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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Glasherstellungsofen, wie ein solcher der bei der Herstellung
von Flachglas verwendet wird. Der Ofen weist eine lang ausgezogene
Wanne zum Schmelzen, Läutern
und Abstehen (Homogenisieren) des Glases auf, und die Wanne gemäß der Erfindung
weist eine modifizierte Bodenform zur Verbesserung des Fließverhaltens
bzw. Fließmusters
des Glases auf.
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Traditionelle Flachglasherstellungswannen schliessen
eine Schmelzzone, eine Läuterzone,
einen Hals bzw. eingeschnürten
Abschnitt von engerer Breite als dessen angrenzenden Zonen, eine
Abstehzone und einen Austrittskanal ein, durch welchen Produktglas
in eine Scheiben- oder Band-Formeinheit, geführt wird, wie eine Float-Wanne. Die meiste oder
die gesamte Wärme
zum Schmelzen des Ausgangsmaterials und dessen Halten in einem geschmolzenen
Zustand wird von oben eingeführt,
typischerweise durch Gas- oder Ölbrenner.
Das Sicherstellen, daß die
Wärme sämtliches
zu schmelzendes Material erreicht und daß eine ausreichend hohe Glastemperatur
in der Wanne beibehalten wird, stellt eine Anzahl von Problemen
dar. Große
Aufmerksamkeit wird daher auf das Einrichten eines Glasfließverhaltens
in der Wanne gerichtet, welches ein zufriedenstellendes Schmelzen
und gute Homogenisierung zur Erzeugung guter Glasqualität erzielt.
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Die Kontrolle des Fliessmusters bzw.
Fliessverhaltens liefert ein verwendbares Mittel zum Regulieren
der Temperatur durch bzw. über
den Tank. Es ist wichtig, die Gegenwart von sowohl übermäßig heißen Bereichen
innerhalb des Glases und übermäßig kalten
Spots bzw. Punkten zu vermeiden: überhitzte Bereiche bergen das
Risiko, das feuerfeste Material zu beschädigen, woraus die Wanne gebaut
ist; kalte Bereiche können
in der Verfestigung oder Entglasung des Glases resultieren. Übermäßige Schwankungen
in der Temperatur, insbesondere stromabwärts der Schmelzzone, erhöhen ebenfalls
das Risiko von Störstellen
bzw. Defekten in dem Glas, wie Blasen oder Streifen. Ein wohlbekanntes
Mittel zum Unterstützen
der Fließkontrolle
ist eine laterale Schwelle auf bzw. an dem Boden der Wanne, typischerweise
zwischen der Schmelzzone und der Läuterzone angeordnet. FR-A-2737487
beschreibt eine solche Schwelle, wie sie verwendet werden kann,
um die Wanne in stromaufwärtige
und stromabwärtige Abschnitte
zu unterteilen und erläutert
typische Fließmuster,
die in den entsprechenden Bereichen bewirkt werden.
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Der Boden von jeder der Zonen und
Abschnitte in der Wanne ist üblicherweise
horizontal oder im wesentlichen so, obwohl Vorschläge bezüglich des
Formens des Bodens zur Erhöhung
des Glasfließmusters
gemacht wurden. GB-A-1513653 schlägt vor, dass ein Abschnitt
des Bodens des Ofens nach oben zu dem Boden des Ausgangskanals geneigt
ist, mit dem Ziel, eine neutrale Zone zu bilden, an der sich die
vorwärtigen
und rückwärtigen Strömungen trennen.
Es wurde weiter vorgeschlagen, daß wassergekühlte Leitungen unter dem geneigten
Bodenabschnitt angeordnet werden, um so die klare Trennung der vorwärtigen und
rückwärtigen Strömungen zu
unterstützen.
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US-Patent 2064546 schliesst einen
nach oben geneigten Boden in dem „Arbeitsende" – im Unterschied zu dem „Schmelzende" – einer Glasschmelzwanne ein.
Unter mehreren Aufgaben wird damit angestrebt, die Temperatur an
dem Arbeitsende zu regulieren bzw. zu kontrollieren, was das Rückzirkulieren
von kälterem
Glas erleichtert. In einer Option wird eine tiefe Mittelrinne vorgeschlagen,
die sich quer über
den Arbeitsabschnitt des Wannenbodens erstreckt und in Verbindung
mit längsgerichteten,
geneigten Mittelrinnen angrenzend zu den Seitenwänden der Wanne steht. Der Abschnitt
des Wannenbodens, welcher zu der lateralen Mittelrinne führt, neigt sich
in Richtung der Querrinne, so daß der laterale Fluss des Glases
zu den Längsrinnen
gefördert
wird. Probleme entstehen beim Sicherstellen der Temperaturkontrolle
in dem Glas. Ein besonderes Problem stellt sich bei dem Glas nahe
der Wannenböden,
welches kälter
sein kann, was das Risiko der Verfestigung oder Entglasung bewirkt.
Die Probleme werden mit erhöhter
Anforderung für
spezielle Typen von gefärbtem
Glas, beispielsweise Fahrzeugfenster, signifikanter, was es ansteigend
notwendig macht, die Herstellung in Grossfertigungsanlagen eher
als in bislang verwendeten kleinen bestimmten Öfen durchzuführen. Gefärbtes Glas,
das weniger wärmedurchlässig ist
als Klarglas, schafft Probleme, meistens in der Abstehzone, bezüglich des
Sicherstellens eines einheitlichen Kühlens und bezüglich des
Anstiegs des Risikos von Streifen in der Schmelze.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Wannenkonfiguration mit verbessertem Glasfliessverhalten bzw.
Glasfliessmustern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Glasherstellungsofen bereitgestellt, umfassend eine lang
ausgezogene Wanne für
geschmolzenes Glas, wobei die Wanne in linearer Reihenfolge eine Schmelzzone,
eine Läuterzone,
einen eingeschnürten
Abschnitt, eine Abstehzone und einen Austrittskanal zur Entfernung
von Produktglas einschließt und
weiter eine Schwelle einschließt,
welche sich quer über
den Ofen bei oder nahe dem stromaufwärtigen Ende der Läuterzone
erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Richtung stromabwärts der Schwelle
die Wanne einen Boden mit einem derartigen Formprofil aufweist,
daß die
Tiefe der Wanne von der Höhe
der Schwelle zu dem eingeschnürten
Abschnitt zunehmend ansteigt und von dem eingeschnürten Abschnitt
zu dem Austrittskanal zunehmend abnimmt
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Der Wannenboden weist somit ein Profil
mit flacher U-Form abwärts
der Schwelle auf. Es wurde festgestellt, dass diese Form die Gegenwart
von „dead
zones" von überhitztem
oder unterhitztem Glas in der Wanne eliminiert oder im wesentlichen
reduziert. Die Abwesenheit einer abwärts gerichteten Stufe in dem
Grundprofil unmittelbar stromabwärts
der Schwelle ist insbesondere hilfreich darin, dass es die „dead zone", die üblicherweise
in dieser Nachbarschaft erzeugt wird, eliminiert.
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Die Wanne der vorliegenden Erfindung
bietet einen beträchtlichen
Vorteil hinsichtlich des Erreichens verminderter „dead zones", ohne auf das zusätzliche
Erwärmen
innerhalb der Wanne zurückzugreifen.
Der Bedarf für
Heizelektroden, welche teuer sind und zur Korrosion neigen, wird
somit eliminiert.
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Das Ansteigen des Bodens der Abstehzone kann
Wärmeverluste
von dem Boden erhöhen,
wodurch die Tendenz auftritt, die Glastemperatur und die Zirkulationsströ mungen zu
vermindern. Da jedoch die Wärme
nicht leicht durch das gefärbte
Glas zu den tiefen Abschnitten der Abstehzone in einem herkömmlichen
Ofen eindringt, erhöht
das Ansteigen des mittleren Spiegels bzw. Niveaus des Bodens sowohl
die Durchschnittstemperaturen als auch die Zirkulation in der Abstehzone.
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Es wurde ferner festgestellt, dass
das leichte U-Form-Profil der Erfindung jene Verfestigungszonen stromabwärts der
Schwelle beträchtlich
vermindert. In der Läuterzone
verbessert die verminderte Tiefe des Glases im Vergleich mit herkömmlichen Öfen das erforderliche
Freisetzen von Gasblasen von dem Glas.
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Das Formprofil des Wannenbodens stromabwärts der
Schwelle sollte so eben wie technisch konsistent durchführbar mit
dessen Aufbau aus einzelnen, feuerfesten Blöcken bzw. Ziegeln sein. Somit sind
schmale bzw. kleine Stufen zwischen benachbarten Ziegeln im allgemeinen
akzeptabel, aber signifikante Stufen sollten vermieden werden.
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Der Boden des eingeschnürten Abschnitts
ist vorzugsweise horizontal, wodurch eine einheitliche Glastiefe über den
Hals bzw. die Einschnürung
beibehalten wird und somit der Glasfluß dadurch erleichtert wird.
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Ein Ansteigen der Glastemperatur
relativ zu herkömmlichen Öfen wird
an dem Boden der Einschnürung
bzw. des Halses beobachtet. Dies kann von Rückströmungen von der Abstehzone,
die wärmer
als in dem herkömmlichen
Ofen sind, resultieren, möglicherweise
da Seitenströmungen
in der Abstehzone schneller als zuvor abwärts fliessen.
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Ein weiterer Effekt des flachen Profils
der Erfindung besteht darin, dass höhere Maximaltemperaturen durch
den Vorwärtsstrom
stromabwärts
der Schwelle erreicht werden. Das Läutern des Glases ist umfassend
besser.
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Das Profil von der Schwelle oben
zu der Halsöffnung
kann linear sein, aber vorzugsweise folgt es einer leichten Konvexkurve
von einer anfänglich
relativ steilen Steigung von der Schwellenhöhe zu im wesentlichen horizontal,
wenn sie den Boden der Einschnürung
bzw. des Halses trifft.
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Bezüglich des Bodenprofils von
der Einschnürung
zu dem Ofenauslaß bzw.
-austritt ist dieses vorzugsweise linear. Es scheinen Vorteile darin zu
liegen, dass der Grundspiegel der Abstehzone so schnell wie möglich ansteigt,
obwohl nicht in dem Ausmass, eine konkave Kurve zu ergeben oder
irgendwelche signifikante Stufen in dessen Profil einzuführen.
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Mit dem geformten Bodenlängsprofil
der Erfindung gibt es keine Notwendigkeit für komplexe Bodenformen über die
Breite der Wanne. In der Tat kann die laterale Form des Wannenbodens
leicht geneigt sein, aber er ist vorzugsweise im wesentlichen horizontal,
wodurch sich eine einheitliche Tiefe des Glases entlang der Breite
ergibt. Wenn erwünscht,
kann eine leichte Krümmung
entlang der Linien bzw. Kämmungen,
an denen der Boden die Seitenwände
trifft, vorgesehen werden, aber es ist nicht festgestellt worden,
dass dies eine signifikante Verbesserung in dem Glasfließverhalten
ergibt.
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Es ist wichtig, in der Abstehzone
die Wärmefreisetzungsrate über die
Glasoberfläche
zu kontrollieren. Übermäßig rasches
Abkühlen
von den Oberflächen
neigt dazu, in nicht annehmbaren thermischen Streifen in dem Glasprodukt
zu resultieren. Der Risikograd kann durch Untersuchen der Rayleigh-Zahl
entlang des Bereichs der Wanne beobachtet werden. Das Wannenprofil
der Erfindung liefert Vorteile bezüglich des Verminderns der Oberflächenwärmefreisetzung
dahingehend, dass mit steigendem Sitz bzw. Basis bzw. Boden der
Abstehzone das Glas mehr durch den Boden und die Wannenwand als über die
Oberfläche
abgekühlt
wird. Insbesondere ist der Temperaturgrad an dem Austrittskanal
viel geringer, mit der Konsequenz der Verminderung des Risikos einer
Streifenbildung. Dies beruht teilweise darauf, daß die Tiefe
des Glases in der Wanne vermindert ist, was das Abkühlen über den
Boden relativ zu einem Abkühlen über die
Oberfläche
erhöht.
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Das Wanneprofil gemäß der Erfindung
liefert weiter Vorteile hinsichtlich des Risikos einer Entglasung
in dem Glas. In jedweder Glaswanne unterhalb einer Temperatur von
etwa 1000°C
existiert ein signifikantes Risiko an Entglasung und insbesondere so
in der Abstehzone. Umso stärker
weisen Rückströmungen durch
bzw. über
den Hals bzw. die Einschnürung in
Wannen gemäß der Erfindung
den vorteilhaften Effekt auf, sich stromaufwärts dieses Bereichs mit dem größten Entglasungspotential
zu bewegen, wodurch jedwedem entglastem Material erlaubt wird, sich
in der Läuterzone
wieder zu lösen.
Die Menge an jeglichem entglastem Material stromabwärts der
Schwelle wird somit reduziert, zusammen mit dem Risiko, dass entglastes
Material den Ausgangskanal kontaminieren kann.
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Die Erfindung wird nachstehend unter
Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben, worin:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Glasherstellungswanne gemäß der Erfindung
ist;
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2 eine
schematische Draufsicht der Glasherstellungswanne gemäß 1 ist.
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Die gezeigte Wanne, welche geschmolzenes Glas
bis zu der Linie 10 einschliesst, weist Gesamtglasflüsse von
links nach rechts auf. Sie umfasst einen Ausgangsmaterialeinlass 2,
eine stromaufwärtige
Endwand 3, stromabwärtige
Endwände 4,
parallele Seitenwände 5,
einen Boden 6 und ein Dach bzw. Abdeckung (7, 8).
Ein lateraler Überlauf
bzw. eine laterale Schwelle 11 ist an dem Boden 6 kurz
vor der Mittenposition entlang des Tanks angeordnet. Schultern 9 ragen
in die Wanne unter Bildung eines Halses bzw. einer Einschnürung 12 geringfügig über der
Mittenposition der Wanne hinein. Ein Glasaustrittskanal 14 ist
in der stromabwärtigen
Endwand 4 gebildet. Die Wände 3, 4, 5,
der Boden 6, das Dach, die Schwelle 11 und die
Einschnürungsschultern 9 werden
aus feuerfesten Ziegeln gebildet.
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Der obere Oberflächenabschnitt des Bodens 6 stromaufwärts der
Schwelle 11 ist sowohl in der Längs- als auch der lateralen
Richtung horizontal. Von der Höhe
der Schwelle 11 weist der Boden 6 einen Abschnitt 15,
der nach unten in einer Längsrichtung
zu dem Anfang der Einschnürung 12 aufweist, welche
wiederum eine horizontale Oberfläche
aufweist. Stromabwärts
der Einschnürung 12 weist
der Boden einen Abschnitt 16 auf, der nach oben in einer Längsrichtung
zu dem Austrittskanal
14 geneigt ist. Die Abschnitte 15, 16 sind
nicht in der Richtung in rechten Winkeln zu den Seitenwänden 5 geneigt.
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Gasbrenner (nicht gezeigt) sind an
dem stromaufwärtigen
Ende der Wanne, oberhalb der Glaslinie, angeordnet. An dem oberen
Teil des Einschnürungsabschnittes 12 kann
eine horizontale Abschäumstange
bzw. Abfehmeisen sein, die in einem leichten Winkel zu den Seitenwänden angeordnet
ist, gefolgt von Mischern 18.
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Die Wanne sieht somit in der Reihenfolge eine
Schmelzzone 21, eine Läuterzone 23,
einen Hals bzw. eine Einschnürung 12,
eine Abstehzone 24 und einen Austrittskanal 14 vor.
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In einem typischen Glasbildungsbetrieb
wird rohes, siliziumdioxidartiges Material, das, sofern erforderlich,
einen Anteil an Pigment einschliesst, in der Zone 21 durch
die intensive Hitze der Gasbrenner geschmolzen und fliesst in einer
im allgemeinen stromabwärtigen
Richtung. Die Schwelle 11 unterstützt einen Rückfluss des Materials hin zu
den Brennern, um das Schmelzen zu vervollständigen. Das Läutern des
Glases, hauptsächlich
das Austreten von Blasen, beginnt, wenn das Glas die Schmelzzone 21 verlässt. Die
Läuterzone 23 neigt
dazu, sich leicht sowohl stromaufwärts der Schwelle 11 als
auch stromabwärts
der Einschnürung 12 zu
erstrecken. Das Abfehmeisen 17 entfernt unerwünschte Reste von
der Glasoberfläche,
wenn es durch die Einschnürung 12 strömt. Die
Mischer 18 liefern einen Grad an Durchmischung zur Förderung
der Homogenisierung des Glases, welches die Abstehzone 24 erreicht.
Die Homogenisierung des Glases wird fortgesetzt, wenn es durch die
Abstehzone 24 strömt
und durch den Kanal 14 austritt.
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Es wurde festgestellt, dass Glas
aus dem Kanal 14 von hoher Qualität, frei von Blasen, entglastem
Material und Streifen ist.