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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung, die üblicherweise
als Schmelzofen bezeichnet wird, zum Erschmelzen von Glas aus Glasrohstoffen,
um Formgebungsanlagen für
Flachglas, wie Walz- oder Floatglasanlagen, Hohl- bzw. Kelchglas,
wie eine Vielzahl von Formgebungsmaschinen, Glas zu Isolierzwecken
(Glas- und Gesteinswolle), Glas für Verstärkungsfasern oder Spezialglas
für Bildschirme
oder dergleichen kontinuierlich mit Glasschmelze zu versorgen.
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Sie ist auf alle Arten von Schmelzöfen, die Produktionskapazitäten an Glasschmelze
erfordern, die beispielsweise einen Ausstoß von 10 Tonnen/Tag bis zu
1 000 Tonnen/Tag und darüber
haben können, gerichtet.
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Dieser Typ eines Ofens ist üblicherweise
bekanntermaßen
aus einer Abfolge von Abteilen aufgebaut, die ineinander münden und
jeweils spezifische Funktionen und Abmessungen haben. Dabei muss der
Ofen in der Lage sein, die Glasrohstoffe zu schmelzen und die chemische
und thermische Homogenität
der Glasschmelze zu gewährleisten.
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Je nach dem Beheizungsmittel, das
zum Schmelzen der Glasrohstoffe im Schmelzabteil angewendet wird,
lassen sich die Öfen
in zwei große
Kategorien einteilen.
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Einerseits stehen Schmelzöfen mit
elektrischer Beheizung, die als "Öfen mit
kaltem Gewölbe" bezeichnet werden,
in welchen der Schmelzvorgang durch Elektroden durchgeführt wird,
die in die Glasschmelze eintauchen, wie sie beispielsweise aus dem
Patent EP-B-0 304 371 bekannt sind, zur Verfügung.
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Weiterhin stehen Flammenöfen zur
Verfügung,
die auch als Regeneratoröfen
bezeichnet werden und insbesondere aus dem Patent US-A-4 599 100
bekannt sind. In diesem Fall wird die Heizleistung von zwei Reihen
von Brennern bereitgestellt, die im Allgemeinen mit einem Brennstoff/Luft-Gemisch abwechselnd
arbeiten; die Verbrennungsgase erwärmen dann abwechselnd den einen
oder den anderen der zwei Regeneratoren, die einander gegenüber auf beiden
Seiten des Schmelzabteils und in Verbindung mit diesem angeordnet
sind. Dabei verlieren die Verbrennungsgase durch die Lagen aus Feuerfestmaterialien,
welche diese Regeneratoren bilden, ihre Wärme, wobei die Feuerfestmaterialien
anschließend
die so im Schmelzabteil gespeicherte Wärme wieder abgeben. Diese Art
und Weise der Beheizung ist effizient und wird in breitem Umfang
angewendet, obwohl sie nicht frei von bestimmten Nachteilen ist.
So sind die Energiekosten der Brennstoff/Luft-Brenner relativ hoch.
Weiterhin ist das Betriebssystem der Brenner, die abwechselnd mit
Takten von etwa 15 bis 60 Minuten "aktiv" sind, nicht mehr einfach streng zu
kontrollieren und kann bei einer kontinuierlichen Produktion Diskontinuitäten verursachen,
wobei das Temperaturgleichgewicht beeinträchtigt wird. Ihre Verwendung
führt außerdem dazu,
dass in das Schmelzabteil eine große Menge an Luft und damit
Stickstoff eingeleitet wird, weshalb eine erhöhte Gefahr besteht, dass sich
eine bestimmte Menge schädlicher Gase
vom Typ NOX bildet, die anschließend behandelt werden müssen.
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Außerdem werden aufgrund der
großen Menge
an speziellen Feuerfestmaterialien, die teuer und für die Herstellung
der Regeneratoren erforderlich sind, die Baukosten für den Ofen
deutlich erhöht.
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Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe
zugrunde, diese Nachteile, die mit der Verwendung von Flammenöfen verbunden
sind, zu beheben, indem ein neuer Typ einer Beheizung durch Flammen
vorgeschlagen wird, durch welchen die Kosten für Energie und Baumaterialien
des Ofens stark gesenkt werden und dessen Betriebsweise vereinfacht
wird, wobei eine Glasschmelze mit einer Qualität gewährleistet wird, die wenigstens
genauso gut ist.
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Der Erfindung liegt weiterhin als
Aufgabe zugrunde, den Verschleiß der
Feuerfestmaterialien, welche die Ofenwände bilden, zu verringern und
somit die Lebensdauer des Ofens zu verlängern.
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In WO-A-9 406 723 sind ein Verfahren
und ein Glasschmelzofen beschrieben, gemäß welchem Verbrennungsmittel
und Brennstoff separat eingeleitet werden. Jedoch wird in jenem
Dokument weder etwas über
die Verteilung der Anteile der eingeleiteten Fluids noch über die
relative Höhe
der Zuleitungsstellen für
Verbrennungsmittel und Brennstoff in Bezug auf die Oberfläche der
Glasschmelze gelehrt. Das Ziel in jenem Dokument ist es, in der
Ofenmitte eine "fahnenförmige" Flamme zu erhalten.
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In EP-A-O 498 937 ist ein Flammenglasschmelzofen
mit getrennter Sauerstoffzufuhr zur Flamme beschrieben.
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In EP-A-O 601 274 wird ein Verbrennungsverfahren
gelehrt, in welchem zwei unterschiedliche Oxidationsmittel verwendet
werden, wobei das erste Oxidationsmittel Luft ist, die sich mit
einem Brennstoff mischt, um eine Flamme zu bilden. Das zweite Oxidationsmittel
hat eine höhere
Sauerstoffkonzentration als das erste und wird in der Nähe dieser
Flamme zugeleitet.
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In WO-A-9 004 571 wird eine Beheizungseinheit
für das
Erschmelzen von Glas gelehrt, welche einen Luftbrenner und eine
Sauerstofflanze, die sich unterhalb des Brenners befindet, umfasst.
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In den Dokumenten des Standes der
Technik wird die Kombination aus Sauerstoffbrennern und Sauerstofflanzen,
die mindestens 50% des Sauerstoffs getrennt zuleiten, nicht gelehrt.
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Die Erfindung betrifft insbesondere
ein Verfahren zum Schmelzen von Glasrohstoffen in einem Schmelzabteil
für die
kontinuierliche Versorgung von Formgebungsanlagen mit Glasschmelze,
in welchem das Schmelzen der Glasrohstoffe im Wesentlichen durch
Verbrennung eines Gemischs aus Brennstoff und/oder Gas und im Wesentlichen
reinem Sauerstoff sichergestellt wird, wobei die Einleitung von Brennstoff
und/oder Gas in das Schmelzabteil an wenigstens einer Zuleitungsstelle
mit einem Sauerstoffdefizit in Bezug auf die gewünschten Mengen, die im Wesentlichen
den stöchiometrischen
Mengen und der vollständigen
Verbrennung entsprechen, erfolgt, wobei mindestens 50% des Sauerstoffs,
die der vollständigen
Verbrennung entsprechen, separat an wenigstens einer anderen Zuleitungsstelle
eingeleitet werden, die mindestens 5 cm und vorzugsweise mindestens
10 cm von der Zuleitungsstelle des Brennstoffs und/oder Gases entfernt
ist und sich in einer Höhe
zwischen der Oberfläche
der Glasschmelze und der Zuleitungsstelle des Brennstoffs und/oder Gases
befindet, um die Temperaturregelung in diesem Schmelzabteil flexibler
zu machen.
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Die Erfindung hat weiterhin zum Gegenstand einen
Ofen zum Schmelzen von für
die Glasherstellung vorgesehenen Glasrohstoffen, der ein Abteil
für das
Erschmelzen von Glas umfasst, das im hinteren Teil mit mindestens
einer Öffnung,
die vorgesehen ist, mittels einer an ihr angeordneten Beschickungseinrichtung
mit Glasrohstoffen versorgt zu werden, und im vorderen Teil mit
einer Austrittsöffnung
für die Glasschmelze
versehen ist, die in ein vorderes Abteil mündet, das vorgesehen ist, die
Glasschmelze in den Formgebungsbereich zu leiten, wobei das Schmelzen
der Glasrohstoffe im Schmelzabteil im Wesentlichen von wenigstens
einem Brenner für
Brennstoff und/oder Gas, der mit einem Sauerstoffdefizit arbeitet,
sichergestellt wird und das Verbrennungsmittel überwiegend von im Wesentlichen
reinem Sauerstoff, der mindestens 50% des für die gewünschte Verbrennung erforderlichen
Sauerstoffs ausmacht, gebildet wird, eine Flamme mit kontrollierter
Temperatur erzeugt und separat von mindestens zwei Sauerstofflanzen
bereitgestellt wird, die an Stellen, die mindestens 5 cm und vorzugsweise
mindestens 10 cm von wenigstens einem Brenner entfernt sind, in einer
Höhe unterhalb
des Brenners um diesen herum angeordnet münden.
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Dabei ist unter im Wesentlichen rein
erfindungsgemäß Sauerstoff
mit einer mindestens 80%igen und vorzugsweise mindestens 90%igen Reinheit
zu verstehen.
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Erfindungsgemäß betreffen die Bezeichnungen "stromaufwärts" und "stromabwärts" die allgemeine Strömungsrichtung
der Glasschmelze durch den Ofen. Unter Schmelzabteil ist sowohl
das Schmelzabteil als auch das Schmelz/Läuterungs-Abteil zu verstehen.
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Die erfindungsgemäße Entscheidung für eine Beheizungsart,
in welcher Brenner und Sauerstofflanzen, die mindestens 50% des
Sauerstoffs getrennt zuführen,
kombiniert werden, hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen
Brennern, die insbesondere mit einem Verbrennungsmittel vom Typ
Luft arbeiten, oder auch gegenüber
Sauerstoffbrennern, die mit Sauerstoff in stöchiometrischer Menge versorgt
werden.
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Durch diese Art und Weise der Beheizung mit
Sauerstoff kann man sich vor allem vom herkömmlichen "Umkehrbetrieb" der Flammenöfen lösen: Die Sauerstoffbrenner
können
ein zeitlich konstantes Betriebsregime aufrechterhalten, was den Einsatz
des Ofens vereinfacht, da dieser kontinuierliche Betrieb regelmäßiger ist
und viel feinere Regelungen als im Umkehrbetrieb erlaubt. Vor allem
kann das Vorhandensein von Regeneratoren vollständig eingespart werden, die
aus Lagen aus Feuerfestmaterialien hergestellt sind, die teuer und
verschleißanfällig sind.
Die Sauerstoffbrenner sind so in der Lage, die Decke des Schmelzabteils
und das als "Arbeitsvolumen" bezeichnete Volumen
zwischen der Decke und der Glasschmelze kontinuierlich und ohne
den Einsatz von Regeneratoren zu beheizen.
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Die Atmosphäre, die über der Glasschmelze im Schmelzabteil
herrscht, ist viel stabiler und kontrollierter, was sich für die Produktion
von Spezialgläsern
als wichtig erweisen kann.
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Weiterhin ist der thermische Wirkungsgrad dieses
Brennertyps aufgrund des Fehlens von Stickstoff, wodurch das Volumen
der erzeugten Abgase beträchtlich
kleiner wird, deutlich höher
als derjenige der herkömmlichen
Brenner, die mit einem Verbrennungsmittel vom Typ Luft arbeiten.
Man erhält
so insgesamt merkliche Senkungen der Energiekosten, wobei es dieser
Brennertyp erlaubt, auch spürbare Erhöhungen des
spezifischen Ofenausstoßes
vorzusehen.
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Dadurch, dass von den erfindungsgemäß ausgewählten Brennern
eine Luftmenge, die sehr klein und sogar Null ist, in das Schmelz/Läuterungs-Abteil
eingeleitet wird, wird die Möglichkeit
der Bildung von Abgasen vom Typ NOx sehr
stark verringert, was zumindest die Behandlung der aus dem Abteil
abgeleiteten Verbrennungsgase viel billiger macht.
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Außerdem erlauben es im Vergleich
zu herkömmlichen
Brennern die Sauerstoffbrenner, in das Schmelzabteil ein viel weniger
großes
Gasvolumen einzuleiten, weshalb das Volumen der Verbrennungsgase
ebenfalls, wie zuvor erwähnt,
stark verkleinert wird. Dies bedeutet, dass vorgesehen werden kann,
das weiter oben erwähnte "Arbeitsvolumen" zu verringern, insbesondere
beispielsweise, indem die Decke des Schmelzabteils etwas abgesenkt wird,
was auch hier wieder zur gleichzeitigen Senkung von Energie- und
Baukosten für
den Ofen führt.
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Deshalb ergibt die Verwendung von
ohne Umkehr arbeitenden Sauerstoffbrennern einen zuverlässigeren
Ofen, der in seiner Konstruktion weniger teuer ist und Energieeinsparungen
erlaubt, die bis weit über
15% im Verhältnis
zu einem herkömmlichen
Flammenofen mit ähnlichen
Abmessungen gehen können.
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Jedoch ist, wenn als Verbrennungsmittel
im Wesentlichen reiner Sauerstoff in Brennstoff- und/oder Gasbrennern
mit stöchiometrischen
Mengen verwendet wird, die Flammentemperatur, die am Ausgang der
Brenner erhalten wird, höher
als die Temperatur der Flamme, für
welche Luft als Verbrennungsmittel eingesetzt wird. Dann können die
die Ofenwände
bildenden Feuerfestmaterialien, insbesondere um die Brenneröffnung,
schnell verschleißen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Schmelzen
von Glasrohstoffen in einem Schmelzabteil für die kontinuierliche Versorgung
von Formgebungsanlagen mit Glasschmelze bereitgestellt, in welchem
das Schmelzen der Glasrohstoffe im Wesentlichen durch Verbrennung
eines Gemischs aus Brennstoff und/oder Gas und im Wesentlichen reinem
Sauerstoff sichergestellt wird, wobei die Einleitung von Brennstoff
und/oder Gas in das Schmelzabteil an wenigstens einer Zuleitungsstelle
mit einem Sauerstoffdefizit in Bezug auf die stöchiometrischen Mengen von mindestens
50% des Sauerstoffs, welcher der vollständigen Verbrennung entspricht,
separat an wenigstens einer anderen Zuleitungsstelle erfolgt.
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Durch diese Zufuhr von mindestens
50% des für
die gesamte Verbrennung erforderlichen Sauerstoffs an mindestens
einem anderen Zuleitungspunkt und vorzugsweise an mehreren verschiedenen
Zuleitungspunkten wird außerdem
eine größere Flexibilität der Regelung
der Temperaturen im Schmelzabteil sichergestellt, wobei die Zone/n
des Abteils, in welcher/welchen der Sauerstoff eingeleitet wird,
im Allgemeinen dem/den Punkt/en entspricht/entsprechen, dessen/deren
thermischer Zustand kontrolliert werden soll.
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Außerdem erlaubt es die erfindungsgemäße Versorgung
der Brenner mit einem Sauerstoffdefizit und in Kombination damit
die Sauerstoffzufuhr durch Sauerstofflanzen, die auf eine bestimmte
Weise verteilt sind, insbesondere eine kontrollierte Flammentemperatur,
die als "Flamme
mit niedriger Temperatur und wenig NOx" bezeichnet wird,
zu erhalten. Darüber
hinaus wird dadurch, dass sich der Sauerstoff zwischen der Flamme
und den Ofenwänden
befindet, eine an den Wänden
oxidierende Atmosphäre
sichergestellt. Die Flamme ist auch von den Wänden entfernt, wodurch Ausschwitzungen
und Angriffe auf die Feuerfestmaterialien in ihrer Glasphase verringert
werden.
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Die Kombination aus mit Sauerstoffdefizit
betriebenen Sauerstoffbrennern und Sauerstofflanzen stellt eine
bessere Verteilung der Flamme über
der Zusammensetzung und der Glasschmelze sicher. Durch diese bessere
Verteilung der Flamme wird es möglich,
die Temperaturen der Decke zu senken und die Temperaturen der Sohle
zu erhöhen.
Schließlich erlaubt
dies, auch Erhöhungen
des spezifischen Ofenausstoßes
um 10 bis 30% vorzusehen.
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Wie weiter oben erwähnt, erfolgt
die Sauerstoffzufuhr durch die Brenner einerseits und die Sauerstofflanzen
andererseits mit einem Anteil von nur 0 bis 50% durch die Brenner
und die Ergänzung
auf 100% des für
die Verbrennung erforderlichen Sauerstoffs durch die Sauerstofflanzen.
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Vorzugsweise erfolgt die Sauerstoffzufuhr mit
einem Anteil von mindestens 80% getrennt durch die Sauerstofflanzen.
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Schließlich kann der gesamte oder
im Wesentlichen gesamte Sauerstoff vorteilhafterweise getrennt eingeleitet
werden. Dadurch werden Störungen
an der Öffnung
der Düse
(des Brenners) durch Verschmutzung oder Tropfenbildung, insbesondere bei
Spezialgläsern,
vermieden. Dabei sind unter gesamtem oder im Wesentlichen gesamtem
Sauerstoff etwa 100 bis 95 % des Sauerstoffs zu verstehen.
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Entsprechend einem erfindungsgemäßen Merkmal
wird die Flamme eines Brenners durch sukzessive Sauerstoffzufuhr
zur Flamme und an Stellen versorgt, die im Ofen festgelegt sind,
um die gewünschte
Flammentemperatur zu erhalten.
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Jedoch würde die bisher beschriebene
sehr vorteilhafte Bilanz verschlechtert werden, wenn, entgegen der
Erfindung, der Zutritt von Luft in das Schmelzabteil, die aus stromabwärtigen Abteilen kommt,
nicht verhindert würde.
Anderenfalls besteht die Gefahr, dass sich eine gewisse Menge an
schädlichen
Gasen vom Typ NOx im Schmelzabteil bildet und
die in diesem Abteil erreichten energetischen Einsparungen beträchtlich
verringert würden.
Dieser Luftzutritt kann mittels Abdichtungsmitteln des Schmelz/Läuterungs-Abteils
gegen Gas in Bezug auf den übrigen
Ofen verhindert werden. Diese/s Abdichtungsmittel "isoliert/ isolieren" die Atmosphäre, die über der
Glasschmelze im Schmelzabteil herrscht, gegenüber der Atmosphäre des/der
nachfolgenden Abteils/Abteile, das/die an es angrenzt/angrenzen. Diese "stromabwärtigen" Abteile sind für die Konditionierung
der Glasschmelze bestimmt, d.h. im Wesentlichen zur fortschreitenden
Abkühlung,
damit sie die Formgebungstemperatur erreicht, zur Erreichung der
chemischen und thermischen Homogenität und zur Entfernung von Fremdkörpern vom
Typ nicht geschmolzene Stoffe oder Teilchen aus Feuerfestmaterial
vorgesehen. Diese thermische Konditionierung kann in dem einen oder
anderen dieser stromabwärtigen
Abteile auf bekannte Weise durch abwechselnde oder kombinierte Verwendung
von Beheizungsmitteln, beispielsweise herkömmlichen Brennstoff-Luft-Brennern,
und Kühlungsmitteln,
die Luft in großer
Menge und mit Umgebungstemperatur in diese Abteile einleiten, erfolgen.
Daher ist es erforderlich, zu verhindern, dass diese Gase zurück zum Schmelz/Läuterungs-Abteil
strömen,
da sie dort die sehr kontrollierte Atmosphäre stören würden.
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Dabei ist es selbstverständlich,
dass, wenn das/die stromabwärtige/n
Abteil/e beispielsweise derart konstruiert ist/ sind, dass Kühlungsmittel
ohne Luftzufuhr verwendet werden, und es/sie eine nicht aus Luft
bestehende Atmosphäre
aufweist/ aufweisen, diese Abdichtungsmittel nicht mehr unerlässlich sind.
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Entsprechend einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden die Brenner oder Düsen
in Reihen angeordnet, indem sie abwechselnd mit Sauerstofflanzen
in der strom aufwärtigen
und/oder stromabwärtigen
Stirnwand und/oder in den zum Glasbad parallelen Seitenwänden mit
einer Anzahl und einer Neigung von +5 bis –15 Grad in Abhängigkeit
von Aufbau und Abmessungen des Ofens und der Position in Bezug auf
die Glasschmelze angeordnet werden. Dabei führen die Brenner und Sauerstofflanzen
in das Schmelz/Läuterungs-Abteil durch
die Wände
des Überbaus,
dessen Querschnitte sehr klein sein können und die Wärmeisolation
des Ganzen nicht verändern.
Die Brenner können
unabhängig
oder zu Gruppen von Brennern zusammengefasst sein, deren Heizleistung
von einer Gruppe zur nächsten
unabhängig
geregelt wird. Dabei werden die Gruppen im Wesentlichen quer zur
Ofenachse an den Seitenwänden
und im Wesentlichen parallel zum Ofen in der stromaufwärtigen oder
stromabwärtigen
Stirnwand mit der jedesmaligen Möglichkeit einer
Ausrichtung von 0 bis 20 Grad in Bezug auf diese Achsen und die
horizontale Ebene angeordnet. Die Beheizung kann im gesamten Schmelz/Läuterungs-Abteil
optimal verändert
und geregelt werden und alle gewünschten
Temperaturprofile je nach der Glasschmelze und der jeweiligen Produktion
erreichen. Weitere Anordnungen von Brennern und Sauerstofflanzen
sind selbstverständlich
möglich.
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Im Schmelz/Läuterungs-Abteil können mechanische
Mittel vom Typ Rührer,
um die Konvektion zu beschleunigen, oder zusätzliche Beheizungsmittel vom
Typ Tauchelektroden, um das Temperaturprofil einzustellen oder zu
korrigieren, vorgesehen werden.
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Dadurch, dass der Wärmeaustauscher
oder die Regeneratoren entfallen, wird die Anzahl der Öffnungen
verkleinert, wodurch Zugang zum und Platz um den Ofen herum gewonnen
werden, was es erlaubt, ihn besser zu isolieren, und seine Wartung
erleichtert.
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Um die Wärme der Abgase maximal zurückzugewinnen,
die aus dem Verbrennungsvorgang der Brenner im Schmelzabteil stammen,
werden vorzugsweise die Abzugsöffnungen
hinter den Beschickungsöffnungen
für die
Glasrohstoffe angeordnet, wodurch die Abgase einen Weg von der Mitte
des Ofens zu den Wänden
verfolgen (und so eine Schutzschicht zwischen der Flamme und den
Wänden
bilden), um von stromabwärts
nach stromaufwärts
zurückzukehren
und oberhalb der Beschickungszone zu gelangen, in welcher die Glasrohstoffe
aufschwimmen, die so vorteilhafterweise vorgewärmt werden können.
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Für
die Beschickungsöffnung/en
für die
Glasrohstoffe kann/ können
mehrere Positionen vorgesehen werden. Diese können einerseits in einer oder beiden
Seitenwänden
oder andererseits in der Stirnwand des Schmelzabteils angebracht
werden.
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Dabei kann eine vorteilhafte Lösung aus zwei Öffnungen
bestehen, die in den Seitenwänden zueinander
symmetrisch sind.
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Dabei ist es möglich, zusätzliche Abgasöffnungen
entweder in der stromaufwärtigen
Stirnwand oder in den Seitenwänden
des Schmelz/Läuterungs-Abteils
vorzusehen.
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Diese Abgase sind nach Verlassen
des Arbeitsraums des Ofens noch relativ heiß und können in Anlagen zum Wärmerückgewinnen
oder zum Vorwärmen
der Glasrohstoffe vor der Beschickung geschickt werden. Sie können auch
zum Vorwärmen des
Sauerstoffs dienen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung,
in welcher die Kombination aus Gas- und/oder Brennstoffbrennern
(oder -düsen),
die mit einem Sauerstoffdefizit versorgt werden, wobei dieses Defizit
vollständig sein
kann, und aus Sauerstofflanzen verwendet wird, ist eine flexiblere
Regelung der Flamme und insbesondere eine Regelung ihrer Position
in Bezug auf die Glaszusammensetzung, wobei die Flamme an die Stelle
der Sauerstoffzufuhr gezogen wird.
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Dieser Vorteil erlaubt es insbesondere,
Abwandlungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in der Anordnung der Brenner und Sauerstofflanzen zu entwerfen.
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Dabei ist unter einer getrennten
Sauerstoffzufuhr im Allgemeinen erfindungsgemäß eine Sauerstoffzufuhr an
einer oder mehreren Stellen, die mindestens 5 cm und vorzugsweise
mindestens 10 cm von der Zuleitungsstelle des Brennstoffs und/ oder Gases,
d.h. von der Brenneröffnung,
entfernt ist/sind, zu verstehen. Der Sauerstoff kann vorteilhafterweise an
zwei Stellen, die um den jeweiligen Brenner angeordnet sind, und
unter der Zuleitungsstelle des Brennstoffs und/oder Gases eingeleitet
werden.
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Somit wird erfindungsgemäß auch eine
Einheit vorgesehen, die in dem Beheizungssystem verwendet werden
kann, in welchem Brenner und erfindungsgemäße Sauerstofflanzen kombiniert
sind. Diese Einheit umfasst einen Brennerstein, der mit einem Durchgang
für die
Aufnahme eines Brenners, wobei dieser Durchgang sich insbesondere
kegelstumpfförmig
zu der Seite hin erweitert, die zum Inneren des Ofens zeigt, und
mit zwei Durchgängen
versehen ist, die mit gleichen Abständen voneinander und mit einem
Abstand von mehr als 5 cm und vorzugsweise mehr als 10 cm von der
Durchgangsachse des Brenners angeordnet sein können, wobei die beiden Durchgänge für die Aufnahme
von zwei Sauerstofflanzen vorgesehen sind, die sich außerdem unter
dem Brenner befinden, wenn diese Einheit verwendet wird. Die Einheit
kann mit einem Brenner und zwei Sauerstofflanzen ausgerüstet sein.
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Diese Anordnung der Sauerstofflanzen
in Bezug auf den Brenner erlaubt eine sehr gute Regelung der Flamme,
wobei insbesondere eine übermäßige Erhitzung
des Feuerfestmaterials an der Stelle der Brenneröffnung verhindert wird.
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Weitere erfindungsgemäße Merkmale
und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die im Anhang befindlichen Figuren näher erläutert, wobei
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1 einen
Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Ofen,
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2 eine
Draufsicht auf einen Querschnitt dieses Ofens und
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3 eine
mögliche
Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Ofens
zeigt und die
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4 und 5 eine Einheit, die einen
Brennerstein und eine erfindungsgemäße Kombination aus Brenner/Sauerstofflanzen
umfasst, zeigen.
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In den 1 und 2 ist schematisch das Schmelz/Läuterungs-Abteil 1 des
erfindungsgemäßen Schmelzofens
gezeigt. Dieses Abteil wird von einer Sohle 2, einer Decke 3,
einer stromaufwärtigen Stirnwand 4,
einer stromabwärtigen
Stirnwand 5 und Seitenwänden 6 und 7 begrenzt.
Die Höhe
der Glasschmelze ist in 1 durch
die horizontale Linie X gekennzeichnet. Die Glasschmelze fließt durch
den verengten Durchlaß 18 in
das stromabwärtige
Abteil.
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Dieser Ofen umfasst zwei Hauptzonen:
- – die
Schmelzzone 8, in welcher die Glasrohstoffe 9 beschickt
werden, die auf der Glasschmelze aufschwimmen, und
- – die
Schmelz/Läuterungs-Zone
10, die von einer niedrigeren Decke 3 begrenzt wird, was
insbesondere eine Einsparung an Feuerfestmaterialien erlaubt.
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In der Zone 8 ist in diesem
Ausführungsbeispiel
eine seitliche Beschickung des Glasrohstoffgemenges vorgesehen.
Selbstverständlich
kann in anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen eine
frontale Beschickung angewendet werden.
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Die in den 1 und 2 dargestellte
Beschickungsöffnung
besteht aus zwei zueinander symmetrischen Öffnungen 11 und 12,
die das Schmelzabteil mit zwei Ansätzen 19, 20 verbinden,
in welchen die Aufgabe der Glasrohstoffe, in diesem Beispiel beidseitig,
erfolgt.
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Hinter den Beschickungsöffnungen 11, 12 sind Öffnungen 13, 14 für den Abzug
der Abgase vorgesehen. Diese werden so gezwungen, einen Abzugsweg
ab der Ofenmitte zu befolgen, wobei sie die Wände und die Decke entlang und über die
noch nicht geschmolzenen aufschwimmenden Glasrohstoffe strömen, wodurch
der energetische Wirkungsgrad des Ofens verbessert wird.
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Die Abgase können anschließend zur
Versorgung einer Wärmerückgewinnungsanlage
oder in einem System zur Vorwärmung
der Glasrohstoffe verwendet werden. Es können auch Hilfsöffnungen 16 für den Abzug
der Abgase in den Stirn- und Seitenwänden vorgesehen werden.
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In all diesen Wänden, Stirn- und Seitenwänden, sind
kleine Öffnungen
für das
Einführen
der Düsen 15 oder
Brenner gebohrt, die in den Figuren durch einen ausgezogenen Pfeil
dargestellt sind, während
die Sauerstofflanzen 17 durch einen gestrichelten Pfeil
dargestellt sind. Brenner und Sauerstofflanzen sind über der
Glasschmelze derart, dass sie Gruppen bilden, oder einzeln angeordnet,
um einen Quellpunkt zu markieren und zu einer optimalen Verteilung
des Wärmeaustauschs
zwischen den Flammen und der Glasschmelze zu gelangen, wobei jede Brennergruppe
oder jeder Brenner unabhängig
in der Heizleistung geregelt werden kann, was es erlaubt, an jeder
Stelle und zu jedem Zeitpunkt das gewünschte Temperaturprofil zu
erhalten. Weiterhin sind die Sauerstofflanzen an verschiedenen Stellen in
den Wänden
angeordnet, um die Flamme zu begleiten und derart zu wirken, dass
am Flammenverlauf keine Sauerstoffüberversorgung stattfindet,
die eine zu heiße
Flamme ergeben würde,
oder, im Gegenteil, keine Sauerstoffunterversorgung stattfindet, die
eine reduzierende Flamme ergeben würde. In beiden Fällen können die
Feuerfestmaterialien des Ofens vorzeitig verschleißen.
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Durch die Verwendung von Brennern
und Sauerstofflanzen, die kontinuierlich arbeiten, wird ein thermischer
Wirkungsgrad sichergestellt, der deutlich höher als derjenige der herkömmlichen
Brenner ist, indem ein Verbrennungsmittelvolumen eingesetzt wird,
das in Bezug auf die Luft verringert ist, was ein um etwa 80% verringertes
Abgasvolumen ergibt. Die Konstruktion des Arbeitsraums des Schmelz/Läuterungs-Abteils
kann im Volumen verkleinert werden, ohne dass dies für den Betrieb
des Ofens nachteilig wäre,
weshalb Konstruktionsmaterialien für den Ofen eingespart werden.
Weiterhin wird von den Brennern und Sauerstofflanzen keine Luft,
und somit kein Stickstoff, in den Ofen eingeleitet, wodurch die
Bildung schädlicher
Abgase vom Typ NOx verhindert wird. Durch
die getrennte Sauerstoffversorgung der Brenner wird eine Beschädigung der
Feuerfestmaterialien insbesondere an den Brenneröffnungen vermieden.
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Um die Vorteile des reinen Sauerstoffs
zu gewährleisten,
ist es erforderlich, den Zutritt von Luft in das Schmelz/Läuterungs-Abteil
zu verhindern. Dazu ist es notwendig, dass alle Öffnungen (beispielsweise Dehnungsstücke und
Schaugläser)
zwischen dem Arbeitsraum und der Außenwelt verschlossen sind.
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Außerdem ist/sind der/die Ausgang/Ausgänge der
Glasschmelze aus dem Schmelz/Läuterungs-Abteil
in die Formgebungsabteile derart realisiert, dass weder ein Rückstrom
von Glasschmelze zwischen den Schmelz/Läuterungszonen und den Versorgungszonen
der Behandlungsabteile noch ein Atmosphärenaustausch stattfindet. Dazu
werden bekannte Versorgungsmittel verwendet:
Versorgung durch
einen Durchlaß und
einen Kanal, Versorgung durch einen Kanal mit abgehängtem oder
eintauchendem Wehr und Versorgung durch einen Kanal mit abgehängter Schutzwand
und Wehr.
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Durch das erfindungsgemäße Beheizungssystem
wird der Betrieb des Ofens zuverlässiger bei niedrigeren Betriebskosten.
Es wird eine konstante Atmosphäre
des Schmelzabteils sichergestellt, was es mit entsprechenden Feuerfestmaterialien
erlaubt, die Lebensdauer des Ofens zu verlängern. In der Praxis sind Temperaturschwankungen
eine der Ursachen für
den Verschleiß der
Feuerfestmaterialien. Weiterhin ist die Abgabe gasförmiger Schadstoffe stark
verringert.
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So erlaubt es beispielsweise das
erfindungsgemäße Beheizungssystem
für eine
gegebene Schmelztemperatur, die Temperatur der Ofendecke um etwa
50 bis 80°C
zu senken und die Temperatur der Sohle um etwa 10 bis 20°C im Vergleich
mit bekannten Systemen zu erhöhen.
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Außerdem wird die Temperatur
an der Öffnung
eines Sauerstoffbrenners durch die getrennte Sauerstoffzufuhr um
etwa 60°C
gesenkt.
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In 3 ist
schematisch die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Beheizungssystems
für einen
U-Flammenwannenofen gezeigt.
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Ein mit Brennstoff und/oder Gas versorgter, aber
im Wesentlichen sauerstofffreier Brenner 21 ist in der
stromaufwärtigen
Stirnwand 22 des Ofens 23 angeordnet. Dabei wird
ein Teil des für
die Verbrennung erforderlichen Sauerstoffs durch zwei Sauerstofflanzen 24 zugeleitet,
die um den Brenner 21 in der stromaufwärtigen Stirnwand angeordnet
sind. Dabei entspricht die von den beiden Lanzen zugeführte Sauerstoffmenge
etwa 20 bis 40% des für
die Verbrennung erforderlichen Sauerstoffs.
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Weitere Sauerstofflanzen 25 sind
in den Ofenwänden
angeordnet. Vier Paare von Lanzen 25 sind hier dargestellt.
Dabei trägt
jedes dieser Paare etwa 15 bis 20% des erforderlichen Sauerstoffs
bei. Es wird so der Sauerstoff zugeführt, indem die Flamme 26 entlang
ihres Wegs derart begleitet wird, dass sie weder zu heiß noch zu
kalt ist.
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Soll der Ofenausstoß erhöht werden,
können weitere
Brenner 27 zwischen den Paaren aus Sauerstofflanzen 25 angeordnet
werden und kann auch die Sauerstoffzufuhr durch diese Lanzen und/oder
zusätzliche
weitere Lanzen erhöht
werden. Die Glasschmelze wird durch den Ausgang 42 in das
stromabwärtige
Abteil abgezogen.
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In den 4 und 5 ist eine Einheit 28 gezeigt,
die vorteilhafterweise für
die erfindungsgemäße Beheizung
verwendet wird, in welcher ein Brenner und Sauerstofflanzen kombiniert
sind. Diese Einheit umfasst einen Brennerstein 29, der
mit einem mittigen Durchgang 30 versehen ist, der ausläuft, indem er
sich zur Form eines Kegelstumpfs 31 erweitert, dessen Achse 32 um
etwa 15 Grad in Bezug auf die Horizontale nach unten geneigt ist.
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Dieser zur Seite 41 erweiterte Durchgang 30, der
vorgesehen ist, zum Ofeninneren zu zeigen, verlängert die Öffnung 33, die in
einer Verbundplatte 34 für die Befestigung des Brenners 35 (nicht
in 5 dargestellt) mittels
einer zylindrischen Muffe 36 vorgesehen ist.
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Zwei weitere Durchgänge 37,
die symmetrisch unter der Brennerachse und außerhalb des Kegelstumpfs 31 angeordnet
sind, sind für
die Befestigung von zwei (nicht dargestellten) Sauerstofflanzen mittels
zylindrischer Muffen 38 vorgesehen. Die Achsen der beiden
Durchgänge 37 befinden
sich in einem Abstand von mehr als 10 cm von der Achse 39 der Öffnung des
Brenners 35. Es sind Befestigungsmittel 40 für die Befestigung
der Verbundplatte 34 am Brennerstein 29 vorgesehen.
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Diese Beheizungseinheit erlaubt insbesondere
eine sehr gute Regelung der Flammentemperatur, die weder zu heiß noch zu
kalt ist. Dadurch wird speziell die Verschmutzung der Brenneröffnung und auch
eine schnelle Beschädigung
der Feuerfestmaterialien in der Nähe der Brenneröffnung verhindert.