DE2904317C2

DE2904317C2 - Verfahren zum Herstellen von geschmolzenem Glas

Info

Publication number: DE2904317C2
Application number: DE2904317A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Tarrytown N.Y. Kiyonago
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1978-02-06
Filing date: 1979-02-05
Publication date: 1983-07-14
Also published as: IT1114081B; FR2416201A1; DE2904317A1; GB2014127A; US4185984A; IT7947889A0; JPS54122319A; FR2416201B1; GB2014127B; IN150684B; CA1118209A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe einschließlich des Siliziumdioxids von den niedriger schmelzenden anorganischen Rohstoffen getrennt und auf eine Temperatur von mindestens 815° C vorerhitzt in die Kammer eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe mit einer Temperatur von 815° C bis 1100° C in die Kammer eingespeist werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe mindestens teilweise mittels des die Kammer verlassenden heißen Abgases vorerhitzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe durch unmittelbaren Gegenstromwärmeaustausch mit Heißgasen vorerhitzt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von geschmolzenem Glas in einer im wesentlichen zylindrischen, ständig rotierenden Drehkammer, bei dem

(a) in die Kammer niedriger schmelzende anorganische Rohstoffe, die allein oder miteinander gemischt bei einer Temperatur von unter etwa 1370⁰C schmelzen, in einer Menge von 6 Gew.-% bis 45 Gew.-% und höher schmelzende anorganische Rohstoffe, die allein oder miteinander gemischt bei einer Temperatur von über etwa 1370⁰C schmelzen und zu denen Siliziumdioxid in einer Menge von mindestens 50 Gew.-% gehört, in einer Menge von 55 Gew.-% bis 94 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der anorganischen Rohstoffe, eingespeist werden;

(b) eine Flamme von hochintensiver Wärme durch Verbrennen eines Brennstoffes mit einern 50 bis 100 VoI.-% Sauerstoff enthaltenden Gas ausgebildet und unter Schmelzen der Rohstoffe in die Kammer gerichtet wird;

(c) die Kammer mit ausreichender Drehzahl gedreht und die Außenseite der Kammer mit einem flüssi gen Kühlmittel derart gekühlt wird, daß die Innen fläche der Kammer mit einer Schicht aus schmelzflüssigem Glas bedeckt, die Schicht zum Erstarren gebracht und eine erstarrte Glasschicht während des Verfahrens aufrechterhalten wird, und

(d) schmelzflüssiges Glas abgezogen wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS 40 61 487) werden die Rohstoffe gemeinsam aus einem Trichter über eine Drehschleuse und ein Einlaßrohr in das eine Ende (Einlaßende) der Drehkammer eingebracht In das Einlaßende der Drehkammer ragt ein zur Ausbildung der Ramme bestimmter Brenner unter einem solchen Winkel, daß die Ramme und die den Brenner verlassenden heißen Verbrennungsgase die Roh- stoffe gegen die Kammerwand richten, um einem Herausblasen von feinen, nicht geschmolzenen Teilchen aus dem anderen Ende (Auslaßende) der Drehkammer entgegenzuwirken. Die Flamme heizt die Rohstoffe von der im Trichter herrschenden Umgebungstemperatur auf Schmelztemperatur auf. Bei diesem Verfahren läßt der thermische Wirkungsgrad zu wünschen übrig.

Es ist ferner bekannt (US-PS 37 88 832), zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades bei der Glasherstellung eine Rohglascharge als Ganzes vor dem Ein- bringen in einen Glasschmelzofen im Gegenstrom mit vom Glasschmelzofen stammenden Verbrennungsgasen vorzuerhitzen. Dabei werden die mit der Rohglascharge in Wärmeaustausch gebrachten Verbrennungsgase auf einer Temperatur von weniger als 760⁰C gehalten, um ein vorzeitiges Erweichen und Schmelzen der Glascharge zu verhindern. Es ist auch bekannt (DE-AS 17 71 990), in ähnlicher Weise ein Rohglasgemenge vor dem Einbringen in einen geneigten Drehschmelzofen mittels eines Vorvärmofens unter Ausnutzung der hei- Ben Schmelzofenabgase auf eine Temperatur vorzuer hitzen, bei der das Gemenge noch keine zähflüssige Masse bildet, vorzugsweise eine Temperatur zwischen 400⁰C und 60O¹⁵C. Eine Vorerhitzung dieser Art nutzt aber den Wärmeinhall der wesentlich heißeren Ver brennungsgase nur sehr unvollkommen aus.

Schließlich ist es bekannt (DE-OS 15 96 447), einen Teil des einem Glasschmelzofen zugeführten Gemenges auf eine erste Temperatur und den restlichen anderen Teil des Gemenges auf eine hühere zweite Temperatur vorzuerhitzen. Die beiden Gemengeteile werden dabei in dem als Wannenofen ausgebildeten Schmelzofen vom unteren Ende zweier vorgewärmter Materialsäulen übereinander in zwei auf einem Bad schwimmenden Schichten abgelegt. Dieses Vorgehen erlaubt keine wir kungsvolle Durchmischung der geschmolzenen Gemen geteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach steuerbares Verfahren zum Herstellen von geschmol-

zenem Glas zu schaffen, das bei störungsfreiem Ewspeisen der Rohstoffe in die Schmelzkammer und wirkungsvoller Durchmischung des Schmelzgutes einen relativ hohen thermischen Wirkungsgrad erzielt.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe einschließlich des Siliziumdioxids von den niedriger schmelzenden anorganischen Rohstoffen getrennt und au;* eine Temperatur von mindestens 815°C vorerhitzt in die Kammer eingebracht werden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird also nur der höher schmelzende Anteil des Gemenges auf eine relativ hohe Temperatur vorerhitzL Dies bewirkt eine wesentliche Steigerung des thermischen Wirkungsgrades des Schmelzprozesses, während gleichzeitig ein Verkleben der Rohstoffe beim Vorerhitzen ausgeschlossen ist Die in die Schmelzkammer einlaufenden Rohstoffströme lassen sich einwandfrei steuern; sie treffen am Einlaßende der Drehkammer zusammen, und sie werden in der Drehkammer unter dem Einfluß der Schmelzflamme und der Kammerdrehbewegung gründlich durchmischt

Vorzugsweise werden die höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe mit einer Temperatur von 815°C bis 1100⁰C in die Kammer eingespeist Durch die Beschränkung der Vorheiztemperatur auf 1100⁰C wird praktisch jedes Schmelzen, Anschmelzen oder Sintern auch der höher schmelzenden Rohstoffe vor dem Einlaufen in die Schmelzkammer vermieden.

Die höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe werden vorteilhaft mindestens teilweise mittels des die Kammer verlassenden heißen Abgases vorerhitzit, wodurch der Wärmeinhalt dieses Abgases wirkungsvoll genutzt wird.

Zweckmäßig werden ferner die höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe durch unmittelbaren Gegenstromwärmeaustausch mit Heißgasen vorerhitzt Die höher schmelzenden Rohstoffe liegen in der Regel in granulärer Form mit nur geringem Feinstoffgehalt vor, so daß auch bei dieser Art der Vorerhitzung ein Rohstoffverlust durch Mitnahme im Heißgasstrom klein ist

Bei dem mittels des Verfahrens nach der Erfindung hergestellten Glas handelt es sich um Silikatglas. Zu solchen Gläsern gehören Behälterglas, Flachglas, Borsilikatglas, Quarzglas, hochschmelzende Spezialgläser, Gläser, die speziell für eine anschließende Entglasung ausgelegt sind, Natriumsilikate, Fiberglas, Glaswolle, Schlackewolle und Steinwolle. Zur Herstellung von Silikatgläsern werden neben Siliziumdioxid insbesondere Feldspat, Calciumcarbonat, Dolomit, wasserfreies Soda, Pottasche, Borax und Aluminiumoxid benutzt. Kleinere Bestandteile, wie Arsen, Antimon, Sulfate und Fluoride, werden häufig zugesetzt, um die Eigenschaften des Glases zu ändern. Außerdem werden oft andere Metalloxide zugegeben, um die gewünschte Farbe zu erhalten. Metallurgische Schlacken und natürlich vorkommende Gesteine werden bei der Herstellung von Schlackewolle und Steinwolle eingesetzt. Allgemein lassen sich diese Stoffe in drei Gruppen unterteilen: (1) glasbildende Oxide, zu denen Siliziumdioxid und Boroxid gehören; (2) stabilisierende Oxide, zu denen Aluminiumoxid, Calciumoxid und Magnesiumoxid gehören und (3) Flußmittel, wie Natriumoxid, Kaliumoxid und Schönungsrnittel. Kommerzielle Gläser enthalten 55 bis 94% Glasbildner. 2 bis 30% Stabilisierungsmittel und 1,5 bis 22% Flußmittel. Die für Fenster und Flaschen verwendeten gewöhnlichen Gläser haben einen f/ehalt von 70 bis 75% Siliziumdioxid und 12 bis 17% Flußmittel, Bei den niedriger schmelzenden anorganischen Rohstoffen kann es sich um Bruchglas, Natriumcarbonat, Natriumsulfat, Kaliumcarbonat, Kaliumsulfat und Eisenoxid handeln. Als höher schmelzende anorganische Rohstoffe können außer Siliziumdioxid auch Kalk, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid vorgesehen sein. Das Siliziumoxid liegt in der Regel in einem Anteil von mindestens 65 Gew.-% und vorzugsweise etwa 75 Gew.-%, jeweils bezogen auf das

ίο Gesamtgewicht der anorganischen Rohstoffe, vor. Quarzsand, ein anderer "häufig verwendeter anorganischer Rohstoff, ist nahezu reines Siliziumdioxid; er kann ein oder mehrere der erwähnten stabilisierenden Oxide als Verunreinigung enthalten.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert Die beiliegende einzige Figur zeigt, teilweise im Längsschnitt, eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bestimmte Vorrichtung.

Es ist eine Drehkammer 1 vorgesehen, die einen Koh-Ienstoffstahlmantel 2 mit einem zylind^rVchen Teil 3, einem kegelstumpfförmigen Einiaßtei! 4 ur.d ^inem kegelstumpfförmigen Auslaßteil 5 aufweist Die gesamte Innenfläche des Mantels 2 ist mit einer feuerfesten Auskleidung 7 mit hohem Aluminiumoxidgehalt versehen. Am Auslaßende trägt die Kammer 1 eine feuerfeste Gießschnauze 8, die ebenfalls aus einem an Aluminiumoxid reichen, feuerfesten Werkstoff gefertigt ist Zwei Flansche 9 und 10 sind mit dem zylindrischen Teil 3 der Kammer 1 verschweißt. Die Flansche 9, 10 stehen mit Rollen 11, 12 in Kontakt, die mittels einer Welle 13 angetrieben werden, die ihrerseits von einem Motor mit einstellbarer Drehzahl (nicht veranschaulicht) angetrieben ist Niedriger schmelzende anorganische Rohstoffe 14, die allein oder miteinander gemischt bei einer Temperatur von unter etwa 1370° C schmelzen, werden der Kammer 1 von einem Trichter 15 aus über eine Drehschleuse 16 zugeführt, die von einem Motor mit einstellbarer Drehzahl angetrieben wird, um die Beschick»;ngs-

menge der Rohstoffe vorzugeben, die in die öffnung 6 der Kammer gefördert werden. Ein Einlaßrohr 17 ist im Berei-.h des Einlaßendes der Kammer wassergekühlt (nicht gezeigt), um es zu schützen, da es mehrere Zentimeter weit in den konischen Einlaßteil 4 hineinragt.

Siliziumdioxid und andere anorganische Rohstoffe, die mit dem Siliziumdioxid oder miteinander gemischt bei einer Temperatur von über etwa 1370⁰C schmelzen, werden dagegen in einen Trichter 105 eingebracht. Diese höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe 104

so werden vom Trichter 105 aus über eine Drehschleuse 106 eingespeist, die mittels eines Motors mit variabler Drehzahl angetrieben wird. Die Drehschleuse 106 dient in der gleichen Weise wie die Drehschleuse 16 der Einstellung der Fördermenge der Rohstoffe 104, die der Kammer 1 über ein Einlaßrohr 101 zugehen. Auf diese Weise werden die Rohstoffe 14 und 104 der .'Cammer 1 in Form von getrennten Strömen zugeleitet Sie werden durch die Wirkung der Drehkammer 1 gründlich miteinander vermischt.

Auf dem Weg zur Drehkammer 1 laufen die Rohstoffe 104 durch einen unmittelbaren Wärmetauscher 103, wo sie mit über eine Leitung 102 abgezogenen Kammerabgasen und/oder mit Verbrennungsgas in Kontakt gebracht werden, die in den Wärmetauscher 103 über eine Leitung 108 eintreten. Die Gase werden nahe dem Boden des Wärmetauschers 103 in diesen eingeführt. Sie kommen mit den Rohstoffen 104 im Gegenstrom in Berührung. Die Gase verlassen den Wärme-

tauscher 103 über eine Leitung 107, nachdem sie mit den Rohstoffen 104 in Kontakt getreten sind und diese auf eine Temperatur von 8I5°C bis 1370⁰C vorgewärmt haben. Diese Temperatur liegt unter der Schmelztemperatur von Siliziumdioxid oder anderen Bestandteilen der anorganischen Rohstoffe 104, gleichgültig, ob diese Stoffe allein oder miteinander gemischt vorliegen. Das Vorheizen wird jedoch vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb von etwa 1095°C durchgeführt, um jedes Schmelzen, Anschmelzen oder Sintern im wesentlichen zu vermeiden, weil dadurch eine klebrige Masse entstehen könnte, die den Strom der Rohstoffe in die Drehkammer 1 behindert.

Ein wassergekühlter Brennstoff-Sauerstoff-Brenner 18. der gleichfalls mehrere Zentimeter weit in die öff- μ nung 6 der Kammer 1 hineinsteht, liefert die Wärme /um Schmelzen der Rohstoffe, die über die F.inlaßrohre 17, 101 in die Kammer 1 gelangen. Der Brenner 18 ist mit Brenngasleitungen 19 und Oxidationsgasleitungen 20 sowie mit einen) Kiihlwassereinlaß 21 und einem Kühlwasscrauslaß 22 versehen. Der Brenner 18 bildet mit der waagrechten Achse der Kammer 1 einen solchen Winkel, daß die austretende Flamme 23 und die den Brenner 18 verlassenden heißen Verbrennungsgase das I jnsatzmaterial gegen die Kammerwandungen riehlen. Dies trägt dazu bei zu verhindern, daß feine, nicht geschmolzene Teilchen duch die Drehkammer hindurch und aus dem Auslaßende herausgeblasen werden. Dadurch, daß die Flamme und die Rohstoffbeschickung auf die Wandungen der Kammer gerichtet werden, sticht weggeblasenes Material an den Kammerwandungen anzuhaften, die mit einem Überzug aus geschmolzenem Glas bedeckt sind.

Eine Wasserkühlung der Außenseite der Kammer 1 erfolgt über mehrere Auslässe 24. Das Kühlwasser wird über einen Verteiler 25 und mehrere Rohre 26 zugeführt, die über Steuerventile 27 laufende Kühlwasserkanäle bilden und einzelne Wasserströme 28 auf den Stahlmantel 2 richten. Der Kühleffekt der einzelnen Wascrströme bewirkt, daß ein Teil des geschmolzenen Glases die Innenseite der feuerfesten Auskleidung 7 in Form einer dünnen erstarrten Schicht 29 bedeckt. Die Schicht 29 beseht aus dem gleichen Material wie das geschmolzene Glas. Sie schützt die feuerfeste Auskleidung 7 gegen die schädlichen Einflüsse des schmelzflüssigen Glases. Weil einzelne Wasserströme 28 auf die Außenfläche des Mantels 2 gerichtet werden, wird der Mantel nicht gleichförmig gekühlt; vielmehr entstehen an der Ui.ifangsfläche des Mantels ringförmige kalte Bereiche. Dies bewirkt, daß ein gewisser Teil der Schmelze in Form von ringartigen Wülsten 30 auf der Innenfläche der Kammer erstarrt. Das geschmolzene Glas tropft von diesen Wülsten herunter und bildet im unteren Teil der Kammer ein Schmelzbad 31.

Wenn sich die Wülste 30 in Richtung auf den Boden drehen, werden sie in der Regel etwas aufgeflacht, bleiben jedoch als erstarrte Wülste erhalten. Da die Kammer 1 in Richtung auf das Auslaßende leicht geneigt ist, bewegt sich das Schmelzbad 31 langsam zum Auslaßende; das geschmo'zene Glas strömt schließlich über die Schnauze 8 aus der Kammer heraus.

Der überlaufende Teil 32 der Schmelze gelangt in eine Läuterungskammer 34, die eine Läuterungszone 33 und eine Kühl- oder Konditionierzone 35 aufweist Diese Zonen sind durch einen feuerfesten Abstreichblock 36 voneinander getrennt Der Block 36 bewirkt daß das geläuterte schmelzflüssige Glas aus der Zone 33 über einen verengten Abschnitt 37 in die Zone 35 gelangt Auf diese Weise wird die oberste Schicht des schmelzflüssigen Glases, in der sich leicht Gasblasen befinden können, abgestrichen. Von der Kammer 35 aus kann das geschmolzene Glas unmittelbar einer Glas- oder Faserformmaschine zugeführt werden. Die Läuterungskammer 34 ist aus feuerfesten Steinen aufgebaut; die Kammern 33 und 35 sind mit konventionellen feuerfesten Stoffen ausgekleidet.

Die Verwendung eines 50 bis 100% Sauerstoff enthaltenden Gases an Stelle von Luft als Oxidationsmittel in der Flamme hat mehrerlei Vorteile. Wenn Sauerstoff benutzt wird, steigert die erheblich höhere erhaltene Temperatur die .Värnieübergangsrate von der Flamme auf nicht geschmolzenes Rohmaterial, wodurch die Zeit verkürzt wird, die für einen ausreichenden .Schmelzvorgang benötigt wird. Der thermische Wirkungsgrad ist verbessert, weil das Stickstoffvolumen entfällt oder ver kleinen ist und weil die möglichen kleineren Abmessun gen der Schmelzkammer die Oberfläche verringern, über die hinweg Wärmeverlliste auftreten. Die Charge wird erheblich weniger stark weggeblasen, weil ic Einheit der erzeugten, zugeführten Wärme nur ein kleine res Gasvolumen vorhanden ist. Ohne besondere Vorkehrungen wäre aber ein Dauerbetrieb mit derart hohen Sauerstoffkonzentrationen im Brenner unmöglich, weil die feuerfeste Auskleidung 7 rasch zum Schmelzen gebracht und die Kammer schließlich zerstört würde.

Dem ist vorliegend dadurch vorgebeugt, daß die erstarrte Glasschicht 29 vorgesehen wird, die in unmittelbarem Kontakt mit der Innenseite des Mantels 2 oder, wie veranschaulicht, in Kontakt mit der feuerfesten Auskleidung 7 steht, in beiden Fällen haftet das erstarr,e Glas an der Unterlage an. d. h. dem Mantel 2 oder der Auskleidung 7. Die Glasschicht wird durch die externe Kühlung mittels eines flüssigen Kühlmittels aufrechterhalten. Der erstarrte Teil des Glases stellt auf diese Weise eine zusätzliche Isolation und Schutzschicht dar. Ein Schmelzen dieser »Auskleidung« unter den Einfluß der Hochtemperaturflamme während der Drehbewegung der Kammer führt nicht zu einer Verschmutzung des geschmolzenen Glases, da beide die gleiche Zusammensetzung haben. Auf Grund der externen Kühlung der Drehkammer wird die feste Glasschicht 29 ständig erneuert.

Eine übermäßig dicke feuerfeste Auskleidung 7 ist unerwünscht, weil die Gefahr besteht, daß ihre Innenseite zum Schmelzen gebracht und dadurch das Glasprodukt verschmutzt wird. In einem solchen Fall setzt sich das Schmelzen der Auskleidung 7 fort, bis eine Gleichgewichtsdicke erreicht und auf Grund der externen Kühlung des Mantels 2 eine erstarrte Glasschieb· 29 auf der Oberfläche der Auskleidung 7 ausgebildet ist Auf die Auskleidung 7 kann auch verzichtet werden, oder die Auskleidung 7 kann als sehr dünne Schicht vorliegen. Je dünner die feuerfeste Schicht ist desto höher ist der Wärmestrom während des Anfahrens. Weil das Glas im erstarrten Zustand bei niedrigen Temperaturen ein guter Isolator ist, wird die negative Wirkung des hohen Wärmeflusses während der begrenzten Anfahrzeitdauer zum größten Teil beseitigt Eine feuerfeste Schicht ist jedoch vorzugsweise vorhanden, weil es in der Praxis einfacher ist, eine Schicht aus erstarrtem Glas über einer feuerfesten Auskleidung statt unmittelbar auf einem metallischen Mantel auszubilden. Angesichts dieser Umstände ist vorzugsweise eine feuerfeste Auskleidung von beschränkter Dicke vorhanden.

Weil die Auskleidung 7 nicht geschmolzen oder abgebaut wird, kann fast jeder beliebige feuerfeste Werkstoff

benutzt werden, vorausgesetzt, daß er einen ausreichend hohen Schmelzpunkt und genügende Festigkeit hat, um die erstarrte Glasschicht 29 und das schmelzflüssige Glas selbst abzustützen. So können feuerfeste Stoffe auf der Basis von Aluminiumoxid, Chrom-Magnesit, Magnesiumoxid und Siliziumdioxid sowie andere feuerfeste Werkstoffe verwendet werden. Um einen guten KontP.'rt zwischen der feuerfesten Schicht und dem Metallmantel 2 für einen wirkungsvollen Wärmeübergang zu erhalten, können feuerfeste Stoffe, die normalerweise als Stampfmassen, plastische feuerfeste Stoffe und fticßmassen bezeichnet werden, in Verbindung mit zweckentsprechenden llalteriingsvorriehtungen eingesetzt werde.i, beispielsweise in Form von J-Haken, Bolzen oder Zapfen, die am Mantel befestigt sind. Es kann auch mit Steinen gearbeitet werden, vorausgesetzt, daß für einen guten Kontakt mit dem wassergekühlten Mantel gesorgt wird.

Dai Drehen der Schmelzkamnv-r I sorgt für ein gutes Durchmischen des schmelzflüssigen Glases und die Ausbildung eines homogenen Glasgemischs. Am Chargcnaufgiibccnde unterstützt die Drehung das Verteilen der nicht geschmolzenen Rohstoffe über dem Bad aus schmelzflüssigem Glas, wodurch die Charge der Flamme besser ausgesetzt wird. Die Drehzahl braucht nicht sehr hoch zu sein, da die Ausnutzung von Zentrifugalkräften für die Verteilung des schmelzflüssigcn Glases auf den Kammerwänden nicht beabsichtigt ist. Durch das Dη.·Ικ·ρ ik·- Kammer 1 wird ferner die Innenfläche der Kamtnci sunJie Herzogen, so daß in Verbindung mit d'r cMcrnL'n Kühlung die erstarrte Glasscliitht 29 erneuert wird, die teilweise schmilzt, während sie der heißen Flamme ausgesetzt wird. Es kann mit einem weiten Bereich an Drehzahlen gearbeitet werden. Wichtig ist es. die Drehzahl u'l^rnirhond hoch /u wnhicn. dürnit während der Zeitspanne, während deren die Wand der Hochtemperaturflamme 23 ausgesetzt ist. die feste Glasschicht 29 nicht vollständig abschmilzt und die feuerfeste Auskleidung 7 nicht freigelegt wird. Drehzahlen zwischen 0,5 und 30 min- ^! s,nd brauchbar. Der bevo^rzugte Drehzahlbereich liegt zwischen I und 10 min -'.
Zum Kühlen der Außenfläche des rotierenden Mantels 2 kann auch der untere Teil der Drehkammer 1 in ein Kühlmittelbad eintauchen. Es kann ferner ein ringförmiger Kühlmantel vorgesehen sein. Es kann mit entsprechend ausgestalteten Kühlmittelsprühstrahlen oder -vorhängen gearbeitet werden. Es kann eine Gruppe von gerichteten Strömen verwendet werden, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Die Kühlung kann gleichförmig sein, um eine glatte Schicht aus festem Glas zu bilden. Es kann auch mit ungleichförmiger Kühlung gearbeitet werden, wodurch die obengenannten ringförmigen Wülste erhalten werden. Jedes konventionelle Kühlmittel kann benutzt werden; vorzugsweise wird mit Wasser gearbeitet. Die Kühleinrichtung muß ausreichend bemessen sein, damit innerhalb der Drchknmmcr die feste Schicht 29 aus Glas ausgebildet und aufrechterhalten wird. Die Außentemperaturen variieren in Abhängigkeit von dem Abstand von der Flamme und der Lage der Kühlzonen; für gewöhnlich wird eine mittlere Temperatur im Bereich von 90⁰C bis 32O^c C aufrechter-

>o halten. Die Kühleinrichtung soll in der Lage sein, zwischen 12 500 und 47 500 Watt/m² abzufühnn, .. .1! Wärmeflüsse in etwa diesem Bereich notwendig sind, um die feste Schicht 29 aus Ghis aufrechtzuerhalten.

Beliebige konventionelle Brennstoffe können verwendete werden. /.. B. Erdgas, Kerosin. Treib- oder Heizöle oder Generatorgas. Die Gastemperaturen innerhalb der Kammer liegen zwischen 1650⁰C nahe dem Austrittsende und 2760⁰C im Bereich der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme.

3n Ein Beispiel dafür, wie das Vorerhitzen der höher schmelzenden anorganischen Rohstoffe den thermischen Gesam»wirkungsgrad der Glasherstellung verbessert, ergibt sich aus der Fertigung von Flaschenglas aus einer CVnige. bei der die anorganischen Rohstoffe 74 Gew.-¹Vo Siliziumdioxid enthalten. In diesem Beispiel wird das die anorganischen Rohstoffe 104 bildende Siliziumdioxid im Wärmetauscher 103 auf 816°C erhitzt. Die anderen anorganischen Rohstoffe werden nicht erhitzt, sondern vom Trichter 15 aus eingegeben.

Es wurde gefunden, daß das Vorerhitzen des Siliziumdioxids auf 816⁰C die der Kammer 1 zuzuführende Energie je Tonne Glas wie folgt herabsetzt:

0,74 χ 1000 kg/Tonne Glas χ 0,29 Wattstunden/kg je'C χ (8I6-2I)°C = 171 Kilowattstunden/Tonne Glas

Da die Gesamtwärme, die zugeführt werden muß. um in der Drehkammer schmelzflüssiges Glas zu erzeugen, näherungsweise 581 kWh/t beträgt, wird durch das Vorerhitzen gemäß diesem Beispiel die der Kammer zuzuführende Gesamtenergie um etwa 29% vermindert.

Um den thermischen Wirkungsgrad weiter zu verbessern, können einige der stabilisierenden Oxide, wie Aluminiumoxid, Calciumoxid, Calciumcarbonat, Magnesiumoxid oder Magnesiumcarbonat, oder andere anorganische Rohstoffe mit dem Siliziumdioxid gemischt werden, vorausgesetzt, daß das Gemisch ebensowenig wie eines seiner Komponenten bei weniger als etwa 1370°C in nennenswertem Umfang schmilzt Die anderen anorganischen Rohstoffe werden über den Trichter 15 zugegeben. Sie gelangen in die Kammer 1 in einer Durchflußmenge, die auf die DurchfluBmenge der anderen Rohstoffe entsprechend abgestimmt ist

Die Wärme im Wärmetauscher 103 wird entweder von dem über die Leitung 102 laufenden Kammerabgas oder von externen Quellen bereitgestellt, beispielsweise Verbrennungsgasen, die über die Leitung 108 strömen. Es kann aber auch mit einer Kombination von beidem gearbeitet werden. Diese Verbrennungsgase können aus einem Brennstoff/Luft-Gemisch in weitgehend der gleichen Weise wie die vom Brenner 18 kommenden Gase gebildet werden. Es kann sich dabei auch um heiße Abgase von anderen Verfahren handeln. Am wirtschaftlichsten ist es, die Abgase der Kammer 1, falls sie allein nicht ausreichen, durch Heißgase von externen Quellen zu ergänzen. Weil die Temperatur der Kammerabgase Werte bis herauf zu 1650⁰C erreichen und die Tempi, a -tür der Verbrennungsgase eines Brennstoff/Lufi-Gemischs in der Gegend von 1980°C liegen kann, sind die Mengen der jeweils benutzten Gase entsprechend der Menge der anorganischen Rohstoffe 104. die für gewöhnlich Raumtemperatur haben, so zu regulieren, daß die Rohstoffe nicht auf eine Temperatur von über etwa 1370° C und vorzugsweise etwa 1095° C erhitzt werden.

Das Erhitzen des Siliziumdioxids oder des Gemischs aus anorganischen Rohstoffen erfolgt im Wärmetauscher 103 vorzugsweise durch direkten Kontakt mit den im Gegenstrom fließenden Abgasen. Weil das Siliziumdioxid im allgemeinen in granulärer Form verwendet wird und dabei nur sehr wenig Feinstoffe vorliegen, ist der Verlust durch Mitnahme im Gasstrom minimal. Bei dem Wärmetauscher 103 kann es sich um einen lotrech-

ten Schacht handeln, innerhalb dessen die Heißgasc nach oben strömen, während das Siliziumdioxid, beispielsweise in Form von Quarzsand, am oberen Ende in den Schacht eingesprüht und an dessen unterem Ende aufgesammelt wird. Von dort gelangt das Siliziumdioxid über das Einlaßrohr 101 zur Kammer 1. Es können auch Fließbetten verwendet werden, bei denen die Heißgase als fluidisierendes Medium wirken. Für eine bessere Wärmeausbeute wird vorzugsweise mit einem Mehrfachfließbettsystem gearbeitet, wobei Quarzsand und Heißgase im Gegenstrom miteinander in Kontakt kommen. Für einen direkten Wärmeaustausch zwischen Heißgasen und auf Umgebungstemperatur befindlichem Quarzsand können die beiden Ströme auch in Gegenstromstufen miteinander gemischt sowie in Zyklonscheidern innerhalb jeder Stufe voneinander getrennt werden. Diese Art von Vorrichtung wird häufig als Suspensionsvorerhitzer bezeichnet und in großem Umfang in Zementfabriken verwendet. Unabhängig davon, wie

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vorzugsweise mehrere Wärmetauscherstufen, beispielsweise 2 bis 4 Stufen oder mehr, verwendet.

Die Temperatur, auf die die anorganischen Rohstoffe 104 vorerhitzt werden können, hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise dem Durchflußvolumen und der Temperatur der Abgase, der Fördermenge der anorganischen Rohstoffe und der Anzahl der Kontaktstufen des Wärmetauschers.

Bei der Befeuerung der Drehkammer mit Brennstoff und Sauerstoff stellt der Sauerstoff einen größeren Betriebskostenfaktor dar. Der Sauerstoffverbrauch läßt sich vermindern, indem ein größerer Anteil des Wärmebedarfs auf das WärmetauschersyMem übertragen wird. Dies kann geschehen, indem dem System eine weitere Stufe zugefügt wird, die durch den Wärmetauscher 103 dargestellt ist oder indem eine extern angeordnete Stufe vorgesehen wird, die mit Brennstoff und Luft befeuert wird. Die Gase aus dieser Stufe strömen durch die Lei Hing 108. Sie werden für gewöhnlich mit den Abgasen kombiniert und in den übrigen Stufen benutzt, um ein-

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von geschmolzenem Glas in einer im wesentlichen zylindrischen, ständig rotierenden Drehkammer, bei dem

(a) in die Kammer niedriger schmelzende anorganische Rohstoffe, die allein oder miteinander gemischt bei einer Temperatur von unter etwa 1370⁰C schmelzen, in einer Menge von 6 Gew.-% bis 45 Gew.-% und höher schmelzende anorganische Rohstoffe, die allein oder miteinander gemischt bei einer Temperatur von über etwa 1370⁰C schmelzen und zu denen Siliziumdioxid in einer Menge von mindestens 50 Gew.-% gehört, in einer Menge von 55 Gew.-% bis 94 Giw.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der anorganischen Rohstoffe, eingespeist werden;

(b) eine flamme von hochintensiver Wärme durch Verbrennen eines Brennstoffs mit einem 50 bis 100 Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Gas ausgebildet und unter Schmelzen der Rohstoffe in die Kammer gerichtet wird;

(c) die Kammer mit ausreichender Drehzahl gedreht und die Außenseite der Kammer mit einem flüssigen Kühlmittel derart gekühlt wird, daß die Innenfläche der Kammer mit einer Schicht aus schmelzflüssigem Glas bedeckt, die Schicht zum Erstarren gebracht und eine erstarru Glasschicht während des Verfahrens aufrechterhalten wird, ;nd

(d) schmeizflüssiges Glas abgezogen wird,