CS202553B2 - Smelting oven - Google Patents

Description

Vynález se týká taviči pece sestávající z nádoby pro taveninu a neroztavenou vsázku nacházející se na hladině taveniny, přičemž v nádobě je elektricky vodivé těleso a nejméně dvě elektricky vodivé primární elektrody ze žáruvzdorného materiálu náchylného k oxidaci v oxidační atmosféře uvnitř nádoby při zvýšené teplotě, jejichž špičky jsou rozmístěny kolem elektricky vodivého tělesa, přičemž primární elektrody procházejí hladinou a vrstvou vsázky nahoru. Taviči pec je vhodná pro sklo, strusku, žáruvzdorné směsi a podobně.

Elektrická vysokoteplotní taviči pec běžného provedení sestává ze tří primárních elektrod, které jsou rozmístěny kolem elektricky vodivého tělesa, mezi kterým a špičkami jednotlivých elektrod prochází elektrický proud. Ve většině známých zařízení bylo nutné chránit výstup vodivého tělesa a průchody elektrod inertním nebo redukčním plynem, například vodíkem, který zabraňuje poškození tohoto výstupu a elektrod, které jsou většinou vyrobeny ze žáruvzdorného kovu, například molybdenu, tantalu nebo wolframu.

Nedostatek známých tavících pecí spočívá v tom, že primární elektrody procházejí žáruvžůopnVml bočními stěnami nebo dnem tavící pece pod hladinou taveniny. Takový způ2 sob uložení elektrod vyžaduje složitý a drahý plášť pece a žáruvzdornou vyzdívku pro uložení primárních elektrod. Dále, ve známých tavících pecích existují oblasti, ve kterých pokud nejsou dokonale izolovány, může dojít ke zkratu elektrod, nebo k zdeformování či roztavení kovového pláště tavící pece. V průchodech primárních elektrod jsou nutná spolehlivá těsnění vylučující přístup vzduchu z prostoru kolem tavící pece k primárním elektrodám, který by mohl tyto elektrody zoxidovat a zkrátit jejich životnost. Těsnění rovněž brání úniku roztaveného obsahu pece kolem elektrod. Elektrody se obvykle opotřebují dříve než žáruvzdorné stěny tavící pece a proto se musí častěji vyměňovat, což má za následek přerušení provozu po značnou dobu, která je potřebná pro vychladnutí tavící pece, odstranění poškozených elektrod a namontování nových elektrod. Kromě toho, při výměně elektrod se může poškodit elektrická izolace mezi elektrodami a pláštěm tavící pece.

V průběhu životnosti primárních elektrod se jejich špičky musí posouvat směrem ke středu pece, _ protože optimální vzdálenost špiček elektrod od elektricky vodivého tě- ⁴ lesa se s opotřebením špiček elektrod mění. Seřizování poloh primárních elektrod uložených běžným způsobem je spojeno s ob202553 tížemi, protože při posunutí primárních elektrod příliš daleko ke středu tavící pece není snadné vytáhnout tyto primární elektrody zpět.

jsou známy spouštěcí elektrody, které neprocházejí stěnou tavící pece pod hladinou taveniny. Tavící pece vybavené těmito startovacími elektrodami jsou však stále opatřeny primárními elektrodami, které procházejí stěnou taviči pece. Protože tyto spouštěcí elektrody se ve styku s horním povrchem lázně roztaveného skla nebo neroztavenou vsázkou velmi rychle opotřebovávají, používají se pouze během uvádění tavící pece do provozu a vytahují se, jakmile se dosáhne dostatečného průtoku elek. proudu mezi špičkami primárních elektrod a materiál v tavící peci je mezi špičkami primárních elektrod dostatečně roztaven.

Úkolem vynálezu je odstranit obtíže spojené s primárními elektrodami, uloženými známým způsobem ve dně nebo pod hladinou taveniny ve stěně tavící pece. Úkolem vynálezu je tedy nalezení uspořádání primárních elektrod, které nevyžaduje ochranu primárních elektrod před bxidací inertním nebo redukčním plynem. Uspořádání má umožnit snadné seřizování, vyjímání a případnou výměnu primárních elektrod bez potřeby vychladnutí tavící pece. Dalším úkolem vynálezu je zvýšení životnosti primárních elektrod v porovnání se známými provedeními a odstranění nebezpečí poškození v důsledku zkratu mezi primárními elektrodami a kovovým pláštěm tavící pece.

Uvedený úkol je vyřešen tavící pecí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že každá primární elektroda je opatřena spodním kapalinovým chladičem uspořádaným kolem jejího obvodu v místě průchodu vrstvou vsázky a horním kapalinovým chladičem uspořádaným . uvnitř primární elektrody v místě, kde tato primární elektroda prochází hladinou . taveniny a nad touto hladinou.

Primární elektroda je s výhodou spojená se stavěcím ústrojím pro nastavování vzdálenosti mezi špičkou primární elektrody a protilehlým obvodem elektricky vodivého tělesa.

Primární elektroda přitom s výhodou sestává z vodorovného ramena uspořádaného nad nádobou a taveninou a svislé elektrodové tyče spojené s vodorovným ramenem a procházející shora dolů hladinou taveniny k elektricky vodivému tělesu. Primární elektroda je přitom svým vodorovným ramenem ojena se stavěcím ústrojím pro nastavování vzdálenosti mezi špičkou primární elektrody a protilehlým obvodem elektricky vodivého tělesa. Stavěči ústrojí je s výhodou otočné.

Nový a vyšší účinek vynálezu spočívá v 'om že primární e'ektrody se mohou vyměňovat bz vychladnutí tavící pece, postačí 'pouze odpojjt . přívod elektrické energ ' e do primárních elektrod, které mají být vy měněny, vytažení primárních elektrod, odpojení poškozených, nebo opotřebených primárních elektrod nebo špiček a jejich nahrazení novými primárními elektrodami nebo novými špičkami, nasazení nových nebo opravených primárních elektrod zpět na místo a opětné připojení elektrické energie k těmto novým nebo opraveným primárním elektrodám. Pro výměnu primární elektrody podle vynálezu postačí necelá hodina, zatímco . pro vychladnutí a nahrazení primární elektrody ve známých tavících pecích je třeba 24 až 48 hodin. Kromě toho, . primární elektrody podle vynálezu a žáruvzdorný obklad a plášť tavící . pece budou mít mnohem delší životnost než u známých tavících pecí, protože primární elektrody neprocházejí stěnami nebo dnem tavící pece. Kromě toho se pro ochranu primárních elektrod nemusí používat inertního nebo redukčního plynu jako u známých tavících pecí. Konečně, tavící pec podle vynálezu je mnohem bezpečnější než známé tavící pece, protože je vyloučena možnost poškození elektrickým zkratem mezi primárními elektrodami a pláštěm pece a prosakování taveniny průchody pro primární elektrody v plášti nebo dnu tavící pece.

Vynález je dále objasněn na příkladech jeho provedení, které jsou popsány s odkazem na připojené výkresy, které znázorňují: obr. 1 řez známým provedením tavící pece, obr. 2 řez jedním provedením taviči pece podle vynálezu, obr. 3 půdorysný pohled na taviči pec z obr. 2, obr. 4 ' pohled na část tavící pece z obr. 2 ve zvětšeném měřítku, ve ' kterém je lépe patrné provedení jedné z primárních elektrod, obr. 5 částečný řez jiným provedením taviči pece podle vynálezu, obr. 6 boční pohled na uložení primárních elektrod podle vynálezu, . některé součásti jsou pro lepší názornost odstraněny, obr. 7 půdorysný pohled na část provedení z obr. 6, ze kterého je patrný způsob přívodu el. energie do primárních elektrod, obr. 8 zvětšený řez kapalinovým chladičem. ' primární elektrody v blízkosti hladiny taveniny z obr. 2, obr. 5 a obr. 9, obr. 9 je řez dalším provedením tavící pece podle vynálezu.

Taviči pec známého provedení, která je znázorněná na obr. 1 popisujícím stav techniky, je opatřena třemi primárními elektrodami A, z nichž je na obr. 1 znázorněna pouze jedna, které jsou rozmístěny kolem elektricky vodivého tělesa B, na které navazuje výstup D taveniny. Mezi Špičkami E primárních . elektrod A a elektricky vodivým tělesem B prochází elektrický proud. Průchod C primární elektrody A dnem tavící pece musí být pečlivě utěsněn. Nedostatky tohoto provedení tavící pece jsou popsány ve stavu techniky. Taviči pec podle vynálezu znázorněná na obr. 2 a 3 sestává z nádoby 2 pro taveninu 20, primárních elektrod 4, elektricky vodivého · tělesa 6 a elektrodového držáku 8. Nádoba 2 pro taveninu 20 je o_patřena vnějším kovovým pláštěm 10, který může být jakýmkoliv známým způsobem chlazen vodou, zejména když provozní teploty taviči pece přesahuje 1093^OC. Kovový plášť 10 je vyložen vrstvou 12 žáruvzdorného materiálu, slučitelného s materiálem, který je taven v tavící peci. Elektricky vodivé těleso 6 je uspořádáno na horním kovovém kuželi 14 ze žáruvzdorného kovu, například molybdenu, wolframu nebo tantalu. Použitý termín žáruvzdorný kov znamená, že kov odolává vysokým teplotám. Tento horní kovový kužel 14 je nasazen na vodu chlazeném spodním kovovém kuželi 16 z materiálu s vysokou tepelnou vodivostí, například z mědi.

Primární elektrody 4 znázorněné na obr. 2 a obr. 3 jsou opatřeny špičkami 18, obvykle ve tvaru desky, ke které je přišroubována nebo přivařena vodorovná elektrodová tyč 24, například okrouhlého průřezu, která je prostřednictvím spodního kolena 26, do kterého je zašroubována nebo přivařena nebo jiným způsobem připevněna, spojena se svislou elektrodovou tyčí 28. Špička 18 primární elektrody 4 a elektrodové tyče 24 a 28 jsou vyrobeny z materiálu, který má dobrou elektrickou vodivost, například ze žáruvzdorného kovového materiálu, jako je molybden, wolfram nebo jejich slitiny. Horní část svislé elektrodové tyče 28 je pomocí horního kolena 36, například z mědi, spojena s elektrodovým držákem 8. Svislá elektrodová tyč 28 je chlazena pro zamezení oxidace nad hladinou 21 taveniny 20, například přívodem chladicí kapaliny, jako je voda, do vnitřní trubice 40 horního kapalinového chladiče 41 a odváděním chladicí kapaliny výstupem 42. Vhodná konstrukce tohoto horního kapalinového chladiče 41 bude popsána podrobněji v souvislosti s obr.

4. V blízkosti hladiny 21 taveniny 20 je na svislé elektrodové tyči 28 uspořádán spodní kapalinový chladič 30 pro udržování svislé elektrodové tyče 28 pod kritickou oxidační teplotou v blízkosti hladiny 21 taveniny 20, která obsahuje neroztavenou vrstvu 22 vsázky pokrývající povrch taveniny 20. Spodní kapalinový chladič 30 chrání svislou elektrodovou tyč 28 i těsně nad hladinou 21 taveniny 20, kde je vysoce oxidační prostředí. Pláštěm spodního kapalinového chladiče 30 cirkuluje chladicí médium, například vzduch nebo voda, které se přivádí vstupním potrubím 32 a odvádí výstupním potrubím

34. Průtok chladicího média tímto spodním kapalinovým chladičem 30 je řízen tak, aby teplota svislé elektrodové tyče 28 v této oblasti byla pod kritickou hodnotou, při které by svislá elektrodová tyč 28 v oxidační atmosféře, například vzduchu, rychle oxidovala.

Obr. 4 je částečný pohled z obr. 2 ve zvětšeném měřítku znázorňující provedení jedné z primárních elektrod 4. Svislá elektrodová tyč 28 je kromě spodním kapalinovým chladičem 30 chlazena ještě horním kapalínovým chladičem 41 procházejícím osově větší částí délky svislé elektrodové tyče 28.

Horní kapalinový chladič 41 sestává z vnějšího pláště 43 opatřeného výstupem 42 a vnitřní trubice 40, probíhající souose podél větší části délky vnějšího pláště 43. Horní kapalinový chladič 41 může být vyroben z jakéhokoliv materiálu slučitelného s materiálem svislé elektrodové tyče 28. Jestliže svislá elektrodová tyč 28 je z molybdenu, může být horní kapalinový chladič 41 vyroben například z mědi. Horním kapalinovým chladičem 41 může proudit jakákoliv chladicí kapalina, například vzduch, voda a podobně. Účelem tohoto horního kapalinového chladiče 41 je udržovat teplotu svislé elektrodové tyče 28 pod teplotou, při které by na vzduchu rychle oxidovala. Svislá elektrodová tyč 28 je ohřívána nejen taveninou 20, ale také odporovým teplem vznikajícím průchodem elektrického proudu. Protože svislá elektrodová tyč 28 je pod hladinou 21 taveniny 20 chráněna před oxidací taveninou 20, postačí chladit pouze část svislé elektrodové tyče 28 u hladiny 20 a nad ní. Délka, kterou horní kapalinový chladič 41 zasahuje pod hladinu 21 taveniny 20 není tedy rozhodující, pokud se vyhoví uvedenému požadavku. Není nutné chladit spodní koleno 26, vodorovnou elektrodovou tyč 24 a špičku 18.

Spodní kapalinový chladič 30 může být vyroben z materiálu vhodného pro dané podmínky a slučitelného s taveninou 20, se kterou je ve styku. Při tavení skla nebo žáruvzdorných směsí je pro spodní kapalinový chladič 30, pro vstupní potrubí 32 a výstupní potrubí 34 nejlépe použít měď nebo nerezavějící ocel.

Na obr. 5 je znázorněno provedení tavící pece podle vynálezu, které se poněkud liší od provedení znázorněného na obr. 2.

V tomto provedení je pod hladinou 21 taveniny 20 umístěna minimální část primární elektrody 4. Každá primární elektroda 4 sestává z vodorovného ramene 39, které je tvořeno například dutou tyčí ze žáruvzdorného kovu, například molybdenu, o dostatečném průměru a tloušťce stěn, aby bylo samonosné a uneslo i zbývající část primární elektrody 4. Vodorovné rameno 39 je zašroubováno, přivařeno nebo jiným způsobem připevněno к hornímu kolenu 36, které může být ze žáruvzdorného kovu, mědi nebo jiného vhodného materiálu. Pro částečné snížení teploty zvyšované odporovým teplem může být vodorovné rameno 39 chlazeno vodou, například podobným způsobem jako svislá elektrodová tyč 28, znázorněná na obr. 2, což bude zřejmé z dalšího popisu obr. 6. К hornímu kolenu 36 je připevněna svislá elektrodová tyč 28, která v tomto provedení není chlazena, s výjimkou chlazení pomocí spodního kapalinového chladiče 30 v blízkosti hladiny 21 taveniny 20. Jinak je toto provedení podobné provedení z obr. 2 a odpovídající části jsou označeny shodnými vztahovými značkami.

Provedení znázorněné na obr. 5 je možné upravit mírným zkrácením vodorovného ramena 39 a připevněním kolena, podobného spodnímu kolenu 26 z obr. 4, na konec svislé elektrodové tyče 28. Pro nahrazení délky, o kterou bylo vodorovné rameno 39 zkráceno, lze použít krátkého vodorovného ramena, podobného vodorovné elektrodové tyči 24, znázorněné na obr. 4. Přestože při takovém provedení je pod hladinou 21 taveniny 20 větší část primární elektrody 4 než v případě provedení znázorněného na obr. 5, je přesto pod hladinou 21 taveniny 20 menší část primární elektrody 4 než v provedení znázorněném na obr. 2 a obr. 4.

Na obr. 6 je znázorněno . uložení primární elektrody 4 a připojení zdroje elektrické energie. Provedení znázorněné na obr. 6 je určeno pro primární elektrodu 4 znázorněnou na obr. 5. Vodorovné rameno 39 je připevněno k ocelovému třmenu 44, tvořenému svěrkou 46 a svorníky 48. Svěrka 46 je připevněna k ocelové tyči 50, která je svorníky 54 připevněna ke stavěcímu ústrojí 52, například šnekovému. Otáčením šestihranné matice 53 stavěcího ústrojí 52 v jednom nebo v druhém směru se vodorovné rameno 39 posouvá, což umožňuje nastavit velikost mezery mezi povrchem špičky 18 primární elektrody 4 a protilehlým povrchem elektricky vodivého tělesa 6, a tím dosáhnout požadovaných pracovních podmínek a účinnosti. Stavěči ústrojí . 52 . je pomocí svorníků 57 připevněno k horní nosné desce 55, která je připevněna ke spodní nosné desce 56. Spojení je otočné a je tvořeno pouzdrem 58 přivařeným k horní nosné desce 55 a nosným třmenem 60, který je přivařen ke spodní nosné desce 56. Nosný třmen 60 je s pouzdrem 58 spojen čepem 62. Protilehlý konec horní nosné desky 55 je opatřen stavěcím šroubem 64, který prochází maticí 66, přivařenou k horní nosné desce 55 a dosedá na opěrnou desku 68, přivařenou ke spodní souosé desce 56. Otáčením stavěcího šroubu 64 v jednom nebo druhém směru se může nastavit úhel, . který svírá vodorovné rameno 39 s vodorovnou rovinou, čímž se nastavuje rovnoběžnost povrchu špičky 18 primární elektrody 4 s protilehlým vnějším povrchem elektricky vodivého tělesa 6, obr. 2. Spodní nosná deska 56 je svorníky 72 připevněna k izolační podložce 70, která je připevněna k podlaze nebo k jiné konstrukci.

Elektrická energie se do vodorovného ramena 39 přivádí pomocí sběrnice 75 z mědi nebo z jiného kovu a pomocí elektrických kabelů 76 připojených obvyklým způsobem. Sběrnice 75 jsou k vodorovnému ramenu 39 připevněny pomocí elektricky vodivých příchytek 73 a svorníků 77 obr. 7. Na obr 6 je znázorněna pouze část sběrnic 75.

Spodní kapalinový chladič 30 sloužící pro udržování teploty primárních elektrod 4 v blízkosti hladiny 21 taveniny 20 pod ' kritickou teplotou, při které by nastala rychlá oxidace primární elektrody 4, je znázorněn na obr. 8 v řezu. Znázorněný spodní kapali nový chladič 30 je tvořen vodou chlazeným vnějším pláštěm, vyrobeným napřklad z mědi nebo nerez oceli, ve kterém je vytvořena dutina 78. K horní straně vnějšího pláště . je přivařena, připájená stříbrem nebo jiným způsobem po obvodech 82, 84 připevněna horní deska 80. Horní deska 80 je opatřena dvěma závitovými přípojkami 86, z nichž jedna je spojena se vstupním potrubím 32 a s trubicí 83 pro zavedení chladicí vody ke dnu dutiny 78 a druhá je spojena s výstupním potrubím 34. Vnější průměr svislé elektrodové tyče 28 je menší než vnitřní průměr spodního kapalinového chladiče 30, což při výměně primární elektrody 4 umožňuje snadné sejmutí spodního kapalinového chladiče 30 se svislé elektrodové tyče 28. Veškerý roztavený materiál vniklý mezi svislou elektrodovou tyč 28 a vnitřní povrch spodního kapalinového chladiče 30 okamžitě ztuhne a vytvoří těsnění.

Celková délka spodního kapalinového chladiče 30 se volí podle provozních podmínek, například podle druhu taveného materiálu, podle teploty taveniny 20 a tloušťky neroztavené vrstvy vsázky 22. Při tavení skla, kdy se taví směs vhodná pro výrobu vláken, je spodní kapalinový chladič 30 se svislou elektrodovou tyčí 28 ve styku v úseku dlouhém kolem 15 cm. Při tavení nesnadno tavitelných materiálů, které mají vyšší teploty tavení, by bylo délku spodního kapalinového chladiče .. 39 nutno zvýšit.

I když spoje na spodním kapalinovém chladiči 30 mohou být pod hladinou 21 taveniny 20, je výhodné se tomuto provedení s ohledem na možnost netěsností při zvýšeném namáhání vyhnout.

Další provedení vynálezu je znázorněno na obr. 9. S výjimkou konstrukce primárních elektrod 4, se toto provedení podobá provedení znázorněnému na obr. 2 a obr. 5 a obdobné prvky jsou proto označeny shodnými vztahovými značkami. V tomto provedení svislá elektrodová tyč 28 spojuje koleno 37 přímo . se špičkou 18. Protože v tomto provedení primárních elektrod 4 je pod hladinou 21 taveniny 20 větší část primární elektrody 4 než v provedení znázorněném na obr. 5, zmenší se složitost celkového uspořádání primárních elektrod 4. V tomto uspořádání, protože svislá elektrodová tyč 28 prochází hladinou 21 taveniny 20 pod určitým úhlem a není proto vlastně svislá, je nutné zvětšit styčnou délku primární elektrody 4 se spodním kapalinovým chladičem 30.

Provedení primárních elektrod 4 znázorněná na obr. 2, obr. 5 a obr. 9 představují pouze příklady možných provedení vynálezu. Hlavní význak vynálezu spočívá v tom, že primární elektrody 4 neprocházejí stěnou nebo dnem tavící pece pod hladinou 21 taveniny 20 a jsou opatřeny kapalinovým chladičem 30, 41 pro udržování teploty primárních elektrod 4 v blízkosti hladiny 21 taveniny 20 pod teplotou, při které by materiál primárních elektrod 4 mohl rychle oxidovat. Tato teplota ovšem bude různá v závislosti na použitém materiálu primárních elektrod 4.

Používaný výraz primární elektroda se nesmí zaměňovat se spouštěcími nebo ponornými elektrodami, které se používají ve známých tavících pecích. Spouštěcí nebo ponorné elektrody mohou být vypuštěny při použití jiných způsobů počátečního ohřevu skleněné vsázky nebo střepů. Účelem je rozta vení dostatečného množství materiálu kolem špiček primárních elektrod vodivého tělesa, čímž se dosáhne zmenšení odporu taveniny na hodnotu, při které mohou pracovat primární elektrody. Potom se do tavící pece přidá vsázka, která se rovnoměrně rozdělí po hladině taveniny a vytvoří izolační vrstvu. Vsázka se pak přidává rychlostí, která odpovídá rychlosti odběru taveniny z taviči pece.

Claims (8)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Tavící pec sestávající z nádoby pro taveninu a neroztavenou vsázku, nacházející se na hladině taveniny, přičemž v nádobě je elektricky vodivé těleso a nejméně dvě elektricky vodivé primární elektrody ze žáruvzdorného materiálu náchylného k oxidaci v oxidační atmosféře uvnitř nádoby při zvýšené teplotě, jejichž špičky jsou rozmístěny kolem elektricky vodivého tělesa, přičemž primární elektrody procházejí hladinou a vrstvou vsázky nahoru, vyznačující se tím, že každá primární elektroda (4) je opatřena spodním kapalinovým chladičem (30), uspořádaným kolem jejího obvodu v místě průchodu vrstvou (22) vsázky, a horním kapalinovým chladičem (41), uspořádaným uvnitř primární elektrody (4) v místě, kde tato primární elektroda (4) prochází hladinou (21) taveniny (20) a nad touto hladinou (21).
2. 2. Tavící pec podle bodu 1, vyznačující se tím, že primární elektroda (4) je spojena se stavěcím ústrojím (52) pro nastavování vzdálenosti mezi špičkou (18) primární elektrody (4) a protilehlým obvodem elektricky vodivého tělesa (6).
3. 3. Tavící pec podle bodů 1 a 2, vyznačují cí se tím, že primární elektroda (4) sestává z vodorovného ramena (39), uspořádaného nad nádobou (2) a taveninou (20), a svislé elektrodové tyče (28), spojené s vodorovným ramenem (39) a procházející shora dolů hladinou (21) taveniny (20) k elektricky vodivému tělesu (6).
4. 4. Tavící pec podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že primární elektroda (4) je svým vodorovným ramenem (39) spojena se stavěcím ústrojím (52) pro nastavování vzdálenosti mezi špičkou (18) primární elektrody (4) a protilehlým obvodem elektricky vodivého tělesa (6).
5. 5. Tavící pec podle bodu 4, ' vyznačující se tím, že stavěči ústrojí (52) je otočné.
6. 6. Tavící pec podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že má tři primární elektrody (4).
7. 7. Tavící pec podle bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že vodorovné rameno (39) a špička (18) primární elektrody (4) leží v přímce.
8. 8. Tavící pec podle bodů 1 až 7, vyznačující se tím, že elektricky vodivé těleso (6) tvoří současně výstup taveniny (20) z nádoby (2).