DE2743289B2 - Vorrichtung zum Mischen und Homogenisieren von geschmolzenem Glas in einem Vorherd - Google Patents

Description

Es ist seit langem bekannt, daß die Qualität des Glases durch Rühren merklich verbessert werden kann, insbesondere wenn es unmittelbar vor dem Gießen vorgenommen wird, wo sich das Glas in einem relativ viskosem Zustand befindet. Da seit kurzem bei zahlreichen in Massenproduktion hergestellten Glaserzeugnissen, wie beispielsweise Fernsehröhren, Einvveg-Getränkeflaschen, besonderer Wert auf eine Verminderung des Gewichtes und der Wanddicke dieser Erzeugnisse gelegt wird, gewinnt eine Verbesserung in der Qualität des Glases zunehmend an Bedeutung. Schlieren, Knoten und andere Fehler bilden örtlich festgelegte schwache Punkte in den Glaserzeugnissen und machen sie für den Markt unannehmbar. Durch eine Verminderung der Schlieren und anderer Fehler wird die Herstellung von Glaserzeugnissen mit geringem Gewicht ermöglicht, da dies im Vergleich zu ähnlichen s Erzeugnissen, bei denen beträchtliche lokalisierte Schwächung infolge Knoten oder Schlieren berücksichtigt werden muß, eine Verminderung der Wandstärke ohne Beeinträchtigung der Festigkeit erlaubt
So besteht selbst für Erzeugnisse, die bisher aus einem Glas von relativ geringer Qualität hergestellt wurden, eine zunehmende Nachfrage nach Glas von relativ hoher Qualität oder sogar einer Qualität, die etwa der allgemein bei der Herstellung optischer Erzeugnisse verlangten gleichkommt

Vorrichtungen zum Homogenisieren bzw. zum Einmischen von Farbstoffen in geschmolzenes Glas sind (aus den US-PS 30 57 175, 32 24 875 und 37 23 084) bekannt Sie weiser. Misch- bzw. Homogenisierungseinrichtungen auf, die hinter dem letzten Abschnitt des Teiles des Vorherds vor dem Feeder angeordnet sind. Die Vorrichtung nach der US-PS 32 24 875 ist mit einem der Homogenisierung dienenden Umlenkkörper in der Mischzone ausgestattet, dessen große Oberflächen quer zur Fließrichtung des Glases verlaufen. Durch keine dieser Vorrichtungen lassen sich Schlieren und Knoten aus Glasschmelzen in dem gewünschten Maße entfernen, so daß sich z. B. Frontplatten von Fernsehgeräten und dergleichen aus dem Glas mit kleineren Wandstärken herstellen ließen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der Glasherstellung die Schlieren und Knoten noch weiter zu vermindern, als es bisher möglich war.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, wie in den vorstehenden Ansprüchen angegeben, gelöst

Obwohl die Erfindung erwartungsgemäß einen relativ weiten Anwendungsbereich haben wird, findet sich noch unmittelbar wirtschaftliche Verwendung hauptsächlich in Verbindung mit den üblichen industriellen Anlagen, in denen im wesentlichen die gesamten in Massenproduktion erzeugten Glasgegenstände in den USA hergestellt werden. Die Grundausrüstung enthält einen Schmelzofen, in welchem die Ausgangsbestandteile des Versatzes des Glases geschmolzen und auf eine relativ hohe Temperatur erhitzt werden, um ein Glas von relativ niedriger Viskosität zu erhalten, einen Vorherd, in dem das aus dem Schmelzofen austretende Glas gekühlt wird, um die Viskosität zu erhöhen, sowie eine Abgabeschale oder eine Austragsrinne, welche das Glas von dem Vorherd empfängt und es in Form von Posten durch eine Mündungsöffnung abgibt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ersetzt den letzten Abschnitt des üblichen Vorherds, um das Glas unmittelbar vor seiner Abgabe an die Rinne zu rühren.

Der übliche Vorherd enthält in Richtung des Glasflusses vom Schmelzofen zur Rinne erstens einen Kühlabschnitt und dann einen Aufbereitungs- oder Vergleichmäßigkeitsabschnitt. In dem Kühlabschnitt sind sowohl Feuer zur Erwärmung als auch Kühlwinde vorgesehen, und in dem Aufbereitungsabschnitt ist ein Feuer zur Erwärmung vorgesehen, jedoch ist im Grunde die Konstruktion so berechnet, daß im wesentlichen das gesamte Kühlen im Kühlabschnitt stattfindet und in dem Aufbereitungsabschnitt die Temperatur der gesamten fließenden Glasmasse über ihre Dicke und Breite vergleichmäßigt wird.

Vor Bekanntwerden dieser Erfindung wurde am Eingang des Aufbereitungsabschnitts gerührt, indem man Rührschaufeln oder Turbinen an diesem Punkt in

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dem Strom geschmolzenen Glases vorsah. Das Rühren, wie es bisher durchgeführt wurde, bewirkte eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Temperatur des geschmolzenen Glasstroms und eine Herabsetzung von Temperaturunterschieden darin, verminderte jedoch nicht wesentlich die Menge der Schlieren und Knoten in dem Glas und führte nicht zu einer physikalischen Homogenisierung des Glases.

Die Erfindung hat eine Vorrichtung zum Mischen and Homogenisieren geschmolzenen Glases in einem Vorherd zum Gegenstand, die gekennzeichnet ist durch ein Paar aufströmseitig von dem Feederende des Vorherds angeordnete schneckenförmige Mischer, die so in Umdrehung versetzbar sind, daß sie das Glas in der Zone ihres Einflusses heben. Abströmseitig in Richtung auf das Feederende des Vorherds ist eine Anzahl in Querrichtung voneinander auf Abstand gehaltener spiralförmiger Homogenisierungseinrichtungen vorgesehen, die so in Umdrehung versetzbar srnd, daß das Glas in ihrer Einflußzone wirksam nach unten geschoben wird; und zwischen den Mischern und den Homogenisierungseinrichtungen ist eine Anzahl langgestreckter senkrechter Platten mit ihren großen Flächen parallel zur Strömungsrichtung angeordnet, deren Unterkanten auf dem Boden des Vorherds ruhen, und die sich über die gesamte Tiefe des geschmolzenen Glases erstrecken, so daß die Bewegung des Glases von den Mischern zu den Homogenisierungseinrichtungen derart ist, daß Knoten und andere Schlieren durch die Platten verringert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß der Erfindung und

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1.

Die F i g. 1 und 2 zeigen den normalerweise als Aufbereitungsabschnitt bezeichneten Abschnitt 10 und eine Feederschale 11 eines typischen Durchflußvorherds. In dem Aufbereitungsabschnitt 10 sind zwei Mischer 12 und Ϊ3, relativ große Rührer, die wegen ihres großen Durchmessers mit relativ kleiner Umlaufgeschwindigkeit drehbar sind, angeordnet. Bei den hier gezeigten Formen hat der Aufbereitungsabschnitt 10 eine Breite von etwa 66,1 cm und das darin befindliche Glas hat eine Tiefe von etwa 30,5 cm. Jeder der Mischer 12 und 13 kann einen Durchmesser von etwa 17,8 cm haben. Die senkrechte Achse der Mischer 12 und 13 liegt etwa um 16,5 cm von den jeweiligen Seitenwänden des Aufbereitungsabschnitts nach innen. Es ist zu beachten, daß der Fluß des Glases in der gezeigten Vorrichtung von links nach rechts verläuft und das Glas in Form von Posten aus einer Mündung 14 austritt, die unterhalb einer in dem Boden des Vorherds gebildeten öffnung angeordnet ist. Unmittelbar über der Öffnung 14 befindet sich ein Tauchkolben 15, der zur Steuerung der Bildung einzelner Glasposten in der üblichen Weise dient Ein Rohr 16 umgibt den Tauchkolben 15 und wird in Umdrehung versetzt, um das Glas in der Nachbarschaft der Mündungsöffnung auf relativ gleichmäßiger Temperatur zu halten.

Aufströmseitig von dem Rohr 16 befinden sich vier Homogenisierungseinrichtungen 17, 18, 19 und 20 (kleinere Rührer). In diesem besonderen Beispiel haben die Homogenisierungseinrichtungen 17—20 einen Durchmesser von 10,2 cm. Die Homogenisierungseinrichtungen 17 bis 20 und die Mischer 12 und 13 werden in Richtung des Pfeils in F i g. 1 gedreht. Zwischen den Mischern 12,13 und den Homogenisierungseinrichtungen 17 bis 20 sind drei Platten 21,22 und 23 von 20,4 cm Länge angeordnet. Die Platten werden von einer Stange 24 getragen, die sich quer über die Breite des Vorherds erstreckt, wie am besten aus F i g. 1 ersichtlich. Die Platten sind von allgemein rechteckiger Form und haben mit Bezug auf die Breite des Vorherds gleichen Abstand voneinander und sind mit gleichen Abständen von den Mischern 12,13 und den Homogenisierungseinrichtungen 17—20 angeordnet Die Unterkante der Platten 21 bis 23 ist in Berührung mit dem Boden eines Vorherds 25 und bildet in Verbindung mit den

ίο angrenzenden Seitenwänden des Vorherds Scherebenen für das sich bewegende Glas. Diese Platten 21 bis 23 sind stationär und aus einem Material gebildet, welches in der Lage ist, der Glastemperatur sowie den Erosionscharakteristika des sieb bewegenden Glases Widerstand entgegenzusetzen. Die Mischer 12,13 und Homogenisierungseinrichtungen 21 bis 23 sind, wie aus der Zeichnung im wesentlichen ersichtlich, Schneckenrührer, die einen Abstand von 5 bis 9 cm vom Boden des Vorherds haben, was ausreicht, um übermäßige Scherwirkungen des Glases an dessen Boden zu vermeiden.

Die Erfinder haben festgestellt, daß die Verwendung oder das Einsetzen von stationären senkrechten Platten (21 bis 23) in den Vorherd die Scherbeanspruchung erhöht und die Schlieren oder Knotenbildung herabsetzt

Die geringe Scherbeanspruchung erzeugt bei der beschriebenen Anordnung keine Blasen. Aus der in den Figuren gezeigten besonderen Anordnung ist leicht ersichtlich, daß zwischen den Platten 21 bis 23 Durchflußkanäle von gleicher Breite benutzt werden, was zur Herabsetzung der nicht symmetrischen Schwankungen der Mischwirkung von Seite zu Seite dient Es sind von den Erfindern verschiedene andere Formen in einem Modell-Vorherd geprüft worden, und zwar mit Platten von 10,2 cm, 20,4 cm und 30,5 cm Länge. Alle Plattenformen hatten bei Anordnung zwischen den Mischern und den Homogenisierungseinrichtungen eine gewisse Wirkung bei der Einmischung von Knoten. Es wurde jedoch festgestellt daß die 10,2 cm Platten weniger wirksam waren bei Knoten, die im oberen Teil und in der Mitte des Vorherddurchflußkanals auftraten, als entweder die 20,4 cm oder 30,5 cm langen Platten. Bei allen Platten wird für alle Knoten im oberen und mittleren Bereich die Mischwirkung verbessert, wenn die Platten zwischen den Mischern und den Homogenisiereinrichtungen angeordnet sind. Bei den mittleren Seiten- und Bodenknoten tritt keine große Veränderung ein; jedoch werden diese in jedem Fall von den Mischsystemen erfaßt Die 20,4 m Platten erwiesen sich als wirksamer bei der Vermischung von Knoten als die 30,5 cm Platten, hauptsächlich da die 20,4 cm Platten gegenüber der Durchflußform um die Rühreinrichtungen herum eine geringere Einschnürung verursachten als die 30,5 cm Platten.

Es ist zu beachten, daß die Einführung von stationären Platten in den Vorherd den Glasdurchflußwiderstand erhöht, und es ist aus diesem Grunde notwendig, um einen Glaspegel von 30,5 cm an dem Feederende des Vorherds und in der Feederschale aufrechtzuerhalten, den Glaspegel in dem Refiner bis zu etwa 1,27 cm zu erhöhen, je nach der augenblicklichen Durchflußgeschwindigkeit durch den Vorherd.
Bei der besonderen Anordnung, wo die Mischer das Glas nach oben und die Homogenisiereinrichtungen das Glas nach unten bewegen, bewegt sich ein großer Teil des Glases von den Mischern zu den Homogensisiereinrichtungen in deren obere Zone, in welcher die Platten

angeordnet sind. Auf diese Weise vermindern die Platten effektiv die Knoten, die in dem Glas möglicherweise vorhanden sind.

Es sollten verschiedene andere Faktoren in Betracht gezogen werden. Die Mischer mit einem Durchmesser von 17,8 cm müssen beim Betrieb mit 20 Upm und wegen ihrer erheblichen Größe sorgfältig überwacht werden, damit sie wirkungsvoll arbeiten. Die Mischwirkung der Mischer von 17,8 cm Durchmesser mit Homogenisiereinrichtungen von 10,2 cm führt zu einem erhöhten Beeinflussungsradius, und die Umwälzung des Strömungsmittels (Glasstrom) um die Mischer herum ist derart, daß die Möglichkeiten eines Kurzschließens des Einflusses der Mischer erheblich vermindert sind. Wie zu erwarten, fangen die Mischer von 17,8 cm Durchmesser bei einer geringeren Winkelgeschwindigkeit Luft ein, als es bei den Mischern von 10,2 cm Durchmesser der Fall sein würde. Diese Mischer gleichen jedoch diese nachteilige Wirkung dadurch aus, daß sie in der Lage sind, bei geringerer Winkelgeschwindigkeit zu arbeiten und dennoch eine verbesserte Mischwirkung zu erreichen.

Im allgemeinen ist der Radius der Beeinflussung die größte radiale Entfernung von der Rühreinrichtung, bei der der Umlauf der Rühreinrichtungen das Strömungsmittel nennenswert beeinflußt. Zur Vermischung des gesamten Strömungsmittels muß der Betrieb der Rühreinrichtung eine bedeutende Wechselwirkung unter den Radien der Beeinflussung und der stationären Vorherdoberfläche verkörpern. Wenn keine ausreichende Überlappung der Radien der Beeinflussung auftritt, dann gestattet ein beträchtliches Kurzschließen um die Rühreinrichtungen herum es den Knoten, an den Rühreinrichtungen vorbeizuströmen, ohne vermischt zu werden.

Die Anmelder haben festgestellt, daß zur Verminderung der unerwünschten Mischschwankungen das Rühren symmetrisch um die Längsmittellinie des Vorherds stattfinden sollte. Nicht symmetrisches Rühren erzeugt Bereiche eines Kurzschließens. Ein symme trischer Aufbau einer Rühreinrichtung verringert Schwankungen von Seite zu Seite auf ein Minimum und vermindert das Kurzschließen. Um die Möglichkeit zu verringern, daß eine Rühranordnung ungemischte Strömungsmittel zum schwachen Bereich einer anderen Rühranordnung führt, sollte der Aufbau aufeinanderfolgender Rühreinrichtungen unterschiedlich sein. Die einfachste Weise unterschiedliche Aufbauten von Rühranordnungen zu erlangen und dennoch eine

ίο Symmetrie aufrechtzuerhalten, besteht darin, unterschiedliche gerade Zahlen von Rühreinrichtungen an aufeinanderfolgenden Rührstellc-n zu haben. Der Betrieb dieser Rühreinrichtungsaufbauten muß symmetrisch mit Bezug auf die Längsmittellinie des Vorherds sein.

Eine weitere Sorge beim Betrieb einer Rühreinrichtung liegt in der Möglichkeit der Erzeugung durch Scherwirkung entstehender Blasen. Es ist bekannt, daß die Erzeugung von Blasen in Beziehung steht zur Scherbeanspruchung, der Höhe der Scherspannung und anderen mit der Scherkraft zusammenhängenden Funktionen. Im Hinblick hierauf sollte Vorsicht geübt werden hinsichtlich des Ausmaßes der beim Mischen des Glases auftretenden Scherkraft Außerdem gibt es bei den schneckenförmigen Mischern der hier offenbarten Art Grenzen hinsichtlich der Geschwindigkeit, mit welcher die Rühreinrichtungen in Umdrehung versetzt werden können, um sowohl durch Scherkraft als auch Lufteinschlüsse erzeugte Blasen zu vermeiden. Ein weiterer bedeutender Gesichtspunkt zum erfolgreichen Betreiben der Vorrichtung und annehmbaren Homogenisieren besteht darin, Glaspegelschwankungen an dem Feeder zu vermeiden und dennoch einen angemessenen Glaspegel über der Rührvorrichtung aufrechtzuerhal ten.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von Mischern, Homogenisiereinrichtungen und stationären Platten wird also die Entfernung von Knoten von Schlieren aus dem sich im letzten Abschnitt eines

Vorherds bewegenden Glas erreicht Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Mischen und Homogenisieren von geschmolzenem Glas in einem Vorherd, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung im letzten Abschnitt des Vorherds vorgesehen ist und besteht aus einem Paar Mischern (12» 13) aufströmseitig vom Feederende quer zur Strömungsrichtung angeordnet, Homogenisierungseinrichtungen (17—20) zwischen den Mischern (12,13) und dem Feederende in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung und mit Abstand voneinander angeordnet, und rechteckigen Platten (21—23) zwischen den Mischern (12,13) und den Homogenisierungseinrichtungen (21,23), deren große Flächen parallel zur Strömungsrichtung verlaufen, wobei die Mischer (!2, 13) so ausgelegt sind, daß iie die Glasschmelze heben, und die Homogenisierungseinrichtungen (17—20) so, daß sie die Glasschmelze senken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Platten (21, 22, 23) vorgesehen sind, die mit Bezug auf die Breite des Vorherds gleichen Abstand voneinander haben.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Mischer (12, 13) mindestens ¹A der Breite des Vorherds beträgt

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (21, 22, 23) eine Länge von V5 bis 'Λ des Abstandes zwischen den Mischern (12, 13) und den Homogenisierungseinrichtungen (17—20) haben und sich über die ganze Tiefe des Vorherds erstrecken.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischer (12; 13) Schneckenrührer eines Durchmessers von bis zu 18 cm und die Homogenisierungseinrichtungen (17—20) Schneckenrührer eines Durchmessers von 10 cm sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischer (12, 13) und Homogenisierungseinrichtungen (17—20) einen Abstand von 5—9 cm vom Boden des Vorhurds haben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischer (12, 13) und die Homogenisierungseinrichtungen (17—20) mit etwa 20 UPM drehbar sind und die Mischer (12, 13) mit ihrem oberen Ende genügend tief liegen, um Einfangen von Luft bei Drehung zu verhindern.