DE68922809T2

DE68922809T2 - Glasschmelzofen und Betriebsverfahren dafür.

Info

Publication number: DE68922809T2
Application number: DE68922809T
Authority: DE
Inventors: Raymond Kenneth Duly; James Alan Flavell
Original assignee: Toledo Engineering Co Inc
Current assignee: Toledo Engineering Co Inc
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2009-09-19
Also published as: YU181489A; NO893744L; JPH02192421A; DK461289D0; EP0360535B1; PL163149B1; GB2225419B; HU209492B; GB2225419A; EP0360535A3; NO893744D0; IE892981L; GB8822093D0; IE66369B1; HUT54952A; EP0360535A2; DK461289A; DE68922809D1; ATE123002T1; GB8920206D0

Description

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen beim Schmelzen von Glas, insbesondere durch ein Verfahren unter Verwendung eines Ofens mit einer Schmelzkammer, in der Glas geschmolzen wird, und einer Arbeitskammer, aus der das geschmolzene Glas von Zeit zu Zeit abgezogen wird. Die Erfindung betrifft insbesondere das Schmelzen von Glas zur Verwendung bei der Herstellung handgefertigter Gegenstände, wobei geschmolzenes Glas aus der Arbeitskammer entnommen wird, wenn es zur Verwendung durch einen Handwerker zur Herstellung eines Gegenstandes gebraucht wird.
Die Bezeichnung "Glas" wird hierbei ganz allgemein verwendet und schließt eine Vielzahl von in der Wärme schmelzbaren, glasartigen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzungen ein.
Eine zweckmäßige Form eines Glasschmelzofens umfaßt eine Schmelzkammer mit einer Menge geschmolzenen Glases, einer Beheizungseinrichtung in der Kammer zur Zuführung von Wärme zum geschmolzenen Glas, sowie eine Einrichtung zum Einlegen einer Charge festen Materials, im allgemeinen oben auf die geschmolzene Glasmasse. Das Chargenmaterial wird allmählich von den unteren Oberflächen der Schicht her aufgeschmolzen, während geschmolzenes Glas von einem Auslaß der Ofenkammer über eine Zwischenkammer in eine Arbeitskammer fließt, während frisches Füllmaterial zur Oberseite der Schmelzkammer nachgefüllt wird, um die Schicht des Füllmaterials bei einer gewünschten Tiefe zu halten. Auf einem solchen Ofen wird nachfolgend als Ofen der bezeichneten Art Bezug genommen.
Geschmolzenes Glas wird zur Verwendung in einem Herstellungsvorgang (der manuell oder automatisch vor sich gehen kann) aus der Arbeitskammer abgezogen.
Öfen der bezeichneten Art sind gut geeignet zur kontinuierlichen, gleichförmigen Herstellung, und obwohl Bemühungen unternommen worden sind, die Abgabeleistung solcher Öfen zu variieren, hat es sich als nicht zufriedenstellend herausgestellt, solche Öfen unter Bedingungen einzusetzen, in denen der Glasbedarf stark variiert, insbesondere in der Weise, daß die Temperatur des Ofens keinen möglicherweise zerstörerischen Schwankungen unterliegt. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Heizungseinrichtung aus Elektroden besteht, um die geschmolzene Glasmasse durch den Joule-Effekt aufzuheizen.
Besonders bei der Herstellung handgefertigter Gegenstände war es bisher notwendig, wenn ein Glasschmelzofen der bezeichneten Art verwendet wurde, in vollen drei Schichten zu arbeiten, was in vielen Fällen nicht annehmbar oder unbefriedigend ist.
Es sind Vorschläge gemacht worden, dieses Problem dadurch zu lösen, daß man einen Abfall des Pegels des Glases in der Schmelzkammer während einer Arbeitsschicht und einen Anstieg in einer Schicht ohne Arbeit bei fortlaufender Glaserzeugung zuläßt, während das Glas bei maximalem Pegel überfließt und sich verfestigt und anschließend erneut in die Schmelzkammer des Ofens eingeführt wird.
Das oben angesprochen Problem bei Öfen der bezeichneten Art wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das geschmolzene Material, das in der Schmelzkammer erzeugt wird, über ein Wehr strömt, das in der Zwischenkammer zwischen der Schmelzkammer und der Arbeitskammer angeordnet ist, wodurch der Pegel des geschmolzenen Glases in der Schmelzkammer auf einer konstanten Höhe gehalten wird, während der Pegel des Glases in der Arbeitskammer während einer Arbeitsperiode absinkt und während einer arbeitsfreien Periode ansteigt.
Dadurch, daß das Glas in der Schmelzkammer bei optimalen, unveränderlichen Bedingungen geschmolzen werden kann, kann Glas in hoher, verläßlicher Qualität und bei optimaler Energieausnutzung erzeugt werden.
Wenn daher im Einschichtbetrieb (8 Stunden) gearbeitet wird, ist die Beziehung zwischen V, dem Volumen der Arbeitskammer, P, der täglichen Produktion von Glas aus der Schmelzkammer und R, der täglichen Menge verarbeiteten Glases, näherungsweise wie folgt:
V = 2/3 P+C; R = 1/3 P + (V-C)
wobei das Glasvolumen in der Arbeitskammer bis auf ein Minimalvolumen C am Ende einer Schicht zurückgeht und bis zum Beginn der nächsten Schicht auf einen Maximalwert ansteigt.
Für arbeitsfreie Tage (wie Sonntage) kann ein Abzug für überschüssiges Glas zur Ableitung aus der Arbeitskammer vorgesehen seine wenn diese voll ist, wobei sich das Glas abkühlen kann und anschließend als Brocken bzw. Scherben erneut eingeführt wird.
Vorzugsweise wird das Glas in der Arbeitskammer fortlaufend gerührt, zweckmäßigerweise durch einen Rührer, der benachbart zur Oberfläche des Glases in der Arbeitskammer angeordnet ist. Daher wird vorzugsweise ein Rührer verwendet, der dem Pegel des Glases in der Arbeitskammer folgt, um eine Position gerade unterhalb der Oberfläche beizubehalten, wenn der Glaspegel in der Kammer steigt und fällt.
Vorzugsweise wird die geschmolzene Glasmasse in der Arbeitskammer durch mit einer Sensoreinrichtung zusammenarbeitenden Beheizungseinrichtung beheizt. Die Beheizungseinrichtung besteht vorzugsweise aus einer elektrischen Beheizungseinrichtung mit Elektroden in der Arbeitskammer unterhalb des niedrigstens Pegels und vorzugsweise auch aus einer Einrichtung, um Wärme auf die Oberfläche der geschmolzenen Glasmasse der Arbeitskammer zu richten.
Vorzugsweise wird geschmolzenes Glas in einen unteren Bereich der Arbeitskammer in diese eingeleitet, vorzugsweise unterhalb des niedrigstens, zugelassenen Pegels darin.
Vorzugsweise wird das geschmolzene Glas der Zwischenkammer durch eine mit Temperatursensoren zusammenarbeitende Beheizungseinrichtung beheizt, und vorzugsweise besteht die Beheizungseinrichtung aus einer elektrischen Beheizungseinrichtung mit Elektroden in der Zwischenkammer unterhalb des Glaspegels darin, und weiter vorzugsweise auch aus einer Einrichtung, um Wärme auf die Oberfläche der geschmolzenen Glasmasse in der Zwischenkammer zu richten.
Erfindungsgemäß wird auch ein Schmelzofen geschaffen, umfassend:
(1) eine Schmelzkammer mit
(a) Mitteln zum Einspeisen festen Materials in die Schmelzkammer; und
(b) Mitteln zum Schmelzen des festen Materials in der Schmelzkammer,
(2) eine Zwischenkammer, und
(3) eine Arbeitskammer zum Aufnehmen geschmolzenen Materials aus der Schmelzkammer, mit:
(a) wenigstens einem Arbeitsauslaßmittel für das geschmolzene Material, und
(b) einem Überströmauslaßmittel in der Arbeitskammer in einer Höhe unterhalb des Arbeitsauslasses;
dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenkammer zwischen der Schmelzkammer und der Arbeitskammer eine Wehreinrichtung angeordnet ist, über die geschmolzenes Material strömt, wenn es von der Schmelzkammer in die Arbeitskammer gelangt, wodurch ein konstanter Materialpegel in der Schmelzkammer aufrechterhalten wird, während sich der Materialpegel in der Arbeitskammer verändert.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, zweier Glasschmelzöfen, die zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung in Form eines Beispiels ausgewählt wurden.
Fig. 1 zeigt eine senkrechte Schnittansicht des Ofens als eine erste Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine horizontale Schnittansicht des Ofens nach Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Draufsicht von unten auf die erste Ausführungsform;
Fig. 4 ist eine senkrechte Schnittansicht des Ofens als eine zweite Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 zeigt eine Ansicht der zweiten Ausführungsform, teilweise entsprechend Fig. 2 und Fig. 3.
Der Ofen, der die erste Ausführungsform dieser Erfindung verkörpert, weist ein Fundament 6 auf, welches eine Schmelzkammer 8 festlegt eine Zwischenkammer 10 sowie eine Arbeitskammer 12, wobei das Fundament eine innere Schicht 14 eines AZS-Feuerfestwerkstoffs enthält, eine Außenschicht 16 aus feuerfesten Ziegeln und eine dazwischenliegende Bettungsschicht 18, zweckmäßigerweise aus einem Bettungsmaterial wie etwa "Ersol", das ein kombiniertes Isolierungs- und Bettungszementmaterial ist, welches von "SEPR" in Le Pontet in der Nähe von Avignon, Frankreich, hergestellt wird.
Auf dem Fundament ist ein Dachaufbau 20 gehalten, der zweckmäßigerweise die drei Ofenkammern umschließt.
In die Schmelzkammer 8 erstreckt sich eine Öffnung 22, durch die Füllungsmaterial, welches wahlweise Brocken enthalten kann, im allgemeinen fortlaufend auf der geschmolzenen Glasmasse innerhalb der Schmelzkammer abgelegt wird, und zwar zweckmäßigerweise durch eine mechanische Einrichtung um die geschmolzene Glasmasse bis zu einer gleichförmigen Tiefe zu bedecken. In den Wänden der Schmelzkammer sind Elektroden 24 angeordnet, etwa aus Zinnoxid. Im Betrieb heizt der Durchgang elektrischen Stroms durch die Elektroden 24 die geschmolzene Glasmasse in der Schmelzkammer 8 aufgrund des Joule-Effekts auf, wodurch die Füllungsmaterialdecke auf der Oberfläche allmählich aufschmilzt und kontinuierlich von der geschmolzenen Glasmasse aufgenommen wird.
Ein Auslaß 26, der in die Zwischenkammer 10 mündet, erstreckt sich von der Schmelzkammer 8 am unteren Teil.
Vom Boden der Zwischenkammer aus verläuft ein Wehr 30 nach oben, welches sich bis zu einer Höhe erstreckt, die ungefähr gleich der der Trennfläche zwischen Füllungsmaterial und geschmolzenem Glas in der Schmelzkammer 8 ist. Das Wehr 30 trennt so die Zwischenkammer 10 in einen stromauf befindlichen bzw. Steigeabschnitt 10a, in dem sich die Wandelektroden 28 befinden, und in einen stromab befindlichen Abschnitt 10b, von dessen Unterseite aus ein Auslaß 32 in den unteren Bereich der Arbeitskammer 12 verläuft. Strahlungserhitzer 29 erstrecken sich vom Dach 20 nach unten in die Zwischenkammer 10.
In der Außenwand der Arbeitskammer befinden sich Arbeitsauslässe 34, durch die Glasmacherpfeifen oder ähnliches zur manuellen Entnahme von geschmolzenem Glas aus der Kammer 12 eingeführt werden können, die sich zweckmäßigerweise knapp oberhalb (beispielsweise 25 mm) des maximalen Glaspegels in der Arbeitskammer befinden, der durch die Position der Abzugskanäle 24 festgelegt ist.
Im Dachaufbau ist eine Rühreranordnung 36 gehalten, die eine nicht dargestellte Einrichtung zum Anheben und Absenken eines Kopfes 38 der Rühreranordnung umfaßt. Die Rühreranordnung kann mit nicht dargestellten Sensoreinrichtungen versehen sein, um den Pegel des geschmolzenen Glases in der Arbeitskammer zu erfassen und den Kopf 38 mit der steigenden und fallenden Bewegung des Pegels geschmolzenen Glases zum Hoch- bzw. Herunterfahren zu veranlassen, so daß sich der Kopf 38 stets etwas unterhalb des Pegels geschmolzenen Glases befindet.
In der Wand der Arbeitskammer benachbart deren Unterseite sind Wandelektroden 40 angeordnet, und im Dach des Ofens oberhalb der Arbeitskammer befinden sich eine Anzahl von Strahlungserhitzern 41. Wie in der Zwischenkammer ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, um fortlaufend die Temperatur der geschmolzenen Glasmasse in der Arbeitskammer zu erfassen und den Betrieb der Elektroden 40 und der Strahlungserhitzer 41 entsprechend zu steuern.
Beim Einsatz des Ofens nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wird das in die Schmelzkammer 8 durch die Öffnung 22 eingebrachte Chargen- bzw. Füllungsmaterial fortlaufend aufgeschmolzen und strömt durch den Auslaß 26 in den Steigeabschnitt 10a der Zwischenkammer nach oben und über das Wehr 30, wobei das Glas bei diesem Vorgang weiter konditioniert oder geläutert wird.
Glas wird durch die Öffnungen 34 von Hand aus der geschmolzenen Glasmasse in der Arbeitskammer entnommen, wobei dieses Volumen während der Arbeitsschicht abfällt, wenn der entnommene Mengenstrom größer ist als der der Auffüllung durch neu erschmolzenes Glas aus dem Zwischenabschnitt. Wenn der Pegel fällt, wird der Rührkopf 38 abgesenkt und hält das Glas weiterhin in gutem Zustand. Wenn die Schicht fortschreitet, fällt der Pegel allmählich ab, bis er den minimalen Stand erreicht, der sich geringfügig oberhalb der Position der Elektroden 40 befindet.
Am Ende der Arbeitsschicht werden die Öffnungen 34 mit Stopfen 35 verschlossen, um den Wärmeverlust zu minimieren, und fortlaufend in der Schmelzkammer aufgeschmolzenes Glas füllt das verringerte Volumen bis zum Beginn der nächsten Schicht wieder auf.
Auf diese Weise kann mittels der Erfindung Glas in der Schmelzkammer erzeugt werden und in einer im allgemeinen kontinuierlichen Weise in die Arbeitskammer fließen, wodurch sowohl die Aufrechterhaltung einer hohen Herstellungsqualität als auch einer im allgemeinen unveränderlichen Temperatur während längerer Einsatzzeiten des Ofens ermöglicht wird, wodurch wiederum die Gefahr eines möglicherweise zerstörerischen thermischen Schocks für den Ofen, insbesondere dessen Wände und Elektroden, minimiert wird.
Um die Betriebssituation zu beherrschen, in der die Arbeitskammer 38 bereits vor dem Beginn einer nachfolgenden Schicht bis zu dem gewünschten Pegel gefüllt ist (was durch eine längere Zeit zwischen aufeinander folgenden Schichten verursacht werden kann, beispielsweise ein Wochenende oder Feiertage, oder auch durch einen geringeren Bedarf an Glas während der vorausgehenden Schicht), kann überschüssiges Glas durch die Abzugskanäle 44 in einen Kühlbereich strömen, in dem sich das überschüssige Glas verfestigt, um anschließend wieder als Brocken eingesetzt zu werden. Weiterhin ist ein Hauptabzug 46 am Boden vorgesehen, der nur dann verwendet wird, wenn eine vollständige Entleerung der Kammer 12 erforderlich ist.
Überraschenderweise wurde herausgefunden, daß eine passende Beziehung zwischen dem Volumen der Arbeitskammer 8, der Geschwindigkeit, mit der frisches Glas geschmolzen wird, dem Volumen der Arbeitskammer 12 und der Geschwindigkeit, mit der Glas verwendet wird, so ist daß ein Ofen gemäß dieser Erfindung bereitgestellt werden kann, der eine Glasentnahme während lediglich einer Achtstundenschicht und die Ansammlung von Glas während der beiden folgenden Schichten (16 Stunden), während denen kein Glas aus der Arbeitskammer entnommen wird, in zweckmäßiger Weise ermöglicht. Auf diese Weise können die Vorteile eines Ofens der bezeichneten Art auch auf Gebieten der Glasherstellung nutzbar gemacht werden, in denen dies vorher nicht möglich war.
Weiterhin wurde herausgefunden, daß der spezifische Energiebedarf (Kilowattstunden je Kilogramm) zur Herstellung von Glas mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht wesentlich größer ist und sogar geringer sein kann als der Energiebedarf eines vergleichbaren, gegenwärtig eingesetzten Verfahrens.
Die Möglichkeit, den Ofen fast vollständig einzuschließen, insbesondere während Zeiten, in denen kein Glas aus der Arbeitskammer entnommen wird, läßt relative kleine Wärmeverluste zu, und das Einhalten einer gleichförmigeren und konstanten Temperaturverteilung innerhalb des Ofens vermindert die Gefahr von Beschädigungen des Ofens durch das Auftreten thermischer Stoßbelastungen.
Der Ofen nach der zweiten Ausführungsform ist ähnlich der ersten Ausführungsform, und es werden ähnliche Bezugszeichen mit einem Apostroph verwendet, um entsprechende Teile zu bezeichnen. Der Ofen nach der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hauptsächlich in der Geometrie, und weiterhin sind Elektroden 28a und 28b sowohl im Steigeabschnitt 10a' als auch im stromab befindlichen Abschnitt 10b' der Zwischenkammer 10' angeordnet. Diese Elektroden, wie auch die Dachelektroden 29', steuern die Temperatur des durch die Zwischenkammer fließenden Glases, ansprechend auf die Temperatur erfassende Einrichtungen. Es wurde herausgefunden, daß der Stromdurchgang zwischen den Elektroden 24 und 28a durch den Auslaß 26 und zwischen den Elektroden 28b und 40' durch den Auslaß 32 die Aufrechterhaltung einer höheren Glasqualität in der Arbeitskammer bewirkt.

Claims

1. Verfahren zum Schmelzen von Glas in einem Ofen, der eine Schmelzkammer (8), eine Zwischenkammer (10) sowie eine Arbeitskammer (12) aufweist, bei dem festes Material in die Schmelzkammer (8) eingespeist wird, um fortlaufend darin geschmolzen zu werden, und über die Zwischenkammer fortlaufend in die Arbeitskammer (12) fließt, und wobei geschmolzenes Material während Arbeitsperioden mit einem Mengenstrom, der größer ist als der Mengenstrom, mit dem frisches geschmolzenes Glas erzeugt wird, aus der Arbeitskammer (12) abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Material, das in der Schmelzkammer erzeugt wird, über ein Wehr (30) strömt, das in der Zwischenkammer (10) zwischen der Schmelzkammer (8) und der Arbeitskammer (12) angeordnet ist, wodurch der Pegel des geschmolzenen Glases in der Schmelzkammer auf einer konstanten Höhe gehalten wird, während der Pegel des Glases in der Arbeitskammer während einer Arbeitsperiode absinkt und während einer Nicht-Arbeitsperiode ansteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Temperatur des geschmolzenen Materials in der Arbeitskammer (12) aufrechterhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Material aus der Arbeitskammer (12) überfließt, um zu verhindern, daß das geschmolzene Material in der Arbeitskammer (12) über einen vorbestimmen Pegel ansteigt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Material in der Arbeits-

TEXT FEHLT mit einer elektrischen Beheizungseinrichtung oberhalb und unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Materials.

8. Schmelzofen nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Rühreinrichtung (36, 38) in der Arbeitskammer (12) zum Rühren des geschmolzenen Materials.

9. Schmelzofen nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einstellen der Rühreinrichtung (36, 38), um eine vorbestimmte Position unterhalb des Pegels des geschmolzenen Materials aufrechtzuerhalten, unabhängig von den Veränderungen dieses Pegels.

10. Schmelzofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einstellen der Rühreinrichtung einen Sensor zum Messen des Pegels des geschmolzenen Materials in der Arbeitskammer enthält.

11. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß geschmolzenes Material aus der Zwischenkammer (10) in einen unteren Bereich der Arbeitskammer (12) strömt.

12. Schmelzofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsauslaßmittel (44) in der Arbeitskammer eine Einrichtung zum Verschließen des Auslaßmittels enthält.

13. Erfindung nachm einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Schmelzen des festen Materials in der Schmelzkammer Elektroden (24, 28, 40) aufweist, die den Joule-Effekt ausnutzen.

14. Erfindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (8) und die Arbeitskammer (12) im wesentlichen vollständig von einem Dach (20) eingeschlossen sind.