CN113710622B - 用于熔化玻璃或陶瓷材料的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的系统。还公开了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的方法。该系统包括：具有内部的熔化罐，该内部具有宽度和长度；以及包括多个长形电极的电极阵列，每个长形电极在基本上垂直于熔化罐的内部的长度的方向上至少部分地延伸穿过熔化罐的内部的宽度。电极阵列内的每个电极与电极阵列内的相邻电极间隔大约5mm至100mm。电极阵列被配置为使得在加热操作期间，电流在电极阵列内的相邻电极之间流动，从而使得热量从电极辐射到位于熔化罐的内部的材料。
Description
本发明总体上涉及用于熔化材料的系统和方法。更具体地，但非排他地，本发明涉及一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的系统和方法。
玻璃(或类似的一些陶瓷材料)的常规的电熔化使用直接电阻的方法，其中电极(通常是钼)被放入熔融的玻璃中，并且电流在它们之间通过。玻璃的电阻率高于电回路中的电阻率，导致玻璃在电极之间进行加热。由各种矿物(且主要是硅砂)组成的玻璃配合料被馈送到熔融的玻璃的顶部，并且被加热直至其熔融，从而形成新的玻璃。
与例如气体熔化相比，以这种方式熔化玻璃是清洁且相对高效的。然而，由于热量损失，这种方法仍然是低效的。也就是说，电极之间被加热的区域相对薄/浅，并且依靠传导(以及程度小得多的对流)来加热其上方的玻璃配合料。玻璃是热量的不良导体，因此以这种方式熔化玻璃需要具有大的表面积的浅熔化罐，以获得生产过程所需的玻璃的量。因此，热量损失很大。
期望提供一种用于熔化材料的改进系统，以减轻上述问题。
因此，本发明的第一方面提供了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的系统，该系统包括：
具有内部的熔化罐，该内部具有宽度和长度；和
电极阵列，该电极阵列包括多个长形电极，每个长形电极在基本上垂直于熔化罐的内部的长度的方向上至少部分地延伸穿过熔化罐的内部的宽度；
其中，电极阵列内的每个电极与该电极阵列内的相邻电极间隔大约5mm至100mm；
其中，电极阵列被配置为使得在加热操作期间，电流在电极阵列内的相邻电极之间流动，使得热量从电极辐射到位于熔化罐的内部的材料。
适当地，多个电极基本上是共面的。
适当地，电极阵列内的每个电极沿着熔化罐的内部的长度与电极阵列内的相邻电极间隔大约5mm至30mm。
适当地，电极阵列内的每个电极沿着熔化罐的内部的长度与电极阵列内的相邻电极间隔大约7mm至25mm。
适当地，多个电极中的每个电极是条状件电极(strip electrode)。
适当地，每个电极的上表面是圆形的(rounded)。
适当地，每个电极在靠近熔化罐的底座的位置处至少部分地延伸穿过熔化罐的内部的宽度。
适当地，电极阵列包括第一组电极和第二组电极，其中在加热操作期间，电流在第一组电极中的电极和第二组电极中的电极之间流动。
适当地，第一组电极中的电极耦合到熔化罐的第一侧面，并且第二组电极中的电极耦合到熔化罐的第二侧面。
适当地，第一侧面和第二侧面是熔化罐的相对侧面。
适当地，第一组长形电极中的电极与第二组长形电极中的电极以交错的方式进行布置。
适当地，该系统包括控制系统，该控制系统用于控制第一组电极和第二组电极之间的电势差。
适当地，控制系统被配置为使得第一组长形电极中的每个长形电极和第二组长形电极中的相邻电极之间的电势差为大约10V至40V。
适当地，该系统包括至少两个电极阵列。
适当地，至少两个电极阵列中的每个电极阵列沿着熔化罐的内部的长度与相邻电极阵列间隔开。
适当地，至少两个电极阵列中的每个电极阵列沿着熔化罐的内部的长度与相邻电极阵列间隔大约50mm至300mm。
适当地，控制系统被配置为独立地控制每个电极阵列的第一组电极和第二组电极之间的电势差。
因此，本发明的第二方面提供了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的系统，该系统包括：
具有内部的熔化罐，该内部具有宽度和长度；和
电极阵列，该电极阵列包括多个长形电极，每个长形电极在基本上垂直于熔化罐的内部的长度的方向上至少部分地延伸穿过熔化罐的内部的宽度；
其中，电极阵列内的电极密度为沿着熔化罐的内部的长度每200mm大约2个至20个电极；
其中，电极阵列被配置为使得在加热操作期间，电流在电极阵列内的相邻电极之间流动，使得热量从电极辐射到位于熔化罐的内部的材料。
因此，本发明的第三方面提供了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的系统，该系统包括：
具有内部的熔化罐，该内部具有宽度和长度；和
电极阵列，其包括多个长形条状件电极或扁平棒状电极，每个电极在基本上垂直于熔化罐的内部的长度的方向上至少部分地延伸穿过熔化罐的内部的宽度；
其中，电极阵列被配置为使得在加热操作期间，电流在电极阵列内的相邻电极之间流动，使得热量从电极辐射到位于熔化罐的内部的材料。
适当地，每个电极的上表面是圆形的。
适当地，第二方面和第三方面的系统具有与本发明的第一方面相对应的特征。
因此，本发明的第四方面提供了第一方面或第二方面的系统的用途，其用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料。
因此，本发明的第五方面提供了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的方法，该方法包括：
提供一种系统，该系统包括：
具有内部的熔化罐，该内部具有宽度和长度；和
电极阵列，电极阵列包括多个长形电极，每个长形电极在基本上垂直于熔化罐的内部的长度的方向上至少部分地延伸穿过熔化罐的内部的宽度；
其中，电极阵列内的每个电极与该电极阵列内的相邻电极间隔大约5mm至100mm；
执行加热操作，加热操作包括使电流在电极阵列内的相邻电极之间流动，从而将热量从电极辐射到位于熔化罐的内部的材料。
适当地，第五方面的系统是第一、第二或第三方面的系统。
本发明的某些实施例提供的优点是，提供了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的改进系统。
本发明的某些实施例提供的优点是，该系统可以在玻璃或陶瓷材料的生产期间比利用直接电阻的已知系统更高效地熔化材料。特别地，与已知系统相比，该系统减少了热量损失。
本发明的某些实施例提供的优点是，与利用直接电阻的已知系统相比，该系统较少依赖于热量的传导和/或对流。
本发明的某些实施例提供的优点是，与已知系统相比，该系统可以利用更小的熔化罐来获得连续生产过程所需的熔融的玻璃或陶瓷的量。
本发明的某些实施例提供的优点是，提供了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的改进方法。
本发明的某些实施例提供的优点是，该方法比已知方法更节能。
为了避免疑问，本文所描述的任何特征同等地适用于本发明的任何方面。在本申请的范围内，明显地可设想，在前述段落、权利要求和/或下面的描述或附图，且特别是在其各个特征中阐述的各方面、实施例、示例以及替代方案可以独立地或以任何组合被采用。结合本发明的一个方面或实施例描述的特征适用于所有方面或实施例，除非这样的特征不兼容。
现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了包括熔化罐的系统的剖视平面图；
图2示出了图1的系统的剖视侧视图；
图3a、图3b和图3c示出了用于在图1的系统中使用的电极的示例的横截面；和
图4示出了包括熔化罐的另一系统的剖视平面图。
现在参考图1和图2，示出了用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的系统。该系统包括熔化罐200。熔化罐200可以是任何已知的熔化罐。例如，熔化罐200可以包括如本领域已知的衬有硅镁石隔热块的锆石耐火砖结构。
熔化罐具有内部202。内部202被配置为接收待熔化的材料。例如，内部202可以接收玻璃“配合料”(玻璃的组成成分的混合物)或玻璃颗粒。待熔化的材料可以以任何合适的方式被接收在熔化罐200的内部202。例如，材料可以从料斗或类似装置从熔化罐200的上方馈送到该熔化罐的内部202。根据熔化罐200的生产用料，可以连续或以一个或更多个离散量的方式馈送材料。
内部202具有宽度W和长度L。在该示例中，熔化罐200的轮廓是矩形的，因此宽度和长度是垂直的。熔化罐200具有两个较长的侧面206(限定了罐的内部202的长度L)，以及两个较短的侧面208(限定了罐的内部202的宽度W)(罐的宽度比罐的长度短)。出口210通常位于侧面208(限定了罐的宽度)中。在其他示例中，出口可以位于其他地方(例如，在限定罐的长度的侧面206中)。
内部202具有底座204(即内部底座)。尽管图中未示出，但是底座204朝着出口210向下倾斜，以帮助熔融的产品朝着出口210流动(即，底座沿着罐的长度倾斜)。然而，在其他示例中，底座204可以水平延伸(即没有斜坡)。内部202被罐的侧面206、208封闭。
该系统包括电极阵列1001。电极阵列1001包括多个长形电极102，每个长形电极102在基本上垂直于熔化罐200的内部的长度L的方向上至少部分地延伸穿过熔化罐的内部的宽度W。在该示例中，电极阵列1001包括四个电极102，尽管其他示例可以包括更多或更少的电极(例如3个、5个、6个或更多个电极)。
电极102可以由任何合适的材料(例如钼、铂、铱或具有相对高熔点金属的另一种金属)制成。
如本文所使用的，术语“长形电极”中的术语“长形”表示电极的尺寸(例如，电极的长度)相对于电极的另一尺寸(例如，电极的宽度或厚度)是伸长的。在所描述的示例中，伸长尺寸是长形电极的延伸穿过熔化罐的内部的宽度的长度。
如本文所使用的，关于电极相对于熔化罐200的内部的长度L的延伸的术语“基本上垂直”大致是指电极102在垂直于熔化罐200的内部的长度L的方向上穿过熔化罐的内部的宽度的延伸。也就是说，电极垂直于熔化罐的侧壁206。然而，应该理解的是，该术语包括与垂直的微小或微不足道的偏差。
在该示例中，电极阵列1001的电极102是平行的并且基本上是共面的。换句话说，电极阵列1001内的每个电极102的长形(或纵向)轴线位于公共平面内，并且平行于相邻电极的纵向轴线。在这个示例中，电极102沿着熔化罐的内部的长度布置。也就是说，电极阵列1001内的电极102的公共平面基本上是水平的和/或平行于熔化罐200的底座204。
在这个示例中，电极是直的。换句话说，电极沿着线性路径至少部分地延伸穿过熔化罐200的内部的宽度。
在该示例中，电极阵列1001包括第一组电极1041-1042和第二组电极1061-1062。在这个示例中，第一组电极1041-1042中的电极与第二组电极1061-1062中的电极以交错的方式进行布置。换句话说，沿着熔化罐200的内部202的长度，电极阵列1001内的电极102在作为第一组电极1041-1042中的电极和作为第二组电极1061-1062中的电极之间进行交错。在图示的示例中，第一组电极中的电极耦合到熔化罐的第一侧面(即，从其延伸)，而第二组电极中的电极耦合到熔化罐的相对的第二侧面。
如图2所示，在该示例中，电极阵列1001的每个电极102在靠近(即，接近或邻近)熔化罐的底座204的位置处至少部分地延伸穿过熔化罐200的内部202的宽度。例如，电极102可以位于离罐的底座基本上10mm至100mm的位置。熔融的玻璃计划向下流过电极阵列，其中排放口(drain)低于罐200内的电极阵列。为了避免罐200的底座204过热，一般来说存在用于放置电极102的最佳位置。例如，最佳位置可以与罐200的底座204相距50mm至70mm(更适当的是，离罐的底座大约60mm)。
电极阵列1001被配置为使得在加热操作期间，电流在电极阵列1001内的相邻电极102之间流动。在该示例中，当在第一组电极和第二组电极之间施加电势差时，使电流在相邻电极102之间流动。如本文所使用的，“相邻电极”是在电极阵列1001内直接相邻的电极(换句话说，阵列内的贴近或邻近的电极)。
电极阵列1001内相邻电极102之间的电流流动将通过直接电阻加热来加热在熔化罐200的内部202的材料(例如熔融的玻璃)。当电流在电极阵列1001内的相邻电极102之间流动时，热量也从电极102辐射到位于熔化罐200的内部的材料。也就是说，当电流在相邻电极102之间流动时，电极变热并且以红外(IR)辐射的形式散发热量。换句话说，加热操作包括使电流在电极阵列内的相邻电极之间流动，从而将热量从电极辐射到位于熔化罐的内部的材料。
如本文所使用的，IR辐射(包括近IR“near-IR”辐射)被定义为具有基本上从700nm至1mm的波长和基本上从300GHz至430THz的频率的电磁辐射。特别是近IR，其大致被认为具有700nm至2500nm(或者更适当的是，780nm至2500nm)的波长。从这里开始，“IR”指的是IR频率和近IR频率两者。
电极阵列1001内的每个电极102与电极阵列内的相邻电极间隔大约5mm至100mm。电极阵列1001内的相邻电极之间的间隔是沿着熔化罐的内部的长度的(换句话说，电极是基本上水平地间隔开的)。适当地，电极阵列1001内的每个电极102与电极阵列内的相邻电极间隔大约5mm至30mm。如本文所使用的，相邻电极之间的“间隔”指的是相邻电极之间的间距或间隙。
换句话说，电极阵列1001内的电极102的密度是沿着熔化罐200的内部202的长度，每200mm大约2个至20个电极(或者换句话说，每20mm存在2个电极到每200mm存在2个电极)。
如本文所使用的，电极阵列内的电极的密度是在电极阵列内的端部电极的长形/纵向轴线(即中心点)之间计算的。例如，在该示例中，电极阵列1001具有4个宽度为20mm的电极，其中相邻电极之间的间隔为15mm。阵列内的端部电极102的长形轴线之间的距离为105mm。因此，电极的密度为每105mm存在4个电极(或每200mm存在7.6个电极)。
在另一个示例中，电极阵列1001可以具有4个宽度为10mm的电极，其中相邻电极之间的间隔为5mm。在这种情况下，阵列内的端部电极的长形轴线之间的距离为45mm，使得电极的密度为每45mm存在4个电极(或每200mm大约18个电极)。
在另一个示例中，电极阵列1001可以具有4个宽度为30mm的电极，其中相邻电极之间的间隔为100mm。在这种情况下，阵列内的端部电极的长形轴线之间的距离为390mm，使得电极的密度为每390mm存在4个电极(或每195mm存在2个电极)。
电极阵列1001中电极102之间的紧密间隔(即电极阵列1001中电极的高密度)增加了从电极辐射的热量的量。也就是说，小面积内电极数量的增加提供了更大的电极表面积，这导致IR输出增加。以这种方式，虽然直接电阻被用作生成IR的手段，但是用于加热熔化罐内材料的主要机制是通过辐射，而不是如已知系统使用的直接电阻。
使用IR作为主要加热机制提供了优于直接电阻系统的好处。IR可以很容易地穿过熔化罐中的材料(例如罐的内部的底座附近的熔融的玻璃)，并直接影响尚未熔化的非熔融的材料(例如玻璃配合料或玻璃颗粒)。因此，罐内材料的加热较少依赖于通过材料本身的热量传导/对流。因此，可以使用具有较小表面积的罐，从而减少了热量损失。换句话说，使用IR作为主要加热机制允许产品在熔化罐中快速地熔化，该熔化罐的尺寸仅为更常规的直接电阻法中所使用的熔化罐的尺寸的一小部分。此外，与已知系统相比，提供相互间隔更近的电极使得能够使用更低的电压，这有助于针对给定的加热效果降低系统的功耗。
如果间隔低于以上指定范围，可能将所需电压降低到系统的可控性变得困难并且需要更粗的水冷变压器导线的程度。如果间隔高于以上指定范围，可能将电极之间的传导降低到必须增加该较低的电压来进行补偿(从而有效地恢复到更常规的直接电阻熔化)的程度。出于上述原因，已经发现从大约7mm至25mm(更适当的是15mm)的间距是特别有利的。
应该注意的是，对于先前已知的直接电阻系统，其中加热的主要机制是通过使电流通过产品本身，当电极间隔更远(例如，从大约500mm至大约1m的间隔)时，对熔化罐内的产品的加热更有效。此外，电极一般来说较大(例如直径为大约60mm)且昂贵，因此尽可能少地使用电极。
在该示例中，多个电极102中的每个电极是条状件电极(或者换句话说，棒状电极或扁平棒状电极)。如本文所使用的，术语“条状件电极”中的术语“条状件”是指这样的几何形状，即电极具有通过条状件的厚度分开的两个表面。与条状件的厚度相比，每个表面具有相对较大的尺寸(例如，该表面具有的长度(对应于电极的伸长长度)和宽度相对较大)。例如，每个电极102的宽度可以比条状件的厚度大至少40％。
关于在本文描述的条状件，“表面”是被配置为从其辐射热量的加热表面。在该示例中，电极102被布置成使得加热表面是上加热表面和下加热表面。换句话说，电极被定向成使得加热表面之一在罐中面向上(换句话说，电极的厚度被布置成基本上垂直于熔化罐的底座，并且电极的宽度被布置成基本上是水平的和/或平行于罐的内部的底座)。以这种方式，来自上表面的辐射的热量被导向上方的非熔融的产品。
使用长形条状件作为电极提供了(相对于电极的横截面积)大的外表面面积。在电流通过时从电极辐射的热量(由于焦耳加热)的量通常与电极的电阻成正比。电极的电阻与其横截面积成反比(对于给定的电极长度)。对于给定的电极表面积，与其他形状(例如圆形横截面的杆状电极，由于其强度，该杆状电极用于典型的直接电阻系统)相比，条状件具有更低的横截面积，因此具有更高的电阻。以这种方式，长形条状件电极有助于电极高效地辐射热量(即在给定电势差的情况下，相同的热量输出需要更低的电流)。
条状件电极102可以具有任何合适的横截面(例如基本上是矩形的、基本上是半圆形的、它们的组合等)。图3a示出了穿过示例电极102的长形轴线截取的横截面。在这个示例中，电极的横截面基本上是矩形的。在其他示例中，每个电极102的上表面是圆形的。也就是说，上表面不是平坦的(即，不是线性的)。换句话说，上表面在电极的两侧之间穿过非线性路径。图3b和图3c示出了穿过示例电极102的长形轴线截取的横截面，其中电极的上表面是圆形的。
使上表面变圆增加了上表面的表面积。因此增加了可用于向上发射/输出IR到未熔化的配合料或颗粒的表面积。上表面可以被以任何合适的量变圆。例如，上表面可以穿过稍微偏离电极两侧之间的线性路径的路径(如图3b和图3c的示例所示)。也就是说，圆形上表面可以不弯曲到半圆形(其中半圆形上表面的直径对应于电极的宽度)的程度。例如，圆形表面可以具有大约40mm至60mm(适当的是50mm)的曲率半径。以这种方式，电极受益于增加的上表面面积以增加IR发射，而不会显著增加电极的横截面积(并因此降低电极的效率)。
对于具有圆形上表面的示例，下表面可以是非圆形的(即，大致是平坦的或线性的)，使得向下进入已经熔化的产品的IR输出低于进入上方的未熔化的配合料或颗粒的IR输出。
电极的宽度可以从大约10mm至30mm(适当地，电极宽度是大约20mm)。电极的厚度可以从大约5mm至20mm(适当地，电极厚度是大约12mm)。
在该示例中，电极阵列1001内的电极102仅部分地延伸穿过熔化罐200的内部202的宽度。第一组长形电极和第二组长形电极中的每个电极的端部与熔化罐的壁间隔大约5mm至30mm的距离。在每个电极的端部和熔化罐的壁(电极朝向其延伸)之间提供间隙有助于避免在系统启动和关闭期间电极对侧壁的拉拽/推压。这在系统定期停止和启动的情况下尤为重要。
在其他示例中，电极102可以延伸穿过熔化罐的内部的整个宽度。例如，如上所述，第一组电极和第二组电极可以从熔化罐的相对侧面延伸，且可以一直延伸到熔化罐的内部的相对侧面。每个电极的端部可以由熔化罐的内部的相应壁支撑。例如，每个电极的端部可以被接收在熔化罐的内部的相应壁内(例如凹槽、孔、壁架或安装的支架中)。通过支撑每个电极的端部，电极可以更不容易下垂，从而在高温的情况下减少变形并且延长寿命。
在这个示例中，该系统包括至少两个上述类型的电极阵列。具体地，该系统包括三个电极阵列1001、1002和1003。应当理解，根据许多因素(例如，罐的内部的尺寸和/或所需的热量输出，其本身可能取决于例如待熔化的材料、所需的熔化产品的输出)，该系统可以具有任何数量的电极阵列。
在图示的示例中，电极阵列1001-1003是共面的。也就是说，每个电极阵列1001-1003的平面是一致的。然而，在替代实施例(诸如图4所示的替代实施例)中，电极阵列1001-1003可以以其他方式进行布置。例如，电极阵列中的至少一个电极阵列可以被定位在偏离其他电极阵列的平面中(例如，可以有三个电极阵列，其中一个电极阵列与其他两个电极阵列平行但与该其他两个电极阵列垂直地偏离)。通过垂直地偏离相邻电极阵列，可以在相邻阵列之间没有干扰的情况下减小电极阵列之间的横向间隔。
在这个示例中，电极阵列1001-1003中的每个电极阵列与相邻电极阵列间隔开。特别地，电极阵列1001-1003沿着熔化罐的内部的长度间隔开。将电极阵列1001-1003间隔开使得能够更容易地独立控制电极阵列(如下所述)。换句话说，将电极阵列分离防止了在相邻阵列的电极之间通过干扰电流，从而可以更容易地独立控制它们。此外，电极阵列的分离有助于防止在加热操作期间熔化罐的内部出现“热点”。如本文所述，“热点”是玻璃明显比周围材料更热的区域。这导致该区域的传导性增加，从而导致(与周围区域相比)更高的电流流过该区域。更高的电流流动进一步加热玻璃，使得温度的局部升高可以变成自蔓延。
电极阵列可以与相邻电极阵列间隔大约50mm至300mm(适当的是大约60mm至150mm，更适当的是75mm)。
如前所述，上述配置允许使用表面积减小(与已知系统相比)的罐来在连续生产过程中提供熔融的产品。例如，熔化罐的内部可以具有从400mm至600mm的宽度。熔化罐的内部可以具有700mm或更长的长度。也就是说，可以通过将熔化罐的长度增加到任何所需的值来按比例扩大上述构思。
在该示例中，该系统包括用于控制每个电极阵列1001-1003内的电流的流动的控制系统。在这个示例中，控制系统控制第一组电极和第二组电极之间的电势差，以影响电流的流动。
电极阵列1001-1003可以以任何合适的方式耦合到控制系统。例如，电缆可以将第一电极阵列和第二组电极阵列中的每组电极阵列(或其中的每个电极)连接到控制系统。电缆可以栓接到相应的电极组或电极。电缆可以是水冷的。
在该示例中，每个电极阵列1001-1003的第一组电极和第二组电极在单独控制的回路内电连接。也就是说，每个电极阵列1001-1003包括连接成回路的第一组电极1041-1042和第二组电极1061-1062。在图示的示例中，每组电极电耦合到相应的母线220、230。在该示例中，公共母线220被用作每个电极阵列1001-1003的第一组电极的第一母线。然而，单独的母线230被用作每个电极阵列1001-1003的第二组电极的第二母线，以确保每个电极阵列1001-1003存在于单独的回路上，并且因此可以被独立控制。每个回路包括变压器，该变压器被配置为将从电源(或每个阵列的单独电源)提供的电压转换为如由控制系统确定的所需水平。例如，电源可以是415伏电源。
控制系统可以包括用户界面，该用户界面允许用户在操作之前/期间向控制系统提供指令。在其他示例中(或另外)，控制系统可以根据预编程指令进行操作。
例如，系统最初可以手动控制。手动控制可以继续，直到被监控的参数变得相对恒定，此时控制系统的控制可以转移给计算机，该计算机根据预编程的指令进行操作。
在一些示例中，电极阵列被独立控制。也就是说，可以独立地控制和改变每个电极阵列的第一组电极和第二组电极之间的电流流动(换句话说，控制系统可以独立地控制每个电极阵列的第一组电极和第二组电极之间的电势差)。独立控制可以通过可以独立地操作每个电极阵列的单个控制系统来实现，或者可以通过每个电极阵列的独立控制系统来实现。电极阵列的独立控制允许在罐内的不同位置的热量输出(即散发的IR辐射)发生改变。例如，电流流过每个电极阵列，因此从每个电极阵列输出的热量可以对应于它离熔化罐的出口的相对距离。例如，根据需要，离出口更远的电极阵列相对于离出口更近的电极阵列可以具有更高的热量输出。这允许对熔化罐内熔融的产品的温度梯度进行更好的控制。
对于如上所述的熔化罐和电极阵列布置，在单独控制的电极阵列的端部之间施加的电势差基本上从10V至40V。一般来说，该范围内的电势差足以驱动电流穿过电极阵列内相邻电极之间的小间隙，穿过熔化罐的内部的材料。在产生1kg/分钟-4kg/分钟的连续熔融的玻璃流时，如上所述的罐(具有三个电极阵列)的最终功耗典型地为40kW至100kW。
至于以直接电阻操作的已知系统，可能需要电极在系统启动期间至少部分地浸入熔融的产品中。例如，当该系统用于生产玻璃材料时，可能需要提供熔融的玻璃层(在一些示例中包括硼砂)，其包围电极以允许加热操作开始(即，由于熔融时玻璃的电传导性提高，允许电流在相邻电极之间流动)。可以使用气体加热器来提供足以使电极浸没的熔融的玻璃。
对上面描述的详细的布置进行各种修改是可能的。例如，应当理解的是，尽管所描述的示例仅涉及材料的熔化以生产熔融的玻璃，但是上述装置还可以用于陶瓷材料生产中的材料熔化。
可以以任何合适的方式配置每个阵列内的电极。例如，不同尺寸和/或不同横截面和/或不同间隔的电极可以用在单个电极阵列中。至少一个阵列中的第一组电极和第二组电极可以全部从熔化罐的内部的同一侧面延伸。
可以以任何合适的方式配置每个电极阵列。例如，电极的布置(例如尺寸和/或横截面和/或间隔)和/或相邻电极阵列中电极的数量可以根据罐的特定区域中所需的热量输出而不同。
在图示的示例中，该系统包括靠近熔化罐的出口210的单个可选电极300。该电极有助于在启动期间横跨熔化罐的整个长度提供加热，并且另外地，还允许在操作期间(当需要时)进行精细的温度控制。电极300可以被配置为使得在加热操作期间，电流在电极300和最近的电极阵列(1003)的电极或出口210本身之间流动。在其他示例中，该电极300可以不存在，而是电极阵列1003可以延伸到靠近出口210的位置。
在一些示例中，熔化罐可以包括定位在电极1001、1002、1003(以及可选的电极300)和出口210之间的附加腔室。在这样的示例中，附加腔室由堰(weir)限定，该堰将熔化罐的主要容积与附加腔室分开。堰有助于防止半熔融的玻璃(例如，未熔化或部分熔化的颗粒)沿罐的底部移动并流出出口210。另外的电极可以朝向堰的上端定位，以向通过其上的玻璃提供额外的加热，从而有助于释放任何形成的气泡，并确保其在其流向出口时保持熔融。例如，一对电极(其可以包括电极300)可以放置在堰的上端的任一侧。
本领域的技术人员还应理解的是，前述特征和/或附图中所示的那些特征的任何数量的组合提供了优于现有技术的明显优点，并且因此处于本文所描述的本发明的范围内。
示意图不一定是按比例绘制的，并且是出于说明而非限制的目的而呈现的。附图描绘了本公开中描述的一个或更多个方面。然而，应当理解，附图中未描绘的其他方面落入本公开的范围内。
Claims (26)
1.一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的系统，所述系统包括：
具有内部的熔化罐，所述内部具有宽度和长度；和
电极阵列，所述电极阵列包括多个长形电极，每个长形电极在基本上垂直于所述熔化罐的所述内部的所述长度的方向上至少部分地延伸穿过所述熔化罐的所述内部的所述宽度；
其中，所述电极阵列内的每个电极与所述电极阵列内的相邻电极间隔5mm至100mm；
其中，所述电极阵列被配置为使得在加热操作期间，电流在所述电极阵列内的相邻电极之间流动，使得热量从所述长形电极辐射到位于所述熔化罐的所述内部的材料。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个长形电极基本上是共面的。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中，所述电极阵列内的每个电极与所述电极阵列内的相邻电极沿着所述熔化罐的所述内部的所述长度间隔5mm至30mm。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中，所述电极阵列内的每个电极与所述电极阵列内的相邻电极沿着所述熔化罐的所述内部的所述长度间隔7mm至25mm。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中，所述多个长形电极中的每个电极是条状件电极。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，每个长形电极的上表面是圆形的。
7.根据权利要求1-2和6中任一项所述的系统，其中，每个长形电极在靠近所述熔化罐的底座的位置处至少部分地延伸穿过所述熔化罐的所述内部的所述宽度。
8.根据权利要求1-2和6中任一项所述的系统，其中，所述电极阵列包括第一组长形电极和第二组长形电极，其中，在加热操作期间，电流在所述第一组长形电极中的电极和所述第二组长形电极中的电极之间流动。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一组长形电极中的所述电极耦合到所述熔化罐的第一侧面，并且所述第二组长形电极中的所述电极耦合到所述熔化罐的第二侧面。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一侧面和所述第二侧面是所述熔化罐的相对侧面。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一组长形电极中的所述电极与所述第二组长形电极中的所述电极以交错的方式进行布置。
12.根据权利要求9-10中任一项所述的系统，其中，所述第一组长形电极中的所述电极与所述第二组长形电极中的所述电极以交错的方式进行布置。
13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统包括控制系统，所述控制系统用于控制所述第一组长形电极和所述第二组长形电极之间的电势差。
14.根据权利要求9-11中任一项所述的系统，其中，所述系统包括控制系统，所述控制系统用于控制所述第一组长形电极和所述第二组长形电极之间的电势差。
15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统包括控制系统，所述控制系统用于控制所述第一组长形电极和所述第二组长形电极之间的电势差。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制系统被配置为使得所述第一组长形电极中的每个电极和所述第二组长形电极中的相邻电极之间的电势差为10V至40V。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述控制系统被配置为使得所述第一组长形电极中的每个电极和所述第二组长形电极中的相邻电极之间的电势差为10V至40V。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制系统被配置为使得所述第一组长形电极中的每个电极和所述第二组长形电极中的相邻电极之间的电势差为10V至40V。
19.根据权利要求9-11、13和15-18中任一项所述的系统，其中，所述系统包括至少两个电极阵列。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述至少两个电极阵列中的每个电极阵列沿着所述熔化罐的所述内部的所述长度与相邻电极阵列间隔开。
21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述至少两个电极阵列中的每个电极阵列沿着所述熔化罐的所述内部的所述长度与相邻电极阵列间隔50mm至300mm。
22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述至少两个电极阵列中的每个电极阵列沿着所述熔化罐的所述内部的所述长度与相邻电极阵列间隔50mm至300mm。
23.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制系统被配置为独立地控制每个电极阵列的所述第一组长形电极和所述第二组长形电极之间的电势差。
24.根据权利要求20-22中任一项所述的系统，其中，所述控制系统被配置为独立地控制每个电极阵列的所述第一组长形电极和所述第二组长形电极之间的电势差。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的系统的用途，其用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料。
26.一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的方法，所述方法包括：
提供一种系统，所述系统包括：
具有内部的熔化罐，所述内部具有宽度和长度；和
电极阵列，所述电极阵列包括多个长形电极，每个长形电极在基本上垂直于所述熔化罐的所述内部的所述长度的方向上至少部分地延伸穿过所述熔化罐的所述内部的所述宽度；
其中，所述电极阵列内的每个电极与所述电极阵列内的相邻电极间隔5mm至100mm；
执行加热操作，所述加热操作包括使电流在所述电极阵列内的相邻电极之间流动，从而将热量从所述电极辐射到位于所述熔化罐的所述内部的材料。
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