DD245862A1

DD245862A1 - ELECTRICALLY HEATED MELTING OVEN FOR GLASS OR SIMILAR SILICATIVE MATERIALS

Info

Publication number: DD245862A1
Application number: DD28648486A
Authority: DD
Inventors: Juergen Breternitz; Werner Mautsch; Carl-Ernst Michelsen; Helmut Woehl
Original assignee: Glasindustrie Waermetech Inst
Priority date: 1986-01-27
Filing date: 1986-01-27
Publication date: 1987-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Schmelzofen, z. B. fuer Glas, mit senkrechten, reihenweise angeordneten Elektroden, bei dem die Schmelzbadoberflaeche weitgehend mit Einlegegut bedeckt ist, der eine Schmelzflaeche von groesser 25 m2 aufweist und der eine im/am oder in Naehe des Bodens angeordnete Auslassoeffnung besitzt. Es ist das Ziel, eine hohe spezifische Schmelzleistung des Ofens und die geforderte Schmelzenqualitaet zu gewaehrleisten. Die Aufgabe, einen Ofen zu schaffen, der auch bei weitgehend beliebiger Erweiterung der Schmelzflaeche in sich abgeschlossene Bereiche intensiver Stroemung im Schmelzraum aufweist, wird geloest, indem die Elektroden parallel zu mindestens zwei sich vorzugsweise rechtwinklig kreuzenden Koordinatenachsen in Elektrodenreihen bevorzugt gleichen Abstandes angeordnet sind. Die Elektroden einer Reihe besitzen einen vom Abstand der Kreuzungspunkte abhaengigen Abstand, und sie sind zwischen den Kreuzungspunkten an getrennte, einstellbare Stromversorgungen angeschlossen. Die Erfindung ist bei grossen elektrisch beheizten Glasschmelzoefen anwendbar. Fig. 1The invention relates to an electrically heated melting furnace, for. As for glass, with vertical rows arranged electrodes in which the Schmelzbadoberflaeche is largely covered with Einlegegut having a Schmelzflaeche greater than 25 m2 and which has a arranged in / on or near the bottom outlet opening. The aim is to ensure a high specific melting capacity of the furnace and the required melt quality. The task of creating an oven, which even in largely arbitrary expansion of the Schmelzflaeche in self-contained areas of intense flow in the melting chamber is solved by the electrodes are arranged parallel to at least two preferably perpendicular crossing coordinate axes in electrode rows preferably the same distance. The electrodes of a row have a distance dependent on the distance of the crossing points, and they are connected between the crossing points to separate, adjustable power supplies. The invention is applicable to large electrically heated Glasschmelzoefen. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Schmelzofen für Glas oder ähnliche silikatische Stoffe, mit senkrechten, reihenweise angeordneten Elektroden, bei dem die Schmelzbadoberfläche weitgehend mit Einlegegut bedeckt ist, der eine Schmelzfläche von größer 25 m² aufweist und dereine im oder am Boden bzw. In Bodennähe angeordnete Auslaßöffnung besitzt.The invention relates to an electrically heated melting furnace for glass or similar silicate materials, with vertical rows arranged electrodes, in which the melt surface is largely covered with Einlegegut having a melting area of greater than 25 m ² and one in or at the bottom or near the ground has arranged outlet opening.

Characteristic of the known technical solutions

Zum Erreichen hoher Schmelzleistungen und einer guten Schmelzenqualität ist das Erzeugen definierter Strömungen in elektrisch beheizten Schmelzöfen, bei denen das Abschmelzen des oben in nahezu geschlossener Schicht aufgegebenen Gemenges, das Läutern und das Homogenisieren der Schmelze in senkrecht aufeinanderfolgenden Bereichen des Ofens erfolgt, eine unbedingte Voraussetzung. Um den gesamten Schmelzraum in diese Prozesse einzubeziehen, sind die senkrecht angebrachten Elektroden oder Elektrodengruppen zumeist gleichmäßig im Schmelzraum verteilt, und es wird eine weitgehend gleichmäßige Leistungsdichte eingestellt, wie es aus DD-WP 77049 bekannt ist. Bei Öfen mit großer Schmelzfläche bilden sich bei einer solchen Energieeinspeisung Gebiete, in denen die Schmelzbadströmungen nur schwach ausgebildet sind. So ist aus DE-PS 25 56375 bekannt, für Öfen mit Schmelzleistungen größer 4 bis 10t/d, bei denen die bekannten Elektrodenanordnungen zu große Elektrodenabstände und somit unzureichende Erwärmung des mittleren Bereiches des Ofens bedingen, die Elektroden in Längsreihen anzuordnen.To achieve high melt rates and a good quality of the melt is the creation of defined flows in electrically heated furnaces, in which the melting of the above discontinued in almost closed layer batch, the refining and the homogenization of the melt takes place in perpendicular successive areas of the furnace, an absolute requirement. In order to include the entire melting space in these processes, the vertically mounted electrodes or electrode groups are usually evenly distributed in the melting space, and it is set a substantially uniform power density, as is known from DD-WP 77049. In furnaces with a large melting area, such energy supply forms areas in which the melt bath flows are only weakly formed. Thus, from DE-PS 25 56375 known for furnaces with melt outputs greater than 4 to 10t / d, in which the known electrode arrangements to large electrode spacings and thus insufficient heating of the central region of the furnace require to arrange the electrodes in longitudinal rows.

Jede Längsreihe weist mehrere Elektroden oder Elektrodengruppen auf, die quer zur Strömungsrichtung benachbart an eine gemeinsame Spannungsquelle angeschlossen sind. Die Elektroden oder Elektrodengruppen jeder Längsreihe sind gleichphasig angeschlossen. In Verbindung mit einer auf die durchlaßnahen Elektrodengruppen aufgegebenen höheren Spannung wird eine den gesamten Schmelzraum erfassende Strömung des Glases erzeugt, die vor dem Durchlaß aufsteigt. Eine reihenweise, abstandsgleiche Anordnung einer geraden Anzahl von Elektroden ist auch aus US-PS 3395 237 bekannt. Die Elektroden einer Querreihe sind hierbei paarweise versetzt an je einen unabhängigen Stromkreis angeschlossen, wodurch eine verbesserte Einstellbarkeit des Temperaturfeldes erreicht werden soll.Each longitudinal row has a plurality of electrodes or electrode groups, which are connected transversely to the flow direction adjacent to a common voltage source. The electrodes or electrode groups of each longitudinal row are connected in phase. In conjunction with a higher voltage applied to the passage-near electrode groups, a flow of the glass which detects the entire melting space and which rises before the passage is produced. A row-wise, equidistant arrangement of an even number of electrodes is also known from US-PS 3395 237. The electrodes of a transverse row are in this case connected in pairs offset to an independent circuit, whereby an improved adjustability of the temperature field is to be achieved.

Es ist weiter aus US-PS 2683093 bekannt, die Elektroden in Längsreihen anzuordnen, wobei die Elektroden einer Reihe parallel zusammengeschlossen sind und sich gegenüberstehende Elektrodenreihen an eine Spannungsquelle angeschlossen werden. Hierdurch entstehen mehrere Heizzonen innerhalb des Ofens, die sich über die gesamte Länge des Schmelzraumes erstrecken. Schließlich ist es auch durch DE-PS 2 538970 bekannt, die Erwärmung des Glases durch Joulesche Wärme in zwei nebeneinanderliegenden Bereichen des Schmelzraumes vorzunehmen, wobei in den Ecken quadratischer Bereiche Elektroden oder Elektrodengruppen angeordnet sind. Der dazwischenliegende Bereich wird durch Wärmeleitung oder Konvektion erwärmt.It is further known from US-PS 2683093 to arrange the electrodes in longitudinal rows, wherein the electrodes of a row are connected together in parallel and opposing electrode rows are connected to a voltage source. This results in several heating zones within the furnace, which extend over the entire length of the melting chamber. Finally, it is also known from DE-PS 2 538970 to carry out the heating of the glass by Joule heat in two juxtaposed areas of the melting space, wherein electrodes or electrode groups are arranged in the corners of square areas. The intervening area is heated by conduction or convection.

Alle diese Lösungen haben den Nachteil, daß bei großen Schmelzöfen, etwa ab Schmelzflächen größer 25m², die für die Homogenisierung der Schmelze erforderlichen Gradienten der Strömungsgeschwindigkeit zu gering sind, weil die Strömungen entweder in kleinen Volumenbereichen des Schmelzraumes gleichmäßig umlaufen oder zusammenhängende, sehr große Volurrienbereiche des Schmelzraumes erfassende Strömungswalzen.bilden. Bei den letztgenannten Öfen werden darüber hinaus einige Bereiche des Schmelzraumes nur ungenügend in die Strömung einbezogen, und somit wird das wirksame Ofenvolumen nicht ausgenutzt.All of these solutions have the disadvantage that, for large melting furnaces, for example from melt areas greater than 25m ² , the gradients of the flow rate required for the homogenization of the melt are too low, because the flows circulate uniformly even in small volume areas of the melt space or contiguous, very large Volurrienbereiche form the melt space detecting flow rolls. Moreover, in the latter furnaces, some areas of the melting space are insufficiently included in the flow, and thus the effective furnace volume is not utilized.

Die entsprechend der Schmelzfläche erreichbare Schmelzleistung des Ofens kann nicht erreicht werden bzw. die Qualität der Schmelze wird beeinträchtigt.The achievable according to the melt surface melting performance of the furnace can not be achieved or the quality of the melt is impaired.

Object of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, bei einem großen elektrisch beheizten Schmelzofen für Glas oder ähnliche silikatische Stoffe eine hohe spezifische Schmelzleistung des Ofens und die geforderte Schmelzenqualität zu gewährleisten.It is the object of the invention to ensure a high specific melting capacity of the furnace and the required melt quality in a large electrically heated melting furnace for glass or similar silicate materials.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrisch beheizten Schmelzofen für Glas oder ähnliche silikatische Stoffe mit senkrechten, reihenweise angeordneten Elektroden zu schaffen, bei dem die Schmelzbadoberfläche mit Einlegegut bedekt ist und der — auch bei weitgehend beliebiger Erweiterung der Schmelzfläche — durch eine zweckmäßige Anordnung der Elektroden in sich abgeschlossene Bereiche intensiver Strömung im Schmelzraum aufweist.The object of the invention is to provide an electrically heated melting furnace for glass or similar silicate materials with vertical rows arranged electrodes in which the melt surface is bedekt with insert material and the - even with largely arbitrary extension of the melt surface - by a convenient arrangement of Having electrodes in self-contained areas of intense flow in the melting chamber.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Elektroden parallel zu mindestens zwei sich vorzugsweise rechtwinklig kreuzenden Koordinatenachsen in Elektrodenreihen angeordnet sind, die bevorzugt den gleichen Abstand voneinander besitzen. Der Abstand benachbarter Elektroden oder Elektrodengruppen zwischen den Kreuzungspunkten der Elektrodenreihen bzw. zwischen den Kreuzungspunkten und den Wänden ist nicht größer als 35% des Abstandes zwischen zugeordneten Kreuzungspunkten oder Kreuzungspunkten und Wänden, die diesen.Teil der Elektrodenreihe begrenzen. Weiterhin sind die Elektroden oder Elektrodengruppen jeder Elektrodenreihe zwischen jedem der Kreuzungspunkte bzw. zwischen den Kreuzungspunkten und den Wänden an galvanisch getrennte Stromkreise mit einstellbarer Spannung angeschlossen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Elektroden bzw. die Elektroden der Elektrodengruppen der Elektrodenreihen seitlich versetzt zueinander angeordnet, und der seitliche Abstand der versetzten Elektroden quer zur Elektrodenreihe beträgt höchstens 30% des Abstandes benachbarter Elektroden in Längsrichtung der Elektrodenreihe.The object is achieved in that the electrodes are arranged parallel to at least two preferably perpendicular crossing coordinate axes in rows of electrodes, which preferably have the same distance from each other. The spacing of adjacent electrodes or groups of electrodes between the crossing points of the electrode rows or between the crossing points and the walls is not greater than 35% of the distance between associated crossing points or crossing points and walls defining this part of the electrode row. Furthermore, the electrodes or electrode groups of each electrode row between each of the crossing points or between the intersection points and the walls of electrically isolated circuits with adjustable voltage are connected. According to a further feature of the invention, the electrodes or the electrodes of the electrode groups of the electrode rows are laterally offset from one another, and the lateral spacing of the offset electrodes transverse to the electrode row is at most 30% of the distance of adjacent electrodes in the longitudinal direction of the electrode row.

embodiment

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines in einer waagerechten Ebene im Schnitt dargestellten Teiles von Glasschmelzofen beispielsweise erläutertThe invention will be explained with reference to schematic drawings of a section of glass melting furnace shown in section in a horizontal plane in section, for example

Es zeigen: Show it:

Fig. 1: einen Ofen mit EinzelelektrodenFig. 1: a furnace with individual electrodes

Fig. 2: einen Ofen mit versetzt angeordneten Elektroden und Elektrodengruppen.2 shows a furnace with staggered electrodes and electrode groups.

In dem durch die Seitenwände 1, die Durchlaßwand 2 und die Rückwand begrenzten Schmelzraum sind durch den Boden stabförmige Elektroden 4 reihenweise in das Glasbad eingeführt. Die Elektroden reihen 5 verlaufen — symmetrisch zur im Boden versenkten Auslaßöffnung 3— parallel zu den Seitenwänden 1. Die Elektrodenreihen 5' sind in der rechtwinklig dazu stehenden Richtung der Koordinatenachse, also parallel zur Durchlaßwand 2 angeordnet, woraus sich Kreuzungspunkte der Elektrodenreihen 5, 5' ergeben. Rechtwinklig sich kreuzende Elektrodenreihen 5; 5' stellen eine vorzugsweise Anordnung dar, die vorteilhaft bei quadratischen oder rechteckigen Öfen angewandt wird.In the melting space defined by the side walls 1, the passage wall 2 and the rear wall, rod-shaped electrodes 4 are inserted in rows in the glass bath through the bottom. The rows of electrodes 5 extend symmetrically to the outlet opening 3, which is sunk in the bottom, parallel to the side walls 1. The electrode rows 5 'are arranged in the direction perpendicular to the coordinate axis, ie parallel to the passage wall 2, resulting in crossing points of the electrode rows 5, 5'. result. Right angle intersecting electrode rows 5; Figures 5 'represent a preferred arrangement which is advantageously applied to square or rectangular ovens.

Die Elektrodenreihen 5; 5' weisen in einer Koordinaten-Achsrichtung bevorzugt den gleichen Abstand voneinander auf; vorteilhaft beträgt der Abstand der Elektrodenreihen 5; 5' zu den Wänden die Hälfte des Abstandes der Elektrodenreihen 5; 5' untereinander.The electrode rows 5; 5 'are preferably at the same distance from each other in a coordinate axis direction; Advantageously, the distance between the electrode rows 5; 5 'to the walls half the distance of the electrode rows 5; 5 'with each other.

Aus Gründen hoher Strombelastung der Elektroden 4 werden Elektrodengruppen 6 gebildet, z.B. werden Doppelelektroden eingesetzt. In einem solchen Fall oder auch aus konstruktiven Gründen werden die Elektroden 4 bzw. die Elektroden 4 der Elektrodengruppen 6 seitlich versetzt angeordnet, ohne die Ordnung der Elektrodenreihen 5; 5' aufzugeben.For reasons of high current loading of the electrodes 4, electrode groups 6 are formed, e.g. double electrodes are used. In such a case or for constructive reasons, the electrodes 4 and the electrodes 4 of the electrode groups 6 are arranged laterally offset without the order of the electrode rows 5; 5 'give up.

Eine derartige Anordnung der Elektroden 4 ist infig.2 dargestellt.Such an arrangement of the electrodes 4 is shown infig.2.

Die Elektroden 4 oder Elektrodengruppen 6 der Elektrodenreihen 5; 5' zwischen jedem der Kreuzungspunkte bzw. zwischen den Kreuzungspunkten und den Wänden des Ofens sind an voneinander galvanisch getrennte Stromkreise mit einstellbarer Spannung, beispielsweise Einphasentransformatoren, angeschlossen, so daß elektrischer Strom zwischen den Elektroden 4 eines solchen Abschnittes der Elektrodenreihen 5; 5' fließt.The electrodes 4 or electrode groups 6 of the electrode rows 5; 5 'between each of the crossing points or between the intersection points and the walls of the furnace are connected to each other from electrically isolated circuits with adjustable voltage, such as single-phase transformers, so that electric current between the electrodes 4 of such a portion of the electrode rows 5; 5 'flows.

Die mittels der Elektroden 4 in das Glasbad eingebrachte Elektroenergie wird vorwiegend im Bereich der Elektroden 4 durch den Jouleeffekt in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch sich eine an den Elektroden 4 aufsteigende Konvektionsströmung ausbildet. Durch die Elektrodenreihen 5; 5' bzw. durch diese und die Wände des Ofens werden Strömungsräume begrenzt. In jedem der Strömungsräume herrschen intensive Konvektionsströmungen, die eine gute Homogenisierung (Mikrohomogenität) der Glasschmelze bewirken. In allen Strömungsräumen herrscht nahezu gleiche Strömungsintensität. Damit die Elektrodenreihen 5; 5' als thermische Sperre für die Glasschmelze benachbarter Strömungsräume und als ausreichend starker Antrieb für die Konvektionsströmungen wirken, da rf der Abstand benachbarter Elektroden 4 oder Elektrodengruppen 6 innerhalb jeder Elektrodenreihe 5; 5' nicht größer als 35% des größtes Abstandes zwischen zugeordneten Kreuzungspunkten oder Kreuzungspunkten und Wänden sein. Jede Seite der Begrenzung eines Strömungsraum es weist somit — außer an den Wänden — mindestens zwei Elektroden 4 auf. Aus dem gleichen Grunde ist der seitliche Abstand versetzter Elektroden 4 quer zur Elektrodenreihe 5; 5' begrenzt und beträgt höchstens 30% des Abstandes benachbarter Elektroden 4 in Längsrichtung der Elektrodenreihen 5; 5'. Die einzelnen Strömungsräume stehen miteinander im Stoffaustausch; Glasschmelze wird über die Elektrodenreihen 5; 5' und über die Kreuzungspunkte hinweg transportiert.The electric energy introduced into the glass bath by means of the electrodes 4 is converted predominantly in the region of the electrodes 4 by the Joule effect into heat energy, whereby a convection flow ascending at the electrodes 4 is formed. Through the electrode rows 5; 5 'or through these and the walls of the furnace flow spaces are limited. In each of the flow spaces there are intensive convection currents, which cause a good homogenization (micro-homogeneity) of the glass melt. In all flow spaces, there is almost the same flow intensity. So that the electrode rows 5; 5 'act as a thermal barrier for the molten glass of adjacent flow spaces and as a sufficiently strong drive for the convection currents, as rf the distance between adjacent electrodes 4 or electrode groups 6 within each electrode row 5; 5 'can not be greater than 35% of the largest distance between associated intersections or intersection points and walls. Each side of the boundary of a flow space thus has - except on the walls - at least two electrodes 4. For the same reason, the lateral spacing of offset electrodes 4 is transverse to the electrode row 5; 5 'and is at most 30% of the distance between adjacent electrodes 4 in the longitudinal direction of the electrode rows 5; 5 '. The individual flow spaces are in the mass transfer with each other; Glass melt is over the electrode rows 5; 5 'and transported across the crossing points.

Der Stoffaustausch zwischen den Strömungsräumen schafft eine gute Homogenität der Glasschmelze im gesamten Schmelzraum (Makrohomogenität). Die konstruktiven und elektrischen Parameter werden so gewählt, daß die von jedem Strömungsraum beim Stoffaustausch abgegebene Glasschmelzenmenge das 2 bis 5fache des Schmelzofendurchsatzes in gleichen Zeiteinheiten beträgt.The mass transfer between the flow spaces creates a good homogeneity of the molten glass throughout the melting chamber (macro homogeneity). The design and electrical parameters are chosen so that the amount of glass melt delivered from each flow space during mass transfer is 2 to 5 times the melt throughput in equal time units.

Erfindungsgemäße elektrisch beheizte Schmelzofen können somit über 25m² Schmelzfläche hinaus weitgehend beliebig erweitert werden, wobei eine hohe spezifische Schmelzleistung des Ofens und eine gute Schmelzenqualität gesichert bleiben.Thus, according to the invention, electrically heated melting furnaces can be extensively expanded beyond 25 m ^{2 of} melt area, whereby a high specific melting capacity of the furnace and a good quality of the melt remain assured.

Claims

claims:

1. Electrically heated melting furnace for glass or similar silicate materials with vertical rows arranged electrodes, in which the molten bath surface is largely covered with Einlegegut having a melting area greater than 25 m ² and arranged at least one in or on the ground or near the ground Has outlet opening, characterized in that the electrodes 4 parallel to at least two, preferably crossing at right angles coordinate axes, in electrode rows 5; 5 ', which are preferably the same distance from each other, are arranged so that the distance between adjacent electrodes 4 or electrode groups 6 between the crossing points of the electrodes line 5; 5 'and between the crossing points and the walls is not greater than 35% of the distance between associated crossing points and walls, and that the electrodes 4 or electrode groups 6 of each electrode row 5; 5 'are connected between each of the crossing points or between the crossing points and the walls to electrically isolated circuits with adjustable voltage.

2. Melting furnace according to claim 1, characterized in that the electrodes 4 and the electrodes 4 of the electrode groups 6 of the electrode rows 5; 5 'are arranged laterally offset from one another and the lateral spacing of the offset electrodes 4 transversely to the electrode rows 5; 5 'at most 30% of the distance between adjacent electrodes 4 in the longitudinal direction of the electrode rows 5; 5 'is.