DK159816B - Elektrisk smelteovn til glassmeltning - Google Patents

Description

DK 159816 B

Opfindelsen har relation til glassmeltning, navnlig til den teknik, hvor man udnytter ledningsevnen i det smeltede glas til at fremkalde den fornødne energi til smeltning inden i smeltemassen.

5 Nærmere betegnet angår opfindelsen en elektrisk smelteovn af den art, der er angivet i indledningen til krav 1.

Der anvendes elektrisk energi til mange formål i forbindelse med smeltning og klaring af glas. I mange 10 tilfælde er denne anvendelse relativt begrænset. Det drejer sig f.eks. om lokalt at opvarme badet af smeltet glas for at fremme visse konvektionsbevægelser eller fjerne bobler eller forbedre temperaturfordelingen i større bade.

15 Bortset fra disse meget specifikke tilfælde for blev brugen af elektrisk energi til selve smeltningen ofte bundet til ældre metoder, hvor smeltningen foregår ved hjælp af brændere. Dette er desto rigtigere som produktionskapaciteten er større.

20 Til trods for de mange parametre som er vanskeli ge at beherske, har erfaringen med brændeovne givet mulighed for at opnå tilfredsstillende driftsbetingelser med hensyn til kvaliteten af de fremstillede produkter. Udviklingen af den elektriske smelteteknik har i hoved-25 sagen fundet sted under forsøg på at genskabe disse betingelser, selvom dette ikke gav mulighed for at drage nytte af egenskaberne ved denne nye metode til opvarmning af ovnene.

Ovne, der har stor kapacitet og opvarmes ved 30 hjælp af brændere, har sædvanligvis stor længde og lille dybde. Råmaterialerne indføres i den ene ende af ovnen og det smeltede glas tages fra den modsatte ende af ovnen. Materialet i ovnen har en tykkelse, der varierer efterhånden som smelteprocessen udvikler sig, men denne 35 tykkelse har en relativt lille gennemsnitsværdi. Temperaturen er meget forskellig alt efter den zone af badet, 2

DK 159816B

der tages i betragtning, idet temperaturen er lav i nærheden af bunden og af den ende af ovnen, hvor råmaterialet føres til, medens, den er høj på overfladen og i den modsatte ende.

5 Valget af elektrisk smeltning ændrer væsentligt på disse forhold, der på en eller anden måde er bundet til brugen af brændere og til den af disse brændere afhængige måde, hvorpå varmeudvekslingen foregår.

I elektriske smelteovne med vertikale elektroder 10 indkorporeres råmaterialet i badet af smeltet glas uden vandret bevægelse på overfladen af badet og råmaterialet kan dække hele overfladen af badet. Under disse betingelser og under forudsætning af, at hele overfladen effektivt bidrager til varmeudvekslingen mellem badet og 15 det svømmende materiale, kan den elektriske ovns areal reduceres væsentligt i forhold til arealet for en ovn af samme kapacitet, der opvarmes ved hjælp af brændere.

Opfindelsen har relation til denne type af ovne, hvor overfladen er dækket af det tilførte råmateriale, 20 dvs. ovne, der kendes under betegnelsen "ovn med koldt loft".

Udviklingsarbejdet forud for opfindelsen har vist, at en særlig vigtig faktor til opnåelse af den bedst mulige virkningsgrad ved en elektrisk smelteovn 25 af den indledningsvis nævnte art er en jævn fordeling af energi over hele smeltemassen. Opfindelsens formål er først og fremmest at forbedre denne fordeling, hvilket for en og samme produktion navnlig giver mulighed for at reducere ovndimensionerne, at spare på de ildfaste mate-30 rialer samt også at formindske varmetabene og dermed også produktionsomkostningerne.

Selv om behovet for et ensartet opvarmet bad fremgår af den kendte litteratur, er dette dog bundet til de meget specifikke betingelser for udøvelse af den-35 ne opvarmning.

Opstillingen af elektroderne i bunden af ovnen skal opfylde forskellige krav, hvoraf nogle er modstri-

DK 159816B

3 dende. Ledningsevnen i det smeltede glas indebærer, at der skal være en minimal afstand mellem elektroderne for at den fornødne effekt kan opnås for i praksis acceptable strømtæthedsværdier på overfladen af elektroderne.

5 Når elektroderne placeres tættere op ad hinanden, falder modstanden, hvilket for en given spænding indebærer en forøget strømstyrke. Af denne grund er antallet af elektroder eller grupper af elektroder, der kan opstilles på en ovnbund af givet areal begrænset, selv om dette skal 10 finde sted på bekostning af en bedre fordeling af de som varmekilde virkende zoner af badet.

Medens det industrielt set er mere økonomisk at anvende en trefaset strøm, syntes forsøgene på faseafbalancering i praksis at indebære en trekantet eller 15 sekskantet opstilling af elektroderne, hvilket er lidet kompatibelt med elektrodernes jævne fordeling i rektangulære ovne.

Opfindelsens formål opnås ved at indrette den indledningsvis nævnte elektriske ovn således, at 20 elektroderne over hele ovnbundens areal er regelmæssigt fordelt i mindst ét ordnet arrangement omfattende to rækker af tre ækvidistante elektroder, der hver forsynes fra sin egen fase R, s og T, at faserne til elektroderne i de to rækker er ordnet i indbyrdes om-25 vendt rækkefølge (R, S, T og T, S, R), således at de to midterste elektroder er i fase og yderelektroderne har forskellige faser, og at afstanden mellem to elektroder i en og samme række tilnærmelsesvis er lig med afstanden mellem de to rækker.

30 I henhold til en foretrukken udførelsesform er elektroderne opstillede i et lige antal rækker af tre elektroder til dannelse af de ordnede arrangementer (R, S, T; T, S, R), hvorhos disse arrangementer har en sådan opstilling, at elektroderne til to naborækker i to 35 naboarrangementer er ordnet i samme rækkefølge (R, S, T;

Ri S, T).

i

DK 159816 B

Ifølge en anden udførelsesform for opfindelsen omfatter ovnen tre rækker elektroder, og rækkefølgen af faserne til elektroderne i naborækker er R, S, T; T, S, R, S, T· 5 I en tredje udførelsesform for ovnen ifølge op findelsen er afstanden mellem to rækker i to naboliggende, ordnede arrangementer fortrinsvis lig med afstanden mellem rækkerne i et og samme arrangement.

Hensigtsmæssigt kan ovnen omfatte rækker med et 10 multiplum af tre elektroder, idet rækkefølgen af elektrodefaserne er vendt om for hver gruppe af tre elektroder (R, S, T; T, S, R; R, S, T;...).

Denne opstilling svarer til det tilfælde, hvor ovnen kan have ligeså mange rækker af elektroder, som 15 den tilsigtede produktionskapacitet kræver det. Af de ovenfor angivne grunde er det dog hensigtsmæssigt at sørge for, at den anvendte ovn ikke har en længde, der er meget større end bredden. Når der er tale om meget stor produktion, er det også hensigtsmæssigt ikke at fo-20 røge antallet af rækker side om side for meget, og i stedet for, at forlænge rækkerne med nye grupper af tre elektroder.

Med henblik på i så fald at bevare faseligevægten er det hensigtsmæssigt at begrænse ombytningerne mellem 25 grupperne af tre elektroder i en og samme række ved at sørge for, at rækkefølgen af elektrodefaserne vendes om for hver gruppe af tre elektroder (R, S, T; T, S, R; R, S, T;...).

På særlig hensigtsmæssig måde er antallet af ord-30 nede arrangementer lig med 1, 2, 4, 6, 8 eller 9. Der kunne også anvendes et større antal, men under de givne betingelser for behandling svarer dette til en produktion, der er meget større end den man i praksis anvender.

35 Når elektroderne er opstillede på den ovenfor be skrevne måde, har det overraskende vist sig, at faseli-

DK 159816E

5 gevægten kan opretholdes meget tilfredsstillende, eksempelvis med 95% eller mere.

Ud over de ovenfor omtalte foranstaltninger adskiller opfindelsen sig også ved, at elektroderne er be-5 liggende relativt tæt op ad hinanden under hensyntagen til ovnens areal.

Den afstand d, der her tages i betragtning er afstanden mellem elektroder mellem hvilke der opstår strømme. I et indviklet elektrodearrangement, kan man 10 nøjes med at se på de aktive elektroder, der ligger tættest op ad hinanden.

Størrelsen af afstanden er direkte bundet til den disponible effekt. For en given spænding til rådighed, er effekten omvendt proportional med badets modstand, 15 der afhænger af afstanden mellem elektroderne.

Såfremt den effekt, der afgives fra hver enkelt elektrode eller gruppe af elektroder tilnærmelsesvis er den samme (hvilket er bundet til den før omtalte faseligevægt) over hele badet, kan man sige, at hver enkelt 20 elektrode bidrager til opvarmning af en del af badet.

Hvis S betegner det totale areal af badet, har den pågældende del af badet et areal på S/n, hvor n betegner antallet af elektroder eller grupper af elektroder i hele ovnen.

25 Den tilførte energi fordeles desto mere ensartet som den del af ovnens areal, der opvarmes af hver* enkelt elektrode er lille, og som afstanden mellem de aktive elektroder er større.

For at give udtryk for disse to modstridende be-30 tragtninger, er det hensigtsmæssigt, at elektroderne er jævnt fordelt over hele arealet af ovnbunden S, og at den korteste afstand d mellem elektroder, mellem hvilke der foregår vekselvirkning er således, at forholdet nd2/S ligger på mellem 0,4 og 1,4, hvor n betegnet an-35 tallet af elektroder eller elektrodegrupper.

Fordelene ved opstillingen af elektroderne i overensstemmelse med opfindelsen kan også udtrykkes un- 6

DK 159816 B

der hensyntagen til andre parametre, der alle fører til denne forbedring af energifordelingen i badet.

Forsøgene viser, at den energi, der optræder som Joule'sk varme, i hovedsagen er lokaliseret i nærheden 5 af elektroden. Ca. 4/5 af energien forekommer i en zone rundt om elektroden, hvilken zone for forenklings skyld kan betragtes som værende homogen. For en vertikal cylindrisk elektrode svarer denne zone tilnærmelsesvis til en cylinder, hvis diameter er på tre gange elektrodens 10 diameter. Hvis elektroderne placeres tættere op ad hinanden, kan man forstå af disse som varmekilde virkende zoner, alt andet lige, optager en større andel af badet, og at smeltningen kan foregå ved en lavere varmemiddel-værdi.

15 Disse forbedringer kommer til udtryk i driftsbe tingelserne.

Det forhold, at man råder over en større effekt pr. arealenhed i ovnen giver f.eks. mulighed for en væsentlig større produktion pr. arealenhed end hos de tid-20 ligere kendte ovne. Der kan nemt opnås en produktion på 4 x 103 kg/m2 pr. døgn. Under visse forhold kan denne produktion være endnu større, f.eks. helt op til 6 x 103 kg/m2 eller mere.

I denne forbindelse skal det understreges, at 25 produktionskapaciteten henført til arealenheden kun er signifikant under ens driftsbetingelser, navnlig ens arbejdstemperaturværdier. De temperaturmæssige aspekter af opfindelsen omtales nærmere nedenfor. En forøgelse af arbejdstemperaturen giver generelt mulighed for at for-30 øge produktionen. Af mange grunde er en sådan operation dog ikke altid ønskelig. Blandt disse grunde kan navnlig nævnes levetiden for ovnens ildfaste materiale og for elektroderne. En ovn, der arbejder ved en højere temperatur giver, udtrykt i produktionsydelsen, en kortere 35 levetid end hvis den arbejder ved en lavere temperatur.

En anden grund er, at det specifikke energiforbrug vokser med arbejdstemperaturen.

DK 159816B

7

Det er således muligt i overensstemmelse med opfindelsen at bygge en ovn, der kræver mindre plads for en stor produktionskapacitet.

Det skal endvidere bemærkes, at ovnen ifølge op-5 findselsen giver stor frihed med hensyn til driftsbetingelserne. Medens det er fordelagtigt at råde over en stor produktionskapacitet, er det også fordelagtigt at kunne lade ovnen køre i tomgang, når dette er påkrævet.

I så henseende adskiller ovnen ifølge opfindelsen sig 10 fra de tidligere kendte ovne, idet man uden risiko kan holde en produktion ned på en sjettedel eller mindre af den maksimale produktionskapacitet.

Denne produktionssmidighed skyldes i det mindste delvis en bedre fordeling af varmekilderne i det indre 15 af smeltemassen, hvilken fordeling fører til en meget ensartet temperaturfordeling overalt, uanset temperaturmiddelværdien .

Det snævrere værdiområde for temperatur i badet gør det muligt at nedsætte den laveste middeltemperatur 20 og dermed nedsætte den hastighed, hvormed råmaterialet smelter, og dermed nedsætte ovnens produktion.

Alt det der i praksis gør det muligt at nedsætte varmetabene fra smeltebadet bidrager til reduktion af temperaturafvigelserne og giver således mulighed for 25 endnu mere at nedsætte "tomgangs"-produktionen.

En forøgelse af tykkelsen af det tilførte råmateriale uden formindskelse af mængden af smeltet materiale bidrager således til denne driftstilstand.

Generelt set og under ellers ens betingelser, 30 navnlig samme produktion og samme mængde af tilført glasmateriale, kan badets middeltemperatur være lavere end de værdier man ellers får i den kendte teknik. Som følge heraf vil der være mindre varmetab og mindre energiforbrug, og reduktionen kan nå op på 8% og ligger of-35 test mellem 4 og 5%.

Til yderligere forbedring af ovnen ifølge opfindelsen kan der anvendes yderligere hensigtsmæssige foranstaltninger .

DK 159816 B

a

For at begrænse strømtætheden på elektroderne, bør disse elektroder have et stort areal for kontakt med glasset. Da elektrodernes længde og diameter som det omtales nærmere senere begrænses af praktiske grunde, er 5 det hensigtsmæssigt, når der anvendes stor strømstyrke, at erstatte en enkelt elektrode med en gruppe på flere elektroder, oftest to eller tre elektroder.

Når en elektrode erstattes med en sådan gruppe, bør afstanden mellem disse elektroder fortrinsvis ikke 10 være større end afstanden mellem denne gruppe og de nærmeste aktive grupper. Afstanden mellem elektrodernes akser i en og samme gruppe er fortrinsvis ikke mindre end to gange elektrodens diameter, men ikke større end otte gange, fortrinsvis seks gange denne diameter.

15 Reduktionen af strømtætheden på overfladen af elektroderne fører til en reduktion af temperaturen på overfladen af elektroden og dermed også til nedsat slid ved kontakt med glasset. For den samme mængde energi, der tilføres det smeltede glas, er glassets lokale tem-20 peratur ligeledes lavere.

Med henblik på undgåelse af problemer i forbindelse med korrosion af det ildfaste materiale i bunden af ovnen, er hver elektrode eller gruppe af elektroder fortrinsvis opstillet på en sokkel, der rager op over 25 bunden af ovnen. På denne måde undgår man kraftigere konvektionsbevægelser ved den nederste del af elektroden, hvilke bevægelser angriber ovnbundens ildfaste materiale. Soklens ildfaste materiale har fortrinsvis større slidstyrke end ovnbundens ildfaste materiale.

30 Da den øverste ende af elektroden ligger i af standen fra overgangsfladen mellem det smeltede materiale og det tilførte råmateriale undgår man også en forøget punktvis smeltning i lod med elektroden, hvilken smeltning bevirker en lokal temperaturforøgelse. Dette 35 beror på, at konvektionsbevægelserne er meget kraftige langs elektroden på grund af temperaturgradienten i den

DK 159816E

9 omgivende zone af badet. Når enden af elektroden er dykket tilstrækkeligt langt ned, vil den opadgående strøm af glas, der opstår langs elektroden, i zonen mellem enden af elektroden og badets grænseflade indicere en 5 tilstrækkelig strøm af omgivende glas til både at reducere temperaturforskellen og forøge arealet af det tilførte materiale, der direkte bestryges af denne strøm.

Den priviligerede smeltezone, der befinder sig i lod med elektroden, er i så fald relativ stor. I modsat fald, 10 dvs. når enden af elektroden befinder sig ved grænsefladen mellem badet og materialelaget, sker smeltningen hurtigt over en begrænset zone. I så fald dannes der i laget af tilført materiale et krater, der, når laget ikke har særlig stor tykkelse, kan åbne sig igennem laget.

15 Et sådant fænomen er uhensigtsmæssigt, ud over den u-regelmæssige smeltning bevirker dette, at der er brud i overfladelagets isolation, hvilket kan medføre et mærkbart varmetab.

Enden af elektroden placeres derfor hensigtsmæs-20 sigt i tilstrækkelig afstand til at temperaturen i konvektionsstrømmen ved overfladen ikke er for høj i forhold til middeltemperaturen over hele arealet.

I praksis er det hensigtsmæssigt at sørge for, at afstanden mellem enden af elektroden og overgangsfla-25 den mellem glasset og laget af smeltbart materiale, der er under omdannelse, er på i det mindste en tiendedel af højden af glaslaget.

Det er klart, at niveauet af det smeltede glas kan variere i afhængighed af driftsbetingelserne (for 30 eksempelvis at forøge produktionen, forøges temperaturen og glasniveauet i ovnen synker). For at bestemme længden af elektroden, skal man derfor tage hensyn til det laveste niveau.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende un-35 der henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. la og lb viser henholdsvis ovenfra og i længdesnit en konventionel elektrisk ovn med placeringen 10

DK 159816 B

af elektroderne og fordelingen af de i den ene ende tilførte råmaterialer, fig. 2 set ovenfra en konventionel elektrisk ovn, hvori råmaterialet ensartet tilføres hele arealet, 5 fig. 3a til 3e eksempler på elektrodeopstillinger i en elektrisk ovn ifølge opfindelsen, fig. 4 et snitbillede, der viser forløbet for vertikale konvektionsstrømme i badet i en ovn ifølge opfindelsen, og 10 fig. 5 en opstilling af grupper af dobbelte elek troder i en ovn ifølge opfindelsen, set ovenfra.

Fig. la og lb viser en ovn af stor kapacitet, konstrueret på basis af tidligere kendte ovne, der opvarmes ved hjælp af brændere. En sådan ovn har aflang 15 form og smeltekarret har en længde på mere end 3 gange bredden.

Denne udformning er valgt for at fremme glassets fremadgående bevægelse under hvilken glaskvaliteten ændres, således at det glas, der udgår fra slusen l er 20 homogent.

I en sådan ovn indføres råmaterialerne gennem en åbning 2, der er beliggende i den ene ende af ovnen. Materialet afsættes på smeltebadet 3 og danner et lag 4, hvis tykkelse på grund af den progressive smeltning 25 af materialebestanddelene aftager i retning bort fra åbningen 2. Laget kan strække sig frem til den modsatte ende af ovnen ved slusen 1. Da slusen er neddykket, kan det tilførte materiale, der eventuelt endnu ikke er smeltet ikke føres forbi denne ende af ovnen.

30 For en ovn af denne art, kan man med den elek triske opvarmning opnå forhold af samme art som den man får hos ovne med brændere. I den i fig. la og lb viste udførelsesform er der anvendt elektroder 5 og 6 i regelmæssig opstilling på bunden 7 af ovnen. Disse 35 elektroder, der sammenknyttes parvis på begge sider af ovnen forsynes eksempelvis med enfaset strøm. Strømfor- 11

DK 159816 B

syningen til hvert enkelt elektrodepar 5, 6 kan foretages separat med henblik på regulering af temperaturværdierne i afhængighed af den pågældende zone af ovnen. Generelt set kræver sådanne ovne relativ stor plads og 5 stort energiforbrug.

Pig. 2 viser en elektrisk ovn af kvadratisk form, hvilken ovn gør det muligt at nedsætte varmetabene gennem væggene. I en ovn af denne art, der sædvanligvis har mindre dimensioner end de i fig. la og lb viste ovne 10 spredes de tilførte råmaterialer sædvanligvis ensartet over hele arealet af smeltebadet, og man sørger ligeledes for at temperaturen i badet, navnlig i kontakt med laget af råmaterialer er af en sådan art, at dette lag også smelter ensartet over hele det pågældende areal.

15 Derfor er elektroderne 8, 9, 10, 11 opstillede sym metrisk og den enfasede eller tofasede elforsyning foregår således, at hver elektrode afgiver den samme effekt.

I denne kendte konstruktion er elektroderne i re-20 lativ stor afstand fra hinanden, og det viser sig, at t smeltebadets opvarmning ikke er helt tilfredsstillende, og at det nominelle strømforbrug ikke er optimalt.

Fig. 3a til 3e viser eksempler på opstillingen af elektroderne i en elektrisk smelteovn ifølge opfindel-25 sen. For forenklings skyld viser disse figurer kun smeltebadets grænser og placeringen af elektroderne i ovnbunden. Den trefasede strømforsyning til de enkelte elektroder i fase med hinanden er angivet med de samme bogstaver R, S eller T.

30 Fig. 3a viser den mindste gruppe, der er opstil let i overensstemmelse med opfindelsen, dvs. hvor seks elektroder grupperes i to rækker 12 og 13. De tre elektroder i en og samme række er forbundet med hver sin fase, og de to midterste elektroder 14 og 15 er i 35 fase. De yderste elektroder i to naborækker 16 og 17 henholdsvis 18 og 19 har hver sin fase forskellig fra den anden.

DK 159816B

12 I de foretrukne, på tegningen viste udførelses-former er der ens afstande mellem elektroderne i den samme række og denne afstand er lig med afstanden mellem de to rækker.

5 I en ovn, der har denne udformning foregår hoved vekselvirkningerne naturligvis mellem de elektroder, der ligger tættest op ad hinanden. Der er vekselvirkning mellem elektroden 16 og elektroderne 14 og 17 og i mindre omfang med elektroden 15. Elektroden 14 har 10 vekselvirkning med elektroderne 16 og 18 og lidt mindre med elektroderne 17 og 19, osv.

Det er karakteristisk og bekræftes ved forsøgene, at selv om elektroderne ikke er opstillede i trekantmønster eller ved hjørnerne af en sekskant, er strøm-15 styrken i hver fase og energiudviklingen omkring de enkelte elektroder vel fordelt. Afvigelsen er på ikke mere end 5% og kan andrage mindre end 3%. Da elektroderne er jævnt fordelt over ovnbunden, indebærer dette, at der er en ensartet opvarmning af badet. Denne opstilling er 20 derfor velegnet til smeltning af de tilførte råmaterialer over hele arealet.

I en ovn af denne art, kan det smeltede glas ligegyldigt tages ud fra en af siderne, men udgangsrenden placeres fortrinsvis på en af smeltekarrets symmetriak-25 ser.

Fig. 3b viser en anden opstilling af samme art med tre rækker elektroder 20, 21 og 22. De to første rækker 20 og 21 fødes på samme måde som vist i fig. 3a, medens den tredje række 22 strømforsynes på 30 samme måde som rækken 20.

Selv om der er en mere kompakt form end i den foregående løsning er ligevægten i fordelingen i fig. 3b ikke så god, men afvigelsen mellem strømstyrkerne over hver enkelt fase andrager sædvanligvis ikke mere end 35 5%.

Fig. 3c viser en opstilling med fire rækker, hvilket svarer til en fordobling af den i fig. 3a viste

DK 159816B

13 opstilling, idet rækkerne opstilles parvis symmetrisk, således at rækkerne 23 og 24 har hosliggende elektroder i fase. I denne opstilling bliver den ene halvdel praktisk taget uafhængig af den anden, specielt når de 5 to halvdele af ovnen strømforsynes med hver sin transformer. Vekselvirkningerne mellem de to halvdele forbliver begrænsede, og der opnås en ganske god ligevægt.

Fig. 3d og 3e viser yderligere opstillinger med et endnu større antal elektroder, nemlig med en fordob-10 ling af antallet af rækker, der hver omfatter seks elektroder. Indenfor en og samme række er der en symmetrisk fasetilkobling, således at den ene halvdel A og den anden halvdel B praktisk taget fungerer uafhængigt af hinanden.

15 Fig. 5 viser en opstilling af samme art som i fig. 3c, men hvor man i stedet for enkeltelektroder har grupperet elektroderne parvis. Elektroderne indenfor en og samme gruppe ligger tilstrækkeligt tæt op ad hinanden til at de i praksis virker som en enkelt elektrode over-20 for de andre elektrodegrupper.

I fig. 3 og 5 er transformerne til trefaset strømforsyning skematisk vist ved små trekanter, som er anbragt overfor elektrodegrupperne. Dette tilkoblingsmønster er at foretrække, men der kunne anvendes andre 25 opstillinger, alt efter de anvendte transformeres effekt.

Fig. 4, der viser et snitbillede gennem ovnen og to vertikale elektroder 25 og 26 illustrerer virkemåden for ovnen.

30 Badet af smeltet glas 27 er overdækket med et lag 28 af smeltbart glasmateriale. Et på tegningen ikke vist arrangement sørger for på konventionel måde at fordele det tilførte råmateriale over hele arealet i en gentagen indviklet bevægelse.

35 Mellemrummet mellem materialelaget 28 og ovnens loft 29 kan være ret begrænset, men skal dog være til-

DK 159816 B

14 strækkelig højt til at rumme materialetilførselsarrangementet .

Som tidligere nævnt virker elektroderne 25 og 26 i badet 27 som en varmekilde, der fremkalder kon-5 vektionsstrømme som antydet ved pilene, der kun angiver strømmenes hovedretning.

Der er en opadgående bevægelse langs elektroderne, hvorpå det opvarmede glas følger overgangsfladen mellem smeltemassen og det overliggende materialelag 28, 10 hvorefter strømmen går nedad langs væggene og i den midterste zone af ovnen.

Denne hovedbevægelse ledsages af inducerede sekundære strømme, der er mere eller mindre kraftige. De ved I angivne pile antyder retningen af disse inducere-15 de strømme i nærheden af de opadgående strømme.

Den nederste del af elektroderne beskyttes mod errosion ved hjælp af sokler af meget modstandsdygtigt, ildfast materiale.

Det herefter angivne eksempel på udøvelse vedrø-20 rer en elektrisk glassmelteovn beregnet til brug i forbindelse med fremstilling af isolationsfibre, eftersom et glas af denne art ikke kræver en så omfattende klaringsbehandling. I den foreliggende situation føres glasset direkte fra ovnen til fiberfremstillingsappara-25 terne.

Til denne type anvendelser anvender man glasarter, der eksempelvis har følgende beskaffenhed angivet i vægtprocent:

Si02 60 - 67 CaO 6-9 30 A1203 3 - 5 MgO 0-4

Na20 + K20 16 - 20 B203 0-5

En sådan glassammensætning kan også omfatte forskellige mængder af MnO, BaO og diverse andre stoffer 35 i mindre proportion. De kan også indeholde fluor i en mængde, der sædvanligvis ikke overskrider 4%.

DK 159816B

15

Fluor har det velkendte formål at fremme smeltningen af glasmaterialerne. I modsætning til, hvad man konstaterer ved den konventionelle smeltning med brændere, giver tilstedeværelsen af fluor i elektriske ovne 5 ingen problem med hensyn til atmosfærisk forurening fordi der er ganske små mængder forurenende gasarter, der udgår fra disse ovne.

Det tilførte glasmateriale består af følgende råmaterialer: sand, feldspat, borax, natriumcarbonat, 10 dolomit, kalksten og spat-fluor.

Råmaterialet tilføres i form af en intim sammenblanding, der eventuelt allerede er forbrændt for at fjerne vandet. Smelteprocessen forgår i en ovn af den i fig. 5 viste type.

15 Bunden af ovnen har et areal på 6 x 8 = 48 m2 .

Baddybden kan variere alt efter driftsforholdene, og den kan nå op på maksimalt 1,6 m og afhængigt af længden af elektroderne falde ned til 1,10 m.

Elektroderne består af molybden og har en diame-20 ter på 70 mm, og de står i kontakt med badet over en længde på ca. 800 mm. Efter omstændighederne, kan denne længde gøres 200 mm større eller mindre.

Effekten fra forsyningsnettet er af størrelsesordenen 11000 kVA, og på grund af tabene i transfor-25 merne og i tilslutningsledningerne er den disponible effekt på ca. 10500 kVA. Spændingen i hver fase er justerbar, og den kan være på maksimalt 200 V.

Med denne disponible effekt, kan ovnens produktionskapacitet andrage maksimalt ca. 220 tons pr. døgn, 30 dvs. 4,5 ton/m2 pr. døgn.

Ved produktionsmaksimummet er smelteglassets temperatur ved udgangen fra ovnen på ca. 1450°C og det nominelle elforbrug er på ca. 850 kWh pr. ton af produceret glas.

35 Ovnen kan uden vanskeligheder også fungerer med en lille produktion af størrelsesordenen 1 ton/m2 pr. døgn eller mindre.

16

DK 159816 B

For en produktion på 50 ton pr. døgn er glassets temperatur ved udgangen fra ovnen kun på 1250°C og i så fald andrager energiforbruget ca. 950 kWh pr. ton.

De ovenfor angivne værdier for elforbruget er op-5 nået med den ovenfor beskrevne komposition til hvilken der er tilsat 10% glasskår.

Under hensyntagen til mængden af smeltet glas, er disse resultater bemærkelsesværdige først og fremmest ved det lave specifikke energiforbrug og ved den lave 10 arbej dstemperatur. Uanset den driftstilstand man vælger andrager den energibesparelse man kan opnå med ovnen i relation til tidligere kendte ovne (med den samme pro-dutionskapacitet) mere end 6%.

Dertil kommer, at ovnen ifølge opfindelsen kan 15 fungere med en meget lavere produktionsevne end den man kunne opnå med de tidligere kendte ovne.

Disse forbedringer skyldes, som tidligere nævnt, den særlige udformning af ovnen. Afstanden mellem elektroderne er på 1,9 m, hvilket svarer til et forhold: 20 nd2/s = 12 (1,9)2 / 48 = 0,9

En anden fordel ved ovnen ifølge opfindelsen ligger i, at der for en ækvivalent produktion og med en 25 lavere arbejdstemperatur er en meget mindre errosion af det ildfaste materiale og af elektroderne. Ovnen ifølge opfindelsen har således en længere levetid, hvilket er en særlig fordelagtig økonomisk faktor.

30 35

Claims (9)

1. Elektrisk smelteovn til glassmeltning og af den art, hvor smelteenergien optræder som Joule*sk varme 5. smeltemassen, hvilken ovn omfatter elektroder, der er opstillet lodret i ovnbunden, og som fødes med trefaset strøm, kendetegnet ved, at elektroderne over hele ovnbundens areal er regelmæssigt fordelt i mindst ét ordnet arrangement omfattende to rækker af tre ækvi- 10 distante elektroder, der hver forsynes fra sin egen fase R, S, og T, at faserne til elektroderne i de to rækker er ordnet i indbyrdes omvendt rækkefølge (R,S,T og T,S,R), således at de to midterste elektroder er i fase og yderelektroderne har forskellige faser, og at afstan- 15 den mellem to elektroder i en og samme række tilnærmelsesvis er lig med afstanden mellem de to rækker.

2. Ovn ifølge krav 1, kendetegnet ved, at elektroderne er opstillede i et lige antal rækker af tre elektroder til dannelse af de ordnede arrangementer 20 (R,S,T; T,S,R), og at disse arrangementer har en sådan opstilling, at elektroderne til to naborækker i to naboarrangementer er ordnet i samme rækkefølge (R,S,T; R,S,T).

3. Ovn ifølge krav 2, kendetegnet ved, 25 at afstanden mellem to rækker i to hosliggende, ordnede arrangementer er lig med afstanden mellem rækkerne i det samme arrangement.

4. Ovn ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den omfatter tre rækker elektroder, og at rækkefølgen 30 for elektrodefaserne i naborækker er R,S,T; T,S,R; R,S,T.

5. Ovn ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at den omfatter rækker med et multiplum af tre elektroder, og at rækkefølgen af elektrode- 35 faserne er vendt om for hver gruppe af tre elektroder (R,S,T; T,S,R; R,S,T/·.«)» 18 DK 159 816 B

6. Ovn ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at elektroderne er jævnt fordelt over hele arealet af ovnbunden S, og at den korteste afstand d mellem elektroder, mellem hvilke der foregår vekselvirkning er således, at forholdet nd2/S ligger på mellem 0,4 og 1,4, hvor n betegner antallet af elektroder eller elektrodegrupper.

7. Ovn ifølge krav 6, kendetegnet ved, at forholdet nd2/S ligger på mellem 0,6 og 1,25.

8. Ovn ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at den minimale produktion i nedsat drift er mindre end en sjettedel af den maksimale produktion.

9. Ovn ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at der i stedet for elektroderne findes grupper af ens, cylindriske elektroder, og at afstanden mellem akserne i to hosliggende elektroder i en og samme gruppe ligger på mellem to gange elektrodens diameter og otte gange elektrodens diameter.