DE2904317C2 - Verfahren zum Herstellen von geschmolzenem Glas - Google Patents
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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 zylindrVchen 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 bevorzugte
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 32Oc C aufrechter-
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 32Oc 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 (1)
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,
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