DE102020132484A1

DE102020132484A1 - Ein glasschmelzofen mit einer konversionsregion für dieumwandlung des glasgemenges in die glasschmelze und die artund weise der konversion

Info

Publication number: DE102020132484A1
Application number: DE102020132484.7A
Authority: DE
Inventors: Lubomir Nemec; Marcela Jebavá; Petra Cincibusová; Pavel Budik
Original assignee: GLASS SERVICE A S; GLASS SERVICE AS; VS CHEMICKO TECHNOLOGICKA V PRAZE; Institute of Rock Structure and Mechanics CAS; Vysoka Skola Chemicko Technologicka V Praze
Current assignee: GLASS SERVICE A S; GLASS SERVICE AS; VS CHEMICKO TECHNOLOGICKA V PRAZE; Institute of Rock Structure and Mechanics CAS; Vysoka Skola Chemicko Technologicka V Praze
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-06-10
Also published as: CZ2019747A3; DE202020107034U1; DE202020107034U8; CZ308684B6

Abstract

Der Glasschmelzofen umfasst die Konversionsregion (1) und die Homogenisierungsregion (6). Die Konversionsregion (1) verfügt über einen Seiteneingang (2) in jeder der einander gegenüberliegenden Seitenwände (10); ist bestückt mit vertikalen Stabelektroden (3), die im Boden (7) angebracht sind, und vertikalen Gasbrennern (4), die sich in der Gewölbe (8) befinden; hat in regelmäßigen Formationen vertikale Stabheizelektroden (3) auf der ganzen Fläche des Bodens (7) und vertikale Brenner (4) auf der ganzen Fläche der Gewölbe (8); hat Achsen (9) vertikaler Elektroden (3), die einen Minimalabstand von 0.3 m zueinander und zu den Wänden (10, 14) aufweisen; hat Achsen (11) vertikaler Brenner (4), die in einem Mindestabstand von 0.5 m voneinander und von den Wänden (10, 14) angeordnet sind; und hat Spitzen (12) der Elektroden (3), die von der unteren Oberfläche der Schicht des Glasgemenges (5) maximal 0.4 m entfernt sind. Der Anteil der elektrischen Energie der Heizelektroden (3) an der in die Konversionsregion (1) mit den Heizelektroden (3) und Brennern (4) geleiteten Gesamtenergie beträgt mindestens 50 %. Die Art und Weise der Konversion des Glasgemenges (5) in Glasschmelze (13) im Glasschmelzofen besteht laut der Erfindung darin, dass über die Elektroden (3) und den Gasbrennern (4) in die Konversionsregion (1) 6.000 bis 14.000 kW für die Konversion des Glasgemenges (5) in Glasschmelze (13) für die Entstehung von 3 bis 7 kg Glas pro Sekunde zugeführt werden. Die Konversionsgeschwindigkeit des Glasgemenges (5) in Glasschmelze (13) liegt in der Toleranz von 0.25 bis 0.30 kg × m-2× s-1.

Description

Technikbereich
Die Erfindung betrifft einen Glasschmelzofen mit einer Konversionsregion für die Umwandlung des Glasgemenges in die Glasschmelze. Die Konversionsregion mit einer hohen Konzentration an Heizenergie für die Umwandlung des Glasgemenges in die Glasschmelze hat eine Schicht aus Glasgemenge auf der geschmolzenen Glasschmelze. Die Konversionsregion, bestehend aus Boden, gegenüberliegenden Seitenwände und einer Frontwand, verfügt über zwei Seiteneingänge und wird mittels Elektroden und Gasbrennern beheizt. Der Glasschmelzofen umfasst des Weiteren die an die Konversionsregion sich anschließende vollelektrisch beheizte Homogenisierungsregion für die Homogenisierung der Glasschmelze.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Art und Weise der Konversion des Glasgemenges in die Glasschmelze in der Konversionsregion.
Der bisherige Stand der Technik
Ein kontinuierlicher Glasschmelzofen mit einem horizontalen Durchfluss der Schmelze lässt sich in die Eingangs- (Konversions-) Region mit der Gemengeschicht an der Oberfläche und die Homogenisierungsregion verteilen, in welcher die Schmelzvorgänge beendet werden, vor allem das Auflösen des Quarzsands und die Blasenbeseitigung [5]. Ihre messbare Leistung bewegt sich für gewöhnlich zwischen 2 bis 3 t·m^-2·Tag^-1, bei Spitzenanlagen, gewöhnlich mit einer elektrischen Beheizung, bis zu 4 t·m^-2·Tag^-1 [6]. Das Problem dieser Öfen ist die niedrige Konversionsgeschwindigkeit des Gemenges als Folge des nur wenig intensiven Wärmetransports in das Gemenge hinein [3] und die weiträumige Homogenisierungsregion. Aus der Homogenisierungsregion wird in die Konversionsregion ein Teil der Energie durch den rückläufigen Zirkulationsfluss der Schmelze geliefert und als Folge dieses Zirkulationsflusses entstehen in der Homogenisierungsregion große, für die Verwirklichung der Homogenisierungsvorgänge, ungenutzte Bereiche. Für das Erreichen einer ausreichenden Homogenisierungskapazität ist es deshalb notwendig, das die Homogenisierungsregion weiträumig ist [5, 7].
Die angeführte niedrige Konversionsgeschwindigkeit des Gemenges in Glas in der Konversionsregion wird durch eine Beschleunigung der Kinetik des Konversionsprozesses, vor allem durch eine Verbesserung des Wärmetransports in die Gemengeschicht z. B. durch elektrisches Anheizen [8] oder durch eine Optimierung des Konversionsmechanismus [9] gelöst.
Das angeführte Problem der großen Homogenisierungsregion und ihre geringe Nutzung für die Homogenisierungsabläufe kann auf zweierlei Art und Weise gelöst werden.
Die erste Art und Weise verwendet die Separierung der Abläufe der einzelnen Schmelzvorgänge in dazugehörige getrennte Bereiche, was z. B. in einem segmentierten Schmelzofen - Beispiel ist der Schmelzofen nach Beerkens [10] (segmented melter) - verwirklicht wird. Durch die Aufteilung des Ofens in mehrere kleine Räume je nach den einzelnen Vorgängen verbessern sich die Bedingungen für dessen Betrieb und es werden Rückströme der Schmelze aus dem aktuellen in den vorhergehenden Raum verhindert, sodass ungenutzte Bereiche für den eigentlichen Schmelzprozess nicht gebildet werden. Im Allgemeinen entsteht so allerdings eine komplizierte Anlage mit einer schwierigen Koordinierung der Vorgänge in den einzelnen Teilbereichen.
Die zweite Art und Weise beschreibt das Patent CZ 307 659 [19]. Es handelt sich dabei um den Schmelzraum eines kontinuierlichen Schmelzofens mit einem Glaszufluss mit Inhomogenitäten und die Art und Weise der Glasschmelze in diesem Raum. Der Schmelzprozess ist in einem Raum in nur zwei Regionen getrennt und durch die Aufteilung der Heizenergie wird die Strömung in der Homogenisierungsregion des Schmelzraums so beeinflusst, dass seine nicht nutzbaren Bereiche begrenzt, eventuell sogar ganz beseitigt werden und die Homogenisierungskapazität des Raums sich grundsätzlich vergrößert.
Im Patent CZ 307 659 [19] und [1, 2] wurde die relative Größe „Nutzung des Schmelzraums“ eingeführt, die es ermöglicht, die Qualität der Strömung hinsichtlich des Verlaufs des Schmelzprozesses zu quantifizieren. Diese Größe erzielt den Wert 1 für Kolbenströmung, einen Wert zwischen 0.45 bis 0.65 für eine uniforme Strömung [11] und einen Wert von 0.6 bis 0.8 beim Eintreten einer spiralförmigen Strömung [12, 13, 14]. Das Eintreten einer spiralförmigen Strömung im Glasschmelzraum wird von tschechischen Patenten [15, 16] und der korrespondierenden PCT-Anmeldung [17], die einen Glasschmelzofen für eine kontinuierliche Glasschmelze und für das Schmelzverfahren beschreibt, angeführt.
Die ermittelte Nutzung des Schmelzraums für einen industriell betriebenen Glasofen mit einer Gemengeschicht auf der Oberfläche war jedoch sehr niedrig, und zwar zwischen 0.05 bis 0.1 [3]. Niedrige Nutzungswerte sind für diese Industrieöfen charakteristisch. Grund dafür war die bereits erwähnte rückzirkulierende Strömung zwischen dem Homogenisierungs- und dem Konversionsteil des Ofens. Es erscheint deshalb als perspektivisch mittels der angeführten Strömungssteuerung die Raumnutzung wesentlich zu erhöhen. Durch Modellierung des Homogenisierungsmoduls mit Eintritt der Sandkörner und Blasen enthaltenden Glasschmelze und mit der Strömungssteuerung im weiteren Teil des Moduls gelang es eine Strömung zu erzielen, die der uniformen Strömung ähnelt und die einen Nutzungswert von 0.5 und eine Schmelzleistung von bis zu 600 t/Tag erreicht [4]. Die Maße eines solchen homogenisierenden Moduls waren dabei wesentlich kleiner als die eines industriellen Schmelzraums und lagen um 12.5 m³. Die Bedingungen für das Betreiben dieses Homogenisierungsmoduls beschreiben den Schmelzraum eines kontinuierlichen Glasschmelzofens [18, 19, 20, 21].
Die erwähnte zweite Homogenisierungsregion wurde von den Autoren bereits durch das Studium des Charakters der Strömung im Homogenisierungsmodul mit dem Eintritt von ungelösten Quarzsand und Blasen (ohne Glasgemenge) enthaltender Schmelzmasse mit Hilfe der Größe „Nutzung des Schmelzraums“ [1, 2] und der theoretischen Beziehungen, die das Erreichen eines optimalen Strömungstyps ermöglichen [3, 4], gelöst. Die Einstellung einer kontrollierten Strömung mit Hilfe des mathematischen Modells zeigte eine Erhöhung der Homogenisierungsleistung bis zu einem Vielfachen. Eine solche kontrollierte Strömung der Schmelzmasse wurde durch eine geeignete räumliche Verteilung der Heizenergie erzielt So erhielt man ein kleines Homogenisierungsmodul - einen kleinen Homogenisierungsraum - mit einer spezifischen Schmelzleistung, die im Optimalfall 30 t·m^-3·Tag^-1 bei weitem Überschritt.
Bei der nachfolgenden Einbeziehung des Ablaufs der Gemengekonversion in den Schmelzprozess erscheint es also logisch das erwähnte Homogenisierungsmodul mit einer gewissen Region für die Konversion des Glasgemenges zu verbinden. Im zusammengesetzten Schmelzraum wäre dann also der vorgeschlagene Raum mit dem Gemenge die erste, die Konversionsregion und das bereits gelöste Homogenisierungsmodul die zweite, die Homogenisierungsregion. Die Konversionsregion muss selbstverständlich vergleichbare Leistungsparameter, wie sie für die Homogenisierungsregion ermittelt wurden, aufweisen.
Ziel der Erfindung ist eine neue Konversionsregion eines kontinuierlichen Glasschmelzraums, die eine hohe Leistungsaufnahme an Energie garantiert und die über ihre eingebaute Beheizung die Konversion einer beachtlichen Menge an Glasgemenge in einem relativ kleinen Raum sichert.
Das Wesentliche der Erfindung
Diese Aufgabe erfüllt der Glasschmelzofen laut Oberbegriff des Anspruchs 1 dieser Erfindung, dessen Wesentliches darin besteht, dass die Konversionsregion: auf jeder gegenüberliegenden Seitenwand mit einem Seitenzugang versehen ist; mit im Boden angebrachten vertikalen Stabelektroden sowie in der Gewölbe platzierten vertikalen Gasbrennern bestückt ist; über die gesamte Bodenfläche verteilte vertikale Stabheizelektroden und über die gesamte Gewölbefläche in regelmäßigen Formationen verteilte vertikale Brenner verfügt; vertikale Elektroden besitzt, deren Achsen in einem Minimalabstand von 0.3 m zueinander und zu den Wänden angebracht sind; vertikale Brenner besitzt, die in einem Minimalabstand von 0.5 m zueinander und zu den Wänden angebracht sind; Elektrodenspitzen besitzt, die von der Untergrenze der Schicht des Glasgemenges von maximal 0.4 m entfernt sind.
Der hauptsächliche Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass die Konversionsregion eine große Konversionskapazität dank der hohen Energiekonzentration in einem relativ kleinen Raum aufweist. Die Konversionsregion als erster Teil des Glasschmelzofens nutzt das intensive Abschmelzen des Glasgemenges auf der Oberfläche der Schmelze durch eine gezielte kombinierte Aufheizung des Netzes der vertikalen Brenner und des Netzes der zweckmäßig verteilten vertikalen Elektroden, die vertikale Ströme der heißen Schmelze zur Gemengeschicht hervorrufen. Die Leistungsaufnahme in die Region ist so gewählt, dass die zugeführte Energiemenge die Konversion des gesamten bemessenen Gemenges in Glasschmelze garantiert. Die spezifische Geschwindigkeit der Konversion des Gemenges in Glas war bei dieser Anordnung etwa dreimal höher, als diese in einem konventionellen Glasofen mit einer regenerativen (Gas-) Beheizung und einer geringeren elektrischen Beheizung erzielt wurde. Die neue Konversionsregion nähert sich laut dieser Erfindung in ihrer Größe der Homogenisierungsregion und die erwartete konkrete Gesamtgröße beider Regionen des Ofens bewegt sich zwischen 24 bis 30 m³. Bei vollständiger Bedeckung der Konversionsregion durch das Glasgemenge waren die Schmelzleistungen hoch und überschritten 300 t Glas pro Tag. Die Kapazität der Konversionsregion wird durch ein Anwachsen des Energieanteils für die Konversionsregion (k₁), des Weiteren durch eine Anpassung des Verhältnisses zwischen der Menge an elektrischer und Verbrennungsenergie und durch das Einlassen des Gemenges in die Homogenisierungsregion gesteuert erhöht Der vorgeschlagene Mechanismus der Konversion des Gemenges in Schmelze zeigte sich als effektiv.
Die vertikale Position der Elektroden und Brenner ermöglicht es den Hauptanteil an Wärme von unten und oben zur Gemengeschicht zu leiten und ruft in der Glasschmelze vertikale Zirkulationen entlang der Elektroden hervor, die die Übertragung der Konvektionswärme in das Gemenge beschleunigt und die entstandene kältere Schmelze von deren Untergrenze entfernt.
Eine günstige Platzierung der regelmäßigen Formationen der vertikalen Heizelektroden und der vertikalen Heizgasbrenner bewirkt, dass diese Energiequellen mit den heißen senkrechten Strömungen von Schmelze und Abgasen die gesamte mit dem Gemenge bedeckte Fläche erreichen und die Konversionskapazität der Konversionsregion erhöhen.
Die Einhaltung der geltend gemachten Entfernung des gegenseitigen Abstands der vertikalen Elektroden, sowie deren geltend gemachte Entfernung von den Seitenwänden und von der Frontwand der Konversionsregion sind sicher und schränken die gegenseitige Beeinflussung der Wirksamkeit der Elektroden am Boden und den Wänden der Konversionsregion ein.
Die Einhaltung der beantragten Entfernung des gegenseitigen Abstands der vertikalen Gasbrenner, sowie deren beantragten Entfernung von den Seitenwänden und der Frontwand der Konversionsregion sind sicher und schränken die gegenseitige Beeinflussung der Wirksamkeit der Heizgasbrenner an den Wänden der Konversionsregion ein.
Zweck der beantragten und relativ kurzen Entfernung zwischen den Elektrodenspitzen von der Unterfläche des Gemenges ist ein schneller und augenblicklicher Abtransport der gerade erhitzten und an den Spitzen der Elektroden am schnellsten aufsteigenden Glasschmelze zur Unterfläche des Gemenges. Als günstig erwiesen sich Entfernungen von 0.3 bis 0.1 m. Es ist ungünstig, wenn die Elektrodenspitzen direkt das Glasgemenge berühren, wo eine wesentlich niedrigere Temperatur der Glasschmelze herrscht Relativ lange Elektroden von einer Länge, die unmittelbar zur Oberfläche des Glasgemenges erreicht, sichern eine hohe Konversionskapazität ab.
Es ist von Vorteil, wenn die Konversionsregion einen Anteil an der elektrischen Energie der Heizelektroden zur der Region mit Heizelektroden und Brennern zugeführten Gesamtenergie von wenigstens 50 %, vorteilhafter von 60 bis 80 % beträgt. Im Bereich dieses Anteils konnten die größten Konversionsgeschwindigkeiten des Glasgemenges erzielt werden. Eine Optimierung des Anteils an elektrischer Energie kann zu einer Steigerung der Konversionsgeschwindigkeit von 20 bis 30 % gegenüber einem nur abgeschätzten Anteil führen.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die vertikalen Heizelektroden Molybdänstabelektroden sind. In der Konversionsregion werden eine nicht geringe Anzahl an Elektroden installiert und es ist deshalb vorteilhaft, Stab-elektroden, die hohen Energiekonzentrationen standhalten, zu verwenden, was die Molybdän-Stab-Elektroden erfüllen. Ungeeignet sind z. B. Zinn-Stab-Elektroden oder Molybdän-Platten-Elektroden.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die vertikalen Heizgasbrenner mit Erdgas mit Luft oder Sauerstoff beheizt werden. Es handelt sich hierbei um eine übliche Vorgehensweise und um eine weithin verwendete Verbrennungsbeheizung, bei Sauerstoff handelt es sich um eine verhältnismäßig neuere aber teurere Beheizung.
Oder aber können die vertikalen Gasbrenner mit Wasserstoff mit Luft oder Sauerstoff beheizt werden. Es handelt sich um eine neu in Betracht bezogene Beheizung, die keine Kohlenstoffspuren hinterlässt und somit ökologisch günstig, wenn auch verhältnismäßig teurer ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Art und Weise der Konversion des Glasgemenges in die Glasschmelze im Glasschmelzofen laut dieser Erfindung, wobei das Wesentliche darin liegt, dass den Elektroden und den Gasbrennern in die Konversionsregion 6.000 bis 14.000 kW für die Konversion des Glasgemenges in Glasschmelze für die Entstehung von 3 bis 7 kg Glas pro Sekunde zugeführt werden.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Konversionsgeschwindigkeit der Umwandlung des Glasgemenges in die Glasschmelze zwischen 0.25 und 0.30 kg×m^-2×s^-1 liegt.
Zu diesen gesteuerten und eingestellten Bedingungen wird die Energie in die Konversionsregion über eigene Quellen zugeführt, also über effektiv und optimal für die Konversion des Glasgemenges genutzten Elektroden und Gasbrenner. In der sich daran anschließenden Homogenisierungsregion können so die Bedingungen für eine uniforme und spiralförmige Strömung mit einer hohen Raumauslastung besser gesichert werden.
Die Vorteile der entworfenen Konversionsregion mit der installierten großen elektrischen Leistungsaufnahme mittels vertikaler Elektroden vom Boden aus und vertikaler Brenner von der Gewölbe aus lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Durch die Verwendung einer optimal dichten Anordnung vertikaler langer Elektroden vom Boden aus konzentriert sich die hohe Leistungsaufnahme von Joule-Energie in einem kleinen Raum und richtet das Maximum der Leistungsaufnahme unter die Gemengeschicht Eine ähnliche Elektrodenanordnung kann auch für den Entwurf eines gesamtelektrischen Schmelzofens erwogen werden.
2. Durch die Beheizung entsteht eine vertikale Zirkulation der Schmelze, die entlang der Elektroden nach oben zielt und nach Erreichen der Phasenschnittstelle sich umkehrt in Richtung nach unten. Die absteigende Strömung steht in Verbindung mit dem Abfallen der durch die Konversion des Gemenges entstandenen kalten Schmelze. Bei der Applikation der im Boden netzförmig angeordneten Elektroden bildet sich ein Strömungsbild in Form von vertikal zirkulierenden Zellen. Die heiße aufsteigende Schmelze attackiert senkrecht die Gemengeschicht und beschleunigt die Wärmeübertragung in das Gemenge, die entstandene kalte Schmelze wird durch die absteigende Zellenströmung schnell von der Phasenschnittstelle entfernt.
3. An der Bildung der vertikalen Zirkulation in der Schmelze beteiligen sich ebenfalls die vertikalen Brenner. Die durch die kalte Schmelze entstandene absteigende Strömung bildet sich an der Kontaktstelle der heißen Abgase mit dem Gemenge.
4. Die Nutzung der auf das Gemenge ausgerichteten vertikalen Brenner wird durch die Installation der erforderlichen Anzahl von Quellen ermöglicht und ermöglicht den direkten Kontakt der heißen Abgase mit dem Gemenge, was gleichzeitig die Bedingungen für eine hohe Wärmeabsorption und eine hohe Konversionsleistung der Region begünstigt
5. Zur Erreichung der Maximalleistung dient ebenfalls die Einstellung eines optimalen Verhältnisses zwischen der zugeführten elektrischen Energie (Elektroden) und der Verbrennungsenergie (Brenner), welches für verschiedene Typen der Konversionsregion zu konkreten Bedingungen einstellbar ist
6. Durch die Konzentration eines großen Anteils der Gesamtenergie in eine kleine Konversionsregion unter Verwendung der Funktion der vom Boden aus verlaufenden vertikalen Elektroden, die bis in die Nähe der Oberfläche des Gemenges reichen, und unter Verwendung der vertikalen Brenner in der Nähe beider Oberflächen des Gemenges wird ein großer Wärmegradient und eine große Fläche für die Wärmeübertragung durch radiales Verfließen der Schmelze und der Verbrennungsprodukte an der Oberfläche erreicht. Durch die örtlich sich ändernde Strömung werden auch die vorausgesetzten hohen Werte des effektiven Koeffizienten der Wärmeübertragung gewährleistet Dadurch sind optimale Bedingungen für eine schnelle Konversion des Gemenges in Glasschmelze gesichert
7. Die in den Zellen absteigenden Schmelzströme sind ausreichend schnell, wodurch diese in der Lage sind, entstandene kleine und größere Blasen in die Tiefe der Schmelze mitzureißen und die Blasen- und Schaumschicht, welche den Wärmeübergang von der Glasschmelze in das Glasgemenge verringert, zu stören.
8. Das Verhältnis zwischen beiden Energietypen in der Konversionsregion, zusammen mit einer gegebenenfalls entstehenden Stelle freier Oberfläche der Schmelze an der Front der Konversionsregion unterstützen die Bildung von Bedingungen für den erwünschten spiralförmigen Strömungstyp in der zweiten Homogenisierungsregion des Ofens.

Figurenliste
Die Erfindung wird im Weiteren detailliert an beispielhaften nichteinschränkenden Ausführungen beschrieben und an Hand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert, die folgendes darstellen:

: Axonometrische Ansicht der Konversionsregion eines Glasschmelzofens mit der Platzierung der Elektroden und Brenner und der angedeuteten Homogenisierungsregion.
: Ansicht von , die die Projektionen der Platzierung der Brenner in der Gewölbe XY in der Konversionsregion mit der angedeuteten Homogenisierungsregion darstellt
: Ansicht von , die die Projektionen der Platzierung der Elektroden in der Ebene XY in der Konversionsregion mit der angedeuteten Homogenisierungsregion darstellt
: Ansicht von im Querschnitt in der Ebene YZ in der gegebenen Entfernung von der Frontwand der Konversionsregion, die die Wärme- und Strömungsfelder der Schmelze im unteren Teil der Konversionsregion und das Temperaturfeld der Abgase in ihrem oberen Teil zeigt Links unten wird die Ansicht von oben auf den Glasofen veranschaulicht, daneben wird die Temperaturskala von oben der gezeigten Konversionsregion dargestellt : Abhängigkeit der spezifischen Konversionsgeschwindigkeit M_sbatch (des Glasgemenges in die Schmelze) vom Energieanteil k₁ von der dem Ofen zugeführten Gesamtenergie.
: STAND DER TECHNIK - zentraler Längsschnitt XZ eines klassischen regenerativen Glasofens [3], der die Längszirkulation der Schmelze zeigt mit dem Detail D, welches den Bereich des Ofens an der Grenze des geschmolzenen Glasgemenges betrifft, wie auch mit der entsprechenden Strömung und den detaillierten Temperaturen.
: Aufsicht von auf das Gemenge auf der Oberfläche der Schmelze in der Konversionsregion und der angedeuteten Homogenisierungsregion. Im unteren Teil links wird die Ansicht der Ebene XY des Glasofens dargestellt und daneben wird die Temperaturskala der oben abgebildeten Konversionsregion gezeigt
: Aufsicht von auf die höchsten Stellen der vertikalen Strömungszellen unter der Schichtscheide von Gemenge und Schmelze in der Konversionsregion im Schnitt XY, welcher in der gegebenen Entfernung von der oberen Oberfläche des Gemenges liegt und mit der angedeuteten Homogenisierungsregion. Im unteren Teil der Abbildung links wird die Ansicht in der Ebene XY des Glasofens verdeutlicht und daneben wird die Temperaturskala der oben gezeigten Konversionsregion dargestellt.
: Axonometrische Ansicht auf eine andere alternative Konversionsregion im Raum eines Glasschmelzofens mit der Platzierung der Elektroden und Brenner und mit der angedeuteten Homogenisierungsregion.
:. Aufsicht von , die die Projektion der Platzierung der Elektroden in der Ebene XY darstellt, wie auch die angedeutete Homogenisierungsregion.
: Aufsicht von auf das Gemenge auf der Oberfläche der Schmelze in der Konversionsregion und die angedeutete Homogenisierungsregion.
zeigt die Aufsicht von auf die höchsten Stellen der vertikalen Strömungszellen unter der Schichtscheide von Gemenge und Schmelze in der Konversionsregion im Schnitt XY, welche in der gegebenen Entfernung von der oberen Oberfläche des Gemenges liegen und die angedeutete Homogenisierungsregion. Im unteren Teil der Abbildung links wird die Ansicht in der Ebene XY des Glasofens verdeutlicht und daneben wird die Temperaturskala der oben gezeigten Konversionsregion dargestellt
: Ansicht von im Querschnitt YZ in einer bestimmten Entfernung von der äußeren Frontwand der Konversionsregion, die die Ansicht auf die Wärme- und Strömungsfelder der Schmelze im unteren Teil der Konversionsregion und das Temperaturfeld der Abgase in ihrem oberen Teil zeigt. Im unteren Teil der Abbildung links wird die Ansicht in der Ebene YZ des Glasofens dargestellt und daneben wird die Temperaturskala der oben dargestellten Konversionsregion gezeigt
: Axonometrische Ansicht einer weiteren alternativen Lösung der Konversionsregion eines Glasschmelzofens mit der Platzierung der Elektroden und Brenner und mit der angedeuteten Homogenisierungsregion.
: Aufsicht von , die die Projektion der Platzierung der Brenner in der Gewölbe in der Ebene XY in der Konversionsregion, wie auch die angedeutete Homogenisierungsregion darstellt
: Aufsicht von , die die Projektion der Platzierung der Elektroden im Boden in der Ebene XY in der Konversionsregion, wie auch die angedeutete Homogenisierungsregion darstellt
: Aufsicht von auf das Gemenge auf der Oberfläche der Schmelze in der Konversionsregion mit der angedeuteten Homogenisierungsregion. Im unteren Teil der Abbildung wird die Ansicht des Glasofens in der Ebene XY dargestellt und daneben ist die Temperaturskala der oben gezeigten Konversionsregion.
: Aufsicht von auf die höchsten Stellen der vertikalen Strömungszellen unter der Schichtscheide des Gemenges und der Schmelze in der Konversionsregion im Schnitt XY in einer bestimmten Entfernung von der oberen Oberfläche des Gemenges mit angedeuteter Homogenisierungsregion. Im unteren Teil der Abbildung links wird die Ansicht des Glasofens in der Ebene XY dargestellt und daneben ist die Temperaturskala der oben gezeigten Konversionsregion.
: Ansicht von im Querschnitt YZ in einer bestimmten Entfernung von der äußeren Frontwand der Konversionsregion. Die Ansicht zeigt die Wärme- und Strömungsfelder der Schmelze im unteren Teil der Konversionsregion und das Temperaturfeld der Abgase in ihrem oberen Teil zeigt. Im unteren Teil der Abbildung links wird die Ansicht in der Ebene XY des Glasofens dargestellt und daneben wird die Temperaturskala der oben dargestellten Konversionsregion gezeigt

Beispiele der Ausführung der Erfindung
STAND DER TECHNIK
Zum Vergleich mit der Lösung laut dieser neuen Erfindung wir hier der Stand der Technik [3] angeführt, und dies an Hand einer Beispiellösung eines klassischen regenerativen Glasschmelzofen mit einer kleineren elektrischen Beheizung.
Die beigefügte stellt den zentralen Längsschnitt XZ eines klassischen regenerativen Glasofens mit einer elektrischen Beheizung dar, der die Längszirkulation der Schmelze und die Temperatur unter der Gemengeschicht, sowie ein Detail der Strömung im Grenzbereich des Gemenges zeigt [3]. Wie bereits angeführt, wird mit der Längszirkulation ein Teil der Wärme von den Brennern aus der Homogenisierungsregion in die Konversionsregion übertragen. Bei der Modellierung dieses regenerativen Industrieofens mit einer elektrischen Beheizung und einer durchschnittlichen Schmelztemperatur von 1.387°C [3] wurde allerdings festgestellt, dass bei der Erhitzung des Gemenges durch die horizontale Rückströmung des heißen Glases, welches unter dem Gemenge aus der Homogenisierungsregion des Ofens kommt und parallel mit der Gemengeschicht in der Konversionsregion weiterführt, die Werte der spezifischen Konversionsgeschwindigkeit deutlich niedriger sind als die, die in der Konversionsregion erreicht werden. Die Konzentration der Energie unter dem Gemenge ist niedriger, als es im Fall der entworfenen Region ist, da die Energie von der Stelle mit der maximalen Temperatur einer großen Fläche zugeführt wird. Die Energie wird in das Gemenge vor allem an der Gemengefront übergeben, des Weiteren sinkt die Temperatur der heißen Strömung als Folge der Tatsache, dass das entstehende kalte Glas lange in der Nähe der Phasengrenze verbleibt Zur Information zeigt im Längsschnitt den Strom des heißen Glases unterhalb der Gemengeschicht, das Detail des Bereichs an der Gemengegrenze wird unter der Gesamtansicht an einem zentralen Längsschnitt des Raums dargestellt In zeigen Pfeile den Schmelzrückfluss unter dem Gemenge an, wo sich die durch die Schmelze herangeführte Temperatur vor der Gemengefront über 1.500°C bewegt. Durch den Kontakt mit dem Gemenge sinkt diese allerding schnell und in größerer Entfernung von der Front bewegt sie sich in einem Bereich um 1.350°C. Das heiße zur Gemengefront strömende Glas mit dem Temperaturmaximum verwirklicht an der Gemengefront das intensivste Abschmelzen und hier entsteht eine größere Menge kalter Schmelze. Das heiße und schnell strömende Glas bewegt sich hinter der Gemengefront verhältnismäßig schnell unter die entstandene kalte Schmelze und kühlt sich ebenfalls ab, ohne mit dem Gemenge in engen Kontakt zu kommen. Diese Strömung der Schmelze an der Grenze zum Gemenge ist gut ersichtlich im Schnittdetail. Die Intensität des Abschmelzens im Bereich hinter der Gemengefront ist jedoch niedrig. Die Kombination von einer etwas niedrigeren Schmelztemperatur, dem Typ der Beheizung und dem Charakter der Strömung der heißen Schmelze vom Temperaturmaximum entlang der unteren Grenze des Gemenges führte in allen getesteten Fällen zu einer niedrigen spezifischen Konversionsgeschwindigkeit des Gemenges, die sich im Durchschnitt um nur 0.09 kg/(m²s] bewegte. In solchen Fällen kann eine manchmal verwendete elektrische Zusätzliche Beheizung mit einer Beheizung von unten diese Situation sehr schwach verbessern. Durch die Modellierung des erwähnten regenerativen Schmelzofens wurde in 14 Fällen festgestellt, dass sofern sich unter dem Gemenge eine elektrische zusätzliche Beheizung befindet, die etwa 25 % der Gesamtenergie liefert, erhöht sich die spezifische Konversionsgeschwindigkeit von 0.087 kg/(m²s] auf ca. 0.093 kg/(m²s] [3]. Dies ist jedoch auch weiterhin ein niedriger Wert im Vergleich mit den Werten von 0.27 kg/(m²s] bis 0.30 kg/(m²s), die in der hier vorgeschlagenen Anordnung erreicht werden.
Beispiel 1
(Abbildungen 1 - 5, 7, 8)
Eine mögliche konkrete Ausführung eines Glasschmelzofens wird schematisch in gezeigt. Der Glasschmelzofen umfasst die Konversionsregion 1 mit der angedeuteten Homogenisierungsregion 6. Die Konversionsregion 1besteht aus dem Boden 7, den gegenüberliegenden Seitenwänden 10 und der Stirnwand 14. Sie verfügt über zwei Seiteneingänge 2 für das Einbringen des Glasgemenges 5, und zwar immer ein Eingang 2 an jeder der sich gegenüberliegenden Seitenwände 10. Die Konversionsregion 1 wird kombiniert beheizt, und das mit Elektroden 3 und Gasbrennern 4. Beide Quellen haben eine hohe Konzentration an Heizenergie für die Umwandlung des Glasgemenges 5 in die Glasschmelze 13. Der Glasschmelzofen umfasst des Weiteren die voll elektrische Beheizung der Homogenisierungsregion 6, die sich an die Konversionsregion 1 anschließt Die Konversionsregion 1 ist mit vertikalen Stabelektroden besetzt, die im Boden 7 angebracht sind, und mit vertikalen Gasbrennern 4, die sich in der Gewölbe 8 der Konversionsregion 1 befinden. In der Konversionsregion 1 sind die vertikalen Stabheizelektroden 3 über die gesamte Fläche des Bodens 7 und die vertikalen Brenner 4 über die gesamte Fläche der Gewölbe 8 in regelmäßigen Formationen verteilt. Die Achsen 9 der vertikalen Elektroden 3 sind mit einem Minimalabstand von 0.3 m voneinander und mit dem gleichen Minimalabstand von den Seitenwänden 10 oder der Stirnwand 14 des Konversionsraums 1 angeordnet. Die Achsen 11 der vertikalen Brenner 4 sind mit einem Minimalabstand von 0.5 m voneinander und mit dem gleichen Minimalabstand von den Seitenwänden 10 oder der Stirnwand 14 des Konversionsraums 1 angeordnet. Die Spitzen 12 der Elektroden 3 sind von der unteren Oberfläche des Glasgemenges 5 maximal 0.4 m entfernt. Die vertikalen Heizelektroden 3 sind Stabelektroden aus Molybdän mit einer Länge, die direkt an die Oberfläche des Glasgemenges 5 reicht. Die vertikalen Heizgasbrenner 4 können mit Erdgas mit Luft oder Sauerstoff beheizt werden; bzw. mit Wasserstoff gemischt mit Luft oder Sauerstoff.
Damit die hohe homogenisierende Leistung der Homogenisierungsregion 6 mit der gesteuerten Strömung praktisch genutzt werden kann, muss dieser eine intensive Konversion des Glasgemenges 5 in Glas vorausgehen, da sich die Ereignisse der Konversion des Gemenges 5 und der Homogenisierung (Auflösung des Quarzsands und Beseitigung der Blasen in der Region mit der gesteuerten Strömung) in Serie befinden. So entsteht ein Raum mit zwei Regionen 1, 6, der Konversionsregion 1 und der Homogenisierungsregion 6. Es ist wünschenswert, dass in einem so gegliederten kompletten Schmelzraum die Konversionsregion 1 eine ausreichende Kapazität für die Erhitzung und Konversion des Gemenges 5 aufweist, und das mit einem Volumen der Konversionsregion 1, welches in etwa vergleichbar ist mit dem Volumen der Homogenisierungsregion 6. Somit wäre die resultierende Anlage mit den zwei verbundenen Regionen 1, 6 gleichfalls relativ klein. Die vorgeschlagene erste Konversionsregion 1 des Glasschmelzofens, die der Homogenisierungsregion 6 mit der gesteuerten Strömung vorangesetzt ist, erfüllt laut dieser Erfindung diese Anforderung.
Die konkrete Lösung der Konversionsregion 1 laut dieser Erfindung rechnet mit einer Leistungsaufnahme an Energie in die Konversionsregion 1, die ausreichend ist für die Umwandlung des Gemenges 5 in Glas in einer Menge, die bis zu Hunderten Tonnen Glas pro Tag entsprechen bei Verwendung eines vergleichbaren Energieanteils, der den Elektroden 3 und der Verbrennungswärme der Brenner 4 zugeführt wird, bei kontrollierter Platzierung der Elektroden 3 in der Schmelze 13 und der Brenner 4 in der Konversionsregion 1 mit einem Eigenvolumen, welches unter Einbeziehung des Volumens der Homogenisierungsregion 6 maximal einige Dutzend m³ erreicht (zum Vergleich: das Schmelzvolumen eines klassischen Ofens mit einer mittleren bis höheren Schmelzleistung bewegt sich um 100 m³, die Schmelzfläche von 80 bis 100 m² je nach der Tiefe der Schmelze 13). Die Konversionsleistung der neuen Konversionsregion 1 nähert sich dabei laut dieser Erfindung der Homogenisierungsleistung der zweiten Homogenisierungsregion 6. Die neue Konversionsregion 1 des Glasschmelzofens, die für die Konversion des Gemenges 5 bestimmt ist, wird nicht von der weiteren Homogenisierungsregion 6 fest getrennt, ist allerding funktionsmäßig selbständig. Die Oberfläche der Schmelze 13 in der Konversionsregion 1 des Glasschmelzofens wird teilweise oder ganz von der Schicht des Gemenges 5 bedeckt. Die Größe der Konversionsregion 1 und der Grad der Bedeckung der Oberfläche der Schmelze 13 hängt von der erwarteten Leistung ab. Üblicherweise wird eine vollständige Füllung der Konversionsregion 1 mit dem Gemenge 5 erwartet. Im Interesse einer hohen Schmelzleistung ist es in einigen Fällen möglich, dass das Gemenge 5 teilweise bis in die zweite Homogenisierungsregion 6 hineinreicht Die Homogenisierungsregion 6 verfügt als zweiter Teil des Schmelzraums über eine gesteuerte Strömung der Schmelze 13 und diese Region 6 wird an die entworfene Konversionsregion für die Auflösung des Glasgemenges 5 hinzugefügt.
Detaillierter.
Laut hat die entworfene Konversionsregion 1 zwei Seiteneingänge 2 für das Glasgemenge 5 in Höhe der Oberfläche der Glasschmelze 13. Die Eingänge 2 sind größtenteils für die Mitte der Seitenwände 10 vorgesehen und ihre Breite nimmt etwa die Hälfte der Seitenwände 10 der Konversionsregion 1 ein, im gegebenen konkreten Beispiel also 1 m. Die Lokalisierung der Eingänge 2 in den Seitenwänden 10 einander gegenüber ist nicht verbindlich, ist aber von Vorteil für die Konversion des Gemenges 5 in Glas bei der Füllung der Konversionsregion 1 mit dem Gemenge 5. Beide Ströme des Gemenges treffen in der Nähe der Längsachse der Konversionsregion 1 aufeinander, verlangsamen sich, und dadurch wird an der gegebenen Stelle der Zersetzung des Gemenges 5 beschleunigt. Hinsichtlich der Maße, der Kapazität und den Bedingungen in der sich anschließenden Homogenisierungsregion 6 des Schmelzraums des Ofens, wie auch der ersten Modellerfahrungen mit der Konversion des Gemenges 5 hat die Grundvariante der entworfenen Konversionsregion 1 des Glasschmelzofens zum Beispiel eine Breite von 6 m und eine Länge der Seitenwände 10 von 2 m. So also hat die Oberfläche der Schmelze der entworfenen Konversionsregion 1 eine Größe von 12 m²; bei einer Schichtstärke der Schmelze 13 von 1 m ergibt sich ein Volumen von 12 m³. Damit entspricht die vorgeschlagene Größe die der Homogenisierungsregion 6, die ein Volumen von 12.44 m³ hat Bei der Dimensionierung der Kapazität und der Platzierung der Heizelemente der Konversionsregion 1 wird von der Kapazität der Homogenisierungsregion 6 des Ofens ausgegangen, die bei vollständiger Zersetzung des eintretenden Quarzsands und nach Beseitigung der eintretenden Blasen von 6 bis 7 kg/s (etwa um 500 bis 600 t/Tag) bei einer durchschnittlichen Prozesswärme von 1.420°C [4] und einer maximal erlaubten Belastung der Wärmequellen erreicht. Die für die Konversion entsprechende Menge des Gemenges 5 und das teilweise Schmelzen der entsprechenden Menge an Glas ist die Konversionsregion 1 mit einer kombinierten Beheizung mittels Brennern 4 und Elektroden 3 ausgerüstet, wobei der Anteil der über die Elektroden 3 gelieferten Jouleschen Wärme an der in die Konversionsregion 1 gelieferte Gesamtenergie die Hälfte bis die Mehrheit ausmacht. Die vertikalen Elektroden 3 aus dem Boden 7, deren Spitzen sich nahe der Schicht des Gemenges 5 befinden, sind einphasig bzw. dreiphasig in regelmäßigen Formationen angeschlossen, und die Anordnung ist so gestaltet, damit ihr direkter Heizeinfluss die gesamte untere Oberfläche der Schicht des Gemenges 5 umfasst. Das Bestreben der Anordnung der Elektroden 3 zielt auch auf ein Hervorrufen von vertikalen heißen Strömen hin, die sich senkrecht zur unteren Seite des Gemenges 5 richten und dabei die Übertragung von Wärme in das Gemenge 5 der Konvektion beschleunigen. Die in der Gewölbe 8 der Konversionsregion 1 untergebrachten Brenner 4 sind ebenfalls senkrecht auf die obere Oberfläche des Gemenges 5 gerichtet und sind so verteilt, dass die Abgase die gesamte obere Oberfläche des Gemenges 5 umspülen. In der gegebenen Konversionsregion 1 kommt es zu einer hohen Konzentration an Heizenergie, die durch die Elektroden 3 und die Brenner 4 auf die Schicht des Gemenges 1 ausgerichtet ist. Das Gemenge 5 bedeckt üblicherweise einen Teil oder die ganze Fläche der entworfenen Konversionsregion 1. Die Abgase ziehen über die Oberfläche in die zweite Homogenisierungsregion 6 des Ofens ab und können teilweise die Wärmeverluste der Gewölbe 8 ersetzen.
zeigt die axonometrische Ansicht der Konversionsregion 1 eines Glasschmelzofens für die Zersetzung des Glasgemenges 5 mit der typischen Anordnung der Heizelektroden 3 und der Brenner 4.
Für die Grundvariante werden 8 vertikale Brenner 4 in der Gewölbe 8 vorgeschlagen, deren Anordnung in angeführt wird. Die Lage der acht Brenner 4 in der Gewölbe 8 wird durch Kreise angezeigt. Die Brenner 4 sind direkt auf die obere Oberfläche der Schichte des Gemenges 5 ausgerichtet. In jeder Hälfte der Konversionsregion 1 befinden sich drei Brenner 4 im Dreiecksformat in der Nähe des Eingangs für das Gemenge 5, zwei Brenner 4 sind hintereinander in der Achse der Eingänge 2 näher zur Mitte der Konversionsregion 1 angebracht. Dadurch wird eine gute Bedeckung des Gemenges 5 mit heißen Abgasen erreicht. Die Abgase gelangen in die zweite Homogenisierungsregion 6 und entweichen durch den Auslass (Ausgang) über dem Auslass der Schmelze 13.
zeigt dann die Projektion der Anordnung der Elektroden 3 in der Ebene XY der Konversionsregion 1. Die Elektroden 3 werden hier durch kleine Kreise in Vierecken gekennzeichnet. Laut der Abbildung sind in der Konversionsregion 1 insgesamt 36 vertikale Elektroden 3 in sich abwechselnden oder reihenmäßigen Formationen platziert, die einphasig und dreiphasig angeschlossen sind.
Die Joulesche Wärme wird als der Grundtyp der Beheizung erachtet, da diese eine größere Kapazität als die Beheizung durch Gas haben soll. Damit gegebenenfalls eine maximale Homogenisierungskapazität der zweiten Homogenisierungsregion 6 von etwa 7 kg/s (ca. 600 t/Tag) [4] erreicht werden kann, ist es notwendig, in der ersten Konversionsregion 1 eine ausreichende Anzahl von Quellen an elektrischer Energie anzuordnen. Für das Einschmelzen von 1 kg Glas/s aus einem Gemenge mit 50 % Glasscherben und einer Erhitzung von Zimmertemperatur auf eine durchschnittliche Temperatur von 1.420°C werden ca. 2.050 kW benötigt. Die maximale Gesamtkapazität der Beheizung in der ersten Konversionsregion 1 sollte demzufolge 15.000 kW betragen. So kommt es in der ersten Konversionsregion 1 zu einer hohen Konzentration an Energie, die in der Nähe der Schicht des Gemenges 5 konzentriert sein sollte. Bei dem gemeinsamen Betreiben beider Regionen 1 und 6 des Glasofens wird vorausgesetzt, dass die erreichte maximale Schmelz- (Konversions-) Leistung etwas niedriger liegt, als es die Maximalleistung der eigentlichen Homogenisierungsregion 6 ist. Diese Maximalmenge an geschmolzenem Glas im Gemenge 5 wurde beim Erreichen optimaler Bedingungen in gesamten Ofen auf 400 bis 500 t/Tag (ca. 5 - 6 kg/s) geschätzt Grund für eine Senkung der gedachten Schmelzkapazität ist die aus den vorläufigen Berechnungen hervorgehende Voraussetzung, dass die danach vorgeschlagene Konversionsregion 1 bei einem hohen Durchfluss an Gemenge 5 nicht die gesamte zugelieferte Energie wegen der langsameren Absorptionskinetik der Wärme und des Zerfalls des Gemenges 5 absorbieren muss. Die notwendige maximale Gesamtmenge an Energie würde sich dann mit den Verlusten um 12.500 kW bewegen, bei der Wärme, die den Brennern 4 zugeführt wird rechnet man grob mit 2.500 kW, der vorausgesetzte Anteil der elektrischen Energie an der in die Konversionsregion 1 gelieferten Gesamtenergie beträgt also 80 %. Für die Lieferung der Jouleschen Wärme ist es notwendig in die Konversionsregion 1 mit einem Volumen von 12 m³ (6 m x 2 m x 1 m) elektrische Quellen mit einer Leistung von 10.000 kW zu platzieren. Eine solch hohe Energiemenge erfordert eine technisch lösbare und eine seitens des Prozesses der Beheizung und der Konversion des Gemenges 5 geeignete Anordnung der Quellen.
Für die Beheizung wurden lange, vom Boden 7 der Konversionsregion 1 ausgehende vertikale Elektroden 3 gewählt, sodass auf einem verhältnismäßig engen Raum eine erforderliche Anzahl angeordnet werden kann. Die Elektroden 3 haben einen Durchmesser von 76 mm, es können allerdings auch dickere Elektroden 3 (z. B. 100 mm) gewählt werden; die Länge der Elektroden 3 in der Konversionsregion 1 beträgt 0.8 bis 0.9 m. Die nicht unerhebliche Länge der Elektroden 3 ermöglicht es der Schmelze 13 die maximale Energiemenge zuzuführen und einen großen Energieanteil direkt unter das Gemenge 5 zu bringen, wo sich die Spitzen 12 der Elektroden 3 befinden. Für das Schmelzen sollte der gesamte Raum der Konversionsregion 1 genutzt werden und es sollten die üblichen Minimalabstände zwischen den Elektroden 3 (ca. 300 mm) respektiert werden. Der Standardfall rechnet mit der Anordnung von 4 Dreiergruppen vertikaler Elektroden 3 mit Dreiphasenanschluss an der Stelle eines jeden Eingangs 2 (die Anzahl der Dreiergruppen kann auf sechs erhöht werden). In der Mitte zwischen den Eingängen 2 sind entlang der Längsachse des Ofens zwei Reihen von Elektroden 3 angeordnet, jede Reihe mit einer Anzahl von 6 (im Falle von 4 Dreiergruppen von Elektroden 3 mit Dreiphasenanschluss), oder eine Reihe in der Längsachse des Ofens, ebenfalls in der Anzahl von 6 Elektroden 3 (im Falle einer Erweiterung der Anzahl der Dreiergruppen der Elektroden 3 pro Eingang 2 von 4 auf 6). Diese Elektroden 3 sind einphasig angeschlossen. Insgesamt umfasst die Grundvariante der ersten Konversionsregion 1 36 Elektroden 3.
Die Anordnung der Elektroden 3 in der ersten Konversionsregion 1 im Schnitt XY wird durch die bereits erwähnte dargestellt Im hier angeführten Beispiel wurden insgesamt 2.590 kW den Brennern 4 und 6.130 kW an Joulescher Wärme den Elektroden 3 zugeführt, der Anteil an Joulescher Wärme an der Gesamtmenge an zugeführter Energie betrug also 70.3 %. Den dreiphasig angeschlossenen Elektroden 3 wurden insgesamt 4.360 kW und den zentralen, in zwei Reihen einphasig angeschlossenen Elektroden 3 insgesamt 1.770 kW zugeführt.
Die Energie wurde in die einzelnen Anschlusstypen gleichmäßig aufgeteilt. An die Konversionsregion 1 am Eingang schließt sich dann die Homogenisierungsregion 6 an, deren vorausgesetzte, jedoch noch nicht bestätigte Platzierung wird in angedeutet Die Leistungen der beiden Regionen 1 und 6 des Ofens müssen in der Endphase aufeinander abgestimmt werden, das Verhältnis der Energieaufnahmen zueinander in beiden Regionen 1 und 6 des Ofens wird ausgedrückt als Anteil der in die Konversionsregion 1 des Ofens gelieferte Gesamtenergie hinsichtlich der in beide Regionen 1 und 6 gelieferten Gesamtenergie, wobei dieser Anteil durch das Symbol k₁ ausgedrückt wird. Aufgabe dieses Beispiels ist die Bestimmung von Bedingungen für eine hohe Konversionsleistung der Konversionsregion 1, die vergleichbar mit der bekannten Homogenisierung der zweiten Region 6 ist.
Es sind auch andere, hier nicht angeführte Platzierungen der Elektroden 3 möglich, allerdings zeigte sich die vorgeschlagene verhältnismäßig gleichmäßige Anordnung der Elektroden 3 unter der Fläche des Glasgemenges 5 als vorteilshaft hinsichtlich der Konversion des Gemenges 5 in die Glasschmelze 13, sowie der anschließenden Homogenisierung der Schmelze 13 in der Homogenisierungsregion 6 des Teils des Ofens. Insgesamt gesehen existiert in der Konversionsregion 1 eine hohe spezifische Konzentration an Energie, die langen vertikalen Elektroden 3 erhitzen die Schmelze 13 vor allem an den sich in der Nähe der unteren Oberfläche des Gemenges 5 befindlichen Spitzen 12, sodass die hochkonzentrierte Energie sich vor allem in der Schicht der Schmelze 13 unterhalb der Oberfläche des Gemenges 5 konzentriert Gleichzeitig sind die kinetischen Bedingungen sehr günstig, da senkrecht zum Gemenge 5 die entlang der Elektroden 3 beobachtete schnellströmende Schmelze eine grundsätzlich höhere Temperatur (1.480 bis 1.500°C) aufweist, als es die durchschnittliche Temperatur im Konversionsraum 1 (1.420°C) ist.
In der Glasschmelze 13 erscheinen dann nicht die erwünschten zirkularen Zellen der vertikal aufsteigenden und absteigenden Strömung. Die aufsteigende heiße Schmelze 13 mischt sich an der Oberfläche des Gemenges 5 nach intensivem Kontakt mit der Schicht des Gemenges 5 mit der kalten, durch diesen Kontakt entstandenen Schmelze 13. Die abgekühlte Schmelze 13 wird schnell von der Oberfläche des Gemenges 5 durch die absteigenden zirkulierenden Strömungszellen weggeführt An der Strömung sind auch die Brenner 4 beteiligt, da an der Stelle des Kontakts der Abgase mit dem Gemenge durch Konversion des Gemenges 5 erneut Schmelze 13 entsteht, welche das Gemenge 5 durchfließt und ebenso Stellen absinkender Schmelze 13 unter dem Gemenge 5 bildet, welche selbständig sein können, oder aber sich mit den Stellen der durch die Erhitzung mittels der Elektroden 3 absinkenden Schmelze 13 vereinigen. Die definitiv entstehende Struktur der vertikal zirkulierenden (Zellen-) Strömung ist somit also das Ergebnis der Heizwirkung der Elektroden 3 und der Brenner 4, wie auch das Absinken der kalten, durch die Zersetzung des Gemenges 5 entstandenen Schmelze 13. Sofern nicht die Oberfläche der Schmelze 13 der entworfenen Konversionsregion 1 vollständig mit Gemenge 5 bedeckt ist, kommt die Wärme in das Gemenge 5 von den Elektroden 3 unter der freien Oberfläche mit direktem Kontakt der Abgase mit der Oberfläche der Schmelze 13. Durch die entstehenden vertikalen Zirkulationen der Schmelze 13 senkt sich der vertikale Temperaturgradient in der Schmelze 13, was wiederum günstig für die Einstellung einer gesteuerten Strömung der Schmelze 13 in der zweiten Homogenisierungsregion 6 des Ofens ist. Unter den gegebenen Temperatur- und konvektiven Bedingungen lag in diesem, wie auch in weiteren Fällen mit einer konzipierten Oberfläche der Schmelze 13, die mit dem Gemenge 5 vollständig, bzw. nur teilweise bedeckt war, die spezifische Konversionsgeschwindigkeit des Gemenges 5 zwischen 0.27 und 0.30 kg/(m²s).
Den typischen Charakter der entstehenden Zellenströmung im gegebenen Beispiel zeigt in der den Querschnitt der entworfenen Konversionsregion 1. Für die Auswertung der Konversionsfunktion der gegebenen Anordnung der vertikalen Elektroden 3 wurde ein Beispiel gewählt, dass einem Schmelzdurchfluss 13 mit einem Wert von 3.826 kg/s bei einem Anteilswert k₁ = 0.863 entspricht, wobei k₁ den in die gegebene Konversionsregion 1 zugeführten Energieanteil im Verhältnis zur insgesamt zugeführten Energie darstellt Unter diesen Bedingungen war die Oberfläche der gesamten Konversionsregion 1 mit dem Gemenge 5 bedeckt. In sind knapp unterhalb der Phasenscheideschicht ebenfalls die kleinen Trichter der mit einer niedrigeren Temperatur absinkenden Schmelze 13 zu sehen, die durch das Wirken sowohl der Elektroden 3, wie auch der Brenner 4 entstehen. Ihre Stelle in der Schicht des Gemenges 5 ist in der Abbildung durch vertikale Pfeile gekennzeichnet. Diese Trichter sind manchmal das Ergebnis der Zusammenarbeit der Elektroden 3 mit den Brennern 4, andermal gehören sie nur zu einer Wärmequelle.
Die für die spezifische Konversionsgeschwindigkeit erreichten Werte Ṁ_sbatch [kg/(m²s¹)] des Gemenges 5 in die Schmelze 13 für weitere Fälle in dieser Konversionsregion 1 der werden in dargestellt Die Zahlenwerte in der Legende zu zeigen den Durchfluss der Schmelze 13 in der Konversionsregion 1 in kg/s an. Es ist ersichtlich, dass die Werte der spezifischen Konversionsgeschwindigkeit in etwa linear mit dem Wert k₁ wachsen, d.h. mit der wachsenden energetischen Belastung der Konversionsregion 1.
Der Konversionstyp des Gemenges 5 des Abschmelzens in der entworfenen Konversionsregion 1 unterscheidet sich also von der Konversion des Gemenges 5 im klassischen horizontalen Ofen mit einer Beheizung überwiegend durch Brenngase und mit einer starken und umfangreichen zirkulierenden Längsströmung.
In der neuen Konversionsregion 1 existiert laut dieser Erfindung in der Schmelze 13 an der Phasenscheide ein großer Temperaturgradient der die gesamte mit dem Gemenge 5 bedeckte Fläche betrifft, wobei diese große Fläche an Gemenge 5 für die direkte Wärmübergabe von den Elektroden 3 in das Gemenge 5 dient Diese Fläche entsteht an der unteren Grenze 15 des Gemenges 5 durch radiales Verfließen der senkrecht zufließenden heißen Schmelze 13, die von den Spitzen 12 der Elektroden 3 zuströmt, ein weiterer Teil der Fläche dient dann für die vertikale Beseitigung der entstandenen kalten Schmelze 13. Das Abschmelzen des Gemenges 5 durch heiße Schmelze 13 und die Beseitigung der kalten Schmelze 13 erfolgt also auf der gesamten, mit dem Gemenge 5 bedeckten Fläche. Man kann annehmen, dass zu den Bedingungen einer lokalen intensiven variablen Konvektion auch höhere Werte der effektiven Koeffizienten der Temperaturübertragung erreicht werden. Damit sind dann die Bedingungen für einen großen Gradienten, einer großen Kontaktfläche und hohe Werte des Übergangs für einen intensiven Wärmefluss von der Schmelze 13 in das Gemenge 5 gegeben. Der direkte Kontakt der Brenngase, die sich dann praktisch über die gesamte obere Fläche des Gemenges 5 verlaufen, sichert eine gute Wärmeübertragung auch von oben ab. Der Effekt des gegebenen Typs der Erhitzung und der entstehende Typ der vertikalen Zellenströmung ist auch in Schmelzräumen mit einem vertikalen Durchfluss der Schmelze 13, wo mit dem Gemenge 5 gleichzeitig auf die gesamte Oberfläche der Konversionsregion 1 (wie in einem vollelektrischen Ofen) beschickt wird, anwendbar. Die Zellenströmung entsteht hier nur durch die Wirkung der Elektroden 5, das geschmolzene Glas entsteht nur von unten und wird in die sich anschließende Homogenisierungsregion 6 abgeleitet.
Der Beheizungs- und Strömungstyp und die durch die in relativ dichter Anordnung vertikalen Elektroden 3 und die vertikalen Brenner 4 in der Konversionsregion 1 erhöhen die spezifische Konversionsgeschwindigkeit des Gemenges 5 bis zu einem Dreifachen. In den untersuchten Fällen lag der für die Lieferung unter das Gemenge 5 und zu Brennern 4 bestimmte Anteil an der Gesamtenergie hoch (k₁ > 0.7) und es stand somit ausreichend Energie für das Abschmelzen des Gemenges 5 mittels starker zirkularer Strömung der Schmelze 13 zur Verfügung. Wie aus ersichtlich wird, stieg die spezifische Konversionsgeschwindigkeit den Erwartungen gemäß mit dem Anteil an der für den Bereich des Gemenges 5 vorgesehenen Gesamtenergie. Es wurden Maximalwerten von k₁ = 0.09 bis 0.95 erreicht. Ein hoher k₁-Wert ist in der Folge auch für eine effektive Verbindung mit der Homogenisierungsregion 6 vorteilhaft, da dieser für die Ausbildung einer effektiven uniformen oder spiralförmigen Strömung in dieser Homogenisierungsregion 6 notwendig ist.
Eine zentrale Reihe oder zwei zentrale Reihen an Elektroden 3 im Bereich der Längsachse der entworfenen Konversionsregion 1 hilft dann bei der Wärmeübertragung zu den Grenzen des Gemenges 5 hin und unterstützt die Beendigung der Konversion des Gemenges 5 und die Entstehung einer Spiralströmung der Schmelze 13, die in der sich daran anschließenden Homogenisierungsregion 6 des Ofens sehr effektiv ist (siehe die Querzirkulation im mittleren Teil der ).
Aus dem Angeführten ist ersichtlich, dass der Strömungscharakter in der Konversionsregion 1 des Ofens nicht der Strömung in der sich anschließenden Homogenisierungsregion 6 ähnelt, wobei die Konversionsregion 1 eher wie eine Vermischungsregion als einem Raum mit laminarer Parallelströmung angelegt ist. Im Ergebnis ist der Ofen also eine Anlage mit zwei deutlich unterschiedlichen und gesteuerten Strömungscharakteren und durch die Verbindung beider Regionen 1 und 6 muss erreicht werden, dass diese unterschiedlichen Charaktere der Vermischungsregion und die sich daran anschließende uniforme oder spiralförmige Strömung erhalten bleiben.
Das Füllen der Konversionsregion 1 mit dem Gemenge 5 und der Verlauf der Konversion des Gemenges 5 werden im Weiteren in den folgenden und demonstriert.
mit Ansicht auf das auf der Oberfläche der Schmelze 13 schwimmende Gemenge 5 zeigt, dass das Gemenge 5 teilweise in die zweite Homogenisierungsregion 6 vorgedrungen ist. Ein Streifen höherer Temperatur in der Längsachse der Konversionsregion 1 (dunklerer Farbton) zeigt eine erhöhte Konversion des Gemenges 5 an der Stelle des Aufeinandertreffens beider Ströme an. Der Durchfluss der Schmelze 13 betrugt 3.826 kg/s bei einem Wert k₁ = 0.863.
zeigt dann den Aufblick von oben auf die vertikalen Strömungszellen unter der Phasenscheide des Gemenges 5 und der Schmelze 13 in der ersten Konversionsregion 1. Es handelt sich um die höchsten Stellen dieser vertikalen Zellen, die annähernd die Form eines Rechtecks haben. Die dunkleren Stellen der hohen Temperaturen erscheinen oberhalb der Spitzen 12 der Elektroden 3 und sind mit Gebieten der absteigenden Strömung der Schmelze 13 um die Elektroden 3, die das Gemenge 5 abschmelzen, herum umgeben. Die helleren Ringe sind Bereiche mit niedrigeren Temperaturen mit den absteigenden Strömen der Schmelze 13. Die Durchflusswerte für die Schmelze 13 und der Wert k₁ sind die gleichen wie in .
Die erreichte Leistung von 3.83 kg/s (328 t/Tag) im gegebenen Beispiel (wie auch in den zwei weiteren Beispielen in mit dem gleichen Durchfluss) ist vorerst noch niedriger, als es der maximalen Homogenisierungskapazität der zweiten Homogenisierungsregion 6 des Ofens entspricht. Darum entsteht in der Homogenisierungsregion 6 eine Schmelzreserve. Bei der Beseitigung dieser Reserve wird es notwendig sein, die Konversionsleistung des Gemenges 5 zu steigern, was geschehen wird, wenn der in die erste Konversionsregion 1 gelieferte Energieanteil steigt, und dies passiert durch Erhöhung des nach in die erste Konversionsregion 1 gelieferten Energieanteils, oder - wie weitere Ergebnisse zeigten - durch ein geringes Absenken des in die Homogenisierungsregion 6 gelieferten Energieanteils. Der Endwert der Konversionsleistung kann allerdings nur nach Harmonisierung des Verlaufs des Schmelzvorgangs (Auflösung des Sandes, Beseitigung der Blasen) in der Homogenisierungsregion 6 des Ofens festgestellt werden. Das demonstrierte Beispiel zeigt aber, das die gewählte Form, die Größe und die Art und Weise der Beheizung der Konversionsregion 1 eine annehmbare hohe Kapazität für eine effektive Konversion des Gemenges 5 in Schmelze 13 haben.
Beispiel 2
(Abbildungen 9 - 13)
Gegenstand des Beispiels ist eine alternative Konversionsregion 1 für die Umwandlung des Glasgemenges 5, die über die gleichen Maße verfügt, wie es im vorhergehenden Beispiel war, allerding mit der vorhergesehenen zukünftigen Adaption der Konversionsregion 1 mit gemischter Beheizung in einen vollelektrischen Ofen. Darum wurde die Kapazität der elektrischen Beheizung unter der Schicht des Gemenges 5 auf ca. 12.000 kW erhöht In der hier vorgeschlagenen Konversionsregion 1 wurde die gleiche Anordnung der Brenner 4 wie in Beispiel 1 beibehalten. Die axonometrische Ansicht des unteren Teils der Konversionsregion 1 mit den Elektroden 3 zeigt . Die Konversionsregion 1 hat erneut zwei Seiteneingänge 2 für das Gemenge 5. Bei jedem Eingang 2 sind hier in Reihe zu zweit 6 Dreiergruppen der Elektroden 3 dreiphasig angeschlossen, also gibt es insgesamt in der Region 12 Dreiergruppen dreiphasig angeschlossener Elektroden 3. In der Längsachse der Konversionsregion 1 befindet sich eine Reihe von 6 einphasig angeschlossener Elektroden 3, sodass die Gesamtzahl der Elektroden 3 in der konzipierten Konversionsregion 1 bei 42 liegt. Die vertikalen Elektroden 3 haben einen Durchmesser von 100 mm, ihre Länge beträgt 0.8 m, wobei die Länge noch auf 0.9 m (getestet) vergrößert werden kann. Die Konversionsregion 1 wird von oben erneut mit acht vertikalen Brennern 4 in der gleichen Konfiguration wie in Beispiel 1 ( ) beheizt Im gegebenen Prüfungsfall wurden 1.834 kW an die Brenner 4 und 6.254 kW an die Elektroden 3 geliefert, also der Anteil der Jouleschen Wärme an der gelieferten Gesamtenergie beträgt 77.3 %. An die dreiphasig angeschlossenen Elektroden 3 wurden gleichmäßig 5.538 kW geliefert, an die zentrale Reihe der einphasig angeschlossenen Elektroden 3 insgesamt 716 kW.
Der Aufblick von oben mit der detaillierten Anordnung der Elektroden 3 und der Aufblick auf das leicht in die zweite Homogenisierungsregion 6 hineinreichende Gemenge 5 sind schematisch in den und dargestellt.
zeigt im Aufblick von oben, dass in diesem Falle in jeder Hälfte der Konversionsregion 1 6 Dreiergruppen dreiphasig angeschlossener Elektroden 3 angeordnet sind und in der Längsachse der Konversionsregion 1 sich eine Reihe von sechs einphasig angeschlossener Elektroden 3 befindet.
zeigt im Schnitt XY die Oberfläche des auf der Schmelze 13 schwimmenden Gemenges 5, wobei das Gemenge 5 noch nicht vollständig die Konversionsregion 1 ausfüllt, teilweise jedoch in die Homogenisierungsregion 6 hineinreicht. Unter diesen Bedingungen betrug der Durchfluss der Schmelze 13 3.50 kg/s und der Wert k₁ betrugt ebenfalls 0.87.
Im gegebenen Falle kam es gleichfalls zu einem intensiven Abschmelzen des Gemenges 5 durch die heißen vertikalen Ströme der Schmelze 13 von den Elektroden 5. Die Form der höchsten Stelle der Strömungszellen um die einzelnen Elektroden 3 herum ist bei der Betrachtung von oben weniger deutlich als im vorhergehenden Beispiel, siehe , wo der dunklere Farbton der höchsten Stellen der Zellen die aufsteigende Strömung der heißen Schmelze 13 und die helleren Stellen die absteigende Strömung mit der abgeschmolzenen Glasschmelze 13 darstellen. Der dunkle Bereich um die Längsachse verdeutlicht freie Oberfläche mit hoher Temperatur. Die Konversionsleistung der Konversionsregion 1 betrug dann die erwähnten 3.50 kg/s (302.4 t/Tag) und die erreichte spezifische Geschwindigkeit des Abschmelzens des Gemenges 5 betrug 0.294 kg/(m²s¹). Der Charakter der Zellenströmung blieb erhalten.
zeigt in einem Querschnitt (YZ) die Temperaturfelder der Schmelze 13 um die Elektroden 3 herum und im Verbrennungsraum der Konversionsregion 1 in der Nähe der Schicht des Gemenges 5, sowie den Charakter der vertikalen Zirkulationsströmung in der Schmelze 13. Der Charakter dieser Strömung, die von der Beheizung durch die Elektroden 3, durch die Brenner 4 und der absinkenden kalten Schmelze 13 aus dem geschmolzenen Gemenge 5 hervorgerufen wird, ist ähnlich dem von Beispiel 1. Das Auftreten der im Gemenge 5 entstehenden absteigenden Ströme der Schmelze 13 ist wiederum mit Pfeilen gekennzeichnet.
Im gegebenen Falle wurde eine durchschnittliche spezifische Konversionsleistung des Gemenges 5 von 0.294 kg/(m²s] erreicht, die noch gering durch eine Erhöhung des Wertes k₁ verbessert werden kann. Die Gesamtkonversionskapazität der Konversionsregion 1 von 302.4 t/Tag muss bei der Harmonisierung der Konversionsleistung mit der Leistung der Homogenisierungsregion 6 des Glasofens durch eine Erhöhung des Wertes k₁ sich verbessern (ähnlich wie es für das Beispiel 1 zeigt), wie auch durch eine Veränderung des Verhältnisses der Elektro- und der Verbrennungsenergie, ausnahmsweise kann auch die gesamte Konversionsregion 1 für die Konversion des Gemenges 5 bis zum Erreichen einer entsprechenden Kapazität der Homogenisierungsregion 6 vergrößert werden.
Beispiel 3
(Abbildungen 14 -19)
Gegenstand des Beispiels ist eine weitere alternative Konversionsregion 1 mit einer gleichen Form wie in den vorangegangenen Beispielen, die entworfenen Konversionsregion 1 wurde allerding im Interesse einer Erhöhung der Konversionskapazität verlängert. Die Länge der Konversionsregion 1 wurde somit von den ursprünglichen 2 m auf 2.75 m verlängert, ihre Breite bleibt bei 6 m und der Raum hat zwei Seiteneingänge mit einer Breite von 1.5 m, die sich zentral in den Seitenlängswänden 10 befinden. Das vorgeschlagene Volumen der Konversionsregion 1 für die Konversion des Gemenges beträgt 16.5 m³. Eine axonometrische Ansicht des unteren Teils der Konversionsregion 1 mit den Elektroden 3 zeigt , die Projektionen der vertikalen Brenner 4 in der 8 in Ebene XY der entworfenen Konversionsregion 1 werden in gezeigt, wie auch die Projektionen der Elektroden 3 im Boden 7 darstellt Die Brenner 4 sind durch doppelte Kreise gekennzeichnet, die Heizelektroden 3 durch Kreise in Quadraten.
In der Konversionsregion 1 befinden sich bei jedem Eingang 2 neun Dreiergruppen dreiphasig angeschlossener Elektroden 3 (in drei Reihen zu je drei Dreiergruppen), in der Längsachse der Konversionsregion 1 ist eine Reihe von acht einphasig angeschlossener Elektroden 3 angeordnet Insgesamt sind in der Konversionsregion 1 62 Elektroden 3 installiert Der Durchmesser der Elektroden 3 beträgt 100 mm. Über der Oberfläche sind in der Gewölbe 8 zehn vertikale Brenner angebracht. Hierbei handelt es sich wiederum um fünf Doppelbrenner 4, verteilt über die Breite der Konversionsregion 1.
Im konkreten Beispiel beträgt die konstante Leistungsaufnahme an Energie in die Brenner 4 3.230 kW, wobei die Energie auf die Brenner 4 gleichmäßig aufgeteilt wurde; die Leistungsaufnahme an Joulescher Wärme in die Elektroden 3 betrugt im demonstrierten Beispiel 6.900 kW, davon 5.645 kW in die dreiphasig angeschlossenen Elektroden 3 und 1.255 kW in die einphasig angeschlossenen Elektroden 3. Der Anteil an elektrischer Energie in der Konversionsregion 1 betrug also 68.1 %. Die Energie wurde den einzeln angeschlossenen Elektroden 3 gleichmäßig zugeführt. Die entstandene Konversionsleistung betrug 4.4 kg/s bei einem Wert k₁ = 0.85.
Die Bedeckung der Oberfläche mit dem schwimmenden Gemenge 5 zeigt für das gegebene Beispiel eine Aufsicht von oben die . Der Streifen der höheren Temperatur in der Längsachse der Konversionsregion 1 (dunklere Stellen) indizieren eine höhere Konversion des Gemenges 5. Das Gemenge 5 füllt diese Konversionsregion 1 erneut vollständig aus.
In der Konversionsregion 1 haben sich erneut Konvektionszellen gebildet, deren höchste Stellen unter der Schicht des Gemenges 5 in einer Ansicht von oben demonstriert. Die Zellen sind örtlich durch den schnellen horizontalen Strom der Schmelze 13 deformiert. In wird das Temperaturfeld der Schmelze 13 um die Elektroden 3 herum in der Nähe der Schicht des Gemenges 5, sowie der Charakter der vertikalen zirkularen Strömung, die durch die Beheizung mit den Elektroden 3 und den Brennern 4, sowie durch das Absinken der Schmelze 13 nach Abschmelzen des Gemenges 5 hervorgerufen wird, dargestellt Die stärkere Färbung in der Mitte der höchsten Stellen der Zellen kennzeichnen die aufsteigende Strömung der Schmelze 13, gleich wie auch in den vorangegangenen Beispielen.
Die Temperaturfelder der Schmelze 13 um die Elektroden 3 herum in der Nähe der Schichte des Gemenges 5 und der Charakter der vertikalen zirkularen Strömung, die durch die Beheizung mit den Elektroden 3 und den Brennern 4, sowie durch das Absinken der Schmelze 13 nach Abschmelzen des Gemenges 5 (gekennzeichnet durch Pfeile) in der Konversionsregion 1 hervorgerufen wird, werden dann in in einem Querschnitt der Konversionsregion 1 (YZ Schnitt) dargestellt Der Durchfluss der Schmelze 13 beträgt 4.40 kg/s, der Wert k₁ = 0.8. Unter den gegebenen Bedingungen bei dem erwähnten Durchfluss der Schmelze 13 von 4.4 kg/s (380 t/Tag) betrug die spezifische Konversionsgeschwindigkeit des Gemenges 5 0.264 kg/s. Durch eine Erhöhung des Wertes Ṁ_Sbatch wird eine Erhöhung von k₁ bei der Harmonisierung der Leistung der entworfenen Konversionsregion 1 mit der leistungsstarken zweiten Homogenisierungsregion 6 des Ofens erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Konversionsregion
2: Seiteneingänge 2 in die Konversionsregion 1
3: Elektroden
4: Gasbrenner
5: Glasgemenge
6: Homogenisierungsregion
7: Boden 7 der Konversionsregion 1
8: Gewölbe 8 der Konversionsregion1
9: Achsen 9 der Elektroden 3
10: Seitenwände 10 der Konversionsregion
11: Achsen 11 der Brenner 4
12: Spitzen 12 der Elektroden 3
13: Glasschmelze
14: Stirnwand der Konversionsregion 1
15: Grenze 15 des Glasgemenges 5

Literaturverzeichnis

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21. L. Nemec, L. Hrbek, M. Jebava, J. Brada: Schmelzraum eines kontinuierliches Glasschmelzofens und nach einem darin aufgeführten Verfahren erhaltene Glasschmelze. DE 10 2018 122 017 A9 (2019).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CZ 307659 [0007, 0008, 0067]
WO 2014/036979 A1 [0067]
CZ 31123 U [0067]
DE 202018105160 U1 [0067]
DE 102018122017 A9 [0067]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Claims

Glasschmelzofen mit der Konversionsregion (1) zur Umsetzung des Glasgemenges (5) in Glasschmelze (13) umfasst: die Konversionsregion (1) mit der Schicht des Glasgemenges (5) an der geschmolzenen Glasschmelze (13), welche den Boden (7), die gegenüberliegenden Seitenwände (10 und die Stirnseite (14), ist mit zwei Seiteneingängen (2) versehen und wird mit Heizelektroden (3) und Gasbrennern (4) beheizt; und an die Konversionsregion (1) schließt sich die Homogenisierungsregion (6) an, die für die Homogenisierung der Glasschmelze (13) vollelektrisch beheizt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass die Konversionsregion (1): a) an jeder gegenüberliegenden Seitenwand (10) über einen Seiteneingang (2) verfügt; b) mit vertikalen Stabelektroden (3), die im Boden (7) platziert sind, und vertikalen Gasbrennern (4), die in der Gewölbe (8) platziert sind, bestückt ist; c) vertikale Stabheizelektroden (3) über die gesamte Fläche des Bodens (7) und Gasbrenner (4) über die gesamte Fläche der Gewölbe (8) in regelmäßigen Formationen verteilt hat; d) die Achsen (9) der vertikalen Elektroden (3) einen Minimalabstand von 0.3 m zueinander und von den Wänden (10, 14) aufweisen; e) die Achsen (11) der vertikalen Brenner (4) einen Minimalabstand von 0.5 m zueinander und von den Wänden (10, 14) aufweisen; und f) dass die Spitzen (12) der Elektroden (3) von der unteren Oberfläche der Schicht des Glasgemenges (5) maximal 0.4 m entfernt sind.
Glasschmelzofen laut Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet ist, dass die Konversionsregion (1) einen Anteil an der elektrischen Energie der Heizelektroden (3) von der der Konversionsregion (1) mit den Heizelektroden (3) und den Brennern (4) zugeführten Gesamtenergie von mindestens 50 % hat.
Glasschmelzofen laut der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet ist, dass die vertikalen Heizelektroden (3), die mit ihrer Länge unmittelbar bis an die untere Oberfläche des Glasgemenges (5) reichen, Stabelektroden (3) aus Molybdän sind.
Glasschmelzofen laut der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ist, dass die vertikalen Gasheizbrenner (4) mit Erdgas zusammen mit Luft oder Sauerstoff beheizt werden.
Glasschmelzofen laut der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ist, dass die vertikalen Gasheizbrenner (4) mit Wasserstoff zusammen mit Luft oder Sauerstoff beheizt werden.
Art und Weise der Konversion des Glasgemenges (5) in Glasschmelze (13) in dem Glasschmelzofen laut der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet ist, dass den Elektroden (3) und den Gasbrennern (4) in die Konversionsregion (1) 6.000 bis 14.000 kW für die Konversion des Glasgemenges (5) in die Glasschmelze (13) für die Entstehung von 3 bis 7 kg Glas pro Sekunde zugeführt wird.
Art und Weise der Konversion des Glasgemenges (5) in Glasschmelze (13) in dem Glasschmelzofen laut dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Konversionsgeschwindigkeit der Umwandlung des Glasgemenges (5) in Glasschmelze (13) in einer Toleranz von 0.25 bis 0.30 kg × m^-2 × s^-1 liegt.