BE1021610B1 - Verwarmingselement voor vlakglas koeloven - Google Patents

Abstract

Een koeloven inrichting (1) voor het gecontroleerd koelen van een vlakglas product (10) dat doorheen de koeloven wordt voortbewogen. De inrichting omvat minstens één verwarmingselement (21) om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen. Het ten minste één verwarmingselement (21) omvat een laag (20) die een emissiviteit van ten minste 0,8 bezit. Een overeenkomstig verwarmingselement en werkwijze voor het koelen worden eveneens beschreven.

Description

Verwarmingselement voor vlakglas koeloven Technisch vakgebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het vakgebied van vlakglasproductie, Meer bepaald heeft deze uitvinding betrekking op een verwarmingselement voor een koeloven inrichting, alsook op een koeloven inrichting voor vlakglasproductie en op een methode voor het beschermen van een verwarmingselement in een koeloven inrichting voor vlakglasproductie.

Achtergrond van de uitvinding

Het is gebruikelijk om vlakglas te produceren in een volcontinu proces. Bij productie volgens het float-glasprincipe wordt een continue strook van gloeiendheet vlakglas geproduceerd. De grondstoffen, zoals zilverzand, kalk, soda en/of dolomiet, worden in een voorafbepaalde verhouding gemengd met glasgruis en in een oventunnel op hoge temperatuur gesmolten, bijvoorbeeld bij een temperatuur van 1500 °C. Een baan van gesmolten glas schuift door de tunneloven, terwijl verontreinigingen onder de vorm van gas en vaste stof ("slak") geleidelijk uit de glasstroom verdwijnen. Wanneer de glasmassa voldoende uitgezuiverd is, vloeit deze uit de oven op een bad van verhit, vloeibaar tin. Door de mutuele onmengbaarheid van het glas en het tin vloeit het glas in het bed homogeen uit, zodat een glaslaag met substantieel uniforme dikte wordt bekomen. Tijdens of na dit uitvloeien kan op het glas een laag aangebracht worden, bijvoorbeeld om glas met een coating met lage emissiviteit te produceren voor gebruik in thermisch isolerende glaspanelen.

Een alternatieve manier voor het produceren van glas is het walsen van glas, waarmee eveneens een glaslaag met substantieel uniforme dikte wordt bekomen. Ook hierop kan een laag worden aangebracht.

Als een glaslaag met een substantieel uniforme dikte wordt bekomen dient het glas op een gecontroleerde manier te worden afgekoeld, zodat in het glas ontstane spanningen kunnen weggewerkt worden. Naar dit proces van gecontroleerd afkoelen om spanningen te ontlaten wordt verder verwezen als annealen of 'annealing' of ontlaten. Dit afkoelen gebeurt typisch in een lange koeloven, waarbij de stollende glasmassa door een aantal zones wordt gevoerd. Iedere zone is hierbij aangepast om tijdens de corresponderende periode van het koelproces van het glas een geschikte thermische gradiënt aan te leggen. Het afkoelproces dient typisch nauwkeurig gecontroleerd te worden. Een koeloventunnel kan een lengte bezitten van meer dan 200 m, en is typisch onderverdeeld in een radiatief koelgebied, dat bv. de zones A, B en C omvat, en een convectief koelgebied, dat bv. de zones D, RET, E en F omvat. Typisch wordt in zone A koeling voorzien van het glas tot aan een eerste, hogere, relaxatie temperatuur van het vlakglas, in zone B koeling voorzien van het glas tussen de eerste, hogere, relaxatie temperatuur en een tweede, lagere, relaxatie temperatuur van het vlakglas en in zone C koeling voorzien van het glas onder de tweede, lagere, relaxatie temperatuur. In het radiatief koelgebied gebeurt de afkoeling van het glas hoofdzakelijk door straling, terwijl in het convectief koelgebied de afkoeling voornamelijk gebeurt door een aangelegde convectiestroom. Na afkoeling wordt het glaslint typisch verder gevoerd naar een snij-inrichting om het glas op maat te snijden.

Koelovens zoals gekend in de stand der techniek omvatten typisch verwarmingselementen. Deze verwarmingselementen kunnen bijvoorbeeld voorkomen dat het glas product te snel afkoelt. Bijvoorbeeld, in zone B is een trage afkoeling wenselijk om spanningen in het glasproduct te relaxeren, welke bijvoorbeeld kan voorzien worden door de temperatuursgradiënt te matigen met behulp van verwarmingselementen. Daarenboven kunnen de verwarmingselementen dynamisch aangestuurd worden, zodat een terugkoppeling kan voorzien worden in functie van sensormetingen om het koelproces optimaal te controleren. De verwarmingselementen kunnen beweegbaar zijn aangebracht, zodat het temperatuursprofiel in de koeloven nog beter kan afgesteld worden. Het is gekend in de techniek om verwarmingselementen in zones A, B en C aan te brengen om het proces optimaal te regelen.

De verwarmingselementen kunnen bijvoorbeeld electrische verwarmingselementen zijn, zoals elektrische verwarmingsspoelen. Dergelijke verwarmingselementen kunnen een draad of een bandvormige elektrische geleider omvatten, bijvoorbeeld vervaardigd uit een nikkel-chroom legering, zoals Nichrome 80/20.

De omgeving waarin deze verwarmingselementen opgesteld zijn kan echter de levensduur van de elementen sterk reduceren, bijvoorbeeld door de hoge temperatuur, bijvoorbeeld boven de 500 °C, zoals 800°C of hoger, en door de sterk corrosieve gassen, zoals zwaveldioxide SO2, die typisch aanwezig zijn in een vlakglasproductie omgeving. Zo kan zwaveldioxide bijvoorbeeld doelbewust geïnjecteerd worden om de opname van tin uit het tinbad in de glasstroom en alkalioxides op het vlakglas oppervlak te vermijden. Zwaveldioxidegas kan bijvoorbeeld aanwezig zijn in concentraties van boven de 1000 ppm, bijvoorbeeld 1200 ppm of hoger.

Het is bekend in de stand der techniek dat de verwarmingselementen kunnen beschermd worden door middel van een buisvormige huls rond het verwarmingselement. Een dergelijke huls voorziet een bepantsering van de draad, en kan bijvoorbeeld bestaan uit roestvrij staal. Het toevoegen van een dergelijke beschermende huls heeft echter het nadeel dat het verwarmingselement toeneemt in volume en dat de materiaalkost stijgt. Daarenboven kan de huls de efficiëntie van de warmteoverdracht nadeling beïnvloeden. US5125948 beschrijft een inrichting met gecontroleerde koeling volgend op een hoge-temperatuur behandeling van vlakke dunne glasplaten. US2013139553 beschrijft een oven met een thermische barrière. US20080041836 beschrijft een verwarmingselement voor gebruik tijdens Chemical vapor depositie (CVD) bij temperaturen van 1200°C en hoger, waarbij contaminatie van een halfgeleider werkstuk vermeden wordt. US5594999 beschrijft een oven met twee overstaande en gebogen stralingswanden, en met een temperatuursgradiënt in de hoogterichting, voor het drogen van objecten waarop een coating is aangebracht, bv. voertuigen. US5847368 beschrijft een elektrische verwarmingseenheid met een groef.

Samenvatting van de uitvinding

Uitvoeringsvormen overeenkomstig de onderhavige uitvinding hebben tot doel te voorzien in efficiënte en betrouwbare verwarmingselementen in een koeloven voor het annealen van vlakglas, alsook in het gebruik er van voor de productie van vlakglas.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat robuste en efficiënte verwarmingselementen worden voorzien voor gebruik in het vlakglas productieproces, alsook dat een accurate thermische controle van de koeling van vlakglas kan gebeuren.

De bovenstaande doelstelling wordt verwezenlijkt door een verwarmingselement en een koeloven inrichting volgens de onderhavige uitvinding. De bovenstaande doelstelling wordt ook verwezenlijkt door een werkwijze voor het beschermen van een verwarmingselement volgens de uitvinding. ·

De onderhavige uitvinding heeft in een eerste aspect betrekking op een koeloven inrichting voor het gecontroleerd koelen van een vlakglas product dat doorheen de koeloven wordt voortbewogen. De inrichting omvat minstens één verwarmingselement om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen. Het ten minste één verwarmingselement omvat een laag. Deze laag bezit een emissiviteit van ten minste 0,8. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van onderhavige uitvinding dat een systeem kan worden bekomen dat een zéér efficiënte warmtetoevoer toelaat in een koeloven voor vlakglas productie, bijvoorbeeld om een koelproces efficiënt en nauwkeurig te reguleren. De laag kan in specifieke uitvoeringsvormen een emissiviteit hebben van ten minste 0,8 mogelijks zelfs van minstens 0,9, bij een hoge temperatuur van het verwarmingselement, b.v. bij 800°C.

Het is een voordeel van op zijn minst sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een zéér efficiënte warmtetoevoer kan worden bekomen, wat een besparing op de energiekost impliceert. Het is een verder voordel van op zijn minst sommige uitvoeringsvormen dat het verwarmingselement goed wordt beschermd tegen oxidatie, wat een lange levensduur en een goede stabiliteit van de afgeleverde warmte in functie van toegeleverde energie oplevert.

In een koeloven inrichting volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het minstens één verwarmingselement een elektrisch verwarmingselement omvatten.

In een koeloven inrichting volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het elektrisch verwarmingselement een verwarmingsdraad of een verwarmingsstrip omvatten vervaardigd uit een metaal of een metaallegering. Het verwarmingselement kan bijvoorbeeld de vorm van een helicaal gewonden draad, band of strip bezitten.

In een koeloven inrichting volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan deze verwarmingsdraad of deze verwarmingsstrip een nikkel-chroom legering omvatten.

In een koeloven inrichting volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het electrisch verwarmingselement een keramisch verwarmingselement omvatten.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het basismateriaal gebruikt voor het produceren van het minstens één verwarmingselement een standaard materiaal kan zijn.

In een koeloven inrichting volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het minstens één verwarmingselement evenwijdig zijn aangebracht met de richting waarin het vlak glasproduct wordt voortbewogen. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat door het selecteren van een specifieke spatiale distributie van de met laag gecoate verwarmingselementen op een éénvoudige manier een specifieke temperatuursgradiënt kan worden bekomen.

De koeloven inrichting kan aangepast zijn om het vlakglas product te ontvangen aan een temperatuur hoger dan een bovenste relaxatietemperatuur van het vlakglas product en om in een eerste zone een eerste koeling voor het vlakglas product te voorzien tot aan de bovenste relaxatietemperatuur van het vlakglas product, om in een tweede zone een tragere koeling dan de eerste koeling te voorzien voor het vlakglas product met een temperatuur tussen de bovenste relaxatietemperatuur en een onderste relaxatietemperatuur van het vlakglas product, en om in een derde zone opnieuw een koeling sneller dan de tragere koeling van het vlakglas product te voorzien voor vlakglas product kouder dan de onderste relaxatietemperatuur. In een koeloven inrichting volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het minstens één verwarmingselement in de tweede zone voorzien zijn om te voorkomen dat het vlakglas product te snel afkoelt van een bovenste relaxatietemperatuur naar een onderste relaxatietemperatuur van het glas.

De onderhavige uitvinding heeft in een tweede aspect ook betrekking op een verwarmingselement om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen van een vlakglas product in een koeloven inrichting. Dit verwarmingselement omvat een laag die een emissiviteit van ten minste 0,8 bezit.

Een verwarmingselement volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan een elektrische verwarmingsdraad of een elektrische verwarmingsstrip omvatten.

In een verwarmingselement volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan de elektrische verwarmingsdraad of de elektrische verwarmingsstrip een nikkel-chroom legering omvatten.

In een verwarmingselement volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan de laag minstens één component omvatten uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium Carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides.

In een verwarmingselement volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan de laag verkregen zijn door coating op basis van een oplossing in water van een alkalimetaalsilicaat of aardalkalimetaalsilicaat, een vulmiddel en ten minste één component uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium Carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de verwarmingselementen compact kunnen gemaakt worden in breedte en/of diepte zodat een compacte koeloven inrichting kan worden bekomen.

De onderhavige uitvinding heeft in een tweede aspect ook betrekking op een werkwijze voor het beschermen van een verwarmingselement om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen van een vlakglas product in een koeloven inrichting. Deze werkwijze omvat het voorzien van een verwarmingselement en het aanbrengen van een laag op het verwarmingselement waarbij de laag minstens één component omvat uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium Carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides.

In een werkwijze volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan het aanbrengen van de laag het aanbrengen van een coating op basis van een oplossing in water van een alkalimetaalsilicaat of aardalkalimetaalsilicaat, een vulmiddel en ten minste één component uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium Carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides omvatten.

Specifieke en voorkeursdragende aspecten van de uitvinding zijn opgenomen in de aangehechte onafhankelijke en afhankelijke conclusies. Kenmerken van de afhankelijke conclusies kunnen worden gecombineerd met kenmerken van de onafhankelijke conclusies en met kenmerken van andere afhankelijke conclusies zoals aangewezen en niet enkel zoals uitdrukkelijk in de conclusies naar voor gebracht.

Korte beschrijving van de figuren FIG. 1 toont een eerste schematische doorsnede van een deel van een koeloven voor het annealen van glas volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. FIG. 2 toont een verwarmingselement volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. FIG. 3 toont een voorbeeldmatig verwarmingselement volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. FIG. 4 toont een werkwijze volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. FIG. 5 toont een behandelde zijde van een teststuk uit koolstofstaal na sinteren, waarbij een laag zoals gebruikt in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding werd aangebracht op deze behandelde zijde. FIG. 6 toont de onbehandelde zijde van het teststuk in FIG. 5 na sinteren, ter illustratie van aspecten van uitvoeringsvormen van de uitvinding.

De figuren zijn enkel schematisch en niet limiterend. In de figuren kunnen de afmetingen van sommige onderdelen overdreven en niet op schaal worden voorgesteld voor illustratieve doeleinden. Referentienummers in de conclusies mogen niet worden geïnterpreteerd om de beschermingsomvang te beperken. In de verschillende figuren verwijzen dezelfde referentienummers naar dezelfde of analoge elementen.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvoeringsvormen

De huidige uitvinding zal beschreven worden met betrekking tot bijzondere uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen, echter de uitvinding wordt daartoe niet beperkt maar is enkel beperkt door de conclusies.

Verwijzing doorheen deze specificatie naar "één uitvoeringsvorm" of "een uitvoeringsvorm" betekent dat een specifiek kenmerk, structuur of karakteristiek beschreven in verband met de uitvoeringsvorm is opgenomen in tenminste één uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Dus, voorkomen van de uitdrukkingen "in één uitvoeringsvorm" of "in een uitvoeringsvorm" op diverse plaatsen doorheen deze specificatie hoeven niet noodzakelijk allemaal naar dezelfde uitvoeringsvorm te refereren, maar kunnen dit wel doen. Voorts, de specifieke kenmerken, structuren of karakteristieken kunnen gecombineerd worden op eender welke geschikte manier, zoals duidelijk zou zijn voor een gemiddelde vakman op basis van deze bekendmaking, in één of meerdere uitvoeringsvormen.

Vergelijkbaar dient het geapprecieerd te worden dat in de beschrijving van voorbeeldmatige uitvoeringsvormen van de uitvinding verscheidene kenmerken van de uitvinding soms samen gegroepeerd worden in één enkele uitvoeringsvorm, figuur of beschrijving daarvan met als doel het stroomlijnen van de openbaarmaking en het helpen in het begrijpen van één of meerdere van de verscheidene inventieve aspecten. Deze methode van openbaarmaking dient hoe dan ook niet geïnterpreteerd te worden als een weerspiegeling van een intentie dat de uitvinding meer kenmerken vereist dan expliciet vernoemd in iedere conclusie. Eerder, zoals de volgende conclusies weerspiegelen, inventieve aspecten liggen in minder dan alle kenmerken van één enkele voorafgaande openbaar gemaakte uitvoeringsvorm. Dus, de conclusies volgend op de gedetailleerde beschrijving zijn hierbij expliciet opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, met iedere op zichzelf staande conclusie als een afzonderlijke uitvoeringsvorm van deze uitvinding.

Voorts, terwijl sommige hierin beschreven uitvoeringsvormen sommige, maar niet andere, in andere uitvoeringsvormen inbegrepen kenmerken bevatten, zijn combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld als gelegen binnen de reikwijdte van de uitvinding, en vormen deze verschillende uitvoeringsvormen, zoals zou begrepen worden door de vakman. Bijvoorbeeld, in de volgende conclusies kunnen eender welke van de beschreven uitvoeringsvormen gebruikt worden in eender welke combinatie.

Verder worden de termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt voor het onderscheiden van gelijkaardige elementen en niet noodzakelijk voor het beschrijven van een volgorde, noch in de tijd, noch spatiaal, noch in rangorde of op enige andere wijze. Het dient te worden begrepen dat de termen op die manier gebruikt onder geschikte omstandigheden verwisselbaar zijn en dat de uitvoeringsvormen van de uitvinding hierin beschreven geschikt zijn om in andere volgorde te werken dan hierin beschreven of weergegeven.

Bovendien, de termen bovenste, onderste, boven, voor en dergelijke in de beschrijving en de conclusies worden aangewend voor beschrijvingsdoeleinden en niet noodzakelijk om relatieve posities te beschrijven. Het dient te worden begrepen dat de termen die zo aangewend worden onder gegeven omstandigheden onderling kunnen gewisseld worden en dat de uitvoeringsvormen van de uitvinding hierin beschreven ook geschikt zijn om te werken volgens andere oriëntaties dan hierin beschreven of weergegeven.

Het dient opgemerkt te worden dat de term "omvat", zoals gebruikt in de conclusies, niet als beperkt tot de erna beschreven middelen dient geïnterpreteerd te worden; deze term sluit geen andere elementen of stappen uit. Hij is zodoende te interpreteren als het specificeren van de aanwezigheid van de vermelde kenmerken, waarden, stappen of componenten waarnaar verwezen wordt, maar sluit de aanwezigheid of toevoeging van één of meerdere andere kenmerken, waarden, stappen of componenten, of groepen daarvan niet uit. Dus, de omvang van de uitdrukking "een inrichting omvattende middelen A en B" dient niet beperkt te worden tot inrichtingen die slechts uit componenten A en B bestaan. Het betekent dat met betrekking tot de huidige uitvinding, A en B de enige relevante componenten van de inrichting zijn.

In de hier voorziene beschrijving worden talrijke specifieke details naar voren gebracht. Het is hoe dan ook te begrijpen dat uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen uitgevoerd worden zonder deze specifieke details. In andere gevallen zijn welgekende werkwijzen, structuren en technieken niet in detail getoond om deze beschrijving helder te houden.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor een koeloven voor het annealen van een vlakglasproduct. Dit annealen omvat een gecontroleerd temperatuursproces, bijvoorbeeld afkoeling, van de hoge temperatuur waarbij het vlakglasproduct werd gevormd, bijvoorbeeld door het "float" proces en/of door walsen, bijvoorbeeld van een temperatuur waarin het glasproduct zich in een vloeistoffase bevindt, naar een lagere temperatuur waarbij het vlak glasproduct zich in vaste fase bevindt. Het doel van deze gecontroleerde afkoeling is het beperken van spanningen in het glasproduct tot een acceptabel niveau. Het is gebruikelijk om het glasproduct doorheen een tunnelvormige koeloven te verplaatsen, waarbij deze tunnelvormige koeloven voorziet in een nauwkeurig gecontroleerde thermische gradiënt over de afgelegde weg van het glas doorheen de koeloven. Bijvoorbeeld, een vlak glasproduct kan als een continue stroom van glasmateriaal door middel van rollers doorheen de tunnelvormige koeloven getransporteerd worden, zodat het materiaal achtereenvolgens doorheen verschillende zones van de koeloven passeert, waarbij iedere zone is aangepast aan een welbepaalde fase van het koelproces.

Bijvoorbeeld, het vlakke glasproduct kan de koeloven binnenkomen aan een hoge temperatuur, bijvoorbeeld 600°C of hoger, bijvoorbeeld 700°C. In een eerste zone, verder naar verwezen als de eerste zone waar koeling wordt voorzien van het glas tot aan een bovenste relaxatie temperatuur of als zone A, kan het glas dan snel worden afgekoeld tot een bovenste relaxatie temperatuur, waaraan het glas een eerder lage viscositeit bezit, bijvoorbeeld bij benadering η = 1012 Pa.s, bijvoorbeeld bij 555°C voor gewoon glas. In een volgende zone, waarnaar verder wordt verwezen als de zone waar koeling wordt voorzien tussen de bovenste relaxatie temperatuur of zone B, kan het glas dan traag verder afkoelen tot een onderste relaxatie temperatuur wordt bereikt, bijvoorbeeld ongeveer 450°C. De viscositeit bij deze onderste relaxatietemperatuur is dan bijvoorbeeld bij benadering η = 1016'5 Pa.s. In deze stap dient de afkoeling traag genoeg te gebeuren zodat geen noemenswaardige thermische gradiënt wordt aangebracht op het glas, zodat spanningen in het glas langzaam kunnen ontlaten. In een laatste zone, verder naar verwezen als zone waarin koeling wordt voorzien van het glas onder de onderste relaxatie temperatuur, kan dan een snelle afkoeling gebeuren tot, bijvoorbeeld, lager dan 100°C, zoals tot 80°C of tot 60°C.

De zone A en de zone B kunnen thermisch geïsoleerd zijn. In deze zones kan de afkoeling van het glas voornamelijk radiatief gebeuren, bijvoorbeeld zonder geforceerde convectie. De zone na zone B kan typisch verder onderverdeeld worden in respectievelijk zones C, D, RET, E en F, zo geordend volgens de doorvoerrichting van het glas. De zone C is typisch thermisch geïsoleerd, zoals zones A en B.

Ook in de zone C kan de verdere afkoeling van het glas voornamelijk radiatief gebeuren, bijvoorbeeld zonder geforceerde convectie. In de volgende zones D, RET, E en F daarentegen kan de finale afkoeling van het glas door geforceerde convectie of door combinatie van geforceerde convectie en radiatieve warmteoverdracht gebeuren. FIG. 1 toont schetsmatig een thermisch geïsoleerde zone, zoals zone A, B of C, van een koeloven voor het annealen van vlak glas. In dit voorbeeld wordt een vlak glasproduct 10, bv. een continu lint van glasmateriaal, getransporteerd, bv. door middel van transportrollen 12, in een voorwaartse richting 11. Dit deel van de koeloven is thermisch geïsoleerd, bv. door middel van een isolerende bekleding 13 aan de wanden van de koeloventunnel. Boven en/of onder het glasmateriaal 10 zijn typisch warmtewisselaars aangebracht om warmte te onttrekken van het vlak glasproduct 10 en deze warmte af te voeren, b.v. via een doorheen de warmtewisselaars voortgestuwd koelmedium. Naast deze warmtewisselaars om warmte te onttrekken omvat een koeloven typisch ook verwarmingselementen om lokaal de temperatuursgradiënt te controleren, b.v. om te voorkomen dat de glasstroom te snel afkoelt. Dergelijke verwarmingselementen kunnen helpen om de gewenste thermische gradiënt te bekomen in longitudinale en transversale richting ten opzichte van de voortstuwrichting van de glasstroom, of om de uniformiteit van de warmtewisseling lokaal te verbeteren. De positie, de oriëntatie en diverse eigenschappen van de warmtewisselaars en verwarmingselementen worden zodanig bepaald dat het koelprofiel over de koeloven in longitudinale en in transversale richting optimaal verloopt, zoals de vakman welbekend. Voorts zal het voor de vakman duidelijk zijn dat een koeloven voor het annealen van een vlak glasproduct diverse componenten kan omvatten welke hierin niet verder in detail worden besproken.

In een eerste aspect voorziet de onderhavige uitvinding in een koeloven inrichting 1 voor het gecontroleerd koelen van een vlakglas product 10 dat doorheen de koeloven wordt voortbewogen, b.v. om een vlakglasproduct 10 dat doorheen de koeloven wordt voortbewogen te annealen. Deze inrichting omvat minstens één verwarmingselement 21 om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen. Dit ten minste één verwarmingselement 21 omvat een laag 20, b.v. een deklaag of een coating laag. Deze laag kan bij voorkeur zijn aangebracht op een uitwendig oppervlak van het verwarmingselement. Deze laag 20 bezit een emissiviteit (e) van ten minste 0,8. Bijvoorbeeld, de laag kan een emissiviteit van 0,9 bezitten. De laag 20 kan voorts een beschermende functie bezitten met betrekking tot oxidatie van het verwarmingselement. De laag 20 kan verder selectief zijn aangebracht. Dus de inrichting 1 kan een pluraliteit aan verwarmingselementen 21 omvatten, waarbij de laag 20 slechts op een deelverzameling van deze pluraliteit aan verwarmingselementen 21 is aangebracht. Bijvoorbeeld, een doelgerichte selectie kan de thermische gradiënt in sterke mate bepalen in transversale richting, wat voordelig kan zijn indien specifieke zones van het glasproductlint een gedifferentieerd temperatuursprofiel vereisen. Het minstens één verwarmingselement 21 kan bijvoorbeeld evenwijdig zijn aangebracht met de richting 11 waarin het vlak glasproduct 10 wordt voortbewogen. Het minstens één verwarmingselement 21 in een koeloven inrichting 1 volgens uitvoeringsvormen van het eerste aspect van de uitvinding kan verder overeenstemmen met specifieke uitvoeringsvormen van het tweede aspect van de onderhavige uitvinding, hieronder verder toegelicht.

In bepaalde uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding, kan het tenminste één verwarmingselement 21 aangebracht worden in ten minste één zone van de koeloven, zoals in de zone A, B en/of C hierboven beschreven, en/of in één of meerdere deelgebieden van één van deze zones. Deze zone kan aangepast zijn om het vlakglasproduct geleidelijk te koelen tot een onderste relaxatietemperatuur van het glas.

In een tweede aspect voorziet de uitvinding ook in een verwarmingselement 21 om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen van een vlakglas product in een koeloven inrichting 1, waarbij het verwarmingselement 21 een laag 20 omvat die een emissiviteit van ten minste 0,8 bezit.

Zonder de laag 20 zou het materiaal van het verwarmingselement een lagere emissiviteit bezitten, bijvoorbeeld een emissiviteit van 0,3, terwijl met de laag 20 hierop aangebracht de emissiviteit kan stijgen tot, bijvoorbeeld, 0,9. Dit wil zeggen dat warmte efficiënter kan toegeleverd worden.

Het ten minste één verwarmingselement 21 kan een elektrisch verwarmingselement omvatten, zoals een verwarmingsdraad of een verwarmingsstrip. Een dergelijk elektrisch verwarmingselement, e.g. een verwarmingsdraad of verwarmingsstrip, kan vervaardigd zijn uit een metaal of een metaallegering, bijvoorbeeld een nikkel-chroom legering, zoals Nichrome (NiCr). Het elektrisch verwarmingselement kan bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit NiCr 80/20, of uit NiCr 60/15. Bijvoorbeeld, FIG. 3 illustreert een helicaal gewonden verwarmingsdraad 35, in een verwarmingselement 21 volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding. Het verwarmingselement 21 kan bijvoorbeeld een behuizing 36 omvatten waarin de gewonden verwarmingsdraad 35 is geplaatst.

Als voorbeeld wordt een NiCr 60/15 draad van ongeveer 2 mm diameter aangehaald. Een dergelijke draad kan typisch bestemd zijn voor huishuidelijke toepassingen. De maximale gebruikstemperatuur van een NiCr 60/15 draad is bijvoorbeeld 1100°C, met een geschatte levensduur van 3000 uur bij cyclisch gebruik. Cyclisch gebruik verwijst naar een toepassing waarbij periodes van verhitting en geen verhitting afwisselen, zoals gebruikelijk in systemen voor temperatuursregeling. Bij een stabiele temperatuur kan de levensduur bijvoorbeeld oplopen tot 6000 uur. Wanneer de stabiele temperatuur waarbij de dergelijke draad gebruikt wordt daalt tot 900°C, kan een levensduur van omgeveer 90000 uur, wat ongeveer 30 maal beter is, verkregen worden. De diameter van een dergelijke draad kan bijvoorbeeld 2 mm zijn. Voor dunnere draden kan een opmerkelijk lagere levensduur verkregen worden, zoals bijvoorbeeld slechts 1/6 voor een draad met een diameter van 0.643mm.

De verwarmingsdraad kan bijvoorbeeld snel gekoelde draad zijn, herkenbaar aan het glanzend voorkomen, maar de draad kan ook traag gekoelde draad zijn. De traag gekoelde draad biedt echter het voordeel van een hogere basisemissiviteit, dus zonder rekening te houden met de laag 20, door een betere oxidatie van het materiaal.

De verwarmingsdraad kan bijvoorbeeld een maximale vermogen van 2,7 W per m2 uitstralen bij 700°C omgevingstemperatuur. Wanneer een dergelijke draad zou worden toegepast in een 9 kW beweegbaar verwarmingselement, bijvoorbeeld in zone A van een vlakglas koeloven, zou de 2 mm draad belast worden met 3,53 W/cm2, wat dus een overbelasting inhoudt aan 9 kW. Bij draad van 2,24 mm dik wordt 2,51 W/cm2 bereikt.

De limiet van 2,7 W/cm2 blijkt uit ervaring, maar kan ook aangetoond worden op basis van theoretische overwegingen. Wanneer een draad hitte uitstraalt in een kamer op 700°C, ontstaat een stralingsbalans tussen de kamer en de draad. Met andere woorden, de draad straalt naar de kamer, en de kamer naar de draad. Aangezien de draad heter is, ontstaat een netto dissipatie in de draad. De straling kan gekarakteriseerd worden door de Max Planck vergelijking W = oï4, waarbij σ de emissiviteit en T de absolute temperatuur in Kelvin voorstellen. Bij o=0.22, wat bijvoorbeeld een goede benadering is voor roestvrij staal, wordt voor een 700°C kamer en een 1050°C draad een dissipatie van 2,7 W/°C bekomen. Onderstaande tabel geeft enkele waarden bekomen voor andere temperaturen en emissiviteiten.

De levensduur waarnaar hierboven werd verwezen, en zoals aangeduid in bovenstaande table, verwijst echter naar de geschatte levensduur van de draad in een standaard atmosferische omgeving, in het bijzonder zonder een significante concentratie SO2 in de omgeving. Men kan uitgaan van een verdubbeling, of zelfs sterkere toename, van de levensduur voor iedere 50°C afname in temperatuur.

Zwaveldioxide SO2 in de vlakglas productie omgeving kan een sterke invleod hebben op de draad, in het bijzonder wanneer deze verhit is. Het materiaal kan hierdoor broos worden. Staal met een lager gehalte aan chroom kan bijvoorbeeld beter bestand zijn tegen de corrosieve SO2 omgeving, maar heeft een lagere temperatuursstabiliteit.

Waar een optimalisatie van de diameter en het materiaal van de verwarmingsdraad een winst in levensduur kan opleveren van bijvoorbeeld een factor 10, kan het verhogen van de emissiviteit door het aanbrengen van een laag 20 in overeenstemming met de onderhavige uitvinding een factor 20 tot 100 winst opleveren in levensduur, bovenop voordelen bekomen door een gunstige materiaal en diameter keuze. Daarenboven kan een laag 20 volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding de diffusie van SO2 blokkeren, en daardoor de levensduur niet enkel verhogen door het beïnvloeden van de temperatuursafgifte maar ook door het element te beschermen tegen corrosieve gassen zoals SO2.

Een ander voordeel van een laag 20 volgens uitvoeringsvormen is dat een lagere kwaliteit van materiaal kan volstaan als basis voor het verwarmingselement, bijvoorbeeld staal van een lagere graad. Impact van het hete glas met het element wordt ook minder kritisch door de beschermende werking van de laag 20. Anderzijds kan ook een verwarmingselement voorzien worden met een hoger vermogen in hetzelfde volume, en zonder lagere levensduur, door uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding in vergelijking met vergelijkbare verwarmingselementen zoals gekend in de techniek zonder de voordelige laag 20.

Het ten minste één verwarmingselement 21 kan ook een keramisch verwarmingselement omvatten. Bijvoorbeeld, een keramisch verwarmingselement kan een keramische intermetallische verbinding zoals molybdeen disilicide (M0S12) omvatten. Het is een voordeel van een dergelijk keramisch verwarmingselement dat het een goede elektrische geleidbaarheid en massadichtheid bezit en daarenboven een voldoende hoog smeltpunt bezit, b.v. ongeveer 2030 °C. Voorts is het een voordeel van dergelijke keramische verwarmingselementen dat een passivatielaag van silicium dioxide wordt gevormd bij hoge temperaturen, zodat een natuurlijke bescherming tegen oxidatie kan ontstaan, b.v. wanneer de laag 20 lokaal beschadigd raakt. Bijzonder voordelige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding combineren dan ook een laag 20 met hoge emissiviteit, welke een beschermende functie kan bezitten met betrekking tot oxidatie van het verwarmingselement, met een keramisch verwarmingselement, zoals een M0S12 verwarmingselement, dat een natuurlijke beschermingslaag kan vormen wanneer blootgesteld aan de omgeving, b.v. na beschadiging van de laag 20. Dergelijke uitvoeringsvormen kunnen dan ook voorzien in een opmerkelijk lange levensduur van het element door de synergetische combinatie van beide effecten.

Een ander voorbeeld van een keramische verwarmingselement kan vervaardigd zijn uit een keramisch materiaal met een positieve thermische weerstandscoëfficiënt (PTC keramisch materiaal), zoals barium titanaat of lood titanaat. Dergelijke materialen bezitten de bijzondere eigenschap dat de elektrische weerstand toeneemt in functie van de temperatuur. Waar de meeste keramische materialen een negatieve coëfficiënt bezitten, bezitten de meeste metalen een positieve coëfficiënt, zodat metalen typisch een lichte toename van de weerstand vertonen bij hogere temperaturen. De PTC keramische materialen kunnen daarentegen een sterk niet-lineaire response bezitten, zodanig dat de elektrische weerstand van het verwarmingselement zeer sterk kan toenemen boven een grenswaarde bepaald door de samenstelling van het materiaal. Dit biedt het voordeel dat een thermostatische werking kan optreden, b.v. afgestemd door middel van de keuze van materiaalsamenstelling op het gewenst temperatuursregime.

Een verwarmingselement 21 volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is schetsmatig afgebeeld op FIG. 2. De laag 20 heeft een hoge emissiviteit doordat het bijvoorbeeld een component omvat die een hoge emissiviteit heeft, bijvoorbeeld silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium Carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides. Bijvoorbeeld, de laag kan ten minste voor 1% in gewichtspercentage uit deze ten minste één agens met hoge emissiviteit bestaan, bij voorkeur ten minste voor 5%. De laag kan in sommige uitvoeringsvormen verkregen worden op basis van een oplossing in water van een alkalimetaalsilicaat of aardalkalimetaalsilicaat, zoals kaliumsilicaat, natriumsilicaat, calciumsilicaat of magnesiumsilicaat, een vulmiddel, zoals siliciumdioxide, aluminiumoxide, titaniumdioxide, magnesiumoxide, calciumoxide of booroxide, en de ten minste één component met hoge emissiviteit.

De laag kan in het bijzonder geschikt zijn om een bescherming op lange termijn te bieden tegen metaaloxidatie. De laag kan bij voorkeur geschikt zijn voor temperaturen tot 900°C, bij voorkeur zelfs tot 1300°C of hoger. Dit wil zeggen dat de chemische samenstelling en fysische eigenschappen van deze laag substantieel stabiel blijven tot deze temperaturen, en dat, bijvoorbeeld, de laag niet verglaasd, smelt, uitloopt of afschilfert. Voorbeelden van geschikte lagen zijn: sealmet, codemark of HE-2700, geproduceerd door Zyp Coatings, Inc. De laag kan aangebracht zijn door middel van verven, vernevelen, spin-coaten of een andere gekende techniek voor het aanbrengen van lagen. De laag kan een deklaag of toplaag zijn. Alternatief kan ook gebruik gemaakt worden van een oxidatielaag, bijvoorbeeld bekomen door een verwarmingselement te oxideren in één of ander zuur.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de verwarmingselementen compact kunnen gemaakt worden in breedte en/of diepte zodat een compacte koeloven inrichting kan worden bekomen. Bijvoorbeeld, waar in de stand der techniek het gekend is om een verwarmingselement, zoals een elektrische verwarmingsdraad, te wapenen door deze te omgeven met een huls, bijvoorbeeld door deze in een roestvrij stalen koker te brengen, kan een vergelijkbare of betere levensduur en een vergelijkbare of betere efficiëntie van warmteafgifte bekomen worden zonder het verwarmingselement in een dergelijke huls te brengen. Dit impliceert niet enkel een compactere uitvoering, maar kan ook een reductie in materiaalkost opleveren. FIG. 5 en FIG. 6 tonen, bij wijze van voorbeeld, een teststuk uit koolstofstaal dat aan één zijde werd gecoat met een hoge emissiviteitslaag en dan gesinterd op 800°C. FIG. 6 toont de onbehandelde zijde, terwijl FIG. 5 de gecoate zijde toont. Door overmatige oxidatie schilfert de maagdelijke kant af, terwijl de gecoate kant alleen vergroting van de korrelgrenzn vertoont. Dit toont aan dat het aanbrengen van een coating met een hoge emissiviteitswaarde volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding oxidatie sterk kan afremmen, en dus ook corrosie door SO2 kan verminderen.

In een derde aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor het beschermen van een verwarmingselement, in het bijzonder een verwarmingselement om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen van een vlakglas product in een koeloven inrichting. FIG. 4 toont een werkwijze 100 volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding. De werkwijze 100 omvat het voorzien 102 van een verwarmingselement, bijvoorbeeld een elektrisch verwarmingselement, zoals een keramisch verwarmingselement, geschikt voor gebruik bij hoge temperaturen, b.v. boven 500°C, zoals voor temperaturen boven 750°C, of zelfs hoger, zoals geschikt voor gebruik bij 800°C.

De werkwijze omvat voorts het aanbrengen 104 van een laag op het verwarmingselement, waarbij deze laag minstens één component omvat uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium Carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides. Het aanbrengen van de laag kan bijvoorbeeld het aanbrengen van een coating op basis van een oplossing in water van een alkalimetaalsilicaat of aardalkalimetaalsilicaat, een vulmiddel en ten minste één component uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium Carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides omvatten.

De voorgaande beschrijving geeft details van bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding. Het zal echter duidelijk zijn dat, hoe gedetailleerd het voorgaande ook blijkt in tekst, de uitvinding op vele manieren kan toegepast worden. Het moet opgemerkt worden dat het gebruik van bepaalde terminologie bij het beschrijven van bepaalde kenmerken of aspecten van de uitvinding niet moet worden opgevat te impliceren dat de terminologie hierin opnieuw wordt gedefinieerd om te worden beperkt tot specifieke kenmerken van de kenmerken of aspecten van de uitvinding waarmee deze terminologie gekoppeld is.

Claims (12)

1. Conclusies

   1. - Een koeloven inrichting (1) voor het gecontroleerd koelen van een vlakglas product (10) dat doorheen de koeloven wordt voortbewogen, de inrichting omvattende minstens één verwarmingselement (21) om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen, waarbij het ten minste één verwarmingselement (21) een laag (20) omvat die een emissiviteit van ten minste 0,8 bezit.
2. 2. - De koeloven inrichting (1) volgens conclusie 1, waarbij het minstens één verwarmingselement (21) een elektrisch verwarmingselement omvat.
3. 3. - De koeloven inrichting (1) volgens conclusie 2, waarbij het elektrisch verwarmingselement een verwarmingsdraad of een verwarmingsstrip omvat vervaardigd uit een metaal of een metaallegering.
4. 4. - De koeloven inrichting (1) volgens conclusie 3, waarbij de verwarmingsdraad of de verwarmingsstrip een nikkel-chroom legering omvat.
5. 5. - De koeloven inrichting (1) volgens conclusie 2, waarbij het electrisch verwarmingselement een keramisch verwarmingselement is.
6. 6. - De koeloven inrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, waarin het minstens één verwarmingselement (21) evenwijdig is aangebracht met de richting (11) waarin het vlak glasproduct (10) wordt voortbewogen. !.- Een verwarmingselement (21) om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen van een vlakglas product in een koeloven inrichting (1), waarbij het verwarmingselement (21) een laag (20) omvat die een emissiviteit van ten minste 0,8 bezit.
7. 8. - Het verwarmingselement (21) volgens conclusie 7, waarbij het verwarmingselement (21) een elektrische verwarmingsdraad of een elektrische verwarmingsstrip omvat.
8. 9. - Het verwarmingselement (21) volgens conclusie 8, waarbij de elektrische verwarmingsdraad of de elektrische verwarmingsstrip een nikkel-chroom legering omvat.
9. 10. - Het verwarmingselement (21) volgens één van de conclusies 7 tot 9, waarbij de laag (20) minstens één component omvat uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium Carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides.
10. 11. - Het verwarmingselement (21) volgens één van de conclusies 7 tot 10, waarbij de laag (20) verkregen is door coating op basis van een oplossing in water van een alkalimetaalsilicaat of aardalkalimetaalsilicaat, een vulmiddel en ten minste één component uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides.
11. 12. - Een werkwijze (100) voor het beschermen van een verwarmingselement om een temperatuursgradiënt te controleren tijdens het gecontroleerd koelen van een vlakglas product in een koeloven inrichting, de werkwijze omvattende: - het voorzien (102) van een verwarmingselement, en - het aanbrengen (104) van een laag op het verwarmingselement waarbij de . laag minstens één component omvat uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides.
12. 13. - De werkwijze (100) volgens conclusie 12, waarbij het aanbrengen (104) van de laag het aanbrengen van een coating op basis van een oplossing in water van een alkalimetaalsilicaat of aardalkalimetaalsilicaat, een vulmiddel en ten minste één component uit de groep van silicium hexaboride, boorcarbide, silicium tetraboride, silicium carbide, molybdeen disilicide, wolfraam disilicide, zircoon diboride, koperchromiet of metaaloxides omvat.