser Strömung stromab verlagert. Gleichzeitig wird der von der Quelle aus rückwärts gerichtete Oberflächenstrom 50 geschwächt, so daß er die Gemengedecke 42 nicht mehr so weit zurückdrückt, sondem weiter nach vorn wandern läßt. Das ist aber unerwünscht, weil dadurch die Beheizung der Glasmasse beeinträchtigt wird. Die Wärmezufuhr soll aber gerade bei diesem Betriebszustand dem hohen Durchsatz entsprechend gesteigert werden, da ja mehr Gemenge der Schmelzwanne zugeführt wird, um die zunehmende Austragung aus der Arbeitswanne auszugleichen.

Das Schmelzen und Läutern des Glases erfordert aber eine gewisse Zeit. Durch die Verlagerung der Glasmasse, die durch das Herabtauchen der hocherhitzten Oberflächenschicht 58 bei 70 bewirkt wird, wird aber eine waagerechte, vorwärts gerichtete Strömungskomponente hervorgerufen, deren Gesamtwirkung dahin geht, die vorwärts gerichtete Oberflächenströmung innerhalb der gegebenen Abmessungen des in der Schmelzwanne befindlichen Flüssigkeitsspiegels zu beschleunigen und dadurch die Zeit zu verringern, die zum Läutern, insbesondere zum Aufsteigen und Platzen der Luftbläschen, zur Verfügung steht. Auch werden durch das Vorrücken der Gemengedecke 42 noch weiter Raum und Zeit verringert, die zum Läutern zur Verfügung stehen. Es bleiben daher Luftbläschen und Schaum in einem unzulässigen Maß in der Glasmasse eingeschlossen und werden durch die Abwärtsströmung 70 mitgeführt.

Diese sich sehr schnell steigernden verschiedenen Umstände setzen weiteren Versuchen, den Durchsatz zu erhöhen, sehr schnell eine Grenze, wenn sich erst eine erhebliche waagerechte Strömungskomponente der die Bläschen enthaltenden Oberflächenschicht in der Schmelzwanne 21 entwickelt hat.

In Fig. 4 ist wiederum ein Wannenofen 20 darge- geführt zu werden braucht, wird verständlich, wenn stellt, welcher im großen ganzen dieselbe Bauart auf- man beachtet, daß bereits eine Temperaturerhöhung weist, wie sie in den vorhergehenden Figuren gezeigt der unteren Strömungsschicht 54 an den Elektroden in ist. Indessen sind nun für die Zwecke dar Erfindung der Größenordnung von etwa 28° C zu einer erhebzwei im Abstand voneinander angeordnete Elektroden 5 liehen Änderung der Viskosität führt. Diese wird

80 und 81 in Bohrungen 85 und 86 der Sohle einge- nämlich im Durchlauf 23 um etwa 23% herabgesetzt, führt. An diese Elektroden ist eine Wechselstromquelle Der durch, die Erfindung erzielte Fortschritt beruht angeschlossen, welche durch die elektrisch leitende also hauptsächlich darauf, daß die untere zähflüssige Schmelze hindurch einen elektrischen Strom fließen Schicht 54 dünnflüssiger gemacht wird und daß daläßt, wobei die Schmelze als Heizwiderstand wirkt, io durch die Strömungsverhältnisse im Durchlauf 23 der zwischen den Elektroden eingeschaltet ist. Durch wesentlich geändert werden. Diese Änderung läuft diesen Wechselstrom, der zwischen den Elektroden keineswegs etwa darauf hinaus, daß die Schmelzfließt, wird nun im Bereich des Durchlaufs die untere geschwindigkeit erhöht wird. Daher darf man das der zähflüssige Schicht 54 (Fig. 4) beheizt. Die Erfindung Erfindung zugrunde liegende neuartige Prinzip nicht beruht auf der Entdeckung, daß den Elektroden 80 und 15 mit der an sich bekannten Maßnahme verwechseln,

81 nur eine sehr geringe elektrische Leistung züge- durch eine verhältnismäßig energiereiche elektrische führt zu werden braucht, um die Viskosität der Glas- Zusatzheheizung lediglich die Geschwindigkeit zu erschmelze in der unteren Schicht 54 und damit deren höhen, mit der das Rohmaterial geschmolzen wird.
Strömungswiderstand wesentlich herabzusetzen. Man Um zu erklären, weshalb man beim Verfahren nach erreicht dadurch, daß die untere Schicht 54 unter 20 der Erfindung nur eine recht kleine elektrische Leieinem gegebenen hydrostatischen Druck schneller stung zum Beheizen der unteren zähen Glasschiebt fließt, als es der Fall wäre, wenn man auf die zusatz- aufzuwenden braucht, welche den Durchlauf durchliche elektrische Beheizung mit Hilfe der Elektroden strömt, und dennoch die Leistungsfähigkeit des Ofens verzichten würde. Infolge der geringeren Viskosität entscheidend steigert, seien nunmehr mit Bezug auf der Schicht 54 kann man den Ofen mit einem größeren 25 die Fig. 5 und 7 die Strcimungsverhältnisse unter VerDurchsatz betreiben, ohne befürchten zu müssen, daß wendung <'er grundlegenden hydraulischen Formeln übermäßig viel Luft- oder Gasbläschen in die Arbeits- untersucht. Dann wird man erkennen, warum bereits wanne 22 übergeführt werden. Denn die kritische durch Zufuhr einer verhältnismäßig geringen elek-Grenze, bei der diese unerwünschte Erscheinung auf- irischen Leistung die Überführung von bläscbentritt, wird durch die Erfindung wesentlich erhöht. 30 haltigem Glas durch den Durchlauf hindurch in die Wie sehr bei Anwendung des Verfahrens nach der Arbeitswanne 22 verhindert wird.

Erfindung der Durchsatz gesteigert werden kann, be- In den Fig. 5 und; 7 sind zwei Wannenöfen wiedeirvcT die kritische Grenze der im Durchlauf 23 ent- gegeben, deren Durchläufe 23 die gleichen Absiebenden Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, messungen haben. Nur ist der Ofen der Fig. 7 im sei nunmehr an Hand der Fig. 3 und 4 erläutert. 35 Bereich seines Durchlaufe 23 erfindungsgemäß mit

Dabei sei davon ausgegangen, daß Fig. 4 den der Zusatzbeheizung ausgerüstet. InFig. 5 ist wiederum Strömungszustand wiedergibt, der sich bei dem der der Strömungszustand wiedergegeben, der sich im

Fig. 1 zugrunde gelegten Durchsatz einstellt. Wie be- Durchlauf 23 einstellt, wenn die kritische Grenze des

reits erwähnt, ist angenommen, daß beide Öfen die Durchsatzes überschritten wird. Es fließt also ein

gleiche Größe und die gleiche Bauart aufweisen und 40 Strom von heißem Oberflächenglas 101 stetig herab

sich nur durch die erfindungsgemäß am Durchlauf und durch den Durchlauf 23 hindurch. Gleichzeitig

vorgeseheno Zusatzbeheizung unterscheiden. In beiden strömt durch den Durchlaß die wesentlich weniger

Fällen ist daher die Strömungsmenge im Durchlauf heiße, zähe untere Schicht 103. Die Summe der Strö-

gleich groß. Da die Durchläufe den gleichen Quer- mungsmenge der oberen Schicht 101 und der Strö-

scbnitt haben, ist auch die mittlere Strömlings- 45 mungsmenge der unteren Schicht 103 muß der ge-

geschwindigkeit im Durchlaß gleich groß, nämlich samten Strömungsmenge gleich sein. Stellt nun Vf

gleicht V₃. die Geschwindigkeit der schnell fließenden Schicht

Infolge der erläuterten hydraulischen Bedingungen 101 und Vs die Geschwindigkeit der langsam

führt bei dem Ofen nach Fig. 3 die Strömungs- fließenden Schicht 103 dar, so läßt sich, für den

geschwindigkeit V₃ zu einem Zustand, der die kritische 50 Strömungszustand der Fig. 5 folgende Gleichung auf-

Grenze überschreitet und daher die abwärts gerichtete stellen:

Strömung der bläschenhaltigen Oberflächenschicht Volumetrische!"

durch den Durchlauf hindurch zur Folge hat. Wird Durchsatz

nun aber der Ofen mit der Zusatzbeheizung gemäß _{durch den Ofen =} volumetrische Strömungsmenge

Fig. 4 versehen, so¹ wird dadurch vermieden, daß die 55 durch den Durchlauf 23

hohe Strömungsgeschwindigkeit V₃ zm Bildung der = (volumetrische Strömungsmenge

störenden abwärts gerichteten Strömung führt, die _der Schicht 103) plus

sonst bei Überschreiten der kritischen Grenze eintritt (volumetrische Strömungsmenge

und bläscbenhaltiges Glas aus der Oberflächenschicht ^_€Γ Schicht 101)

58 in die Arbeitswanne 22 gelangen läßt. Denn durch 60 _{= Vs} (Querschnitt der Schicht 103) plus

die Zusatzbeheizung wird die sonst zähe untere F/(Querschnitt der Schicht 101)
Schicht 54 leicht flüssig. Dadurch, werden die Strö'-

mungsbedinguingen in einer Weise geändert, derzu- Da der Querschnitt der Schicht 103 verhältnismäß^;g

folge der gesamte den Durchlauf 23 durchströmende groß ist, wird es verständlich, daß man Vs nur wenig

Glasfluß von der unteren blasenfreien Schicht 54 ge- 65 zu steigern braucht, um zu erreichen, daß Vf (Quer-

liefert wird, obgleich der Durchsatz ebenso weit ge- schnitt des Stromes 101) sich schnell verringert, weil

steigert ist wie bei dem in Fig. 3 veranschaulichten ja die gesamte Strömungsmenge durch den Ofen

Betriebszustand. hindurch, konstant bleibt. Da aber nur eine geringe

Der bedeutsame Umstand, daß den Elektroden 80 Zunahme der Geschwindigkeit Vs erforderlich ist, um

und 81 nur eine sehr geringe elektrische Leistung zu- 70 Vf klein zu halten, braucht auch die Viskosität der

Schicht 103 nur wenig herabgesetzt zu werden. Das ist der Grund, weshalb ein verhältnismäßig geringer Aufwand an elektrischer Energie genügt, um. den in Fig. 5 gezeigten Strömungszustand so abzuändern, daß er der Fig. 7 entspricht. Voraussetzung· dafür ist es aber, daß die für die Zusatzbeheizung erforderliche Leistung in der richtigen Weise aufgewendet wird.

Fig. 6 gibt ein Diagramm wieder, in welchem das Wärmegefälle dargestellt ist, das sich bed einem senkrechten Schnitt durch den Durchlauf 23 der Fig. 5 ergibt. Wie man sieht, weist die untere Schicht 103 verhältnismäßig niedrige Temperaturen TS auf, während die Temperatur TF der hocherhitzten Oberflächenschicht 101 wesentlich höher ist. Beim Übergang durch die Trennfläche 105 der beiden Schichten ergibt sich also ein sprunghafter Temperaturanstieg, wie aus dem Diagramm der Fig. 6 zu ersehen ist.

Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen nun verschiedene Wärmegefälle, die sich bei einem senkrechten Schnitt durch den Durchlauf 23 ergeben, sofern das Betriebsverfahren gemäß Fig. 7 durchgeführt wird. Wie das Gefälle verläuft, hängt davon ab, wie groß die für Zusatzbeheizung aufgewandte elektrische Leistung im Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit bemessen wird. Wie man sieht, ist in der Kennlinie der in Fig. 6 gezeigte Abschnitt der hohen Temperatur TF beseitigt. Je nachdem wie stark die Zusatzbeheizung bemessen wird und je nachdem mit welcher Geschwindigkeit die Temperatur steigt und durch die waagerechte Strömungskomponente im Durchlauf beeinflußt wird, verläuft das Gefälle von oben nach unten, oder von unten nach oben oder verschwindet ganz. Die Decke des Durchlaufs wird also nicht mehr dem hoch erhitzten Glasstrom ausgesetzt, wie es bei dem in Fig. 5 veranschaulichten Betriebszustand der Fall ist. In dem wirksamen beschränkten Bereich des Durchlaufs steigt das erhitzte Glas hoch und führt zu einer schnellen und wirksamen Konvektionsströniung, durch welche das gesamte bearbeitete Glas gründlich durchgemischt wird. Das bietet den Vorteil, der Bildung von Schlieren oder Fäden vorzubeugen. Die störende Strömung 70 (Fig. 3) bzw. 101 (Fig. 5) hat noch einen weiteren Nachteil. Das in ihr enthaltene Glas aus der Oberflächenschicht 58 befindet sich, erst seit einer viel kürzeren Zeit in dem flüssigen Aggregatzustand als das Glas in der unteren Schicht 54 (Fig. 3) bzw. 103 (Fig. 5). Es hat daher nicht solange reifen können. Dadurch ist die Homogenität beeinträchtigt. Bei dem Verfahren nach der Erfindung fließt nun aber durch den Durchlauf 23 ausschließlich die untere Schicht hindurch., die durch die Zusatzbeheizung beschleunigt wird, wie dies die Fig. 4 und 7 zeigen. Das Glas in, dieser Schicht ist aber in viel höherem Maßei homogen, da es einen längeren Reifeprozeß durchlaufen hat. Trotz des gesteigerten Durchsatzes führt daher das Verfahren nach der Erfindung zu einem gleichmäßiger ausgereiften und daher in höherem Maße homogenen Erzeugnis.

Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen die Erfindung in Anwendung auf einen an sieh bekannten Wannenofen, dessen Sohle unter dem Durchlauf vertieft ist. Die Schmelzwanne 110 ist mit der Arbeitswanne: 111 also durch; einen Durchlauf verbunden, dessen Sohle 112 tiefer liegt als die Sohle 113 der Schmelzwanne. Dabei ist dieser Ofen mit mehreren Elektroden 115, 116, 117 ausgerüstet, die der stetigen. Widerstandsheizung dienen, Diese Elektroden gehen durch· die Sohle 118 des Durchlaufs hindurch und ragen in die untere Glasschicht hinein. Dabei empfiehlt es sich, die ohnehin vertieft liegende Sohle 112 noch mit einer zusätzlichen Vertiefung 120 zu versehen, um dadurch den Abstand zwischen den Elektroden, und der Decke 122 des Durchlaufs zu vergrößern.

Wie die Fig. 7 und 11 zeigen, können auch zwei T-förmige Elektroden 80 und 81 vorgesehen werden, die einen waagerechten, mit dem Glasstrom in Berührung stehenden Kopf haben. Der Schaft 82 der Elektrode 81 geht dabei durch die Bohrung 86 der Sohle hindurch, und ihr Kopf 83 erstreckt sich quer

ίο zur Flußrichtung des Glases im Durchlauf. Dabei ist der Kopf in einer Aussparung 84 angeordnet, die in der Oberfläche der Ofensohte 25 vorgesehen ist. Diese Anordnung führt dazu, daß die Elektroden niedriger zu liegen kommen und daher der Weg des elektrischen Stromes durch die geschmolzene Glasmasse hindiurch niedriger verläuft. Die unmittelbar über der Sohle befindlichen zähflüssigen Glasschichten werden daher am stärksten beheizt. Da man die T-förmigen Elektroden, nur einbauen, kann., wann der Ofen kalt und leer ist, besteht bei der Inbetriebnahme und beim Anheizen des Ofens die Gefahr, daß die Elektroden unter dem Einfluß der Luft oxydiert werden. Das kann man dadurch verhindern, daß man die Elektroden mit einer Schutzschicht aus Wasserglas od. dgl.

bestreicht und nach ihrem Einbau die Vertiefung 84 mit einem Glasgemenge! niedrigen. Schmelzpunktes gefüllt hält, beispielsweise mit Emaille oder feingemahlenem Scherbenglas. Wenn man dann den Ofen anheizt, so erweichen und schmelzen diese Schutzmassen alsbald, und, bilden, in der Vertiefung 84 einen die Elektroden schützenden Mantel, durch den sie vor der oxydierenden Luft geschützt werden, bis sich schließlich bei vollem Betrieb¹ des Ofens der ganze Durchlauf mit dem geschmolzenen Glas füllt. Dadurch, daß man die waagerecht verlaufeinden Elektrodenköpfe innerhalb der Vertiefungen 84 anordnet, erreicht man also einerseits die erwünschte' tiefstmögliche Lage der Elektroden und andererseits die Möglichkeit, die Elektroden während der Anheizperiode mit einer Schutzmasse zu umkleiden, die an Ort und Stelle verbleibt.

Die erläuterte Elektrodenanordnung bietet also> den Vorteil, daß man mit ihrer Hilfe die elektrische Zusatzbeheizung in der einfachsten Weise an der richtigen Stelle zur Wirkung bringen, und die Wärmewirkung in der gewünschten. Weise verteilen kann.

Einer Steigerung der mit Hilfe einer Elektrode gegebener Abmessungen zuzuführenden elektrischen Heizleistung ist dadurch eine Grenze gesetzt, daß das Glas an der Elektrode nicht überhitzt werden darf. Das hoicherhitzte Glas muß sich daher im unmittelbaren Bereich der Elektrode im Fluß befinden, um den Heizbereichi zu verlassen, bevor seine Temperatur zu einer chemischen Zersetzung führt. Denn das würde zu einer heftigen Gasbildung führen. Wenn nun die Elektrode an einer Stelle angeordnet ist, an der sich die Glasmasse mehr oder weniger im Ruhezustand befindet, dann ist die Gefahr der Überhitzung besonders groß. Denn dann kann das Glas vor Überhitzung lediglich durch eine Wärmeströmung geschützt werden. Diese Wärmeströmung wird aber durch die die Heizstelle umgebenden zähen Glasmassen behindert. In dieser Hinsicht führt nun. die Erfindung zu sehr günstigen Betriebsverhältnissen,

6g weil die Elektroden in dem verhältnismäßig schnell fließenden Glasstrom angeordnet sind, der den Durchlauf durchsetzt. Daher gelangt die im Bereich der Elektrode erhitzte Glasmasse vor einer etwaigen Überhitzung wieder aus dem Heizbereich. Die kinetische Strömungsenergie des Glasstromes führt

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dabei zu: einer zusätzlichen Kraft, welche die Geschwindigkeit erhöht, mit der das Glas wieder aus dem unmittelbaren Bereich der Elektrode entweicht.

Erfindungsg'emäß werdfön nun die Elektroden so angeordnet, daß dieser Vorteil voll zur Geltung kommt. Denn gerade im Bereich des Durchlaufs hat die Glasmasse unter allen Betriebsbedingungen eine verhältnismäßig hohe, zwangläufig herbeigeführte Strömungsgeschwindigkeit.

Die Kühlung der Elektroden kann in beliebiger Weise herbeigeführt werden, beispielsweise mit Hilfe einer den, Elektrodenschäften zuzuführenden Kühlflüssigkeit.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines Glaswannenofens, bei welchem das flüssige Glas durch einen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindlichen, elektrisch beheizbaren Durchlaß zur Entnahmestelle strömt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Durchlaß die im wesentlichen von Gasblasen

freien Bodenschichten, der Glasschmelze beim Eintritt in den Durchlaß derart erwärmt werden, daß das Eindringen blasenhaltiger Oberflächenschichten der Schmelze in den Durchlaß weitgehend verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Temperaturerhöhung am Durchlauf der Anteil der durch den Durchlauf strömenden blasenfreien Bodenschicht gegenüber der Oberflächenschicht erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Durchlaß lediglich den Bodenschichten Wärme zugeführt wird.

4. Glaswannenofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen (115, 116) im Bereich des Durchlasses (23) aus Elektroden (80, 81) bestehen, die in einer Vertiefung (120) des Ofenbodens angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 444 138.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

- 709 758/186 10.57