CZ307906B6 - Sklářská tavicí celoelektrická pec - Google Patents
Sklářská tavicí celoelektrická pec Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307906B6 CZ307906B6 CZ2018-246A CZ2018246A CZ307906B6 CZ 307906 B6 CZ307906 B6 CZ 307906B6 CZ 2018246 A CZ2018246 A CZ 2018246A CZ 307906 B6 CZ307906 B6 CZ 307906B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- auxiliary electrodes
- glass
- charge
- melting furnace
- glass melting
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000003517 fume Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 claims description 17
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000006063 cullet Substances 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 claims description 2
- 229910000953 kanthal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000006066 glass batch Substances 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XXXSILNSXNPGKG-ZHACJKMWSA-N Crotoxyphos Chemical compound COP(=O)(OC)O\C(C)=C\C(=O)OC(C)C1=CC=CC=C1 XXXSILNSXNPGKG-ZHACJKMWSA-N 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- CDMADVZSLOHIFP-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane;decahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 CDMADVZSLOHIFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RSCACTKJFSTWPV-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 RSCACTKJFSTWPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000005364 simax Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
- C03B5/027—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by passing an electric current between electrodes immersed in the glass bath, i.e. by direct resistance heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
- C03B5/027—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by passing an electric current between electrodes immersed in the glass bath, i.e. by direct resistance heating
- C03B5/03—Tank furnaces
- C03B5/031—Cold top tank furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
- C03B5/167—Means for preventing damage to equipment, e.g. by molten glass, hot gases, batches
- C03B5/1672—Use of materials therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
Sklářská tavicí pec je uspořádaná tak, že do plovoucí vsázky (4) jsou zavedeny seshora topné pomocné elektrody (5) se zesílenými konci (6), které mohou být opatřeny termočlánkem. Pomocné elektrody (5) jsou opatřeny vlastním přívodem (8) elektrického proudu. Mezi sousední pomocné elektrody (5) je vložen napěťový gradient vyšší než 2 V.cma nižší než 30 V.cm. Pomocné elektrody (5) jsou navzájem rovnoběžné, mají deskovitý tvar a jsou zhotoveny z materiálu, který odolává působení plynů odcházejících ze vsázky (4) při teplotách 100 až 1000 °C. Nad vsázkou (4) a pomocnými elektrodami (5) situovaný zakladač (7) je vybaven čidlem (13) pro snímáni teploty povrchu plovoucí vsázky (4). Pec (1) je v klenbě vybavena infrakamerou pro snímání teploty a ovládání pohybu zakladače (7). Termočlánek na každém zesíleném konci (6) pomocné elektrody (5) a/nebo čidlo (13) pro snímání teploty povrchu plovoucí vsázky (4) jsou napojeny na řídicí počítač pro úpravu polohy každé pomocné elektrody (5). Pomocné elektrody (5) jsou umístěny na posuvném elektricky izolovaném a/nebo nevodivém trámci (11), který je připojen na zdvihací zařízení (9) pro vratně svislý posun pomocných elektrod (5). Nístěj (2) má na žáruvdorných stěnách, přivrácených sklovině (3) a vsázce (4), instalovány svislé žárovzdorné trubice (14), jejíchž horní konec je situovaný nad povrchem vsázky (4) a dolní konec ústi do vsázky (4) při teplotách 600 až 1000 °C pro odvádění plynných zplodin jejich otevřeným horním koncem. Žáruvzdorná trubice (14) může být opatřena bočními otvory pro odvádění plynných zplodin, s výhodou zevnitř elektricky ohřívanými k zamezení zalepení sklovinou (4).
Description
Oblast techniky
Vynález se týká sklářské taviči celoelektrické pece, zahrnující žáruvzdornou nístěj se dnem a bočními stěnami. V nístěji je sklovina s plovoucí vsázkou sklářských surovin a sklářských střepů. Nístěj je osazena běžnými topnými molybdenovými elektrodami. Pec je vybavena zakladačem pro dopravu studené vsázky na povrch plovoucí vsázky v peci.
Dosavadní stav techniky
Tavení skla přímým průchodem elektrického proudu roztavenou sklovinou je známo téměř 100 let. Sklářská taviči celoelektrická pec je charakteristická nízkou teplotou horního povrchu sklářské vsázky. Rozšíření tohoto způsobu celoelektrického tavení nastalo v posledních 60-ti letech, kdy se začalo využívat molybdenu jako materiálu pro topné elektrody. Tento materiál dovoluje zatěžovat molybdenové elektrody velkým proudem, takže se mohly stavět velké a výkonné pece. Molybden však nemůže být vystaven při teplotách vyšších než 200 °C působení vzduchu, protože se okamžitě oxiduje. Proto se molybdenové elektrody vkládají až do roztavené skloviny. Část elektrody, která není smáčena sklovinou, se obvykle intensivně chladí vodou pomocí vhodného držáku.
Při celoelektrické tavbě se uvolňuje Jouleovo teplo v již roztavené sklovině („lázni“) a odtud se předává do vrstvy vsázky, což je směs sklářských surovin a střepu, která leží na hladině této lázně. Elektrický proud neohrivá sklářskou vsázku přímo, ale teplo uvolněné v již roztavené sklovině se předává vzhůru do vrstvy vsázky mechanizmy šíření tepla, tj. vedením, sáláním a prouděním. Protože sklářská vsázka je špatný vodič tepla, je prohrivání do hloubky pomalé a naráží na určitou limitní hodnotu. Pro přenos tepla vedením a sáláním je možné zvyšovat tepelný tok do vsázky pouze zvyšováním teploty lázně. To naráží na výdržnost žáruvzdorného materiálu stěn vany. Proto při použití běžných žáruvzdorných materiálů se narazí na teplotu, jejíž překročení vede k rychlé korozi sklářské pece.
Překonat limitní hodnotu tavícího výkonu cca 2,5 t skloviny na m2 za den, je dnes možné jen využíváním posledního mechanismu přenosu tepla, a to prouděním skloviny. To vyžaduje velký objem pece. Proto se stavějí pece poměrně hluboké. Samozřejmě se zvětšováním vnějšího povrchu pece rostou tepelné ztráty, což je citelné právě při používání poměrně drahé elektrické energie.
Jiný způsob zvyšování měrného výkonu je použití bublingu - dmýchání vzduchu do lázně skloviny. Tato metoda má omezené použití, hlavně pro vitrifikaci odpadu, kdy na kvalitě vytékající skloviny tak nezáleží.
Podstata vynálezu
Sklářská tavící celoelektrická pec podle tohoto vynálezu zahrnuje žáruvzdornou nístěj se dnem a bočními stěnami a zakladačem pro dopravu studené sklářské vsázky na povrch plovoucí vsázky na sklovině. V nístěji je sklovina s plovoucí vsázkou. Pec je osazena běžnými topnými molybdenovými elektrodami. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že do plovoucí vsázky jsou zavedeny seshora topné pomocné elektrody, jejichž zesílené konce jsou umístěny v dolní části plovoucí vsázky a nezasahují do roztavené skloviny. Pomocné elektrody jsou opatřeny vlastním přívodem elektrického proudu. Mezi sousední pomocné elektrody je vložen napěťový gradient vyšší než 2 V.cm1 a nižší než 30 V.cm1. Hlavní výhodou tohoto vynálezu je získání vysokého tavícího výkonu, až 1 Ox oproti současnému stavu bez pomocných elektrod. Definovaný
- 1 CZ 307906 B6 napěťový gradient zabezpečuje prosazení dostatečného elektrického výkonu.
Je výhodné, když pomocné elektrody jsou navzájem rovnoběžně, mají desko vitý tvar k dosažení velkého povrchu a tím nízkého elektrického měrného zatížení. Pomocné elektrody jsou zhotoveny z materiálu, který odolává působení plynů odcházejících ze vsázky při teplotách 100 až 1000 °C, aby odolávaly korozi. Z údajů koroze podle výrobce vyplývá jejich živostnost delší než 2 až 3 roky.
Dále je výhodné, když pomocné elektrody mají spodní konec zesílený a provedený z teplotně odolnějšího materiálu než horní část elektrody. Zesílený spodní konec pomocných elektrod zajišťují malý elektrický odpor a delší životnost.
Zesílený konec každé pomocné elektrody může být opatřen alespoň jedním termočlánkem pro kontrolu teploty pomocné elektrody.
Ve výhodném provedení, pomocné elektrody a jejich zesílené konce jsou zhotoveny z materiálu ze skupiny zahrnující chromniklovou ocel, slitiny typu Kanthal, aluminidů kovů, vodivé keramiky. Pomocné elektrody a/nebo jejich zesílené konce jsou opatřeny povlakem, vzdorujícímu plynným zplodinám z tavby skloviny, vybraným ze skupiny povlaku na bázi platiny niklu, chrómu či zirkonu.
Nad vsázkou a pomocnými elektrodami situovaný zakladač je s výhodou vybaven čidlem pro snímání teploty povrchu plovoucí vsázky.
Sklářská tavící celoelektrická pec je v klenbě vybavena infrakamerou pro snímání a ovládaní pohybu zakladače.
Termočlánek na každém zesíleném konci pomocné elektrody a/nebo čidlo pro snímání teploty povrchu plovoucí vsázky jsou s výhodou napojeny na řídicí počítač pro úpravu polohy každé pomocné elektrody.
Pomocné elektrody jsou výhodně umístěny na posuvném elektricky izolovaném a/nebo nevodivém trámci. Elektricky izolovaný a/nebo nevodivý trámec může být výhodně připojen na zdvihací zařízení pro vratně svislý posun pomocných elektrod.
S výhodou má nístěj na žáruvzdorných stěnách, přivrácených ke sklovině a ke vsázce, nainstalovány svislé žárovzdomé trubice, jejichž horní konec je situovaný nad povrchem vsázky a dolní konec ústí do vsázky při teplotách 600 až 1000 °C pro odvádění plynných zplodin jejich otevřeným horním koncem. Žáruvzdorná trubice může být opatřena bočními otvory pro odvádění plynných zplodin, zevnitř elektricky ohřívanými k zamezení zalepení sklovinou.
Pro sklářskou tavící celoelektrickou pec se může využít pec, v podstatě jakéhokoliv tvaru, např. půdorysu obdélníkového či čtvercového nebo mnoho-úhelníkového či kulatého.
Objasnění výkresů
Vynález je podrobně popsán dále a je blíže vysvětleno na přiložených schematických výkresech. Stejné vztahové značky odpovídají stejně fungujícím součástem.
Obr. 1 zachycuje závislost měření rychlosti stoupání teploty, vybavovaného Jouleova tepla mezi dvěma měřicími elektrodami a odporu mezi těmito elektrodami klesajícími spolu se zakládanou vsázkou.
Obr. 2 schematicky znázorňuje řez podélnou osou sklářské tavící celoelektrické pece, na níž jsou
-2CZ 307906 B6 použity pomocné elektrody do vsázky.
Obr. 3 schematicky znázorňuje příčný řez sklářské tavící celoelektrické pece s pomocnými elektrodami do vsázky.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Na obr. 2 je znázorněna příkladná sklářská tavící celoelektrická pec 1, tvořená nístějí 2 ze žáruvzdorného materiálu, v níž je roztavená sklovina 3 vyobrazena vlnkami. Na povrchu sklo viny 3 plave sklářská vsázka 4, vyobrazena vodorovným šrafo váním. Do vsázky 4 jsou seshora zavedeny pomocné elektrody 5, označeny šikmým šrafováním. Každá pomocná elektroda 5 je opatřena zesíleným koncem 6. Vsázka 4 je dopravována do pece 1. pojíždějícím zakladačem 7, umístěným nad pomocnými elektrodami 5. Elektrický proud je zaveden na pomocné elektrody 5 pomocí přívodu 8 elektrického proudu. Pomocné elektrody 5 jsou připevněny na izolovaný nosný trámec 11, který je nesen zdvihacím zařízením 9. Mimoto je pec 1_ osazena běžnými molybdenovými elektrodami 10, které mohou být deskové i tyčové a umístěné ze dna i z boku stěn pece 1. Nad pomocnými elektrodami 5 je umístěn zakladač 7. Vsázka 4 postupuje seshora ze zakladače 7 svislým směrem, označeným šipkou 12, kolem pomocných elektrod 5. Zakladač 7 je vybaven teplotním čidlem 13. Na obr 3 je znázorněna v blízkosti žáruvzdorné stěny pece 1 umístěná trubice 14 zasahující svým spodním koncem do vrstvy vsázky 4, Trubice 14 může mít boční otvory (neznázoměny) pro odvod plynu, přičemž otvory mohou být vyhřívány elektricky, pro zamezení zalepením sklovinou. Horní konec trubice 14 může být připojen na odsávání plynů ze skloviny 3. Rozložení teplotního pole na povrchu vsázky 4 může být sledováno neznázoměnou infrakamerou, umístěnou v klenbě pece 1. Na zesíleném konci 6 každé pomocné elektrody 5 je umístěn alespoň jeden termočlánek a na přívodech 8 proudu každé pomocné elektrody 5 je snímán úbytek napětí a na každé fázi je měřen proud procházející pomocnými elektrodami 5. Úbytek napětí, proud a měřená teplota jsou zavedeny do řídicího počítače, který tyto hodnoty vyhodnocuje a vydává signál zdvihacímu zařízení 9 a k úpravě svislé polohy každé pomocné elektrody 5.
Principem vynálezu je zavedení elektrického proudu přímo do vrstvy vsázky 4. To se dosud nezkoušelo, protože vsázka je nejen špatný vodič tepla, ale i špatný elektrický vodič. Proto i při použiti hladinových elektrod („TOP“ elektrod), procházejících ze shora vrstvou vsázky 4 až do lázně skloviny 3, jak popisuje, např. US 6125658, se nepozorovalo, že by se vsázka více ohřívala, protože téměř všechno teplo se uvolňovalo až v lázni. Příčinou bylo malé napětí mezi elektrodami, které postačilo k průchodu proudu lázní skloviny 3, ale nikoli k průchodů vsázkou
4. Rovněž bodový zdroj, který tyčová elektroda představuje neumožňuje významný ohřev vsázky 4.
Měřením tepelného a elektrického pole ve vsázce 4, na obr. 1 předloženého vynálezu, se ukázalo, že překvapivě existují teplotní oblasti, kde se vsázka 4 ohřívá rychleji, a kde tedy má menší elektrický odpor. Např., pro sklovinu typu SIMAX je to cca 400 až 800 °C zavedením silnějšího elektrického pole. Tedy zvětšením gradientu napětí v definovaném rozmezí mezi sousedními pomocnými elektrodami 5, kde je vložen napěťový gradient vyšší než 2 V.cm1 a nižší než 30 V cm1, s výhodou např. kolem 20 V.cm1, bude zde procházet dostatečný elektrický proud a ohřívat vsázku 4. Samozřejmě, pomocné elektrody 5 nesmí procházet až do lázně skloviny 3, protože pak by se teplo uvolňovalo převážně v rovině nejnižšího odporu.
Tyto pomocné elektrody 5 ponořené do vsázky 4 musí odolávat oxidaci až do teploty 1000 °C, tj. nelze použít molybden. Lze použít běžných vysokoteplotních slitin a jejich kombinací, např. pro horní přívodní část použít nízkoteplotní, levnější materiál, a vlastní topnou část o výšce 2 až 10 cm zhotovit z odolnější oceli, případně o větší tloušťce. Je možné použít chromniklovou ocel,
-3 CZ 307906 B6
Kanthal, aluminidy kovu, vodivou keramiku, případně je možno povrch pomocných elektrod 5 opatřit ochranným povlakem na bázi platiny či niklu nebo chrómu nebo zirkonu.
Lze ovšem do vsázky 4 přidávat látku, která v rozmezí 100 až 800 °C uvolňuje inertní plyn, který vypudí vzduch ze vsázky 4 a chrání tak pomocné elektrody 5. K těmto látkám patří, např. voda volná z vlhkosti, voda vázaná ve sloučeninách vsázky, jako je borax dekahydrát i pentahydrát, kyselina boritá, vodní sklo, hydrát hlinitý, uhličitany, některé chloridy. Voda také před vypařením rozpouští rozpustné součásti vsázky 4, čímž vytváří vodivé kapalné můstky a vzniklé roztoky mají vyšší bod varu než čistá voda Proto je výhodné provést analýzu odcházejících plynů ze vsázky 4 hmotovým spektrometrem při zahřívání, aby se zjistilo, při jaké teplotě ještě odchází voda, nebo kyslík nebo oxid uhličitý či oxid siřičitý a ostatní plyny, a podle toho volit materiál pomocných elektrod 5.
Aby se pomocné elektrody 5 nepřehrivaly nad přípustnou teplotu, je teplota každé elektrody sledována nejméně jedním, lépe třemi, termočlánky. Kromě toho lze průměrnou teplotu každé pomocné elektrody 5 sledovat měřením úbytku napětí na začátku a na konci pomocné elektrody 5, z čeho lze při známém celkovém proudu na fázi vypočítat okamžitý odpor pomocné elektrody 5, úměrný teplotě. Celkový příkon lze regulovat pomocí mezifázového napětí. Signál pro řídicí počítač lze získat z výpočtu odporu mezi pomocnými elektrodami 5.
Ploché pomocné elektrody 5 o výšce 10 až 50 cm, podle místních podmínek a výšky vrstvy vsázky 4, délky téměř jako celá nístěj 2, jsou zavěšeny na nosném nevodivém trámci 11, který spočívá na výsuvném držáku. Vlastní přívod 8 proudu je proveden izolovaným kabelem přímo na pomocnou elektrodu 5. Výsuvný držák je umístěn na vnějším obvodu nístěje 2 pece 1 izolovaným způsobem. Výsuvné držáky jsou ovládány signálem teploty či odporu na pomocných elektrodách 5. Při překročení povolené teploty se pomocné elektrody 5 automaticky mírně vysunou ke zvýšení odporu a snížení teploty. Kromě toho musí držáky umožnit vysunutí pomocných elektrod 5 nad vsázku 4 v případech přerušení provozu.
Kromě zavádění proudu do vsázky 4 se sklovina 3 ohřívá běžným způsobem pomocí molybdenových elektrod 10. Tím se docílí potřebná teplota pro tavení skloviny 3 a dokončení všech sklotvomých dějů jako v běžné peci. Pomocnými elektrodami 5 se do pece 1_ zavádí, např. 1/3 až 2/3 celkové přivedené energie. Tím, že se do skloviny 3 přivádí, např. jen 1/3 molybdenovými elektrodami 10, se velmi zmenší problémy s jejich přehříváním při tavení neprůteplivých skel.
Zakládání vsázky 4 se provádí stejně, jako na dnešních vanách, tj. zajížděním pásového či žaluziového zakladače 7, který posypává vsázku na každé místo v taviči ploše pece 1. Proto se dávkování energie přísně udržuje podle okamžitého tavícího výkonu, přitom zůstanou konstantní teploty v jednotlivých vodorovných rovinách, stejné jako bez použití pomocných elektrod 5. Pomocné elektrody 5 lze aplikovat i na stávající pece, jen je zapotřebí vhodné umístění zdvihacího zařízení 9, např. v okéncích v horní stavbě pece 1.
Pokud je zapotřebí vytvořit nezakládané volné místo, např. u žáruvzdorné stěny pece 1, může pomocná plochá elektroda posloužit k ochraně žáromateriálu před přísunem korodující vsázky.
Doplňkový ohřev pomocnými elektrodami 5 do vsázky 4 lze okamžitě přerušit jejich vysunutím ze vsázky 4, případně jejich úplným vyjmutím z pece 1. To je výhodné v případě, že pec 1 je otápěna proudem z fotovoltaické či větrné elektrárny a dojde k náhlému snížení dodávky proudu.
Příklad 2
Princip používání pomocných elektrod 5 do vsázky 4 lze dobře popsat na příkladu sklářské taviči celoelektrické pece 1, např. o taviči ploše 1x2 m2. s nístějí 2 o hloubce 1 m. Její taviči výkon je, např. 100 kg m-2. hod, tedy celkem 4,8 tun za den. Zárovzdorná vyzdívka tvoří nístěj 2 pece 1, v
-4CZ 307906 B6 níž je lázeň roztavené skloviny 3, na níž plave vrstva lehčí vsázky 4, která je tvořená směsí surovin a střepu a je do pece 1. dopravovaná zakladačem 7. Odvod (neznázoměný) utavené skloviny 3 je u dna pece 1. Přívod energie do skloviny je molybdenovými elektrodami 10 obvyklým způsobem, tedy elektrody mohou být deskové nebo tyčové, umístěné v bočních stěnách či ve dnu pece 1, výjimečně i procházející hladinou skloviny 3. Do této pece 1 se vloží pomocné deskové elektrody 5 ze žárovzdomé oceli o rozměrech cca 20 xl90 cm, které mají spodní konec 6 odolávající teplotě 1000 °C. Tyto pomocné elektrody 5 jsou izolovaným způsobem zavěšeny na nevodivém trámci 11, který spočívá na zdvihacím zařízení 9. Přívod 8 proudu do pomocných elektrod 5 se provádí ohebným kabelem 8, dostatečné dlouhým, aby bylo možno všechny pomocné elektrody 5 vysunout nad nístěj 2. U stěny vznikne 5 cm široký pás vsázky 4, z něhož mohou unikat plyny ze vsázky 4, Tento prostor může být ponechán volný, tedy nezakládaný, nebo může být zakládán pouze střepy, nebo naopak bude zakládán více, či zakládán mokrou vsázkou, aby se ochlazovala žáruvzdorná stěna pece 1. Tento prostor bude topen průchodem proudu mezi pomocnou elektrodou 5 a molybdenovou elektrodou 10. V některých místech spodní hrany pomocné elektrody 5 jsou umístěny termočlánky typu „K“ a jejich signál je izolovaným způsobem veden do řídicího počítače. Každý přívod proudu kabelem 8 je opatřen měřením ztrátového napětí na pomocné elektrodě 5. Tento údaj spolu s údajem celkového proudu na fázi slouží k výpočtu okamžitého odporu na pomocné elektrodě 5 a při odchylce od stanovené hodnoty a s přihlédnutím k údaji termočlánků vydá řídicí počítač pokyn zdvihacímu zařízení ke změně polohy. Na každou elektrodu se zavede prostřídané proud ze dvou fází, jak na obr 3, s využitím fází napájejících spodní molybdenové elektrody 10 (mnohdy využitím jednoho transformátoru). Lze ovšem využít všechny 3 fáze a zabezpečit, aby spodní molybdenové elektrody 10 topily s horními pomocnými elektrodami 5. Na pomocné elektrody 5 se zavede napětí tak, aby se vytvořil napěťový spád mezi sousedními elektrodami 5, a to minimálně 2 V.cm1 maximálně 30 V.cm1. Přesná hodnota závisí na odporu vsázky, tedy většinou na obsahu alkalických surovin, obsahu vázané vody v nich, vlhkosti vsázky (způsobuje snížení odporu v teplotách 100 až 400 °C), obsahu střepu, elektrické vodivosti použitých pomocných elektrod 5. Především je vložený napěťový spád závislý na požadovaném tavícím výkonu, tedy rychlosti klesání vsázky 4. Teplo uvolněné v jednotce objemu závisí na intensitě elektrického pole, která je ve vsázce 4 ve vodorovném směru běžně zanedbatelná a energie se zde uvolňuje jen díky svislému gradientu napětí v některých rovinách, kdy se mění odpor či permitivita. Při vložení většího napětí ve vodorovném směruje vektorový součet obou gradientů již významný, a i malá změna napěťového spádu značně zvýší příkon do vsázky 4.
Objemový příkon P (W/cm3) lze vyjádřit
P = E2/p = w.Cp.h ΔΤ/Ay (1) kde je w klesavá rychlost vsázky 4 (cnxsec1);
Cp měrné teplo vsázky 4 (J.g kK1);
h měrný objem vsázky 4 (g.cm_3);
ΔΤ/Δγ svislý gradient teploty K/cm, měřený až 500 Kcm1;
p měrný odpor (Ω.αη)
E (x,y) intensita elektrického pole (V.cm_1).
Proto i malá změna napěťového spádu značně zvýší příkon do vsázky 4. Napěťový spád nad 30 V/cm již hrozí, že malá změna místní teploty vyvolá skokový a neustálý růst příkonu, který by vyžadoval značný průtok vsázky 4.
-5 CZ 307906 B6
Příklad 3
Na sklářské tavící celoelektrické peci 1 dle předchozího příkladu 2 je taveno sklo s malým obsahem alkálii 3,5 % a 50 % obsahem střepu ve vsázce. Tato vsázka 4 má při teplotách 400 až 800 °C měrný elektrický odpor 0,1 až 1,0 ohm.cm, při teplotách 800 až 1000 °C měrný elektrický odpor 1 až 6 ohm. cm, průměrně při 400 až 1000 °C měrný elektrický odpor 1,7 Ω.οηι (viz obr. 1). U této vsázky by stačilo zavádět proud jen do teploty 800 °C, což by šetřilo pomocné elektrody 5. Bereme-li nejvyšší hodnotu měrného odporu 6 Ω.οηι, naměřenou pro teploty 400 až 1000 °C, vychází k získání desetinásobku dnešního příkonu do vsázky 4, tedy 400 kW.m-2 napěťový spád 15 V.cm1, tedy fázové napětí 465 V. Bude-li transformátor dimenzován na 600 V, tedy vytvoříme spád 20 V/cm, bude stejný výkon možný i při vzrůstů odporu na 10 Ω.οηι. Pokud ne, lze pomocné elektrody 5 k sobě přiblížit a případně vložit další řadu pomocných elektrod 5 Při desetinásobku dnešního tavícího výkonu tedy 24 t.m-2 za den pak činí střední doba zdržení skloviny 3 ve vaně 2,3 hod, což se již blíží dnes měřené době průchodů nejrychlejší proudnice 1,7 h. Tento čas zaručuje dobrou kvalitu skloviny 3. V této peci 1 lze tedy docílit téměř pístový tok, tj. 100% využití objemu pece k
Příklad 4
Na stejné peci 1 jako v příkladu 2 a se stejným uspořádáním elektrod 5, 10 chceme tavit velmi měkké sklo, jehož tavící se vsázka 4 má měrný odpor 0,1 ohm.cm Mezi pomocnými elektrodami 5 je vloženo napětí 60 V, což vytvoří napěťový spád 2 V.cm1. Z rovnice (1) vychází příkon 40W.cm-3, tedy 400 kW.m-2. To by znamenalo lOx vyšší tavící výkon než dnešní. Případné zvýšení odporu na dvojnásobek by se korigovalo zvýšením napětí na 85 V.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (14)
1. Sklářská tavící celoelektrická pec (1) se studenou hladinou skloviny (1), zahrnující žáruvzdornou nístěj (2) se dnem a bočními stěnami, v nístěji (2) je sklovina (3) s plovoucí vsázkou (4) sklářských surovin a sklářských střepu, je osazena běžnými topnými molybdenovými elektrodami (10), dále je pec (1) vybavena zakladačem (7) pro dopravu studené vsázky (4) na povrch plovoucí vsázky (4) v peci (1), vyznačující se tím, že do plovoucí vsázky (4) jsou zavedeny seshora topné pomocné elektrody (5), jejichž zesílené konce (6) jsou umístěny v dolní části plovoucí vsázky (4) a nezasahují do roztavené skloviny (3), pomocné elektrody (5) jsou opatřeny přívodem (8) elektrického proudu, přičemž mezi sousední pomocné elektrody (5) je vložen napěťový gradient vyšší než 2 V.cm1 a nižší než 30 V cm1.
2. Sklářská tavící celoelektrická pec podle nároku 1, vyznačující se tím, že pomocné elektrody (5) jsou navzájem rovnoběžně, mají deskovitý tvar a jsou zhotoveny z materiálu, který odolává působení plynu odcházejících ze vsázky (4) při teplotách 100 až 1000 °C.
3. Sklářská tavící celoelektrická pec podle nároku 2, vyznačující se tím, že pomocné elektrody (5) mají spodní konec (6) zesílený a provedený z teplotně odolnějšího materiálu než horní část elektrody (5).
4. Sklářská tavící celoelektrická pec podle nároku 3, vyznačující se tím, že zesílený konec (6) každé pomocné elektrody (5) je opatřen alespoň jedním termočlánkem.
-6CZ 307906 B6
5. Sklářská taviči celoelektrická pec podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že pomocné elektrody (5) a jejich zesílené konce (6) jsou zhotoveny z materiálu ze skupiny zahrnující chromniklovou ocel, slitiny typu Kanthal, aluminidů kovů, vodivé keramiky.
6. Sklářská tavící celoelektrická pec podle nároku 4, vyznačující se tím, že pomocné elektrody (5) a/nebo jejich zesílené konce (6) jsou opatřeny povlakem, vzdorujícímu plynným zplodinám z tavby skloviny (3), vybraným ze skupiny povlaku na bázi platiny niklu, chrómu či zirkonu.
7. Sklářská tavící celoelektrická pec podle nároku 1, vyznačující se tím, že nad vsázkou (4) a pomocnými elektrodami (5) situovaný zakladač (7) je vybaven čidlem (13) pro snímání teploty povrchu plovoucí vsázky (4).
8. Sklářská tavící celoelektrická pec podle nároku 1, vyznačující se tím, že pec (1) je v klenbě vybavena infrakamerou pro snímání teploty a ovládaní pohybu zakladače (7).
9. Sklářská tavící celoelektrická pec podle nároku 4 a/nebo 7, vyznačující se tím, že termočlánek na každém zesíleném konci (6) pomocné elektrody (5) a/nebo čidlo (13) pro snímání teploty povrchu plovoucí vsázky (4) jsou napojeny na řídicí počítač pro úpravu polohy každé pomocné elektrody (5).
10. Sklářská taviči celoelektrická pec podle nároku 1, vyznačující se tím, že pomocné elektrody (5) jsou umístěny na posuvném elektricky izolovaném a/nebo nevodivém trámci (11).
11. Sklářská taviči celoelektrická pec podle nároku 10, vyznačující se tím, že elektricky izolovaný a/nebo nevodivý trámec (11) je připojen na zdvihací zařízení (9) pro vratně svislý posun pomocných elektrod (5).
12. Sklářská tavící celoelektrická pec nároku 1, vyznačující se tím, že nístěj (2) má na žáruvzdorných stěnách, přivrácených sklovině (3) a vsázce (4), instalovány svislé žárovzdorné trubice (14), jejichž horní konec je situovaný nad povrchem vsázky (4) a dolní konec ústí do vsázky (4) při teplotách 600 až 1000 °C pro odvádění plynných zplodin jejich otevřeným horním koncem.
13. Sklářská tavící celoelektrická pec podle nároku 12, vyznačující se tím, že žáruvzdorná trubice (14) je opatřena bočními otvory pro odvádění plynných zplodin, s výhodou zevnitř elektricky ohřívanými k zamezení zalepení sklovinou (4).
14. Sklářská tavící celoelektrická pec podle některého z předcházejících nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že pec (1) má půdorys obdélníkový či čtvercový nebo mnohoúhelníkový či kulatý.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-246A CZ307906B6 (cs) | 2018-05-28 | 2018-05-28 | Sklářská tavicí celoelektrická pec |
| DE202019102649.9U DE202019102649U1 (de) | 2018-05-28 | 2019-05-10 | Vollelektrischer Glasschmelzofen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-246A CZ307906B6 (cs) | 2018-05-28 | 2018-05-28 | Sklářská tavicí celoelektrická pec |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2018246A3 CZ2018246A3 (cs) | 2019-08-07 |
| CZ307906B6 true CZ307906B6 (cs) | 2019-08-07 |
Family
ID=67477214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-246A CZ307906B6 (cs) | 2018-05-28 | 2018-05-28 | Sklářská tavicí celoelektrická pec |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ307906B6 (cs) |
| DE (1) | DE202019102649U1 (cs) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ2019747A3 (cs) * | 2019-12-06 | 2021-02-17 | Glass Service, A.S. | Sklářská tavicí pec s konverzním regionem pro přeměnu sklářské vsázky na skelnou taveninu a způsob konverze |
| CZ2020638A3 (cs) * | 2020-11-30 | 2022-01-26 | Glass Service, A.S. | Způsob tavení skla ve sklářské tavicí peci a sklářská tavicí pec k provádění způsobu tavení skla |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH338560A (fr) * | 1956-10-05 | 1959-05-31 | Elemelt Ltd | Procédé d'affinage du verre et four pour la mise en oeuvre de ce procédé |
| JPH02306200A (ja) * | 1989-05-20 | 1990-12-19 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | 廃棄物固化用電気溶融炉 |
| GB2244137A (en) * | 1990-05-19 | 1991-11-20 | F I C | Measuring batch thickness in glass melting furnace |
| CZ2011651A3 (cs) * | 2011-10-13 | 2013-04-10 | Vysoká skola chemicko - technologická v Praze | Sklárská elektrická tavicí pec se zvýseným dnem tavicí cásti |
| CZ2012604A3 (cs) * | 2012-09-05 | 2014-09-03 | Vysoká škola chemicko - technologická v Praze | Sklářská tavicí pec pro kontinuální tavení skel řízenou konvekcí skloviny |
| CZ2012605A3 (cs) * | 2012-09-05 | 2014-10-01 | Vysoká škola chemicko - technologická v Praze | Způsob kontinuálního tavení skel řízenou konvekcí skloviny |
| CZ2017523A3 (cs) * | 2017-09-08 | 2019-01-30 | Vysoká škola chemicko - technologická v Praze | Tavicí prostor kontinuální sklářské tavicí pece a způsob tavení skla v tomto prostoru |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TR199900631T1 (xx) | 1997-07-22 | 1999-09-21 | Isover Saint-Gobain | Cam f�r�n� ve bunu kapsayan tertibat. |
-
2018
- 2018-05-28 CZ CZ2018-246A patent/CZ307906B6/cs unknown
-
2019
- 2019-05-10 DE DE202019102649.9U patent/DE202019102649U1/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH338560A (fr) * | 1956-10-05 | 1959-05-31 | Elemelt Ltd | Procédé d'affinage du verre et four pour la mise en oeuvre de ce procédé |
| JPH02306200A (ja) * | 1989-05-20 | 1990-12-19 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | 廃棄物固化用電気溶融炉 |
| GB2244137A (en) * | 1990-05-19 | 1991-11-20 | F I C | Measuring batch thickness in glass melting furnace |
| CZ2011651A3 (cs) * | 2011-10-13 | 2013-04-10 | Vysoká skola chemicko - technologická v Praze | Sklárská elektrická tavicí pec se zvýseným dnem tavicí cásti |
| CZ2012604A3 (cs) * | 2012-09-05 | 2014-09-03 | Vysoká škola chemicko - technologická v Praze | Sklářská tavicí pec pro kontinuální tavení skel řízenou konvekcí skloviny |
| CZ2012605A3 (cs) * | 2012-09-05 | 2014-10-01 | Vysoká škola chemicko - technologická v Praze | Způsob kontinuálního tavení skel řízenou konvekcí skloviny |
| CZ2017523A3 (cs) * | 2017-09-08 | 2019-01-30 | Vysoká škola chemicko - technologická v Praze | Tavicí prostor kontinuální sklářské tavicí pece a způsob tavení skla v tomto prostoru |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2018246A3 (cs) | 2019-08-07 |
| DE202019102649U1 (de) | 2019-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7700036B2 (en) | Launder for casting molten copper | |
| KR101658898B1 (ko) | 유리 청징 방법 및 시스템 | |
| US20060144089A1 (en) | Method and apparatus for heating melts | |
| JP2738423B2 (ja) | ガラス用電熱熔融炉 | |
| CZ307906B6 (cs) | Sklářská tavicí celoelektrická pec | |
| KR101295555B1 (ko) | 유리의 전기용해장치 | |
| JP5690015B1 (ja) | タンディシュ内溶鋼の加熱方法 | |
| CZ31905U1 (cs) | Sklářská tavící celoelektrická pec | |
| DK142070B (da) | Elektrisk varmeapparat til anvendelse i et anlæg til fremstilling af planglas. | |
| KR101075452B1 (ko) | 유리 용해로 | |
| TWI829881B (zh) | 熔解物之製造方法、玻璃物品之製造方法、熔解裝置、及玻璃物品之製造裝置 | |
| US20220412656A1 (en) | Thermal launder for the transfer of white metal in a smelting furnace | |
| KR101534663B1 (ko) | 포트롤유닛 예열장치 | |
| SU844586A1 (ru) | Электронагревательное устройстводл ВАРКи СТЕКлА | |
| SU899680A1 (ru) | Нагревательное устройство | |
| JP2012036067A (ja) | シリコンインゴットの電磁鋳造装置 | |
| RU95664U1 (ru) | Электропечь-миксер | |
| CS214229B1 (cs) | Způsob natavování sklářských tavících pecí | |
| KR20110091918A (ko) | 유리 용해로 | |
| KR20110028844A (ko) | 전기 유리용해 장치 |