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Vorrichtung zum Homogenisieren bzw. Läutern von Glasschmelzen durch
Einblasen von Gasen Die Glasherstellung erfolgt nach modernen Verfahren in kontinuierlich
betriebenen Öfen, die in der Regel sehr groß sind und viele Tonnen der zu schmelzenden
und zu läuternden Glasmasse enthalten können. Die Rohbeschickung des Ofens erfolgt
an einem Ende des Behälters, und zwar in dem Maße, in welchem das Schmelzgut langsam
den Behälter in der Längsrichtung durchwandert, allmählich geschmolzen und geläutert
wird. Die zum Schmelzen und zum Läutern erforderliche Wärme wird in der Regel der
Oberfläche der Schmelze in Form von Flammen oder Verbrennungsgasen zugeführt.
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Die Wärmeausbeute eines solchen Ofens, ausgedrückt als verbrauchte
Wärmezugeführte Wärme, ist im allgemeinen sehr gering und übersteigt selten 25 a/n.
Manchmal beträgt sie nur 51119. Außerdem ist eine ausreichende Homogenität des Glases
häufig nur schwer zu erzielen, was besonders dann nachteilig ist, wenn die Glasschmelze
zur Herstellung von Flachglas dienen soll. Man hat schon versucht, eine bessere
Homogenität und Wärmeausbeute durch zusätzliche elektrische Wärmequellen zu erzielen.
Man bedarf dazu jedoch elektrischer Energie, die nicht immer zur Verfügung steht.
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Es ist bereits bekannt, in die Glasschmelze durch sich über die Breite
der Schmelzwanne erstreckende Reihen von Blasdüsen Gase einzublasen. Hierdurch soll
kaltes Glas vom Boden her an die Oberfläche der Glasmasse befördert werden. Es hat
sich nun aber gezeigt, daß mittels derart angeordneter Blasdüsen kein gleichmäßiger
und gleichbleibender aufwärts gerichteter Glasstrom zu erzielen ist. Die Folge ist
eine ungenügende Homogenisierung der Glasmasse und ein beträchtliches Hochkrümmen
des daraus gewalzten Flachglases. Auch die Gaszufuhr durch einen porösen Tonkörper
liefert keine besseren Ergebnisse.
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Nach der Erfindung wird nun die Homogenität des Glases bei gleichzeitiger
Erhöhung der Ofenleistung dadurch erheblich gesteigert, daß wenigstens drei Gasblasdüsen,
die Gas in das untere Drittel der Glasmassenhöhe einblasen und deren lichter Durchmesser
etwa 1,5 mm beträgt, an den Ecken eines Vielecks in solchem Abstand voneinander
angeordnet sind, daß ein isolierter gleichförmiger Glasstrom vom Boden der Glasmasse
aufsteigt, durch den sich an der hellgelben Oberfläche ein dunkler Fleck kalten
Glases bildet, dessen Durchmesser den Abstand zwischen zwei der aus den Blasdüsen
kommenden Gasblasenströme übertrifft. Auf diese Weise wird die zugeführte Wärme
auf großer, im wesentlichen gleichbleibender Oberfläche auf das kalte Glas übertragen.
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Um eine glockenförmige, aufsteigende, sich nach oben ausbreitende
Glassäule zu schaffen und aufrechtzuerhalten, muß die Säule von anderen aufsteigenden
Strömen getrennt gehalten werden, d. h. wenn mehrere solcher Säulen zur Anwendung
kommen, sollen diese einen solchen Abstand voneinander haben und an solchen Stellen
des Gasbehälters zur Entstehung gebracht werden, daß das an das obere Ende der Säule
getragene Glas in einem stetigen mehr oder weniger gleichmäßigen Fluß zum Boden
des Ofens zurückkehren kann.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung zeigt die Zeichnung,
und zwar ist Fig. 1 ein senkrechter Teilquerschnitt durch die Glasmasse in einem
Glasofen, woraus die Wirkung der bisher bekannten einzelnen Blasenbildner ersichtlich
ist, Fig. 2 ein senkrechter Teilquerschnitt durch einen Glasofen, bei dem sich die
aufsteigende, glockenförmige Glassäule, wie sie gemäß der Erfindung erzeugt wird,
ergibt, Fig. 3 ein Grundriß eines Glasofens, der die Anordnung der Blasdüsen gemäß
der Erfindung erkennen läßt,
Fig. 4 ein senkrechter Querschnitt
durch den Boden eines Glasofens mit einer der Ausführung der Erfindung dienenden
Blasdüse und Fig. 5 ein senkrechter Querschnitt durch den Boden eines Glasofens
mit einer anderen Ausführungsform einer Blasdüse.
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Fig. 1 zeigt quadratische Ausschnitte A, B, C, D
und E der Oberfläche
einer geschmolzenen Glasmasse in einem Glasofen während aufeinanderfolgender Zeitintervalle,
während welcher Blasen aus einem einzigen blasenbildenden Rohr durch die Glasmasse
aufsteigen. Wie der Fachmann weiß, besitzt das heiße Glas an der Oberfläche der
geschmolzenen Glasmasse in der Regel ein sehr stark glänzendes gelbes Aussehen.
Wenn eine einzelne Blase durch die geschmolzene Masse aus der kalten Glasschicht
am Boden des Ofens kommend emporsteigt, so wird eine bestimmte Menge kalten Glases
nach oben befördert, und seine Ankunft an der Oberfläche der geschmolzenen Glasmasse
kann durch Bildung eines schwarzen Flecks mit allmählich zunehmendem Durchmesser
festgestellt werden. Dieser schwarze Fleck erreicht einen maximalen Durchmesser
von einer Anzahl Zentimetern, wie dies bei 12 angezeigt ist, und verkleinert sich
dann wieder, wie 14 zeigt, worauf er schließlich verschwindet, was E zeigt. Die
geradlinige Anordnung einer beliebigen Anzahl weiterer Blasenbildner ergibt das
gleiche Ergebnis. Die Erfahrung hat gezeigt, daß man unmöglich einen schwarzen Fleck
mit gleichmäßigem Durchmesser bei geringer Geschwindigkeit des Gasflusses oder der
Blasenbildung aufrechterhalten kann. Beispielsweise wurden Rohre zur Blasenbildung
in 71 mm auseinanderliegenden Reihen mit einer Ausdehnung von 4,37 mm angeordnet.
Es war unmöglich, schwarze Flecken kalten Glases an der Oberfläche der Glasmasse
bei geringer Geschwindigkeit der Blasenbildung aufrechtzuerhalten, und die Wirkungsweise
der Blasenbildner in der beschriebenen Anordnung war ungenau und unkontrollierbar.
Wurde die Blasengeschwindigkeit erhöht, so blieben die schwarzen Flecken, jedoch
mit schwankender Größe je nach dem Auftreffen der Blasen an der Glasoberfläche.
Die Wirkungsweise blieb immer noch ungenau und unvorhersagbar. Mit anderen Worten,
erhält man zwar eine gewisse Erhöhung der Homogenität, diese ist jedoch zufällig
und ungenau und nicht konstant, und die Gesamtofenleistung steigt nicht an. Bei
dem spezifischen, vorstehend erwähnten Beispiel erhielt man aus dem Ofen ein inhomogenes
Glas, das bei Überführung in 1,12 m breite, etwa 6,2 mm dicke gewalzte Scheiben
sich nach dem Tempern um 1,26 mm über eine Grundlänge von nur 61 cm bog.
Bei Anordnung der vorstehend beschriebenen Reihe einzelner Blasenbildner wurde diese
Biegung ungleichmäßig auf 2,5 bis 7,5 mm herabgesetzt, was jedoch für Fensterglas
praktisch immer noch unbrauchbar ist.
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Gemäß der Erfindung wurde die Biegung- in dem gleichen Glasofen gleichmäßig
auf 0,25 mm herabgesetzt, was für Fensterglas tadellos ist.
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In Fig.2 und 3 ist eine Blasenbildneranordnung sowie ein Verfahren
zur Durchführung der Erfindung dargestellt, wobei vier Blasenbildnerröhren 16,
18,20
und 22 in einer eng benachbarten Gruppe am Boden 24 eines Glasofens
angeordnet sind. Diese Blasenbildner befinden sich an den Ecken eines Rechtecks
und besitzen in der spezifischen gezeigten Ausführungsform einen Abstand voneinander
von etwa 35,6 cm. Diese Anordnung wurde in dem gleichen, vorstehend beschriebenen
Ofen angebracht und wenn man Gas durch die Röhren mit der gleichen Geschwindigkeit
führte, wie dies vorher durch das einzelne, in Fig. 1 gezeigte Rohr geschah, bildeten
sich Blasen 26, welche so zusammenwirkten, daß sich eine aufsteigende Säule kalten
Glases 28 bildete, die sich nach der Oberfläche der Glasmasse zu in Form des glockenförmigen
Endes einer Trompete oder eines Horns bei 30 öffnete. Der Durchmesser des schwarzen
Flecks aus kaltem Glas, der sich auf der Oberfläche der Glasmasse bildete, betrug
etwa 91 bis 152 mm in einem etwa 61 cm tiefen Ofen. Bei einem tieferen Ofen wird
die Größe des schwarzen Flecks entsprechend erhöht.
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Obwohl das Gas den Blasenbildnerröhren in Abständen zugeführt werden
kann, ist dies jedoch nicht erforderlich. Bei dem vorstehenden spezifischen Beispiel
besaßen die Blasenbildnerrohre einen Innendurchmesser von 1,58 mm und als Gas wurde
Druckluft verwendet, die so gedrosselt war, daß man etwa zehn bis achtzehn Blasen
pro Rohr pro Minute erhielt. Die Zuführungsgeschwindigkeit des Gases wird so eingestellt,
daß man die glockenförmige Säule erzielt, und zwar regelt man die Geschwindigkeit
bis zur Ausbildung eines maximalen Durchmessers des schwarzen Flecks.
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Obwohl eine rechteckige Anordnung der Blasenbildner vorstehend beschrieben
wird, können doch auch andere Zusammenstellungen der Blasenbildnerrohre Anwendung
finden, wobei sich jedoch mindestens drei Blasenbildnerrohre in der Gruppe befinden
müssen. Eine geringere Anzahl ergibt nicht die erforderliche Zusammenwirkung und
somit nicht die an ihrem oberen Ende glockenförmige Säule. In der Zeichnung ist
nur eine einzige Blasenbildnergruppierung dargestellt. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß in gewissen Öfen weitere solcher Gruppen von Vorteil sind. Die verschiedenen
Blasenbildnergruppierungen befinden sich normalerweise in einem Abstand, der nicht
geringer ist als der Durchmesser des schwarzen Flecks, so daß Glas von der Oberfläche
zurück zum Boden gelangen und wieder erneut an die Oberfläche gepumpt werden kann,
was eine mit der Erfindung angestrebte bessere Durchmischung ergibt.
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Eine spezifische Anordnung mehrerer Gruppierungen von blasenbildenden
öffnungen erhält man z. B. in einem 4,57 m breiten und 61 cm tiefen Ofen bei drei
Gruppen von Blasenbildnern. Jede Gruppe kann aus vier an den Ecken eines Quadrats
mit einer Seitenlänge von etwa 35,5 cm angeordneten Blasenbildnerrohren bestehen,
welche einen Innendurchmesser von 1,58 mm besitzen. Die Gruppen können in einer
Reihe quer durch den Behälter angeordnet sein, wobei sich die mittlere Gruppe in
der Mitte des Behälters und die beiden anderen jeweils 1,52 m davon entfernt auf
jeder Seite befinden. Unter diesen Umständen ergibt die Zuführung von Druckluft
mit einer zehn bis achtzehn Blasen pro Rohr pro Minute bildenden Geschwindigkeit
drei schwarze Flecken mit einem Durchmesser von 91 bis 152 cm und ein gleichmäßig
homogenes Glas. Mit den bisher bei früheren Verfahren verwendeten einzelnen oder
mehreren Blasenbildnern erzielte man keine getrennten gleichmäßig aufsteigenden
Glasströme, und es bestand keine Schwierigkeit in bezug auf die Einbringung des
Blasenbildnerrohrs. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat sich gezeigt, daß durch
diese kräftig aufsteigenden
Glasströme eine scheuernde oder reibende
Wirkung konzentrisch um die Gruppe der Blasenbildner herum ausgeübt wird, welche
die Oberfläche des Behälterbodens rasch anfrißt. Diese Wirkung tritt sehr schnell
und ausgeprägt ein und ist so schwer rechtzeitig festzustellen, daß ein Loch in
den Behälterboden gefressen werden kann, bevor der Arbeiter etwas Außergewöhnliches
bemerkt. Auch das Blasenbildnerrohr wird von diesem Strom an-und weggefressen, so
daß sich die Stelle, an welcher die Blasen entstehen, laufend nach unten verlagert,
wodurch dieser Anfreßvorgang sich stetig so lange selber nährt, bis der Boden vollständig
durchlöchert ist.
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In Fig. 4 ist bei 32 der Boden eines Glasofens mit einer Öffnung
34 gezeigt, in welcher ein Blasenbildnerrohr 36 befestigt ist, dessen Ende
38 sich über der Oberfläche 40 des Bodens 32 befindet. Das Blasenbildnerrohr 36
besteht vorzugsweise aus einem gegossenen feuerfesten Material, z. B. gegossenem
Zirkonaluminat. Andere erosionsbeständige, gegossene, feuerfeste Materialien sind
ebenfalls zufriedenstellend. Man kann auch hochschmelzende Metalle, z. B. Platin
oder Molybdän, verwenden.
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Das Rohr 36 ist mit einem Gasdurchlaß 42 versehen, welcher durch eine
Leitung 44 zugeführtes Gas aufnimmt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist zwischen dem Außendurchmesser des Rohres 36 und dem Innendurchmesser der Öffnung
34 im Boden 32 ein leichtes Spiel und der durch diese beiden Flächen gegebene ringförmige
Zwischenraum füllt sich mit Glas, welches erstarrt, nachdem es weit genug von der
Oberfläche 40 des Behälterbodens entfernt ist. Dadurch wird das Rohr 36 fest in
Stellung gehalten, und ein Glasaustritt aus dem Ofen wird vermieden.
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Wenn das aus feuerfestem Material bestehende Blasenbildnerrohr 36,
wie in Fig. 4 dargestellt, montiert ist, wobei sich die Stelle der Entstehung der
Blasen von der Oberfläche 32 des Bodens entfernt befindet, ist auch der aufsteigende
Glasstrom 46, der durch die Wirkung dieser Blasenbildner im Zusammenspiel mit anderen
Blasenbildnern der Gruppe gebildet wird, weit genug von der Oberfläche des Behälterbodens
entfernt, daß nur ein geringes oder gar kein Anfressen stattfindet, und die Lebensdauer
des Behälters wird nicht durch diese Blasenbildneranordnung verkürzt. Obwohl die
Stelle, an welcher die Blasen frei werden, sich zweckmäßig vom Boden des Ofens entfernt
befindet, soll diese Stelle sich doch auch nicht höher als im untersten Drittel
der Glasmasse in dem Behälter befinden, damit noch das kalte Glas vom Boden des
Ofens gemäß der Erfindung an die Oberfläche befördert wird.
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Gemäß der Erfindung ist das Blasenbildnerrohr 36 ringsherum mit einem
Heizraum 48 umgeben, der mit einem oder mehreren Brennern 50 ausgestattet
ist, welche durch die Wände des Heizraumes hindurchtreten und durch Ventile
52 mit Brennstoff gespeist werden können. Wenn der durch die Brenner 50 strömende
Brennstoff angezündet wird, wird der ihm ausgesetzte Teil des Blasenbildnerrohres
36 so weit erhitzt, daß das in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Blasenbildnerrohr
und der Öffnung 34 erstarrte Glas 54 schmilzt. Dies ermöglicht eine Bewegung des
Rohrs 36 in dem Ofen zum Ausgleich einer etwa erfolgten Abnutzung des Blasenbildnerrohrs.
Während vorstehend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde,
kann doch auch eine zufriedenstellende Wirkung der Blasenbildnerrohre unter Verwendung
eines Blasenbildnerrohrs, was nicht merklich über die Oberfläche des Behälterbodens
hinausragt, erzielt werden. Dementsprechend ist in Fig. 5 ein Behälterboden 56 mit
einem darin angeordneten Blasenbildnerrohr gezeigt, dem durch eine Leitung 60 Gas
zugeführt wird. Dieses Rohr 58 braucht nicht aus einem gegossenen feuerfesten Material
zu bestehen, sondern kann aus ungekühltern feuerfestem hochschmelzendem Metall,
z. B. Molybdän, bestehen. Unmittelbar um das Austrittsende des Rohres 58 ist ein
Einsatz 62 aus einem gegossenen hochschmelzenden Material, z. B. Zirkonaluminat,
vorgesehen. Dieses Material braucht nicht dick zu sein, und seine Dicke kann, als
Faustregel angegeben, etwas weniger als die Hälfte der Dicke des Ofenbodens betragen.
Selbstverständlich kann bei nur geringfügiger Erhöhung der Kosten seine Dicke verstärkt
werden. Die Abmessungen des Einsatzes 62 werden so gewählt, daß die bei 64 angezeigten,
reibenden, fressenden Ströme nur den widerstandsfähigen Einsatz und nicht den diesen
umgebenden Ofenboden 66 treffen, so daß ein Anfressen und eine Zerstörung des Bodens
verhindert wird.
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Aus vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß die Erfindung eine
einzigartige Methode zur Glasherstellung schafft, wobei man ohne Zuführung von Wärme
aus einer Hilfsquelle höhere Wärmeausbeuten erzielen kann, obwohl eine solche zusätzliche
Wärme gegebenenfalls natürlich erfolgen kann. Die bevorzugten, beschriebenen Ausführungsformen
dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind nicht beschränkend.
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Gleichzeitig mit dieser Leistungssteigerung wird die Homogenität des
Glases wesentlich verbessert, so daß man von einem Ofen, welcher gemäß der Erfindung
betrieben wird, eine wesentlich erhöhte Ausbeute erzielt. Diese Erhöhung der Ausbeute
und der Homogenität ist auf die Verwendung von in Gruppen zusammengefaßten Blasenbildnerrohren
zurückzuführen, welche voneinander getrennte, aufsteigende Glassäulen ergeben, die
sich auf der Oberfläche der Glasmasse mit der Querschnittsform einer Glocke oder
eines Horns ausbreiten. Diese Glassäulen steigen vom Boden des Ofens an die Oberfläche
der Glasmasse und nehmen das kälteste Glas in dem Ofen an die Oberfläche des Glases
mit, wodurch eine maximale Wärmeübertragung ermöglicht wird. Als weiteres Merkmal
der Erfindung werden besondere Konstruktionen der Blasenbildner verwendet, welche
einen Angriff des Ofens verhindern, der bei Verwendung der bisher üblichen bekannten
Blasenbildnerrohre auftreten konnte.