DE2752467A1 - Elektrisch beheizter schmelzofen fuer mineralische stoffe - Google Patents

Elektrisch beheizter schmelzofen fuer mineralische stoffe

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DE2752467A1
DE2752467A1 DE19772752467 DE2752467A DE2752467A1 DE 2752467 A1 DE2752467 A1 DE 2752467A1 DE 19772752467 DE19772752467 DE 19772752467 DE 2752467 A DE2752467 A DE 2752467A DE 2752467 A1 DE2752467 A1 DE 2752467A1
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Description

Elektrisch beheizter Schmelzofen für mineralische Stoffe
Anmelder:
Sorg GmbH & Co. KG
909822/0108
Elektrisch beheizter Schmelzofen für mineralische Stoffe
Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Schmelzofen zum Schmelzen von mineralischen Stoffen, wie Fritten, Emailliei und dgl., bei welchem ein Schmelzbad mittels Elektroden beheizt wird, welche mit dem Schmelzbad in Kontakt stehen und zwischen denen ein Strom fließt, der das Schmelzbad durch joul'sche Wärme erhitzt, wobei auf das Bad das Gemenge aufgegeben und das erschmolzene Produkt unten aus dem Bad abgezogen wird.
Es sind bereite öfen zum Schmelzen von mineralischen Werkstoffen und insbesondere Fritten, Emaillien und dgl. bekannt, bei denen das übliche flache Schmelzbad von oben durch die Hitze von Gas- oder ÖIbrennern beaufschlagt wird und die Schmelze entweder direkt durch den Boden oder über einen seitlichen Auslaß mit einem Steiger und Speiser abgezogen wird. Nachteilig ist bei diesen bekannten, so zu sagen konventionellen öfen aber, daß sie hohe Emissionen in die Umgebung abgeben, wobei insbesondere die Abgase der Brenner und die aus dem Gemenge entweichenden, zum Teil giftigen Gase zu nennen sind. Nachteilig ist bei diesen Öfen weiterhin, daß ihr Volumen im Verhältnis zur Kapazität sehr groß sein muß, sie also kostenaufwendig herzustellen sind und daß der Wirkungsgrad gering 1st, also ein hoher Energieverbrauch pro
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erschmolzene Gewichtseinheit unumgänglich ist.
Weiterhin ist ein von der Anmelderin entwickelter Ofen bekannt, welcher zusätzlich zu der konventionellen Beheizung durch Öl- oder Gasbrenner noch eine Beheizung durch in die Schmelze tauchende Elektroden vorsieht und in einer weiteren Entwicklung ist dieser Ofen sehr günstig betreibbar. Nachteilig ist bei diesem bekannten Ofen aber noch immer, daß ein relativ flaches Schmelzbad vorhanden ist, bei welchem die Oberflächenverluste nicht das gewünschte, geringstmögliche Maß aufweisen. Der Aufbau ist noch immer relativ aufwendig. Vorteilhaft ist bei diesem bekannten Ofen gegenüber den "konventionellen" öfen aber, daß durch die elektrische Beheizung weniger Abgas durch die Brenner auftritt und das gesamte Abgas, von dem auch ein Teil beim Einschmelzen des Gemenges entsteht, vollständig aufgefangen und ggf. nach einer Reinigung und Entgiftung in die Umgebungsluft abgegeben werden kann. Der Aufwand dafür ist aber sehr hoch.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen Schmelzofen für insbesondere Fritten, Emaillen und andere mineralische Werkstoffe zu schaffen, welchem die vorgenannten Nachteile nicht mehr anhaften und der einen optimalen, praktisch den theoretischen Wirkungsgrad hinsichtlich des Wärmeverbrauchs aufweist.
Der erfindungsgemäße Ofen soll weiterhin nicht aufwendig sein, kompakt und klein sein und dennoch eine sehr hohe Kapazität,
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d.h. einen sehr hohen Durchsatz aufweisen. Sein Betrieb soll störungsfrei und einfach kontrollierbar sein, wobei die Qualität der erschmolzenen Werkstoffe gegenüber der bekannten Qualität verbessert sein soll. Die Vorteile des vollständigen Abzugs der Abgase sollen erhalten bleiben und insbesondere soll der Durchfluß durch die Auslässe durch einfachste Mittel unabhängig vorider Höhe der Oberfläche des Glasbades regelbar sein. Weiterhin soll der erfindungsgemäße Ofen samt seinen Komponenten eine hohe Lebensdauer aufweisen, wobei ein Wiederaufbau schnell und einfach möglich sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ofenraum für das Bad quadratischen oder nahezu quadratischen Querschnitt oder den Querschnitt eines regelmäßigen Vielecks aufweist, die Tiefe des Ofenraums für das Bad nahezu dem Durchmesser des Bades entspricht und über dem Gemenge eine Anzahl durch Strahlung arbeitender Heizstäbe und unten in to Bad oberhalb des Wannenbodens die Heizelektroden angeordnet sind.
Zur einfachen Regelung des Ausflusses ist der Ofen derart aufgebaut, daß das Bad einen seitlichen Auslaß aufweist, an den sich ein Steiger und daran ein Speiser anschließt, wobei im Boden des Steigers und/oder des Speisers je ein Bodenauslaß angeordnet ist.
Im besonderen ist der Bodenauela.fi zur Einstellung der not-909822/0108
wendigen Temperatur des ausfließenden Materials und insbesondere zur Einstellung der pro Zeiteinheit ausfließenden Menge derart gestaltet, daß der Bodenauslaß einen zylindrischen Teil oder ein zylindrisches Element und konzentrisch darunter ein weiteres, kreisscheiben- oder kreisringförmiges Teil oder Element aus bei hoher Temperatur leitendem, als elektrischer Leiter wirkendem Feuerfestmaterial aufweist, die leitend mit einer Stromzuleitung verbunden sind.
Um die notwendige Temperatur der Peuerfestmaterialien einstellen zu können, diese zu haltern und eine Dichtheit des Auslasses zu gewährleisten und weiterhin eine Frittierung der ausfließenden Materialien in dem Auslaß einzustellen, kann dieser dadurch gekennzeichnet sein, daß das kreisscheibenförmige Element innerhalb eines metallischen Ringelementes gehaDteiund durch dessen Bodenplatte unterstützt wird, daß unter dieser ein KUhlringkanal vorhanden ist, daß die Bodenplatte eine Mittelbohrung aufweist, die im Bereich des Kühlringkanals eine glockenförmige Erweiterung aufweist und daß radiale Kanäle für das Kühlmedium aus dem Kühlringkanal in den glockenförmig erweiterten Teil der Mittelbohrung führen.
Um innerhalb der Kühlung flexibel zu sein und damit auch die Randbereiche des Auslasses und der danebenliegenden Peuerfestmaterialien, die nicht leitend zu sein brauchen, genügend kühlen zu können, ist unterhalb der Bodenplatte nahe deren Rand ein weiterer Kühlwasserringkanal angeordnet und zur Abschirmung gegenüber kühler Außenluft sowie zur
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.J.
Erreichung einer besonders kompakten Bauweise sind sowohl die Kreisringscheibe, deren Halterung, der Kühlringkanal und der Kühlwasserringkanal innerhalb einer Bohrung des Feuerfestinaterials des Wannenbodens angeordnet.
Um eine definierte Ausströmung zu erhalten und zur Verbesserung der elektrischen Bahnen in dem ausfließenden Material weist vorteilhaft die Mittelbohrung des zylindrischen Elementes einen wesentlich größeren Durchmesser auf, als die Mittelbohrung des kreisringförmigen Elementes und um eine übermäßige Erwärmung des Umgebungsmaterials zu vermeiden und die Strombahnen innerhalb des dafür bestimmten Bereiches innerhalb des Feuerfestmaterials zu halten, ist vorteilhaft das aylindrische Element in eine Bohrung von nicht oder wesentlich geringer leitendem Feuerfes tmaterial eingesetzt, als das Material des zylindrischen Teils.
Angesichts der Summe der durch die Erfindung erreichbaren Vorteile, besonders hinsichtlich der gegenüber den bekannten Öfen erheblich verbesserten Regelung, des verbesserten Wirkungsgrades und der verbesserten Materialqualität kann von einer idealen Lösung der anstehenden Probleme durch den Erfindungsgegenstand gesprochen werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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. it-
Pig. 1 einen schematischen Vertikal-Längsschnitt durch den
erfindungsgemäßen Ofen,
Pig. 2 einen Horizontalschnitt entlang der Linie II-II
gemäß Pig. 1 und
Pig. 3 einen Vertikalschnitt durch einen Bodenauslaß gemäß der Erfindung.
Gemäß den Pig. besteht der erfindungsgemäße Ofen aus herkömmlichem, üblichem Feuerfestmaterial 18, welches einen Boden, die Seitenwände, eine Decke und die anderen im Ofenbau üblichen Elemente eines Ofens bildet. Ein nicht gezeigtes Stützgerüst sowie eine Eingabevorrichtung, Gasabsaugung und dgl. vervollständigen den Ofen. Da diese Teile nicht Bestandteil der Erfindung sind und im Belieben des Fachmanns liegen, kann auf eine weitergehende Beschreibung dieser Komponenten verzichtet werden.
Der eigentliche Ofen enthält ein Schmelzbad, auf welches oben ein Gemenge aufgegeben wird und welches einen rechteckigen, insbesondere quadratischen oder regelmäßig-vieleckigen Querschnitt aufweist, wobei die Höhe des Bades ungefähr dem Baddurchmesser bzw. bei der Verwendung eines quadratischen Querschnittes dessen Seitenlänge entspricht. Ersichtlicherweise ist also zur Verkleinerung der wärmeabgebenden Oberfläche die einer Kugel am nächsten kommende, mögliche Ausgestaltung gewählt worden.
Unten in dem Ofen ist ein Bodenauslaß 6 angeordnet, der ent-909822/0108
weder direkt unterhalb des Schmelzbades eingesetzt sein kann, der aber auch über einen Seitenauslaß 21 mit dem Schmelzbad verbunden im Boden eines Steigers 22 eingesetzt sein kann. In der Ausgestaltung gemäß Pig. 1 ist ein weiterer Bodenauslaß im Boden eines Speisers 23 angeordnet, welcher sich in bekannter Weise an den Steiger 22 anschließt.
Oberhalb des Gemenges sind Strahlheizstäbe 20 angeordnet, die auch oberhalb der freien Badoberfläche im Speiser sitzen. Innerhalb des Schmelzbadee, insbesondere knapp oberhalb des Oferibodens sind Heizelektroden 19 angeordnet, welche auch in dem Steiger und dem Speiser vorliegen und mit entsprechenden, im Bodenauslaß angeordneten, leitfähigen Flächen zusammen wirken. Die Elektroden sind in bekannter Weise über Elektrodenhaiterungen, Zuleitungen und Regeltransformatoren an das elektrische Netz angeschlossen. Biese Komponenten einschließlich der Elektroden, die vorzugsweise aus Molybdän oder ggf. Zinnoxid bestehen können, sind ebenfalls Stand der Technik, stehen im Belieben des Fachmanns und brauchen daher nicht näher beschrieben zu werden. Die im Boden des Ofens oder des Steigers sowie im Speiser angeordneten Bodenauslässe, die allgemein mit 6 bezeichnet sind, bestehen sowohl aus metallischen Werkstoff, z.B. "Inconel " alsdicÜmelzflüssig gegossenem Feuerfestmaterial, welches eine Glasphase besitzt und daher bei hohen Temperaturen, wenn auch mit großen elektrischen Widerständen, leitfähig sind oder Materialien entsprechender Eigenschaften.
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Gemäß Pig. 3 besteht der erfindungsgemäße Bodenauslaß aus einem zylindrischen Teil 3 oder Element mit einer mittleren Bohrung 16 sowie einem darunter angeordneten kreisring- oder kreisscheibenförmigem Teil oder Element 4 mit einer Kittelbohrung 15, die beide aus dem angegebenen schmelzflüssig gegossenem Feuerfestmaterial bestehen und in einem Ringelement 5 aus Inconel ., Platin, rostfreiem Stahl oder einem anderen geeigneten Material gehalten werden.
Das Ringelement 5 umfaßt den Unterrand des Elementes 4, dessen Boden sich auf eine Bodenplatte 12 des Ringelementes 5 abstützt. Die Bodenplatte 12 weist eine Mittelbohrung auf und diese ist geringfügig größer im Querschnitt als die Mittelbohrung 15 des Elementes 4, die wiederum wesentlich kleiner als die Mittelbohrung 16 des Elementes 3 ist.
Unterhalb der Bodenplatte 12 ist mit dieser einstückig bzw. daran angeschweißt die Wandung ehes Kühlringkanals 7 angebracht, welcher über Kühlkanäle 10 mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist. Von dem Kühlringkanal 7 führen radiale Bohrungen 9 zu einer glockenförmigen Erweiterung 14 der Mittelbohrung 11.
Unterhalb der Bodenplatte 12, nahe deren Außenrandjist ein weiterer Kühlwasserringkanal 13 angebracht, der über weitere Kühlrohre 13a mit Kühlwasser oder einem anderen Kühlmedium beaufschlagbar ist.
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Sowohl die Bodenplatte 12 mit dem Ringelement 5 und dem darunter liegenden Kühlringkanal 7 und damit auch die Elemente 3 und 4 als auch der Kühlwasserringkanal 13 werden von einem Stützgerüst 8 gehalten, welches über Anker 2 an der Bodenplatte 1 des Ofens über Flügelschrauben einstellbar gehalten wird.
Das zylindrische Teil oder Element 3 ist in Feuerfestina terial des Ofenbodens eingesetzt, welches eine wesentlich geringere elektrische Leitfähigkeit als das Material der Elemente 3 und 4 aufweist. Der Auslaß selbst ist in eine Bohrung des Feuerfestmaterials 18 des Ofenbodens bzw. des Speiserbodens eingesetzt und eine nicht gezeigte Zuleitung und angepreßte Elektroden verbinden das kreisring- oder kreisscheibenförmige Element 4 mit einer Stromquelle.
Der erfindungsgemäße Bodenauslaß ermöglicht jetzt einen Stromfluß durch die Elemente 3 und 4 zu dem austretenden Schmelzstrahl, dessen Temperatur dadurch beliebig einstellbar ist. Über die Temperatur ist auch dessen Viskosität und damit die Auslaufgeschwindigkeit einstellbar, so daß die Ausflußmenge unabhängig von der Höhe des Standes des Schmelzbades einstellbar ist. Beim Abschalten des Ausflusses kann weiterhin durch einen geringen, weitergehenden Stromfluß ein völliges Einfrieren verhindert werden, d.h. eine Temperatursenkung so weit, daß durch das Schmelzmaterial ein Stromfluß nicht mehr möglich ist. Beim Wiederanfahren braucht daher lediglich die durchfließende Strommenge erhöht zu werden
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und der Auslaß öffnet sich selbsttätig. Es ist für den Fachmann überraschend, daß durch den Stromfluß der als Leiter dienenden Elemente 3 und 4 nicht nur überhaupt eine Beheizung des Auslasses erfolgt, sondern auch eine Regelung bis zum Schließen des Auslasses hin erfolgen kann. Für den Fachmann selbstverständlich ist oberhalb oder in der Nähe des Ausflusses innerhalb des Schmelzbades eine Gegenelektrode vorhanden, so daß sich der gewünschte Stromfluß durch die Elemente 3 und 4 und das in den Mittelbohrungen 15 und 16 befindliche Schmelzmaterial einstellen kann.
Aus den Radialbohrungen 9 wird das herausfließende Material durch ein Kühlmedium, Luft oder Wasser beaufschlagt und dadurch auf die erforderliche Temperatur gekühlt, mi. r " Zugleich wird die Konstruktion des Auslasses gekühlt. Um die Kühlung auch an den Außenrändern des Auslasses zu gewährleisten, ist die Kühlmittelmenge in dem Kühlwasserringkanal 13 einstellbar, so daß über den Radius des Auslasses hin ein beliebiger Temperaturgradient einstellbar ist. Ein unerwünschter Fluß der Schmelze in den Grenzflächen zwischen dem Feuerfestmaterial 18, dem Ringelement 5 und dem Feuerfestmaterial 17 wird durch den Kühlwasserringkanal weiterhin sicher verhindert. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, da ein Zerbrechen durch Wärmewechselspannungen der einzelnen Feuerfestelemente nicht ausgeschlossen werden kann, durch die entsprechende Temperatureinstellung bzw. die Einstellung der
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Temperaturgradienten radial und in Ausflußrichtung auch axial ist ein solches Spalten aber beherrschbar. Besonders vorteilhaft ist es, daß innerhalb des Ausflusses eine vollkommen symmetrische !Energiezuführung zu dem ausfließenden Schmelzstrahl erfolgt bzw. ein vollkommen symmetrischer Stromfluß innerhalb desselben einstellbar ist. Temperaturinhomogenitäten werden dadurch vermieden. Weiterhin ist entscheidend, daß die Temperatur des den Schmelzstrahl umgebenden Materials durch die darin auftretende Widerstandsbeheizung einstellbar ist, ohne daß gesonderte Heizelemente erforderlich sind, so daß Wärmeverluste vermieden werden und auch das Aufheizen nach Schließen des Auslasses ohne weiteres möglich ist. Pur den Fachmann überraschend hat es sich herausgestellt, daß eine reine Beheizung, z.B. mittels leitender Elektrodenringe aus den bekannten Elektrodenmaterialien zu der gewünschten Regelbarkeit nicht führen.
Oberhalb des Gemenges des Schmelzbades und ggf. oberhalb der Oberfläche des Speisers sind Strahlheizrohre angeordnet, die zum einen die Temperaturhomogenität im Speiser erhalten und zum anderen das Gemenge so stark erhitzen, daß dieses auf der vorhandenen kleinen Oberfläche ohne Schwierigkeiten aufschmilzt. Diese Stahlheizrohre können auch zum anfänglichen Aufschmelzen des Gemenges dienen, ohne daß eine Schmelze eingestellt und die Heizelektroden 19 in Betrieb sein müssen.
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    .\ Elektrisch beheizter Schmelzofen ztun Schmelzen von mineralischen Stoffen, wie Fritten, Bmaillien und dgl., bei welchem ein Schmelzbad mittels Elektroden beheizt wird, welche mit dem Schmelzbad in Kontakt stehen und zwischen denen ein Strom fließt, der das Schmelzbad durch joul'sche Wärme erhitzt, wobei auf das Bad das Gemenge aufgegeben und das erschmolzene Produkt unten aus dem Bad abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenraum für das Bad quadratischen oder nahezu quadratischen Querschnitt oder den Querschnitt eines regelmäßigen Vielecks aufweist, die Tiefe des Ofenraums für das Bad nahezu dem Durchmesser des Bades entspricht und über dem Gemenge eine Anzahl durch Strahlung arbeitender Heizstäbe (20) und unten in dem Bad oberhalb des Wannenbodens die Heizelektroden (19) angeordnet sind.
  2. 2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad einen seitlichen Auslaß (21) aufweist, an den sich ein Steiger (22) und daran ein Speiser (23) anschließt, wobei im Boden des Steigers (22) und/oder des Speisers (23) je ein Bodenauslaß (6) angeordnet ist.
  3. 3. Schmelzofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenauslaß (6) einen zylindrischen Teil oder ein zylindrisches Element (3) und konzentrisch darunter ein
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    ORIGINAL INSPECTED
    weiteres, kreisscheiben- oder kreisringförmiges Teil oder Element (4) aus bei hoher Temperatur leitendem, als elektrischer Leiter wirkendem Feuerfestmaterial aufweist, die leitend mit einer Stromzuleitung verbunden sind.
  4. 4. Bodenauslaß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisscheibenförraige Element (4) innerhalb eines metallischen Ringelementes (5) gehalten und durch dessen Bodenplatte (12) unterstützt wird, daß unter dieser ein Kühlringkanal (7) vorhanden ist, daß die Bodenplatte (12) eine Mittelbohrung (11) aufweist, die im Bereich des Kühlringkanals (7) eine glockenförmige Erweiterung (14) aufweist und daß radiale Kanäle (9) für das Kühlmedium aus dem Kühlringkanal (7) in den glockenförmig erweiterten Teil (14) der Mittelbohrung (11) führen.
  5. 5. Bodenauslaß nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Bodenplatte (12) nahe deren Rand ein Kühlwasserringkanal (13) angeordnet ist.
  6. 6. Bodenauslaß nach Anspruch 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringscheibe (4) t deren Halterung (5, 12), der Kühlringkanal (7) und der Kühlwasserringkanal (13) innerhalb einer Bohrung des Feuerfestmaterials des Wanneribodens (18) angeordnet sind.
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  7. 7. Bodenauslaß nach Anspruch 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelbohrung (16) des zylindrischen Teils (3) einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist, als die Mittelbohrung (15) des kreisringförmigen Teils (4).
  8. 8. Bodenauslaß nach einem der Ansprüche 3-7» dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Teil (3) in eine Bohrung von nicht oder wesentlich geringer leitendem Feuerfestmaterial (17) eingesetzt ist, als das Material des zylindrischen Teils (3).
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