DD232253A1 - Ofen zum schmelzen silikatischer stoffe, insbesondere von glas - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Schmelzen silikatischer Stoffe, insbesondere von Glas, mit einem aus elektrisch isolierendem Feuerfestmaterial bestehenden, vorzugsweise zylindrischen Ofenraum, der konzentrisch von einer Induktionsspule umgeben ist und mit einem im Ofenboden angeordneten Auslauf. Das Ziel der Erfindung ist es, silikatische Stoffe, insbesondere spezielle Glaeser, mittels direkter induktiver Beheizung in hoher gleichbleibender Qualitaet kontinuierlich zu erschmelzen. Die Aufgabe, einen Ofen zu schaffen, dessen Geometrie und Konstruktionsprinzip die erforderlichen Stroemungen in der Schmelze entstehen laesst, wird geloest, indem der Innendurchmesser des Ofenraumes das 3,2- bis 3,8fache der Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in die Schmelze betraegt, 10% bis 25% der Schmelzbadoberflaeche zentrisch mit einer waermeisolierten Abdeckung versehen und die restliche Schmelzbadoberflaeche mit Einlegegut bedeckt ist. Die Erfindung ist in der Glasindustrie zum induktiven Schmelzen anwendbar. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Schmelzen silikatischer Stoffe, insbesondere von Glas, mit einem aus elektrisch isolierendem Feuerfestmaterial bestehenden, vorzugsweise zylindrischen Ofenraum, der konzentrisch von einer Induktionsspule umgeben ist, die eine direkte induktive Beheizung bewirkt und mit einem im Ofenboden angeordneten Auslauf.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Herstellung von Glas und Email oder ähnlicher silikatischer Stoffe wird vorteilhaft mit Elektroenergie vorgenommen, wenn die Schmelze eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit besitzt. Werden zur Einhaltung bestimmter Qualitätsforderungen oder beim Auftreten hochkorrosiver elektrochemischer Prozesse die Anwendung von Metallelektroden, z. B. aus Molybdän, für die direkte elektrische Widerstandsbeheizung oder metallische Tiegel für die indirekte Induktionserwärmung ausgeschlossen oder kommt die Anwendung derartiger Tiegel aus Kostengründen nicht in Frage, so wird die direkte induktive Beheizung angewandt.

Die Elektroenergie wird durch direkte elektromagnetische Induktion in das Glasbad übertragen und in Form Joulescher Wärme freigesetzt.

So ist aus DE-AS 2033074 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Spaltprodukten in eine Glasmasse bekannt. Als Vorrichtung kommt ein Tiegel aus elektrisch isolierendem Keramikmaterial zur Anwendung, der von einem Induktor mit mehreren Windungen oder mehreren Flachspulen umgeben ist. Die Spaltprodukte und die Hilfsstoffe werden getrennt durch eine den Ofenraum verschließende Metallhaube von oben eingegeben. Durch eine induktiv beheizte Ausflußdüse wird der Tiegel diskontinuierlich, zumindest teilweise, entleert. In das Feuerfestmaterial innen und/oder außen eingelassene Rohre kühlen die Wand des Tiegels.

Die Erfindung löst die Aufgabe, ein Glas bestimmter Zusammensetzung aus geglühten Spaltprodukten und gekörntem Primärglas zur Endlagerung der Abfälle zu schmelzen. Für eine kontinuierliche, qualitätsgerechte Glasschmelze aus den Rohstoffen fehlen hier die Voraussetzungen, da auf Grund der vollständig mit Gemenge bedeckten Glasbadoberfläche und der sich einstellenden Strömungsverhältnissein den mittleren Bereichen ungeschmolzenes Gemenge über die hier vorhandenen Abwärtsströmungen unmittelbar in den Entnahmestrom gelangen können.

Außerdem ist die Ofengeometrie im Zusammenhang mit der elektrischen Leitfähigkeit der Schmelze und der Generatorfrequenz für diesen Anwendungsfall nicht eindeutig determiniert.

Bei der aus EP 0079266 bekannten Vorrichtung zum Schmelzen von Glas und Email wird die Ofenwand durch die zwischen und in der Nähe der gekühlten Induktionsspule erstarrten Schmelze gebildet. Dadurch kann auf eine feuerfeste Zustellung verzichtet werden.

Die Entnahme der Schmelze erfolgt durch einen am Boden angeordneten induktiv beheizten Auslaß. Dicht über der Schmelze ist ein beweglicher Deckel, z. B. aus Graphit vorgesehen, der durch das Magnetfeld der Induktionsspule erwärmt wird und die oberste Schicht der Schmelze zusätzlich beheizt.

Die Nachteile dieser Vorrichtung sind die hohen Wärmeverluste, da die Kühlzone auf Grund des Skineffektes unmittelbar in das Gebiet des höchsten Energieumsatzes übergeht, sowie die bei der „Glas in Glas-Schmelze" gegebene latente Gefahr der Entstehung von Glasfehlern. Das Abheben des Deckels zur Beschickung der Vorrichtung mit Einlegegut bringt Störungen des Schmelzvorganges mit sich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, siiikatische Stoffe, insbesondere auch solche Gläser, deren chemische Zusammensetzung einen direkten Kontakt mit Metallelektroden verbietet, mittels direkter induktiver Beheizung in hoher, gleichbleibender Qualität kontinuierlich zu erschmelzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Ofen zum kontinuierlichen Schmelzen silikatischer Stoffe, insbesondere von Glas, mittels direkter induktiver Beheizung zu schaffen, dessen Geometrie und Konstruktionsprinzip so gestaltet ist, daß sich in Wandnähe und im Bereich der Ofenachse Abwärtsströmungen und in den dazwischen liegenden Bereichen Aufwärtsströmungen in der Schmelze einstellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innendurchmesser des Ofenraumes das 3,2- bis 3,8fache der Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in die Schmelze beträgt, 10% bis 25% der Schmelzbadoberfläche zentrisch mit einer wärmeisolierenden Abdeckung versehen sind und die restliche Schmelztemperatur mit Einlegegut bedeckt ist. Die Abdeckung weist mindestens eine Öffnung auf. Nach einem weiteren Merkmal beträgt die Höhe der Schmelze 0,6 m bis 1,5 m.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung bespielsweise erläutert.

Durch das Feuerfestmaterial 2 wird der Ofenraum gebildet, der die Schmelze 12 aufnimmt. Er ist vorzugsweise zylindrisch mit senkrechter Achse ausgebildet. Als Feuerfestmaterial 2 findet ein elektrisch isolierender und gegenüber der Schmelze 12 korrosionsbeständiger Werkstoff Anwendung. Es ist von einer Isolierschicht 3 zur Senkung der Wärmeverluste umgeben. Auch ein mehrschichtiger Aufbau aus derartigen Werkstoffen ist möglich. Der Ofenraum ist konzentrisch von der Induktionsspule 1 umgeben. Die Induktionsspule 1 kann in die Isolierschicht 3 eingebettet sein. Sie ist in bekannter Weise gekühlt und ein- oder mehrlagig ausgeführt. Die Stromversorgung der Induktionsspule 1 erfolgt entsprechend der gewählten Frequenz mit einem MF- oder HF-Generator. Zentrisch im Boden 4 ist der Auslauf 5 angeordnet. Bekannte Mittel, z.B. zur Zuführung des Einlegegutes 7 und zur Dosierung der ablaufenden Schmelze 12 vervollständigen den Schmelzofen.

Auf die Schmelzbadoberfläche ist zentrisch eine Abdeckung 8 aus einem elektrisch isolierenden und gegenüber der Schmelze 12 korrosionsbeständigen Feuerfestmaterial aufgesetzt, deren Fläche das ca. 0,25fache der Schmelzbadoberfläche beträgt. Die Abdeckung 8 ist außen mit einer Wärmeisolation 9 versehen. Die Abdeckung 8 schwimmt auf der Schmelz&i 2 und wird zentrisch gehaltert.

Die Halterung kann eine Höhenfixierung der Abdeckung 8 einschließen.

Die Abdeckung 8 und die Wärmeisolation 9 sind mit einer oder mehreren Öffnungen 10 zur Unterstützung der Entgasung der Schmelze 12 versehen.

Auf die Ringfiäche 6 wird gleichmäßig und nahezu vollständig Einlegegut 7 aufgegeben.

Das Anfahren des Ofens erfolgt auf bekannte Weise. Die Schmelze 12 besitzt bei Arbeitstemperatur z. B. einen spezifischen elektrischen Widerstand von 2,5 · 10⁴ Ohm mm . Bei einer Frequenz des speisenden HF-Generators von 25kHz ermittelt man aus

der Beziehung ^m

... , . . , ,.„ „ -J spezifischer elektrischer Widerstand E.ndr.ngt.efe*50_f3 ^ ^^

diese zu ca. 0,5 m. Der Innendurchmesser des Ofenraums beträgt das ca. 3,5fache der Eindringtiefe und somit 1,75 m. Unter diesen Voraussetzungen wird erreicht, daß die durch direkte Induktion übertragene Elektroenergie im wesentlichen in dem unter der Einlegegutdecke befindlichen hohlzylindrischen Volumen des Ofenraums in der Schmelze 12 als Joulesche Wärme freigesetzt wird. Das führt nicht nur zu einer optimalen Nutzung des elektromagnetischen Induktionsfeldes, sondern in Kombination mit der über die isolierte Wand abgeführten Wärmeverluste und der wärmeisolierenden Wirkung der Abdeckung 8 im Ofenraumzentrum zu den Strömungen 11. Durch die Abdeckung 8 treten minimale Wärmeverluste an der Schmelzbadoberfläche auf und die Wärmestromdichte ist hier niedriger als in dem mit Einlegegut 7 bedeckten Bereich. Dadurch wird bewirkt, daß der unmittelbare Transport des ungeschmolzenen Einlegegutes 7 in die tieferen Schichten durch die im Zentrum des Ofens ausschließlich vorhandene Abwärtsströmung verhindert wird und gleichzeitig die hier nach oben begrenzten Wärmeverluste zu Temperaturverhältnissen führen, die relativ langsame Geschwindigkeiten der Abwärtsströmungen im Ofenzentrum bedingen.

Die intensiven Aufwärtsströmungen und die langsameren Abwärtsströmungen gewährleisten für den vertikalen Prozeßablauf gute Abschmelzbedingungen und im Zusammenwirken mit der entsprechend den Qualitätsanforderungen vorzugebenden Schmelzbadhöhe zwischen 0,6m bis 1,5 m die erforderlichen Läuterungs- und Homogenisierungsbedingungen für den kontinuierlichen Herstellungsprozeß. Die Abdeckung 8 und ihre Dimensionierung unterstützt nicht nur wesentlich die Herausbildung der erforderlichen Strömungen 11, sondern gestattet auch eine den Prozeß nicht störend beeinflussende Einlegegutaufgabe auf die Ringfläche 6.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1. Ofen zum Schmelzen silikatischer Stoffe, insbesondere von Glas, mit einem aus elektrisch isolierendem Feuerfestmaterial bestehenden, vorzugsweise zylindrischen Ofenraum, der konzentrisch von einer Induktionsspule umgeben ist, die eine direkte induktive Beheizung bewirkt und mit einem im Ofenboden angeordneten Auslauf, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Ofenraums das 3,2- bis 3,8fache der Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in die Schmelze (12) beträgt, 10% bis 25% der Schmelzbadoberfläche zentrisch mit einer wärmeisolierten Abdeckung (8) und die restliche Schmelzbadoberfläche mit Einlegegut (7) bedeckt ist und daß die Abdeckung (8) mit mindestens einer Öffnung (10) versehen ist.
2. 2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzbadhöhe 0,6m bis 1,5 m beträgt.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung