DE2814250A1

DE2814250A1 - Muffelofen zum schmelzen von glas

Info

Publication number: DE2814250A1
Application number: DE19782814250
Authority: DE
Inventors: Eugenio Negroni
Original assignee: NEGRONI
Current assignee: For Fornital Progetti Srl Generale Prog Soc
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1978-10-19
Also published as: FR2386492B1; DE2814250C2; US4213753A; BE861372A; IT1078437B; FR2386492A1; JPS5415920A; GB1597286A

Description

Dipl.-Ing. Dr.-Ing. HEINZ NICK3LS 28 Ί 42θϋ

PATENTANWALT _{48 BIE}LEFELD/WESTF.

1 Detmolder Straße 26 IU/Di

Eugenia Negroni und Roberto Negroni, Via De Rolandi 7, Milan - Italy

Muffelofen zum Schmelzen von Glas

Die Erfindung bezieht sich auf einen Muffelofen zum Schmelzen von Glas, der als Wannenofen aus Steinen aus feuerfestem Material ausgebildet ist.

Bei den Glasschmelz-Öfen haben außer den baulichen Faktoren auch die thermischen Faktoren ausschlaggebende Bedeutung, und zwar in bezug auf die üJärmekalorien, ijelche erforderlich sind, um die kalte Masse (Glasbruch und feste Bestandteile zur Herstellung des Glases) von der Eintritts-Außentemperatur auf die Innentemperatur der Schmelzuanne somie auf Schmelztemperatur zu bringen; ferner sind die vom aus dem Ofen entnommenen Glas mitgeführten üJärmekalorien, die von der Kuppel und den Wänden abgeleiteten Wärmekalorien (also von den Stützen), die von den Wänden der dem Ofen zugeordneten tiJiedergeujinnungs- oder Regenerierungs-Kammern zerstreuten Idärmekalorien und die vom Rauch zum Kamin mitgenommenen ,Wärmekalarien zu beachten* 09842/0743

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Zur Erzielung eines Glases gleichmäßiger Zusammensetzung und einheitlicher physikalischer Eigenschaften ist es erforderlich, daß die in der Schmelzujanne des Ofens vorhandene verglasbare Mischung in ihrer gesamten Masse geschmolzen sein muß, also sowohl an der Oberfläche als auch in der Tiefe ( auf der Sohle ) der Schmelzujanne, tjas selten bei den jetzt üblichen und bekannten Öfen der Fall ist.

Der überbau der Wannenofen zur Glasschmelze, wie bisher bekannt, besteht aus Blöcken aus feuerfestem Material, gewöhnlich auf der Basis van hiesel, deren Oberflächen glatt und gleichmäßig sind: daher besitzen sowohl die Gewölbebc-gen als auch die Stützen fortlaufend glatte Oberflächen. Aus einer derartigen Ausbildung ergibt sich ein beträchtlicher Nachteil thsrmischer Hinsicht für diese Öfen, eine Minderleistung aufgrund der geringen Rückstrahlfläche der Wände und Stützpfeiler.

Um diese Mangel zu beheben,wurde zu einem stetig gesteigerten Verbrauch in thermischer Energie Zuflucht genommen, was allgemein durch einen im Ofen mittels Brennern verbrannten Brennstoff geschah. Auch in diesem Fall wurden keine zufriedenstellenden Ergebnisse erhalten, da an der Oberfläche der geschmolzenen ader schmelzenden Masse eine zu hohe Temperatur vorhanden war und dabei eine ebenso zu niedrige Temperatur im Innern der Masse Belbst.

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Um die an die im Schmelzzustand befindliche Masse abgegebene Wärme zu steigern, werden üblicherweise im Innern der Schmelzwanne Elektroden großer Abmessungen, beispielsweise mit 35 mm Durchmesser und 2 m Länge eingesetzt, welche in das Schmelzbad eingetaucht werden, um dasselbe zu erhitzen und damit die Homogenität und die Raffinierung des Glases zu steigern; dieses ergibt jedoch einen hohen Aufwand an elektrischer Energie und großen Anlagekosten.

Gemäß einem anderen allgemein benutzten Verfahren wird Druckluft unter einem Druck von 2-2,5 atü im Etodenbereich der Schmelzwanne eingeblasen; diese Luft soll die kalten Glasschichten umwälzen und sie nach oben treiben und damit zur größeren Homogenität und Raffinierung der Glasmasse beitragen. Auf alle Fälle sind die Öfen bekannter Gattung nicht zufriedenstellend, da sie einen großen Energie erfordern und nicht die Herstellung eines Glases von einwandfreier, homogener Zusammensetzung und physikalischen Merkmalen ergeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Wannen-Glasschmelzofens, welcher eine Produktion an Glas pro qm üJannenoberfläche ergibt, die weit über derjenigen der bekannten öfen liegt und eine Brennstoffersparnis, jeweils gegenüber den bekannten öfen, um ca. 30 % erlaubt.

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Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines Miffel-Oberteiles eines Glas-Schmelzofens, welcher es gestattet, im Ofen eine niedrigere Betriebstemperatur einzuhalten als bsi den üblichen Öfen, unter geringerem Materialverschleiß, einen konstanten Verlauf der Verbrennung im Ofen zu gewährleisten, geringere Ätzung seitens der Alkalien an den Uänden außerhalb des Schmelzbades und eine größere Wärmeleistung gegenüber den Öfen bekannter Ausbildung zu erzielen; des weiteren soll ein Glas mit dem Hennzeichen der absoluten Homogenität erschmelzbar sein und die Gesamtanlage eine wirtschaftliche Arbeitsweise haben.

Gemäß der Erfindung werden diese Aufgaben bei einem Muffelofen zum Schmelzen von Glas dadurch erzielt, daß mindestens das Gewölbe des Dfen-Überteiles feuerfeste Blöcke aufweist, deren dem Ofen-Innenraum zugewandte Oberfläche unter Bildung einer vergrößerten Wärme-Abstrahlflache durch Vertiefungen und/oder Erhöhungen bienenujabenartig profiliert ist.

Es ist bevorzugt, jeden Black mit einer oder mit mehreren becherartigen Vertiefungen (Aussparungen) auszustatten, die vorzugsweise eine pyramidenstumpfförmige oder kegelstumpfförmige Raumform besitzen und sich mit ihrem erweiterten Querschnitt zur die Strahlfläche bildenden, innenraumseitigen Oberfläche der Blöcke hin erstrecken.

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Die Blöcke lassen sich mit zujei gegenüberliegenden, schräg zueinander verlaufenden Anlageflächen versehen, wodurch die Bildung der aneinandcrgesetzten Blöcke zu dem Geuölbebogen möglich ist; des/jeiteren können die Blöcke parallele Anlageflächen haben, um auch die Seitenuiände des Muffelofens aus den Blöcken zu bilden.

In bevorzugter Ausführungsform hat der Muffelofen ein Ofenoberteil, welches sich aus dem Gewölbe und Seitenuiandungen zusammensetzt, daß oberhalb der Schmelzlage liegt und aus den Blöcken besteht oder mit den Blöcken innenseitig ausgekleidet ist.

Der Gegenstand der Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch auf deren Kombination, deqijeiteren soll der Erfindungsgegenstand nicht nur auf den Schmelzofen mit Blöcken, sondern auch auf die einzelnen Blöcke zur Bildung des Schmelzofenr-Oberteiles abgestellt sein.

Dieser mit den erfindungsgemäßen, oberflächenprofilierten Blöcken versehene Schmelzofen zeigt besondere Vorteile in bezug auf die einwandfreie Schmelzausführung bei geringem Energieaufwand und wirtschaftlicher Arbeitsweise.

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Zur besseren Ueranschaulichung und zum einwandfreien Verständnis iiiird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen in kontinuierlichen Durchlauf arbeitenden Gles-Schmelzofen;

Fig. 2 einen senkrechten Querschnitt durch denselben Schmelzofen;

Fig. 3 einen senkrechten Längsschnitt durch einen Teilbereich des Schmelzofens;

Fig. h eine Vorderansicht einer Muffel des Schmelzofens;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch dieselbe Muffel gemäß Schnittlinie V-V in Fig. k\

Fig. 6 eine Vorderansicht einer Muffel des Schmelzofens in weiterer Ausführung;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch dieselbe Muffel entsprechend der Schnittlinie VII -VII in Fig. G;

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Fig. B eine schematische Darstellung des Innenraumprofils des Schmelzofens mit den erfindungsgemäßen Muffeln;

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Innen raumprofils des Schmelzofens mit bisher üblichen Muffeln.

Der erfindungsgemäße Muffelofen (Schmelzofen), insbesondere zum Schmelzen von Glas, ist als Wannenofen ausgeführt; in Fig. 1 ist die Schmelzwanne (Innenraum) 1 in schematischer Darstellung gezeigt und diese Schmelzwanne 1 hat eine Beschickungsstation (Einf El Hoffnung) 2 für den einzubringenden Glasbruch und die Zusammenstellung aus den festen, zur Herstellung des Glases benutzten Stoffen, also die verglasbare Mischung, und eine im Abstand zur Beschikkungsstation 2 angeordnete Entleerungsöffnung (-mündung) 3, aus ύβτ das geschmolzene Glas entnommen und in ein Ruhebecken gelangt, aus welchem es dann zur Weiterverarbeitung entnommen wird.
Dieser Muffelofen arbeitet im kontinuierlichen Durchlauf.

Dis Schmelzuanne 1 ist durch einen Boden *+ und seitliche Stützwände (Widerlager) 5 begrenzt. Auf diesen seitlichen Stützwänden 5 lagern Seitsnuandungen 6, uielche ein Gewölbe (einen Geuölbebagsn) 7 tragen. Seitsnuiandungen und Gewölbe 7 bilden das Ofenoberteil, welches oberhalb der Wanne 1 liegt.·

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Während bei den Schmelzöfen herkömmlicher Art die innenr-aumseitigen (1) Oberflächen des Gewölbes 7 und der Seitenuiandungen 6 völlig glatt und gleichmäßig sind, weisen dieselben Oberflächen gemäß der vorliegenden Erfindung eine durch Vertiefungen 9,13,15 und/oder Erhöhungen 10, 1it,16 gebildete Profilierung auf, durch uielche eine stark vergrößerte Wärme-Abstrahlflache an den Seiten-Liandungen 6 und dem Gewölbe 7 erreicht uiird.

Um diese Profilierung, die in bevorzugter üJeise bienenuabenartig ausgeführt ist, zu erhalten, weist mindestens das Gewölbe 7 feuerfeste Blöcke 8,12 mit profilierter Oberfläche auf; weiterhin ist es bevorzugt, die Seitenuandungen 6 ebenfalls aus derartigen Blöcken zu bilden. Jeder Black 8,12 ist mit einer oder meh-reren becherartigen Vertiefungen 9,13,15 ausgestattet, die vorzugsweise pyramidenstumpf- ader kegelstumpfförmig ausgebildet sind und mit ihren größten Querschnitt zurinnenraumseitigen Oberfläche des Gewölbes 7 und der Seitenwandungsn G zeigen. Diese becherartigen Vertiefungen können die verschiedensten Querschnitte (Grundformen) haben, wie beispielsweise quadratische, rechteckige, kreisförmige, ovale ader polygonale Grundform - wesentlich dabei ist es, daß sich diess Vertiefungen 9,13,15 van der kiMrme-Abstrahlfliehe aus in die Blöcke 8,12,6 hinein in ihrer Querschnittsgröße (GrundFormgröße) allmählich verringert"^

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Die Vertiefungen 9,13,15 werden van Rippen 1D. 1if, 16 begrenzt, die zur liJärme-Abstrahlfläche hin, also zur innenraumseitigen Oberfläche des Gewölbes 1 und der Seitenwandungen 6 hin sich in ihrer Stärke allmählich verjüngen.

Der in den Fig. k und 5 gezeigte Block θ ist mit einer becherartigen Vertiefung 9 mit quadratischem Querschnitt und pyramidenförmiger Raumfarm versehen und wird durch in der Stärke zu ihren freien Enden hin schwächer werdenden Rippen 1D begrenzt, so daß diese Vertiefung 9 von ihrem Boden aus in Richtung Block-Oberfläche im Querschnitt allmählich zunimmt.

Gemäß dem in den Fig. *t und 5 gezeigten Block 8 sind dessen beide sich gegenüberliegende Seiten als Anlageflächen 11 mit benachbarten Blöcken 8 in sich eben und schräg aufeinanderzulaufend ausgebildst, so daß dieser Block 8 eine keilartige Form hat; der Scheitel der schräg aufeinander zulaufenden Seiten 11 ist dabei zu;derselben Seite hin gerichtet, wohin auch die offene Seite der Vertiefungen 9 zeigt.

Aus diesen keilartigen Blöcken 8 wird der Gewölbebogen 7 gebildet oder mit diesen ausgekleidet.

Es ist selbstverständlich, daß die sich gegenüberliegenden Seiten 11 auch parallel verlaufend vorgesehen

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sein können, um aus derartigen Blöcken 8 die Seitenuandungen 6 zu bilden ader sie mit den Blöcken 8 zu verkleiden.

Gemäß dem abgeänderten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 ist ein Black 12 gezeigt, der zur Bildung der profilierten Oberfläche mit drei im Abstand nebeneinander angeordneten Vertiefungen 13 versehen ist. Dieser Black 12 entspricht im Aufbau dem Block 8, lediglich ist er größer und mit mehr Vertiefungen 13 ausgeführt. Auch kann dieser Block 12 schräge Anlageflächen oder parallele Anlageflächen haben.

Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, die Blöcke in der verschiedensten Größe .und mit anzahlmäßig unterschiedlichen Vertiefungen herzustellen, uiabei die Vertiefungen gleiche und/oder unterschiedliche R8um- und Querschnittsfarmen haben können.

In den Figuren 2 und 3 sind die die Ofenmuffel (das Ofen-Oberteil) bildenden feuerfesten Blöcke nur schematisch gezeigt und der Übersicht halber sind die becherartig ausgebildeten Vertiefungen (Ausnehmungen) in den jeweiligen Blöcken sämtlich mit dem Bezugszeichen 15 versehen morden, mährend die diese Vertiefungen 15 begrenzenden Rippen sowohl an Gewölbe

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7 als auch an den Seitenwandungen 6 mit dem Bezugszeichen 16 versehen sind» Die Figur 8 zeigt schematisch das Innenprofil des Muffelofens mit den erfindungsgemäßen Blöcken und in Fig. 9 ist schematisch das Innenprofil eines herkömmlichen Muffelofens dargestellt. Es ist leicht zu erkennen, daß die Strahlfläche der Blöcke des Ofens gemäß Figur B derjenigen des üfens gemäß Figur 9 weit überlegen ist: beispielsweise, wenn die Strahlfläche des Ofens gemäß Figur 9 22 m2 beträgt, hat bei gleichem Querschnitt der Schmelzujanne der Ofen gemäß Figur B GO m2 Strahlfläche. Diese enorme Steigerung der Strahlfläche der Muffel (Blockprofilflächen) und der Umstand, daß die Ausnehmungen 15 sich wie Scheinwerfer verhalten, uielche die von der Muffel ausgestrahlte thermische Energie in Bündel konzentriert (eines ist gestrichelt in Fig* 8 angedeutet), ergibt einen beträchtlichen Temperaturunterschied gegenüber den verschiedenen Schichten des Glasschmelzbades in mit den erfindungsgemäßen Blöcken 8,12,6 hergestellten öfen gegenüber den herkömmlichen öfen.

Es soll in beiden Fällen (Fig. 8 und 9) an der Badoberfläche eine Temperatur von "\kBk C erhalten werden, dabei werden bei der herkömmlichen Art im Schmelzbad bei einer Höhe von 1,20 m bei konstanten Abständen die in der Zeichnung nach Fig. 9 dargestellten Temperaturen

erzielt (mit einer Mindesttanceratur von 120** ⁰C i_n 809842/0741 ' ⁿ

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IMähe des üjannenbodens) wogegen im Fall der Ausbildung des Ofens mit den erfindungsgemäßen Blöcken in dem Glasschmßlzbad und im gleichen, zuvor in Betracht gezogenen Abstand die in Fig. 8 dargestellten Temperaturen erhalten werden, bei einer niedrigsten Temperatür am liJannenboden von 1^00 ^₁ welche nicht weniger als um 196 G höher liegt, als die an der gleichen Stelle bei der herkömmlichen Art.

Es ist wichtig, daß die erfindungsgemäße, von den varbeschriebenen Blöcken gebildete Abstrahlflächenhaube (Muffel-Oberteil) das eigentliche Labor und das Herz der Anlage darstellt, denn in ihr befindet sich die gesamte Uerbrennungsapparatur; es trifft dort die seitens der Uliedergewinnungssäulen vorgewärmte Luft ein, es erfolgt dort der Austritt des Rauchs, außerdem befinden sich dort die Schalt- und Kontrollgeräte der gesamten Anlage.

Im Wannenofen zum Schmelzen und Raffinieren des Glases wie in Fig. 1 gezeigt und worauf wiederum Bezug genommen wird, ist der Uerlauf der Glasmassen von der Eingangsmündung 2 bis zur Austrittsmündung 3 derart in Bewegung, daß in einem mit herkömmlicher Muffel versehenen Ofen nur an der gestrichelt gezeigten Linie B-B keine auf dem Schmelzbad schwimmenden Massen mehr sind, während mit fliffel gemäß der Erfindung diese

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festen schwimmenden Massen bereits an der gestrichelten Linie A-A nicht mehr bestehen.

Qj.es heißt, daß mit der erfindungsgemäßen Muffel ein sehr regelmäßiger Betrieb des Ofens besteht, mit einer verglasbaren Mischung, welche völlig und mit großem Abstand zu der Austrittmündung bereits geschmolzen ist.

Der Umstand, daß bei gleichen Dfenabmessungen die erfindungsgemäßen Muffel das Schmelzen der verglasbaren Masse weit früher als bei Verwendung herkömmlicher Muffel erfülgt, erlaubt es im Ofen selbst eine einwandfrei geschmolzene Glasmasse zu halten, was einen großen Einfluß nicht nur auf die Steigerung der Produktion aufgrund des schnellen Schmelzprozesses hat und der Raffinierung des Glases, sondern auch den Erhalt eines Glases einer Komposition und physikalischen Merkmalen einwandfreier Homogenität und stets gleich wiederholbar.

Aufgrund der vorstehenden Ausführungen und des Umstandes, daß oberhalb des freien Spiegels des Glasschmelzbades die Möglichkeit besteht, eine niedrigere Temperatur zu halten als in den herkömmlichen öfen, erlauben die erfindungsgemäßen Muffel^eine Ersparnis von ca. 30 % an

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Brennstoff (insbesondere aufgrund der Wirkung der großen Strahlfläche der Muffel, welche die thermische Leistung beträchtlich erhöht und praktisch die Abkühlerscheinung aufgrund der Eingabe des kalten Materials an der Beschickungsmiindung 2, wodurch eine höhere Glaserzeugung pro m2 der Schmelzwanne (aufgrund einer gleichmäßigeren Temperatur im Labar des Ofens, welche den Raffinationsvorgang der verglasbaren Masse beschelunigt) erzielt uiird, wobei eine niedrigere Betriebstemperatur eingehalten werden kann und ein geringerer Verschleiß der Materialien erhalten wird, der Ablauf der Verbrennung im Ofenlabor konstant ist und eine höhere lüärmeausbeute bei größerer Regularität des Ofens und schließlich eine geringere Ätzuirkung an den Wänden des Ofens außerhalb des Schmelzbades zu verzeichnen ist, gegenüber denjenigen, mit herkömmlicher Muffel versehenen Öfen.

Es ist offensichtlich, daß die zur Verwendung kommenden feuerfesten Blöcke (Steine) aus für den jeweiligen Verwendungszweig bestgeeignesten, feuerfsten Materialien bestehen können; beispielsweise können sie aus äliziumkarbis, Zirkonium und Hiesel, Lagnetsit und Chromit Etc. bestehen.

Außerdem ist es we-sentlich, daß im beschriebenen Ofen Blas und· dessen Derivate geschmolzen werden können^ zur Herstellung von Hohlglas, Pressglas, gezogenem Glas oder Bauglas und deren Agglomerate wie gegenwärtig in der Glasindustrie üblich.

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Claims

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Patentansprüche

1,/ Muffelofen zum Schmelzen von Glas, der als Wannenofen aus Steinen aus feuerfestem Material ausgebildet ist, d adurch gekennzeichnet, daß mindestens das Gewölbe (7) des Ofen-Oberteiles feuerfeste Blöcke (B,12) aufweist, deren dem Ofen-Innenraum (1) zugewandte Oberfläche unter Bildung einer vergrößerten üJärme-Abstrahlflache durch Vertiefungen (9,13,15) und/ oder Erhöhungen (10,1it,16) profiliert ist.

2. Muffelofen nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die innenraumseitige (1) Gewölbe-Oberfläche bienenwabenartig profiliert ist.

3. Muffelofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Block (8,12) mit einer od. mehreren becherartigen Vertiefungen (9,13,15) ausgestattet ist.

h. Muffelofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurc h gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (9, 13,15) pyramiden- oder kegelstumpfförmig ausgebildet sind und mit ihrem größten Querschnitt zur innenraumseitigen Gewölbe-Oberfläche hin gerichtet sind.

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ORiGJNAL INSPECTED

5. Muffslafen nach den Ansprüchen 1 bis ^, d adurch gekennzeichnet, daß jede Vertiefung (9,13, 15) von zur lieuiölbe-Oberf lache hin in der Stärke verringerten Rippen (10_f1u._fi6) begrenzt ist.

G. Muffelofen nach den Ansprüchen 1 bis 5,d adurch gekennzeichnet, daß die Blöcke (8,12) jeweils Zkiei sich gegenüberliegende, in sich ebene und schräg zueinander sowie zur Vertiefungs-Qffnungsseite hin gsneigt VErlaufende Anlageflächen (11) haben.

7. Muffelofen nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen, das ueujölbe (7) tragenden Wandungen des Uannenafens entsprechend dem Gewölbe aus mit Vertiefungen (15) und/oder Erhöhungen (16) ausgestatteten und ofeninnenraumseitig bienenuabenartig profilierten Blöcken (6) bestehen.

Θ. Muffelofen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Block (8,1Z_-), des aus dem Gewölbe (7) und den Seitenmandungen (6) gebildeten Ofen-Oberteiles aus Siliziumkarbid, aus Zirkonium und Kiesel, aus Lagnesit und Chromit od. dgl. besteht.

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