CZ3353U1 - Zařízení pro přímý odporový ohřev skioviny - Google Patents

Description

Zařízení pro přímý odporový ohřev skloviny

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro přímý odporový ohřev skloviny ve sklářské peci, žlabu dávkovače skloviny apodobně. Zařízení zahrnuje topnou molybdenovou elektrodu, částečně vysunutou z vyzdívky kontaktního žáromateriálu sklářské pece či žlabu do skloviny a napojenou na nosný koncový díl, který je vysunutý na opačném konci vně vyzdívky žáromateriálu pece.

Dosavadní stav techniky

V československém autorském osvědčení č. 213 224 je popsán držák elektrody sklářských tavících elektrických pecí. Držák elektrody sestává z nástavce a hlavice, kterou tvoří vnitřní pouzdro zaslepené vnitřním a vnějším víkem. Na vnitřní pouzdro je šroubovité navinuta nejméně jedna chladicí trubka kulatého nebo čtvercového průřezu, která je obalena vrstvou tepelně izolačního vláknitého materiálu. Držák je možno použít pro termočlánky a pro probublávací trysky.

Nevýhodou tohoto řešení je nutnost chladicího okruhu s vodou a poměrně vysoké tepelné ztráty.

V patentu USA č. 5 151 918 je popsán elektrodový žáruvzdorný blok pro elektrické tavení skla, sestávající ze sendvičového uspořádání elektrodových kamenů, s umístěním těsně před výtokem skloviny a odolávající teplotním šokům a korozi skla. Vnitřní kámen bloku je na bázi Cr₂O₃ a ZrO₂· V elektrodovém bloku žáromateriálu je situován držák topných elektrod chlazený vodou. Předmětem technického řešení je zejména řešení žáromateriálu, v němž jsou uloženy držáky s nuceným chladicím okruhem.

V patentu USA č. 5 125 002 je uvedena elektroda, vhodná do tavící části elektrické tavící pece, s ochranným pláštěm sestávajícím z několika obalů, do nichž je vháněn tryskami dusík a obsahující též chladicí okruh s vodou pro držák elektrody. Řešení je zřejmě nákladné na investice i náročné na obsluhu a vyplatí se pro tavení skla, při němž jsou elektrody vysoce tepelně exponovány. Nevýhodou při běžném provozu jsou dva chladicí okruhy, jeden s dusíkem jeden s vodou.

V československém autorském osvědčení č. 260 716 je popsán rozebíratelný držák molybdenové elektrody sklářské tavící pece, který je určen pro ochranu elektrody před vzdušným kyslíkem. Ochrana elektrody je založena na zamezení přístupu vzduchu jejím uložením v otvoru dna stěny pece za pomoci natavené skelné hmoty, s výhodou molybdenového skla. Držák elektrody sestává z nástavce, přecházejícího do hlavice s užším osazením, nesoucím elektrodu. Vnější povrch hlavice je opatřen skelnou hmotou, která je před zasunutím elektrody držákem do otvoru stěny pece vystavena tlaku pružiny, umístěné mezi dvěma podložkami, souose navlečenými na nástavci. Vnější otvor stěny pece je utěsněn těsnicím prvkem. Velkou předností tohoto rozebíratelného držáku topné elektrody je, že není chlazen nuceným okruhem.

-1CZ 3353 U

Toto zajímavé technické řešení je poměrně výrobně obtížné a pravděpodobně málo spolehlivé v provozu vzhledem k potížím s utěsněním molybdenové elektrody.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody odstraní nebo podstatně omezí zařízení pro přímý odporový ohřev skloviny ve sklářské peci, žlabu dávkovače skloviny apodobně, zahrnující topnou molybdenovou elektrodu, částečně vysunutou z vyzdívky kontaktního žáromateriálu do skloviny a napojenou na nosný koncový díl, vysunutý na opačném konci vně vyzdívky žáromateriálu, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že nosný koncový díl je spojen se spojovacím nástavcem z žárupevné slitiny, uloženém jednak v dutině vyzdívky a jednak v žáromateriálu vyzdívky přivráceném sklovině, v němž je uspořádáno uchycení spojovacího nástavce k topné molybdenové elektrodě prostřednictvím spojovacího prvku z žárupevné slitiny, spojovací prvek je umístěn jednou svou částí uvnitř tělesa molybdenové elektrody a druhou svou částí uvnitř tělesa spojovacího nástavce. Je výhodné, když spojovací nástavec je zhotoven z žárupevné feritické slitiny s tepelnou výdržností do 1250 °C a tepelnou vodivostí při 20 °C v rozmezí 8 až 18 W.m^-1.K^-1.

Dále je výhodné, když spojovací prvek je zhotoven z žárupevné feritické slitiny s pevností v tahu při 1350 °C vyšší než 100 N.mm^-2.

Kromě toho je výhodné, když dutina je vymezena kontaktním žáromateriálem a tepelnou izolací vyzdívky.

Hlavní výhodou tohoto řešení je samovolné chlazení zařízení s volnou konvekcí nasávaného okolního vzduchu, dále nenáročnost a nízké výrobní i provozní náklady. Samovolné chlazení zařízení, bez jakéhokoliv nuceného chlazení topné molybdenové elektrody, spojovacího nástavce, nosného koncového dílu a tudíž i bez nutnosti chladicího okruhu, je umožněno konstrukčním uspořádáním jednotlivých součástí a jejich materiálovou skladbou.

Uloženi spojovacího nástavce v dutině vyzdívky, ve výhodném provedení v dutině tepelné izolace vyzdívky, napomáhá podstatnou měrou k volné konvekcí okolního vzduchu a k ochlazování části * spojovacího nástavce uloženého v dutině i části spojovacího nástavce uloženého v žáromateriálu.

Spojovací prvek není v kontaktu ani s žáromateriálem vyzdívky ani se sklovinou, ani s volným prostorem dutiny, což má za následek, že materiál spojovacího prvku nemůže negativně ovlivňovat vlastnosti skloviny, z hlediska nečistot, zabarvování, bublinek apodobně. Spojovací prvek je situován v kontaktní vyzdívce žáromateriálu, což zabezpečuje ochranu molybdenové elektrody před její oxidací.

Zbývající část nástavce elektrody je umístěna ve volném prostoru dutiny ve vyzdívce, což významným způsobem napomáhá samovolnému ochlazování nástavce i celého zařízení volnou konvekcí .

-2CZ 3353 U

Definované vlastnosti materiálů pro spojovací nástavec a spojovací prvek byly vybrány po dlouhodobých provozních zkušenostech jako optimální pro dané použití.

Přehled obrázků na výkresech _f Příkladné provedení technického řešení je podrobně popsáno dále a je schematicky znázorněno na připojeném výkrese, znázorňující zařízení v podélném svislém osovém řezu, vedeném topnou * molybdenovou elektrodou.

Příklady provedeni technického řešení

Zařízení pro přímý elektrický odporový ohřev skloviny 1 je použito pro otop žlabu dávkovače sklářské tavící pece s borosilikátovou sklovinou 1 při teplotě skloviny 1 kolem 1400 °C. Sklovina 2 je ohřívána přímým elektrickým odporovým ohřevem pomocí tyčové topné molybdenové elektrody 2, jednak částečně vysunuté do skloviny 2 ^ve žlabu dávkovače a jednak částečně uložené v kontaktním žáromateriálu 2 vyzdívky žlabu. Kontaktním žáromateriálem 2 je míněn žáromateriál 3, který je v přímém kontaktu s rozžhavenou sklovinou 2 uvnitř žlabu dávkovače. Molybdenová tyčová elektroda 2 je pevně spojena spojovacím prvkem 4 s tyčovým kovovým spojovacím nástavcem 5.

Spojovací nástavec 5 je zhotoven ze žárupevné feritické slitiny s tepelnou vodivostí 12 W.m^-1.K^-1 při 20 °C a tepelnou výdržností do 1250 ’C. Spojovací nástavec 2 částečně zasahuje do kontaktního žáromateriálu 3, ale jeho převážná část je uložena ve volném prostoru dutiny 6, vytvořené záměrně, v tomto konkrétním provedení, svislou od skloviny 2 odvrácenou stěnou žáromateriálu 2 vyzdívky a válcovitým pláštěm z tepelné izolace 7 vyzdívky žlabu. Ve volném prostoru dutiny 6 volně proudí okolní vzduch, nasávaný průchody a netěsnostmi izolace 7. vyzdívky. Touto volnou konvekcí vzduchu v dutině 6 se intenzivně ochlazuje vnější povrch spojovacího nástavce 5, následně část topné molybdenové elektrody 2 uložené v kontaktním žáromateriálu 2 ^a i částečně samotný kontaktní žáromateriál 3.

Pevné a bezpečné spojení topné molybdenové elektrody 2 s kovovým nástavcem 5 prostřednictvím spojovacího prvku 4 je realizováno šroubovým spojem. Šroubový spojovací prvek 4 je zhotoven _x — 9 z zarupevne feriticke slitiny s pevnosti v tahu 105 N.mm pri 1350 °C. Důležité je, že spojovací prvek 4 není v kontaktu se žáromateriálem 2 vyzdívky žlabu a se sklovinou 2ř z důvodů zajištění mechanické pevnosti spojovacího prvku 4 za vysokých teplot a nízkého přestupu tepla z molybdenové elektrody 2 do žáruvzdorné slitiny. Spojovací prvek 4 není v kontaktu ani s vnější tepelnou izolací 7 vyzdívky žlabu. Toto konstrukční uspořádání spojovacího _Λ prvku 4 mezi molybdenovou elektrodou 2 a spojovacím nástavcem 5 má za účel zamezení přístupu vzduchu k vlastní molybdenové elektrodě 2, a tím zamezení její oxidace vzdušným kyslíkem.

Spojovací nástavec 5 na druhém konci odvráceném šroubovému spojovacímu prvku 4 s elektrodou 2 je spojen spojem 8 s tyčovým nosným koncovým dílem 9, zhotoveným z běžné oceli. Tento spoj 8 je situován v dutině 6 a může být proveden šroubově, svarem

-3CZ 3353 U apodobně. Tyčová topná molybdenová elektroda 2, tyčový spojovací nástavec 5 i tyčový nosný koncový díl 9 jsou z důvodů stability, pevnosti a přesnosti nastavení a uložení topné elektrody 2 navzájem situovány v téže ose 11. Z těchže důvodů, a navíc z pevnostních a bezpečnostních důvodů je koncový díl 9 fixován k vnější stěně žlabu dávkovače fixačním prvkem 10., který má navíc i funkci úchytnou. Koncový díl 9 mimo fixaci elektrody 2 může sloužit též k přívodu elektřiny do této topné molybdenové elektrody 2.

Toto konstrukční uspořádání a materiálové složení zařízení umožňuje jeho snadnou montáž z dostupných materiálů, s minimálními nároky na obsluhu a především s nízkými energetickými ztrátami během provozu zařízení. Zařízení nevyžaduje použití klasických držáků elektrody 2. s vodním či jiným nuceným chlazením topné molybdenové elektrody 2.

Životnost zařízení závisí hlavně na výdrži konstrukčního uzlu, zahrnujícího kontaktní žáromateriál 2 vyzdívky žlabu, spojovací prvek 4. a spojovací nástavec 5. Životnost zařízení se potom zvyšuje s kvalitou jejich materiálového složení, a zejména s kvalitou provozně vysoce tepelně namáhaného kontaktního žáromateriálu 2 vyzdívky žlabu. Záleží na odolnosti použitého žáromateriálu 2 vůči jeho korozi, na druhu skloviny 1 a tím i její agresivitě vůči žáromateriálu 2/ dále též na teplotě tavení, způsobu vedení tavby a samozřejmě i proudění skloviny 1 ve žlabu.

Zařízení realizované podle tohoto příkladného provedení a instalované ve žlabu dávkovače sklářské tavící pece mělo bezproblémovou provozní životnost dva roky, předpokládá se však životnost až 4 roky.

Průmyslová využitelnost

Řešení je určeno pro sklářský průmysl pro ohřev běžných typů sklovin a pro běžné typy sklářských tavících agregátů či žlabů dávkovače, osazených elektrickým otopem. Nejvýhodnější využití je při teplotách skloviny 1 kolem 1300 až 1400 °C.

Claims (1)

1. NÁROKY

   OCHRANU

   1. Zařízení pro přímý odporový ohřev skloviny, například ve sklářské peci, anebo žlabu dávkovače skloviny, zahrnující topnou molybdenovou elektrodu, částečně vysunutou z vyzdívky kontaktního žáromateriálu do skloviny a napojenou na nosný koncový díl, vysunutý na opačném konci vně vyzdívky žáromateriálu, vyznačující se tím, že nosný koncový díl (9) je spojen se spojovacím nástavcem (5) z žárupevné slitiny, uloženým jednak v dutině (6) vyzdívky a jednak v žáromateriálu (3) vyzdívky, přivráceném sklovině (1), v němž je uspořádáno uchycení spojovacího nástavce (5) k topné molybdenové elektrodě (2) prostřednictvím spojovacího prvku (4) z žárupevné slitiny, spojovací prvek (4) je umístěn jednou svou částí uvnitř tělesa molybdenové elektrody (2) a druhou svou částí uvnitř tělesa spojovacího nástavce (5).

   Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že spojovací nástavec (5) je zhotoven z žárupevné feritické slitiny s tepelnou výdržností do 1250 °C a tepelnou vodivostí při 20 ’C v rozmezí 8 až 18

   Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že spojovací prvek (4) je zhotoven z žárupevné feritické slix > — 9 tmy s pevnosti v tahu pri 1350 °C vyssi nez 100 N.mm .

   Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutina (6) je vymezena kontaktním žáromateriálem (3) a tepelnou izolací (7) vyzdívky.