CZ184898A3 - Elektrická odporová tavicí pec - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká elektrické odporové taviči pece pro zeskelnitelné směsi, jako je například sklo, email, smalt nebo keramické materiály. Tato elektrická odporová tavící pec je opatřena otočnou taviči nádrží a stacionární horní pecí, přičemž může být provozována přerušovaně anebo kontinuálně s pomocí takzvané „chladné povrchové pokrývky, a umožňuje rychlou a čistou záměnu výroby.

Dosavadní stav techniky

V průmyslu výroby skla, emailu, smaltu nebo keramických materiálů jsou pro tavení zeskelnitelných směsí využívány různé typy ohřívacích pecích, které se liší mimo jiné formou energie, kterou pro ohřev využívají.

Velmi často jsou například využívány pece, vyhřívané plynem, nebo pece, vyhřívané elektricky, přičemž ekonomická efektivnost těchto pecí je v každém případě určována spotřebou energie, množstvím a složením příslušných odpadních plynů a jejich pružností vzhledem k provádění změny výroby. Dosud známé pece musely pouze splňovat výběrová kritéria, týkající se úzkého okruhu výrobků, které v nich bylo možno zpracovávat.

• ·

V průmyslu však převládá zájem na takovém typu pece, kde by bylo umožněno rychlé měnění výroby při současném udržování ztrát surového materiálu na minimální výši, a kde by bylo navíc umožněno dosahování velmi pružných provozních podmínek, čímž by bylo naopak umožněno dosahování široké škály zpracovávaných výrobků.

Obecně lze říci, že typy tavících pecí, používaných pro zeskelnitelné surové materiály, se odlišují v závislosti na druhu pece a na přívodu energie. Jsou například známy pece se sálavým ohřevem prostřednictvím plamenných nebo elektrických sálavých prvků, stejně jako jsou známy pece, které jsou provozovány prostřednictvím přímého ohřevu na plamenném základě (viz například patentový spis EP 71 110) .

U pecí, popisovaných v patentovém spise EP 71 110, je používána vsázková vrstva v jejich obezdívce, a to za tím účelem,- aby byla tato obezdívka chráněna před případným poškozením v důsledku přílišného horka od plamenů.

Jelikož je nemožné zabránit poškození obezdívky u shora uvedených typů pecí, a to v důsledku přítomnosti spár ve vnější vsázkové vrstvě a v důsledku příslušného tepelného zatížení, jsou u nově vyvíjených řešení navzdory možnosti svislého otáčení vynakládány ještě speciální výdaje na samostatné chlazení a na žáruvzdornou obezdívku (viz například patentový spis EP 231 516 Bl).

Takové elektricky vyhřívané tavící pece, které mají odporový ohřev, plamenné obloukové vyhřívání nebo indukční vyhřívání, jsou zejména velmi důležité.

• · pec byla například popsána v Elektrické odporové pece a

Elektrická odporová taviči patentovém spise DE 38 24 829.

pece obdobných typů mohou být provozovány s otevřenou taviči lázni anebo dokonce s taviči lázni, která je pokryta pevným surovým materiálem, to jest takzvanou „chladnou povrchovou pokrývkou.

Taviči nádrže, které jsou pokryty surovým materiálem, vyžaduji používáni komplexních zavážecích vsázkových strojů pro surový materiál, a to za tím účelem, aby bylo zabezpečeno, že pokrývka ze surového materiálu je provedena jednotným způsobem.

Známé elektrické odporové taviči pece mají stacionární nádrž s pevnými vyhřívacími elektrodami a jsou optimalizovány z hlediska jejich struktury a geometrie v souladu s příslušným výsledným produktem. Pece tohoto typu jsou obvykle konstruovány pro dlouhodobé kontinuální provozní operace bez požadované změny výroby.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je vyvinout takový typ taviči pece, která by, jak již bylo shora popsáno, mohla být provozována bez ohledu na typ výsledného produktu. Takováto pec by byla provozována jako elektrická odporová taviči pec, která by umožňovala využíváni způsobu takzvané „chladné povrchové pokrývky.

Shora uvedený úkol byl podle tohoto vynálezu vyřešen vyvinutím elektrické odporové taviči pece pro zeskelnitelné směsi, která obsahuje alespoň jednu taviči nádrž, stacionární • · • ·

horní pec , střešní elektrody, komínovou přípojku, předehřívač pro pecní vsázku, zavážecí jednotku a výstup taveniny, a která je charakterizována tím, že tavící nádrž je uspořádána tak, že se může otáčet kolem svislé osy, a že horní pec a tavící nádrž mohou být vzájemně od sebe odděleny ve svislém směru.

Jelikož tavící nádrž a horní pec mohou být vzájemně od sebe odděleny, může být taviči nádrž v případě výrazného stupně jejího opotřebení snadno vyměněna s vynaložením co nejmenšího pracovního úsilí.

Tavící nádrž obsahuje s výhodou spodní výpust, jejíž prostřednictvím může být regulována jak hloubka tavné lázně, tak výstupní rychlost taveniny. Tato spodní výpust leží s výhodou v tom nejspodnějším bodě tavící nádrže.

Veškeré další nezbytné přípojky, jako jsou přípojky pro elektrody, pro zavážecí jednotku nebo jako je komínová přípojka, jsou s výhodou provedeny ve stacionární horní peci.

U dalšího výhodného provedení předmětu tohoto vynálezu je zavážecí jednotka provedena jako šnekový dopravník, jehož přívodní konec se může pohybovat radiálně vzhledem k ose otáčení tavící nádrže. Současně s otáčením tavící nádrže umožňuje tato zavážecí jednotka vytváření uzavřené vsázkové pokrývky na povrchu zpracovávané tavné lázně. Oblasti, mající relativně vysokou tavící rychlost za přítomnosti „chladné povrchové pokrývky, mohou tak být s výhodou plněny větším množstvím počáteční vsázky za účelem roztavení pokrývky taveniny.

• ·

Elektrody elektrické odporové taviči pece podle tohoto vynálezu jsou s výhodou vytvořeny tak, že se každá z nich může otáčet kolem svislé osy. Vzdálenost mezi jednotlivými elektrodami, stejně jako vzdálenost mezi elektrodami a stěnou pece, tak může být během kontinuálního provozu snadno nastavována podle momentálních požadavků.

Elektrody jsou s výhodou vytvořeny tak, že se mohou pohybovat svisle a že mohou být z taviči pece vyjmuty.

Tato varianta tavící pece podle předmětu tohoto vynálezu na jedné straně umožňuje, aby hloubka průniku elektrod do tavné lázně byla vzájemně nastavena. Na druhé straně může být celá skupina elektrod v případě nutnosti vyjmuta z tavící pece během kontinuální operace za účelem provedení nezbytné údržby nebo za účelem výměny některé z elektrod.

Výhodné příkladné provedení předmětu tohoto vynálezu obsahuje nad horní pecí střešní komoru, která je odolná vůči vysokým teplotám, a která může být zaplavena inertním plynem. Horké elektrody mohou být v průběhu záměny výroby na nový produkt vytaženy do této komory, a to zejména z důvodu jejich ochrany proti korozi, například okolním vzduchem. Komora může být v případě nutnosti naplněna inertním plynem.

U další varianty elektrické odporové tavící pece podle tohoto vynálezu jsou tyče elektrod opatřeny integrovaným chladicím systémem, tvořeným například vodním chladicím okruhem, který ochlazuje elektrody v případě nutnosti až dolů k povrchu taveniny.

• 0

Taviči pec podle tohoto vynálezu může být přídavně opatřena všeobecně známým přídavným předehřívačem. Jako předehřívače je možno použít buď plynového hořáku nebo elektrické odporové jednotky nebo sálavé ohřívací jednotky.

Elektrická odporová tavící pec podle tohoto vynálezu může být použita pro zeskelňování široké škály surových materiálů. Je stejné dobře použitelná pro výrobu skla nebo jiných křemičitanových sloučenin, jako pro výrobu emailu, smaltu a keramických materiálů, nebo pro zeskelňování odpadních produktů.

Tavící pec podle vynálezu je zejména využitelná pro výkony od 100 do 1 000 kg/h, je-li nutno vyrábět různé varianty produktů v malých množstvích, to jest krátké výrobní běhy, jejichž vsázky se pohybují například mezi dvěma a dvaceti tunami s rychlými změnami jednotlivých produktů.

Elektrická odporová tavící pec podle tohoto vynálezu může být provozována buď nepřetržitě, to jest kontinuálně, nebo může být provozována přerušovaně. Tavící pec podle tohoto vynálezu zaručuje, že k tavnému povrchu se do tavící komory pece z vnějšího prostředí dostane pouze velmi malé množství nežádoucího infiltrovaného vzduchu.

Jestliže se v průběhu kontinuálního provozu může měnit vzdálenost jednotlivých elektrod, může být odpor tavné lázně měněn tak, aby bylo dosaženo optimálního provozního proudu, nebo optimálního provozního napětí, které lze nastavit pro každou směs surového materiálu. Optimálního provozního proudu lze dosáhnout maximálním příkonem energie do taveniny bez místního přehřívání této taveniny.

Hladina taveniny v taviči nádrži může být přizpůsobena příslušné časové prodlevě pecní vsázky a příslušné výrobní rychlosti prostřednictvím s výhodou vertikálního ústrojí pro nastavení elektrod, například s excentrickou geometrií elektrod.

Průměr a délka elektrod se může různě měnit tak, aby tyto rozměry odpovídaly optimální hladině taveniny v tavící nádrži.

Provoz tavící pece může být s výhodou zahájen elektricky s minimálním množstvím taveniny, pokud je nastavena příslušná výška elektrod.

Jelikož hloubka ponoření elektrod do taveniny může být nastavena až během výrobní operace, může tak být optimalizováno jak vyzařování tepla, tak může být optimalizována i vzdálenost elektrod ode dna nádrže. První tavenina je vyrobena například sáláním při zahájení provozu pece nebo při jejím úplném vyprázdnění (v případě změny výroby).

Tavící nádrž elektrické odporové tavící pece podle tohoto vynálezu je uspořádána otočně. Tím je dosaženo optimální distribuce tepla do taveniny. Další výhoda spočívá ve velmi dobré dodávce energie z elektrod, čímž je zabráněno místnímu přehřívání taveniny, elektrod i stěny pece. To je velmi důležité jak pro kvalitu produkce, tak i pro životnost elektrod a stěny pece, která je odolná vůči vysokým teplotám.

• · • ·

Elektrická odporová taviči pec podle tohoto vynálezu má

v porovnání se známými konstrukcemi následující výhody.	tavících	pecí	zejména
Geometrie elektrod, která může být	v	průběhu
kontinuálního provozu různě měněna,	umožňuje	velmi	vysoký
stupeň přizpůsobivosti při tavení	široké	škály	různých

surových materiálů.

Otočně uspořádaná taviči nádrž, kombinovaná se stacionárními střešními elektrodami, zaručuje dosažení optimální teploty a rovněž i optimální distribuce tepla do taveniny. Tím, že je zde zabráněno místnímu přehřívání, se výrazně snižuje riziko, že by výsledný produkt, elektrody nebo žáruvzdorná pecní obezdívka mohly podstupovat nežádoucí a neřízené fyzikální nebo chemické procesy.

Optimálního pokrývání taviči lázně je dosaženo prostřednictvím radiálně pohyblivého zavážecího šneku společně s otáčivým pohybem taviči nádrže. I když se kůra surového materiálu taví nestejnoměrně, lze pokrývku tavné lázně lehce napravit, jak již bylo shora popsáno, a to prostřednictvím systému podle tohoto vynálezu.

Jakékoliv těkavé látky, unikající z taveniny, mohou být v důsledku konstrukce podle tohoto vynálezu zachycovány tím nej lepším možným způsobem. Tím je zaručeno stálé a jednotné složení výsledného produktu, přičemž taviči proces je tak velmi šetrný k životnímu prostředí.

• · • ·

Množství prosakujícího vzduchu, který se dostává dovnitř pece, je udržováno na minimální míře, a to zejména díky koncepci radiálně uspořádaného zavážecího šneku.

U výhodného uspořádání předmětu tohoto vynálezu, u kterého se úhel sklonu dna taviči nádrže zvyšuje ve směru k výstupnímu otvoru pro výpust taveniny, tato konstrukce tavící nádrže umožňuje velmi dobrou činnost při chodu naprázdno. Společně s elektrodami, které se otáčejí těsně nade dnem, je tak zabraňováno tomu, aby se zde jednotlivé složky taveniny usazovaly.

Vhodný poměr mezi příčným průřezem tavící lázně a její hloubkou zaručuje dosažení určitého pístového průtoku. Tím se výrazně zlepšuje homogenita taveniny i výsledného produktu.

Důsledkem shora zmíněné geometrie elektrické odporové tavící pece podle tohoto vynálezu je její malý povrch ve vztahu k jejímu objemu. Výsledkem toho jsou nízké tepelné ztráty a velmi malé specifické opotřebení.

Při změně výroby z jednoho produktu na jiný je tavící pec zcela úplně vyprázdněna, takže při této změně výroby dochází pouze k velmi nepatrné kontaminaci nového produktu.

Střešní elektrody mohou být vytaženy z taviči pece ven, a to za účelem zabránění jejich poškození při vytváření počáteční taveniny prostřednictvím sálavého ohřevu.

Taviči nádrž může být velmi snadno a bez výrazných nákladů vyměněna a nahrazena jinou, pokud je nebezpečí • · • · • · • · kontaminace vyráběného produktu, anebo v případě nutnosti její opravy.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším blíže osvětlen formou jeho příkladných provedení s odkazy na připojené výkresy, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický pohled v řezu na tavící pec podle tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje alternativní provedení tavící pece podle obr. 1, která je opatřena sálavou ohřívací jednotkou namísto hořáku jako předehřívače.

Příklady provedení vynálezu

Otočná tavící nádrž 1, která se otáčí kolem svislé osy, je podpírána poháněnými koly 2 nebo poháněným otočným stolem. Stěny 22 nádrže 1 jsou obloženy žáruvzdorným materiálem a jsou odizolovány.

Vnější strana otočné tavící nádrže 1. může být rovněž ochlazována, takže tavba probíhá v souladu s tak zvaným principem „sklo ve skle. Řetěz 13 pro vedení energie umožňuje, aby do otočné tavící nádrže 1 byla dodávána jakákoliv požadovaná média, přičemž se tato otočná tavící nádrž 1 otáčí například sem a tam. Otočná tavící nádrž 1 je dále vytvořena tak, že může být pro opravárenské účely spuštěna dolů.

• ·

Horní pec _4 je stacionární a je zavěšena na ocelové konstrukci 12. V této části jsou provedeny následující otvory: průchody 5 pro střešní elektrody _6, komínová přípojka (neznázorněno), otvor pro hořák pro ohřev pece nebo pro vytvoření počáteční taveniny, pozorovací průzorové otvory, otvory pro ukazatele hladiny a pro teploměry (neznázorněno). Otvor 24 pro mobilní zavážecí šnek 16 je proveden na boční straně tavící pece.

Mezi stacionární horní částí pece 4_ a otočnou tavící nádrží 1 je upraveno těsnění 14.

Držáky 5 elektrod jsou zavěšeny otočným způsobem na rámu 17, který může být zdvihán anebo spouštěn. Ramena 23 umožňují, aby elektrody _6 vykonávaly předem nastavený radiální pohyb. Elektrody 6 se pohybují synchronizované. Tři elektrody _6 mohou být nastaveny současně z hlediska jejich výšky prostřednictvím zvedacího ústrojí 8 tak, aby zaujímaly v tavenině pokud možno tu optimální polohu.

Elektrody mohou být rovněž vytaženy do střešních komor 18, například během záměny vyráběné produkce. Při výměně nebo náhradě elektrod 6 mohou být tyto elektrody 6 vyjmuty ven z horní stacionární pece 4_.

Na každém držáku 5 elektrody 6 je uspořádán přívod 9 energie a je zde provedena přípojka 10 chladicí vody. Držák 5 elektrody 6 je ochlazován až k samotné elektrodě 6. Rozměry elektrod _6 mohou být přizpůsobeny podle tavičích podmínek a podle hloubky tavné lázně.

• · • · • · • · • · • · · · · • · · · · « · · · » · · » • · · · • · · · • · · · · · • * · • · · ·

Radiálně uspořádaný zavážecí šnek 16 může být vložen a opět vytažen prostřednictvím podélného pohonu a podélného vedení ve stacionární horní peci £. Tento zavážecí šnek 16 je propojen prostřednictvím pružné spojky 15 a pružného šneku (neznázorněno) se stacionárním zásobníkem surového materiálu, který rovněž není znázorněn.

Na obr. 2 je znázorněna alternativní konstrukce elektrické odporové tavící pece podle obr. 1.

U tohoto provedení je hořák 11 pro ohřev pece a pro přípravu počáteční taveniny zaměněn sálavými trubicemi 21. Za účelem dosažení větší tavící oblasti s pomocí sálavého ohřevu při zahajování provozu tavící pece, je k otočné tavící nádrži 1 připevněna souosá zóna s hladkou spodní prstencovitou povrchovou plochou 19. Tato hladká spodní prstencovitá povrchová plocha 19 je pokryta tenkou vrstvou prostřednictvím radiálně mobilního zavážecího šneku 16.

Studená taviči pec je uvedena na provozní teplotu prostřednictvím sálavých trubic 21, nebo prostřednictvím hořáku 11 podle obr. 1. Spodní výstup Ί_ pece je uzavřen. Mobilní zavážecí šnek 16 rozptyluje surové materiály na úkos dna 19 nebo do otočné tavící nádrže 1.

Takto vytvářená tavenina stéká do kuželovité spodní části otočné tavící nádrže 1. Po vytvoření dostatečného množství počáteční taveniny jsou do této taveniny ponořeny elektrody _6. Hořák 11 nebo sálavé trubice 21 jsou vypnuty.

Surové materiály jsou nyní rozprostírány na nepřikrytou taveninu a jsou následně roztavovány jako tak zvaná „chladná • · • · • · povrchová pokrývka odporovým ohřevem. Lázeň se nyní nachází na minimální hladině. Jak hladina tavné lázně stoupá, jsou rovněž elektrody vytahovány výše tak, aby dosahovaly optimální úrovně v tavné lázni.

Po naplnění otočné tavící nádrže 1 na maximální kapacitu je do určité míry pootevřen spodní výstup 7. Od tohoto okamžiku je udržována rovnováha mezi přísunem surového materiálu a výstupem roztaveného produktu.

Je-li nutno zpracovávaný produkt zaměnit, je hladina tavné lázně snižována s použitím nebo bez použití „chladné povrchové pokrývky ze surového materiálu, a elektrody 6 se pohybují směrem dolů.

Záměna výroby na nový surový materiál se provede až poté, kdy je dosaženo nejnižší možné polohy. V důsledku toho je produkováno pouze minimální množství takzvaného přechodového produktu.

Změnu výroby na nový odlišný produkt je rovněž možno provést jiným způsobem, a to bez jakýchkoliv ztrát taveniny. Hladina taveniny je snižována, přičemž jsou rovněž elektrody 6 spouštěny až do nejnižší možné polohy.

Elektrody _6 jsou poté vytaženy vzhůru do střešních komor 18. Je-li to nezbytné, je otočná tavící nádrž vyprázdněna s použitím sálavých trubic 21 nebo hořáků 11. Otočná tavící nádrž 1 může být poté znovu naplněna, jak již bylo shora podrobně popsáno.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektrická odporová taviči pec pro zeskelnitelné směsi, obsahující alespoň jednu taviči nádrž (1), stacionární horní pec (4), střešní elektrody (6), komínovou přípojku, předehřívač (11) pro pecní vsázku, zavážecí jednotku (16) a výstup (7) taveniny, vyznačující se tím, že tavící nádrž (1) je uspořádána tak, že se může otáčet kolem svislé osy, a že horní pec (4) a tavící nádrž (1) mohou být vzájemně od sebe odděleny ve svislém směru.
2. 2. Elektrická odporová tavící pec podle nároku 1 vyznačující se tím, že tavící nádrž (1) je opatřena spodní výpustí (7), která může být regulovatelná, a která je zejména upravena v nejnižším bodě taviči nádrže (1).
3. 3. Elektrická odporová tavící pec podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že přípojky pro elektrody (6), pro zavážecí jednotku (16) nebo komínová přípojka jsou upraveny ve stacionární horní peci (4).
4. 4. Elektrická odporová tavící pec podle nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že zavážecí jednotka (16) je vytvořena jako šnekový dopravník, jehož přívodní konec se může pohybovat radiálně vzhledem k ose otáčení tavící nádrže (1).
5. 5. Elektrická odporová tavící pec podle nároků 1 až 4 vyznačující se tím, že elektrody ý tavící pece jsou vytvořeny tak, že se každá z nich může otáčet kolem svislé osy, zejména prostřednictvím ramen (23).

   • ·

   -1Γ- ·· · · · · ^w

   15 ... ···· .... ·· ··
6. 6. Elektrická odporová taviči pec podle nároků 1 až 5 vyznačující se tím, že elektrody (6) se mohou pohybovat svisle, přičemž mohou být z taviči pece vyjmuty a mohou být výškově nastaveny.
7. 7. Elektrická odporová taviči pec podle nároků 1 až 6 vyznačující se tím, že taviči pec obsahuje nad horní pecí (4) střešní komoru (18), která je odolná vůči vysokým teplotám, a která může být zaplavena inertním plynem.
8. 8. Elektrická odporová taviči pec podle nároků 1 až 7 vyznačující se tím, že tyče (5) elektrod (6) jsou opatřeny integrovaným chladicím ústrojím, které zasahuje zejména až dolů k povrchu taveniny.
9. 9. Elektrická odporová taviči pec podle nároků 1 až 8 vyznačující se tím, že taviči pec je opatřena přídavným předehřívačem (21), zejména plynovým hořákem (11) nebo elektrickou odporovou jednotkou nebo sálavou výhřevnou jednotkou (21).