DE2431939A1

DE2431939A1 - Glasschmelzwanne und verfahren zum schmelzen von glas

Info

Publication number: DE2431939A1
Application number: DE2431939A
Authority: DE
Inventors: Donald Charlesworth
Original assignee: Pilkington Brothers Ltd
Current assignee: Pilkington Group Ltd
Priority date: 1973-07-04
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1975-01-30
Also published as: BE817258A; ZA744279B; IT1018240B; JPS5054612A; AR205797A1; US3926606A; FR2235884A1; SE7408762L

Description

Glasschmelzwanne und Verfahren zum Schmelzen von Glas.

Die Erfindung betrifft eine Glasschmelzwanne mit einem langgestreckten Wannenkörper für die Aufnahme des geschmolzenen Glases, mit einem am Beschickungsende der Wanne vorgesehenen Einfüllabschnitt zur Aufnahme des glasbildenden Materials, welcher an die Endwand der Wanne angrenzt und eine geringere Breite besitzt als der Wannenkörper, mit einem Verarbeitungsende, von welchem das geschmolzene Glas aus der Wanne ausgetragen wird, und mit einer.Hauptheizeinrichtung für die Zufuhr der erforderlichen Hauptwärmemenge zu dem Wänneninhalt, die sich zwischen dem Einfüllabschnitt und dem Verarbeitungsende befindet, sowie ein Verfahren zum Schmelzen von glasbildendem Material.

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Postscheckkonto: Karlsruhe 76979 Bankkonto: Deutsche Bank AG Villingen 146332

Bei der Herstellung von Glas mit hoher Qualität werden die Ausgangsbestandteile einer Schmelzzone an einem Ende der Wanne zugeführt und strömen durch eine Läuterungszone in eine Konditionierungszone an dem Verarbeitungsende der Wanne, von welchem das Glas aus der Wanne ausgetragen wird. Um ein Glas mit guter Qualität zu erhalten, ist es notwendig, daß das Glas in der Konditionierungszone oder der Verarbeitungszone einen hohen Grad von Homogenität besitzt. Dies erfordert eine wirkungsvolle Zirkulation oder Umwälzung des geschmolzenen Glases in der Wanne, wobei bei diesem Vorgang das Material Gas abgibt und eine gleichmäßigere Verteilung der Temperatur und der Zusammensetzung erhält.

Es treten jedoch Schwierigkeiten auf, wenn die Wanne kontinuierlich betrieben wird, um einen maximalen Glasausstoß von der Wanne zu erzeugen. Normalerweise wird kaltes Gemengematerial einem Einfüllabschnitt zugeführt, der sich in einer Endwand der Wanne befindet und schmaler ist als der Wannenkörper. Da das Gemengematerial kalt ist, bildet sich eine Deckschicht aus ungeschmolzenem Gemengematerial auf der Oberfläche des geschmolzenen Glases an dem an den Einfüllabschnitt angrenzenden Ende der Wanne, und normalerweise findet die erforderliche Zirkulation des geschmolzenen Glases in der Wanne unter dieser Deckschicht statt. Wenn jedoch die durch die Wanne zu erzeugende Glasmenge erhöht wird, kann die Beschickungsmenge und-geschwindigkeit des Gemengematerials in den Einfüllabschnitt eine Größe erreichen, bei der das Glas in dem Einfüllabschnitt unzulässig kalt wird. Dies kann den normalen Zirkulationsströmungsverlauf unter der Deckschicht unterbrechen und es schwierig machen, eine zufriedenstellende Steuerung der Bewegung der Deckschicht zu erreichen. Die Deckschicht kann z.B. eine Brücke bis zu der Endwand der Wanne bilden und kann sich zu einer Seite des Einfüllabschnitts verschieben, so daß die Symmetrie der Glaszirkulation in der Wanne unterbrochen

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wird. Diese Störung der Symmetrie der Strömung führt anschließend zu einem Zusammeforuch der Symmetrie der Wärmeverteilung und möglicherweise der Glaszusammensetzung an anderen Stellen in der Wanne. Wenn die Deckschicht sich auf eine Seite des Einfüllabschnitts verschiebt, bleibt außerdem diese Seite des Einfüllabschnitts übermäßig kalt und die Dicke der Deckschicht wächst an, wenn weiteres Gemengematerial zugeführt wird. Dadurch kann die Gesamtfläche der Deckschicht anwachsen, und es ist wichtig, daß die Deckschicht sich nicht zu weit strömungsabwärts in der Wanne auf das Verarbeitungsende zu ausdehnt, da sich dadurch die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß ungeschmolzene Teilchen in das Verarbeitungsende befördert werden.

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schmelzen von Glas, durch welche diese Schwierigkeiten verringert werden.

Dies wird bei einer Glasschmelzwanne der eingangs genannten Art erfindungsgemäß erreicht durch eine Hilfheizeinrichtung am Besc.hickungsende, welche wenigstens drei Heizelektroden aufweist, die in dem Einfüllabschnitt angeordnet sind, und durch eine Einrichtung zur wahlweisen Steuerung des Durchflusses des Heizstroms zwischen verschiedenen Elektrodenpaaren.

Durch die Anordnung der Hilfheizeinrichtung^ dem Einfüllabschnitt können die gewünschten Temperaturgefälle in dem Einfüllabschnitt erzeugt werden, und durch das wahlweise Durchleiten von Strom zwischen den verschiedenen Paaren von Elektroden ist es möglich, die Temperaturverteilung in dem Einfüllabschnitt einzustellen. Auf diese Weise werden die Strömungsverhältnisse abgewandelt und die Lage und Bewegung der Deckschicht kann gesteuert werden.

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Vorzugsweise sind Elektroden angrenzend an die einander Gegenüberliegenden Seitenwände des Einfüllabschnitts vornesehen und wenigstens ein Elektrodenpaar kann sich auf jeder Seite befinden. Es ist auch vorteilhaft, Elektroden angrenzend an die Endwand des Einfüllabschnitts-in dessen Mitte vorzusehen. Diese mittleren Elektroden befinden sich vorzugsweise näher an der Endwand als die Elektroden an den Seiten des Einfüllabschnittes.

Die Hauptheizeinrichtung kann eine Öl- oder Gasheizung aufweisen, die sich an einer Stelle stromab von dem Einfüllabschnitt befindet.

Die Einrichtung zur wahlweisen Steuerung des Durchflusses des Heizstromes zwischen verschiedenen Paaren von Elektroden umfaßt vorzugsweise eine elektrische Stromversorgungsschaltung zusammen mit einer Schalteinrichtung, die die Stromversorgungsschaltung mit einem oder mehreren ausgewählten Elektrodenpaaren verbinden kann.

Die Erfindung liefert auch ein Verfahren zum Schmelzen glasbildenden Materials, bei dem das Gemengematerial in einen Einfüllabschnitt an einem Ende einer Glasschmelzwanne zugeführt wird, Wärme dem Material in der Wanne zuqeführt wird, um geschmolzenes Glas zu bilden, wobei eine Deckschicht aus ungeschmolzenem Material an der Oberfläche des Glases an diesem einen Ende der Wanne bestehen bleibt, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lage dieser Deckschicht in der Wanne durch wahlweise Zuführung lokalisierter Wärme in den Einfüllabschnitt unter der Deckschicht gesteuert wird. \

Vorzugsweise wird die wahlweise Zuführung von lokalisierter Wärme durch den Durchfluß von Strom durch zwei oder mehrere ausgewählte Elektroden bewirkt, die sich unter der Oberfläche

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des Glases incfem Einfüllabschnitt befinden, so daß die. Deckschicht in einer.symmetrischen Lage in bezug auf die Wanne gehalten wird. Die lokalisierte Wärme kann.in der Mitte in dem Einfüllabschnitt angrenzend an eine Endwand der Wanne zugeführt werden un.d ebenso als zusätzliche lokalisierte Wärme an einer oder der anderen Seite des Einfüllabschnitts, wie es erforderlich ist, um die Deckschicht in einer symmetrischen Lage zu halten.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Glasschmelzwanne gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Stromversorgungssystem für die Seitenelektroden der Fig. If

Fig. 3 ein Stromversorgungssystem für die mittleren Elektroden der Fig. 1; ■

Fig. 4 schematisch den Glasströmungsverlauf in der Schnittebene IV-IV der Fig. 1, und

Fig. 5 schematisch den GlasBtrömungsverlauf in der Schnittebene V-V der Fig. 1.

Die Glasschmelzwanne dieses Ausführungsbeispiels ist von bekannter Bauweise und unterscheidet sich von den bekannten Schmelzwannen darin, daß Hilfsheizelektroden an dem Beschickungsende der Wanne vorgesehen sind.

Fig. 1 zeigt eine Glasschmelzwanne 11- mit einem Beschickungsende 12 und einem Verarbeitungsende 13, von dem das geschmolzene Glas aus der Wanne ausgetragen wird. Die Wanne besitzt eine Einschnürungszone 14, die zu der Verarbeitungsoder Konditionierungszone führt, und Gas- oder Ölheizungseinrichtungen 15 befinden sich längs der Seiten des Wannenkörpers

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an einer Stelle stromab von dem Beschickungsende und vor., dem Erreichen der Einschnürungszone 14." Das. Beschickunqsende ist mit einem Einfüllabschnitt ,16 versehen,- der sich angrenzend an die Endwand 17 der Wanne an .-.dem Beschickungsende befindet, und dieser Abschnitt 16 ist schmaler als der Wannenkörper, so daß die Seitenwände 18 und 19 des Einf ül labschn.ittes von den. Hauptseitenwänden: 20 . der Wanne nach innen versetzt sind. Der Einfüllabschnitt- besitzt'eine rechteckige Form und erstreckt sich bis zu.der vollen Tiefe : der Wanne. " ■ ......;

Im Betrieb wird das glasbildende Gemengematerial in her- .. kömmlicher Weise in den Einfüllabschnitt 16 zugeführt, während das Glas kontinuierlich von dem anderen Ende ,der Wanne abgeführt wird. Das Gemengematerial ist kalt, wenn es der Wanne zugeführt wird und bildet eine Deckschicht 21 aus ungeschmolzenem Gemengematerial, die auf der Oberfläche des geschmolzenen Glases 22 liegt,, wie in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigt ist. Die Deckschicht 21 hat eine gekrümmte Form und ragt von dem Einfüllabschnitt 16 in den Wannenkörper vor. Es ist erwünscht, daß die Deckschicht, symmetrisch, in bezug auf die Mittelachse in Wannenlängsrichtung liegt und sich . in einem Abstand von den Seitenwänden 18 und 19 des Einfüllabschnittes befindet. Die Deckschicht erstreckt sich stromabwärts in den Hauptkörper der Wanne, sollte sich aber nicht zu weit auf die Einschnürung 14 zu erstrecken, da anderenfalls ungeschmolzenes Material in die Verarbeitungszone 13 eindringen kann. Wenn die Wanne zufriedenstellend arbeitet, zirkuliert das geschmolzene Glas in der Wanne 11 und der Zirkulationsströmungsverlauf in dem Einfüllabschnitt ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Fig. 4 zeigt den Querströmungs- " verlauf und wie dort eingezeichnet ist, befinden sich zwei Hauptzirkulationsströmungswege 25 symmetrisch in jeder Hälfte der Wanne und eine kleinere zirkulierende Strömungsbahn 26 tritt in den Ecken auf, die jeweils durch die Seitenwände und 19 mit dem Boden der Wanne gebildet werden. Die

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Strömungsrichtung verläuft in dem in Fig. 4 eingezeichneten Sinne. Der Strömungsverlauf in Längsrichtung in dem Einzelabschnitt ist in Fig. 5 gezeigt, und wie dort dargestellt ist, befindet sich eine heiße Rückwärtsströmung von geschmolzenem Glas dicht unter der Deckschicht 21 auf die
Endwand 17 zu und diese Strömung kehrt zu dem Wannenkörper dicht an dem Boden der Wanne zurück. Eine weitere zirkulierende Strömung, die als Frontwandumwälzung bezeichnet wird, tritt dicht an der Verbindungsstelle der Frontwand 17 mit dem Boden der Wanne auf, wie es bei 27 angedeutet ist. Die Strömungsrichtung ist in Fig. 5 durch die Pfeile angezeigt.

Wenn die Wanne bei oder in der Nähe ihrer maximalen Belastbarkeit betrieben wird, muß das Gemengematerial dem Einfüllabschnitt mit einer Geschwindigkeit zugeführt werden, die ausreicht, daß die Temperatur in dem Einfüllabschnitt übermäßig abgekühlt werden kann. Dies kann den normalen
symmetrischen Strömungsverlauf in der Wanne unterbrechen und die Deckschicht 21 kann sich nach einer Seite verlagern, so daß sie sich dicht an eine der Seitenwände 18 oder 19 des Einfüllabschnitts annähert. Wenn dies eintritt, wird die Symmetrie der Glasschmelzwanne unterbrochen, wobei
die heiße Rückwärtsströmung von Glas an einer Seite des
Einfüllabschnitts abgeschnitten wird und die heiße Rückwärtsströmung zu der anderen Seite des Einfüllabschnitts verstärkt wird. Dadurch kann die Homogenität der Temperatur und der Zusammensetzung des Glases, das die Verarbeitungszone 13 erreicht, gestört werden, und die Deckschicht 21 kann in der Dicke anwachsen, wenn weiteres Gemengematerial zugeführt wird, bis die Deckschicht sich zu weit stromab in der Wanne auf die Einschnürung 14 zu erstreckt.

Um diese Störung der Symmetrie zu verhindern, ist die beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wanne mit

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einer Hilfsheizeinrichtung in Form von wenigstens drei elektrischen Heizelektroden versehen, die sich in dem Einzelabschnitt 16 befinden. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, befinden sich drei Elektroden 31, 32 und 33 dicht an der Frontwand 17 des Einfüllabschnitts und sind symmetrisch, zu der mittleren Elektrode 32 angeordnet, die sich auf der Mittelachse der Wanne befindet. Weiter ist ein Elektrodenpaar 34 in dem Einfüllabschnitt dicht an der Seitenwand 18 und ein gleiches Elektrodenpaar 35 in dem Einfüllabschnitt dicht an der Seitenwand 19 angeordnet. Da die Elektroden 34 und 35 entlang der Seitenwände 18 bzw. 19.verlaufend angeordnet sind, stehen sie weiter von der Frontwand 17 ab als die Elektroden 31 bis 33, die Seite an Seite entlang der Wand 17 verlaufen. Die elektrische Versorgungsschaltung zusammen mit den Wahlschaltern für diese Hilfsheizelektroden sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, liefert ein Stromversorgungstransformator 36 einen Wechselstrom über eine Leistungseinstelleinrichtung 37 zu den swei Schaltern 38 und 39, die so angeordnet sind, daß sie den Strom entweder zu den Elektroden 34 oder zu den Elektroden 35 zuführen. Das Elektrodenpaar, das den Strom empfängt, kann durch die Einstellung der Lage der Schalter 38 und 39 ausgewählt und geändert werden. In Fig. 3 wird der Ausgang eines Stromversorgungstransformators 40 direkt der Elektrode 32 und über jeweilige Stromeinstelleinrichtungen 41 und. 42 den Elektroden 31 und 33 zugeführt. Im Betrieb wird normalerweise der Strom kontinuierlich zu allen drei Elektroden 31, 32 und 33 zugeführt, aber die Abgleichung zwischen der Elektrode 32 und den zwei äußeren Elektroden kann mit Hilfe der Stromeinstellungseinrichtungen 41 und 42 eingestellt werden, um die Wärmeverteilung in dem Einfüllabschnitt einzustellen und dadurch die Lage der Deckschicht zu steuern.

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Im Betrieb dieses Ausführungsbeispiels der Glasschmelzwanne wird die Hauptwärmemenge dem Inhalt der Glaswanne durch die Heizeinrichtungen 15 zugeführt. Zusätzliche Hilfswärme wird normalerweise kontinuierlich durch die Elektroden 31, 32 und 33 in dem Einfüllabschnitt zugeführt. Diese Hilfswärmemenge verhindert ein übermäßiges Abkühlen des Inhalts des Einfüllabschnitts, so daß die Konvektionsströmungen in dem Einfüllabschnitt aufrechterhalten werden und die aufwärts gerichtete Konvektionsströmung von den Frontwandelektroden 31, 32 und 33 die Frontwandumwälzunosströmung verstärkt, die in Fig. 5 mit 27 bezeichnet ist. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, erstrecken sich die Elektroden in dem Einfüllabschnitt von dem Boden der Wanne nach oben bis zu einer Stelle unterhalb der Deckschicht und wie aus Fig. 5 deutlich wird^ewirken die Elektroden 31 bis 33 eine nach oben gerichtete Konvektionsströmung, die die Strömungsrichtung unterstützt, die für die Umwälzung 27 eingezeichnet ist. Dies verstärkt wiederum die in Längsrichtung verlaufende Strömung, die in Fig. 5 eingezeichnet ist, die unter der Deckschicht 21 zurückkehrt und dicht an dem Boden der Wanne zu dem Wannenkörper zurückströmt. Normalerweise muß kein Strom den Elektroden 34 oder 35 zugeführt werden, aber wenn sich die Lage der Deckschicht bewegen sollte, so daß sich diese der einen oder der anderen Seitenwand 18 oder 19 des Einfüllabschnitts nähert, wird die geeignete Elektrode 34 oder 35 mit Strom beschickt, um die Wärme auf der entsprechenden Seite des Einfüllabschnitts zu vergrößern, so daß sie die Konvektionsströmung verstärkt und die Deckschicht 21 in der symmetrischen Lage im Abstand von beiden Seitenwänden des Einfüllabschnitts hält.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel können die Hilfsheizelektroden in dem Einfüllabschnitt so ausgebildet sein, daß sie 150 KVA zwischen jedem Elektrodenpaar liefern. Die Spannung zwischen nebeneinander liegenden Elektroden in

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jedem Paar kann 260 Volt betragen. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Einzelheiten dieses Ausführungsbeispieles beschränkt. Wenigstens drei Elektroden sind in dem Einfüllabschnitt erforderlich, um die Einstellung der Wärmeverteilung in diesem Abschnitt zu ermöglichen. Es ist jedoch auch möglich, andere Anordnungen und andere Anzahlen von Elektroden zu verwenden, als sie in der Zeichnung dargestellt sind.

Der Hauptzweck, weswegen erfindungsgemäß Elektroden an ausgewählten Stellen in dem Einfüllabschnitt vorgesehen sind, ist nicht die Lieferung von zusätzlicher Wärme direkt zu der zugeführten Glasmenge, sondern die Erzeugung von lokalen Temperaturgradienten. Durch die Steuerung des Temperaturgradienten kann der gewünschte Verlauf der Konvektionsströmung verstärkt werden, der durch die . Steuerung der Temperaturverteilung "in dem Wannenkörper vorsätzlich erzeugt wird. Die Aufrechterhaltung eines solchen Konvektionsstromungsverlaufs ist wesentlich, um die Deckschicht in einer im wesentlichen symmetrischen Lage zu halten. Die geringe direkte Erwärmung, die während dieses Vorgangs zugeführt wird, erhöht die Temperatur des zugeführten Glases nur in einem sehr beschränkten Ausmaß. Frühere Vorschläge, die Elektroden an dem Beschickungsende einer Glaswanne vorsahen, waren darauf gerichtet, eine beträchtliche Wärmezufuhr an diesem Ende der Wanne zu erzielen, und die Elektroden konnten nicht wahlweise gesteuert werden, um eine Steuerung der Deckschicht zu erhalten.

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Claims

P a te η tan s prüch.e

iJ Glasschmelzwanne mit einem langgestreckten Wannenkörper für die Aufnahme des geschmolzenen' Glases, mit einem am Beschickungsende der Wanne vorgesehenen Einfüllabschnitt zur Aufnahme des g-lasbildenden Materials, welcher an die Endwand der Wanne angrenzt und eine geringere Breite besitzt als der Wannenkörper, mit einem Verarbeitungsende, von welchem das geschmolzene Glas aus der Wanne ausgetragen wird, und mit einer Hauptheizeinrichtung für die Zufuhr der erforderlichen Hauptwärmemenge zu dem Wanneninhalt, die sich zwischen dem Einfüllabschnitt und dem Verarbeitungsende befindet, gekennzeichnet durch eine Hilfsheizeinrichtung am Beschickungsende, welche wenigstens drei Heizelektroden (31-35) aufweist, die in dem Einfüllabschnitt (16) angeordnet sind, und durch eine Einrichtung (38, 39, 41, 42) zur wahlweiseh Steuerung des Durchflusses des Heizstroms zwischen verschiedenen Elektrodenpaaren.

2. Glasschmelzwanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur wahlweisen Steuerung des Durchflusses des Heizstroms eine Stromversorgungsschaltung zusammen mit einer Schaltereinrichtung (38, 39) zur Verbindung der Stromversorgungsschaltung mit einem oder mehreren ausgewählten Elektrodenpaaren aufweist.

3. Glasschmelzwanne nach Anspruch l.oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (34, 35) angrenzend an die einander gegenüberliegenden Seitenwände (18, 19) des Einfüllabschnitts angeordnet sind.

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1. Glasschmelzwanne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich wenigstens ein Elektrodenpaar (34, 35) auf jeder Seite des Einfüllabschnittes (16) befindet.

5. Glasschmelzwanne nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (31, 32, 33) sich auch in der Mitte angrenzend an die Endwand (17) des Einfüllabschnittes befinden.

6. Glasschmelzwanne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Elektroden (31, 32, 33) sich dichter an der Endwand (17) befinden, als die Elektroden (34, 35) an den Seiten des Einfüllabschnittes.

7. Verfahren zum Schmelzen von glasbildendem Material, bei dem das Gemengematerial in einen Einführabschnitt an einem Ende einer Glasschmelzwanne zugeführt wird, und bei dem dem Material in der Wanne Wärme zugeführt wird, um geschmolzenes Gl^as zu bilden, wobei eine Deckschicht aus ungeschmolzenem Material auf der Oberfläche des Glases an diesem Ende der Wanne erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lag e dieser Deckschicht in der Wanne durch wahlweise Zuführung lokalisierter Wärme in dem Einfüllabschnitt unter der Deckschicht gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wahlweise Zuführung von lokalisierter Wärme durch Durchleiten von Strom durch zwei oder mehrere ausgewählte Elektroden bewirkt wird, die sich unter der Oberfläche des Glases in dem Einfüllabschnitt befinden, wobei die Deckschicht in einer symmetrischen Lage in bezug auf die Wanne gehalten wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die lokalisierte Wärme in der Mitte in dem Einfüllabschnitt angrenzend an eine Endwand der Wanne zugeführt wird und daß zusätzliche lokalisierte Wärme an einer
oder der anderen Seitenwand des Einfüllabschnittes zugeführt wird, um die Deckschicht in einer symmetrischen Lage in bezug auf die Wanne zu halten.

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