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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nach
dem Schmelzen kann gegebenenfalls eine Läuterung wenigstens teilweise
in Form einer "dünnen Schicht" durchgeführt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
NOx-Gase auf ein Minimum gesenkt.
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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.
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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, NOx,
noch eines Treibhausgases vom Typ CO2, außer demjenigen,
das aus der Entkarbonisierung der Glasausgangsstoffe stammen kann.
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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.
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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.
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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.
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Ganz
allgemein erlaubt es dieser Typ eines Schmelzvorgangs, die Emission
eines beliebigen Typs von Staub in der Schmelzkammer und von Gasen
wie NOx 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann mit einem hohen Anteil an Glasbruch durchgeführt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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,
umfasst.
-
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.
(Diese
Gläser
haben die Besonderheit, dass sie besonders viskos sind.)
-
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.
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Die
Trennwand 34 und die Platte 24 wenigstens in den
vollständig
in die Glasschmelze eintauchenden Teilen können vorteilhafterweise aus
Molybdän
bestehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
Abwandlung dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
besteht darin, Elemente mit ähnlichen Lamellen
in einem stromabwärtigen
Abteil anzuordnen.
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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.
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(Sowohl
bei dem Schmelzabteil als auch bei dem Läuterungsabteil kann das Molybdän durch
Platin ersetzt werden.)
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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.
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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).