DE3420695C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 43 66 571 bekannt. Sie beschreibt ein Verfahren zum Schmelzen von Glas, bei dem über die Einstellung von Boden- und Top- Elektroden eine Leistungsregelung von einzelnen Stellen im Ofen und des Gesamtofens erfolgt. Eine Regelung nach exakten Temperaturwerten ist aber nicht möglich.

Aus der US-PS 40 28 083 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben eines Glasschmelzofens bekannt, bei dem die Temperatur des Glasbades in verschiedenen Zonen punktuell gemessen wird und entsprechend den Messungen die Brenner in diesen Zonen gesteuert werden. Nachteilig ist bei diesem Verfahren aber, daß die genannte punktuelle Temperaturmessung eine ausreichend genaue Steuerung nicht zuläßt.

Aus der US-PS 42 77 274 ist weiterhin ein Verfahren zur Steuerung der Zusammensetzung und der Zähigkeit von geschmolzenem Glas bekannt. Dabei werden die Temperatur und andere Eigenschaften eines Glasstromes ebenfalls punktuell gemessen und dienen zur Einstellung von Regelgrößen. Nachteilig wird auch hier wegen der Trägheit der Regelung der verwendeten Rührschnecken und Speisermotoren sowie der punktuellen Abtastung nur eine ungenügende Einstellung der Glaseigenschaften erreicht.

Aus der DE-OS 25 35 110 ist ebenfalls ein Verfahren zur Einstellung der Temperatur von geschmolzenem Glas in einem Auslaß bekannt, bei dem die Temperatur durch eine Vielzahl von Meßfühlern abgetastet wird. Da jeder Fühler aber jeweils nur einen Strompfad zu messen vermag, kann auch hier ein gleichmäßiges Temperaturfeld nicht eingestellt werden.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch beheizten Glasschmelzofens zu schaffen, dem die vorgenannten Nachteile nicht mehr anhaften und bei dem sichergestellt wird, daß in dem Ofen die gewünschte Temperaturverteilung hergestellt wird und er so einfach zu betreiben ist, daß er selbst unter der Voraussetzung einer laufenden Erzeugung von Glas von höchster Qualität auch von fachunkundigem Personal betrieben werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll weiterhin ein Glasschmelzofen erstmals vollautomatisch bei optimaler Leistung betrieben werden können.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Elektrodenanordnung in einem einfachen, rechteckigem Ofen,

Fig. 2 die Elektrodenanordnung in einem quadratischen, größeren Ofen,

Fig. 3 die Elektrodenanordnung in einem rechteckigen Ofen mit drei Elektroden in einer Reihe,

Fig. 4 die Anordnung der Meßstrecken zwischen den Elektrodenreihen, wobei die Spitzen der Elektroden in zwei Ebenen angeordnet sind,

Fig. 5 die Anordnung der Meßstrecken entlang den Elektrodenreihen,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch einen Ofen zur Ausübung der Erfindung,

Fig. 7 die Anordnung der Meßstrecken zwischen den Elektrodenreihen,

Fig. 8 die Stromzuführung zu den Elektroden gemäß der Erfindung und

Fig. 9 eine abgewandelte Stromzuführung mit einem Einzelstelltransformator mit Thyristor für jede Elektrode.

Die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Messung geht weit über die Empfindlichkeit einer Temperaturmessung mit Thermoelementen hinaus und ist darüber hinaus äußerst schnell, d. h. Temperaturänderungen in einzelnen Zonen der Wanne, die mit herkömmlichen Methoden überhaupt nicht ermittelt werden können, können z. B. erfindungsgemäß nach Ausdrucken auf einem Plotter sichtbar gemacht werden. Mit der erfindungsgemäßen Methode ist es weiterhin möglich, eine rechnergesteuerte Anlage zu bauen.

Bei bekannten Verfahren sind mit dem herkömmlichen System der Drehstromdrehtransformatoren die Eingriffsmöglichkeiten viel zu limitiert, um die Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Messung wirklich auszunutzen. Es hat sich bei der Messung nämlich gezeigt, daß einzelne Partien der Wanne plötzlich kälter und dann wieder wärmer werden. Weiterhin kommt es zu vollkommen unregelmäßigem Absinken von einigen Glaspartien. Diese Kaltströmungen gleichen sich dann in größerer Badtiefe an die Temperatur der dort befindlichen Glasmasse an. Die abströmenden Glasmassen haben eine relativ hohe Geschwindigkeit, so daß solche Störungen nur ca. 15-20 Min. dauern. Sie können aber erhebliche Temperaturunterschiede, gemittelt über die gemessene Meßstrecke, von etwa 50° und mehr mit sich bringen.

Solches plötzliches Absinken größerer Glasmassen in größere Tiefen der Wanne kann mit Sicherheit nur dann verhindert werden, wenn es gelingt, das waagerechte Temperaturprofil in einer vollelektrischen Wanne so gleichmäßig wie möglich zu halten. Darüber hinaus muß natürlich der Vorteil solcher Mehrebenen-Wannen, d. h. die Einstellbarkeit der Temperatur in den verschiedenen Tiefen der Wannen, erhalten bleiben.

Bei den bekannten Verfahren bestehen als einzige Regelmöglichkeiten die Zuführung der Gesamtenergiemenge und das Verhältnis der beiden Ebenen oder drei Ebenen zugeführten Energie. Dabei können einzelne Wannenpartien nicht heißer oder kälter gefahren werden.

Daher ergibt sich eine gewisse Instabilität, da in dem Fall, wenn eine Wannenseite etwas kälter wird, dort auch die Stromaufnahme gering wird und somit der Instabilitätseffekt noch verstärkt wird. Erfindungsgemäß soll auch dieser Nachteil vermieden werden.

Gemäß den Figuren werden in einer quadratischen oder rechteckigen Wanne alle Elektroden 2 von oben so angeordnet, daß jede Elektrode 2 zu jeder benachbarten die gleiche Distanz hat. Zweckmäßigerweise besitzen die Randelektroden zum Rand die halbe Distanz wie zu den Nachbarelektroden. Es ergibt sich so ein schachbrettartiges Raster von Elektroden, wobei jede zweite Elektrode eine größere Eintauchtiefe aufweisen kann und damit die Beeinflußbarkeit der Temperatur auch über die Höhe der Wanne gewährleistet wird.

Damit der Strom auch tatsächlich im unteren Teil der Wanne fließt, sind die weiter eingetauchten Elektroden im Plasmaspritzverfahren mit Aluminiumoxid oder Zirkonoxid gespritzt. Dieser Überzug verliert an der Spitze, wo die Stromdichte am größten ist, zuerst seine Wirksamkeit, so daß dadurch gewährleistet wird, daß der Strom tatsächlich im unteren Teil der Elektroden fließt.

Durch die Hängeelektroden ergeben sich aufwärtsgerichtete Strömungen direkt an der Elektrode und abwärsgerichtete Strömungen an den Grenzflächen der Elektrodenbereiche. Die Abstände der Elektroden werden möglichst gering gewählt, da die Energiekonzentration an der Elektrode um so größer wird, je höher die Spannungen sind, d. h. es wird erfindungsgemäß mit relativ hohen Strömen und relativ niedrigen Spannungen gearbeitet, da dadurch gewährleistet ist, daß eine möglichst gleichmäßige Energie- und damit Temperaturverteilung in der Horizontalen erreicht wird.

Zur Temperaturmesssung und um damit ein Maß für die Aussteuerung der einzelnen Elektroden 2 zu haben, sind in zwei Ebenen pro Seite des Schmelzbades 1 jeweils drei oder mehr Meßsonden 7 angeordnet, so daß sich pro Ebene jeweils sechs oder mehr Meßstrecken 6′ für die Widerstandsmessung ergeben. Die Meßsonden 7 liegen sich zweckmäßigerweise genau gegenüber, so daß die Meßstrecken 6′ parallel zu den Seitenwänden verlaufen. Sie sind dabei so angeordnet, daß die Elektroden 2 jeweils in der Mitte der sich kreuzenden Mittellinien der Meßstrecken liegen. Es ergeben sich so Quadrate, die alle gleich groß sind und in deren Mitten die Elektroden 2 hängen. Die sechs Messungen ergeben im Betrieb unterschiedliche Widerstände und aus den Messungen können für die Ecken der genannten Quadrate Widerstandswerte errechnet werden, in dem jeweils das Mittel aus den benachbarten Werten gebildet wird. Werden nun die Werte der vier Eckpunkte des Quadrats miteinander multipliziert, so ergibt sich eine Zahl, die ein Maß für die Temperatur in diesem Quadrat ist.

Anstatt die Meßsonden 7 an die Grenzflächen der Elektrodenbereiche zu setzen, können sie auch in einer Linie mit den Elektroden 2 liegen, so daß als Bezugsgröße für die Ausregelung der einzelnen Elektroden die Multiplikation bzw. Addition der beiden Meßstreckenwerte in Frage kommt, in deren Schnittpunkt die Elektrode liegt. Diese Version erfordert mehr Meßstrecken, ist aber auch genauer.

Zur Ermittlung der Temperatur in jedem der durch die Meßstrecken geschaffenen Quadrate bzw. zur Ermittlung eines gesamten Temperaturfeldes in jeder Ofenebene werden also die Widerstandswerte der einzelnen Meßstrecken im Rechner ausgewertet und der Vergleich der Widerstandswerte nebeneinanderliegender Meßstrecken ermöglicht dann die genaue Temperaturbestimmung über einen Bereich der diese kreuzenden Meßstrecke. Wenn gemäß Fig. 5 die Meßstrecke 8′ durch die Meßstrecken 1′ bis 4′ abgetastet wird, so kann durch den Vergleich der Widerstandswerte der Meßstrecken 1′ bis 4′ z. B. die Temperatur im Kreuzungspunkt der Meßstrecken 8′ und 3′ ermittelt werden. In der Praxis wird dabei der Rechner stets einen Vergleich sämtlicher Meßstreckenwerte vornehmen.

Wenn die Elektroden im Gemengeübergangsbereich in einem Keramikrohhr 8 geführt werden, so können die Eintauchtiefen der Elektroden entsprechend der Lage der Keramikrohre variiert werden. Die Eintauchtiefe wird motorisch gesteuert und kann entsprechend der pro Zeiteinheit eingegebenen Gemengemenge geregelt werden, so daß bei höherer Belastung das Temperaturmaximum nach oben, bei niedriger Belastung nach unten verschoben werden kann.

Zur optimalen Ausregelung der Wannen werden die Spannungen der Einzelelektroden so gegeneinander variiert, daß die Temperaturbezugszahl der einzelnen Quadrate gleich wird, bzw. die Messungen den gleichen Wert aufweisen. Es kann natürlich auch eine Vorgabe gemacht werden in der Art, daß entweder die mittleren Elektroden oder die Randpartien einen höheren oder niedrigeren Wert aufweisen sollen. Die Aussteuerung der Einzelelektroden wird zweckmäßigerweise mit der Meßebene vorgenommen, die an der Spitze der Elektroden der ersten Ebene angebracht ist, weil diese Ebene durch die aufwärtsgerichteten Strömungen auch von der zweiten Ebene direkt beeinflußt wird.

Durch diese Art der Regelung wird es möglich, die Temperaturvergleichmäßigung über die Ebene zu erreichen und damit ein periodisches Absinken von Kaltglas zu vermeiden.

Um bei den bekannten Wannen trotz dieser Instabilität gutes Glas machen zu können, muß das gesamte Temperaturniveau höher liegen als notwendig, damit im Falle vom Auftreten von kalten Strömungen die Glasqualität immer noch ausreichend ist. Erfindungsgemäß kann jetzt das Temperaturniveau und damit der Energieverbrauch erheblich reduziert werden und darüber hinaus aufgrund der niedrigen und am Rand steuerbaren Temperaturen der Verschleiß erheblich vermindert werden. Seitenelektroden im Randbereich sind nicht zwingend einzusetzen, da auch die Randbereiche so gesteuert werden können, daß die dort herrschenden Strömungen keine Glasverschlechterung erbringen.

Um eine möglichst weitgehende Symmetrie in dieser Anlage zu haben, ist, wie aus dem Vertikalschnitt gemäß Fig. 6 ersichtlich, der Auslauf 11 aus dem Schmelzbad 1 zentrisch angeordnet.

Außer der Ausregelung der Temperaturen in der Horizontalen kann natürlich auch der Rechner aus der Summe der Widerstände von Ebene 1 zu Ebene 2 das Verhältnis der Leistungen der Elektroden der Ebene 1 und Ebene 2 oder die Eintauchtiefe der Elektroden bestimmen und aussteuern. Dabei ist die Sollvorgabe der Temperaturdifferenz Ebene 1 - Ebene 2 durch die Gemengezugabe vorgegeben bzw. wird bei automatischer Gemengemessung von diesem Wert bestimmt. Von dem selben Wert, nämlich der Menge an Gemenge, welche pro Zeiteinheit in die Wanne eingelegt wird, wird auch die Summe aller Widerstände abhängig gemacht, welche den Durchschnittswert der Temperatur in der gesamten Wanne anzeigt.

Über die gemessene Temperatur und -verteilung wird mit Hilfe des Rechners also die Gemengeeingabe gesteuert bzw. die Gemengeeingabe regelt die Temperatur und -verteilung.

Die Gemengezuführung wird gemäß Fig. 6 von oben durch die Ofendecke 10 ausgeführt.

Die Phasenverteilung bei den einzelnen Elektroden ist gemäß den Fig. 1 bis 3 derart, daß sich jeweils alle drei Phasen hintereinander abwechseln. Die Ströme der einzelnen Elektroden werden vom Rechner über die Wechselstromsteller (Drehstromtransformatoren) entsprechend der Relation der den Elektroden 2 zuzuordnenden Widerstandswerte eingestellt.

Die einzelnen Meßstrecken müssen dabei mit einem Formfaktor versehen werden, der die Widerstandsbeeinflussung durch die Formgebung des Ofenbeckens berücksichtigt. Bei einer quadratischen Anlage gemäß Fig. 2 und 7 haben alle randnahen Meßstrecken den gleichen Formfaktor, der sich von dem der randfernen Meßstrecken, die untereinander gleich sind, unterscheidet. Die Formfaktoren werden im Modell bei homogenen Badtemperaturen gemessen.

Zweckmäßigerweise werden die Widerstandswerte in einem der Totzeit des Regelsystems entsprechenden Zyklus abgefragt und in den Rechner eingegeben, der seinerseits die Wechselstromsteller ansteuert. Die Summe aller Ströme wird dabei entsprechend der pro Zeiteinheit eingegebenen Gemengemenge ausgesteuert.

Gemäß Fig. 8 kann der gesamte Ofen über einen regelbaren Drehstromtransformator mit der notwendigen Energie versorgt werden. In die Leitungen von dem Transformator zu den einzelnen Elektroden 2 sind dabei für jede Elektrode jeweils ein Thyristor eingesetzt, um individuell rechnergesteuert jede Elektrode mit der optimalen Energie bzw. Spannung versorgen zu können. Der Transformator muß dabei allerdings auf die höchste, individuell benötigte Spannung eingestellt werden und die Thyristoren regeln dann die notwendige Spannungsdifferenz zu der eingehenden Spannung.

Gemäß Fig. 9 kann die Regelung aber auch so erfolgen, daß in die Leitungen jeweils durch Thyristoren gesteuerte Einphasen-Transformatoren eingesetzt werden, die die individuelle Spannung sowohl nach oben als auch nach unten einstellen können. Erfahrungsgemäß sind dabei Regelbereiche von ±20 Volt ausreichend. Der Regelbereich des regelbaren Drehstromtransformators beträgt dabei von 80-140 Volt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben eines elektrisch beheizten Glasschmelzofens mit einer Anzahl von oben durch das Gemenge in das Schmelzbad (1) eintauchender Elektroden (2), wobei jeweils benachbarte Elektroden (2) unterschiedliche Phasen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur innerhalb des Glasbades durch Messung des Widerstandes entlang von sich kreuzenden Meßstrecken laufend gemessen und anhand der Meßwerte die Temperaturverteilung in dem Ofen durch einen Rechner laufend bestimmt wird und daß die Energiezuführung zu jeder Elektrode und/oder deren Eintauchtiefe unter Berücksichtigung der ermittelten Temperaturverteilung laufend durch den Rechner geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Verteilung und Menge des aufzugebenden Gemenges durch den Rechner geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecken Ströme oder Stromimpulse aufweisen, die aufgrund ihrer Frequenz und/oder Impulsform von den zwischen den Elektroden (2) fließenden Strömen nicht beeinflußt werden, und daß man den Widerstand und damit die durchschnittliche Temperatur des Glases einer jeden Meßstrecke mit einer Meßeinrichtung mißt.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei sich unter einem Winkel von 90° kreuzende Felder untereinander paralleler Meßstrecken sowie einen Rechner vorsieht, der die Temperatur in den Feldern bestimmt.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schmelzbad (1) rechteckig gestaltet und die Meßstrecken so verlegt, daß sie das Schmelzbad in quadratische Felder unterteilen.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrodenspitzen in zwei Ebenen anordnet.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spannung für jede der Elektroden (2) zusätzlich zu der Einstellung durch einen Drehstromtransformator durch einen durch den Rechner gesteuerten Thyristor regelt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ströme der Phasen RST aller oder für eine Mehrzahl von gleichphasig geschalteten Elektroden (2) von jeweils einer Sekundärspule eines Drehstromtransformators abnimmt und über je einen Thyristor für jede Elektrode (2) den Strom rechnergesteuert individuell regelt und mit dem Drehstromtransformator sekundärseitig eine Spannung erzeugt, die mindestens so hoch ist, wie die höchste der Individual- Spannungen.