DE69924189T2

DE69924189T2 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzen und läutern von glasartigem material

Info

Publication number: DE69924189T2
Application number: DE69924189T
Authority: DE
Inventors: Pierre Jeanvoine; Tanguy Massart; Ramon Rodriguez Cuartas; Armando Rodriguez Rodriguez; Juan-Andres Nunez Hernandez
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2019-01-23
Also published as: PL335692A1; JP2001518049A; US7565819B2; TR199902351T1; EP1528043A2; CA2284890A1; WO1999037591A1; PT970021E; EP0970021A1; EP1528043A3; CN100381377C; RU2246454C2; JP4708513B2; ES2241258T3; CZ341999A3; CO5241332A1; EP0970021B1; CA2284890C; KR100584204B1; AU2061699A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Glasausgangsstoffen, die flüssige und/oder feste Brennstoffe umfassen, um Anlagen zur Glasformgebung kontinuierlich mit Glasschmelze zu versorgen.
Sie ist insbesondere auf Anlagen zur Formgebung von Flachglas wie Floatglas- oder Walzglasanlagen, aber auch auf Anlagen zur Formgebung von Hohlglas vom Typ Flaschen und Fläschchen, von Glasfasern vom Typ Mineralwolle für die Wärme- oder Schalldämmung oder auch von als Verstärkungsfasern bezeichneten Textilglasfasern gerichtet.
Es sind schon viele Forschungsarbeiten zu diesen Verfahren durchgeführt worden, die schematisch eine erste Schmelzstufe und anschließend eine Läuterungsstufe umfassen, die für die thermische und chemische Konditionierung der Glasschmelze vorgesehen ist, um aus dieser die unschmelzbaren Bestandteile und die Blasen zu entfernen, die in jedem Fall nach der Formgebung als Fehler erscheinen.
So ist beispielsweise auf dem Gebiet des Erschmelzens des Glases versucht worden, den Schmelzvorgang zu beschleunigen oder dessen energetischen Wirkungsgrad zu verbessern. So ist das Verfahren zu nennen, das darin besteht, die Glasausgangsstoffe homogen und kontrolliert schnell zu erhitzen, indem ein intensives mechanisches Umrühren durchgeführt wird, das es erlaubt, die noch festen Glasausgangsstoffe mit der bereits flüssigen Phase innig in Berührung zu bringen. Dieses Verfahren ist insbesondere in den Patenten FR-2 423 452, FR-2 281 902, FR-2 340 911 und FR-2 551 746 beschrieben, wobei im Allgemeinen elektrische Beheizungsmittel vom Typ Tauchelektroden verwendet werden.
Es ist ein weiterer Typ eines Schmelzverfahrens entwickelt worden, beispielsweise vom Typ derjenigen, die in den Patenten US-3 627 504, US-3 260 587 oder US-4 539 034 beschrieben sind und welche darin bestehen, als Beheizungsmittel Tauchbrenner zu verwenden, d.h. mit Gas und Luft versorgte Brenner, die im Allgemeinen derart angeordnet sind, dass sie derart auf der Sohle aufliegen, dass sich die Flamme in der in Verflüssigung begriffenen Masse aus Glasausgangsstoffen ausbreitet.
In dem einen wie dem anderen Fall liegt, wenn auch die Verweilzeit der Glasausgangsstoffe in der Schmelzkammer sehr deutlich verkürzt und die Produktivität gegenüber "herkömmlichen" Schmelzverfahren beträchtlich erhöht worden ist, dafür die Glasschmelze in Form eines Schaums vor, der sich schwierig läutern lässt; insbesondere ist es schwierig für das fertige Glas dieselbe, speziell optische Qualität zu garantieren.
Auf dem Gebiet der Läuterung wurden ebenfalls Forschungen durchgeführt. So ist beispielsweise aus dem Patent FR-2 132 028 ein Verfahren zur Läuterung durch Zentrifugieren mittels einer Vorrichtung bekannt, deren Innenwände eine zylindrische Kammer mit vertikaler Achse begrenzen, die in Umdrehung versetzt wird. Die Glasschmelze wird in den oberen Teil der Vorrichtung geleitet, und sie verteilt sich in der Kammer, wobei sie, natürlich durch die Zentrifugalkraft, einen parabolischen Hohlraum bildet.
In dem Dokument Science in the glass industry, Bd. 31, Nr. 9/10, 623–625 (1975) wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen und Läutern von Glasausgangsstoffen gelehrt, in welchen Tauchbrenner und ein statisches Läuterungsabteil mit einer Glashöhe von höchstens 0,15 m verwendet werden.
In US 3 938 981 wird eine Vorrichtung zum Läutern von Glasschmelze durch Zentrifugieren gelehrt, durch welches eine Druckdifferenz in der Glasschmelze erzeugt wird, welche die gasförmigen Einschlüsse zwingt, zu den niedrigsten Drücken und anschließend in die Atmosphäre außerhalb des Glases zu wandern.
In US 3 606 825 wird eine Vorrichtung gelehrt, die Zellen mit Tauchbrennern umfasst, die mit einem gasförmigen Brennstoff und einem Verbrennungsmittel, das reiner Sauerstoff sein kann, versorgt werden, woran sich ein Läuterungsbecken anschließt.
In US 4 545 800 wird ein Glasschmelzofen mit Tauchbrennern gelehrt, der eine Station zur Formgebung des Glases über einen Kanal versorgt, in welchem die Glasschmelze vorzugsweise derart ruht, dass es den Blasen möglich wird, zu entweichen.
In FR 2 150 878 wird ein Verfahren zum Abziehen von geläuterter Glasschmelze aus einer rotierenden Masse und Aufbringen der geläuterten Glasschmelze auf einer feststehenden Fläche derart gelehrt, dass die Entstehung gasförmiger Einschlüsse in der aufgebrachten Glasschmelze auf ein Minimum reduziert wird.
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, die Schmelzverfahren und gegebenenfalls Läuterungsverfahren zu verbessern, indem sie insbesondere darauf gerichtet ist, Vorrichtungen zu verwenden, die kompakter sind, und/oder deren Betrieb flexibler ist, und/oder deren Produktivität höher ist und/oder welche Glas erzeugen können, das sich bisher schwierig erschmelzen oder läutern ließ, und/oder deren Energiekosten geringer sind, ohne dass diese industriellen Vorteile zu Lasten der Qualität des erzeugten Glases gehen.
Die Erfindung hat ein Verfahren zum Schmelzen von Glasausgangsstoffen zum Gegenstand, das durch die Kombination von zwei Merkmalen gekennzeichnet ist, dass

– einerseits die zum Schmelzen der Glasausgangsstoffe erforderliche Wärmeenergie ganz oder teilweise durch Verbrennung von einem oder mehreren fossilen Brennstoffen mit mindestens einem Verbrennungsgas bereitgestellt wird, wobei die Brennstoffe/Gase oder die aus der Verbrennung stammenden gasförmigen Produkte unter den Spiegel der Masse aus Glasausgangsstoffen geleitet werden, und
– andererseits die Glasausgangsstoffe Glasrohstoffe und/oder Glasbruch und/oder vitrifizierbare Abfälle sowie flüssige und/oder feste Brennstoffe umfassen.

Nach dem Schmelzen kann gegebenenfalls eine Läuterung wenigstens teilweise in Form einer "dünnen Schicht" durchgeführt werden.
Dabei ist unter einer Läuterung "in einer dünnen Schicht" eine Läuterung zu verstehen, bei welcher durch verschiedene Mittel die geschmolzenen Glasausgangsstoffe gezwungen werden, mit einer sehr kleinen Tiefe/Dicke von beispielsweise höchstens 15 cm und sogar höchstens 10 cm zu fließen. Insbesondere können die geschmolzenen Glasausgangsstoffe gezwungen werden, zwischen zwei einander nahen Wänden zu fließen, wobei der diese trennende Abstand die Tiefe/Dicke der dünnen Schicht definiert (dabei wird der Fließvorgang beispielsweise durch Zentrifugalkraft oder durch einfache Schwerkraft bewirkt). Diese Charakteristika einer dünnen Schicht können auch durch andere Mittel, insbesondere durch die Auswahl der Abmessungen des (der) Läuterungsabteile(s) und der Mittel, um es (sie) am Eingang zu versorgen und am Ausgang abzuziehen, erhalten werden. Einige dieser Mittel werden im Folgenden näher beschrieben. Dabei besteht der große Vorteil davon, dass so während der Läuterung dem Strom aus Glasausgangsstoffen eine geringe Dicke aufgezwungen wird, darin, dass dadurch der Weg der Blasen, die in den geschmolzenen Ausgangsstoffen vorhanden sind, an deren freie Oberfläche oder zu den Wänden, an welchen sie gezwungen sind, entlang zu fließen, beträchtlich verkürzt und das Zerplatzen und Entfernen dieser Blasen erleichtert wird.
Erfindungsgemäß kann eine ganz spezielle Läuterung durchgeführt werden, indem außerdem ein Größenparameter verändert wird, nämlich, dass anstatt den Läuterungsbereich mit zu läuternder "herkömmlicher" Glasschmelze zu versorgen, hier eine Glasschmelze eingeleitet wird, die durch Tauchbrenner erschmolzen wird, d.h. eine Glasschmelze mit ganz besonderen Eigenschaften in dem Sinne, dass sie insgesamt schaumförmig ist und gegenüber einem zu läuternden Standardglas eine relativ geringe Dichte hat. So kann eine dünne Schicht aus einer relativ schaumigen Glasschmelze ordnungsgemäß geläutert werden.
Die nach einem Schmelzen durch Tauchbrenner erhaltene schaumförmige Glasschmelze hat die Eigenschaft, dass sie relativ große Blasen enthält; wenn die Glasschmelze nach der erfindungsgemäßen Schmelzkammer effektiv schaumförmig vorliegt und geläutert werden muss, so kann die Größe der Bläschen, die sie enthält, gesteuert und können insbesondere in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen und bei bestimmten Glasausgangsstoffzusammensetzungen fast alle kleinsten Bläschen, d.h. mit einem Durchmesser von etwa weniger als 100 μm und sogar weniger als 200 μm entfernt werden, indem nach der Schmelze und vor der eigentlichen Läuterung mit dieser Glasschmelze eine Art "Mikroläuterung" durchgeführt wird, durch welche die Koaleszenz der Bläschen und das Verschwinden der kleinsten Bläschen zugunsten der größeren Bläschen erleichtert und durch den Zusatz von Läuterungsmitteln vom Typ Koks oder Sulfate zu den Glasrohstoffen begünstigt wird. Weiterhin hat diese Glasschmelze nach der Schmelzkammer im Allgemeinen einen relativ geringen Restanteil an unschmelzbaren Stoffen, wobei durch das Zusammentreffen von "großen" Bläschen und wenigen ungeschmolzenen Stoffen die Anwendung einer Läuterung in einer dünnen Schicht ermöglicht wird, indem die Läuterung stark erleichtert wird, wovon bereits wenigstens ein Teil de facto während des Schmelzvorgangs erfolgt ist. "Große" Blasen besitzen eine höhere Aufstiegsgeschwindigkeit, koaleszieren schneller und lassen sich schließlich rascher entfernen.
Weiterhin ist festzustellen, dass im Allgemeinen die durch Tauchbrenner erzeugte Glasschmelze nur wenig Sulfat enthält, dessen Restanteil vor der Läuterung bis auf weniger als 600 ppm, insbesondere weniger als 200 oder 100 ppm, und sogar weniger als 50 ppm, angegeben in SO₃-Gewichtsanteilen, unabhängig vom Typ der Glasausgangsstoffe, die gegebenenfalls ungewollt Sulfate enthalten können, oder denen sogar absichtlich Sulfate zugesetzt worden sind, sinken kann. Dies würde sich durch den von den Tauchbrennern ausgelösten Verbrennungsvorgang erzeugten Wasserdampfpartialdruck erklären.
Dabei ist festzustellen, dass ein sulfatfreies Glas weniger Probleme mit flüchtigen Verbindungen in der Floatglaswanne, eine geringere Gefahr der Zinnsulfidbildung und schließlich eine geringere Gefahr von Zinnfehlern in der Glasscheibe bedeutet. Dies senkt die Menge an Sulfiden bei reduzierten Gläsern, insbesondere an Eisensulfiden, die unerwünschte gelbbraune Restfärbungen erzeugen, oder von Nickelsulfideinschlüssen, die den Bruch des Glases bei einer Wärmebehandlung vom Typ Vorspannen verursachen können, oder beseitigt sie vollständig.
Erfindungsgemäß wird somit gegebenenfalls die Erzeugung einer sehr sulfatarmen Glasschmelze vor der eventuellen Läuterung und somit von Gläsern, die nach einer eventuellen Läuterung wenigstens genauso sulfatarm sind, möglich, und dies, ohne die Glasausgangsstoffe reinigen/auswählen zu müssen, damit sie wenig Sulfat enthalten. Im Gegenteil, es kann sogar zu Beginn Sulfat zugesetzt werden.
Ein vorteilhafter Effekt, der durch die erfindungsgemäße Kombination erhalten wird, betrifft die Energiekosten des Verfahrens: Das Schmelzen mit Tauchbrennern erlaubt es, nicht auf ein Elektroschmelzen mit Tauchelektroden zurückgreifen zu müssen, dessen Kosten je nach Land sehr hoch sein können. Außerdem, und dies ist der wichtigste Punkt, wird durch das Schmelzen mit Tauchbrennern ein konvektives Umrühren der Glasausgangsstoffe während der Verflüssigung erreicht, wie weiter unten erläutert werden wird. Diese sehr starke Durchmischung von noch nicht verflüssigten Ausgangsstoffen mit denjenigen, die bereits geschmolzen sind, ist sehr wirkungsvoll und erlaubt es, mit Glasausgangsstoffen mit derselben chemischen Zusammensetzung eine Schmelze bei niedrigerer Temperatur und/oder viel schneller als mit herkömmlichen Beheizungsmitteln zu erhalten.
Die in der Schmelze herrschenden Temperaturen können insgesamt weniger hoch als in üblichen Verfahren sein, was wirtschaftlich sehr interessant ist, einfach aus Gründen der Energiekosten, aber auch wegen der Auswahl der Feuerfestmaterialien, die für die Herstellung der Anlagen benötigt werden, die weniger heiß werden und daher langsamer korrodieren.
Die Verweilzeiten im Schmelzbereich und im eventuellen Läuterungsbereich werden deutlich verkürzt und miteinander vereinbar, was selbstverständlich sehr positiv für die Produktivität und den Produktionsausstoß in seiner Gesamtheit ist.
Gleichzeitig erlaubt die Erfindung, sehr kompakte Vorrichtungen zu erhalten, da es das Schmelzen durch Tauchbrenner und damit durch das sehr starke Umrühren, das durch dieses verursacht wird, erlaubt, die Größe der Schmelzkammer beträchtlich zu verkleinern. Das Läutern in einer dünnen Schicht hat dieselben Konsequenzen für die Größe des (der) Abteile(s), in welchem (welchen) dieser Vorgang stattfindet. Indem so die Glastiefe während der Läuterung verringert wird, werden die Blasen schneller entfernt und kann deshalb die "Länge" (in Strömungsrichtung der Glasschmelze) des (der) Läuterungsabteile(s) beträchtlich verkürzt werden. Insgesamt kann daher die Vorrichtung sehr kompakt mit deutlichen Einsparungen sein, was die Baukosten, Vereinfachung des Betriebs und Verringerung des Verschleißes der Baumaterialien betrifft.
Was den Schmelzvorgang betrifft, so kann das gewählte Verbrennungsmittel erfindungsgemäß auf der Basis von Luft, von mit Sauerstoff angereicherter Luft oder sogar im Wesentlichen auf der Basis von Sauerstoff sein. Eine hohe Sauerstoffkonzentration im Verbrennungsmittel ist aus verschiedenen Gründen vorteilhaft: So wird das Volumen der Verbrennungsgase verringert, was energetisch vorteilhaft ist und wodurch die Gefahr einer übermäßigen Verflüssigung der Glasausgangsstoffe vermieden wird, durch welche Spritzer an den Überbau und an die Decke der Schmelzkammer verursacht werden können. Weiterhin sind die erhaltenen "Flammen" kürzer und geben mehr Wärme ab, was einen schnelleren Übergang ihrer Energie auf die Glasausgangsstoffe und zusätzlich, falls gewünscht, erlaubt, die Tiefe des "Bades" aus Glasausgangsstoffen während ihrer Verflüssigung zu verringern. Es wird hier von "Flammen" gesprochen, wobei es jedoch nicht zwangsweise Flammen im üblichen Wortsinn sind. Allgemeiner kann, wie im Folgenden des Textes, von "Verbrennungsvorgängen" gesprochen werden. Außerdem wird so eine mögliche Emission der schädlichen NO_x-Gase auf ein Minimum gesenkt.
Was die Auswahl des Brennstoffs betrifft, so kann er vom Typ eines gegebenenfalls gasförmigen fossilen Brennstoffs wie Erdgas, Propan, Heizöl oder eines beliebigen anderen brennbaren Kohlenwasserstoffs sein. Dabei kann es sich auch um Wasserstoff handeln. Das erfindungsgemäße Schmelzverfahren mit Tauchbrennern ist dann ein vorteilhaftes Mittel zur Verwendung von Wasserstoff, der sonst schwierig mit mit Luft betriebenen, nicht eingetauchten Brennern zu verwenden ist, aufgrund des wenig wärmeabgebenden Charakters der Flammen, die aus der Verbrennung von H₂ mit O₂ erhalten werden.
Kombiniert zu einem Schmelzvorgang durch Tauchbrenner, ist die Verwendung eines sauerstoffhaltigen Verbrennungsmittels und eines wasserstoffhaltigen Brennstoffs ein gutes Mittel, um einen wirksamen Wärmeübergang der Energie der Brenner auf die Glasschmelze sicherzustellen, der weiterhin zu einem vollständig "sauberen" Verfahren führt, d.h. ohne die Emission von Stickoxiden, NO_x, noch eines Treibhausgases vom Typ CO₂, außer demjenigen, das aus der Entkarbonisierung der Glasausgangsstoffe stammen kann.
Vorteilhafterweise erfolgt der erfindungsgemäße Schmelzvorgang in mindestens einer Schmelzkammer, die mit Brennern ausgerüstet ist, die derart angeordnet sind, dass sich der Verbrennungsvorgang oder das Verbrennungsgas in der im Schmelzen begriffenen Masse aus Glasausgangsstoffen entwickelt. Sie können so durch die Seitenwände und die Sohle hindurchgehen und/oder oben aufgehängt sein, indem sie an der Decke oder einem geeigneten Überbau befestigt sind, dabei können diese Brenner derart sein, dass ihre Gaszuleitungen auf der Wand aufliegen, durch welche sie hindurchgehen. Es kann bevorzugt sein, dass diese Leitungen wenigstens teilweise derart in die Masse aus Glasausgangsstoffen "hineinreichen", dass vermieden wird, dass sich die Flammen in zu großer Nähe der Wände befinden und somit zu einem vorzeitigen Verschleiß der Feuerfestmaterialien führen würden. Man kann sich auch dafür entscheiden, nur das Verbrennungsgas einzuleiten, wobei der Verbrennungsvorgang außerhalb der eigentlichen Schmelzkammer stattfindet.
Wie weiter oben erläutert, hat es sich gezeigt, dass durch diese Art und Weise der Beheizung eine intensive Durchmischung der Glasausgangsstoffe durch Konvektion verursacht wird; so bilden sich konvektive Rückströme auf beiden Seiten der Verbrennungsvorgänge bzw. der "Flammen" oder Verbrennungsgasströmen, durch welche die geschmolzenen und die noch nicht geschmolzenen Stoffe ständig sehr wirksam miteinander vermischt werden. Es finden sich so die sehr vorteilhaften Merkmale einer "gerührten" Schmelze, ohne dass mechanische Rührmittel verwendet werden müssten, die wenig zuverlässig und/oder gegenüber schnellem Verschleiß anfällig sind.
Vorzugsweise wird die Höhe der Masse aus Glasausgangsstoffen in der Schmelzkammer sowie diejenige, in welcher sich die Verbrennungsvorgänge oder die aus der Verbrennung stammenden Gase entwickeln, so eingestellt, dass diese Verbrennungsvorgänge/Gase in der Masse aus Glasausgangsstoffen bleiben, wobei das Ziel darin besteht, sich so die konvektive Rückströmung in dem im Schmelzen begriffenen Material aufbauen zu lassen.
Ganz allgemein erlaubt es dieser Typ eines Schmelzvorgangs, die Emission eines beliebigen Typs von Staub in der Schmelzkammer und von Gasen wie NO_x beträchtlich zu verringern, da sich der Wärmeaustausch sehr schnell vollzieht, wodurch Temperaturspitzen vermieden werden, die in der Lage sind, die Bildung dieser Gase zu begünstigen. Dadurch wird ebenfalls die Emission von Gasen vom Typ CO₂ beträchtlich verringert, und der Gesamtenergieverbrauch der Vorrichtung ist niedriger als bei herkömmlichen Vorrichtungen, in welchen beispielsweise mit Umkehr arbeitende Flammenöfen verwendet werden.
Wahlweise kann vorgesehen werden, dem Schmelzvorgang eine Stufe der Vorerwärmung der Glasausgangsstoffe vorhergehen zu lassen, wobei die Temperatur jedoch deutlich niedriger als diejenige ist, die zu ihrer Verflüssigung erforderlich ist, beispielsweise höchstens 900 °C. Zur Durchführung dieser Vorerwärmung kann vorteilhafterweise die Wärmeenergie der Abgase zurückgewonnen werden. Indem diese so thermisch genutzt werden, kann insgesamt der spezifische Energieverbrauch der Vorrichtung verringert werden.
Die Glasausgangsstoffe können Glasrohstoffe, aber auch Glasbruch und sogar Glasabfälle, die für eine Vitrifizierung vorgesehen sind, umfassen. Sie können weiterhin (organische) Brennstoffe umfassen: So können beispielsweise Mineralfasern, die mit einem Bindemittel überzogen sind (vom Typ derjenigen, die zur Wärme- oder Schalldämmung verwendet werden, oder derjenigen, die zur Verstärkung von Kunststoffen verwendet werden), Verbundglasscheiben mit Polymerfolien vom Typ Polyvinylbutyral wie Frontscheiben oder ein beliebiges "Verbundmaterial", in welchem Glas mit Kunststoffen verbunden ist, wie bestimmte Flaschen wiederverwertet werden. So können auch "Glas-Metall- oder Glas-Metallverbindungen-Verbundmaterialien" wie Glasscheiben, die mit metallhaltigen Beschichtungen funktionalisiert sind, die bisher schwierig zu rezirkulieren waren, da die Gefahr einer fortschreitenden Anreicherung der Schmelzkammer mit Metallen, die sich auf der Sohle ansammeln, bestand, wiederverwertet werden. Der von dem erfindungsgemäßen Schmelzvorgang erzwungene Rührvorgang erlaubt es jedoch, dieses Absetzen zu verhindern und so beispielsweise Glasscheiben, die mit Emailschichten, Metallschichten und/oder verschiedenen Anschlusselementen überzogen sind, wiederzuverwerten.
Die Erfindung hat auch die Wiederverwertung all dieser Glas enthaltenden Verbundmaterialien durch den von Tauchbrennern in einem Glasschmelzofen betriebenen Schmelzvorgang zum Gegenstand. So können insbesondere Öfen mit Tauchbrennern vorgesehen werden, deren wesentliche Aufgabe die Herstellung von Glasbruch aus diesen verschiedenen wiederzuverwertenden Materialien ist, der insbesondere anschließend als Ausgangsstoff, gegebenenfalls zusammen mit üblichem Glasbruch, für herkömmliche Glasschmelzöfen dienen kann.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen werden, die Glasausgangsstoffe in die Schmelzkammer ganz oder teilweise unter den Spiegel der Masse aus schmelzenden Glasausgangsstoffen einzuleiten. Ein Teil dieser Ausgangsstoffe kann auf übliche Weise über der schmelzenden Masse und der Rest darunter, beispielsweise durch Zufuhrmittel vom Typ einer Endlosschnecke, eingeleitet werden. So können die Ausgangsstoffe direkt in die schmelzende Masse an einem einzigen Punkt oder an verschiedenen Punkten, die in den Wänden der Schmelzkammer verteilt sind, eingeleitet werden. Eine solche direkte Einleitung in die Masse aus schmelzenden Ausgangsstoffen (anschließend als "Glasschmelze" bezeichnet) ist aus mehr als einem Grund vorteilhaft: Zunächst wird dadurch die Gefahr des Herumfliegens von Ausgangsstoffen über der Glasschmelze beträchtlich verringert und somit der Anteil des vom Ofen emittierten Staubs auf ein Minimum gesenkt. Schließlich erlaubt sie es am besten, die minimale Verweilzeit der Ausgangsstoffe vor ihrem Abfluss in die mögliche Läuterungszone zu steuern und somit diese selektiv dort zuzugeben, wo je nach Anordnung der Tauchbrenner die konvektive Durchmischung am stärksten ist. Der (die) Punkt(e) der Einleitung in die Glasschmelze kann (können) sich so in der Nähe der Oberfläche oder tiefer in der Glasschmelze befinden, beispielsweise in einer Höhe der Glasschmelze von 1/5 bis 4/5 der Gesamttiefe der Glasschmelze oder auch zwischen 1/3 und 2/3 dieser Tiefe ab Sohle.
Es war zu entnehmen, dass es das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, Kunststoffe in Form von Verbundmaterialien, die insbesondere mit Glas verbunden sind, wiederzuverwerten, wobei diese Kunststoffe teilweise als Brennstoffe dienen. Weiterhin ist es vorteilhafterweise möglich, den für den Schmelzvorgang durch Tauchbrenner erforderlichen Brennstoff in Form eines festen Brennstoffs (organische Materialien vom Typ Polymer und Kohle) oder auch in Form eines flüssigen Brennstoffs einzuleiten, wobei dieser Brennstoff wenigstens teilweise die (insbesondere fossilen) flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe ersetzt, mit welchen die Brenner versorgt werden. Ganz allgemein ist die Bezeichnung "Glasausgangsstoffe" oder "Glasrohstoffe", die in diesem Dokument verwendet wird, darauf gerichtet, dass sie die Stoffe, die erforderlich sind, um eine Glasmatrix (oder Keramik- bzw. Glaskeramikmatrix) zu erhalten, aber auch alle Additive (beispielsweise Läuterungsmittel), alle möglichen flüssigen oder festen Brennstoffe (beispielsweise Kunststoff, gegebenenfalls in einem Verbundmaterial, organische Stoffe und Kohle) und einen beliebigen Typ von Glasbruch umfasst.
So können auch Verbundglasscheiben mit Folien aus einem Polymer vom Typ Polyvinylbutyral wie Frontscheiben, mit denen Fahrzeuge ausgestattet sind, oder beliebige andere Typen von Verbundmaterialien, in welchen Glas und Kunststoffe miteinander verbunden sind, wie bestimmte Flaschen, wiederverwertet werden.
So können auch Glasscheiben, die mit metallhaltigen Beschichtungen funktionalisiert sind, wiederverwertet werden, die bisher schwierig zu rezirkulieren waren, da die Gefahr einer fortschreitenden Anreicherung der Schmelzkammer mit Metallen, die sich auf der Sohle ansammeln, bestand. Der von dem erfindungsgemäßen Schmelzvorgang erzwungene Rührvorgang erlaubt es jedoch, dieses Absetzen zu verhindern und somit beispielsweise Glasscheiben, die mit Emailschichten, Metallschichten und/oder verschiedenen Anschlusselementen überzogen sind, wiederzuverwerten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einem hohen Anteil an Glasbruch durchgeführt werden.
Wie weiter oben erwähnt, erfolgt somit die mögliche Läuterung mit schmelzenden Glasausgangsstoffen vom Typ Glas in einem relativ schaumförmigen Zustand. Typischerweise besitzt dieser "Schaum" eine Dichte von etwa 0,5 bis 2 g/cm³ und insbesondere beispielsweise von 1 bis 2 g/cm³ (dies ist mit einer Dichte von etwa 2,3 oder 2,4 g/cm³ bei einer nicht schaumförmigen Glasschmelze zu vergleichen) und kann einen Sulfatanteil von höchstens 600 oder sogar höchstens 100 ppm in Gewichtsanteilen angegebenem SO₃ und vor allem eine Mehrzahl von Bläschen mit einem Durchmesser von mindestens 100 oder 200 μm enthalten.
Zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der möglichen Läuterung werden vorzugsweise den Glasausgangsstoffen verschiedene Läuterungsmittel zugegeben, wobei das Ziel insbesondere darin besteht, aus dem Glas die Bläschen mit einem Durchmesser von kleiner als 100 μm und sogar kleiner als 200 μm nach dem Schmelzvorgang zu entfernen, wie weiter oben erläutert worden ist. Dabei kann es sich um Redukti onsmittel wie Koks (der es auch erlaubt, den Redoxzustand des Glases einzustellen) handeln. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Kokspulver mit einer mittleren Korngröße von kleiner als 200 μm zu wählen. Es kann sich auch um Sulfate handeln. Andere Läuterungsmittel werden eher in der eigentlichen Läuterung nach dem Schmelzvorgang wirksam sein. Sie erlauben es insbesondere, den Schaum zu "destabilisieren", wobei es sich beispielsweise um Fluor, eine Fluor- bzw. Chlorverbindung und allgemeiner Halogenverbindung oder auch um ein Nitrat vom Typ NaNO₃ handelt, wobei durch das Fluor (Halogen) die Viskosität der Glasschmelze gesenkt wird und es somit erlaubt, das Ablaufen der Filme, die sich zwischen den Bläschen bilden, zu erleichtern, wodurch das Zusammensinken des Schaums begünstigt wird. Es senkt auch die Oberflächenspannung der Glasschmelze.
Vorteilhafterweise erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, das Schmelzen bei Temperaturen, die 1 400 °C, insbesondere höchstens 1 380 °C oder 1 350 °C, nicht überschreiten, und die Läuterung bei Temperaturen, die 1 500 °C nicht überschreiten, durchzuführen.
Die mögliche Läuterung kann entsprechend einer ersten Abwandlung in mindestens einem statischen Abteil (das im Betrieb unbeweglich ist) vom Typ Fließkanal stromabwärts von der Schmelzkammer durchgeführt werden, das mit einem oder mehreren Mitteln versehen ist, um die geschmolzenen Glasrohstoffe zu zwingen, sich in einer dünnen Schicht, insbesondere über eine Tiefe von höchstens 15 cm oder höchstens 10 cm, läutern zu lassen. Diese(s) Mittel kann (können) auch vorteilhafterweise dazu beitragen, die Bildung eines Glasschmelze-Rückstroms in der geschmolzenen Masse aus Glasrohstoffen, die in das (die) Abteile) fließt, zu verhindern. Dabei bezieht sich "Rückstrom" auf die konvektiven Rückströme, die in den Glasrohstoffen in den meisten herkömmlichen Läuterungsabteilen auftreten. Wegen näherer Einzelheiten zu einer Art und Weise der Unterdrückung dieses Rückstroms und den damit verbundenen Vorteilen kann man sich vorteilhafterweise beispielsweise aus dem Patent EP-616 983 unterrichten.
Dabei hat es sich gezeigt, dass ein sehr großer Vorteil, der mit einem Fließen in einer dünnen Schicht verbunden ist, darin besteht, dass ein Rückstrom verhindert werden kann, indem im Läuterungsabteil eine Kolbenströmung herrscht. In einer Kolbenströmung haben die geschmolzenen Stoffe keine nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente mehr, und die Bläschen, die dazu neigen, zur Oberfläche der Glasschmelze aufzusteigen, haben keinen Zwang mehr, erneut in die Schmelze durch eine Kraft "zurückzutauchen", die von konvektiven Rückströmen verursacht wird, die aber jetzt nicht mehr vorhanden sind.
Entsprechend einer zweiten erfindungsgemäßen Abwandlung wird die mögliche Läuterung in einer dünnen Schicht entweder in der Schmelzkammer selbst oder in mindestens einem statischen Abteil, das sich stromabwärts von dieser befindet, durchgeführt, wobei den geschmolzenen Glasrohstoffen von der Schwerkraft ein absteigender Weg zwischen mindestens zwei einander benachbarten Wänden, die im Wesentlichen zueinander parallel stehen und wenigstens teilweise in die geschmolzene Masse eintauchen und in Bezug auf die Sohle der Kammer oder des Schmelzabteils geneigt sind (oder, anders ausgedrückt, in Ebenen geneigt sind, die im Wesentlichen zueinander parallel stehen und in Bezug auf die Längsachse der Schmelzkammer oder des betreffenden stromabwärtigen Abteils geneigt sind), verliehen wird. Vorteilhafterweise können diese Wände in ein oder mehrere Strukturelemente wie röhrenförmige Elemente, insbesondere mit etwa rechtwinkligem Querschnitt, integriert werden, die längs unterteilt sind (durch eine Vielzahl von Trennwänden), wodurch eine Läuterung erreicht wird, indem eine Vielzahl dünner zu läuternder Glasschichten gebildet wird, die entlang der "Lamellen" fließen, die von diesen Wänden gebildet werden, wobei die Art und Weise der Läuterung im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert wird.
Entsprechend einer dritten erfindungsgemäßen Abwandlung wird die mögliche Läuterung stromabwärts von der Schmelzkammer durchgeführt, aber in einem Abteil, das in der Lage ist, gedreht zu werden, um die Läuterung durch Zentrifugieren sicherzustellen, wobei dieses Abteil außerdem mit einem oder mehreren Mitteln versehen ist, um die geschmolzenen Glasausgangsstoffe zu zwingen, sich in einer dün nen Schicht über eine "relative Dicke" R1/R0 von mindestens 0,8 oder, in Absolutwerten, über eine "absolute Dicke" von höchstens 10 cm läutern zu lassen.
Dabei ist erfindungsgemäß unter dem Verhältnis von R1/R0 Folgendes zu verstehen: R0 ist der mittlere Radius des im Wesentlichen zylindrischen Hohlraums, den das Abteil begrenzt und in welchem die geschmolzenen Ausgangsstoffe fließen, und R1 ist der mittlere Radius der Trennmittel, die in diesen Hohlraum eingebaut worden sind, um den geschmolzenen Ausgangsstoffen einen Weg zwischen den Innenwänden des Hohlraums und den Trennmitteln aufzuzwingen.
Eine vierte erfindungsgemäße Abwandlung besteht darin, die beiden vorhergehenden miteinander zu kombinieren, insbesondere indem für die Läuterung ein statisches erstes Abteil und anschließend ein sich drehendes zweites Abteil verwendet wird.
(Erfindungsgemäß ist unter den Begriffen "stromaufwärts" und "stromabwärts" die Strömungsrichtung der Glasschmelze in der Vorrichtung von der Beschickung der Glasausgangsstoffe in der Schmelzkammer bis zum Abziehen des geläuterten Glases zu verstehen.)
Das erfindungsgemäße Schmelzverfahren erlaubt die Herstellung von Gläsern mit ganz verschiedenen Zusammensetzungen und Eigenschaften. Aufgrund seiner geringen Trägheit erlaubt es es weiterhin, von einer Zusammensetzung zur nächsten mit einer sehr kurzen Übergangszeit überzugehen. Wenn eine Läuterung durchgeführt wird, so erlaubt sie es, Vorrichtungen zur Formung von Flachglas, Hohlglas, Glaswolle oder Verstärkungsglasfäden mit geläuterter Glasschmelze zu versorgen.
Es erlaubt so die Herstellung relativ reduzierter Gläser, die insbesondere einen Redoxgrad von höher als oder gleich 0,3 besitzen. (Der Redoxgrad wird als Verhältnis des Gehaltes an Eisen(II)-oxid, FeO, zum Gehalt an Gesamteisen, angegeben in Form von Fe₂O₃, der Zusammensetzung in Gewichtsprozent definiert.) Es erlaubt auch die Herstellung von Gläsern mit einem hohen SiO₂-Anteil, beispielsweise von mindestens 72 Gew.-% oder sogar mindestens 75 Gew.-%, von Gläsern, die im Allgemeinen schwierig zu erschmelzen, aber interessant sind, insbesondere was die Kosten der Glasrohstoffe betrifft, aufgrund der Tatsache, dass sie eine geringe Dichte haben und eine sehr gute Verträglichkeit mit plastischen Materialien besitzen. Es erlaubt auch die Herstellung von recht speziellen Gläsern mit einem hohen Anteil an Erdalkalioxiden von beispielsweise mindestens 18 Gew.-% CaO, die daher bei herkömmlichen Schmelzverfahren mit höherer Temperatur als in der Erfindung recht korrosiv sind, sowie von Gläsern mit einem niedrigen Natriumoxidgehalt von höchstens beispielsweise 11 Gew.-% oder mit einem niedrigen Sulfatanteil von beispielsweise höchstens 600 ppm. Eisenhaltige Gläser mit einem hohen Redoxgrad, aber einem niedrigen Sulfatgehalt erlauben auch die Herstellung von Gläsern mit einer blauen Restfärbung, die besonders ästhetisch wirken und auf dem Gebiet der Flachglasindustrie beispielsweise für den Automobilbau und das Bauwesen erwünscht sind. So können sehr selektive Sonnenschutzgläser erhalten werden, auf welchen Sonnenschutzschichten aufgebracht werden können, um die thermische Leistungsfähigkeit zu erhöhen, beispielsweise vom Typ TiN, Schichten, die insbesondere in den Patenten EP-638 528 und EP-511 911 beschrieben worden sind.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Schmelzvorrichtung und gegebenenfalls eine Läuterungsvorrichtung verwendet werden, die:

– mindestens eine Schmelzkammer, die mit Brennern ausgerüstet ist, die mit einem oder mehreren fossilen Brennstoffen vom Typ (natürliches) Gas und mit einem oder mehreren Verbrennungsmitteln vom Typ Luft oder Sauerstoff versorgt werden und derart angeordnet sind, dass diese Gase oder die durch die Verbrennung entstehenden Gase unter den Spiegel der Masse aus Glasausgangsstoffen in diese Schmelzkammer geleitet werden, und gegebenenfalls
– Mittel, um die geschmolzenen Glasausgangsstoffe zu zwingen, sich in Form einer "dünnen Schicht" läutern zu lassen, wobei diese Mittel in der Schmelz kammer selbst oder in mindestens einem Läuterungsabteil stromabwärts davon enthalten sind,

Vorteilhafterweise kann, wie weiter oben erläutert, die Schmelzkammer mit mindestens einem Mittel für die Zufuhr der Glasausgangsstoffe unter den Spiegel der Glasschmelze ausgestattet sein, insbesondere mit mindestens zwei, und vorzugsweise in Form von einer oder mehreren Öffnungen in den Wänden, die mit einem Zufuhrmittel vom Typ einer Endlosschnecke verbunden ist (sind). Dadurch wird die Gefahr der Staubbildung minimiert, wobei gegebenenfalls auch eine Zufuhr über der Glasschmelze von Glasausgangsstoffen wie Siliciumdioxid vorgesehen wird, die zuvor vorerwärmt werden können, ohne dass die Gefahr einer Massezunahme besteht.
Die Erfindung betrifft auch Verbesserungen der Konstruktion, welche die Wände der Schmelzkammer betreffen, die vorgesehen sind, mit der Glasschmelze in Berührung zu kommen. Dabei sind mehrere Varianten möglich. In einigen Fällen können einfach bekannte feuerfeste Materialien auf der Basis eines Oxids wie Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid und Chromoxid, die AZS (Aluminiumoxid-Zirconiumdioxid-Siliciumdioxid) genannten Feuerfestmaterialien, verwendet werden. Allgemein ist es bevorzugt, sie mit einem System der Kühlung durch Durchfluss eines Fluids vom Typ Wasser ("water-jacket" bzw. Kühlung durch einen Wassermantel) zu verbinden. Es kann vorgesehen werden, den Wassermantel auf der Außenseite – die Feuerfestmaterialien befinden sich dann direkt mit der Glasschmelze in Berührung – oder auf der Innenseite anzuordnen. Der Wassermantel hat dann die Aufgabe, einen weniger heißen Glasstrom in der Nähe der Feuerfestmaterialien zu erzeugen, die in diesem Zusammenhang besonders beansprucht werden, da die von den Tauchbrennern erzeugte Glasschmelze starke Konvektionsströme gegen die Wände verursacht.
Eine weitere Variante besteht darin, in dem Bereich der Glasschmelze keine Feuerfestmaterialien zu verwenden, sondern ausschließlich den zuvor beschriebenen Wassermantel.
Eine andere Abwandlung besteht darin, Feuerfestmaterialien zu verwenden (gegebenenfalls zusammen mit einem Kühlsystem wie einem Wassermantel) und sie durch eine Verkleidung aus einem sehr feuerfesten Metall wie Molybdän (oder Mo-Legierung) zu verstärken. Diese Verstärkung kann vorteilhafterweise mit einem Abstand (beispielsweise 1 bis einige Millimeter) von den feuerfesten Wänden gehalten werden und bietet der Glasschmelze eine kontinuierliche Kontaktfläche (volle Mo-Platte(n) oder diskontinuierliche Kontaktfläche (mit Öffnungen durchbohrte Mo-Platte(en)). Diese Verstärkung hat die Aufgabe, eine direkte Konvektion der Glasschmelze auf den Feuerfestmaterialien mechanisch zu verhindern, indem sie entlang der Feuerfestmaterialien eine "ruhige" Glasschicht erzeugt, und sogar jeden Kontakt der Glasschmelze mit diesen zu verhindern.
Für die Schmelzkammer sind vorzugsweise ganz oder teilweise Brenner konstruiert, die derart eintauchen, dass sie in die Glasschmelze ein Fluid einleiten können, das nicht am Verbrennungsvorgang teilnimmt, wobei es das Verbrennungsmittel und/oder den Brennstoff (zeitweise) ersetzt. Dieses Fluid kann ein Inertgas vom Typ N₂ oder ein Kühlfluid vom Typ flüssiges Wasser, das sofort in der Glasschmelze verdampft, sein. Die Tatsache, dass so der Verbrennungsvorgang zeitweilig unterbrochen wird, wobei weiterhin ein Fluid vom Brenner eingeleitet wird, hat im Allgemeinen zwei Ziele: Entweder es soll der Betrieb des Brenners und allgemeiner beispielsweise der Schmelzkammer insgesamt unterbrochen werden, wobei es die Einleitung eines Inertgases vom Typ N₂ erlaubt, die Kammer auf Höhe der Brenner zu sichern, oder es soll der Brenner gegen einen anderen ausgetauscht werden, während die anderen Brenner weiter betrieben werden, das alles in Gegenwart einer Glasschmelze. In diesem Fall erlaubt, wie weiter unten näher erläutert werden wird, das geeignete Einspritzen von Wasser durch den Brenner, das Glas über dem Brenner zeitweilig erstarren zu lassen, indem eine Art "Glocke" gebildet wird, was eine Zeitspanne schafft, die ausreicht, den Brenner auszutauschen, ohne dass dieser "verglast".
Gemäß der weiter oben beschriebenen ersten Abwandlung ist das mögliche Läuterungsabteil statisch. Es enthält einen Fließkanal, der einen Kanal und eine Decke umfasst. Die Mittel, durch welche die geschmolzenen Glasausgangsstoffe gezwungen werden, sich in dem Kanal in einer dünnen Schicht, insbesondere über eine Tiefe von weniger als 15 cm, läutern zu lassen, erzeugen so eine Kolbenströmung, sind beispielsweise in einer strukturellen Größenordnung und schließen die geeignete Auswahl des Verhältnisses von mittlerer Höhe zu mittlerer Breite des Kanals, ein Verhältnis von kleiner als 1 und sogar kleiner als 0,5, ein.
Dieser Kanal kann kumulativ oder alternativ zu den vorhergehenden Mitteln Mittel, um die Glasausgangsstoffe zu zwingen, sich in einer dünnen Schicht läutern zu lassen, in Form von Mitteln zur Regelung/Regulierung des Durchflusses der Ausgangsstoffe am Eingang und/oder Ausgang des Kanals oder unmittelbar stromaufwärts von diesem umfassen.
Dieser Kanal kann kumulativ oder alternativ zu den vorhergehenden Mitteln weitere Mittel zum Läutern in einer dünnen Schicht in Kolbenströmung umfassen. Im Allgemeinen bestehen diese Mittel darin, den Stoffdurchfluss im Läuterungsabteil und die von der Glasschmelze eingenommene Fläche im Schmelzabteil derart zu berücksichtigen, dass die Tiefe ermittelt wird, die ausreichend klein ist, um eine dünne Schicht mit Kolbenströmung zu erhalten. Der Kanal kann weiterhin mit Beheizungsmitteln, insbesondere herkömmlichen Brennern, die über den Glasausgangsstoffen angeordnet sind, vorzugsweise Sauerstoffbrennern, ausgerüstet sein.
Der Kanal kann auch mit Mitteln zur Homogenisierung der Glasausgangsstoffe, beispielsweise vom Typ mechanische Rührer, versehen sein.
Gemäß der zweiten Abwandlung enthält die Schmelzkammer oder das stromabwärts davon befindliche Läuterungsabteil mindestens ein strukturelles Mittel zur Läute rung in einer dünnen Schicht in Form von mindestens zwei im Wesentlichen zueinander parallelen benachbarten Wänden, die vorgesehen sind, wenigstens teilweise in die zu läuternde Masse einzutauchen und zur Sohle der Kammer oder des Abteils geneigt sind. Vorzugsweise sind diese Wände in ein oder mehrere wie weiter oben beschriebene rohrförmige Elemente integriert. Vorteilhafterweise sind diese in der Schmelzkammer angeordnet und münden in die Abzugsöffnung stromabwärts von dieser Kammer.
Gemäß der dritten Variante enthält das mögliche Läuterungsabteil mindestens eine Einrichtung, die in der Lage ist, in Umdrehung versetzt zu werden, um das Läutern durch Zentrifugieren sicherzustellen, wobei die Innenwände dieser Einrichtung wenigstens in ihrem Teil im Wesentlichen die Form eines vertikalen Hohlzylinders begrenzen.
Um die Glasausgangsstoffe zu zwingen, in einer dünnen Schicht in dieser zentrifugierenden Einrichtung zu fließen, kann ihr Hohlraum vorteilhafterweise mit einer oder mehreren Trennwänden in mindestens einem Teil ihrer Höhe ausgerüstet werden, welche die geschmolzenen Ausgangsstoffe zwingen, zwischen den Innenwänden dieser Einrichtung und diesen Trennwänden zu fließen, wobei der mittlere Abstand Wände/Trennwände die "Dicke" der dünnen Schicht definiert. Dabei wird verhindert, dass sich das parabolische Profil bildet, das natürlicherweise von der Glasschmelze angenommen wird, wenn sie "frei" zentrifugiert wird, d.h. ausschließlich von den zylindrischen Außenwänden eingeschlossen ist. Im Gegensatz dazu wird sie gezwungen, entlang der Wände dieser Einrichtung und der Trennwände zu fließen, die im Gehäuse der Zentrifuge angeordnet worden sind, über eine Dicke, die über die Höhe der Zentrifuge relativ konstant und deutlich kleiner ist, als wenn man es zulassen würde, dass sich das zuvor genannte parabolische Profil aufbaut. Es wird so beträchtlich an Effizienz gewonnen, die Bläschen zerplatzen durch die Zentripetalkraft viel schneller an den Zwischenwänden und der Weg der Bläschen ist viel kürzer. Man kann, wie in der statischen Variante, von einer Kolbenströmung sprechen. Diese erlaubt es, die Höhe der Zentrifuge und deren Größe zu verkleinern, wobei dieselbe Leistungsfähigkeit erhalten bleibt. Vorzugsweise beträgt der Abstand Trennwände/Wände höchstens einige Zentimeter oder er wird definiert von dem weiter oben erläuterten Verhältnis von R1/R0 von mindestens 0,8.
Gemäß einer bevorzugten Konstruktion wird diese Einrichtung im oberen Teil mit geschmolzenen Glasausgangsstoffen von einem statischen Zufuhrmittel vom Typ eines Fließkanals versorgt. Diese Zufuhrmittel können wenigstens ein Abteil umfassen, das unter Unterdruck gesetzt worden ist, um die Zufuhr zur Einrichtung zu erlauben, und/oder eine erste Läuterung durchzuführen.
Die Einrichtung kann vorteilhafterweise mit Mitteln zum Einfangen von festen Teilchen mit einer Dichte, die größer als diejenige des Glases ist, versehen werden, wobei diese Mittel insbesondere im unteren Bereich und in Form von Vertiefungen/Nuten, die in ihren Innenwänden angebracht sind, lokalisiert sind. Vorzugsweise wird die Umdrehungsgeschwindigkeit der Vorrichtung auf zwischen 100 und 1 500 Umdrehungen pro Minute gewählt.
Die Einrichtung kann auch mit mechanischen Mitteln versehen sein, die feststehend sind oder ihrer Rotation folgen, und in der Lage sind, den Schaum zu schneiden und ihn von oben nach unten zu befördern, zu dem unteren Bereich des Apparates, aus welchem die geläuterte Schmelze abgezogen wird. Diese Mittel haben insbesondere die Form von durchbohrten Ablenkeinrichtungen und von Flügeln, die im oberen Bereich dieser Einrichtung angeordnet sind.
Die Vorrichtung, welche die Durchführung der Erfindung erlaubt, wird anschließend anhand von drei Ausführungsformen näher erläutert, die in folgenden Figuren veranschaulicht sind, wobei
1 eine schematische Schmelz-/Läuterungsanlage, in welcher eine statische Läuterungsvorrichtung verwendet wird,
2 eine schematische Schmelz-/Läuterungsanlage, in welcher eine Vorrichtung zur Läuterung durch Zentrifugieren verwendet wird,
3 eine vergrößerte Ansicht der Läuterungsvorrichtung der Anlage von 2,
4 eine schematische Schmelz-/Läuterungsanlage, in welcher eine Läuterung durch Lamellen in der Schmelzkammer verwendet wird, und
5 einen schematischen Querschnitt durch einen Tauchbrenner, mit welchem die Schmelzkammer der Anlagen der vorhergehenden Figuren ausgerüstet ist, zeigt.
Diese Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht und aus Gründen der Verdeutlichung stark vereinfacht.
Die zuvor beschriebenen Vorrichtungen sind geeignet, um Gläser mit ganz unterschiedlichen Zusammensetzungen zu erschmelzen, hier Glasschmelzen, die vorgesehen sind, eine Floatglasanlage zur Herstellung von Flachglas zu versorgen. Diese Anwendung ist jedoch nur beispielhaft. Diese Gläser können auch insbesondere Werkzeuge für die Formgebung von Hohlglas oder Werkzeuge für das Faserspinnen vom Typ Innenzentrifugen versorgen.
Außerdem sind selbstverständlich alle Standardgläser vom Typ Kalk-Natron-Silicatglas und verschiedene Typen von Spezialgläsern für eine Herstellung mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen besonders interessant, insbesondere diejenigen, die bisher als schwierig zu erschmelzen angesehen wurden:

– Gläser mit niedrigem Na₂O-Gehalt und relativ hohem Gehalt an Erdalkalimetalloxiden, insbesondere CaO, die ökonomisch vorteilhaft sind, was die Kosten der Glasrohstoffe betrifft, aber auch bei herkömmlichen Schmelztemperaturen korrosiv und durch herkömmliche Verfahren relativ schwierig zu erschmelzen sind. Dabei kann es sich um Glaszusammensetzungen handeln, die beispielsweise in dem Patent FR 97/08261 vom 1. Juli 1997 beschrieben worden sind, wie diejenigen (in Gew.-%):
oder auch Zusammensetzungen des Typs (in Gew.-%):

Ein Beispiel, das diese Familie von Zusammensetzungen erläutert, ist folgendes:

SiO₂ 69 %

Al₂O₃ 1 %

Fe₂O₃ 0,1 %

CaO 18,9 %

MgO 5 %

Na₂O 5,6 %

K₂O 0,3%

SO₃ Spuren.
Dieses Glas besitzt eine auch "strain point" genannte untere Kühlungstemperatur von 590 °C (Temperatur, bei welcher das Glas eine Viskosität von 1 014,5 Poise hat). Es hat auch eine Liquidustemperatur von 1 225 °C, eine Temperatur T(log2) von 1 431 °C und eine Temperatur T(log3,5) von 1 140 °C [T log(2) und T log(3,5) entsprechen den Temperaturen, die das Glas hat, wenn es in Poise angegeben eine Viskosität von log2 bzw. log3,5 hat]. Es hat feuerwiderstandsfähige Eigenschaften, die aus seinem hohen Erweichungspunkt von über 800 °C resultieren, und Eigenschaften, die aufgrund seines hohen "strain point" für eine Verwendung in Plasmabildschirmen geeignet sind.

– Gläser mit hohem Siliciumdioxidanteil, die auch ökonomisch interessant sind, mit einer relativ geringen Dichte, deren Zusammensetzungsbereich in Gew.-% folgender ist:
und gegebenenfalls farbgebende Oxide, Oxide von beispielsweise Ni, Cr und Co.

Ein Beispiel, das diese Zusammensetzungsfamilie erläutert, ist folgendes:

SiO₂ 76,4 %

Fe₂O₃ 0,1 %

Al₂O₃ 0,1 %

CaO 7,6 %

MgO 5 %

Na₂O 10 %

K₂O 0,3 %.
Es hat eine Dichte von etwa 2,46 (zu vergleichen mit einer Dichte von 2,52 des Standard-Kalk-Natron-Silicatglases vom Typ "Planilux", das von Saint-Gobain Vitrage vertrieben wird).

– Weiter oben war auch zu entnehmen, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren reduzierte Gläser erhalten werden können, deren hoher Redoxgrad, Eisengehalt und geringer Sulfatgehalt die Herstellung von Gläsern mit blauer Färbung erlaubt.
– Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auch Gläser hergestellt werden, deren Anteil an Alkalimetalloxiden vom Typ Na₂O Null oder fast gleich Null ist, insbesondere für feuerwiderstandsfähige Glasscheiben oder für Substrate, die in der Elektronikindustrie verwendet werden. Über solche Zusammensetzungen kann man sich insbesondere aus den Patenten EP-526 272 und EP-576 362 unterrichten.

Weitere Gläser, insbesondere mit einem niedrigen MgO-Gehalt vom Typ derjenigen, die in den Patenten EP-688 741 und WO 96/00194 beschrieben sind, können ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden.
Eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform ist in 1 gezeigt: Ein Kanal 1 erlaubt gleichzeitig das Füllen der Glasausgangsstoffe in die Schmelzkammer 2 durch die Decke 3 und den Abzug der Verbrennungsgase. Diese Verbrennungsgase heizen die Glasausgangsstoffe vor, wodurch ihre Wärmeenergie zurückgewonnen wird.
Die Glasausgangsstoffe, die so oberhalb der Glasschmelze 7 zugeführt werden können, umfassen insbesondere Siliciumdioxid, das in der Lage ist, sich vorerwärmen zu lassen, ohne an Masse zuzunehmen. Der Rest der Glasrohstoffe wird an mindestens einem Punkt 1' zugeführt, der sich unter dem Spiegel der Glasschmelze 7 befindet, insbesondere über eine Öffnung, die von einer Endlosschnecke versorgt wird. Hier ist nur ein Zufuhrpunkt gezeigt, außerdem eher relativ hoch in Bezug auf die Gesamthöhe B der Glasschmelze von etwa 2/3 dieser Höhe und über die Vorderwand der Kammer.
Es können mehrere Zufuhrpunkte in den Wänden (Vorderwände oder Seitenwände) in derselben Höhe oder auch nicht vorgesehen werden, insbesondere entweder in der oberen Hälfte oder in der unteren Hälfte dieser Höhe B, beispielsweise zwischen 1/3 und 2/3 dieser Höhe. Diese Zufuhr direkt in die Glasschmelze erlaubt es, den Anteil von herumfliegenden Stoffen (Emissionen aus festem Staub) oberhalb der Glasschmelze stark zu verringern. Außerdem erlaubt es diese Gestaltung, die Glasrohstoffe dorthin zu leiten, wo die konvektive Durchmischung am stärksten ist, und/oder sie ergreift, damit diese Glasrohstoffe mindestens einen minimalen Zeitraum lang in der Kammer 2 verbleiben, insbesondere bevor sie in die mögliche Läuterungszone gelangen.
Die Sohle 4 der Kammer ist mit Reihen von Brennern 5 ausgerüstet, die durch sie hindurchgehen und über eine kurze Höhe in die Schmelzkammer hineinragen. Die Brenner 5 sind vorzugsweise mit nicht dargestellten Kühlmitteln vom Typ Wassermantel versehen. Die Brenner 5 unterhalten bei Betrieb die Verbrennungsvorgänge in den Zonen 6 und erzeugen in ihrer Nähe Konvektionsströme in den Glasausgangsstoffen während der Verflüssigung. Durch dieses konvektive Umrühren wird ein Schaum erzeugt, der die Wärmeenergie in der gesamten Glasschmelze 7 überträgt. Der Schmelzvorgang erfolgt vorzugsweise bei 1 350 °C, beispielsweise für ein Standardglas aus der Gruppe der Natron-Kalk-Silicatgläser.
Die Wände der Kammer 2, die sich mit der Glasschmelze 7 in Berührung befinden, bestehen hier aus einem feuerfesten Material, das auf der Außenseite von einem Kühlsystem vom Typ Wassermantel (nicht dargestellt) gekühlt wird. Eine Abwandlung besteht darin, dass sich dieses Kühlsystem mit den Metallwänden an den Feuerfestmaterialien, aber auf der Innenseite, und deshalb mit der Glasschmelze in Berührung befindet. Diese zwei Abwandlungen erlauben es, durch oberflächliche Kühlung der Glasschmelze in der Nähe der Wände aus Feuerfestmaterialien deren Verschleiß zu verlangsamen.
Die Arbeitsweise der Brenner 5 ist an das Tauchschmelzen angepasst, wie sehr schematisch in 5 gezeigt. In 5a ist ein Längsschnitt durch einen Brenner 5 und in 5b ein Querschnitt durch die Ebene AA', die in 5a angegeben ist, gezeigt. Der Brenner wird von einem Kühlsystem 60 vom Typ Wassermantel und einer mittigen Leitung 61 verstärkt, um welche konzentrisch eine Vielzahl von Leitungen 62 angeordnet ist, wobei alle diese Leitungen mit zylindrischem Querschnitt in die Brenneröffnung 63 münden.
Bei Normalbetrieb (Funktionsweise [a]) wird die Leitung 61 mit einem brennbaren Gas vom Typ natürliches Gas (bzw. einem anderen brennbaren Gas oder Heizöl), und die Leitungen 62 werden mit einem Verbrennungsmittel, hier beispielsweise Sauerstoff, versorgt, wobei durch die Reaktion von CH₄/O₂ ein Verbrennungsvorgang in der Glasschmelze stattfindet.
Bei Sicherheitsbetrieb (Funktionsweise [b]), d.h., wenn der Verbrennungsvorgang im Brenner unterbrochen werden soll, ohne dass die Gefahr besteht, dass dieser vollständig "verglast", wird durch die Leitung 61 und/oder die Leitungen 62 Stickstoff geleitet.
Bei der Funktionsweise, die es erlaubt, den Brenner gegen einen anderen auszutauschen (Funktionsweise [c]), wird durch die Leitung 61 Wasser eingeleitet, das sofort im Brenner oder nach dessen Ausgang verdampft, wobei der Dampf eine Art Gewölbe aus abgekühltem Glas über dem Brenner erzeugt; es wird dann der Betrieb des Brenners unterbrochen und man hat dann genügend Zeit, den Austausch vorzunehmen, bevor das "Gewölbe" zusammensinkt. Das eingeleitete Wasser wird wenigstens teilweise im Brenner durch die Leitungen 62 zurückgewonnen (die Aufgaben der Leitungen 61 und 62) bei Betrieb können auch vertauscht werden). Es kann auch das Wasser durch ein beliebiges anderes Kühlfluid ersetzt werden, das in der Lage ist, die Glasschmelze erstarren zu lassen.
Der Brenner und seine weiter oben beschriebenen verschiedenen Funktionsweisen sind ein Gegenstand der Erfindung, unabhängig von dem globalen Schmelz- und möglichen Läuterungsvorgang, der in der Glasproduktionsanlage stattfindet.
Die nach dem Erschmelzen durch die Tauchbrenner entstandene schaumförmige Glasschmelze wird anschließend im unteren Teil durch den Kanal 8 abgezogen, der wahlweise mit einem nicht dargestellten Mittel zur Regelung des Durchflusses vom Typ eines Stempels versehen ist. So kann der Durchfluss der schaumförmigen Glasschmelze geregelt werden, die in das mögliche statische Läuterungsabteil gelangt. Dieses Abteil hat die Form eines Kanals 9, der von einer Rinne 10 und einer Decke 11 gebildet wird. Er ist mit Sauerstoffbrennern 12 ausgerüstet. Die Glasausgangsstoffe fließen in dem Kanal ohne einen Rückstrom über eine Höhe H von etwa 5 bis 10 cm. Diese Höhe wird derart geregelt, dass im Kanal 9 die gewünschte Kolbenströmung vorliegt, wobei die Dichte der geschmolzenen Ausgangsstoffe in der Schmelzkammer 2 und im Kanal 9 sowie die Höhe der Schmelze I1 und I2 in diesen beiden Zonen berücksichtigt werden. Um die gewünschte dünne Schicht zu erhalten, ist es erforderlich, das Niveau der Sohle 10 des Kanals 9 gegenüber demjenigen der Sohle 4 der Kammer 2 zu erhöhen.
Am Ausgang des Kanals 9 erlaubt eine eingetauchte Sperre 13, die über eine einstellbare Tiefe in die Glasschmelze eintaucht, den Durchfluss am Ausgang zu re geln; die geläuterte Glasschmelze fließt am Ende aus dem Kanal 9, um eine Formgebungsanlage, hier beispielsweise eine Floatglaswanne, zu speisen. Die Läuterung erfolgt somit über eine sehr kleine Glastiefe, was den Weg der Bläschen an die Oberfläche verkürzt (deren Aufstiegsgeschwindigkeit noch erhöht wird, wenn sie schon ganz überwiegend eine Größe von mindestens 200 μm haben), und diese durch die erhaltene Kolbenströmung daran gehindert werden, während ihres Aufstiegs in der Glasschmelze zurückzukehren.
In den 2 und 3 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt.
Der große Unterschied zu 1 besteht in der Art und Weise, auf welche die feuerfesten Wände der Kammer 2 geschützt werden. Hier wird in die Glasschmelze 7 eine Verstärkung aus feuerfestem Metall getaucht, die hier aus einer dünnen Molybdänwand 40 besteht, welche die Form des Hohlraums der Schmelzkammer angenommen hat und mit einem Abstand von einem bis einigen Millimetern von den Wänden aus Feuerfestmaterialien mittels geeigneter Keile gehalten wird, und/oder in die Glasschmelze von feuerfesten Wänden, die sich über der Glasschmelze befinden, oder von der Decke herabhängt.
Die Platte 40 ist mit Löchern, zunächst in dem horizontalen Bereich, der die Sohle 4 verstärkt, damit die Brenner 5 hindurchgeführt werden können, sowie in allen anderen Wänden mit einer gleichmäßigen Verteilung der Öffnungen durchbohrt, wobei durch diese Durchbohrungen der Kontakt Feuerfestmaterialien/Glasschmelze nicht verhindert wird, im Gegenteil, dadurch die Konvektionsbewegungen der Glasschmelze in der Nähe der Feuerfestmaterialien mechanisch unterbrochen werden und somit deren Verschleiß verlangsamt wird. Die Öffnungen 41 der Wände der Verstärkung 40, mit Ausnahme derjenigen, welche die Sohle verstärken, sind vorzugsweise zylindrisch und mit unterschiedlichen Abmessungen, diejenigen der Wand auf der Sohle müssen wenigstens Öffnungen 42 mit einer Größe enthalten, die ausreicht, damit die Brenner 5 hindurchpassen. Die Verstärkung 40 muss auch in großem Maße in ihrer Wand 43 durchbohrt sein, welche die Querwand nach der Kammer verstärkt, damit die Glasschmelze durch den Kanal 20 abgezogen werden kann. Dasselbe trifft auf den Bereich 1' der Zufuhr der Glasrohstoffe zu: Es gibt notwendigerweise eine Übereinstimmung in den Öffnungen, die in den feuerfesten Wänden und in der Verstärkung aus Molybdän angebracht worden sind.
Diese Mo-Verstärkung (mit dem angelsächsischen Begriff "Mo lining" bezeichnet) ist ihrerseits eine Erfindung, die besonders im Zusammenhang mit einer Schmelzkammer mit Tauchbrenner geeignet ist, unabhängig von der Art und Weise der möglichen anschließenden Läuterung. (Dasselbe trifft auf die Kühlung von der Außenseite oder der Glasseite der Feuerfestmaterialien zu, die in der vorhergehenden Figur veranschaulicht ist.)
Der andere Unterschied zu 1 besteht in der Art und Weise, auf welche die Glasschmelze aus der Schmelzkammer abgezogen wird. In 2 wird die Glasschmelze etwas "höher" durch eine Zufuhrleitung 20 abgezogen, die sich in einen horizontalen ersten Teil 20a, einen vertikalen zweiten Teil 20b und einen horizontalen dritten Teil 20c unterteilt, der die Zentrifuge 21 versorgt. Eine weitere Abwandlung besteht darin, dass die Glasschmelze aus der Schmelzkammer im oberen Teil, beispielsweise mittels einer eingetauchten Mündung, wie sie auf dem Gebiet der Glasindustrie bekannt ist, abgezogen wird.
3 konzentriert sich auf den horizontalen Bereich 20c des Zufuhrkanals für die schaumförmige Glasschmelze 20, die aus der Schmelzkammer 2 abgezogen wird und mit welcher die Trommel der Zentrifuge 21 über eine Leitung 20' versorgt wird. Die Zentrifuge 21 weist einen oberen Teil 22, der den Hals 35 umfasst, der mit zu läuternder Glasschmelze versorgt wird, und die Metallplatte 24 und einen unteren Teil 30, der sich unter der Metallplatte 24 befindet, auf. Es können nicht dargestellte Mittel vorgesehen werden, die dazu bestimmt sind, den Durchfluss der in die Zentrifuge gelangenden Glasschmelze zu regeln.
Die von dem Hals 35 in die Zentrifuge hinabfließende Glasschmelze wird in ihrem Fall von der Metallplatte 24 unterbrochen, die, indem sie mit dem oberen Teil der weiter unten beschriebenen Trennwand 34 verbunden ist, eine Art "Sammeltrom mel" bildet. Die Glasschmelze neigt unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft dazu, in die Zone 26 aufzusteigen und anschließend über die Trennwand 34 zu fließen; sie fließt so von der Zone 26 in die Zone 30 in Form einer dünnen Schicht, die von der Innenwand 33 der Zentrifuge 21 einerseits und von der Trennwand 34, die in dem Hohlraum der Zentrifuge angeordnet ist, andererseits eingeschlossen wird. Die Innenwand 33 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form mit dem Radius R0, und die Trennwand 34 umfasst einen zylindrischen Bereich 34a mit dem Radius R1, der im unteren Teil in der Zone 34b geschlossen ist. Die Trennwand 34 ist wie die Platte 24 mit nicht dargestellten Zentriermitteln versehen. Das parabolische Profil, das die Glasschmelze unter dem Einfluss der Zentrifuge hätte, wenn die Trennwand 34 nicht vorhanden wäre, ist schematisch gestrichelt dargestellt.
Die Trennwand 34 und die Platte 24 wenigstens in den vollständig in die Glasschmelze eintauchenden Teilen können vorteilhafterweise aus Molybdän bestehen.
Die äußere Verkleidung der Innenwand 33 des Gehäuses 21 der Zentrifuge kann aus elektrisch erschmolzenen Feuerfestmaterialien 32 bestehen, die eine Wärmeisolation 31 umfassen, die derart eingebaut ist, dass sie von der Zentrifugalkraft nicht zusammengedrückt wird. Weiterhin ist eine Vertiefung, eine Nut 28, vorgesehen, die den Weg der Innenwand des Teils 30 (oder diskontinuierlich) mitmacht und es erlaubt, die festen Teilchen vom Typ feuerfeste Einschlüsse einzufangen, deren Dichte größer als diejenige der Glasschmelze ist. Beim Läutern durch Zentrifugieren werden die festen Teilchen, die dichter als die Glasschmelze sind, auf die Wände geschleudert und in den Nuten 28 festgehalten, welche sie nicht mehr verlassen können. Die Bläschen, im Gegenteil, zerplatzen durch die Zentripetalkraft im Inneren des Gehäuses der Zentrifuge an der Trennwand 34. Schließlich wird aus dem tiefsten Bereich des Teils 30 die geläuterte Glasschmelze durch einen Kanal durch einen Aufnahmekopf 29 mit der näherungsweisen Form eines Trichters abgezogen. Unter Standardbetriebsbedingungen ist es nicht erforderlich, Mittel zum erneuten Erhitzen der Glasschmelze vorzusehen, und die Umdrehungsgeschwindigkeit kann etwa 700 Umdrehungen pro Minute und die Höhe h der Zentrifuge beispielsweise ein bis drei Meter betragen.
Eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform ist in 4 gezeigt, in welcher eine Schmelzkammer 2 dargestellt ist, die gleich derjenigen von 1 ist, die auch so schematisch ist und ein Läuterungssystem in mehreren dünnen Schichten enthält. Es handelt sich somit hier darum, den Schmelzvorgang und eine Läuterung in derselben Schmelzkammer durchzuführen, wobei die Glasschmelze im unteren Teil durch die Abzugsöffnung 8' zu einem Kanal 8 abgezogen wird, um direkt Werkzeuge zur Formgebung, insbesondere zum Ziehen von Mineralwolle oder Formgebung von Flaschen und Fläschchen zu versorgen (dieses Läuterungssystem kann auch in einem stromabwärtigen Abteil angeordnet werden). Das Prinzip einer solchen Läuterung ist folgendes: Es werden rohrförmige Elemente 50 aus Molybdän (oder Platin) verwendet, deren rechtwinkliger Querschnitt in 4d dargestellt ist. Diese Rohre werden von den Wänden 51 längsgeteilt, wodurch sich "Lamellen" 52 mit geringer Dicke bilden, die zu den Enden des Rohrs hin offen sind (beispielsweise 5 bis 30 Lamellen). Diese Rohre 50 werden in die Schmelze aus Glasausgangsstoffen getaucht (anschließend einfach als "Glasschmelze" bezeichnet) wie in den 4a (Längsschnitt durch die Schmelzkammer) und 4b (Vorderansicht dieser Kammer) dargestellt. Die zwei Rohre 50 sind über Seitenwände der Kammer miteinander verbunden, die beispielsweise an den Wänden befestigt sind, wobei sie auf Böden aus feuerfestem Material derart ruhen, dass sie mit einem Winkel α in Bezug auf die Sohle 4 geneigt sind, oder auch mit Achsen Y, die mit der Längsachse X des Ofens mit dem Winkel α konvergieren.
Diese zwei Rohre 50 werden so angeordnet, da sie leicht an den Ofenwänden befestigt werden können und sie einen ausreichenden Abstand von den Brennern haben. Diese Gestaltung erlaubt es, das Molybdän vor einer zu starken Erhitzung zu schützen, die in der Nähe der Brenner herrscht. Weiterhin ist es bevorzugt, dass diese Rohre vollständig eingetaucht sind, um ihre Oxidation an der Luft zu vermeiden, falls nicht, wäre eine Alternative, für eine nicht oxidierende Atmosphäre über der Glasschmelze zu sorgen (insbesondere eine N₂-Atmosphäre). Die zwei Rohre 50 münden in ein Sammelrohr 55, das die Abzugsöffnung 8 der Kammer versorgt.
Die Läuterung erfolgt auf folgende Weise: Die zu läuternde Glasschmelze gelangt in den Abschnitt der Rohre 50 im oberen Teil 53 und anschließend zwischen die Lamellen 52 mit einem durch einfache Schwerkraft abfallenden Weg, wie in 4c dargestellt, die einen Lamellentyp 52 zeigt. Die Geschwindigkeit der Glasschmelze zwischen diesen Lamellen 52 ist in der Mitte der Lamellen maximal und viel niedriger an den Wänden 53, 53', die sie einschließen. Die Bläschen 60 erreichen durch Aufstieg sehr schnell die obere Wand 53 der Lamelle 52 und trennen sich so von dem absteigenden Glasstrom, der durch den Pfeil in 4c dargestellt ist. Sie richten sich, ebenfalls durch das Aufsteigen, zum Eingang 66 des Rohrs 50 im Gegenstrom zu der Glasschmelze, während die von den Bläschen befreite Glasschmelze im oberen Teil 56 der Lamelle 52 ankommt und direkt über den Sammler 55 aus der Schmelzkammer abgezogen wird.
Das System ist umso effizienter, je geringer die Höhe h jeder Lamelle 52 und je größer die Oberfläche ist. Es ist besonders geeignet für einen Schmelzvorgang mit Tauchbrennern, der dazu neigt, Bläschen mit relativ großem Durchmesser zu erzeugen, die deshalb schnell entfernt werden können. Es können Anzahl, Höhe und aktive Oberfläche dieser Lamellen in Abhängigkeit von der Größe der zu entfernenden Bläschen, dem Ausstoß der Schmelzkammer und der Viskosität der Glasschmelze berechnet werden, insbesondere indem auch auf geeignete Weise ihre Länge und Neigungswinkel in Abhängigkeit von der Länge der Schmelzkammer (oder von dem stromabwärtigen Abteil, in welchem sie angeordnet sind) ausgewählt werden. Beispielhaft können bei einer Schmelzkammer, in welcher 200 Tonnen Glasschmelze pro Tag hergestellt werden, um alle Bläschen mit einem Durchmesser von über 250 Mikrometern zu beseitigen, die Rohre 50 Abmessungen von 400 mm × 520 mm × 6 550 mm haben und jeweils 20 Lamellen bei einer Ofenlänge von etwa 6 000 mm haben.
Eine Abwandlung dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht darin, Elemente mit ähnlichen Lamellen in einem stromabwärtigen Abteil anzuordnen.
In allen Fällen einer Läuterung (statisches oder Zentrifugenläuterungsabteil) ist zu sehen, dass die Größe der gegenwärtig zur Verfügung stehenden Schmelz-/Läuterungsvorrichtungen beträchtlich kompaktiert werden kann. Es besteht auch ein Interesse daran, den Glasausgangsstoffen Läuterungsmittel zuzusetzen, deren Aufgabe weiter oben beschrieben worden ist, insbesondere Koks mit kleiner Korngröße, Sulfat, Nitrat, Fluor oder Chlor.
(Sowohl bei dem Schmelzabteil als auch bei dem Läuterungsabteil kann das Molybdän durch Platin ersetzt werden.)
Es kann vorteilhafterweise die erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schmelzvorgangs mit Tauchbrennern angewendet werden, ohne zusätzlich eine Läuterung im üblichen Wortsinn durchführen zu müssen. Dies kann der Fall auf dem Gebiet des Erspinnens von Fasern sein, wobei vorgesehen werden kann, die Faserspinnmaschinen durch Innenzentrifugieren direkt mit der schaumförmigen Glasschmelze zu versorgen, die durch das Erschmelzen mit Tauchbrennern erhalten worden ist, wobei das durch dieses Faserspinnverfahren erzwungene Zentrifugieren de facto die Läuterung der Glasschmelze besorgt. Es kann auch vorgesehen werden, die nach dem Schmelzvorgang erhaltene schaumförmige Glasschmelze zu floaten, zu walzen oder direkt zu formen, um eine schaumförmige Glasschmelze herzustellen, die beispielsweise als Isoliermittel im Bauwesen verwendet werden kann.
Diese Art eines Schmelzvorgangs kann auch angewendet werden, um, wie weiter oben erwähnt, Glas/Metall- oder Glas/Kunststoff-Verbundmaterialien wiederzuverwerten, entweder, um ein verwendbares Glas oder um Bruchglas zu erzeugen, um einen herkömmlichen Glasschmelzofen damit zu versorgen (insbesondere mit dem Anteil dieser Verbundmaterialien in Bezug auf den Rest der traditionellen Glasrohstoffe).

Claims

Verfahren zum Schmelzen von Glasausgangsstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Schmelzen der Glasausgangsstoffe erforderliche Wärmeenergie ganz oder teilweise durch Verbrennung von einem oder mehreren fossilen Brennstoffen mit mindestens einem Verbrennungsgas bereitgestellt wird, wobei der (die) Brennstoff/Gase oder die aus der Verbrennung stammenden gasförmigen Produkte unter den Spiegel der Masse aus Glasausgangsstoffen (7) geleitet werden, und dass die Glasausgangsstoffe Glasrohstoffe und/oder Glasbruch und/oder vitrifizierbare Abfälle sowie flüssige und/oder feste Brennstoffe umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffe aus Kohle, Glas/Kunststoff-Verbundmaterialien wie Verbundglasscheiben oder mit Schlichte überzogene anorganische Fasern und organischen Materialien ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasausgangsstoffe Glas/Metall-Verbundmaterialien wie Glasscheiben, die mit einer metallischen Beschichtung und/oder mit Emailschichten und/oder mit Anschlusselementen versehen sind, umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsmittel auf der Basis von Luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft oder Sauerstoff ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen der Glasausgangsstoffe in mindestens einer Schmelzkammer (2) geschieht, die mit Brennern (5) ausgerüstet ist, welche durch ihre Seitenwände und/oder die Sohle (4) hindurchgehen und/oder an der Decke (3) oder an Überbauten derart aufgehängt sind, dass ihre Verbrennungsvorgänge (6) oder Verbrennungsgase sich in die Masse aus schmelzenden Glasausgangsstoffen (7) erstrecken.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsvorgänge (6), die von der Verbrennung des fossilen Brennstoffs mit dem (den) Verbrennungsgasen) verursacht werden, und/oder die aus dieser Verbrennung stammenden Gase durch Konvektion für das Durchmischen der Glasausgangsstoffe sorgen.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Masse aus Glasausgangsstoffen (7) in der Schmelzkammer (2) und die Höhe, bis zu welcher sich die die Verbrennungsvorgänge (6)/die aus der Verbrennung stammenden Gase erstrecken, eingestellt wird, damit die Brennstoffe/Verbrennungsgase in der Masse aus Glasausgangsstoffen bleiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schmelzen eine Stufe des Vorerhitzens der Glasausgangsstoffe auf höchsten 900 °C vorhergeht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasausgangsstoffe Läuterungsmittel, insbesondere Reduktionsmittel vom Typ Koks, vorzugsweise mit einer mittleren Korngröße von unter 200 μm, Sulfate oder Additive auf der Basis von Fluor, Chlor bzw. Nitraten wie NaNO₃ enthalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen bei höchstens 1400 °C, insbesondere höchstens 1380 oder 1350 °C, und das Läutern bei höchstens 1500 °C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Glasausgangsstoffe oder ein Teil davon unterhalb des Spiegels der Masse aus schmelzenden Glasausgangsstoffen in die Schmelzkammer (2) geleitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschmolzenen Glasausgangsstoffe eine Glasschmelze bilden, die schaumförmig ist.
Schmelzverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Schmelzvorgang die sich wenigstens teilweise in einer "dünnen Schicht" vollziehende Läuterung der Glasausgangsstoffe folgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuterung mit geschmolzenen Glasausgangsstoffen vom Typ schaumförmige Glasschmelze, die insbesondere ein spezifisches Gewicht von etwa 0,5 bis 2 g/cm³ besitzt, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuterung mit geschmolzenen Glasausgangsstoffen vom Typ schaumförmige Glasschmelze, die überwiegend Bläschen mit einem Durchmesser von mindestens 100 μm oder auch mindestens 200 μm enthält, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuterung in mindestens einem statischen Abteil durchgeführt wird, das sich nach der Schmelzkammer (2) befindet und vom Typ Überlaufkanal (9) und mit einem oder mehreren Mitteln versehen ist, um die geschmolzenen Glasausgangsstoffe zu zwingen, sich in einer dünnen Schicht, insbesondere über eine Tiefe von höchstens 15 cm und vorzugsweise höchstens 10 cm, mit einer Strömung vom Typ Kolbenströmung läutern zu lassen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass von dem (den) Mittel(n) die Bildung eines Glasrückstroms in die Masse aus geschmolzenen Glasausgangsstoffen, die in das (die) Abteile) (9) fließt, verhindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuterung in der Schmelzkammer (2) oder in mindestens einem Abteil, das nach dieser kommt, durchgeführt wird, indem den geschmolzenen Glasausgangsstoffen zwischen mindestens zwei benachbarten Wänden (53, 53'), die im Wesentlichen zueinander parallel stehen, wenigstens teilweise in die Masse aus geschmolzenen Glasausgangsstoffen eintauchen und zur Ebene der Sohle der Schmelzkammer oder des anschließenden Abteils geneigt sind, ein durch die Schwerkraft absteigender Weg aufgezwungen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände in mindestens ein längsgeteiltes Rohr (50) mit etwa rechtwinkligem Querschnitt integriert sind.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuterung in mindestens einem Abteil (21) durchgeführt wird, das sich nach der Schmelzkammer (2) befindet, in Umdrehung versetzt werden kann, um eine Läuterung durch Zentrifugieren sicherzustellen, und mit einem oder mehreren Mitteln versehen ist, um die geschmolzenen Glasausgangsstoffe zu zwingen, sich in einer dünnen Schicht über eine "Dicke" R1/R0 von mindestens 0,8 oder über eine absolute Dicke von höchstens 10 cm läutern zu lassen.
Verfahren zur Herstellung von insbesondere eine blaue Restfärbung aufweisendem Flachglas mit feuerwiderstandsfähiger und Sonnenschutzfunktion und für die Elektronikindustrie, zur Herstellung von Hohlglas vom Typ Flaschen und Fläschchen, zur Herstellung von Glaswolle bzw. verstärkenden Glasfäden oder zum Recycling von Glas/Metall- bzw. Glas/Kunststoffverbunderzeugnissen, das ein Verfahren zum Schmelzen von Glasausgangsstoffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.