-
-
"Glasschmelzofen"
-
Die Erfindung betrifft einen Glasschmelzofen, in dem ein Glasgemenge
unter vermindertem DrucK erschmelzbar ist.
-
Als Glasschmelzöfen dienen in der Großfabritation aus feuerfesten
Steinen gefertigte sogenannte Wannenöfen oder Glaswannen, die Temperaturen bis 18000C
vertragen Können und in die das Ausgangsgemenge auf der einen Seite laufend eingetragen
wird, während die Entnahme des fertig erschmolzenen Glases ebenfalls tontinuierlich
auf der anderen Seite aus dem Speiser der Glaswanne erfolgt.
-
Durch Zusätze wird der SchmelzpunKt von Quarzsand (SiO2), dem Ausgangsmaterial
für Gläser, soweit herabgesetzt, daß die Mischung schon bei 1400 bis 16000C zusammenschmilzt.
Die Erhitzung wird solange fortgesetzt (im Ganzen 12 bis 30 h), bis die Schmelze
blasenfrei geworden, d.h. geläutert, ist.
-
Die hohen Temperaturen, die für das Erschmelzen und die Läuterung
des Glases erforderlich sind, sowie die verhältnismäßig lange Dauer des Schmelz-
und Läuterungsprozesses erfordern einen hohen Bedarf an Energie.
-
Es ist deshalb der Versuch gemacht worden, diese hohen Temperaturen,
etwa 1500 bis 16000C, durch Verringerung des Umgebungsdructes herabzusetzen. Aus
Advances in Glass Technology, Technical Papers, VI. International Congress on Glass,
Washington (USA) 1962, Seite 52 ff., ist ein Glasschmelzofen für Laborzwecze beKannt,
der unter einem DrucK von 6,65 mbar betrieben wird. In ihm
Konnte
bläschenfreies homogenes Glas bei einer Temperatur von 12500C in 30 min erschmolzen
werden. Die Temperatur Konnte bei diesem Beispiel um 3000C abgesenKt werden, was
bei der ebenfalls sehr verKürzten Läuterungszeit eine Energieersparnis von ca. ?O
% bedeutete.
-
In der zitierten Arbeit in Advances in Glass Technology wird eine
senKrechte Ofenanordnung beschrieben. Der Ofen wird evakuiert, wenn das zu erschmelzende
Gemenge in ihn eingebracht ist; durch eine entsprechend hohe Säule aus schmelzflüssigem
Glas Kann ein GegendrucK zum AußenluftdrucK erzeugt werden. Mit dieser Vorrichtung
ist der Nachteil verbunden, daß völlig neue, start von denen für die üblichen horizontalen
Anordnungen abweichende und noch wenig untersuchte Wege bei der Konstruxtion einer
Schmelzwanne für industrielle Anwendung beschritten werden müßten, wollte man dieses
beKannte Ofenprinzip für industrielle ZwecKe einsetzen.
-
Ein weiterer Nachteil ist, daß die bisher benutzten Glasschmelzwannen
nicht weiter verwendet werden Könnten, wenn eine Glashütte Glas unter vermindertem
DrucK erschmelzen und läutern wollte.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Glasschmelzofen für
den industriellen Prozeß zur Verfügung zu stellen, in dem Glas unter vermindertem
DrucK erschmolzen und geläutert werden Kann, der KonstruKtiv einfach aufgebaut ist
und der bereits bewährte Vorrichtungsteile beibehält.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Glasschmelzofen
eine hor-izontale, evaxuierbare Glasschmelzwanne ist, die eine vaKuumdichte Eingangsschleuse
für die Einführung der Gemengebestandteile aufweist und
deren Speiser
gegen die Außenwelt mit einer evatuierbaren Ausgangsschleuse abgeschlossen ist.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Eingangsschleuse
eine Einwammerschleuse, die sowohl gegen die Glasschmelzwanne als auch gegen die
Außenwelt durch vatuumdichte Klappen verschlossen ist.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die
Ausgangsschleuse eine Zweizammerschleuse, deren erste Kammer gegen die zweite Kammer
und deren zweite Kammer gegen die Außenwelt mit Je einer vaxuumdichten, mit dem
Speiser in einer Flucht liegenden Klappe verschlossen ist, und in der ersten Kammer
befindet sich eine Abschneidevorrichtung für einen aus dem Speiser austretenden
Strang aus schmelzflüssigem Glas.
-
Hiermit wird erreicht, daß eine Kontinuierliche BeschicKung der Glasschmelzwanne
mit zu erschmelzenden Gemengebestandteilen und eine Kontinuierliche Entnahme des
schmelzflüssigen Glases möglich ist, ohne daß die DrucKverhältnisse in der Glasschmelzwanne
wesentlich beeinflußt werden müssen.
-
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die benannten Glasschmelzwannen, mit denen die großtechnische Fertigung bisher
gute Erfahrungen gemacht hat, nicht aufgegeben zu werden brauchen, wenn Glas unter
vermindertem DrucK energiesparend erschmolzen und geläutert werden soll.
-
Ein weiterer mit der Erfindung erzielte Vorteil ist, daß die Spitzentemperaturen
der Glasschmelzwanne von etwa 1500 bis 16000C auf etwa 1200 bis 13000C abgesenKt
werden Können, was nicht nur eine erhebliche Energieeinsparung bedeutet, sondern
auch dazu beiträgt, daß sich die Standzeiten der Wandauskcleidungen der Glasschmelz-
wanne
infolge der niedrigeren Temperaturen erheblich verlängern, denn die Korrosion der
WannenausKleidung steigt mit der Temperatur rapide an. Da außerdem auf eine forcierte
Kühlung der thermisch hochbelasteten Wannenteile verzichtet werden Kann und damit
eine bessere thermische Isolierung möglich ist, ergeben sich noch weitere Energieeinsparrnöglicheiten.
-
Wird in der zweiten Kammer der Ausgangsschleuse ein Zwischentiegel
aus hochtemperaturbeständigem Material in einem Tiegelofen, der auf eine Temperatur
im Bereich von 800 bis 14000C aufheizbar ist, angeordnet, ergibt sich der Vorteil,
daß ein in ihn aus der ersten Kammer der Ausgangsschleuse gelangender Glasposten
so aufgeheizt werden Kann, daß er wieder die ursprüngliche homogene TemperaturveXeilung
aufweist wie das schmelzflüssige Glas in der Wanne und eine Viskosität entsteht,
die mindestens der VisKosität der Ausgangsschmelze (103 bis 106 Poise) entspricht,
wodurch Schneidkerben an der Oberfläche des Glaspostens schnell und vollständig
ausheilen und damit erhebliche Nachbearbeitungswosten am fertigen Glaswerxstücx
eingespart werden Können.
-
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben
und in ihrer Wirkungsweise erläutert.
-
Es zeigen Fig. 1 eine Glasschmelzwanne mit einer Einkammer-Eingangsschleuse
und einer Zweikammer-Ausgangsschleuse gemäß der Erfindung im Schnitt, Fig. 2 vergrößerte
Darstellung des in der Ausgangsschleuse nach Fig. 1 dargestellten Tiegelofens mit
Tiegel.
-
In Fig. 1 ist eine horizontale Glasschmelzwanne 1 mit Glasschmelze
3 dargestellt. Die Glasschmelzwanne 1 kann über eine Pumpe (nicht dargestellt) mittels
einer Leitung 5 auf einen DrucK von 6,65 bis 133 mbar evakuiert werden. Die Ausgangsmaterialien
für das Gemenge werden über eine Einkammer-Eingangsschleuse 7 in die Glasschmelzwanne
1 eingeführt.
-
Dabei wird so vorgegangen, daß zunächst eine der Außenwelt zugekehrte
Klappe 6 geöffnet und die Gemengebestandteile in die Kammer der Eingangsschleuse
7 gelangen.
-
Nach Schließen der Klappe 6 kann eine dem Innenraum der Glasschmelzwanne
1 benachbarte Klappe 8 geöffnet werden, wodurch die Gemengebestandteile in die Glasschmelzwanne
1 befördert werden können.
-
Durch diese Schleusenanordnung ist es möglich, die Gemengebestandteile
kontinuierlich in die Glasschmelzwanne 1 gelangen zu lassen, ohne daß die Druckverhältnisse
im Schmelzraum wesentlich beeinflußt werden.
-
Die Glasschmelzwanne 1 kann auf bekannte Weise beheizt sein, z.B.
elektrisch, direkt oder indirekt.
-
Unter einem Druck von 7 mbar wurde in einer Zeit von 1 h bei einer
Temperatur von 13000C ein Barlum-Silikatglas erschmolzen.
-
Würde dieses Gemenge bei normalen atmosphärischen Drucxverhältnissen
erschmolzen, wäre eine Temperatur von 15500C über eine Dauer von 6 h erforderlich
gewesen.
-
Hieraus wird deutlich, daß eine nicht unbeträchtliche Energieeinsparung
möglich ist, wenn die vorliegende Glasschmelzwanne für großtechnische Prozesse eingesetzt
wird.
-
Nach Erschmelzen und Läuterung des Gemenges werden gewünschte Teilmengen,
sogenannte Glasposten, des schmelz-
flüssigen Glases über einen
Speiser 9 aus der Glasschmelzwanne 1 entnommen und gelangen in eine den Speiser
9 gegen die Außenwelt abschließende Ausgangsschleuse 10 mit einer ersten Kammer
15 und einer zweiten Kammer 17. Die Kammern 15 und 17 sind gegeneinander verschlossen
durch eine Trennwand 12, in der sich in der Flucht der Speiseraustrittsöffnung eine
Öffnung 14 befindet, die durch z.B. eine verschwenkbare Klappe 13 vakuumdicht verschließbar
ist. Die zweite Kammer 17 ist gegen die Außenwelt verschlossen durch eine Außenwand
16, in der sich in der Flucht der Öffnung 14 eine Öffnung 18 befindet, die ebenfalls
durch z.B. eine verschwenKbare Klappe 35 vakuumdicht verschließbar ist. Die Kammern
15 und 17 Können über eine Leitung 19 mittels einer nicht dargestellten Pumpe evakuiert
werden, so daß gleiche Druckverhältnisse wie in der Schmelzwanne 1 hergestellt werden
können.
-
Die Portionierung der Glasposten erfolgt mit Hilfe einer Abschneidevorrichtung
11, z.B. Messern, die einen aus dem Speiser 9 nach unten austretenden Glasstrang
(nicht dargestellt) abtrennen. Vor dem Abschneiden des Glaspostens wird die Klappe
13 durch Verschwenken geöffnet, so daß der abgeteilte Glasposten aus der dem Speiser
9 benachbarten Kammer 15 in die unterhalb der Kammer 15 befindliche zweite Kammer
17 fällt. Soll die zweite Kammer 17 belüftet oder über eine Gaszufuhrleitung 21
mit Schutzgas beschicKt werden, wird ein Ventil 23 an der Pumpenleitung 19 geschlossen,
so daß die DrucKverhältnisse in der ersten Kammer 15 nicht nachteilig beeinflußt
werden.. Uber ein Ventil 25 ist die Gaszufuhrleitung 21, die in die zweite Kammer
17 führt, entsprechend zu öffnen oder zu schließen.
-
In der zweiten Kammer 17 kann vorteilhafterweise ein aufheizbarer
Tiegel 27, z.B. aus porösem Graphit, in einem Tiegelofen 31 angeordnet sein. Der
Tiegelofen 31
ist zweckmäßigerweise widerstandsbeheizt und Kann
auf eine Temperatur von maximal 1400°C aufgeheizt werden (vgl. auch vergrößerte
Darstellung des Tiegelofens mit dem Tiegel in Fig. 2).
-
Der Tiegelofen 31 samt Tiegel 27 kann dazu dienen, Oberflächenfehler,
die am Glasposten durch das Abschneiden entstanden sind, auszuheilen. Durch das
Einschneiden der kalten Messer der Abschneidevorrichtung 11 - die Messer haben eine
um einige 100°C niedrigere Temperatur als der Glasstrang, der etwa eine Temperatur
von 10000C hat - kühlt die abgeteilte Glasmenge, der Glasposten, an den Schnittflächen
starK ab. Darüberhinaus werden an den Schneidkanten der Messer der Abschneidevorrichtung
häufig Luftblasen und Unebenheiten im Glasposten erzeugt, die wegen der oberflächlichen
Abkühlung des Glaspostens nicht mehr ausheilen können. Bei einem sofort anschließenden
Weiterverarbeitungsprozeß bleiben diese Fehler daher erhalten und sind an der Oberfläche
des fertigen WerKstücKes gut sichtbar. Mit Hilfe des Tiegelofens 31 mit dem Tiegel
27, in den ein durch die Messer 11 abgetrennter Glasposten nach Öffnen der Klappe
13 fallen Kann, kann der Glasposten noch einmal so hoch aufgeheizt werden, daß Abschneidefehler
infolge der herabgesetzten Viskosität des Glaspostens verschwinden und ein Glasposten
mit einwandfreier Oberflächenbeschaffenheit weiterverarbeitet werden kann. Nach
Aufheizen auf etwa 1400°C kann der Tiegel 27 über eine Welle 33 um 1800 gedreht
werden, so daß der Glasposten in eine unterhalb der Öffnung 18 der zweiten Kammer
17 angeordnete eiterverarbeitungsvorrichtung, z.B. in die Form einer Presse, fallen
Kann, wenn vorher die die zweite Kammer 17 gegenüber der Außenwelt verschließende
Klappe 35 geöffnet wurde. Die Weiterverarbeitungsvorrichtung ist in der Zeichnung
nicht dargestellt. Nachdem der Glasposten die Klappe 13 an der ersten Kammer 15
passiert hat und diese
Klappe 13 wieder geschlossen ist, Kann die
zweite Kammer 17, in der die gleichen Druckverhältnisse geschaffen worden waren,
wie in der ersten Kammer 15 und der Schmelzwanne 1, belüftet oder mit einem Schutzgas
gespült werden, z.B. wenn dies-mit RücKsicht auf das Material des Tiegels 27 zweckmäßig
ist.
-
Die Klappen 13 und 35 der Ausgangsschleuse 10 sowie der Außenmantel
des Tiegelofens 31 bestehen zweckmäßigerweise aus hitzebeständigem Edelstahl. Da
der Außenmantel des Tiegelofens 31 nicht sehr heiß wird, könnte dieser auch aus
normalem Stahl bestehen, um Kosten zu sparen.
-
Die Klappen 13 und 35 müssen vakuumdicht schließen. Aus diesem Grund
ist es erforderlich, eine Abdichtung der Fugen vorzusehen; diese Abdichtung kann
aus Dichtungsringen 20, 22, z.B. Rundschnurringen, bestehen. Die Dichtungsringe
20, 22 können aus in der Vakuumtechnik gebräuchlichem Material, z.B. aus fluorhaltigen
Polymeren halogenierter Olefine bestehen, wenn nicht Temperaturen >= 200°C angewendet
werden. Dies kann durch entsprechende Kühlung erreicht werden. Zur Verringerung
der Aufheizung der Klappen 13 und 35 durch Strahlung und Konvektion aus dem Tiegelofen
31 empfiehlt es sich, ein bis drei Strahlungsschutzbleche (in der Zeichnung nicht
dargestellt) aus NicKelblech (z.B. 1 mm dick mit einem Abstand von jeweils 1 bis
2 cm) auf der Ofenaußenseite vorzusehen, zwischen die zusätzlich noch Matten aus
Al203-Fasern zur besseren Isolierung gelegt werden können.
-
Bezugszeichenliste 1 Glasschmelzwanne 3 schmelzflüssiges Glas 5 Leitung
6 Klappe an 7 7 Eingangsschleuse 8 Klappe an 7 9 Speiser 10 Ausgangsschleuse 11
Abschneidevorrichtun, 12 Trennwand 13 Klappe in 10 14 Öffnung in 12 15 erste Kammer
von 10 16 Außenwand 17 zweite Kammer von 10 18 Öffnung in 16 19 Leitung 20 Dichtungsring
21 Gaszufuhrleitung 22 Dichtungsring 23 Ventil 25 Ventil 27 Tiegel 31 Tiegelofen
33 Welle 35 Klappe an 10
L e e r s e i t e