DE2518497B2

DE2518497B2 - Glasschmelzofen

Info

Publication number: DE2518497B2
Application number: DE2518497A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Pilkington Brothers Ltd
Current assignee: Pilkington Group Ltd
Priority date: 1974-04-26
Filing date: 1975-04-25
Publication date: 1978-03-30
Also published as: IN144402B; AU8022475A; IT1032756B; SE412376B; EG11672A; KR800000200B1; FR2268761A1; ES436894A1; BR7502500A; CA1051198A; DD117435A5; JPS5418683B2; SU1190984A3; JPS50151914A; DE2518497A1; FR2268761B1; CS182841B2; SE7504781L; DE2518497C3; AR204578A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Glaserzeugung, insbesondere auf einen Glasschmelzofen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art.

Bei der Herstellung von Glas in Tanköfen wird ungeschmolzenes Gemenge auf ein bereits vorhandenes Bad aus geschmolzenem Glas an einem Ende des Ofens aufgegeben, wo es geschmolzen wird, und die Glasschmelze, die sich aus dem Gemenge bildet, fließt im Ofen von der Schmelzzone aus stromabwärts durch eine Läufer-Raffinier- und eine Konditionierzone und wird aus dem Ofen zur Weiterverarbeitung in irgendeiner bekannten Weise abgezogen.

Es ist in der Praxis schwierig, völlig homogenes Glas in einem Glasschmelztank zu erzeugen. Wenn das Glas entweder chemische oder physikalische Eigenschaftsdiskontinuitäten enthält, wird es als inhomogen betrachtet. Solche Diskontinuitäten können von unaufgelösten Feststoffen und Gasen, Zusammensetzungsunterschieden aufgrund von unterschiedlicher Glasbehandlung oder alternativ von Änderungen physikalischer Bedingungen, wie z. B. Temperatur, herrühren. Die Schwierigkeiten beim Vermeiden von Inhomogenität steigen bei hohen Durchsätzen, wenn Zeit und Temperatur in einer bestimmten Zone durch Ofenauslegung und Feuerfestbaustoffeigenschaften begrenzt sind.

ίο Das erzeugte Glas ist allgemein von mehr oder weniger heterogener Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Wirksamkeit, mit der die Schmelz- und anschließenden Vorgänge vollendet werden. Glas von veränderlicher Zusammensetzung bildet Schichten im Ofen, die Konvektions- und anderen Strömungen aufgrund des Ofenbetriebs, der Ofenform und anderer mit dem Glas durchgeführter physikalischer Verfahrensschritte ausgesetzt sind. Im Endprodukt liegen diese Schichten allgemein parallel zu den Glasoberflächen, doch können auch Abweichungen von dieser Parallellage in Bereichen auftreten, die anderen verändernd wirkenden Bedingungen ausgesetzt wurden. Wo die Inhomogenitätsschichten aufhören, zusammenhängend parallel zu den Glasoberflächen zu liegen, treten optische Fehler auf.

Es ist ein Glasschmelzofen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt (DE-AS i2 56 366), bei dem als flüssiggekühlte Sperre Schwimmer aus keramischem feuerfestem Material vorgesehen sind,

jo deren Oberseite einige Zentimeter aus der Badoberfläche herausragt und die auf die Glasströme einwirken können, indem das Kühlrohr des Schwimmers einen Teil des Kühlmediums auf die Oberfläche des Glasschmelzbades lenkt, um das Glas abzukühlen und damit sowohl auf die Strömungen als auch auf die Aggressivität des Glases einzuwirken.

Ein anderer bekannter Glasschmelzofen (US-PS 36 66 432) weist einen gekühlten, V-förmigen Abstreifkörper an der Glasschmelzenoberfläche auf, um Schlacke und Schaum abzustreifen.

Weiter ist es bekannt (DE-AS 11 00 237), in einem Glasschmelzofen zur Vermeidung von Inhomogenitäten im Glas und zur Erzielung parallel zueinander liegender Glasschiehten alle Einzelteile der Anlage, wie Übergänge von der Schmelzwanne zur Läuterungszone, zum Verteiler und zu Entnahmestellen sowie auch die Einbauten in Schmelz- und Läuterzone, z. B. Schwimmer und Brücken, unter Vermeidung scharfer Kanten strömungstechnisch günstig auszubilden.

Andererseits ist eine Rührvorrichtung zum Vergleichmäßigen des geschmolzenen Glases in einem Wannenofen sehr lange bekannt (DE-PS 6 54 519), bei der mehrere Rührer quer zur Strömungsrichtung des Glases über die ganze Wannenbreite verteilt angeordnet sind, um die Temperatur- und Zusammensetzungsunterschiede in der Glasschmelze auszugleichen.

Ähnlich ist auch bei einem weiteren bekannten Glasschmelzofen (US-PS 33 50 187) eine Rührvorrichtung vorgesehen, mit der die Glasschmelze in der

bo oberen, vorwärtsströmenden Schicht an mehreren Stellen gerührt wird, um darin eine Mehrzahl von Spiralströmen zu erzeugen, die eine Lenkung der Glasschmelze vom unteren Teil der oberen Schicht zur Oberfläche und ein Fließen homogenisierter Glasströ-

b5 me von der oberen Schicht in Stromaufrichtung zum Ofen und in Stromabrichtung zum Verarbeitungsende ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im

Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Glasschmelzofen derart zu verbessern, daß eine Homogenisierung der Glasschmelze durch Erzeugung dünnerer, möglichst horizontaler Schichten erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im > kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Es wurde nämlich gefunden, daß sich aufgrund der Kombination der höhenverstellbaren Sperre und der systematisch gestalteten Rührer die Strömungsbedin- ι ο gungen durch Dämpfung bzw. Drosselung oder horizontales Strecken modifizieren und dadurch die ernstlichen Auswirkungen einer Zusammensetzungsinhomogenität reduzieren lassen, da so, die Dicke der Schichten wechselnder Eigenschaften verringert wird, π Es wird angenommen, daß eine Rührwirkung zu einer Homogenisierung führt, da sie die Länge des Strömungsweges der Glasschmelze durch den Ofentank vergrößert und damit dazu neigt, die Schichten von Glas verschiedener Zusammensetzung zu dämpfen bzw. zu .'< > drosseln. Dies vermindert den Einfluß von Zusammensetzungsschwankungen auf die optischen Eigenschaften und ermöglicht außerdem, weil die Schichten dünner sind, eine größere Freiheit des gegenseitigen Austausches des Glases in benachbarten Schichten durch 2> Diffusion und damit eine Verminderung der Größe der Zusammensetzungsunterschiede zwischen den einzelnen Glasschichten.

Ausgestaltungen der Erfindung hinsichtlich der Lage der Sperre und der Lage und Art der Rührer sind in den tu Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Rührer können Flügel oder Schaufeln aufweisen. Alternativ können die Rührer zylindrische Teile, wie z. B. zylindrische Stiele aufweisen, die um die Drehachse symmetrisch sind. Dabei zeigen die Rührer unabhängig η von ihren jeweiligen Stellungen beim Drehen keine Unterschiede der Dreheinstellung. Falls die Rührer Flügel oder Schaufeln aufweisen, kann der Antrieb so eingerichtet sein, daß die Rührer mit Phasenverschiebung zueinander rotieren. Mit »Phasenverschiebung« ist mi gemeint, daß die Paare von Rührern stets derart angeordnet sind, daß eine Querhauptachse einer Schaufel bzw. eines Flügels des einen Rührers unter einem Winkel zur Querhauptachse einer Schaufel oder eines Flügels des nächsten Rührers steht. Die seitliche Nebeneinanderreihung quer zum Vorwärtsstrom kann unter 90° zu diesem oder auch unter einem anderen Winkel als 90° ausgerichtet sein.

Stets sind die Rührer so ausgelegt, daß sie in das Glas keine wesentliche Vertikalströmungskomnonente einführen.

Praktisch wird jeder einzelne Rührer an einer Drehwelle montiert. Schaufeln oder Rührer können exzentrisch an der Welle montiert sein, um für einen größeren Grad seitlicher Bewegung als im Fall symmetrisch montierter Schaufeln oder Flügel zu sorgen.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Flügel von einer Schleife aus einem Metallrohr gebildet. Der von der Metallrohrschleife eingeschlosse- ω ne Bereich kann mit einer Platte aus gegenüber einem Angriff durch das geschmolzene Glas beständigem Material gefüllt sein. Diese Platte kann aus Molybdän bestehen.

Nach einer Alternative besteht das schleifenförmige Rohr aus rostfreiem Stahl. Das Rohr und die Welle, von der das Rohr getragen wird, kann alternativ aus Flußstahl bestehen, und der außerhalb einer Berührung mit dem Glas befindliche 3ereich kann mit einem aufgespritzten feuerfesten Stoff überzogen oder von einem feuerfesten Rohr zum Schutz gegen chemischen Angriff umgeben sein.

Falls eine Mehrzahl von Rührern vewendet wird, kann der Abstand zwischen den Rührern und Gruppen von Rührern entsprechend der Ausbildung der Rührer, z. B. je nach der Zahl der Flügel, dem effektiven Durchmesser und der Drehzahl eingestellt werden, die ihrerseits von den Durchsatzbetriebsbedingungen und der Ofentankauslegung abhängen.

Um Ausweichwege für den Glasstrom außerhalb des durch die Rührzone vorgesehenen Weges zu verhindern, verwendet man vorzugsweise eine Mehrzahl von seitlich nebeneinander quer zur Richtung des Glasstroms angeordneten Rührern. In dieser Weise können sich die Rührer quer über die volle Breite des Glasstromes erstrecken. Weiter ordnet man vorzugsweise die Rührer symmetrisch zur Mittellinie der Glasströmung an.

Die Rührgeschwindigkeit wird insofern begrenzt, als die Rührer keine Blasen im Glas an der Glas-Rührer-Grenzfläche und keine wesentliche Erosion der den Ofen auskleidenden feuerfesten Baumaterialien verursachen dürfen.

Vorzugsweise werden einige oder alle Rührer flüssig gekühlt. Zweckmäßig ist die zum Kühlen verwendete Flüssigkeit Wasser.

Die Sperre kann über die Oberfläche der Glasschmelze vorragen, oder in einigen Fällen kann es erwünscht sein, daß die Oberfläche der Sperre in der gleichen Ebene wie die Oberfläche der Glasschmelze liegt. Die Sperre kann die Form eines wassergekühlten Rohres aufweisen, das sich quer über wenigstens einen Teil der Tankbreite erstreckt.

Die Sperre ist vorzugrweise nahe dem Eingang zu der Einschnürung des Ofens angeordnet. Sie kann jedoch in einigen Fällen auch innerhalb oder stromab der Einschnürung angeordnet sein. Die Sperre Kann senkrecht zur Strömungsrichtung der Schmelze durch die Einschnürung ausgerichtet oder auch unter einem anderen Winkel zur Strömungsrichtung geneigt sein.

Vorzugsweise sind die Rührer in der Einschnürung in einer Lage stromab der Sperre angebracht.

Das Rühren kann mittels Rotation wenigstens dreier Paare von Rührern erfolgen, die seitlich nebeneinander quer zur Strömungsrichtung angeordnet sind, wobei die beiden Rührer jedes Paares mit Phasenverschiebung zueinander rotieren.

Die wassergekühlte Sperre in Zusammenwirkung mit den wassergekühlten Rührern zur Verbesserung der Qualität des Glases wirkt als eine physikalische Sperre, die den Vorwärtsstrom beschränkt, wodu^rch folglich der Wärmeübergang zwischen der Schmelzzone und der Konditionierungszone am Verarbeitungsende des Tanks beeinflußt wird.

Die Wärmezufuhr zum Ofen ist durch die Maximaltemperaturen begrenzt, die der Oberbau und die feuerfesten Stoffe des Regenerators aushalten können, so daß die für jeden der jeweiligen Prozesse des Schmelzens, Raffinierens und Konditionieren verfügbaren Zeiten, die von den Temperaturen in diesen Zonen abhängig sind, genau überwacht werden müssen, wenn ein maximaler Durchsatz erreicht werden soll. Eine zu kurze Einschmelzzeit führt zu nur teilweise geschmolzenen Rohstoffen im Endprodukt; eine zu kurze Raffinierzeit verursacht mehr Blasen im Glas; und eine übermäßige Kühlung ist erforderlich, wenn die

Konditionierungszone zu kurz ist, wobei ungünstige Ströme innerhalb der Glasschmelze mit entsprechender Verschlechterung der optischen Qualität des Glases auftreten. Allgemein wird der Ofen so betrieben, daß man Kompromißbedingungen schafft, indem in geeigneter Weise die Wärmegradienten längs des Ofens so eingestellt werden, daß ein Gesamtoptimum an Glasquaiität ermöglicht wird.

Die glasbildenden Stoffe werden normalerweise in eine Chargiertasche am Einschmelzende des Tanks eingeführt, und die Stromabgrenze der Schmelzzone wird durch die steigende Temperatur bestimmt, die bei der Bewegung von der Chargiertasche durch die Schmelzzone angetroffen wird. Der Temperaturanstieg wird durch Regulierung der Heizung in diesem Teil des Tanks gesteuert. Beim Übergang nach jenseits der Schmelzzone tritt ein Abfall des Temperaturgradienten auf, während das Glas geläutert wird. Die Zeiten zum Schmelzen und Läutern lassen sich zur Anpassung an eine bestimmte Beschickung einstellen, indem man diese Temperaturgradienten modifiziert.

Die im Ofentank eingestellten Temperaturgradienten verursachen Konvektionsströme innerhalb des Glases. In der Läuter- und der Konditionierungszone erfolgt die Strömung in den oberen Glasschichten allgemein nach vorwärts und auswärts zu den Seitenwänden hin und in den unteren Schichten allgemein nach rückwärts und zur Tankmitte hin. Die Tiefe sowohl des Vorwärts- als auch des Rückwärtsstromes hängt von der Beschickung und den Temperaturbedingungen ab.

Durch Verwendung der flüssig gekühlten Sperre gemäß der Erfindung ist es möglich, die Menge des Wärmeübergangs von der Glasschmelze zur Konditionierungszone einzustellen. Eine solche Justierung wird dann gewöhnlich so vorgenommen, daß die Menge der für das Schmelzen und Läutern des Glases verfügbaren Wärme gesteigert und so der Wärmestrom in die Konditionierungszone beschränkt wird. Eine solche Änderung bedeutet infolgedessen eine Verringerung der nötigen Kühlleistung zum Bringen des Glases in der Konditionierungszone auf die Temperatur, mit der es den Ofen verlassen soll. Solche Justierungen, soweit sie erforderlich sind, werden üblicherweise im Ansprechen auf eine Änderung der Charge im Tank, z. B. auf einen Anstieg oder Abfall der Menge des über eine bestimmte Zeitdauer im Tank zu erzeugenden Glases vorgenommen. Die Einstellung des Wärmeüberganges zwischen der Raffinierzone und der Konditionierungszone kann einfach erfolgen, indem man die Tiefe verändert, bis in die die Sperre in das Glas an oder nahe der Grenze zwischen den beiden Zonen eintaucht. Die Sperre wird so angeordnet, daß eine Glasströmung über ihre Oberseite verhindert wird, und die ihrer untersten Kante in der Glasströmung wird so gewählt, daß die Glasströmung darunter und dadurch die Menge des Wärmeüberganges zwischen den beiden Zonen gesteuert werden. Um einen befriedigenden Betrieb mit unterschiedlichen Ofenchargen zu erreichen, ist die Sperre in Vertikalrichtung einstellbar, um ihre Eintauchtiefe im Glas verändern zu können.

Es wurde gefunden, daß durch Einführen einer Form von Sperre oder Verengung, z. B. eines Systems von Wasserrohren, in den Vorwärtsstrom der oberen Glasschichten diese Schichten verzögert und daß sekundäre Rückstromsysteme stromauf und stromab der Sperre erhalten werden, so daß während der somit längeren für das Glas in den Oberflächenschichten stromauf der Sperre verfügbaren Zeit mehr Wärme in das Glas eingeführt und mehr von dieser Wärme in der Raffinierzone durch Übergang im verstärkten Rückwärtsstrom von der Sperrenzone zurückgehalten wird, Gleichzeitig wird weniger Wärme von der Läuterzone ι zur Konditionierzone überführt. Durch Einstellen der Tiefe und Wahl der Sperrenform ist es möglich, den Glasschmelzenstrom so zu regulieren, daß den verschiedenen durch Beschickung und Temperatur auferlegten Begrenzungen genügt wird.

ι» Die Erfindung soll nun anhand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden; darin zeigt

F i g. 1 eine Aufsicht des Ofens zur Veranschaulichung der bevorzugten Lage der Sperre und des Rührsystems, r> Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 1,

F i g. 3 schematisch eine Anordnung der Drehrichtung der Rührer,

F i g. 4 eine Teilansicht eines Rührers,

F i g. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel des Rührers, Fig.6 eine Anordnung einer wassergekühlten Sperre,

F i g. 7 eine alternative Anordnung der Drehrichtung der Rührer,

F i g. 8a bis 8d Aufsichten verschiedener Rührerpaare, .'"> die erfindungsgemäß verwendbar sind,

F i g. 9 die Ergebnisse von Modellversuchen entsprechend der Rühreranordnung nach F i g. 7,

Fig. 10entsprechende Modellversuchsergebnisse mit einer unterschiedlichen Rühreranordnung,
«ι F i g. 11 ein Diagramm zur zahlenmäßigen Veranschaulichung eines Vergleichs der Ergebnisse entsprechend den Versuchen nach F i g. 9 und 10,

Fig. 12 ein Inhomogenitätsmuster in einer ohne Rühren erzeugten Glasplatte und

π F i g. 13 ein entsprechendes Muster in einer Glasplatte, die nach Rühren der Glasschmelze entsprechend der Erfindung erzeugt wurde.

In der Zeichnung, insbesondere in F i g. 1 und 2, ist ein Teil eines Ofens 10 gemäß der Erfindung dargestellt. An Der Ofen umfaßt einen länglichen Tank 11 zur Aufnahme von Glasschmelze 12. Der Tank hat ein Gewölbe 13, Seitenwände 14, Endwände 15 und einen Boden 16, die sämtlich aus einem geeigneten feuerfesten Material bestehen. Die Einsatzstoffe, aus denen das Glas ■n zu bilden ist, werden von einer (nicht dargestellten) Einrichtung in das Schmelzende des Ofens durch eine Chargiertasche 18 eingeführt und in der Schmelzzone 19 geschmolzen. Die Schmelze wird dann in einer Läuterzone 20 geläutert und fließt durch eine Einschnürt rung 24 in eine Konditionierungszone 21 am Verarbeitungsende des Tanks in einem kontinuierlichen Prozeß. Das Glas wird dann durch einen Auslaßkanal 22 zu einem Formungsprozeß abgelassen. Die in den Tank 11 eingeführten Ausgangsstoffe schwimmen auf der ^r)j Glasschmelze 12 und werden damit durch die Schmelzzone 19 mitgeführt. Wärme zur Umwandlung der Ausgangsstoffe in geschmolzenes Glas in der Schmelzzone 19 wird durch in oder nahe den in die Schmelz- und die Läuterzone 19 und 20 über dem wi Niveau der Glasschmelze 12 an gegenüberliegenden Seiten des Ofens einmündenden öffnungen 23 montierten Brennern geliefert.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist eine wassergekühlte Sperre 27 am Eingang zur Einschnürung 24 vorgesehen. μ Diese Sperre hat zweckmäßig die Form eines Paares von wassergekühlten Haarnadelrohren 27a, 27b, die z. B. gemäß F i g. 6 geformt sein können. Die Rohre sind in einer Höhe im Abstand über dem Boden 16 des Tanks

so angeordnet, daß sie sich im oberen Bereich des Vorwärtsstroms der Schmelze in die Einschnürungszone 24 befinden. In dieser Weise steuert die Sperre die vorwärts gerichtete Oberflächenströmung des geschmolzenen Materials in die Einschnürung 24. Die ■-> Oberseite der Rohre kann in gewissen Fällen über die Oberfläche der Glasschmelze vorragen oder alternativ in der gleichen Ebene wie die Glasoberfläche liegen. Um die Wirkung der Sperre auf die Strömung in die Einschnürungszone zu variieren, ist die Sperre in der i< > Höhenlage einstellbar und so die Eintauchtiefe der Sperre in der Glasschmelze veränderlich. Die Rohre 27a, 27b können an einstellbaren Trägern 30 zu beiden Seiten des Tanks entsprechend F i g. 6 befestigt werden. Bei der in Fig.6 gezeigten Anordnung besteht die Sperre aus den zwei getrennten Haarnadelrohreinheiten 27a und 27£>. Diese ragen von den gegenüberliegenden Seiten des Tanks in diesen vor. Obwohl in F i g. 6 die oberen und unteren Rohrstränge jeweils zueinander und zur Glasoberfläche parallel dargestellt sind, können sie 2» auch so ausgelegt sein, daß der untere Strang zur Mitte der Einschnürung hin schräg nach aufwärts oder abwärts verläuft.

Stromab der Sperre sind sechs Rührer 28 in der Vorwärtsströmungsbahn durch die Einschnürungszone 2^r> 24 angebracht. Die Rührer sind seitlich nebeneinander angeordnet, so daß sie sich in einer Reihe quer durch die Einschnürung befinden, und gemäß F i g. 2 sind die Rührer um vertikale Achsen durch einen Antriebsmotor 31 drehbar. Im besonderen dargestellten Beispiel sind drei Paare von Rührern 28 im Mittelteil der Einschnürungszone 24 und symmetrisch zur Mittelachse der Strömung durch die Einschnürung angeordnet. Jeder Rührer ist an einer Drehwelle 32 montiert, die das Gewölbe 13 des Schmelzofens durchsetzt. Die oberen » Enden der Wellen 32 sind über eine horizontale Antriebswelle mit dem Antriebsmotor 31 verbunden, der zur Drehung der Rührer mit gleicher Drehzahl eingerichtet ist. Jeder Rührer hat an seinem unteren Ende einen Flügel oder eine Schaufel, der bzw. die in der Vorwärtsströmung der Glasschmelze angeordnet ist und kaum in den Rückstrom in der unteren Hälfte des Tanks hineinreicht. Bei der in Fig.3 dargestellten Anordnung sind die Schaufeln an jedem Rührer parallel zueinander angeordnet, und der Antrieb ist so 4> eingerichtet, daß alle Rührer in der gleichen Richtung und mit der gleichen Drehzahl rotieren, so daß sie miteinander in Phase gehalten werden. Es ist auch möglich, Rührer zu verwenden, die keine Flügel oder Schaufeln aufweisen. In diesem Fall können die Rührer von zylindrischer Form sein. Alternative Formen für Flügel oder Schaufeln, die sich an den Rührern verwenden lassen, sind in den F i g. 8a bis 8d dargestellt, die schematisch verschiedene brauchbare Anordnungen von Vielfachflügelelementen zeigen, die jeweils ein Paar von Rührern bilden.

Die Rührer, einschließlich der in Fig.8a bis 8d gezeigten Flügeltypen, werden wassergekühlt, und zwei alternative Konstruktionen sind in Fi g. 4 und 5 gezeigt. Bei dem System nach Fig.4 besteht der Rührer aus to einer hohlen Schleife, die durch ein Rohr 36 gebildet wird, das einen Einlaß 37 mit einem Auslaß 38 verbindet. Das Rohr kann aus rostfreiem Stahl bestehen. Fig.5 zeigt das gleiche System, bei dem jedoch der von der hohlen Schleife eingeschlossene Raum mit einer b^r> Zentralplatle 35 aus einem gegenüber dem Angriff von geschmolzenem Glas beständigen Material, wie z. B. Molybdän, gefüllt ist. In beiden Fällen laßt man Kühlwasser dauernd durch das Rohr umlaufen, während der Rührer rotiert.

Wie schon beschrieben, kann man die Rührer »in Phase« entsprechend Fig.3 rotieren lassen. Dabei können alle Rührer in der gleichen Richtung wie nach Fig.3 oder alternativ auch in entgegengesetzten Richtungen rotieren, vorausgesetzt, daß in wenigstens einer Stellung während einer Umdrehung der Rührer keine Winkeldifferenz zwischen den Rotationsstellungen der Rührer vorliegt.

Alternativ kann auch so vorgegangen werden, daß die Rührer »mit Phasenverschiebung« rotieren, und Beispiele hierfür sind in den F i g. 7 und 8a bis 8d veranschaulicht. Nach F i g. 7 weisen die Rührer 28 seitliche Abstände quer über die Breite des Tanks im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung auf, und der Abstand zwischen benachbarten Paaren von Rührern ist doppelt so groß wie der Abstand zwischen zwei Rührern jedes Paares. Dabei beträgt beispielsweise der Abs land zwischen den Achsen der zwei Rührer in jedem Paar 330,2 mm, während der Abstand zwischen den Achsen benachbarter Rührer verschiedener Paare 660,4 mm beträgt. Wie F i g. 7 zeigt, ist jeder Rührer zum Rotieren in zum benachbarten Rührer entgegengesetzter Richtung unabhängig davon eingerichtet, ob der benachbarte Rührer im gleichen Rührerpaar ist. Jeder Rührer gemäß den Fig.8a bis 8d hat Flügel oder Schaufeln, die ungleichmäßig um die Rotationsachse herum geformt sind, und aufeinanderfolgende Rührer können in Phase oder alternativ mit Phasenverschiebung betrieben werden. Gemäß der Anordnung nach den F i g. 8a bis 8d sind sie mit Phasenverschiebung angeordnet, und zwar die Zwillingsflügelrührer nach Fig.8a mit einer Phasenverschiebung von 90°, die Dreiflügelrührer nach Fig.8c mit einer Phasenverschiebung von 60° und die Vierflügelrührer nach Fig.8d mit einer Phasenverschiebung von 45°. Nach Fi g. 8b haben die Rührer im wesentlichen nur je einen einzigen Flügel, der exzentrisch an der Welle montiert ist und zu dem des zugehörigen zweiten Rührers des Paares eine Phasenverschiebung von 90" aufweist. Bei dieser Einzelflügelanordnung kann der Flügel auch völlig gegenüber der Drehachse mittels eines Horizontalarms versetzt sein, der den Flügel mit der Rührerwelle verbindet.

Wie F i g. 2 erkennen läßt, zirkuliert die Glasschmelze im Tank vor dem Weiterstrom durch die Einschnürungszone 24. Der obere Bereich der Glasschmelze strömt in Richtung auf den Auslaßkanal 22, während der untere Bereich der Glasschmelze einen Rückwärtsstrom zum Einschmelzende bildet. Die Grenze zwischen den beiden Bereichen ist als neutrale Linie 33 markiert. Da es wichtig ist, daß die Rührer 28 eine Dämpfung oder Drosselung des Glases in der Horizontalebene bewirken, ist es erforderlich, das Ausmaß zu begrenzen, in dem die Rührer in das Glas eintauchen, und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sie die neutrale Linie 33 nur etwas kreuzend dargestellt. In dieser Weise beeinflussen sie nicht merklich das Glas, das längs der Rückwärtsrichtung zum Einschmelzende fließt. Die Rührer sind so geformt, daß die Drehung der Rührer eine Vorwärts- und Seitwärtsbewegung des Glases, jedoch keine wesentliche Vertikalbewegung des Glases hervorruft.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, erstreckt sich die Sperre horizontal quer über die volle Breite der Einschnürungszone 24 des Tanks 1 f, und die beiden Hälften der Sperre sind zur Querrichtung des Tanks geneigt. Im dargestell-

ten Fall sind die beiden Hälften der Sperre 27 so geneigt, daß der mittlere Bereich der Sperre näher zum Chargierende 15 des Tanks angeordnet ist. Die Sperre kann jedoch auch unter anderen Neigungswinkeln angeordnet werden und sich in gewissen Fällen auch ■-, senkrecht zur Strömungsrichtung erstrecken.

Es wurde gefunden, daß sich das Muster heterogener Glasschichten und der Unterschied der Stärke oder Zusammensetzung zwischen den Schichten ändern und dadurch die optische Qualität des Endproduktes ι ο verbessert wird, indem man die Glasschmelze in der Läuterzone 20 in den eingeschnürten Bereich 24 des Tanks unter der wassergekühlten Sperre 27 hindurchfließen läßt und anschließend ein Rühren der vorwärtsströmenden Glasschmelze durch die wassergekühlten π Rührer damit kombiniert.

Um die Wirkung des Betriebs der Rührer in Phase oder mit Phasenverschiebung nach den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung zu klären, wurde ein Modell des Glasschmelztanks aufgebaut. Es war ein Modell im Maßstab 1 :15 des in Fig. 1 dargestellten Tanks, und das im Modelltank verwendeten Fluid war Kastoröl.

Der Wirkungsgrad des Rührens wurde als Verhältnis der Gesamtlänge einer gedämpften oder gedrosselten 2^r> Farbspur nach Durchgang durch die Rührerzone zur Länge der ursprünglichen Spur gemessen, die stromauf der Rührer in der Richtung der Fluidströmung eingegeben wurde. Zum Beispiel ist, wenn gemäß F i g. 9 N die Zahl von Spitzenausschlägen an einer Seite der gedämpften oder gedrosselten Spur nach dem Rühren,/ ihre Durchschnittsbreite und χ die Originallänge der Spur vor dem Rühren bedeuten, der Rührwirkungsgrad ais

Gesamtspurlänge nach dem Rühren _ 2N · y
Originalspurlänge vor dem Rühren χ

auszudrücken.

Wie man den F i g. 9 und 10 entnehmen kann, die das Rühren mit Phasenverschiebung bzw. das Rühren in Phase darstellen, bilden die Farbspuren zunächst lineare Bahnen 30, die bis zu den Rührern führen, doch bildet beim Durchgang durch die Rührer ein Teil der Spur ein bezeichnendes Zickzackmuster, das die erhebliche Dämpfung bzw. Drosselung wiedergibt und eine Neuausrichtung der ursprünglichen Spur darstellt, wobei der Grad der Dämpfung oder Drosselung um so größer ist und die restliche gerade, ohne Richtungsände- >o rung durch die Rührer verlaufende Spur um so geringer wird, je größer der Wirkungsgrad des Rührens ist; es wird aus diesen Figuren unmittelbar klar, daß eine geringere Dämpfung bzw. Drosselung auftritt, wenn die Rührer in Phase betrieben werden, wie F i g. 10 zeigt, als ^s wenn die Rührer mit einer Phasenverschiebung von 90° betrieben werden, wie durch F i g. 9 veranschaulicht ist.

Das Ergebnis der verschiedenen Modellversuche unter Anwendung verschiedener Drehzahlen für Rührer nach F i g. 8a ist in F i g. 11 aufgetragen. Die eine Kurve bo A zeigt Dämpfungs- bzw. Drosselungsergebnisse, die man erreichte, wenn die Rührer jedes Paares mit einer Phasenverschiebung von 90° rotierten, und die andere Kurve B zeigt die Dämpfung bzw. Drosselung, wenn die Rührer jedes Paares in Phase rotierten. Wie gezeigt ist, b5 ergibt sich durch die Verwendung von mit Phasenverschiebung laufenden Rührern eine verbesserte Dämpfung.

Die Art der Justierung, die man durch Ändern der Tiefe und der Gestaltung der Sperre erreicht, läßt sich durch Vergleiche von Ergebnissen veranschaulichen, die man mit einer Anzahl von Sperren in einem Glastank erhielt, der mit einem Tankdurchsatz von 2000 Tonnen je Woche betrieben wurde. Die verwendeten Sperren waren:

(a) ein Paar von haarnadelförmig angeordneten Rohren, die einen Außendurchmesser von 88,9 mm und eine lichte Weite von 76,2 mm Durchmesser aufwiesen und bei denen ein Spalt von 25,4 mm zwischen den Schenkeln der »Haarnadel« vorgesehen war. Die Sperrentiefe war 203,2 mm. Diese Sperrenabmessung hatte praktisch keine Wirkung auf den Betrieb des Tanks, was die Zurückhaltung von Hitze in der Raffinierzone betrifft.

(b) ein Paar von Rohren, die aus kastenförmigen Abschnitten des Querschnitts 127 mm χ 50,8 mm gebildet waren, wobei wieder ein Spalt von 25,4 mm dazwischen vorgesehen wurde, so daß sich eine Sperrentiefe von 279,4 mm ergab. Unter Verwendung dieser Sperrenfprm war es möglich, eine Wirkung auf die Verarbeitungsende-Wärmebilanz zu zeigen. Die gesamte mittels des Paares von Wasserrohren extrahierte Wärme war 23 Wärmeeinheiten/h (etwa gleichwertig der von 1000 m³/h Kühlluft abgeführten Wärme). Die Verringerung der Kühlluftanforderungen stromab der Sperre als Ergebnis der Verwendung der Wasserrohre betrug etwa 3000 m³/h über diejenige hinaus, die sich einfach durch die Kühlwirkung der Sperre ergeben mußte, wodurch ein Zurückhalten von Wärme stromauf der Sperre nachgewiesen wurde.

(c) eine der Anordnung nach (b) ähnliche Anordnung, bei der jedoch Kastenabschnitte des Querschnitts 177,8 mm χ 50,8 mm verwendet wurden und sich eine Sperrentiefe von 381 mm ergab. Diese Anordnung steigerte nicht die gesamte von der Sperre abgeleitete Wärme, führte jedoch zu einer weiteren erheblichen Verringerung der stromab der Sperre erforderlichen Kühlluftmenge. Es war auch möglich, den Brennstoffverbrauch zu senken.

So kann man durch einfaches Ändern der Abmessungen der wasserführenden Rohre der Sperre die erforderliche Änderung der Eintauchtiefe erreichen, um eine Anpassung an die verschiedenen Begrenzungen aufgrund der Charge und der Temperatur zu gewährleisten. Beim Ändern der Tiefe der Sperre ist es wichtig zu sichern, daß die vorwärtsströmende Glasschmelze, die unter der Sperre hindurchströmt, nicht auch unterhalb der Rührer durchströmt, und die Lage und Tiefe der Rührer sollte so eingestellt werden, daß mit Sicherheit sämtliches Glas, das dann nachher durch den Auslaßkanal zu einem Formungsverfahren abgegeben wird, auch tatsächlich gerührt wird.

Die Tatsache, daß das Zurückhalten von Wärme in der Raffinierzone in jedem bestimmten Tank von der Gestaltung der Sperre abhängt, wird durch diese Ergebnisse klar gezeigt.

Der Einfluß der Verwendung der Sperre und des Rührens läßt sich am einfachsten durch die Abbildung des Musters veranschaulichen, das man durch einen Querschnitt eines Glasstreifens vor bzw. nach dem Rührvorgang erkennt. Diese beiden Muster sind in Fig. 12 bzw. Fig. 13 veranschaulicht. Man sieht, daß

das nach dem Rühren entnommene Muster gemäß Fig. 13 ein viel stärker laminares Muster ist. Um das optimale Muster bei verschiedenen Tankchargen einzuhalten, ist es erforderlich, die Tiefe der wassergekühlten Sperre 27 je nach den Durchsatz- bzw. -, Chargenänderungen zu variieren.

Es ist auch möglich, statt sechs Rührer gemäß F i g. 3 und 7 zu verwenden, 4, 5, 6 oder mehr seitlich nebeneinander quer über die Einschnürungszone angeordnete Rührer oder auch mehr als eine Reihe von m

Rührern zu verwenden.

Die Anordnung der Rührer läßt sich variieren, und auch der Abstand zwischen diesen kann geändert werden. Es ist jedoch erwünscht, eine symmetrische Anordnung zur Strömungsmittellinie durch die Einschnürungszone einzuhalten.

Schaufeln können zentral an der Drehachse des Rührers montiert sein. Alternativ kann der Flügel oder die Schaufel auch exzentrisch an der Drehwelle, die den Flügel oder die Schaufel trägt, montiert sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Glasschmelzofen, in dem glasbildende Stoffe in einem kontinuierlichen Verfahren in einer Schmelzzone in eine Glasschmelze umgewandelt werden, die Schmelze anschließend in einer Raffinierzone vor Erreichen eines Verarbeitungsendes des Ofens und Abgabe zu einem Formungsvorgang raffiniert wird und eine flüssiggekühlte Sperre sich horizontal quer über wenigstens einen Teil der Ofenbreite im oberen Bereich der Schmelze in der Bahn des Vorwärtsstroms zum Verarbeitungsende erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre (27) höhenverstellbar ist, und daß zwei oder mehr um vertikale Achsen rotierbare Rührer (28) seitlich nebeneinander quer zur Richtung des Vorwärtsstroms in einem nahe der Sperre (27) stromabwärts gelegenen Bereich montiert sind, die so gestaltet sind, daß sie die Glasschmelze vorwärts und seitwärts antreiben, aber im wesentlichen keine Wirkung der Vermittlung einer vertikalen Strömungskomponente haben.

2. Glasschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre (27) an oder nahe einer Einschnürung (24) der Ofenbreite zwischen der Raffinierzone (20) und der Konditionierungszone (21) angeordnet ist.

3. Glasschmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührer (28) und deren Antrieb (31) so angeordnet sind, daß in wenigstens einer Stellung bei jeder Umdrehung der Rührer keine Winkeldifferenz zwischen den Drehstellungen der Rührer vorliegt.

4. Glasschmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührer (28) und deren Antrieb (31) zum Rotieren der Rührer (28) mit gegenseitiger Phasenverschiebung eingerichtet sind.

5. Glasschmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührer (28) mittels Durchstroms einer Kühlflüssigkeit durch wenigstens einen Teil jedes Rührers kühlbar sind.

6. Glasschmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre (27) wenigstens ein wassergekühltes U-förmiges Rohr (27a, TJb) aufweist, dessen beide Schenkel sich horizontal übereinander erstrecken.