DD232253A1

DD232253A1 - OVEN FOR MELTING SILICATIC FABRICS, IN PARTICULAR GLASS

Info

Publication number: DD232253A1
Application number: DD26517984A
Authority: DD
Inventors: Helmut Gneist; Hans-Joachim Illig; Juergen Unbekannt
Original assignee: Waermetech Inst Glasind Veb
Priority date: 1984-07-12
Filing date: 1984-07-12
Publication date: 1986-01-22

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. FigurThe invention relates to a furnace for melting silicate substances, in particular of glass, with a preferably cylindrical furnace chamber consisting of electrically insulating refractory material, which is surrounded concentrically by an induction coil and having an outlet arranged in the bottom of the furnace. The aim of the invention is to continuously melt silicate materials, in particular special glasses, by means of direct inductive heating in a high consistent quality. The task of creating an oven whose geometry and construction principle give rise to the required flows in the melt is solved by the inner diameter of the furnace chamber being 3.2 to 3.8 times the penetration depth of the electromagnetic field into the melt, 10% up to 25% of the surface of the molten bath is centrally provided with a heat-insulated cover and the remaining surface of the molten bath is covered with inflow material. The invention is applicable in the glass industry for inductive melting. figure

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a furnace for melting silicate substances, in particular of glass, with a preferably cylindrical furnace chamber consisting of electrically insulating refractory material, which is concentrically surrounded by an induction coil which effects a direct inductive heating and with an outlet arranged in the bottom of the furnace.

Characteristic of the known technical solutions

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.The production of glass and enamel or similar silicate substances is advantageously carried out with electric energy, if the melt has a sufficient electrical conductivity. Are to comply with certain quality requirements or the occurrence of highly corrosive electrochemical processes, the use of metal electrodes, eg. As molybdenum, excluded for the direct electrical resistance heating or metallic crucible for the indirect induction heating or the use of such crucibles for cost reasons out of the question, the direct inductive heating is applied.

Die Elektroenergie wird durch direkte elektromagnetische Induktion in das Glasbad übertragen und in Form Joulescher Wärme freigesetzt.The electric energy is transferred by direct electromagnetic induction into the glass bath and released in the form of Joule heat.

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.Thus, DE-AS 2033074 discloses a method and a device for melting fission products into a glass mass. The device used is a crucible of electrically insulating ceramic material which is surrounded by an inductor with a plurality of windings or a plurality of flat coils. The cleavage products and the auxiliaries are entered separately from above by a metal hood closing the furnace chamber. By an inductively heated Ausflußdüse the crucible is discontinuous, at least partially emptied. In the refractory material inside and / or outside embedded tubes cool the wall of the crucible.

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.The invention solves the problem of melting a glass of certain composition of annealed fission products and granular primary glass for disposal of the waste. Here, the prerequisites for a continuous, quality-compliant glass melt from the raw materials are lacking because, due to the glass bath surface completely covered with mixture and the adjusting flow conditions in the central regions, unmelted mixture can reach the extraction stream directly via the downflows present here.

Außerdem ist die Ofengeometrie im Zusammenhang mit der elektrischen Leitfähigkeit der Schmelze und der Generatorfrequenz für diesen Anwendungsfall nicht eindeutig determiniert.In addition, the furnace geometry in connection with the electrical conductivity of the melt and the generator frequency for this application is not clearly determined.

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.In the apparatus for melting glass and enamel known from EP 0079266, the furnace wall is formed by the melt solidified between and in the vicinity of the cooled induction coil. This can be dispensed with a refractory delivery.

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.The removal of the melt takes place by means of a bottom-mounted inductively heated outlet. Close above the melt is a movable lid, z. B. made of graphite, which is heated by the magnetic field of the induction coil and the uppermost layer of the melt additionally heated.

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.The disadvantages of this device are the high heat losses, because the cooling zone passes directly into the area of highest energy conversion due to the skin effect, as well as the latent risk of glass defects arising in the "glass in glass melt." Lifting the lid for charging the device with insert material brings disturbances of the melting process with it.

Object of the invention

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.The aim of the invention is to continuously siikatische substances, especially those glasses whose chemical composition prohibits a direct contact with metal electrodes to melt by means of direct inductive heating in high, consistent quality.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has as its object to provide a furnace for the continuous melting of silicatic substances, in particular of glass, by means of direct inductive heating, the geometry and design principle is designed so that down near the wall and in the furnace axis down currents and in the intervening areas Adjust upward flow in the melt.

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.The object is achieved in that the inner diameter of the furnace chamber is 3.2 to 3.8 times the penetration depth of the electromagnetic field in the melt, 10% to 25% of the melt surface are centrally provided with a heat-insulating cover and the remaining melting temperature Einlegegut is covered. The cover has at least one opening. According to another feature, the height of the melt is 0.6 m to 1.5 m.

- Z - Uü 1 / H - Z - Uü 1 / H

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung bespielsweise erläutert.The invention will be explained with reference to a schematic drawing recordable.

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.By the refractory material 2 of the furnace chamber is formed, which receives the melt 12. It is preferably cylindrical with a vertical axis. As the refractory material 2 is an electrically insulating and against the melt 12 corrosion resistant material application. It is surrounded by an insulating layer 3 to reduce heat loss. A multilayer construction of such materials is possible. The furnace chamber is surrounded concentrically by the induction coil 1. The induction coil 1 may be embedded in the insulating layer 3. It is cooled in a known manner and executed in one or more layers. The power supply of the induction coil 1 is carried out according to the selected frequency with a MF or HF generator. Centric in the bottom 4 of the outlet 5 is arranged. Known means, e.g. for feeding the insert material 7 and for metering the outflowing melt 12 complete the melting furnace.

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.On the melt surface is centrally placed a cover 8 made of an electrically insulating and against the melt 12 corrosion resistant refractory material whose area is about 0.25 times the Schmelzbadoberfläche. The cover 8 is externally provided with a heat insulation 9. The cover 8 floats on the melt & i 2 and is held centrally.

Die Halterung kann eine Höhenfixierung der Abdeckung 8 einschließen.The holder may include a height fixation of the cover 8.

Die Abdeckung 8 und die Wärmeisolation 9 sind mit einer oder mehreren Öffnungen 10 zur Unterstützung der Entgasung der Schmelze 12 versehen.The cover 8 and the thermal insulation 9 are provided with one or more openings 10 to assist the degassing of the melt 12.

Auf die Ringfiäche 6 wird gleichmäßig und nahezu vollständig Einlegegut 7 aufgegeben.On the Ringfiäche 6 evenly and almost completely Einlegegut 7 is abandoned.

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 ausThe start-up of the furnace takes place in a known manner. The melt 12 has at working temperature z. B. a resistivity of 2.5 · 10 ⁴ ohm mm . With a frequency of the supplying RF generator of 25kHz one determines

der Beziehung ^m the relationship ^m

... , . . , ,.„ „ -J spezifischer elektrischer Widerstand E.ndr.ngt.efe*50_f3 ^ ^^ ...,. , ,..., -J specific electrical resistance E.ndr.ngt.efe * 50 _f 3 ^ ^^

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.this to about 0.5 m. The inner diameter of the furnace chamber is approximately 3.5 times the penetration depth and thus 1.75 m. Under these conditions, it is achieved that the electrical energy transmitted by direct induction is essentially released as Joule heat in the hollow cylindrical volume of the furnace chamber located below the insert blanket in the melt 12. This leads not only to an optimal use of the electromagnetic induction field, but in combination with the dissipated via the insulated wall heat losses and the heat insulating effect of the cover 8 in the furnace room center to the currents 11. Through the cover 8 minimal heat losses occur on the melt surface and Heat flow density is lower here than in the area 7 covered with insert material. This causes the immediate transport of the unmelted Einlegegutes 7 is prevented in the deeper layers by the down stream in the center of the furnace and at the same time here limited upward heat losses lead to temperature conditions that cause relatively slow speeds of the downflow in the kiln center.

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.The intensive upward currents and the slower downflows ensure good melting conditions for the vertical process sequence and, in conjunction with the molten bath height of between 0.6 and 1.5 m prescribed according to the quality requirements, the necessary refining and homogenizing conditions for the continuous production process. The cover 8 and its dimensions not only significantly supports the formation of the required flows 11, but also allows the process not disturbing influencing Einlegegutaufgabe on the annular surface. 6

Claims

claims:

1. Furnace for melting silicate substances, in particular of glass, with a consisting of electrically insulating refractory material, preferably cylindrical furnace chamber which is concentrically surrounded by an induction coil which causes a direct inductive heating and arranged in the furnace bottom outlet, characterized in that the inner diameter of the furnace chamber is 3.2 to 3.8 times the penetration depth of the electromagnetic field into the melt (12), 10% to 25% of the melt surface centric with a thermally insulated cover (8) and the remainder of the molten bath surface with Einlegegut (7) is covered and that the cover (8) is provided with at least one opening (10).

2. Oven according to claim 1, characterized in that the Schmelzbadhöhe is 0.6 m to 1.5 m.

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