DE60008285T2

DE60008285T2 - Verfahren und vorrichtung zur wärmebehandlung von glasmaterial und natürlichen materialen insbesondere vulkanischen ursprungs

Info

Publication number: DE60008285T2
Application number: DE60008285T
Authority: DE
Inventors: Milan Hajek; Jiri Drahos; Václav VOLF; Vozab
Original assignee: Institute of Chemical Process Fundamentals CAS
Current assignee: Institute of Chemical Process Fundamentals CAS
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: PL193607B1; KR20020021644A; SK16902001A3; SK284512B6; NO20016126D0; WO2000078684A1; US6938441B1; MXPA01013022A; NO20016126L; EP1228008B1; PT1228008E; ATE259336T1; JP2003519612A; EP1228008A1; DE60008285D1; PL352861A1

Description

Erfindungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Glas- und natürlichen Materialien, insbesondere vulkanischen Ursprungs. Unter "Wärmebehandlung von Glasmaterialien" ist das Einschmelzen oder Raffinieren von Bruchglas, Glasposten oder von einer Mischung daraus, das Härten oder das Formen von Glas zu verstehen. Die Materialien vulkanischen Ursprungs, beispielsweise Basalt, Granit, Marmor, Andesit, Syenit usw., werden demgemäß dem Schmelzen, Raffinieren oder Härten und dem Formen unterworfen, um Gebrauchswaren, beispielsweise Bodenfliesen, Wandfliesen, Stäbe, Stangen, Fasern, Isolierwolle, Kunstgegenstände und verschiedene Glaswaren usw., herzustellen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Beschreibung des Stands der Technik
Gegenwärtig erfolgt das Glasschmelzen oder die Erzeugung von Glasschmelze oder Mutterglas als auch das Schmelzen von natürlichen Materialien, insbesondere vulkanischen Ursprungs, beispielsweise Basalt, fast ausschließlich in glasherstellenden Öfen oder Schmelzöfen, die durch Gasbrenner erhitzt werden. Derartige Öfen sind klobig und schwer. Der Ofen muss insgesamt erwärmt werden und mit dicken Isolierschichten aus Schamotte versehen werden, wodurch die Beweglichkeit des Ofens, d. h. die Möglichkeit seiner Bewegung von Ort zu Ort, beispielsweise für Ausstellungszwecke, beträchtlich eingeschränkt wird. Ferner ergibt die Verbrennung von beträchtlichen Mengen an Gas die Erzeugung einer merklichen Menge von gefährlichen, die Umwelt beeinträchtigenden Abgasen und auch eine starke Wärmestrahlung im Arbeitsplatzbereich, wodurch unangenehme Arbeitsbedingungen entstehen. Es sind Anstrengungen unternommen worden, diese glasherstellenden Öfen durch elektrisch geheizte Öfen zu ersetzen, aber aufgrund der Forderungen von besonderen Parametern, wie der Temperatur, des Glasausstoßes und des Energieverbrauchs, haben diese Anstrengungen vor allen Dingen aus wirtschaftlichen Gründen nur zu einer beschränkten Anwendung geführt. Die Forderung nach einem schnellen Schmelzen der Glas- oder natürlichen Materialien durch klassische Heizverfahren zeigt das Hauptproblem auf, nämlich die sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit solcher Materialien. Ferner reflektieren bestimmte Arten von Glas oder Materialien, insbesondere diejenigen, die Eisen enthaften, beispielsweise Schweißglas oder Basalt, in hohem Maß infrarote Strahlung, so dass das Temperaturgefälle von der Außenfläche zur Innenfläche des Materials steil abnimmt und damit die Stärke des Materialpostens begrenzt werden muss.
Versuche zur Verwendung der Mikrowellentechnologie sind auf erhebliche Schwierigkeiten gestoßen, weil die meisten Glasarten für Mikrowellen gut durchsichtig sind, d. h., dass das Glas Mikrowellen bei Umgebungstemperatur nicht absorbiert und irgendwie aktiviert werden muss, d. h. es muss derart verändert werden, dass es Mikrowellen absorbiert. Es ist auch bekannt, dass bei bestimmten Temperaturen, etwa 500°C und mehr, die positiv geladenen Partikel von Alkaliionen, die in der negativ geladenen Zwischengitterstelle schwingen, als oszillierender Dipol zu arbeiten beginnen, der die Basisbedingung für die Absorption von Mikrowellen darstellt. Die Vorerwärmung kann beispielsweise durch elektrisches Heizen vorgenommen werden, das tatsächlich einen Hybridofen verfangt, d. h. einen Ofen, der mit einer kombinierten elektrischen und Mikrowellen-Heizung versehen ist. Ein derartiger Hybridofen ist jedoch verhältnismäßig teuer und hat nur eine beschränkte Kapazität. Einige Autoren haben zur Vorheizung von transparenten Materialien, beispielsweise Asbest und Kieselgur, verschiedene, Mikrowellen absorbierende Zusätze, beispielsweise Eisenpulver, Eisentrichlorid oder Borax (F. G. Wihsmann, R. Kokoschko, K. Forkel, "Glassmaker and Ceramicmaker", 46 75, 1996) verwendet. Doch diese Materialien haben sich als Zusätze für die Glasmaterialien als ungeeignet erwiesen, weil sie mit der Glasmasse reagieren und die Glaszusammensetzung und -struktur in unerwünschter Weise verändern. Weitere Autoren verwendeten für die Postenvorwärmung eine Mikrowellen absorbierende Hülle, oder sie hydrierten das Material vor dessen Schmelzen (M. P. Knox, GI. J. Copley, "Glass technology" 38, 91, 1997). Diese aktivierenden Verfahren waren aber auch nicht perfekt, weil durch die Verwendung einer Mikrowellen absorbierenden Hülle die Mikrowellen daran gehindert wurden, in den Posten zu dringen, und die Wärme wie bei den klassischen Heizverfahren durch Strahlung verteilt wurde. Andererseits führte für die Mehrheit der Glasarten weder das Hydrieren noch das Benetzen zu einem ausreichenden Mittel für die Aufwärmung des Postens auf die erforderliche Temperatur.
Gemäß der EP-A1-0 349 405 werden Mikrowellen zur Vorwärmung oder zum Erhitzen von Materialien, wie Oxiden, Glas und bestimmten Metallen, verwendet, die eine Korrosionswirkung auf der Ofenverkleidung bewirken, wenn sie einer Induktionserhitzung unterworfen werden. Um das Vorwärmen von Materialien, die Mikrowellen nicht aufnehmen, zu ermöglichen, werden dem Posten Glas enthaltende Eisenoxide beigefügt, die aufgrund ihrer hohen Mikrowellenabsorption eine Erwärmung der restlichen, Mikrowellen nicht aufnehmenden Materialien vorsehen. Trotzdem ist ein solches Verfahren für die Erzeugung von Produkten, die auf den meisten Glasarten oder natürlichen Materialien beruhen, unannehmbar, weil das Eisenoxid die erforderlichen Qualitäten der Endprodukte wesentlich beeinflusst.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zur Wärmebehandlung, beispielsweise zum Schmelzen, Raffinieren oder Härten, von Glassmaterialien und natürlichen Materialien, insbesondere vulkanischen Ursprungs, trotz der Zusammensetzung oder Struktur dieser Materialien zu schaffen, wobei die Mikrowellentechnologie in Kombination mit ausgewählten Zusatzmitteln angewandt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, wobei diese Vorrichtung sowohl im Postenbetrieb als auch im kontinuierlichen Betrieb arbeitet.
Zusammenfassung der Erfindung
In Übereinstimmung mit dem Vorerwähnten wird das behandelte Material einer Mikrowellenstrahlung in einem Frequenzbereich von 1–10 GHz und einem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 1800°C in einem Posten- oder kontinuierlichen Produktionsbetrieb in Gegenwart eines inerten Zusatzmittels ausgesetzt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Karbide, Nitride oder Boride in einer Menge von 1–100 Gramm je Kilogramm des Glas- oder natürlichen Materials aufweist. Besser liegt die Frequenz der Mikrowellenstrahlung im Bereich von 1–100Mhz oder noch besser im Bereich von 0,5–10 GHz.
In besonderen Fällen kann die Frequenz der Mikrowellenstrahlung 27 MHz, 896 MHz, 915 MHz oder 2450 MHz und die Menge der inerten Zusatzmittel 5–50 Gramm je Kilogramm des Glas- oder natürlichen Materials betragen.
Besser noch sind die inerten Zusatzmittel aus der Gruppe ausgewählt, die Wolframkarbid WC, Siliziumkarbid SiC, Borkarbid B₄C₂, Titankarbid TiC oder Vanadiumnitrid VN, Bornitrid BN, Siliziumnitrid Si₃N₄ oder Titanborid TiB₂, Niobborid NB₂, Vanadiumborid VB₂, Wolframborid WB₂, Zirkoniumborid ZrB₂ und Aluminiumborid AlB₂ oder eine Mischung daraus umfasst.
Das Glasmaterial kann eine Bruchform aus üblichem Abfallglas jeder Art oder Glasposten jeder Art oder Mischungen aus Bruchglas, Glas und Giasposten aufweisen, und das natürliche Material kann Basalt, Granit, Marmor, Andesit, Syenit und andere Materialien enthalten, die die Mikrowellenstrahlung absorbieren.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im Wesentlichen aus einem Mikrowellenofen, der einen mit einem Deckel versehenen Außenmantel, einen Innenmantel, mindestens einen Mikrowellengenerator mit Doppelemission und einer Gesamtleistung von 0,1–1 kW je Kilogramm des verarbeiteten Glas- oder natürlichen Materials, das im Wesentlichen im Zwischenraum zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel angeordnet ist, und einen im Inneren des Innenmantels angeordneten Tank aufweist. Der Innenraum des Ofens ist vorteilhafterweise mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt, das einen Wärmewiderstand von bis zu 1750°C aufweist und aus der Gruppe ausgewählt ist, die Aluminiumoxide, Korund- und Siliziumoxide oder Quarz umfasst. Der Ofendeckel kann mit einem Füllstutzen, mindestens einem Sicherheitsschalter und einem kontaktlosen Infrarotsensor zur Feststellung der Temperatur des behandelten, über den Füllstutzen eingefüllten Materials mit einer Verbindung zur Übertragung eines Signals vom Infrarotsensors zu einer Temperatursteuervorrichtung versehen sein, die einen Mikroprozessor für die Steuerung des Mikrowellengenerators aufweist.
Um einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen, ist der Tank mit einem Seiten- oder Bodenabstichpunkt versehen. Die hohe Beweglichkeit des Ofens wird mit Transporträdern gewährleistet, die am Außenmantel befestigt sind.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung gründen sich auf die Anwendung der Mikrowellenenergie zur selektiven Erhitzung von Glas, Glasmaterialien, natürlichen Materialien, insbesondere vulkanischen Ursprungs, beispielsweise Basalt, Granit, Marmor usw. Die angewandte Technologie kann gewährleisten, dass nur das aufzuheizende Material in seinem ganzen Volumen der Hitzewirkung gleichmäßig ausgesetzt wird, während der benachbarte Raum durch die Hitze unbeeinflusst bleibt. Auf diese Weise wird die zugeführte Energie ausschließlich für das Schmelzen, Raffinieren oder Härten des erforderlichen Materials verwendet, und es nicht erforderlich, den ganzen Ofenkörper aufzuheizen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass inertes Material (beispielsweise Siliziumkarbid) als Zusatzmittel zur Glasmasse oder zum Glasposten angewandt wird. Diese inerten Materialien sind sogar bei Umgebungstemperatur starke Absorbieren von Mikrowellen, während die Eigenschaften von Glas- oder natürlichen Materialien unbeeinflusst bleiben. In dieser Weise kann jede Glasart ungeachtet des Maßes, in dem Glas Mikrowellen absorbieren kann, und auch ungeachtet der Glaszusammensetzung und der Partikelgröße einschließlich jedes Glaspostens oder natürlichen Materials, insbesondere vulkanischen Ursprungs, geschmolzen werden, das beispielsweise Metall enthält. Der Schmelzvorgang wird sehr beschleunigt und nur durch den Wärmewiderstand eines keramischen Schmelztiegels bestimmt. Ein metallischer oder Gaphit-Schmelztiegel kann nicht verwendet werden, weil er mit Mikrowellen ungünstig reagiert.
Jedes unerwünschte Phänomen, beispielsweise ein Materialverlust oder eine Oxidation des Materials durch den Luftsauerstoff, wird im Mikrowellenschmelzvorgang unterdrückt. Die erforderlichen Eigenschaften des verarbeiteten Materials bleiben vollständig erhalten, doch sie können durch eine gesteuerte Abänderung der Schmelzcharakteristik geändert werden. Durch eine geeignete Anwendung der Mikrowellenenergie in einem Glaspostenschmelzvorgang kann Glas mit verschiedenen Eigen schalten gewonnen werden, das in klassischen Glasherstellungsöfen (beispielsweise in Bezug auf deren Morphologie, Mikrostruktur oder mechanische Festigkeit) nicht erzeugt werden kann.
Die Vorteile der Erfindung, die sich auf die Anwendung der Mikrowellenheiztechnologie in Verbindung mit einem geänderten Mikrowellenofen gründet, können folgendermaßen zusammengefasst werden:

– eine schnelle Rauminnenerhitzung, die die Wirkung der Mikrowellen betrifft, Materialien fast gleichmäßig von der Raummitte aus zur Raumaußengrenze im Gegensatz zum klassischen Erhitzen aufzuheizen,
– ein selektives Erhitzen, das hier bedeutet, dass nur das erforderliche Material erhitzt wird, während dessen Umgebung kühl bleibt,
– der Ofen braucht nicht dauernd mit Energie versorgt werden, der Ofen kann jederzeit an- oder abgeschaltet werden, d. h. braucht nicht kontinuierlich betrieben zu werden,
– ein niedriger Verbrauch an elektrischer Energie, der wesentlich geringere Betriebskosten verursacht, wobei dieser Vorteil sich aus den vorerwähnten Vorteilen ergibt,
– harmlose Arbeitsbedingungen, keine Verbrennungsgase werden erzeugt, und auch die Temperatur des Arbeitsplatzes wird nicht erhöht.

Neben den bloßen Schmelzzwecken kann der Ofen ferner zum Raffinieren, Härten, oder Formen von verschiedenen Glasmaterialien, zum Schmelzen von mehreren Glasmustern, beispielsweise zum Zweck von Farbdekorationen, oder zum Verarbeiten von geschmolzenen, natürlichen Materialien zur Erzeugung von Gebrauchswaren, beispielsweise Bodenfliesen, Wandfliesen, Stäben, Stangen, Fasern, Isolierwolle, Kunstgegenständen usw., verwendet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die beigefügte Zeichnung zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
Beispiel 1
5 kg eines zerkleinerten Glasbruchs mit einer Partikelgröße von 2–6 mm und 100 g eines kompakten Wolframkarbids (WC) wurden in einen keramischen Schmelztiegel mit einer Volumenkapazität von 4 Litern gegeben, wonach der Schmelztiegel in einen Mikrowellenofen gestellt wurde. Nach dem Schließen des Ofendeckels wurden die Inhalte des Schmelztiegels mittels Mikrowellenstrahlung bei einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 4 kW erhitzt, bis der Posten geschmolzen war. Die Glasschmelze wurde dann auf eine Temperatur von 1200°C bis hinunter auf 50°C gehalten und zur Herstellung von verschiedenen Gebrauchsgegenständen weiterverarbeitet.
Beispiel 2
2 kg einer Mischung aus einem Bleikristallposten und 50 g eines kompakten Wolframkarbids (WC) wurden in einen keramischen Schmelztiegel mit einem Volumen von 4 Litern gegeben; dann wurde der Schmelztiegel in einen Mikrowellenofen gelegt. Nach dem Schließen des Ofendeckels wurden die Inhalte des Schmelztiegels durch Mikrowellenstrahlung bei einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 2 kW erhitzt, bis das Glas geschmolzen war, und dann wurde die Glasschmelze bei einer Temperatur von 1450°C und danach von 1200°C herunter bis 20°C raffiniert. Die Glasschmelze wurde weiter auf dieser Endtemperatur gehalten und zur Herstellung von verschiedenen Gebrauchsgegenständen benutzt.
Beispiel 3
Der Glasherstellungsvorgang gemäß dem Beispiel 2 wurde unter im Wesentlichen denselben Bedingungen wiederholt, mit der Ausnahme, dass als Zusatzmittel die folgenden Zusammensetzungen nacheinander verwendet wurden: Wolframkarbid WC, Siliziumkarbid SiC, Borkarbid B₄C₂, Titankarbid TiC oder Vanadiumnitrid VN, Bornitrid BN, Siliziumnitrid Si₃N₄ oder Titanborid TiB₂, Niobborid NB₂, Vanadiumborid VB₂, Wolframborid WB₂, Zirkoniumborid ZrB₂ und Aluminiumborid AlB₂.
Beispiel 4
10 kg eines Glasbruchs, das von Abfallglasverpackungen, wie Flaschen, Einmachgläsern usw., stammte, und 200 g eines kompakten Wolframkarbids (WC) wurden in einen keramischen Tank mit einem Volumen von 10 Litern gegeben, der mit einem Seiten- oder Bodenabstichpunkt versehen war. Der Tank wurde in einen Mikrowellenofen gestellt, der geschlossen und eingeschaltet wurde und dabei mit höchster Leistung lief. Der Glasbruch wurde geschmolzen, durch die Wirkung der Mikrowellenstrahlung raffiniert, und die Glasschmelze wurde aus dem Boden- oder Seitenabstichpunkt für die weitere Verarbeitung abgezogen. Der Ofen war mit Eingangs- und Ausgangsmitteln versehen, so dass der ganze Vorgang im kontinuierlichen Betrieb durchgeführt werden konnte.
Beispiel 5
5 kg eines zerkleinerten Glasbasalts mit einer Partikelgröße von 0,2–60 mm wurden in einen keramischen Schmelztiegel mit einem Volumen von 4 Litern gegeben, und der Schmelztiegel wurde in einen Mikrowellenofen gestellt. Nach dem Schließen des Ofens wurde der Posten im Schmelztiegel durch Mikrowellenstrahlung bei einer Frequenz von 2450 MHz und einer Leistung von 4 kW erhitzt, bis der Posten vollständig bei einer Temperatur von 1600°C geschmolzen war, und dann wurde diese Temperatur auf 1200°C vermindert. Der geschmolzene Basalt wurde dann auf einer Temperatur von 1200°C herunter bis 20°C gehalten und dann zu verschiedenen Gebrauchsgegenständen verarbeitet.
Beispiel 6
8 kg eines zerkleinerten Basalts mit einer Partikelgröße von 0,2–60 mm wurden in einen keramischen Schmelztiegel mit einem Volumen von 10 Litern gegeben, und der Schmelztiegel wurde in einen Mikrowellenofen gestellt. Nach dem Schließen des O- fens wurde der Posten im Schmelztiegel durch Mikrowellenstrahlung bei einer Frequenz von 915 MHz erhitzt, bis der Posten vollständig bei einer Temperatur von 1400°C geschmolzen war; dann wurde diese Temperatur auf 1200°C vermindert. Der geschmolzene Basalt wurde dann auf einer Temperatur von 1200°C gehalten und dann weiterverarbeitet, wobei er in Fasern gezogen oder zu einer Isolierwolle geblasen wurde.
Beispiel 7
30 kg eines natürlichen Materials, das aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die Basalt, Granit Marmor und wahlweise Mischungen mit Zusatzmitteln enthielt, die aus der Gruppe ausgewählt waren, die Karbide, Nitride und Boride in einer Menge von 1–10 Gew.-% zum Zweck der Beschleunigung des Schmelzens umfasste, wurden in einen Keramiktank mit einem Volumen von 20 Litern gegeben. Das Material wurde durch die Wirkung von Mikrowellenenergie geschmolzen, bei einer Temperatur von 1400–1450°C geschmolzen gehalten und dann über einen Bodenauslass abgezogen. Gleichzeitig wurde die Menge des abgezogenen Schmelzmaterials durch eine im Wesentlichen kontinuierliche Zuführung von Rohmaterial kompensiert, wobei die Zuführungsrate derart gesteuert wurde, dass ein im Wesentlichen konstantes Volumen an Schmelzmaterial im Tank aufrecht erhalten wurde.
Beispiel 8
Ein postenbetriebener oder alternativ kontinuierlich betriebener Glasherstellungsofen weist einen Außenmantel 8.2 und einen Innenmanteλ 8.1 auf. Der Innenmanteλ 8.7 bestimmt einen wärmeisolierten Innenraum, der mit einem feuerfesten Isoliermaterial 3 aus Oxid, nämlich Korund, gefüllt ist. Dieses Material ist für Mikrowellen auch bei hohen Temperaturen durchlässig. Mikrowellengeneratoren 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, auch Magnetrons genannt, sind am Innenmantel 8.1 befestigt und verlaufen im Zwischenraum zwischen dem Innenmantel 8.1 und dem Außenmantel 8.2. In diesem Innenraum sind Lüfter 4 zur Magnetronkühlung angeordnet. Der obere Teil des Glasofens ist mit einem Deckel 10 versehen, der einen nach oben gerichteten Füllstutzen 7 aufweist. Die Füllstutzen 7 ist über eine Leitung 12 mit einem Speicherbehälter 11 für Postenmaterial verbunden. Der Deckel 10 ist ferner mit zwei Sicherheitsschaltern 9.1, 9.2 versehen. Dem Füllstutzen 7 ist ein Infrarotsensor 5 zugeordnet, der mit einem Thermometer und einer Temperatursteuervorrichtung 6 verbunden ist, die mit einem Mikroprozessor zur Steuerung des Ofenbetriebs ausgestattet ist. Der Boden des Außenmantels 8.2 ist mit Transporträdern 14 versehen. Ein Tank 2 zur Aufnahme von Postenmaterial ist im isolierten Raum angeordnet, wobei der obere Teil dieses Tanks mit dem Füllstutzen 7 verbunden ist, während der Boden dieses Tanks mit einem Abstichpunkt 13 verbunden ist.
Mindestens vier Mikrowellengeneratoren 1.1–1.4 oder Magnetrons sind eingebaut, um die Mikrowellenenergie bei einer Frequenz von 2450 MHz mit Einzel- oder Doppelemission zu erzeugen, um ein möglichst homogenes, elektromagnetisches Feld zu schalten. Die Gesamtmikrowellenleistung kann hinsichtlich der Menge des natürlichen Materialpostens in einem Bereich von 2–6 kW, vorzugsweise 4 kW je 10–15kg des Postens eingestellt werden. Die Temperatur des Schmelzmaterials wird mittels des kontaktlosen Infrarotsensors 5 gemessen und durch ein Thermometer geregelt, das mit einer Steuervorrichtung 6 verbunden ist, die mit einem prozesssteuernden Mikroprozessor ausgerüstet ist. Die am Deckel 10 vorgesehenen, mechanischen Sicherheitsschalter 9.1 und 9.2 verhindern, dass die Mikrowellenstrahlung in die Ofenumgebung streut, wenn der Ofen geöffnet ist, so dass sie die den Magnetrons 1.1–1.4 zugeführte Energie abschalten.
Im Betrieb wird das Postenmaterial kontinuierlich oder halbkontinuierlich aus dem Speicherbehälter 11 dem Tank 2 über den Füllstutzen 12 zugeführt, wonach das Postenmaterial geschmolzen, raffiniert und nachfolgend kontinuierlich oder halbkontinuierlich über den Abstichpunkt 13 abgezogen wird.
Industrielle Verwendungsmöglichkeit
Die Erfindung kann zum Schmelzen oder Herstellen aller Glasarten und natürlichen Materialien, insbesondere vulkanischen Ursprungs, ungeachtet des Maßes verwendet werden, bis zu dem diese Materialien Mikrowellen absorbieren können. Die Verfahren gemäß der Erfindung in Kombination mit einem Mikrowellenofen kann in Glas fabriken zu Laborzwecken (beispielsweise zur Zubereitung von gewöhnlichen, abgeänderten oder neuen Glasarten) und zu Kunstzwecken (Herstellung von Kunstgegenständen, Repliken usw.) und zu Dekorationszwecken (Dekoration von Grundformen mit verschiedenen Arten gefärbten Glases) verwendet werden. Zusammenfassend kann die Erfindung in Glasfabriken, Laboratorien, Studios, Kunststudios, Heimglasläden, und ähnlichen Werkstätten und in ähnlichen Herstellungsstätten zum Schmelzen und Verarbeiten von Basalt und ähnlichen Materialien verwendet werden, um Isolierwolle, Fasern oder Gebrauchsgegenstände, wie Boden- und Wandfliesen und auch ohne Begrenzung Vasen, Schüsseln und Statuen, herzustellen. Dank der hohen Beweglichkeit des Mikrowellenofens können das Verfahren und der Ofen gemäß der Erfindung auf Ausstellungen und bei Demonstrationsangelegenheiten der Herstellung von Glaswaren oder anderer Waren aus natürlichen Materialien als Teil der Herstellerwerbung der Herstellerprodukte und auch zu Lehr- und Übungszwecken an Berufsschulen der angewandten und dekorativen Kunst verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Wärmebehandlung von Glas- und natürlichen Materialien, insbesondere vulkanischen Ursprungs, dadurch gekennzeichnet, dass das behandelte Material einer Mikrowellenstrahlung in einem Frequenzbereich von 1–10 GHz und einem Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis 1800°C in einem Posten- oder kontinuierlichen Produktionsbetrieb in Gegenwart eines inerten Zusatzmittels ausgesetzt wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Karbide, Nitride, oder Boride in einer Menge von 1–100 Gramm je Kilogramm des Glas- oder natürlichen Materials aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Mikrowellenstrahlung im Bereich von 1–100 Mhz oder besser im Bereich von 0,5–10 GHz liegt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Mikrowellenstrahlung 27 MHz, 896 MHz, 915 MHz oder 2450 MHz und die Menge der inerten Zusatzmittel 5–50 Gramm je Kilogramm des Glas- oder natürlichen Materials beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die inerten Zusatzmittel aus der Gruppe ausgewählt sind, die Wolframkarbid WC, Siliziumkarbid SiC, Borkarbid B₄C₂, Titankarbid TiC oder Vanadiumnitrid VN, Bornitrid BN, Siliziumnitrid Si₃N₄ oder Titanborid TiB₂, Niobborid NB₂, Vanadiumborid VB₂, Wolframborid WB₂, Zirkoniumborid ZrB₂ und Aluminiumborid AlB₂ oder eine Mischung daraus umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial eine Bruchform aus üblichem Abfallglas jeder Art oder Glasposten jeder Art oder Mischungen aus Bruchglas, Glas und Glasposten aufweist und dass das natürliche Material Basalt, Granit, Marmor, Andesit, Syenit und andere Materialien enthält, die die Mikrowellenstrahlung absorbieren.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen aus einem Mikrowellenofen besteht, der einen mit einem Deckel (10) versehenen Außenmantel (8.2), einen Innenmantel (8.1), mindestens einen Mikrowellengenerator (1.1–1.4) mit Doppelemission und einer Gesamtleistung von 0,1–1 kW je Kilogramm des verarbeiteten Glas- oder natürlichen Materials, das im Wesentlichen im Zwischenraum zwischen dem Außenmantel (8.2) und dem Innenmantel (8.1) angeordnet ist, und einen im Inneren des Innenmantels (8.1) angeordneten Tank (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Ofens mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt ist, das einen Wärmewiderstand von bis zu 1750°C aufweist und aus der Gruppe ausgewählt ist, die Aluminiumoxide, Korund- und Siliziumoxide oder Quarz umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofendeckel (10) mit einem Füllstutzen (7), mindestens einem Sicherheitsschalter (9.1, 9.2) und einem kontaktlosen Infrarotsensor (5) zur Feststellung der Temperatur des behandelten, über den Füllstutzen (7) eingefüllten Materials mit einer Verbindung zur Übertragung eines Signals vom Infrarotsensor zu einer Temperatursteuervorrichtung (6) versehen ist, die einen Mikroprozessor für die Steuerung des Mikrowellengenerators aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (2) mit einem Seiten- oder Bodenabstichpunkt (13) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (8.2) mit Transporträdern versehen ist.