DD218082A1 - Verfahren und schmelzofen zur herstellung von glas, email oder aehnlichen silikatischen stoffen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem die im Schmelzbassin befindliche Schmelze vertikal die Schmelzstadien durchlaeuft und am Boden abgezogen wird und bei dem elektrische Heizenergie in Bereiche bestimmter Schmelzstadien getrennt zugefuehrt und reguliert wird sowie Energie gegebenenfalls im Ofenraum zusaetzlich zugefuehrt wird und einen Schmelzofen dazu. Das Ziel ist, die Energie- und Kostensenkung sowie die Steigerung der Leistungsfaehigkeit des Schmelzverfahrens. Die Erfindung loest die Aufgabe der optimalen Energieeinspeisung und der Anwendung kostenguenstiger Elektrodenwerkstoffe durch Entbindung des ueberwiegenden Energieanteils im bereits elektrisch leitfaehigen Einlegegut und der Rauhschmelzzone durch von oben eingefuehrte Elektroden, vorzugsweise aus Graphit und geringe Energiezufuhr im unteren Schmelzbaddrittel zur Erzeugung von Homogenisierungsstroemungen. Diese Elektrodengruppen sind elektrisch getrennt und unabhaengig regulierbar. Die Erfindung ist in der Glasindustrie bei der Elektroschmelze anwendbar. Fig. 1
Description
Titel der Erfindung
Verfahren und Schmelzofen zur Herstellung von . Glas, Email oder ähnlichen silikatischen Stoffen
Anwendungsgebiet der Erfindung ; '
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glas, Email oder ähnlichen silikatischen Stoffen, l)ei dem die in einem Schmelzbassin befindliche Schmelze vertikal zum Böden des Schmelzofens hin die verschiedenen Schmelzstadien durchläuft und in Bodennähe abgezogen wird und bei dem elektrische Heizenergie in Bereiche bestimmter Schmelzstadien getrennt zugeführt wird und unabhängig voneinander einstellbar ist sowie gegebenenfalls.zusätzliche Energie im Ofenraum über dem Einlegegut zugeführt wird und einen Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens·
.Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bei den Schmelzverfahren, bei denen mit Joul'scher Wärme das auf die Oberfläche des Schmelzbades aufgegebene Gemenge oder Gemenge/Scherbengemisch geschmolzen, geläutert und homogenisiert wird und die Schmelze in Richtung zum Boden des Schmelzofens die verschiedenen Schmelzstadien durchläuft, gibt es unterschiedliche Lösungen, um die Energie in verschiedenen Zonen zuzuführen, damit das aufgegebene Einlegegut geschmolzen ' ' - ' ' -..' - . ' Λ . ' -'2*- '
und am Boden eine homogene Schmelze hoher Qualität abgezogen werden kann· , .. '
Aus DD-Y/P 55 122 ist ein elektrischer Glasschmelzofen bekannt, bei dem die vertikalen Elektroden durch den Boden in 3 Gruppen, die senkrecht zur Abzugsrichtung des Glases stehen, angeordnet sind und die Energiezuführung 1ZU den Gruppen so gesteuert wird, daß eine am Durchlaß nach oben gerichtete Strömung entsteht. Nachteilig ist, daß die in der Einschmelzzone benötigte Wärme vorwiegend durch Konvektionsströmungen aus dem Bereich der Energieentbindung zur Einschmelzzone hin transportiert werden muß. Eine Vergrößerung der Eintauchtiefe der Elektroden bis in die'Einschmelzzone stellt keine praktikable technische Lösung dar, da die Korrosionsrate der Molybdänelektroden im Einschmelzbereich sehr hoch ist und ein häufiges Nachschieben der Elektroden erforderlich wäre.
In einer Ausführungsform des aus -DD-WP 77 049 bekannten Verfahrens und der zugehörigen Schmelzwanne sind vertikale-Elektroden mit parallelgeschalteten, waagerechten Elektroden im Läuterbereich kombiniert» Mit Hilfe der waagerechten Elektroden soll ein bestimmter Prozentsatz der Gesamtheizenergie in die Läuterzone eingespeist werden.
Der Einsatz waagerechter Elektroden in zwei oder in mehreren Ebenen ist aus DE-AS 2 100 335 bekannt. Die Molybdänstäbe ragen bis 700 mm in das Schmelzbad hinein. Ein Versetzen der Elektroden der einzelnen Ebenen soll das Vermischen der Glasströme zwischen den Ebenen verhindern« Der Schmelzofen hat nachteiligerweise die Gestalt eines regelmäßigen Vielecks, Auch den beschriebenen Lösungen mit Horizontalelektroden haftet der Nachteil an, daß die Energieentbindung nicht in der Einschmelzzone erfolgt. Hierdurch kann der Einschmelzvorgang nicht direkt beeinflußt werden und ist stets abhängig von den. auftretenden Konvektionsströmungen
(und den Strahlungseigenschaften der Schmelze in ihren .unterschiedlichen SchmelzStadien« , Alle vorgenannten Verfahren und Öfen bedingen den Einsatz von hochwertigen Elektrodenwerkstoffen, z«B« Molybdän, deren Korrosionsprodukte keine Glasfehler verursachen und die die Ausbildung stabiler, weit in das Schmelzbad reichender Elektroden zulassen» Diese Elektrodenwerkstoffe sind ein wesentlicher Kostenfaktor beim Glasschmelzen«.
Darüber hinaus ist ,keine Anpassung der Energiezuführung an durch wechselnde Belastung oder Umstellung der zu erschmelzenden Glasart bedingte Änderungen der vertikalen Ausdehnung der Einschmelzzone möglich« Hierdurch werden die beschriebenen Verfahren wesentlich in ihrem Leistungsvermögen eingeschränkt»
'-..-. 'φ Es sind auch Verfahren und Öfen bekannt geworden, die Elektroden, u«a<> Graphitelektroden, von oben in die Schmelze zum elektrischen Beheizen einführen. / Die' Öfen werden zumeist diskontinuierlich betrieben und aufeinanderfolgend oder gleichzeitig zusätzlich von außen beheizt, wie z.B. inDE-PS 951 758 und DE-PS 807 127 dargestellt. . .·:
Die Einführung der Elektroden von oben in das Schmelzbad ist nur bis zu begrenzten Schmelzbadtiefen mögliche Der Einsatz in der Homogenisierungszone verbietet sich für Graphitelektroden wegen der bei der Korrosion ent- stehenden gasförmigen Produkte (CO, CO2) und Verfärbungen der Schmelze und der daraus folgenden Qualitätsverschlechterung.. Die für die Homogenisierung notwendigen Strömungen können nicht gezielt beeinflußt werden und sind in ihrer Intensität völlig unzureichend. Die wesentlichen Nachteile dieser Lösungen sind stark eingeschränktes Leistungsvermögen und unzureichende Qualität der Schmelze. ,
Ziel der Erfindung :
Es ist das Ziel der Erfindung, bei der Herstellung von Glas, Email oder ähnlichen silikatischen Stoffen den Energieeinsatz zu vermindern, die Leistungsfähigkeit des Schmelzverfahrens zu steigern und den Anteil der . Elektrodenkosten an den Schmelzkosten zu verringern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Glas, Email oder ähnlichen silikatischen Stoffen, bei dem die Schmelze in Richtung zum Boden des Schmelzofens die verschiedenen Schmelzstadien durchläuft und gegenüber bekannten Verfahren eine optimalere, von Konvektionsströmungen, Art der Schmelze und Durchsatzleistung unabhängigere Heizenergieeinspeisung ermöglicht wird sowie eines Schmelzofens zur Durchführung des Verfahrens, der zu^-dem die Anwendung kostengünstiger Elektrodenwerkstoffe zuläßt·
Die Aufgäbe wird gelöst durch die getrennte Zuführung der elektrischen Heizenergie in Bereiche bestimmter SchmelzStadien mit in jedem Bereich unabhängiger Steuerung der Energiemenge, wobei die zum Einschmelzen des Einlegegutes benötigte Energie überwiegend in der angeschmolzenen Schicht des Einlegegutes und der sich daran unmittelbar anschließenden Rauhschmelzζone durch Joul'sche Wärme entbunden wird und im unteren Drittel des Schmelzbades Energie zugeführt wird, die so bemessen ist, daß eine Konvektionsströmung zum Homogenisieren der Schmelze erzeugt wird» :. ...·'. .
Ein -Teil der zum.Einschmelzen erforderlichen Energie kann zusätzlich im Öfenraum über dem Einlegegut freigesetzt werden·
Der Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens weist Schmelzelektroden auf, die vertikal oder schräg, in der Höhe verstellbar, von oben durch das aufgegebene Einlegegut reichen sowie Homogenisierungselektroden, die durch den Boden und/ oder durch die Wände des Schmelzbassins im unteren Drittel des Schmelzbades angeordnet sind.» Die Schmelz- und die Homogenisierungselektroden sind an elektrisch, voneinander getrennte, regulierbare Energieversorgungssysteme angeschlossene
Die Schmelzelektroden sind gegebenenfalls durch den Oberöfen eingeführt· Sie bestehen vorzugsweise aus Graphit.
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An Hand schematischer Zeichnungen werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Es zeigen: :
Pig· 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Schmelzofen mit durch den Oberofen geführten Schmelzelektroden;
Pig· 2 einen vertikalen Schnitt durch einen Schmelzofen mit seitlich gehalterten Schmelzelektroden.
Bei dem Schmelzofen gemäß Fig. 1 ist das Schmelzbassin 1 mit Schmelze 2 gefüllt· In die Schmelzet sind die Homogenisierungselektroden 3, die aus einem hochwertigen Werkstoff bestehen, beispielsweise Molybdän, durch den Boden des Schmelzbassins 1 eingeführt» In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante können auch waagerechte, durch die Seitenwände des Schmelzbassins 1 eingeführte Homogenisierungselektroden 3 angewendet werden, oder vertikale Homogenisierungselektroden 3 können mit waagerechten kombiniert werden«
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Die Schmelzelektrode*! 4» die aus einem kostengünstigen Werkstoff bestehen, beispielsweise Graphit, werden von oben durch den Oberofen 5 in die Rauhschmelze 2· eingeführt« Die Schmelzelektroden 4 sind mittels der in der Höhe verstellbaren Halterungen 6 fixiert und werden gegebenenfalls durch bekannte Einrichtungen vor Oxydation geschützt· . .'..-'..
Das dem Schmelzofen von mindestens einer Seite zugeführte Einlegegut 7 verteilt sich auf der Oberfläche der Schmelze"2, Im Bereich unterhalb des noch nicht elektrisch leitfähigen Einlegegutes 7 wird die mittels der Schmelzelektroden 4 zugeführte Elektroenergie, die überwiegend der zum Einschmelzen des Einlegegutes benötigten Energie entspricht, in dem angeschmolzenen Einlegegut 7 und der unmittelbar an diese Schicht angrenzenden Rauhschmelze in Joul'sche. Wärme umgewandelt· Die freigesetzte Wärmeenergie wird vorzugsweise zum Einlegegut 7 geleitet und bedingt das Einschmelzen des Einlegegutes 7« Die gasförmigen Korrosionsprodukte der Schmelzelektroden 4 und ein Teil der durch das Einschmelzen des Einlegegutes 7 freigesetzten Gase entweichen im Bereich um die Schmelzelektroden 4» da das Einlegegut 7 im Bereich der Schmelzelektroden 4, bedingt durch die hohe Energiekonzentration, schneller einschmilzt·
Zur Homogenisierung der Schmelze 2 dienen die Konvektions~ strömungen 8, die durch die Energieentbindung mittels der Homogenisierungselektroden 3 hervorgerufen werden. ^ Die zur Erzeugung der Konvektionsströmungen 8 erforderrliche Elektroenergie ist gering gegenüber der insgesamt benötigten Heizenergie· Aus.diesem Grunde können die Homogenisierungselektroden 3 mit einem geringen Durchmesser ausgeführt werden· Dadurch wird»hochwertiger Elektrodenwerkstoff eingespart« .
Die 'Eintauchlänge der Homogenisierungselektroden 3 beträgt bis zu einem Drittel der Schmelzbadhöhe bzw« waagerechte Elektroden sind im unteren Drittel des Schmelzbades angeordnet«
Die homogene Schmelze 2 verläßt durch den Durchlaß 9 das Schmelzbassin i.
Neben dem Vorteil der Einsparung von Molybdän liegt ein weiterer Vorteil der Erfindung in der getrennten Beeinflußbarkeit der Konvektionsströmungen 8 durch die über die Homogenisierungselektroden 3 eingespeiste Elektroenergie und im vorzugsweisen Wärmetransport zum Einlegegut 7 durch die mittels der Schmelzelektroden 4 eingespeiste Elektroenergie. Hierdurch wird eine gute Anpassung der erfinderischen Lösung an unterschiedliche Anforderungen· hinsichtlich Homogenität der Schmelze 2, Einschmelzeigenschaften des Einlegegutes 7 und Durchsatzleistung des Schmelzofens gewährleistet. Unterstützt wird diese Anpassung durch die Höhenverstellbarkeit der Schmelzelektroden 4· Daraus resultieren die Sicherung der Erzeugnisqualität und eine Leistungssteigerung bei sinkendem Energieverbrauche Die Erfindung gestattet darüber hinaus die Verwendung kostengünstiger Elektrodenwerkstoffe, beispielsweise Graphit, für die Schmelzelektroden 4 ohne nachteilige Auswirkungen auf die Qualität der Schmelze 2«,
Vorteilhaft ist ebenfalls, daß an die geometrische Form des Schmelzofens keine besonderen Anforderungen gestellt werden müssen und somit die.bautechnisch günstige Rechteckform des Schmelzbassins 1 gewählt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird ein Teil der zum Einschmelzen erforderlichen Energie zusätzlich im Ofenraum oberhalb des Einlegegutes 7, zeB„ mittels nicht dargestellter elektrischer Heizstäbe oder Brenner, freigesetzt
. ' - " / . ' · : . . " - 8 - ' ,·
Bei. dem Ausführungsbeispiel nach 3?ige 2 werden die Schmelzelektroden 4 über eine seitliche Halterung 6 über dem Schmelzbassin 1 gehaltert. Das Einlegegut 7 wird über eine nicht dargestellte Einlegemaschine derart auf die Oberfläche des Schmelzbassins 1 aufgegeben, daß die Bereiche der Schmelzelektroden 4 und der Halterungen 6 ausgespart werden. .
Die Schmelzelektroden 4 und die Homogenisierungselektroden sind an nicht dargestellte, elektrisch.voneinander getrennte, regulierbare Energieversorgungssysteme angeschlossen.
Claims (4)
1 · Verfahren zur Herstellung von Glas, Email oder ähnlichen silikatischen Stoffen, bei dem die in einem Schmelzbassin befindliche Schmelze vertikal zum Boden des Schmelzofens hin die verschiedenen Schmelzstadien durchläuft und in^Bodennähe abgezogen wird und bei dem elektrische Heizenergie in Bereiche bestimmter Schmelzstadien getrennt zugeführt wird und unabhängig voneinander einstellbar ist sowie gegebenenfalls zusätzliche Energie im Ofenraum über dem Einlegegut zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Einschmelzen des Einlegegutes benötigte Energie überwiegend in der angeschmolzenen Schicht des Einlegegutes und der sich unmittelbar anschließenden Rauhschmelzzone durch Joul'sche Wärme entbunden wird und daß im unteren Drittel des Schmelzbades Energie zugeführt wird, die so bemessen ist, daß eine Konvektionsströmung zum Homogenisieren der Schmelze erzeugt wird·
2. Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schmelzelektroden (4) vertikal oder schräg, in der Höhe verstellbar, von oben durch das Einlegegut (7) eingeführt sind und Homogenisierungselektroden (3) durch den Boden und/ oder durch die Wände des Schmelzbassins (1) im unteren Drittel des Schmelzbades angeordnet sind
· . , . ' ' ;- to'.-
und daß die Schmelzelektroden (4) und die Homogenisierungselektroden (3) an elektrisch voneinander getrennte, regulierbare Energieversorgungssysteme angeschlossen sind·
3. Schmelzofen nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzelektroden (4) durch den Oberofen (5) geführt sind«
4· Schmelzofen nach Punkt 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzelektroden (4) vorzugsweise aus Graphit bestehen·
Hierzu 2 Seiten Zeichnung
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