DE102009021181A1

DE102009021181A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Schmelzen und Läutern einer Glasschmelze

Info

Publication number: DE102009021181A1
Application number: DE102009021181A
Authority: DE
Inventors: Erhard Dick; Alexander Hummer; Rainer Eichholz
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: DE102009021181B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen und Läutern einer Glasschmelze, mit einem Einschmelzabschnitt (2) und einem nachgeordneten und von dem Einschmelzabschnitt getrennten Läuterabschnitt (6) zum Läutern der Glasschmelze. Erfindungsgemäß besteht der Einschmelzabschnitt (2) aus zwei Einschmelzwannen (10a, 10b), die voneinander getrennt und unabhängig voneinander betrieben werden können und mit dem Läuterabschnitt (6) verbunden sind. Dadurch können die Prozessbedingungen flexibler gestaltet werden. Eine Einschmelzwanne kann außerdem im laufenden Betrieb der anderen Einschmelzwanne auf eine andere Glassorte umgerüstet oder gewartet werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Glas, insbesondere die Herstellung von Spezialgläsern von gleichbleibend hoher Qualität, beispielsweise von Borosilikatgläsern mit B₂O₃-Gehalten bis 20% oder von hochschmelzenden Aluminusilikatgläsern mit Schmelztemperaturen bis 1.700° Celsius.
Hintergrund der Erfindung
Die Anforderungen an die Qualität von Gläsern steigen zunehmend. Dies gilt sowohl für Floatglas als auch für Spezialgläser, die beispielsweise für die jeweiligen Anwendungen eine präzise vorgegebene Zusammensetzung und/oder sehr geringe Verunreinigungskonzentrationen aufweisen sollen. Somit steigen auch die Anforderungen an die Glasherstellung zunehmend. Parameter, welche die Qualität von Glas bestimmen, müssen zuverlässig eingestellt werden können. Gleichzeitig sollen moderne Glasherstellungsanlagen aus wirtschaftlichen Gründen auch zunehmend flexibel genutzt werden können. Diese Anlagen, insbesondere Anlage zur Floatglas- oder Rohrglasherstellung, werden zumeist im Dauerbetrieb betrieben. Häufig bedingt eine höhere Qualität von Glas höhere Temperaturen während der Glasherstellung. Häufig führen diese Randbedingungen zu einander ausschließenden Prozessparametern.
Zur Erhöhung der Qualität von Glas wird im Stand der Technik in jüngster Zeit zunehmend die Segmentierung der einzelnen Prozessabschnitte während der Glasherstellung vorgeschlagen, so offenbart beispielsweise in R. Beerkens, Proc. Int. Congr. Glass, Vol. 1, Invited Papers, Edinburgh, Scotland, 6 July 2001, 180–192 „Future Industrial Glass Melting Concepts" oder in R. Beerkens, „Modular Melting Part 2, Industrial Glass Melting Process Requirements", American Society Ceramic Society Bulletin, Vol. 83, No. 7, 35 bis 37.
Zur Herstellung von hochschmelzenden Gläsern offenbart US 2007/0022780 A1 ein mehrkomponentiges Schmelzaggregat vor, mit einem Einschmelzabschnitt, einer separaten nachgeordneten Kühlwanne, einem nachgeordneten separaten Läuterbecken und einer nachgeordneten, separaten Rührkammer.
Höhere Temperaturen bei der Glasherstellung führen jedoch zu einem verstärkten Angriff des Materials der Schmelzwannen, was deren Betriebsdauer reduziert und die Konzentration von Verunreinigungen im Glas erhöht.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Glasherstellung bereitzustellen, womit eine noch flexiblere Herstellung von hochwertigem Glas ermöglicht ist, insbesondere von hochschmelzenden Gläsern, Sondergläsern oder Spezialgläsern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Schmelzen und Läutern eine Glasschmelze nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Glasherstellung nach Anspruch 14. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Somit geht die vorliegende Erfindung aus von einer Vorrichtung zum Schmelzen und Läutern einer Glasschmelze, die einen Einschmelzabschnitt und einen nachgeordneten und von dem Einschmelzabschnitt getrennten Läuterabschnitt zum Läutern der Glasschmelze aufweist. Erfindungsgemäß besteht der Einschmelzabschnitt aus zwei Einschmelzwannen, die voneinander getrennt und unabhängig voneinander betrieben werden können und die mit dem nachgeordneten Läuterabschnitt verbunden sind.
Diese überraschend einfache Maßnahme ermöglicht eine flexiblere Herstellung von Glas. Denn wenn beispielsweise auf eine andere Glassorte einer anderen Zusammensetzung umgestellt werden soll, so kann dies erfindungsgemäß im laufenden Betrieb der Anlage erfolgen, indem eine erste der Einschmelzwannen vollständig abgelassen wird, dann deren Ablauf versperrt wird und die vorgenannte erste Einschmelzwanne mit einem Glasgemenge der anderen Zusammensetzung beschickt wird und das andere Glasgemenge eingeschmolzen wird, während der Betrieb mit der zuvor verwendeten Glassorte mittels der anderen Einschmelzwanne weiterhin erfolgen kann. Zum wiederholten Ablassen der Glasschmelze, beispielsweise zur Umstellung auf eine andere Glassorte in der vorgenannten ersten Einschmelzwanne, kann jede der beiden Einschmelzwannen über einen Auslass verfügen, der nicht mit dem nachgeordneten Läuterabschnitt in Verbindung steht.
Auch die Glasfertigung kann erfindungsgemäß flexibler erfolgen. Soll beispielsweise der Durchsatz einer Glasherstellungsanlage erhöht werden, so können beide Einschmelzwannen parallel betrieben werden, um den nachgeordneten Läuterabschnitt zu speisen. Da die Prozessparameter in jeder der beiden Einschmelzwannen unabhängig eingestellt und variiert werden können, kann der Betrieb selbst bei Verwendung derselben Glassorte flexibler an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden, insbesondere hinsichtlich des Durchsatzes. Außerdem kann so erfindungsgemäß ein langsameres und schonenderes Einschmelzen eines Glasgemenges bei einem vergleichsweise hohen Durchsatz der Anlage realisiert werden.
Die erfindungsgemäße Anlage bietet auch Vorteile bei der Herstellung von hochschmelzenden Gläsern, die häufig sehr hohe Prozesstemperaturen erfordern. Wenn dadurch eine der Einschmelzwannen allzu stark angegriffen worden sein sollte, so kann diese während des laufenden Betriebs der Anlage wieder instand gesetzt werden, beispielsweise mit einem Metallblech neu ausgekleidet werden. Denn zur Aufrechterhaltung des Betriebs kann weiterhin die andere Einschmelzwanne zum Einschmelzen eines Glasgemenges verwendet werden.
Erfindungsgemäß sind die beiden Einschmelzwannen voneinander getrennt, so dass eine Glasschmelze aus der ersten Einschmelzwanne nicht unmittelbar in die zweite Einschmelzwanne fließen kann. Bevorzugt sind beide Einschmelzwannen räumlich vollständig voneinander getrennt. Bevorzugt ist jeder der beiden Einschmelzwannen eine eigene Steuer- oder Regeleinheit zugeordnet, um die jeweiligen Prozessparameter unabhängig voneinander einzustellen und/oder zu variieren, insbesondere Temperaturen, Temperaturprofile, Ansteuerung der Heizelektroden und/oder Strahlungsbrenner, Steuern einer Gemenge-Einlegeeinrichtung, Steuern von Blasdüsen zum Einblasen von Gas, beispielsweise Sauerstoff, in die jeweilige Einschmelzwanne etc.
Die beiden Einschmelzwannen können jeweils mit einem Verbindungsmittel mit dem nachgeordneten Läuterabschnitt verbunden sein, um den Betrieb noch unabhängiger zu gestalten. Bevorzugt wird jedoch eine Parallelschaltung der beiden Einschmelzwannen, so dass diese über ein gemeinsames Verbindungsmittel mit dem nachgeordneten Läuterabschnitt verbunden sind. Bei dem Verbindungsmittel kann es sich um eine übliche Rinne oder beliebige andere Verbindungsmittel handeln. Bevorzugt wird als Verbindungsmittel erfindungsgemäß die Verwendung von Rohren, beispielsweise aus einem feuerfesten Keramikmaterial, das auch mit einem Metallblech, insbesondere aus einem Edelmetallblech, innen ausgekleidet sein kann, oder eines vollständig aus einem Metall, insbesondere Edelmetall, gefertigten Rohrs. Zum Zusammenführen der beiden Auslassrohre der beiden Einschmelzwannen kann ein T-Verzweigungsstück verwendet werden, das in ein Rohr übergeht, das mit dem nachgeordneten Läuterabschnitt verbunden ist.
Der Betrieb der beiden Einschmelzwannen kann noch unabhängiger voneinander erfolgen, wenn der jeweilige Auslass einer Einschmelzwanne unabhängig von dem anderen verschließbar ist.
Bevorzugt bestehen die Innenoberflächen der beiden Rohre aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus einem Edelmetall, beispielsweise einem Edelmetallblech, so dass die Rohre elektrisch widerstandsbeheizt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Rohre und deren Ein- und Auslässe so ausgelegt, dass eine Rückströmung der Glasschmelze in den vorgeordneten Abschnitt, also beispielsweise von dem nachgeordneten Läuterabschnitt zurück zu dem vorgeordneten Einschmelzabschnitt, vollständig verhindert ist. Dies kann durch geeignete Ausgestaltung der Ein- und Auslässe erfolgen. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass für den Bereich üblicher Viskositäten, die im Rahmen der Glasherstellung und Prozessierung von Glasschmelzen auftreten, eine solche Rückströmung einfach durch geeignete Wahl des Innendurchmessers der Verbindungsrohre ausreichend unterdrückt werden kann. Aufwendige Versuchsreihen haben hier ergeben, dass erfindungsgemäß ein Innendurchmesser von kleiner oder gleich 150 mm zu diesem Zweck ausreichend ist.
Die beiden Einschmelzwannen können gemäß einer weiteren Ausführungsform unterschiedliche Abmessungen aufweisen, also unterschiedliche Höhen, Breiten und/oder Längen, auch unterschiedliche Profile. Zwar handelt es sich bei den Einschmelzwannen zweckmäßig um im Profil rechteckförmige Wannen. Gemäß weiteren Ausführungsformen können jedoch auch abgeschrägte Bodenbereiche, beispielsweise V-förmige Tröge, Anwendung finden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die beiden Einschmelzwannen aus unterschiedlichen Materialien bestehen, beispielsweise die eine Einschmelzwanne aus einem Zirkonstein und die andere aus Quarzal, letztere bevorzugt zur Erzielung von besonders guten optischen Eigenschaften der Gläser. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die beiden Einschmelzwannen auch mit unterschiedlichen Materialien ausgekleidet sein, bevorzugt mit Metallblechen, beispielsweise Edelmetallblechen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner zumindest einen weiteren Prozessabschnitt, beispielsweise einen Feinläuterabschnitt, wobei jede der Einschmelzwannen unabhängig voneinander mit dem weiteren Prozessabschnitt verbunden werden kann oder gemäß einer alternativen Ausführungsform beide Einschmelzwannen mit dem weiteren Prozessabschnitt verbunden werden können. Zu diesem Zweck können die beiden Einschmelzwannen jeweils über ein Verbindungsrohr oder beide Einschmelzwannen über ein gemeinsames Verbindungsrohr mit dem weiteren Prozessabschnitt unmittelbar verbunden sein, so dass der zwischengeordnete Läuterabschnitt auch vorübergehend überbrückt werden kann. Auf diese Weise können die Prozessparameter und die Prozessierung der Glasschmelze weiter variiert werden, je nach den Anforderungen an die jeweils herzustellende Glassorte.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Glas, bei dem ein Gemenge in einen Einschmelzabschnitt eingebracht und zu einer Glasschmelze eingeschmolzen wird, die Glasschmelze in einem nachgeordneten und von dem Einschmelzabschnitt getrennten Läuterabschnitt geläutert wird und die Glasschmelze abschließend weiterverarbeitet und zu dem Glas abgekühlt wird. Dabei findet erfindungsgemäß eine Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, Anwendung, wobei die beiden Einschmelzwannen unabhängig voneinander betrieben werden können.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, zur Herstellung von Glas.
Figurenübersicht
Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Glasherstellungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 in einer Draufsicht den Einschmelzabschnitt und den nachgeordneten Läuterabschnitt der Anlage gemäß der 1;
3 in einer schematischen Darstellung den Läuterabschnitt gemäß den 1 oder 2 mit weiteren, nachgeordneten Prozessabschnitten, insbesondere einem Feinläuterabschnitt; und
4 in einem schematischen Flussdiagramm eine Vorgehensweise gemäß der vorliegenden Erfindung zum Wechseln einer Glassorte während eines laufenden Betriebs.
In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleichwirkende Elemente oder Elementgruppen.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Die Anlage gemäß der 1 besteht aus zumindest drei sequentiell zu durchlaufenden Abschnitten, nämlich von links nach rechts aus einem Einschmelzabschnitt, einem Rohläuterabschnitt und einem Feinläuterabschnitt. Wie nachfolgend dargelegt, können dem Feinläuterabschnitt weitere Prozessabschnitte folgen. Der Einschmelzabschnitt 2 dient dem Einschmelzen eines Einlage-Gemenges zu einer Glasschmelze mit einer gewünschten Zusammensetzung. Der Einschmelzabschnitt 2 umfasst eine Einschmelzwanne 10a, in die eine geeignete Einlegeeinrichtung 15, beispielsweise ein Schaufel- oder Schneckeneinleger, ein Glasgemenge, das in einem Vorratsbehälter 14 bevorratet ist, einbringt. Die Einschmelzwanne 10a wird bis zu dem dargestellten Füllstand mit einer Glasschmelze 14 befüllt. Die Einschmelzwanne 10a ist nach oben durch einen Deckel bzw. ein Gewölbe 11 abgedeckt. Im über der Glasschmelze befindlichen Innenraum 12 sind mehrere Gas- oder Strahlungsbrenner 18 zum Heizen der Oberfläche der Glasschmelze und des darauf schwimmenden Gemengemantels in geeigneter Geometrie vorgesehen. Die Glasschmelze 14 wird mittels geeignet angeordneter Elektroden 16 elektrisch beheizt. Am Boden 23 der Einschmelzwanne 10a sind mehrere Blasdüsen 17 zum Einblasen eines Gases verteilt angeordnet, beispielsweise von Sauerstoff. Die Elektroden können aus verschiedenen Materialien bestehen, beispielsweise Edelmetalllegierungen der Edelmetalle Platin, Platin-Rhodium, Platin-Iridium, Iridium und/oder Molybdän. Bevorzugt werden Elektroden der Legierung Platin/Rhodium eingesetzt. Die Brenner 18 können Gas-/Luft-Brenner, Oxi-Fuel-Brenner oder Strahlungsbrenner sein. Bevorzugt werden Oxi-Fuel-Brenner und Strahlungsbrenner. Strahlungsbrenner haben den Vorteil, mit einer wesentlich geringeren Energie auskommen zu können (Energieeinsparpotential bis zu 25%).
Im Einschmelzabschnitt 2 wird das Einschmelzen durch ein sogenanntes Gemenge-Bubbling erleichtert, da durch die im Boden 23 befindlichen Blasdüsen 17 Gas, beispielsweise Sauerstoff, mit geeigneten Taktraten, beispielsweise 5 Blasen pro Minute bis 30 Blasen pro Minute, bevorzugt 15 Blasen pro Minute, eingeblasen wird. Dadurch wird das Einschmelzen des Gemenges für alle denkbaren Glasarten wesentlich beschleunigt.
Der Einschmelzabschnitt 2 ist mit dem nachgeordeten Läuterabschnitt 6 über ein Verbindungsrohr 20 verbunden. Auch der Läuterabschnitt 6 ist als Läuterwanne 60 ausgebildet, der nach oben mit einem Deckel bzw. Gewölbe 62 abgeschlossen ist. Im über der Glasschmelze 64 befindlichen Innenraum 63 sind mehrere Brenner 18, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Einschmelzabschnitt 2 beschrieben, in geeigneter Geometrie angeordnet. In die Glasschmelze 64 ragen mehrere Elektroden 67 in geeigneter Geometrie hinein. In den Läuterabschnitt 6, optional auch in einen oder jeden der nachgeordneten Prozessabschnitte, ist eine Rühreinrichtung 69a eingebaut, die mehrere Rührflügel 69b aufweist, die in die Glasschmelze 64 hineinragen. Bevorzugt werden Rührer aus Edelmetalllegierungen verwendet, beispielsweise aus Edelmetallen, wie diese vorstehend beschrieben wurden. Die Drehzahlen des Rührers 69a können im Bereich von knapp oberhalb von 0 Umin bis maximal etwa 100 Umin liegen. Bevorzugte Drehzahlen liegen im Bereich zwischen etwa 5 bis 10 Umin. Dem Bodenbereich 61 können mithilfe von Blasdüsen 600 feine Gasblasen zugeführt werden, um die Schmelze durch sogenanntes Fein-Bubbling mit O₂ zu sättigen, um größtmögliches Blasenwachstum zu gewährleisten. Des weiteren kann in dem Feinläuterabschnitt 6 über eine Einrichtung 601 ein Läutermittel zugeführt werden.
Der Läuterabschnitt 6 ist mittels eines Verbindungsrohrs 20 mit dem nachgeordneten Feinläuterabschnitt 7 verbunden, der ebenfalls als Läuterwanne 70 ausgebildet ist. In die Glasschmelze 74 ragen mehrere Elektroden 77, bevorzugt aus Edelmetalllegierungen, wie vorstehend beschrieben, in geeigneter Geometrie hinein. Die Feinläuterwanne 70 ist nach oben mittels eines Deckels bzw. Gewölbes 72 abgedeckt. Im über der Glasschmelze 74 befindlichen Innenraum sind eine Mehrzahl von Brennern 78, beispielsweise Brennern der vorgenannten Art, in geeigneter Geometrie angeordnet. Im Feinläuterabschnitt 7 ist eine Läuterbank oder ein Wall 79 angeordnet, der sich bevorzugt über die gesamte Breite der Läuterwanne 70 erstreckt, um die Glasschmelze zu zwingen, zur Oberfläche aufzusteigen, damit Gasblasen noch effizienter in den Innenraum 73 austreten können. Am Ende des Feinläuterabschnittes 7 befindet sich eine Rohr- oder Rinnenanlage 90, die je nach Glastyp veränderlich dimensioniert werden muss, was dem Fachmann beim Studium der vorliegenden Beschreibung ohne weiteres ersichtlich sein wird.
In der Draufsicht gemäß der 2 erkennt man, dass der Einschmelzabschnitt 2 aus zwei zueinander parallel geschalteten Einschmelzwannen 10a, 10b besteht, die bevorzugt mit identischen Abmessungen, optional jedoch auch mit unterschiedlichen Abmessungen ausgelegt sind. Man erkennt, dass die Elektroden 16 entlang den Längsseiten der jeweiligen Einschmelzwanne 10a, 10b gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Aus den Einschmelzwannen 10a, 10b fließt die Glasschmelze über Auslassrohre 19 und ein T-Verzweigungsstück in ein gemeinsames Verbindungsrohr 20, das mit dem nachgeordneten Läuterabschnitt 6 in Verbindung steht. Erfindungsgemäß sind die Rohre 19, 20 und bevorzugt auch sämtliche Verbindungsrohre zu weiteren nachgeordneten Prozessabschnitten so ausgelegt, dass ein Zurückströmen der Glasschmelze zurück in den vorgeordneten Prozessabschnitt verhindert oder zumindest erheblich unterdrückt ist. Hierzu hat sich ein Innendurchmesser der Rohre 19, 20 und sämtlicher weiteren Verbindungsrohre von kleiner oder gleich 150 mm bei den üblicherweise vorherrschenden Viskositäten der Glasschmelze als geeignet erwiesen. Weitere Maßnahmen zur Verhinderung einer Rückströmung sind gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform nicht vorgesehen.
Bei den Rohren 19, 20 handelt es sich bevorzugt um Edelmetallrohre oder Rohre, die zumindest mit einer Edelmetalllegierung innen ausgekleidet sind, beispielsweise Platin, Platin-Rhodium, Platin-Iridium, Iridium und/oder Molybdän. Bevorzugt wird hierbei eine Legierung aus Platin und Rhodium.
Den Rohren 19, 20 ist jeweils eine Elektrische Heizeinrichtung 30 zugeordnet, die über elektrische Verbindungsleitungen 31 mit der elektrisch leitenden Innenoberfläche der Rohre 19, 20 in Verbindung steht, um die darin geführte Glasschmelze resistiv elektrisch zu heizen. Auf diese einfache Weise kann Einfluss auf die in den Rohren 19, 20 vorherrschende Viskosität und die jeweiligen Strömungsbedingungen genommen werden.
Die Auslässe der Einschmelzwannen 10a, 10b können unabhängig voneinander verschlossen werden, so dass die Glasschmelze aus den Einschmelzwannen 10a, 10b je nach gewählter Betriebsart gleichzeitig durch die Rohre 19, 20 in den Läuterabschnitt 6 strömen kann oder nur durch eines der Rohre 19 und den nachgeordneten Rohrabschnitt 20 fließen kann. Jede der Einschmelzwannen 10a, 10b kann über einen gesonderten Auslass (nicht dargestellt) verfügen, um den Inhalt der jeweiligen Einschmelzwanne 10a, 10b vollständig abzulassen, ohne in einem nachgeordneten Prozessschritt verwendet zu werden. Dies hat sich zum vollständigen Ablassen einer Einschmelzwanne im Falle des Wechsels einer Glassorte als besonders vorteilhaft erwiesen, wie nachstehend ausgeführt. Gemäß der 2 sind die Einschmelzwannen 10a, 10b jeweils auch über ein Rohr 26 mit einem dem Läuterabschnitt 6 nachgeordneten Prozessabschnitt verbunden, wobei die Rohre 26 wahlweise und unabhängig voneinander zugeschaltet werden können. Auf diese Weise kann der Läuterabschnitt 6 vorübergehend überbrückt werden, was noch flexiblere Prozessbedingungen ermöglicht. Diese Rohre 26 können beispielsweise zu dem in der 3 dargestellten Feinläuterabschnitt 7 oder einem beliebigen anderen der ggf. nachgeordneten Prozessabschnitte 8 führen.
Erfindungsgemäß ist eine Rückkopplung zwischen den einzelnen Prozessabschnitten vollständig unterbunden, so dass die Prozessparameter in den einzelnen Abschnitten unabhängig zu den in dem vor- oder nachgeordneten Abschnitt gewählten Prozessparametern eingestellt werden können. Parameteränderungen in einem Prozessschritt bewirken somit keine oder nur unwesentliche Veränderungen in den vor- oder nachgelagerten Prozessschritten, was insbesondere bei der Herstellung von Gläsern mit sehr hohen Boroxidgehalten, beispielsweise Gläsern mit bis zu 20% B₂O₃-Gehalten, erhebliche Vorteile bietet, da die Verdampfungsraten deutlich reduziert werden können und somit Qualitätseinbußen in Form von Knoten und Steinen wirkungsvoll verhindert werden können.
Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausführungsform kann jeder Prozessabschnitt für sich und unabhängig von den jeweils vor- oder nachgelagerten Prozessabschnitten abgelassen werden, beispielsweise zum Elektrodenwechsel. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann jeder der Prozessabschnitte mittels eines Verbindungsrohrs von der Art, wie vorstehend anhand der 2 beschrieben, vorübergehend überbrückt und auch vollständig abgelassen werden, beispielsweise zu Wartungs- oder Reparaturzwecken.
Durch diese quasi variable Verschaltung der einzelnen Prozessabschnitte können erfindungsgemäß auch die Prozessbedingungen insgesamt sehr variabel gestaltet werden.
Die in den 2 und 3 dargestellten Längen L1, L2, L3, ..., Lx) und Breiten (W1, W2, ....) der jeweiligen Prozesswannen können auch grundsätzlich verschieden gewählt werden. Auch die Profile der einzelnen Prozesswannen können verschieden gewählt werden.
Insbesondere kann in jedem Prozessabschnitt ein an die jeweils verarbeitete Glassorte angepasstes Temperaturregime vorgegeben werden, und zwar unabhängig von dem jeweils vor- oder nachgelagerten Prozessabschnitt. Auch ist der Einsatz unterschiedlicher Brennertypen und Elektroden und/oder Brenner- und/oder Elektrodenkonfigurationen möglich.
Ein weiterer Vorteil ist, dass erfindungsgemäß die jeweilige Prozesswanne unabhängig von den sich einstellenden Strömungen betrieben werden kann. Insbesondere können höhere spezifische Schmelzleistungen und Durchsätze gefahren werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Prozesswannen auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen, je nach den Anforderungen der zu verarbeitende Glassorte und wirtschaftlichen Erwägungen. Beispiele für solche Materialien sind Quarzal, AZS, ZBX, Sillimannit und dergl.
Ein weiterer Vorteil ist, dass in der Anlage gemäß der 1 in dem Einschmelzabschnitt noch keine Läutermittel verwendet werden müssen, so dass eine im Wesentlichen reliktfreie Grobschmelze erzeugt werden kann, die erst in nachgeordneten Läuterabschnitten weiter umgesetzt wird. Ein erfindungsgemäß ermöglichter optimierter Einschmelzprozess im Einschmelzabschnitt 2 ermöglicht außerdem einen höheren Freiheitsgrad bei der Auswahl der Rohstoffe für das jeweils herzustellende Glas.
Nachfolgend wird anhand der 4 das Umrüsten auf eine andere Glassorte bei laufendem Betrieb einer Glasherstellungsanlage erläutert. In dem Schritt S1 werden beide Einschmelzwannen 10a, 10b (vgl. 2) gleichzeitig betrieben und mit denselben Rohstoffen beschickt, so dass sich die gleiche Glassorte ergibt. Es sei nun angenommen, dass während des laufenden Betriebs eine der Einschmelzwannen (nachfolgend als erste Einschmelzwanne bezeichnet) auf eine andere Glassorte umgerüstet werden soll. Zu diesem Zweck wird in dem Schritt S2 zunächst die erste Einschmelzwanne von den nachfolgenden Prozessabschnitten getrennt und vollständig abgelassen. Die erste Einschmelzwanne kann auch vor dem Trennen von den nachfolgenden Prozessabschnitten vollständig abgelassen werden. Während die zweite Einschmelzwanne weiter betrieben und weiterhin mit den gleichen Rohstoffen beschickt wird, wird die erste Einschmelzwanne mit anderen Rohstoffen beschickt, für die andere gewünschte Glassorte. Da erfahrungsgemäß Reste der zuvor verwendeten Glasschmelze mit der anderen Zusammensetzung relativ lange in einer Einschmelzwanne verbleiben können, beispielsweise in Fugenbereichen einer Innenauskleidung oder in Rand- oder Kantenabschnitten, kann die erste Einschmelzwanne in dem Schritt S2 auch mehrfach mit der neuen Glasschmelze gespült werden. Ein solcher Zyklus aus Befüllen und vollständigem Ablassen kann mehrfach wiederholt werden, solange bis die gewünschte Reinheit der neuen Glasschmelze erreicht ist (Schritte S3 und S4).
Abschließend wird die zweite Einschmelzwanne in dem Schritt S5 von den nachfolgenden Prozessabschnitten abgetrennt und der Betrieb mit der ersten Einschmelzwanne fortgeführt, was die gewünschte zweite Glassorte ergibt. Anschließend kann in einem vergleichbaren Prozesszyklus die zweite Einschmelzwanne auf die neue (zweite) Glassorte umgerüstet werden.
Die Längen und Breiten der in der 2 und 3 in Draufsicht dargestellten Prozessabschnitte können unterschiedlich ausgelegt werden. Die Längen, L1, ... Lx) können von 0,5 m bis 5 m variieren, bevorzugt von 1 m bis 2 m. Die Breiten (W1, W2, ...) können von 0,5 bis 2 m variieren, bevorzugt von 0,8 bis 1,5 m. Durch die Variation der Prozessabschnitte in Länge, Breite, Profil und/oder Anzahl können bei Spezialgläsern erfindungsgemäß beliebige Durchsätze in Tonnen pro Tag geschmolzen werden. Wie man in der 1 erkennen kann, weisen die Verbindungsrohre 19, 20 der einzelnen Prozessabschnitte beginnend ab dem Einschmelzabschnitt 2 jeweils einen unterschiedlichen Abstand zum jeweiligen Wannenboden auf. Dieser Abstand kann im Einschmelzabschnitt 2 etwa 50–80% des Glasstandes betragen. Bevorzugt wird ein Abstand von etwa 70%. Im nachgeordneten Rohläuterabschnitt 6 und in den nachgeordneten weiteren Prozessabschnitten kann dieser Abstand zu dem jeweiligen Wannenboden 10–30% des jeweiligen Glasstandes betragen. Bevorzugt wird ein Abstand von etwa 20%.
Der Durchsatz einer Glasherstellungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung liegt typischerweise in einem Bereich von beispielsweise 0,2 bis 10 Tonnen pro Tag, je nach Glastyp. Hohe Durchsatzmengen bis 10 Tonnen pro Tag und darüber hinaus können dadurch realisiert werden, dass die beiden Einschmelzwannen 10a, 10b (vgl. 2) parallel geschaltet werden können, wie vorstehend beschrieben.
Wenngleich die Erfindung vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass diese nur der Erläuterung des allgemeinen Erfindungsgedankens dienen sollen, diese jedoch die Auslegung der vorliegenden Erfindung nicht beschränken sollen. Dem Fachmann auf diesem Gebiet werden beim Studium der vorliegenden Beschreibung Modifikationen und weitere Ausführungsformen ersichtlich werden, die mit von der vorliegenden Erfindung umfasst sein sollen, sofern Sie unter den allgemeinen Lösungsgedanken und den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen sollten. Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die zuvor beschriebenen Aspekte der Erfindung auch in anderer Weise, als vorstehend beschrieben, miteinander kombiniert werden können.

1: Anlage zum Schmelzen und Läutern
2: Einschmelzabschnitt
6: Rohläuterabschnitt
7: Feinläuterabschnitt
8: nachgeordneter Prozessabschnitt
10a, 10b: Einschmelzwanne
11: Abdeckung
12: Innenraum
13: Glasschmelze
14: Gemenge-Vorratsbehälter
15: Gemenge-Einlegevorrichtung
16: Elektrode
17: Blasdüse
18: Strahlungsbrenner
19: Auslassrohr
20: Verbindungsrohr
21: Auslass
22: Einlass
23: Boden
25: Steigrohr
26: Verbindungsrohr
30: elektrisches Heizgerät
31: elektrische Verbindungsleitung
60: Rohläuterwanne
61: Boden
62: Abdeckung
63: Innenraum
64: Glasschmelze
65: Einlass
66: Auslass
67: Elektrode
68: Strahlungsbrenner
69a: Rührer
69b: Rührflügel
600: Blasdüsen (Feinbubbling)
601: Läutermitteleinspeisung
70: Feinläuterwanne
71: Boden
72: Abdeckung
73: Innenraum
74: Glasschmelze
75: Einlass
76: Auslass
77: Elektrode
78: Strahlungsbrenner
79: Wall
80: Weitere Prozesswanne
87: Elektrode
90: Auslass (Rinnenanlage)
L1: Länge der Einschmelzwanne
W1: Breite der Einschmelzwanne
L2: Länge der Rohläuterwanne
W2: Breite der Rohläuterwanne
L3: Länge der Feinläuterwanne
LX: Länge der weiteren Prozesswanne
H1: Abstand des Verbindungsrohrs zum Wannenboden 23
H1: Abstand des Verbindungsrohrs zum Wannenboden 61

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 2007/0022780 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- R. Beerkens, Proc. Int. Congr. Glass, Vol. 1, Invited Papers, Edinburgh, Scotland, 6 July 2001, 180–192 „Future Industrial Glass Melting Concepts” [0003]
- R. Beerkens, „Modular Melting Part 2, Industrial Glass Melting Process Requirements”, American Society Ceramic Society Bulletin, Vol. 83, No. 7, 35 bis 37 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Schmelzen und Läutern einer Glasschmelze, mit einem Einschmelzabschnitt (2) und einem nachgeordneten und von dem Einschmelzabschnitt getrennten Läuterabschnitt (6) zum Läutern der Glasschmelze, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschmelzabschnitt (2) aus zwei Einschmelzwannen (10a, 10b) besteht, die voneinander getrennt und unabhängig voneinander betreibbar und mit dem Läuterabschnitt (6) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die beiden Einschmelzwannen (10a, 10b) über ein gemeinsames Verbindungsmittel (20) parallel geschaltet und mit dem Läuterabschnitt (6) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das gemeinsame Verbindungsmittel ein Rohr (20) und ein T-Verzweigungsstück umfasst, das über separate Rohre (19) mit einer jeweiligen Einschmelzwanne (10a, 10b) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein jeweiliger Auslass (21) der beiden Einschmelzwannen (10a, 10b) unabhängig verschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Innenoberflächen der Rohre (19, 20) aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus einem Edelmetall, bestehen und die Rohre elektrisch beheizbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Rohre (19, 20) ausgelegt sind, so dass eine Rückströmung der Glasschmelze zurück in einen jeweils vorgeordneten Prozessabschnitt, insbesondere zurück in die vorgeordneten Einschmelzwannen (10a, 10b), verhindert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Innendurchmesser der Rohre (19, 20) kleiner oder gleich 150 mm ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Prozessparameter der beiden Einschmelzwannen unabhängig voneinander einstellbar und/oder variierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Einschmelzwannen unterschiedliche Abmessungen aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Einschmelzwannen aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder mit unterschiedlichen Materialien ausgekleidet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Läuterabschnitt (6) für eine Rohläuterung der Glasschmelze ausgelegt ist und eine Rohläuterwanne (60) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Rohläuterwanne (60) weiterhin mit einer Rührvorrichtung (69) und/oder Blasdüsen (600) zur Injektion von feinen Gasbläschen am Boden der Rohläuterwanne (60) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend zumindest einen weiteren Prozessabschnitt (7, 8), bevorzugt einen Feinläuterabschnitt (7), wobei jede der Einschmelzwannen (10a, 10b) unabhängig voneinander oder beide Einschmelzwannen gemeinsam mit einem weiteren Prozessabschnitt verbindbar ist bzw. sind und der Läuterabschnitt (6) mittels eines Verbindungsmittels (26) überbrückbar ist.
Verfahren zur Herstellung von Glas, bei dem ein Gemenge in einen Einschmelzabschnitt (2) eingebracht und zu einer Glasschmelze eingeschmolzen wird, die Glasschmelze in einem nachgeordneten und von dem Einschmelzabschnitt getrennten Läuterabschnitt (6) geläutert wird, und die Glasschmelze weiter verarbeitet und zu dem Glas abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschmelzabschnitt (2) aus zwei Einschmelzwannen (10a, 10b) besteht, die voneinander getrennt und mit dem Läuterabschnitt (6) verbunden sind, wobei die beiden Einschmelzwannen unabhängig voneinander betrieben werden können.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die in den beiden Einschmelzwannen erzeugte Glasschmelze gemeinsam oder zeitlich nacheinander weiter behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die beiden Einschmelzwannen (10a, 10b) über ein gemeinsames Verbindungsmittel (20) parallel geschaltet und mit dem Läuterabschnitt (6) verbunden sind und wobei die Glasschmelze wahlweise aus einer der beiden Einschmelzwannen oder gleichzeitig aus beiden Einschmelzwannen in den Läuterabschnitt fließt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein jeweiliger Auslass (21) der beiden Einschmelzwannen (10a, 10b) unabhängig verschlossen wird und die in den beiden Einschmelzwannen erzeugte Glasschmelze zeitlich nacheinander weiter behandelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Glasschmelze zwischen den einzelnen Abschnitten ein Rohr durchströmt, wobei die Innenoberflächen der Rohre (19, 20) resistiv elektrisch beheizt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Glasschmelze die Rohre (19, 20) so durchströmt, dass eine Rückströmung der Glasschmelze zurück in einen jeweils vorgeordneten Prozessabschnitt, insbesondere zurück in die Einschmelzwannen (10a, 10b), verhindert ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei ein Innendurchmesser der Rohre (19, 20) kleiner oder gleich 150 mm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei Prozessparameter der beiden Einschmelzwannen unabhängig voneinander eingestellt und/oder variiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei in dem Läuterabschnitt (6) eine Rohläuterung der Glasschmelze erfolgt, wobei der Läuterabschnitt eine Rohläuterwanne (60) umfasst, die mit einer Rührvorrichtung (69) und/oder Blasdüsen (600) zur Injektion von feinen Gasbläschen am Boden der Rohläuterwanne (60) versehen ist, sodass die Glasschmelze während der Rohläuterung weiter homogenisiert und/oder der Austritt von Gasblasen aus der Glasschmelze unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, bei dem die Glasschmelze vor dem Abkühlen zu dem Glas in zumindest einem weiteren Prozessabschnitt (7, 8), bevorzugt einem Feinläuterabschnitt (7), weiter verarbeitet wird, wobei der Läuterabschnitt (6) mittels eines Verbindungsmittels (26) überbrückbar ist und die Glasschmelze aus zumindest einer der Einschmelzwannen (10a, 10b) unmittelbar in einen weiteren Prozessabschnitt fließt.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von Glas.