DE2814250C2 - - Google Patents
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Description
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
die thermischen Faktoren ausschlaggebende Bedeutung,
und zwar in bezug auf die Wärmemenge, welche erforderlich
ist, um die kalte Masse (Glasbruch und feste Bestandteile zur
Herstellung des Glases) von der Eintritts-Außentemperatur auf
die Innentemperatur der Schmelzwanne sowie auf Schmelztemperatur
zu bringen; ferner ist die vom aus dem Ofen entnommenen Glas
mitgeführte Wärmemenge, die von der Kuppel und den Wänden
abgeleitete Wärmemenge (also von den Stützen), die von den
Wänden der dem Ofen zugeordneten Wiedergewinnungs- oder
Regenerierungs-Kammern zerstreuten Wärmemenge und die vom
Abgas zum Kamin mitgenommene Wärmemenge zu beachten.
Zur Erzielung eines Glases gleichmäßiger Zusammensetzung und
einheitlicher physikalischer Eigenschaften ist es erforderlich,
daß die in der Schmelzwanne 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 Schmelzwanne.
Der Oberbau der Wannenöfen zur Glasschmelze, wie bisher bekannt,
besteht aus Blöcken aus feuerfestem Material, gewöhnlich auf
der Basis von Silicaten, deren Oberflächen glatt und gleichmäßig
sind: daher besitzen sowohl die Gewölbebogen als auch die
Stützen fortlaufend glatte Oberflächen. Aus einer derartigen
Ausbildung ergibt sich ein beträchtlicher Nachteil in thermischer
Hinsicht für diese Öfen, eine Minderleistung aufgrund der
geringen Rückstrahlfläche der Wände und Stützpfeiler.
Um diese Mängel 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 wurde keine
zufriedenstellenden Ergebnisse erhalten, da an der Oberfläche
der geschmolzenen oder schmelzenden Masse eine zu hohe
Temperatur vorhanden war und dabei eine ebenso zu niedrige
Temperatur im Innern der Masse selbst.
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, umd dasselbe zu erhitzen
und damit die Homogenität und die Raffinierung des Glases
zu steigern; diese ergibt jedoch einen hohen Aufwand an
elektrischer Energie und große Anlagekosten.
Gemäß einem anderen allgemein benutzten Verfahren wird
Druckluft unter einem Druck von 3 bis 3,5 bar im Bodenbereich
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 Energieaufwand
erfordern und nicht die Herstellung eines Glases von
einwandfreier, homogener Zusammensetzung und physikalischen
Merkmalen ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen nach dem aus der US-PS
16 39 657 bekannten Oberbegriff des Patentanspruches 1
aufgebauten Muffelofen dahingehend zu verbesern, daß er
durch besondere Oberflächenprofilierung seiner feuerfesten
Blöcke eine vergrößerte Wärme-Abstrahlfläche aufweist, die
eine einwandfreie Schmelzausführung bei geringem Energieaufwand
und produktionssteigernder und somit wirtschaftlicher
Arbeitsweise ergibt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Muffelofen
zum Schmelzen von Glas dadurch gelöst, daß die Vertiefungen
der Blöcke pyramiden- oder kegelstumpfförmig ausgebildet
sind und mit ihrem größten Querschnitt zur innenraumseitigen
Gewölbe-Oberfläche hin gerichtet sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Aufgabenlösung stellen die
Merkmale in den Unteransprüchen dar.
In bevorzugter Ausführungsform hat der Muffelofen ein
Ofenoberteil, welches sich aus einem Gewölbe und Seitenwandungen
zusammensetzt, das oberhalb der Schmelzlage liegt und aus
den erfindungsgemäßen Blöcken besteht oder mit diesen Blöcken
innenseitig ausgekleidet ist.
Dieser, mit den erfindungsgemäßen, oberflächenprofilierten
Blöcken versehene Schmelzofen zeigt besondere Vorteile in
bezug auf die einwandfreie Schmelzausführung bei geringem
Energieaufwand und wirtschaftlicher Arbeitsweise.
Zur besseren Veranschaulichung und zum einwandfreien
Verständnis wird nachfolgend anhand der beigefügten
Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung
näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen
in kontinuierlichem Durchlauf arbeiten
den Glas-Schmelzofen;
Fig. 2 einen senkrechten Querschnitt durch
denselben Schmelzofen;
Fig. 3 einen senkrechten Längsschnitt durch
einen Teilbereich des Schmelzofens;
Fig. 4 eine Vorderansicht einer Muffel des
Schmelzofens;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch dieselbe Muffel
gemäß Schnittlinie V-V in Fig. 4;
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. 6;
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Innenraum
profils des Schmelzofens mit den erfindungs
gemäßen Muffeln;
Fig. 9 eine schematische Darstellung des Innenraum
profiles des Schmelzofens mit bisher üblichen
Muffeln.
Der erfindungsgemäße Muffelofen zum Schmelzen von Glas,
ist als Wannenofen ausgeführt; in Fig. 1 ist die
Schmelzwanne 1 in schematischer Darstellung gezeigt und
diese Schmelzwanne 1 hat eine Beschickungsstation 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 Beschickungsstation 2 angeordnete Entleerungs
öffnung 3, aus der das geschmolzene Glas entnommen und in
eine Abstehkammer gelangt, aus welcher es dann zur
Weiterverarbeitung entnommen wird.
Dieser Muffelofen arbeitet im kontinuierlichen Durchlauf.
Die Schmelzwanne 1 ist durch einen Boden 4 und seitliche
Stützwände 5 begrenzt. Auf diesen seitlichen Stützwänden
5 lagern Seitenwandungen 6, welche ein Gewölbe 7 tragen.
Seitenwandungen 6 und Gewölbe 7 bilden das Ofenoberteil,
welches oberhalb der Wanne 1 liegt.
Während bei den Schmelzöfen herkömmlicher Art die zum
Ofeninnenraum 1 gerichteten Oberflächen des Gewölbes 7
und der Seitenwandungen 6 größtenteils glatt und gleich
mäßig sind, weisen dieselben Oberflächen gemäß der vorlie
genden Erfindung eine durch Vertiefungen 9, 13, 15 und
Erhöhungen 10, 14, 16 gebildete Profilierung auf, durch
welche eine stark vergrößerte Wärme-Abstrahlfläche an den
Seitenwandungen 6 und dem Gewölbe 7 erreicht wird.
Um diese Profilierung, die in bevorzugter Weise bienen
wabenartig ausgeführt ist, zu erhalten, weist mindestens
das Gewölbe 7 feuerfeste Blöcke 8, 12 mit profilierter
Oberfläche auf; weiterhin ist es bevorzugt, die Seiten
wandungen 6 ebenfalls aus derarigen Blöcken zu bilden.
Jeder Block 8, 12 ist mit einer oder mehreren Vertiefungen
9, 13, 15 ausgestattet, die pyramidenstumpf- oder kegel
stumpfförmig ausgebildet sind und mit ihrem größten
Querschnitt zur innenraumseitigen Oberfläche des Gewölbes
7 und der Seitenwandungen 6 zeigen. Diese Vertiefungen
können die verschiedensten Grundformen haben, wie bei
spielsweise quadratische, rechteckige, kreisförmige,
ovale oder polygonale Grundform - wesentlich dabei ist
es, daß sich diese Vertiefungen 9, 13, 15 von der
Wärme-Abstrahlfläche aus in die Blöcke 8, 12, 6 hinein
in ihrer Querschnittsgröße allmählich verringern.
Der in den Fig. 4 und 5 gezeigte Block 8 ist mit einer
Vertiefung 9 mit quadratischem Querschnitt und
pyramidenförmiger Form versehen und wird durch in der
Stärke zu ihren freien Enden hin schwächer werdenden
Rippen 10 begrenzt, so daß diese Vertiefung 9 von
ihrem Boden aus in Richtung Block-Oberfläche im
Querschnitt allmählich zunimmt.
Gemäß dem in den Fig. 4 und 5 gezeigten Block 8 sind
dessen beide sich gegenüberliegende Seiten als Anlage
flächen 11 mit benachbarten Blöcken 8 in sich eben und
schräg aufeinanderzulaufend ausgebildet, so daß dieser
Block 8 eine keilartige Form hat; der Scheitel der
schräg aufeinanderzulaufenden 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 diesem ausgekleidet.
Es ist selbstverständlich, daß die sich gegenüberlie
genden Seiten 11 auch prallel verlaufend vorgesehen
sein können, um aus derartigen Blöcken 8 die
Seitenwandungen 6 zu bilden oder sie mit den
Blöcken 8 zu verkleiden.
Gemäß dem abgeänderten Ausführungsbeispiel nach
Fig. 6 und 7 ist ein Block 12 gezeigt, der zur
Bildung der profilierten Oberflächen mit drei im
Abstand nebeneinander angeordneten Vertiefungen
13 versehen ist. Dieser Block 12 entspricht im
Aufbau dem Block 8, lediglich ist er größer und
mit mehr Vertiefungen 13 ausgeführt.
Auch dieser Blocfk 12 kann schräge Anlageflächen
oder parallele Anlageflächen haben.
In den Fig. 2 und 3 sind die die Ofenmuffel (das
Ofen-Oberteil) bildenden feuerfesten Blöcke nur
schematisch gezeigt und der Übersicht halber sind
die Vertiefungen in den jeweiligen Blöcken sämtlich
mit dem Bezugszeichen 15 versehen worden, während die
diese Vertiefungen 15 begrenzenden Rippen sowohl am Gewölbe
7 als auch an den Seitenwandungen 6 mit dem Bezugszeichen
16 versehen sind. Die Fig. 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
Fig. 8 derjenigen des Ofens gemäß Fig. 9 weit überlegen ist:
beispielsweise, wenn die Strahlfläche des Ofens gemäß Fig. 9 22 m2 beträgt, hat bei gleichem Querschnitt der Schmelzwanne der Ofen gemäß Fig. 8 60 m2 Strahlfläche.
beispielsweise, wenn die Strahlfläche des Ofens gemäß Fig. 9 22 m2 beträgt, hat bei gleichem Querschnitt der Schmelzwanne der Ofen gemäß Fig. 8 60 m2 Strahlfläche.
Diese enorme Steigerung der Strahlfläche der Muffel
(Blockprofilflächen) und der Umstand, daß die Ausnehmungen 15
sich wie Reflektoren (Strahler) verhalten, welche 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 1484°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 Mindesttemperatur)
von 1204°C in der Nähe des Wannenbodens), wogegen im Fall der
Ausbildung des Ofens mit den erfindungsgemäßen Blöcken in
dem Glasschmelzbad und im gleichen, zuvor in Betracht
gezogenen Abstand die in Fig. 8 dargestellten Tempraturen
erhalten werden, bei einer niedrigsten Temperatur am
Wannenboden von 1400°C, welche nicht weniger als um 196°C
höher liegt, als die an der gleichen Stelle bei der
herkömmlichen Art.
Im Wannenofen zum Schmelzen und Raffinieren des Glases wie
in Fig. 1 gezeigt und worauf wiederum Bezug genommen wird,
ist der Verlauf 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 Muffel gemäß der Erfindung diese
festen schwimmenden Massen bereits an der gestrichelten
Linie A-A mehr bestehen.
Dies 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 der gleichen Ofenabmessung die er
findungsgemäßen Muffel das Schmelzen der verglasbaren
Masse weit früher als bei Verwendung herkömmlicher
Muffel erfolgt, erlaubt es im Ofen selbst eine ein
wandfrei geschmolzene Glasmasse zu halten, was einen
großen Einfluß nicht nur auf die Steigerung der Pro
duktion aufgrund des schnellen Schmelzprozesses hat
und der Raffinierung des Glases, sondern auch den
Erhalt eines Glases einer Komposition und physika
lischen Merkmalen einwandfreier Homogenität und
stets gleich wiederholbar.
Aufgrund der vorstehenden Ausführungen und des Umstandes,
daß oberhalb des freien Spiegels des Glasschmelzbades
die Möglchkeit besteht, eine niedrigere Temperatur zu
halten als in den herkömmlichen Öfen, erlauben die er
findungsgemäßen Muffel eine Ersparnis von ca. 30% an
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 Beschickungs
mündung 2, wodurch eine höhere Glaserzeugung pro m2 der
Schmelzwanne, aufgrund einer gleichmäßigeren Temperatur im
Funktionsraum des Ofens, welche den Raffinationsvorgang
der verglasbaren Masse beschleunigt) erzielt wird, wobei
eine niedrigere Betriebstemperatur eingehalten werden kann
und ein geringerer Verschleiß der Materialien erhalten wird,
der Ablauf der Verbrennung im Funktionsraum konstant ist und
eine höhere Wärmeausbeute bei größerer Regularität des
Ofens und schließlich eine geringere Ätzwirkung 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
Verwendungszweck bestgeeignetsten, feuerfesten Materialien
bestehen können; beispielsweise können sie aus Siliziumkarbid,
Zirkoniumsilikat, Magnesit und Chromit bestehen.
Claims (5)
1. Muffelofen zum Schmelzen von Glas, der als Wannenofen
aus Steinen aus feuerfestem Material ausgebildet ist
und bei dem mindestens das Gewölbe (7) des Ofen-
Oberteiles feuerfeste Blöcke (8, 12) aufweist, deren
dem Ofen-Innenraum (1) zugewandte Oberfläche unter
Bildung einer vergrößerten Wärme-Abstrahlfläche durch
Vertiefungen (9, 13, 15) und Erhöhungen (10, 14, 16)
profiliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vertiefungen (9, 13, 15) pyramiden- oder kegelstumpf
förmig ausgebildet sind und mit ihrem größten
Querschnitt zur innenraumseitigen Gewölbe-Oberfläche
hin gerichtet sind.
2. Muffelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Ofen-Innenraum (1) zugewandte Gewölbe-
Oberfläche bienenwabenartig profiliert ist.
3. Muffelofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Block (8, 12) mit einer oder
mehreren Vertiefungen (9, 13, 15 ) ausgestattet ist.
4. Muffelofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die seitlichen, das Gewölbe (7)
tragenden Wandungen des Wannenofens entsprechend dem
Gewölbe (7) aus zum Ofeninnenraum (1) profilierten,
mit Vertiefungen (15) und Erhöhungen (16)
ausgestatteten Blöcken (6) bestehen.
5. Muffelofen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Block (8, 12, 6) des aus
dem Gewölbe (7) und den Seitenwandungen gebildeten
Ofen-Oberteilen aus Siliziumkarbid, aus Zirkoniumsilikat,
aus Magnesit und Chromit besteht.
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