DE2556375A1

DE2556375A1 - Elektrischer ofen zum glasschmelzen

Info

Publication number: DE2556375A1
Application number: DE19752556375
Authority: DE
Inventors: Jiri Auerbeck; Ivan Ladr; Vaclav Suesser; Josef Vach
Original assignee: Statni Vyzkumny Ustav Sklarsky
Current assignee: Statni Vyzkumny Ustav Sklarsky
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-12-15
Publication date: 1976-06-24
Also published as: IT1051082B; CH618950A5; FR2294988B1; FI753479A; ES443677A1; IE42762L; AT358215B; GB1506060A; NL7514854A; NO754321L; SE414762B; NO139765C; YU320775A; BE836678A; IE42762B1; DE2556375C2; US4025713A; FI59083C; CA1047084A; CS179579B1

Description

DiPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNlUS 3 Hannover

WOLFSTRASSE 24 ■ TELEFON (05 ti) 83 45 30

8.Dez.1975

Dr.J/R

Mein Zeichen: 2303

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Elektrischer Ofen zum Glasschmelzen

Erfindungsgegenstand ist ein elektrischer Ofen zum Glasschmelzen, der aus einem viereckigen Schmelzraum besteht, der mittels wenigstens einer Durchflußöffnung mit wenigstens einem Arbeitsraum verbunden ist, wobei der Schmelzraum mehr als zwei Längsreihen vertikaler Elektroden besitzt, die im Boden eingebaut sind und an eine Quelle eines Mehrphasenstromes angeschlossen sind.

Durch die tschechoslowakische Patentschrift No. 118.306 sind Paare vertikaler, durch Dreiphasenstrom gespeister Elektroden in Quergruppen in Glasschmelzofen angeordnet bekannt geworden. Der dem Kanal nächsten Gruppe wird eine höhere Energie zugeführt als den Elektroden der mittleren Gruppe. Zwischen den Elektroden einzelner Paare liegt eine Phasenverschiebung der Spannung vor, so daß der Heizstrom nicht nur zwischen Elektroden eines Paares, das heißt in

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Querrichtung des Ofens, sondern auch zwischen Elektroden der benachbarten und weiterer Paare, das heißt in Längsrichtung des Ofens und in verschiedenen Querrichtungen strömt. Bei Anwendung dieser Anordnung an Öfen mit Schmelzleistungen oberhalb 4 bis 10 t/24h ist gemäß der Art der Glasschmelze die Entfernung zwischen den Elektroden des Paares so groß, daß der mittlere Teil des Ofens weniger erhitzt wird als im Bereich um die Elektroden nahe den Ofenwänden.

In der USA-Patentschrift No. 3»595*237 ist ein elektrischer Ofen mit einer geraden Zahl vertikaler Stabelektroden beschrieben. Jedes Paar wird hier durch einen unabhängigen elektrischen Speisekreis gespeist. Jeder Kreis besitzt eine Quelle einer im wesentlichen konstanten Spannung. Jedes Elektrodenpaar hat eine selbständige Stromregulation. Diese Elektrodenanordnung und ihre Speisung gewährleistet keinen gut steuerbaren Fluß in den Durchflußöffnungen. Das kann ungünstig auf die Homogenität der Glasmasse einwirken. Ein weiterer Nachteil ist auch die Kompliziertheit der Schaltung unter Anwendung einer großen Zahl von Transformatoreinheiten. Außerdem kommt es bei diesen öfen zu einer hohen Überwärmung des Ofenbodens im Bereich der Elektrodeneintritte.

Diesen Nachteil soll ein Ofen nach der USA-Patentschrift No. 3,44-0.321 beheben. Bei diesem Ofen mündet ein Kanal im Boden des Schmelzteiles in den Durchfluß, dessen Boden niedriger ist als der Boden im Schmelzteil. Die vertikalen Elektroden sind am Ofenumfang angeordnet. Die Anordnung und das Speisen der Elektroden bewirkt ein Strömen

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in Querrichtung und teilweise entlang dem Ofenumfang. Zum Beheben der übermäßigen Erwärmung des Ofenbodens sind die Elektroden in Blöcken aus hitzebeständigem Material angeordnet, das gegen Korrosion widerstandsfähiger ist als das für den Ofenboden verwendete Material. Die Blöcke ragen über das Niveau des Bodens. Diese Elektrodenanordnung ist für Öfen kleinerer Abmessungen geeignet, das Anschlußsystem der Elektroden an die Quelle des elektrischen Stromes erlaubt jedoch nicht ein Einstellen optimaler Bedingungen für das Strömen der Glasmasse. Die Blöcke für die Elektroden müssen aus hoch hitzebeständigem Material hergestellt sein, was die Anschaffungskosten erhöht. Außerdem entsteht ein unebener Boden, wo Stellen mit geringer Bewegung der Glasmasse vorhanden sein können.

Eine ähnliche Lösung beschreiben die USA-Patentschriften No. 3, 634.588 und 3,758.020, wo die Elektroden in drei Blöcken aus hitzebeständigem Material in den Ecken jeder Ofenhälfte angeordnet sind, zwischen welchen ausgebildete, sich kreuzende Kanäle in den Hauptlängskanal geleitet sind, der unterhalb des Bodens in den Durchfluß mündet.

Gemäß der USA-Patentschrift No. 3,634.588 ist neben der Kühlung der Elektrodenhalter noch eine besondere Kühlung der Blöcke vorgesehen, in welchen die Elektroden eingebaut sind, wodurch die Konstruktion, deren Zusammenbau und Betrieb wesentlich kompliziert wird.

In der britischen Patentschrift No. 1,319-060 ist ein

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Ofen beschrieben, bei dem vertikale Stabelektroden in Blöcken, die aus dem Ofenboden hervorragen, in Reihen angeordnet sind, die die beheizten Bereiche zu den Seiten der Kanäle im Ofenboden begrenzen, die an den gemeinsamen Durchfluß angeschlossen sind. Die Kanäle zwischen den Blöcken und Reihen der Elektroden bilden gleichfalls einen sehr unebenen Boden mit den schon erwähnten Nachteilen.

In der tschechoslowakischen Patentschrift No. 125.457 ist ein ähnlicher elektrischer Ofen wie in der Patentschrift No. 118.306 beschrieben, bei dem zwischen dem Schmelzteil und dem Arbeitsteil des Ofens ein breiter Durchfluß vorgesehen ist. Es wurde festgestellt, daß das bloße Dimensionieren der Durchflußbreite vor allem nur die Probleme des VorwärtsstrÖmens und des Behebens von toten Ecken im Schmelzraum löst.

Diese Nachteile werden beim Ofen der vorliegenden Erfindung behoben oder wenigstens wesentlich verringert.

Die Erfindung besteht darin, daß jede Längsreihe der Elektroden iirenigstens aus zwei Gruppen von Nachbarelektroden besteht, die Zahl der Elektrodengruppen in jeder Reihe gleich ist und die Phasenverschiebung der Spannung zwischen den Elektrodengruppen gleich Null ist, die Elektroden jeder Gruppe der Reihe an eine gemeinsame Klemme der Speisequelle angeschlossen sind und daß wenigstens eine Elektrodengruppe jeder nahe des Durchflusses angeordneten und an eine gemeinsame Speisequelle eines Mehr-

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phasenstromes angesclilossenen Reihe an eine höhere Spannung angeschlossen ist als die verbleibende Gruppe oder Gruppen von Elektroden derselben Reihe.

Dabei liegt der äquivalente Durchmesserwert des oder der Duchflußöffnurigen in den Grenzen von 0,2 bis 0,3 des äquivalenten Durchmessers des benetzten Querschnittes des Schmelzraumes senkrecht zur Längsachse des Ofens. Die Anordnung der Elektroden in Längsreihen, die aus Gruppen mit einer Phasenverschiebung der Spannung gleich Null bestehen und bei denen der Anschluß der Elektroden in einer Gruppe an eine gemeinsame Klemme der Speisequelle vorgenommen ist, ermöglicht ein gleichförmiges Erwärmen der Glasmasse zwischen den Elektrodenreinen in Querrichtung des Ofens und ermöglicht dabei durch Anschluß wenigstens einer der Elektrodengruppen jeder Reihe, die sich den Durchflußöffnungen am nächsten befinden, an eine höhere Spannung, einen derartigen V/ärmegradient zu bilden, daß die Glasmasse nicht direkt in die Durchflußöffnungen gelangt, sondern sich in Richtung gegen die dem Durchfluß gegenüberliegende Wand kehrt und erst von hier in die Durchflußöffnungen und weiter in den Arbeitsraum des Ofens fließt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Durchflußöffnungen wird ein Rückstrom der Glasmasse aus dem Arbeitsraum in den Schmelzraum erzielt. Dieser Rückstrom kühlt den Boden des Schmelzraumes derart, daß es weder nötig ist, die "Verkleidung des Bodens gegen Korrosion durch ein besonderes zusätzliches Kühlen in der Gegend der Elektroden zu schützen, noch einen vielgestaltigen Boden durch Bilden von Blöcken aus besonderem hitzebeständigen Material zu schaffen. Durch Schalten der Elektroden und Ausführung des Durchflusses wird im Ofen ein Strömen ge-

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bildet, das die Homogenität der in den Durchfluß zugeführten Glasmasse verbessert.

Das Wesen der Erfindung sowie nähere Einzelheiten und weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Grundriß eines Ofens im Schnitt entlang einer in Fig. 2 mit B-B bezeichneten Ebene,

Fig. 2 einen Längsschnitt dieses Ofens entlang einer in Fig. 1 mit A-A bezeichneten Ebene.

Der hier dargestellte Ofen 1 besteht aus einem.Schmelzraum 2 und einem Arbeitsraum 3» die voneinander durch eine gekühlte Trennwand 4· teilweise getrennt sind, die zwischen diesen beiden Räumen Durchflußöffnungen 5 aufweist. Im Schmelzraum 2 sind vier Längsreihen 6,7»8,9 vertikaler Stabelektroden vorgesehen. Es ist jedoch auch eine Ausführung mit Plattenelektroden möglich· Jede Reihe 6,7,8,9 bilden Elektrodengruppen 61 bis 63, 71 bis 73, 81 bis 83, 91 bis 93. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind Gruppen von je zwei Elektroden vorhanden. Jede Gruppe kann jedoch auch aus mehr Elektroden oder aus einer einzigen Elektrode bestehen. Die Zahl der Elektrodengruppen 61 bis 63, 71 bis 73, 81 bis 83, 91 bis 93 in jeder Reihe ist jeweils dieselbe. Die Elektroden der Gruppen 61, 71» 81, 91 der Reihe 6 bis 9 sind jeweils an eine gemeinsame Klemme 10,11,12,13 der Speisestrom-

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quelle 14 angeschlossen. Die Gruppen 62 bis 92 und 63 bis 93 sind an die Speisestromquellen in ähnlicher Weise wie die Gruppen 61 bis 91 angeschlossen. Zwischen den einzelnen Gruppen 61 bis 63, 71 bis 73, 81 bis 83, 91 bis 93 besteht keine Phasenverschiebung der Spannung. Jedoch sind wenigstens die Gruppen 61 bis 91 an eine höhere Spannung der Speisestromquelle 14 angeschlossen, als die restlichen Gruppen 62 bis 92 und 63 bis 93· Die Durchflußöffnungen sind derart ausgeführt, daß deren äquivalenter Durchmesser d innerhalb der Grenzen 0,2 bis 0,3 des äquivalenten Durchmessers d. des benetzten Querschnittes durch den Schmelzraum 2 senkrecht zur Längsachse des Ofens 1 liegt. Da durch die gleiche Fläche eines Durchflusses bei dessen verschiedener Form nicht die gleiche Menge der Glasschmelze durchfließt, müssen für einen Vergleich äquivalente Durchmesser angewendet werden, die sich auf eine.kreisförmige Form des Durchflusses beziehen.

Der äquivalente Durchmesser d wird aus der Beziehung

4P
d « -τι- bestimmt, wobei P die Fläche des Querschnittes und 0 dessen Umfang ist. So ist zum Beispiel für einen Durchfluß im Querschnitt viereckiger Form mit einer Seite a=0,4 m, der äquivalente Durchmesser d = 0,4 m. Ein Durchfluß mit einer ,gleichen Querschnittfläche, die die Form eines Rechteckes mit den Seiten a = 0,8 m, b = 0,2 m besitzt, hat einen äquivalenten Durchmesser d = 0,32 m. Es wurde festgestellt, daß zum Erzielen eines Rückstromes mit genügendem Kühlvermögen für den Boden des Ofens 1 und mit Homogenisationswirkungen in Zusammenhang mit dem Bilden der geforderten Strömung das Verhältnis der äquivalenten Durchmesser d der Durch-

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flüsse 5 zum äquivalenten Durchmesser d, des benetzten Querschnittes durch den Schmelzraum 2 senkrecht zur Längsachse des Ofens 1 im erwähnten Bereich sein soll. Der benetzte Querschnitt durch den Schmelzraum 2 wird durch den Boden, einen Teil der Seitenwände, der durch die Glasmasse benetzt wird,und das Niveau der Glasmasse im Schmelzraum 2 begrenzt. Im Rahmen der erwähnten Grenzen wird der äquivalente Durchmesser d des Durchflusses mif Rücksicht auf die Viskosität der Glasmasse, die Länge des Durchflusses 5 und die aus dem Ofen 1 entnommene Menge der Glasmasse bestimmt, welche die Größe des Rückstromes beeinflussen.

Der Ofen arbeitet folgendermaßen:

In den elektrischen Ofen 1 wird auf die Oberfläche im Schmelzraum 2 der Glassatz eingetragen, wodurch sich eine Isolationsschicht bildet, welche Wärmeverluste von der Oberfläche der Glasmasse verhütet. Durch Einschalten des elektrischen Stromes gemäß beschriebener Schaltung entsteht in der Glasmasse Joulesche Wärme, welche einen ansteigenden Strom der Glasmasse entlang den Wänden oberhalb der Durchflußöffnungen 5 verursacht und so ein Eindringen einer nicht genügend geschmolzenen und geklärten Glasmasse in die Durchflüsse 5 und weiter in den Arbeitsraum 3 verhütet. Die Ströme der Glasmasse kehren zurück zur Wand gegenüber den Durchflußöffnungen 5 und nehmen erst dann eine Richtung in den unteren Teil des Ofens 1, in die Durchflüsse 5 und weiter in den Arbeitsraum 3 ein. Gleichzeitig wird die Homogenisation der Glasmasse im Schmelzraum 3 erhöht. Die Glasschmelze wird aus dem Arbeitsraum 3-für ein Verarbeiten durch Hand oder Maschinen entnommen.

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Claims

Patentanspruch

Elektrischer Ofen zum Glasschmelzen, bestehend aus einem viereckigen Schmelzraum, der über wenigstens eine Durchflußöffnung mit wenigstens einem Arbeitsraum in Verbindung steht, wobei der Schmelzraum mit mehr als zwei Längsreihen vertikaler Elektroden ausgestattet ist, die im Boden des Ofens eingebaut sind und an eine Quelle eines Mehrphasenstromes angeschlossen sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß jede Längsreihe (6,7,8,9) der Elektroden aus wenigstens zwei Gruppen (61 bis 63, 71 bis 73» 81 bis 83, 91 bis 93) von Nachbarelektroden besteht, die Zahl der Elektrodengruppen (61 bis 63, 71 bis 73, 81 bis 83, 91 bis 93) in jeder Reihe (6,7,8,9) gleich ist, die Phasenverschiebung der Spannung zwischen den Elektrodengruppen (61 bis 63, 71 bis 73, 81 bis 83, 91 bis 93) gleich Null ist, die Elektroden jeder Gruppe (61 bis 63, 71 bis 73, 81 bis 83, 91 bis 93) der Reihe (6,7,8,9) an eine gemeinsame Klemme (10,11,12,13) der Speisestromquelle (14) angeschlossen sind und wenigstens eine Elektrodengruppe (61,71,81,91), jeder nahe dem Durchfluß angeordneten und an eine gemeinsame Speisequelle (14) eines Mehrphasenstromes angeschlossenen Reihe (6,7,8,9) an eine höhere Spannung als die restliche Gruppe oder Gruppen (62,63; 72,73; 82,83; 92,93) von Elektroden derselben Reihe (6,7,8,9) geschaltet ist, wobei der äquivalente Durchmesser (d) des oder der Durchflüsse (5) in den Grenzen von 0,2 bis 0,3 cLes äquivalenten Durchmessers (d. ) des benetzten Querschnittes durch den Schmelzraum (2) senkrecht zur Längsachse des Ofens (1) sind.

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