FI59778B - Apparat foer upphettning av smaelt termoplastiskt material - Google Patents

Description

R5F1 M (11) KUULUTUS,ULKAISU ςο77ο

JgTA LJ 1 ' UTLÄGGNINGSSKR1 FT D^/ZÖ (45) Patent ne-.:i Jc lit ^ ^ (51) Kv.lk.3/lnt.Cl.3 0 03 B 5/027 SUOMI—FI N LAN D pi) Pwn«ih*wui-p«t«w(Mi(ii»i 76038)4 (22) Hakamltpllvi — An*6knlng*dftf 17.02.76 (23) Alkupiivt — Glltljhuudtf 17-02.76 (41) Tullut JulklMktl — Bllvlt offamllg 19.08.76

Patentti- ja rekisteri hallitut .... ... , . .. ,. , _ ' (44) Nlhtivlktlpenon |a kuuLfulkaltun pvm. —

Patent· och registerstyreleen Anaökan utlt|d och «Ukrtftun publkarad 30.06.8l (32)(33)(31) Pyydetty atuelkau*—Buglrd prlorltet l8. 02.75 USA(US) 550809 (71) Ovens-Coming Fiberglas Corporation, Fiberglas Tower, Toledo, Ohio L3659 USA(US) (72) Magnus Laird Fröberg, Granville, Ohio, John Fletcher Maddux, Heath, Ohio, USA(US) (7M Oy Kolster Ab (5)4) Laitteisto sulan termoplastisen aineen kuumentamiseksi - Apparat för upphett-ning av smält termoplastiskt material

Keksinnön kohteena on laitteisto sulan termoplastisen aineen, erikoisesti sulan lasin kuumentamiseksi jouleilmiön avulla, johon laitteistoon kuuluu säiliö, jossa on tulenkestävää ainetta olevat sivuseinät, joiden sähkövastun on pienempi kuin termoplastisen aineen sähkö-vastus kuumennuslämpötilassa, kaksi tai useampia pareja elektrodeja, jotka on sovitettu säiliöön kosketukseen sulan termoplastisen aineen kanssa ja sijaitsevat poikittaisesti parittain sivuseinien välissä peräkkäin sivuseinien pituussuunnassa, sekä elektrodipareihin liitetty vaihtojännitelähde, jolloin jännitteet, jotka kytketään elektrodipareihin, ovat vaihesiirretyt toistensa suhteen.

Seuraavassa keksinnön esityksessä tullaan lasia erityisesti käsittelemään esimerkkinä termoplastisesta aineesta, jota uunissa käsitellään. Tulee kuitenkin todeta, että myös muita korkean sähköisen ominaisvastuksen aineita voidaan käsitellä keksinnön mukaisella laitteistolla käsittelylämpötilassaan, mikä vastaa em. sulaa tilaa, ja aikaansaa vastaavat edut, joita saavutetaan sen lasin käsittelyssä, jota tullaan kuvaamaan.

Lasin valmistaminen suurissa määrin on tavanomaisesti aikaansaatu sulattamalla ja puhdistamalla lasin ainesosasia taikka lähtöaineita suhteellisen suurissa kammioissa, joita kuumennetaan poltta- 2 59778 maila fossiilista polttoainetta. Ympäristötekijät ja polttoaineen lisääntynyt vajaus on viime aikoina tuonut mukanaan erityistä mielenkiintoa sähköiseen kuumentamiseen keinona lasin sulattamiseen ja puhdistamiseen. Tällainen kuumentaminen, erityisesti kun jatkuva peite tai kerros sulattamatonta ainesmassaa kelluu sulatetun lasin pinnalla koko tai oleellisen osan vapaasta pinnasta päällä siitä aineksesta mitä uunissa on tuo mukanaan säästöjä lämpötaloudessa tämän ainesmäärän kerroksen termisten eristämisominaisuuksien ansiosta, lämpötilan laskemisen siinä lasissa jota lasketaan ulkoilmaan ja kaasumaisten ainesosasten poispäästön pienentymisen lasin sulatus-ja puhdistamismenettelystä.

Niissä tapauksissa, jossa lasilla on suhteellisen alhainen sähköinen ominaisvastus sulatuksen ja työskentelyn lämpötiloissa, esim. alkaaliboorisilikaatti- ja natriumsilikaattilaseissa on jou-leilmiön kuumennustyyppiä, missä sähkövirtaa syötetään sulan lasin läpi jotta tämä tällöin toimisi lämmitysvastuksena käytetty tehokkaasti. Lasi ja muut termoplastiset aineet, joilla on suhteellisen korkeat sähköiset vastusarvot työlämpötiloissa, joissa ne ovat sulassa tilassaan ovat kuitenkin tuoneet mukanaan ongelmia, joita ei tyydyttävästi ole onnistuttu ratkaisemaan suuren mittakaavan kaupallisen valmistamisen yhteydessä.

Vaikeuksia on erityisesti ilmennyt yritettäessä soveltaa jouleilmiöllä lämmittämistä eli kuumentamista kaupallisten määrien valmistamiseen sitä lasiseosta, joka tunnetaan E-lasina ja mikä tyypillisessä tapauksessa sisältää:

Si02 54 % A1203 14 %

CaO 17,5 %

MgO 4,5 % b2o3 10 % Tällainen lasi vaatii korkeita lämpötiloja sulattamiseensa ja puhdistamiseensa, sillä on suhteellisen korkea sähköinen ominaisvastusarvo ja suhteellisen jyrkkä negatiivinen lämpötilakerroin sähköistä vastusta ajatellen.

Tulenkestävillä aineilla, joita käytetään sulan lasin säiliöissä lasia sulatettaessa, puhdistettaessa ja työstettäessä on käyttökelpoinen elinikä, joka primäärisesti määräytyy siitä nopeudesta, 3 59778 jolla tulenkestävä aines joutuu hukkaan. Se investointi, joka liittyy tällaisten säiliöitten valmistamiseen ja uudelleen muodostamiseen asettaa vaatimuksia eliniästä joka on useita vuosia jatkuvassa uunikäytössä, missä normaalin käytön aikana jatkuvasti syötetään syöttöainesta sisään ja vastaavasti poistetaan lasia ulos.

Eräs edullisena pidetty seinäaines sulan lasin säiliötä varten on kromioksidi. E-lasia työstetään tai käsitellään tyypillisessä tapauksessa lämpötila-alueella väliltä 1316°C aina 1510°C läheisyyteen sakka. Näissä lämpötiloissa toimivat kromioksidia olevat tulenkestävät aineet tyydyttävästi tarvittavan uunin eliniän kuluessa kun uunia lämmitetään polttamalla fosfiilista polttoainetta, toisin sanoen tulenkestävä aines on alttiina mekaaniselle eroosiolle, jota lasin ainesosaset aiheuttavat sekä termiselle että kemialliselle korroosiolle taloudellisesti hyväksyttävissä olevalla nopeudella. Kun kuitenkin on suoritettu kokeita kuumentaa E-lasia jouleilmiön kuumentamisen avulla on havaittu, että kromioksidia olevat tulenkestävät ainekset tuhoutuvat suurella nopeudella, mikäli ei erityisiä vastatoimenpiteitä suoriteta.

Eräs tapa suojata tulenkestävää kappaletta tai ainetta joka on kromioksidia on esitettynä U.S.A. patenttijulkaisussa 3.806.621 jolloin ainakin eräs sivuseinä ja tavallisimmin kaikki sivuseinistä sulatuskammiossa on valmistettu vähän liukoisuutta osoittavasta tulenkestävästä kromioksidin aineksesta ja pohja on valmistettu tulenkestävästä aineesta, jolla on korkea sähköinen vastusarvo tässä sulan lasin lämpötilassa, jolloin joukko elektrodeja on sijoitettuna kammioon niin että ne ainakin osittain ympäröivät yhtä "tai useata yhteistoiminnassa yhteen kytkettyä elektrodia niin että rajoitetaan suurinta jännite-eroa tai sähköistä kuormitusta sivuseinässä, mikä saattaa muodostua siitä jännitteestä, joka elektrodien välille sovitetaan, jotta aikaansaataisiin jouleilmiöllä kuumentaminen. Kun yhteenkytketyt elektrodit sijoitetaan seinän ja yhteistoiminnassa olevan elektrodin taikka yhteistoiminnassa olevien elektrodien väliin mikäli niitä on useita aikaansaadaan esto-osa eli suoja-rengas mitä tulee jännite-eroon taikka sähköisiin rasituksiin suhteen sivuseinässä. Eräässä järjestelyssä on esto- eli suojaelektro-dit maadoitettu ja on se tai ne elektrodit, joita ne ympäröivät liitetty jännitettä syöttävälle puolelle energian syöttölähteestä.

59778

Tyypillinen tulenkestävä aines, jolla saadaan suhteellisen korkea sähköinen ominaisvastusarvo sulan lasin lämpötilassa on suuren tiheyden sirkoni. Tätä ainesta käytetään uunin pohjaan kyseisen patenttijulkaisun mukaisesti. Vaikkakin tulenkestävällä sirkoniainek-sella, jolla on korkea tiheys on oleellisesti suurempi sähköinen vastusarvo kuin E-lasilla sulan E-lasin lämpötilassa on se alttiina nopealle tuhoutumiselle eroosion ja korroosion vaikutuksesta kun sitä käytetään lasiastian tai säiliön sivuseiniin.

Menetelmä sen laajuuden rajoittamiseksi, missä sähköistä kuumentamista esiintyy sulassa lasissa lasisäiliön sivuseinien läheisyydessä on jo aikaisemmin kuvattu joukossa patentteja. Kumpikin U.S.A. patenttijulkaisuista 2.089.689 ja 2.089.690 kuvaavat rakenteita, joissa elektrodit on viety lasisulatteen säiliön sivuseinien lävitse tai on niissä ainakin sähköisesti johtavia osia, jotka ovat kosketuksissa näiden sivuseinien kanssa ja ulottuvat sähköisen energian syöttölähteen ja kosketuksissa säiliössä olevan lasin kanssa olevien elektrodien välin'yli. Esimerkkejä muista patenteista, joissa käytetään erityistä elektrodien sijoitusta lasisulateuunissa, jotta vältettäisiin sulan lasin paikallista kuumentumista seinien läheisyydessä muodostuu U.S.A. patenttijulkaisuista 2.267.537, 2.552.395, 2.636.913 ja 3.409.725. Näitten tunnettujen patenttien mukaiset järjestelyt ovat olleet tyydyttäviä mitä tulee lasin kokoomuksiin suhteellisen alhaisilla sähköisillä vastusarvoilla sulassa tilassa, mutta kun lasikokoomuksia, joilla on sulassa tilassa suhteellisesti ottaen suurempi vastusarvo * kuin mitä on vastusarvo ympäröivälle tulenkestävälle ainekselle,käsitellään vastaavilla järjestelyillä, muodostuu sietämättömän voimakasta tulenkestävän aineksen tuhoutumista jouleilmiöllä kuumennettaessa. Mitä koskee esim. U.S.A. patenttijulkaisujen 2.089.689 sekä 2.089.690 tapauksia tulisivat pienen vastusarvon sivuseinät johtamaan suuremman osuuden siitä virrasta, joka on peräisin elektrodeihin syötetystä jännitteestä, minkä johdosta ainoastaan pieni osuus tästä virrasta tulisi kulkemaan lasissa muodostamaan jouleilmiöllä kuumentamista. On havaittu, että virran kulku tulenkestävässä aineessa muodostaa pääsyyn tämän aineen tuhoutumiseen.

Eroosio ja korroosio ovat erityisen kiusallisia rajapinnoilla. Mitä tulee jouleilmiöllä kuumentamisen elektrodeihin lasille ovat 5 59778 nämä elektrodit intensiivisen syöpymisen kohteena ilman ja lasin, ilman ja massaaineksen sekä massa-aineksen ja lasin rajapinnoilla, niin että elektrodien elinikä pienenee voimakkaasti mikäli ei tällaisia rajapintoja ja mahdollisia hapettavia olosuhteita vältetä korkeissa lämpötiloissa. Kuten on esitetty amerikkalaisessa patenttijulkaisussa 3 806 621 voidaan elektrodit viedä uuninpohjan läpi tietylle tasolle saakka ylemmän pinnan alle eikä seiniä, joiden kautta elektrodit on sinne viety ole valittu erityisesti sietämään lasin käsittelyyn tarpeellisia korkeita lämpötiloja ja koska sivuseinillä on alhaisempi sähköinen vastusarvo kuin mitä on sulalla lasilla.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on pääasiallisesti tunnusomaista, että elektrodit on sijoitettu’säiliöön sellaisella tavalla toistensa suhteen ja sivuseinien suhteen, että virtaratojen vastus sulassa termoplastisessa aineessa kunkin elektrodin ja sivuseinien välillä on suurempi kuin vastus termoplastisessa aineessa pariin kuuluvien elektrodien välillä sen ohitusvirran rajoittamiseksi, joka kulkee sivuseinissä kuhunkin pariin kuuluvien elektrodien välillä, ja että jännitelähde on kytketty vastaaviin elektrodi-pareihin toistensa suhteen vaihesiirrettyjen jännitteiden kytkemiseksi vastaaviin elektrodipareihin erillisten jännitteensäätö-laitteiden kautta sellaisella tavalla, että niillä sivuseinäosilla, jotka voisivat johtaa ohitusvirtaa diagonaalisesti sovitettujen elektrodien välillä, joihin kytketään suurempi potentiaaliero, on suurempi sivuseinäpituus kyseessä olevien elektrodien välillä, joka on suurempi kuin niiden sivuseinäosien pituus, jotka sijaitsevat lähimpänä elektrodeja, joihin kytketään pienempi potentiaali-ero .

Eräässä järjestelyssä käytetään säiliön sivuseiniä valmistettun tuna korkean liukoisuuden tulenkestävästä aineesta, edullisimmin kromioksidista ja tulenkestävän aineen pohjaosaa,jolla on suhteellisen korkea sähköinen ominaisvastus esim. sirkonista, mistä kulkee läpi elektrodien asettelu, jolloin kukin näistä sijaitsee kauempana säiliön sivuseinistä kuin mitä on elektrodien etäisyys siitä elektrodista tai niistä elektrodeista, joihin pääosa niiden virrasta kulkee lasin lävitse. Pohjan eroosiota esiintyy paljon alhaisemmalla nopeudella kuin mitä tulee sivuseinien eroosioon, minkä johdosta suhteellisen korkea liukoisuus sirkoonin pohja-ainekselle on siedettävissä, erityisesti siinä suhteessa, että terminen profiili pystysuunnassa lasin lävitse on sellainen, että lasi välittömästi pohjapinnan vieressä on lämpötilaltaan suhteellisen alhaista ja 6 59771 vaimentava kerros sulaa lasia ulottuu täten pohjapinnan yli eristäen tämän pinnan niistä lasivirtauksista, joita esiintyy konvek-tion avulla sulan lasin kappaleessa. Mitä tulee E-lasiin on tulenkestävällä kromioksidiaineksella sähköinen ominaisvastus suuruudeltaan noin 1/10 määrään noin 1/6 lasin ominaisvastuksesta työsken telylämpötilan alueella välillä 1260°C - 1482°C. Tulenkestävä sir-koniumia oleva pohja-aines on vastusarvoltaan likimain 66 kertainen lasin vastusarvoon verrattuna 1260°C lämpötilassa muuttuen määrään noin 60 kertaiseksi lasin vastusarvoon verrattuna 1422°C lämpötilassa.

Vaikkakin kromioksidin korroosio kiihtyy kun virtaa syötetää sen lävitse on havaittu, että eliniän lyheneminen kromioksidilla, joka edullisesti on tulenkestävänä aineena lasiuunin sivuseiniä varten sijaitsee siedettävän tason puitteissa kuin virtatiheys tulenkestävässä aineessa on rajoitettu sellaiseen tiheysarvoon, joka ei ole suurempi kuin noin 0,31 ampeeria/cm .

Oheisessa piirustuksessa on kuvio 1 yläkuvanto keksinnön mukaisesta laitteistosta, jolla sulatetaan lasia ja siinä nähdään kolmivaiheinen syöttölähde, jossa on erillinen vaihe kuhunkin kolmesta elektrodipareista, jolloin katkoviivoilla esitetään johtavia päävirtateitä uunin sivuseinissä ja sulassa lasissa kun taas kuvio 2 on poikkileikkauskuvanto lasiuunin astiasta ja kaulasta otettuna pitkin viivaa 2-2 kuviossa 1.

Astiaosa 10 lasisulateuunista tämän keksinnön mukaan esitetään yläkuvantona ja sivukuvantona kuvioissa 1 ja 2. Tämä uuni voidaan järjestää käyttämään yksinomaan jouleilmiöllä kuumentamista tai jouleilmiöllä kuumentamista yhteydessä lämmön tuomisen kanssa niiden aineksien pinnan yläpuolelle, joita astiassa sijaitsee,

Keinot lämmön syöttämiseksi ainesosasten yläpuolelle, se holvi joka ympäröi tilaa ainesosien yläpuolella lämmön sulkemiseksi sinne ja sen suuntaamiseksi ainesosia kohden ja savukaasuportit tilaan tuule-tamiseksi ulkoilmaan on jätetty nyt esittämättä oheisesta selityksestä jotta keksintö tulisi käymään selvemmin ilmi.

Yleisesti ottaen on ainesmäärän syöttämisen ja ylempi lasin Ϊ mentamissysteemin järjestely tavanomaisia, toisin sanoen kuten on e; tetty kuvioissa 1 ja 2 syötetään syöttöaines aineksen syöttöosuuksi: 11 ja 12 sivuseinissä 13 ja 14 taemmassa osassa astiaa 10 takaseinä! 15 vieressä. Aineksen syöttäjät (joita ei ole esitetty) jotka ovat tavanomaisesti sekoitintyyppisiä on asennettuna kuhunkin 7 59778 syöttöosuuteen ja ne on sovitettu työntämään ainesmäärää kohden sulan lasin pintaa siten että se kelluu pinnan tietyn osan tai koko pinnan päällä. Koska syöttöaineksella on paljon korkeampi sähköinen ominais-vastus kuin sulalla lasilla ei sen jakautuma sulan lasin päällä astiassa 10 tule oleellisesti vaikuttamaan sähköisiin ominaisuuksiin tälle systeemille. Syöttöaines voi täten olla rajoittunut yksittäisiin pintaosiin alueilla välittömästi syöttöaineksien osuuksien 11 ja 12 vieressä, se saattaa muodostua peitteestä tai kerroksesta, joka ulottuu jatkuvasti sivuseinästä 13 sivuseinään 1*+ saakka, takaseinästä huomattavan matkan verran etuseinää 16 ja kaulaa 17 kohden, mistä sulaa lasia poistetaan tästä astiasta tai se saattaa kokonais-suudessaan peittää sulan lasimassan tässä astiassa. Toisena mainittu vaihtoehto on kuviossa esitetty. Täten ulottuu tietty aineskerros 18 pitkin uunin pituutta takaseinästä 15 etuseinää 16 kohden tiettyyn etureunaan 19 saakka, minkä jälkeen loppuosa vapaasta pinnasta muodostuu sulasta lasista 21. Kuten on esitetty kuvion 2 poikkileikkauksessa on tällä ainespeitteellä 18 rajapinta 22 tämän alla sijaitsevaan sulaan lasiin 23 nähden, mihin sisään sitä jatkuvasti hitaasti sulaa. Tällainen järjestely sisältää holvin, joka sulkee sisäänsä peitteen 18 yläpuolella olevaan kaasukehän ja sulan pinnan 21, pinnan 21 yläpuolella olevat kuumentimet sekä savukaasu-aukon tästä holvista (mitään näistä ei ole esitetty) niin että kun uunia lämmitetään fossiilisella polttoaineella voitaisiin aikaansaada tietty tyyppi yhdistettyä sähköistä kuumennusta ja fossiilin polttoaineen polttamista.

Keksintö kohdistuu erityisesti lasiastioihin, joissa sulatetaan ja puhdistetaan lasia, jolla on korkea ominaisvastus sulassa tilassaan sen sulattamisen ja puhdistamisen lämpötiloissa. Tällaiset lasit luokitellaan vähäalkalilaseiksi, esim. E-lasiksi. E-lasilla on paljon korkeampi vastusarvo kuin mitä on lasilla, jota normaalisti kuumennetaan jouleilmiölämmityksellä, joita viimemainittuja laseja luokitellaan laseiksi joilla on suhteellisen korkea alkaliosuus (suuruusluokaltaan 15 paino-% alkalia), esimerkkitapauksessa alkali-boorisilikaattilasi jota käytetään lasivillan valmistamiseen ja millä on paljon korkeampi ominaisvastusarvo kuin joukolla tulenkestäviä aineita, jotka soveltuvat sulan lasin sisäänsä sulkemiseen lasin työstämisen lämpötiloissa. Lasin jouleilmiöllä kuumentaminen 8 59778 kun sillä on korkea ominaisvastus tuo täten mukanaan häviöitä ohi-tusvirtojen vaikutuksesta tulenkestävässä aineessa, joita ei esiinny pienen vastusarvon lasilla.

Lasi jolla on korkea sähköinen ominaisvastus vaatii tavanomaisesti korkeammat sulattamisen, puhdistamisen ja työstön lämpötilat. Aikaisemmin havaitut haitalliset ilmiöt lisääntyneissä lämpötiloissa tulenkestävässä aineksessa joutuvat lisättäviksi haitallisiin sähköisiin vaikutuksiin, joita aikaansaadaan korkean ominaisvastusarvon lasilla. Peukalosäätönä voidaan esittää, että tulenkestävän aineen kulumisnopeus kaksinkertaistuu likimäärin kutakin 55°C (100°F) läm-pötilanlisäystä kohden lasin käsittelylämpötiloissa.

Eräs edullisena pidetty tulenkestävä aines lasia varten, jota käsitellään korkeissa lämpötiloissa lämpötila-alueella 1370°C-1510°C on kromioksidi mitä tulee sen kulumisnopeuteen. Voimakkain kuluminen saavutetaan lasin pintatasolla, se tahtoo sanoa rajapinnalla sulan lasin ja uunin kaasukehän välillä siinä tapauksessa, jossa sulan lasin vapaa pinta on alttiina tälle kaasukehälle ja rajapinnalla sulan lasin ja syöttöaineksen välillä kun tietty kerros syöttöaines-ta kelluu sulan lasin päällä. Käytettäessä sitä sivuseiniin lasi-astiassa, jossa toteutetaan E-lasin jouleilmiöllä kuumentamista on havaittu, että kromioksidin korroosio on funktio sähköisestä virta-tiheydestä tässä tulenkestävässä aineessa. Verrattaessa korroosionopeuksia korroosioon, missä mitään sähkövirtaa ei esiinny vastaavassa lämpötilassa tulee sulalle E-lasille näkyviin että mitään huomattavampaa vaikutusta kromioksidin korroosion kestävyyteen ei voida 2 havaita kun virran tiheyden arvo 0,31 ampeeria/cm tai sen alle syötetään tämän kromioksidin kautta lasin rajapinnalla. Arvolla 0,37 amppee-2 ria/cm oli kuitenkin korroosionopeuden lisääntyminen kromioksidille 2 suuruusluokaltaan noin 15 %, arvolla 1,13 amppeeria/cm havaittiin 2 90 % suuruinen eliniän lyhentyminen ja 1,36 amppeeria/cm virralla pieneni tulenkestävän kromioksidiaineksen elinikä 98 % määrällä. Kromioksidin korroosio lasin alla ei ollut niin suuri kuin mitä havaittiin lasin pinnalla.

Suuren tiheyden sirkoni (esim. 4,25 g/cm ) omaa hyvin paljon suuremman sähköisen ominaisvastuksen kuin kromioksidi, joskin sen korroosion vastustuskyky on huomattavasti huonompi kuin mitä on kromioksidin. Kuten käy ilmi taulukosta I on sen sähköinen vastusarvo määrästä noin 1000 kertainen määrään noin 300 kertainen tulenkestävän 9- 59778 kromioksidiaineksen ominaisvastukseen verrattuna lämpötilavälil-lä 1149°C - 1538°C.

Suhteelliset sähköiset vastusarvot kromioksidille, sirkonille, tyypilliselle korkean alkalimäärän lasille ja tyypilliselle E-lasille erilaisissa lämpötiloissa ja toiminta-alueella tälle lasille on.esitettynä alempana esitettävässä taulukossa.

* "Taulukko 1. Ominaisvastus yksikkönä ohmi cm

Alkaliboori- silikaatti- Suuren cminais- Eämpötila lasi (lasivil- vastuksen lasi θ£ Kjromioksidi Sirkani lalasi) (E-lasi) 1149 18,5 1,9 x 10U 7,2 .5,6 x 102 1204 13 1,4 x 10** 6 2,6 x’102 1260 9,6 1 X 10** 5 1,5 x 102 1316 7,4 6,4 x 103 4,4 84 1371 .5,8 4,3 x 103 3,8 53 1427 , 4,8 2,5 x 103 3,4 34 1482 4,1 1,5 X 103 3,0 24 1538 3,6 1,1 X 103 2,8 17

Niissä tapauksissa, joissa jouleilmiöllä kuumentamista käytettiin alhaisen sähköisen ominaisvastuksen lasille verrattuna uunin · sivuseinien sähköiseen vastusarvoon kyseisissä työskentelylämpöti-loissa on sähköinen johtavuusrata sivuseinien kautta jätettävissä huomiotta, toisin sanoen lasin vastus on määräävänä syötettäessä sähkövirtaa elektrodien välitse sulatteessa koska se on suhteellisen alhainen verrattuna sähköiseen vastusarvoon piireissä, joihin uunin seinät sisältyvät, minkä johdosta suurin osuus virrasta elektrodien välillä rajoittuu sulaan lasiin. Alhaisen ominaisvastuksen lasin " 1 jouleilmiöllä kuumentaminen on täten voitu toteuttaa menestykselli sesti ilman että suuremmassa määrin tarvitsisi kiinnittää huomiota ohitusratoihin tätä sisäänsä sulkevassa tulenkestävässä aineksessa.

Suurivastuksellisella lasilla, mistä esimerkkinä on E-lasi, on sähköinen ominaisvastus, mikä on oleellisesti korkeampi kuin mitä on sen tulenkestävän aineksen ominaisvastus, jota korroosio-ominaisuuksien ja eroosiokestävyyden perusteella voidaan suositella käytet- 10 59778 täväksi uunin sivuseinissä. Tästä seurauksena saattavat ne sähköiset jännitteet, joita esiintyy lasissa olevien elektrodien välillä joule-ilmiöllä kuumentamista varten siinä kehittää huomattavia virtoja tähän tulenkestävään ainekseen pitkin sähköisiä ratoja, jotka ovat rinnakkain niiden virtaratojen kanssa, joissa saavutetaan jouleilmiöllä kuumentamista.

On tavallisimmin oletettu, että vallitsevin osuus jouleilmiöllä kuumentamisesta tapahtuu elektrodien läheisyydessä, koska suurin virtatiheys sijaitsee tällä alueella. Tendenssi uuneja rakennettaessa, joissa käytetään jouleilmiöllä kuumentamista on tämän johdosta ollut jakaa elektrodit pitkin huomattavaa osuutta lasin tilavuudesta, jotta jaettaisiin tasan lämpöä ja saavutettaisiin tasainen lämmittäminen. Tällainen jakautuma aikaansaa elektrodeja, jotka sijaitsevat lähellä uunin seinämiä. Vaikkakin tämä oli soveliasta niissä tapauksissa, että tulenkestävillä seinillä oli korkea sähköinen ominaisvastus sulaan lasiin verrattuna kehitti tällainen elektrodien asettelu suhteellisen alhaisen vastusarvon elektrodien ja seinien välille ja tämän johdosta muodosti pienen vastusarvon ratoja sille virralle, jota lasiin syötetään jotta toteutettaisiin jouleilmiöllä kuumentamista.

Sovelias elektrodien järjestely jouleilmiöllä kuumentamista varten lasissa on tuoda johtavat liitokset elektrodeihin uuninseinän läpi lasin pinnankorkeuden tason alapuolella, jotta rajapinnat ilman ja lasin taikka ilman ja ainesmassan ja syöttöaineksen ja lasin välillä voitaisiin välttää tämän elektrodin pinnalla. Eräs menetelmä on asentaa elektrodeja pystysuunnassa astian pohjapinnan lävitse, kuten on esitetty elektrodeilla 24-29 astian 19 pohjassa 31. Tällaiset elektrodit ovat tavanomaisesti eristettyjä hapettavista aineista kuumemmissa alueissa, jotta saatettaisiin minimiinsä näiden elektrodien hapettuminen. Molybdeeniä olevia elektrodeja, joilla on suorakulmainen sylinterimuoto ja lävistäjämitta suuruusluokaltaan 7,5 cm on tyypillisessä tapauksessa koteloitu tankin säiliön pohjan alueelle siten, että niitä jäähdytetään lämpötilaan alle noin 340°C siinä pisteessä, missä ne poistuvat ulos vaipasta. Ilma- tai vesijäähdytys vaipalle saattaa olla käytössä ja typpi on käytössä sovelias hapet-tamaton kaasusuojakehä kuumempien osien ympärille tässä vaipassa olevissa elektrodeissa.

11 59778

Jotta kromioksidin erinomaisia korroosien sieto-ominaisuuksia voitaisiin käyttää sähköuuneissa ilman että aikaansaataisiin pienen vastusarvon ohitusta elektrodien 24-29 välille paikoissa, jossa ne lävistävät astian 10 tulenkestävän pohjaseinän 31 käytetään kromioksidia sivuseinissä ja muissa alueissa, jotka ovat alttiina korkealle eroosion nopeudelle ja/tai korkeille korroosiomäärille seurauksena termisestä ja kemiallisista vaikutuksista samanaikaisesti kun niitä pidetään kohtuullisen etäällä metallisista johtimista kuumennussystee-missä. Sirkoonia käytetään astian pohjaan 31, jotta aikaansaataisiin korkea sähköinen vastusarvo elektrodien välille työskentelylämpötliassa. Korroosionopeudet uunin pohjassa ovat suhteellisen alhaisia minkä johdosta sirkonipeite soveltuu eliniältään kromioksidin elinikään sivuseinien lasin pintaviivalla, sisäänsyöttöosuuksissa 11 ja 12 sekä kaulassa 17.

Sähköinen eroosio tehdään minimaaliseksi siten että virta sivuseinien kautta pidetään samana kuin jouleilmiöllä kuumentamisen 2 virta virtatlheydeltään alle 0,31 amppeena/cm määrän. Tämä aikaansaadaan suhteittamalla eli mitoittamalla niiden virtaratojen pituudet, joihin sisältyy pienen ominaisvastuksen sivuseinien osuuksia niiden virtaratojen pituuksiin verrattuna, joita aikaansaadaan suhteellisen suuren ominaisvastuksen sulassa lasissa, mihin tahansa käytettyyn jännitteeseen ja tarvittavaan virtaan nähden jouleilmiöllä kuumentamista varten, niin että seinien virta rajoittuu haluttuun virtatiheyteen sen ollessa riippuvainen kokonaisvastuksista vastaavissa virtaradoissa.

Eräs esimerkki elektrodijärjestelystä, joka toteuttaa halutut kriteeriot esitetään elekrodiparin 24-25 avulla kuvioissa 1 ja 2. Sivuseinät 13 ja 14 muodostuvat kromioksidista rajapinnaltaan tulenkestävän aineen ja lasin välillä ja pohjaseinä 31 on sirkonia rajapinnaltaan tulenkestävän aineen ja lasin väliltä. Molybdeeniä olevat elektrodit 24 ja 25 joiden halkaisija on 7,62 cm ulottuvat määrän 45, 72 cm sisään sulaan E-lasiin missä lasin alainen lämpötila on alueelta 1393°C - 1432°C ja aikaansaa tämä häviävän pienen virtakor-roosion seiniin 13 ja 14, kun vaihtovirtaa jännitteeltään 320 V syötetään elektrodien 24 ja 25 väliin ja suuruudeltaan 725 amppeerin virta kulkee tässä elektrodipiirissä, missä elektrodit sijaitsevat keskinäisellä keskipisteiden välisellä etäisyydellä 61,0 cm ja ovat 'keskitettynä astiaan jonka leveys on 1,98 m. Virtaradat elektro- 12 59778 dien 23 ja 24 välillä ovat täten minimipituudeltaan 53,3 cm aineksessa, jonka ominaisvastus on likimain 34 ohmi. cm edellyttäen yksikäsitteisen lämpötilan tilannetta sulassa lasissa näiden elektrodien välisellä alueella. Laskettu vastusarvo elektrodien 23 ja 24 välillä on 0,440 ohmia.

Elektrodit 24 ja 25 sijaitsevat 64,8 cm etäisyydellä niihin nähden lähimpänä sijaitsevaan sivuseinään 13 ja 14 verrattuna. Samaa minimietäisyyttä seinän ja elektrodin välillä ja samaa etäisyyttä elektrodiparien välillä käytetään myös elektrodeille 26, 27, 28 ja 29. Elektrodien päätyparit nimittäin 24 ja 25 tai vastaavasti 28 ja 29 sijaitsevat 265 cm etäisyydellä takaseinästä 15 sekä 125 cm etäisyydellä etuseinästä 16, minkä johdosta ajatellen sähköisiä joh-tavuusratoja seiniin nähden johtavuus lasin läpi taaempaan tai etuseinään tulee olemaan häviävän pieni ja voidaan olettaa, että seinien ohitusvirta kulkee lasimassan kautta pitkin lyhintä rataa kunkin elektrodin ja lähinnä sitä sijaitsevat seinän välillä. Kukin elektro-dipari on keskitetty tietyssä tasossa kohtisuorassa uunin pituusakseliin nähden ja taso elektrodiparille 26 ja 27 sijaitsee 137 cm etäisyydellä parin 24-25 tasosta sekä 99 cm etäisyydellä parin 28-29 tasosta.

Esitettyä tyyppiä olevaa uunia on käytetty kolmivaihesyöttö-lähteellä 32 niin että kutakin kolmesta muuntajan primäärikäämityk-sestä syötetään jännitteellä, mikä on 120° vaihesiirtynyt muihin verrattuna ja siten, että napaisuus muuntajan 43 toisiokäämityksessä on invertoitu. Mikäli termoelementti 33 ja vastaavasti 34 ilmaisee lasin alaiseksi lämpötilaksi 1393°C ja 1432°C ja mikäli lasin lämpötila kaulan 17 sisääntulossa on 1416°C on käytetty jouleilmiöllä kuumentamista jännitteeltään 290 V ja virtaa suuruusluokaltaan 650 amppeeria elektrodien 24 ja 25 piirissä, suuruudeltaan 320 V ja 725 amppeeria elektrodien 26 ja 27 piirissä sekä 310 V ja 830 amppeeria elektrodien 28 ja 29 piirissä.

Käytännössä tulee lasin alainen lämpötila lisääntymään pitkin pitkittäissuuntaista keskiviivaa uunista kuvioissa 1 ja 2, kun käsitellään E-lasia asteettain takaseinästä 15 lukien kohden tiettyä kuumaa aluetta likimain 2/3 matkasta etuseinää kohden ja tulee lämpötila tämän jälkeen laskemaan kun lasi lähestyy kaulaa 17. Termoelin 34 sijaitsee likimain tällä kuumalla alueella. Uunin terminen poikittais- 13 59778 leikkaus kohdassa 34 tulee laskemaan lämpötilaa rajapinnalla lasin ja sivuseinän kohdalla määrään noin 1260°C ja lämpötila tulenkestävän kromioksidiaineksen ulkopuolella on tässä poikkileikkauksessa suuruudeltaan noin 1090°C, lämpötilan putoaman ollessa noin 170°C tämän 15,2 cm paksuisen kerroksen tulenkestävää ainesta yli. Vastaavia gradientteja tulee sijaitsemaan muilla poikittaisleikkauksen kohdilla pitkin uunin pituutta.

Voidaan olettaa, että E-lasi seinien läheisyydessä on ominais-vastukseltaan 150 ohmi cm eli likimain 5 kertainen ominaisvastukseltaan lasiin verrattuna elektrodien välissä jopa kuuman alueen tilanteessa ja että kromioksidilla tulee olemaan ominaisvastus lasin rajapinnalla suuruusluokaltaan 10 ohmi cm, mikä pienenee määrään 25 ohmi cm ulkopinnalla. Keskimääräinen vastusarvo kromioksidille on likimain 15 ohmi cm. Silloinkin kun lasin virtaavaisuus ja konvektio-virtaukset siellä muodostavat epälineaarisen lämpötilagradientin elektrodien ja sivuseinien välille, mikä gradientti poikkeaa suoraviivaisesta lämpötilan taikka vastusarvon gradientista voidaan olettaa, että alhaisemmat lämpötilat lasissa lähempänä sivuseiniä laskettuna yhteen logaritmiseen negatiiviseen lämpötilakertoimeen tulevat aiheuttamaan sen, että lasin vastusarvo kun etäisyys seinän ja elektrodin välillä on suurempi kuin mitä on etäisyys elektrodien kesken tulee olemaan useita kertoja suurempi kuin mitä on vastusarvo elektrodien välillä.

Syöttölähde 32 muodostuu kolmivaiheisesta vaihtovirtalähteestä, joka vastaavasta vaiheesta syöttää kutakin elektrodien paria muuntajan ja säädinjärjestelyn kautta. Muuntaja 35 on esimerkkitapauksessa primäärikäämitykseltään kytketty syöttölähteeseen 32 ja on siitä toi-siokäämitys kytketty elektrodiparin 24 ja 25 väliin. Sähkövirtaa kulkee elektrodien 24 ja 25 välillä sen piirin kautta, joka muodostuu muuntajan 35 toisiokäämityksestä, säätöjärjestelystä 36 ja sulasta lasista kuten tätä on esitetty katkoviivoilla esitetyillä vastuksilla 37. Säätöjärjestely 36 saattaa tyypillisessä tapauksessa olla kyllästettävissä oleva reaktanssi tai vastakkaiseen suuntaan napaisuudeltaan sijoitettu rinnakkaisohjattu piitasasuuntaajaosa, jota vaiheohjataan estämään virran kulku ennakolta määrättyjen osuuksien aikana kustakin jännitejaksosta, mitkä osat tavallisimmin ovat symmetrisiä kullekin puolijaksolle. Elektrodit 26 ja 27 on kytketty 14 59778 muuntajan 38 toisiokäämitykseen ja säätöjärjestelyyn 39 ja päävirta-tie lasissa elektrodien 26 ja 27 välillä on edustettavissa vastuksella 41. Vastaavalla tavalla on elektrodeilla 28 ja 29 syöttörata, jota edustetaan vastuksella 42, mitä syötetään muuntajan 43 toisio-käämityksestä ja säätöjärjestelystä 44. Kunkin elektrodiparin voidaan olettaa kuumentavan tiettyä termistä vyöhykettä lasimassassa.

Kutakin elektrodipareista 24-25, 26-27 sekä 28-29 syötetään syöttölähteestä 33 vaihesiirrettynä toisiinsa verrattuna toisiansa seuraavissa elektrodipareissa, niin että hetkellisarvo jännitteelle, joka syötetään elektrodien väliin on erilainen. Tästä seurauksena täytyy virtaratojen lasimassassa olla tarkasteltavissa kunkin näistä elektrodien kesken. Suuruusluokka sille virralle, joka tulee kulkemaan elektrodiparin jolla on keskenään erilainen jännite välillä riippuu vaihe-erosta. Nämä virtaradat ovat esitettävissä vastuksien 45-49 sekä 51-53 avulla, joita on esitetty katkoviivoilla. Ohitusradat lasimassassa elektrodeista uunin sivuseiniin ja pitkin sivuseinien koko pituutta kytkentäpisteiden ja lasimassavastuksien välillä on esitetty vastuksilla 54-59 jotka on piirretty katkoviivoilla elektrodien ja seinäradan osuuksien välille ja vastuksilla 61-66 seinäosuuk-sia varten yksinään.

Kukin virtarata on funktio tämän väliaineen ominaisvastuksesta (sulatteessa lasi), sen poikkileikkauksen pinta-alasta ja pituudesta ja tämä määrää sen vastuksen suuruuden ja vaikuttava jännite määrää virran suuruuden. Jotta voitaisiin helpottaa tietyn ensimmäisen likiarvon havainnollistamista piireistä elektrodien välillä tullaan nyt olettamaan, että kulkuratojen segmentit ovat suuruusluokaltaan suoraan verrannollisina niiden pituuteen tietyssä väliaineessa. Tulisi kuitenkin huomata, että termiset ja sähköiset ominaisuudet lasille tietyssä sähköisessä sulatusuunissa eivät ole helposti käytettävissä yksinkertaiseen analyysiin johtuen yleisesti ottaen eksponentiaalisesta riippuvuudesta vastusarvojen negatiivisen lämpötilakertoimen takia, lämpötilavaihteluiden johdosta sulan lasin massassa, sulan aineksen kerroksesta sisään sulkevien seinien vieressä ja massan pääosaan nähden erilaisesta kokoomuksesta sekä virtauskuvioista tälle sulalle lasimassalle sen liikkuessa. Oletettu lineaarinen riippuvuus virtaa johtavan kulkuradan pituuden ja radan vastuksen välillä on tämän johdosta yksinomaan tietty ensimmäinen likiarvo. Sivuseinien 15 59778 välittömässä läheisyydessä on sitä paitsi kylmenmällä lasilla oleellisesti korkeampi ominaisvastus kuin mitä lasilla on elektrodien välillä. Sulan lasin poistaminen ja suhteellisen kylmän syöttöainek-sen tuominen häiritsee myöskin termisiä profiileja ja täten massan ominaisvastusta.

Virtaradat kuviossa 1 esittävät että valittu etäisyys toisiinsa pareittain sovitettujen elektrodien välillä kehittää alhaisimman vastusarvon radan näiden elektrodien välille ja tämä pienentynyt vastusarvo korostuu edelleen voimakkaamman kuumennuksen vaikutuksesta tässä alueessa. Mitä tulee elektrodeihin 24 ja 25 on alhaisin vastusarvo esitetty kohdassa 37. Rinnakkaisrata kohden sivuseinää ja sen kautta sille jännitteelle, joka on syötetty elektrodiparin 24-25 ylitse on kuitenkin olemassa elektrodilta 24 lasimassavastuksen 54 kautta sivuseinään 13, sitten pitkin rinnakkaisia kulkuratoja sivu-seinässä 13 ja takaseinässä 15 sekä sivuseinässä 14 joiden vastus-arvoa on merkitty vastuksella 61, sitten lasimassan vastuksen 55 ja elektrodin 25 kautta. Toinen rinnakkaisrata kulkee sivuseinän 13 kautta kohden etuseinää 16 ja sivuseinää 14 mitä edustavat vastukset 66, 65, 64, 63 ja 62 ja kulkee sitten vastuksen 55 kautta, mikä edustaa lasimassaa taas elektrodiin 25. Elektrodin 24 etäisyys seinästä 13 ja elektrodin 25 etäisyys seinästä 14 ovat kumpikin suurempia kuin mitä on etäisyys elektrodien 24 ja 25 välillä. Vastusarvo tämän radan lasiosassa johon kuuluvat myös seinäosuudet on tämän johdosta kaksin verroin niin suuri kuin mitä on vastusarvo elektrodien välil-lä jopa jättäen huomiotta suurempi ominaisvastus seurauksena alemmasta lasin lämpötilasta sivuseinien suuntaan kuljettaessa. Kun tämä lasin vastus lisätään seinien omaan vastukseen voidaan nähdä, että elektrodien 24 ja 25 sijaitessa lähempänä toisiaan kuin mitä on etäisyys sivuseiniin ja ottaen huomioon sivuseinien suurempi pituus ohituksessa, on sillä radalla joka sisältää tämän seinän vastus, joka on useita kertoja suurempi kuin mitä on vastus lasille elektrodien 24 ja 25 välillä, minkä johdosta vain pieni osa virrasta joka tulee virtaa rajoittavasta säädetystä syöttölähteestä kulkee sen kautta.

Kun toisiin elektrodipareihin syötetään tehoa jouleilmiöllä kuumentamista varten on niillä vastaavia primäärisiä virran kulkuratoja elektrodien kautta ja ohitusratoja tulenkestävien seinien lävitse. Sitä paitsi on olemassa kulkuradat elektrodipareille, joiden napaisuutta on esitetty pisteillä muuntajan käämityksissä esim. muunta- 16 59778 jän 35 toisiokäämityksestä elektrodille 24 ja pitkin lasimassan lä-vistäjärataa 47, elektrodin 27 ja syöttöjärjestelyn 39 kautta, toisiokäämityksestä muuntajassa 38, elektrodille 26, lasimassan lävis-täjärataa 48 pitkin elektrodille 25, säätöjärjestelyyn 36 ja takaisin toisiokäämitykseen 35. Tälle kulkuradalle syötetään tehokkaasti vaikuttavien jännitteitten summa esim. elektrodiparien 24-25 ja 26-27 summa. Koska jännitteet ovat eri vaiheisia on jännitteiden summa funktio vaikuttavien yksittäisten jännitteiden määrien ja vastaavien vaihetilanteiden funktio. Vaihe-ero elektrodin 25 jännitteelle on 120° siihen jännitteeseen verrattuna joka on elektrodilla 26 ja 60° verrattuna elektrodin 27 jännitteeseen. Vaihe-ero elektrodilla 24 on 120° suuruinen verrattuna elektrodiin 27 jännitteeseen ja 60° suuruinen verrattuna elektrodin 26 jännitteeseen. Mikäli molempia muuntajista 35 ja 38 syötettäisiin saman vaiheen jännitteellä tulisivat vaihe-erot kahden elektrodeista eri pareissa välillä olemaan 0 ja muitten kahden välillä 180°. Kaikissa systeemeissä jättäen huomiotta tasapainotetut systeemit, esim. kaksivaiheinen syöttösysteemi jossa eri jännitteet ovat 90° vaihesilmettynä, tulevat tietyt elektrodien yhdistelmät eri sähköisesti sovitetuista elektrodien ryhmistä muodostamaan korkeamman jännitteen näiden välille kuin mitä esiintyy muissa yhdistelmissä. Tapa jännitelähteittein kytkemiseksi vastaaviin elektrodiryhmiin taikka pareihin tulee määrittelemään sen lasin alueen sijainnin, mihin korkeammat ja alhaisemmat pääjännitteet ja -virrat tulevat syötettäväksi ja määrää virran ohitusradoilla mukaanluettuna sivuseinien osuudet, joihin nämä jännitteet vaikuttavat.

Kuvion 1 esimerkkitapauksessa merkitsee vaiheenmuodostus sitä, että alemmat pääjännitteet ja -virrat jotka aikaansaadaan vaihe-eron 60° perusteella syötetään astian sivuseinien suuntaisena ja elektrodien 25 ja 27 väliin sivuseinien 14 lähellä sekä elektrodei-hin 24 ja 26 sivuseinän 13 läheisyydessä. Tämä virtarata kulkee muuntajasta 35 elektrodin 24, lasimassan vastuksen 45, elektrodin 26, muuntajan 38, säätöjärjestelyn 39, elektrodin 27, lasimassan vastuksen 46, elektrodin 25 sekä säätöjärjestelyn 36 läpi ja sitten takaisin muuntajaan 35.

Ohitusradat, joihin uunin seinät kuuluvat tulevat sijaitsemaan yhdensuuntaisesti rinnakkain kytkettynä mainittuihin ratoihin näiden parien välillä. Kukin ohitusrata on kuitenkin alttiina kaksinkertaiselle lasimassan rajoittavalle vastusmäärälle pareittain sijoitetuis-ta elektrodiohitusosista, koska kukin kulkurata merkitsee vastuk- 17 59778 sien 54, 55, 56 ja 57 summaa ja kukin kulkurata on alttiina pienemmälle kuin kaksinkertaiselle elektrodien parin jännitteelle erillisen vaiheriippuvuuden perusteella summajännitteeseen nähden. Olettaen että yhtäläisiä jännitteitä syötetään kuhunkin elektrodipariin ja että säätöjärjestelyt 36 ja 39 ovat sovitettu aikaansaamaan johtavuutta koko jännitejakson aikana tulee 60° vaihesiirtyneiden jännitteiden summa olemaan 1,0 kertainen elektrodiparin jännitteeseen verrattuna.

Jännite elektrodien 24 ja 26 välillä on 0,5 kertainen toisen syöttölähteen jännitteeseen verrattuna ja ohitusvirta tätä jännitettä vastaavassa seinässä määräytyy pääasiallisesti vastuksien 54, 66 ja 56 summasta. Pienempi virtarata rinnakkain vastuksen 66 kanssa uunin seinän ympäri elektrodien vieressä olevan seinän alueelta kulkee myös vastuksien 61, 62, 63, 64 ja 65 kautta, jolloin kuitenkin tämä voidaan jättää huomiotta koska tällä kulkuradalla on paljon korkeampi vastusarvo kuin mitä on vastuksella 66. Korkeampi tehollinen seinän vastus voidaan toteuttaa mikäli rinnakkaiset virtaradat ovat arvoiltaan lähempänä toisiaan. Koska virta on funktio jännitteestä ja vastuksen käänteisarvosta saattaa vaiheiden välinen seinän virta-rata olla sovitettavissa minimiinsä tämän vaiheiden välisen korkeamman jännitteen vaikuttaesaa suuremman seinävastuksen yli. Tämä toteutetaan sitten että suoritetaan toimenpiteitä että saatettaisiin korkeampien yhteenlaskettujen jännitteiden vaiheen välinen jännite vaikuttamaan elektrodien välille vastakkaisilla puolilla suorakaiteen muotoista rakennetta kuviossa 1, niin että seinän rinnakkaiset virtaradat ovat lähempänä toisiaan mitä tulee niiden pituuteen ja täten niiden vastusarvoon.

Ylläolevaa ilmiötä havainnollistetaan välivaihejännitteillä eli pääjännitteillä eri elektrodien 24 ja 27 sekä elektrodien 25 ja 26 välillä, missä vaihe-ero suuruudeltaan 120° muodostaa jännitteen y~3 = 1,732 yksittäisten vaikuttavien jännitteiden määrästä, kun kussakin vaiheessa on keskenään yhtä suuret jännitteet. Korkeampi vaiheiden välinen jännite eli pääjännite vaikuttaa suurempaan vastus-määrään lähimmissä tasapainoitetuissa sivuseinien ratojen vastuksissa ja lasimassan rajoittamaan vastukseen siten että ohitusvirta tälle pääjännitteelle saatetaan minimiinsä.

18 59778

Mikäli vastusarvo seinän osuuksille useissa ohitusradoissa lisätään lasimassan rajoittamiin vastusarvoihin voidaan nähdä, että virrat seinissä tulevat olemaan ainoastaan murto-osa virrasta elektrodien välillä ja täten ainoastaan murto-osa primäärisestä jouleilmi-öllä kuumennusvirrasta myöskin korkeammilla pääjännitteillä. Sisäpinnan lämpötilan ollessa likimain 1260°C on kylmemmillä uunin seinillä ominaisvastus suuruusluokaltaan 10 ohmi cm ja kun lämpötila on likimain 1090°C on ulkopinnalla ominaisvastus suuruusluokaltaan noin 25 ohmi cm, minkä johdosta seinät tehostavat lasimassan rajoittavaa vastusta.

Vierekkäin keskenään sijaitsevat elektrodiparit 26-27, 28-29 havainnollistavat 60 vaihesurtymän vaikutusta jännitteen hetkellisarvoon elektrodeissa yhteisen sivuseinän vieressä oletetun vaiheriippuvuuden ollessa 120° primäärikäämitysten 35, 38 sekä 43 kesken. Tällöin on.jännite elektrodien 27-29 sekä 26-28 välillä määrältään 1,732/2V sin (cU t + 30°), jossa elektrodeihin 27-26 syötetty jännite on suuruudeltaan V sin (c»>t) ja elektrodeihin 29-28 syötetty jännite on V sin (U>t -60°). Tämä korkeampi jännite lasimassan vastuksen yli ja lyhyempi seinäpituus esimerkkitapauksessa elektrodeille 27-29 vastuksen 57, 63 ja 59 kautta on kaikkein vähiten haluttu järjestely mitä tulee jännitteen osuuteen näissä seinävir-roissa. Tätä tulee välttää pitkäaikaisessa käytössä kun systeemiä käytetään kriitillisen sivuseinän virtatiheyden läheisyydessä ja näissä olosuhteissa sitä käytetään yksinomaan kun lisääntynyt vaiheen-välinen virta tai päävirta lasimassan vastusradoissa 51 ja 79 halutaan väliaikaisesti lisätä, jotta lisättäisiin lasimassan lämpötilaa näillä alueilla.

Primääristen jouleilmiöllä kuumentamisen virtaratojen lisäksi lasimassassa elektrodien ja näiden vieressä olevien elektrodiparien välissä on myös vastaavat radat päätypareille 24-25 sekä 28-29 ja täten on olemassa ohitusvirtoja uunin seinissä jännitteiden vaikutuksesta näissä elektrodeissa, jotka virrat rajoittuvat lasimassan vastuksessa näitten elektrodin ja seinän välillä ja sivuseinien vastuksien avulla. Tämä järjestely korottaa pääjännitettä elektrodeissa 26-28 sekä 25-29 siihen verrattuna, mitä saavutetaan 120° vaihe-siirtymällä sivuseinien suhteen silloinkin mikäli sivuseinien ratojen suurempi pituus vaimentaa korkeampien virtojen muodostumista.

19 59778

Jouleilmiöllä kuumentaminen virtojen avulla päätyelektrodi-parin välillä pienentyy suuremmasta lasimassan vastuksesta pitemmässä johtoradassa. Päävirrat pituussuunnassa 60° vaihe-eron tapauksessa elektrodien välillä pareissa 24-25 sekä 28-29 kulkevat säätöjärjestelyn 36, elektrodin 25, lasimassan vastuksen 21, elektrodin 29, säätö-järjestelyn 44, muuntajan 43 toisiokäämityksen, elektrodin 28, lasimassan vastuksen 72, elektrodin 24 sekä muuntajan 35 toisiokäämityk-sen kautta ja takaisin jälleen säätöjärjestelyyn 36 ja lävistäjän suuntaiset jouleilmiöllä kuumennusradat mitkä riippuvat ja perustuvat 120° vaihe-eroon elektrodien kesken pareissa 24-25 sekä 28-29 kulkevat säätöjärjestelystä 36 elektrodin 25, lasimassan lävistäjä-suuntaisen vastuksen 73, elektrodin 28, muuntajan 43 toisiokäämityksen, säätöjärjestelyn 44, elektrodin 29, lasimassan vastuksen 74, elektrodin 24, muuntajan 35 toisiokäämityksen ja säätöjärjestelyn 36 kautta.

Nämä esitetyt ohitusvirrat ovat sivuseinissä keskenään kumulatiivisia ja tämän johdosta täytyy kumulatiivinen vaikutus ottaa huomioon mitä tulee virtatiheyteen. Mainituista lyhyistä virtara-doista sivuseinissä kulkee läpi suurin osa ohitusradan päävirtatiestä ja ne ovat tämän johdosta primäärinen rajoittava tekijä kun seinän virtatiehys on rajoittava tekijä jouleilmiöllä kuumentamisessa.

Kun elektrodiparit sijoitetaan lähemmäksi keskenään toisiaan pitkin uunin pituusakselia tulee osuus sivuseinien vastuksesta mitä tulee päävirran ohittamiseen pitkittäissuuntaisilla jouleilmiön virtaradoil-la rajoittumaan. Esitetyssä suoritusmuodossa elektrodiparit 26-27, 28-29 sijaitsevat lähempänä toisiaan pituussuunnassa kuin mitä sijaitsevat elektrodiparit 24-25 sekä 26-27. Virtatasoja voidaan laskea tässä ohitusradassa jossa on pienempi vastus siten että lasketaan jännitettä tällä lyhyemmällä radalla. Muutos 120° vaihesiirtymään pituussuunnassa keskenään toisistaan tietyn välimatkan päässä sijaitseville elektrodeille 27 ja 29 sekä 26 ja 28 pienentää täten oleellisesti virtoja tällä radalla.

Mitä tulee sähköisen korroosion välttämiseen uunin sivuseinissä pitkäaikaisessa käytössä on edullista, että järjestetään vaiheriip-puvuus eri syöttölähteille sellaisella tavalla, että kuhunkin syöttö-lähteeseen kuuluvat elektrodit ovat vaiheriippuvuudeltaan sijoitettu siten toisiinsa kuuluviin elektrodeihin nähden viereisessä syöttöläh-teessä, että suurin pääjännite saa vaikuttaa niiden elektrodien yli, joiden lähimpänä olevat sivuseinän osat sijaitsevat suurimmalla 20 59778 etäisyydellä laskettuna sivuseinän pituussuunnassa, jotta täten suurin mahdollinen sähköinen sivuseinän vastus voitaisiin saavuttaa ohitusradoilla, jotka ovat alttiina tälle suurimmalle jännitteelle. Esimerkkitapauksessa tämä merkitsee, että elektrodijännitteet elektrodien väleissä kytkettyinä eri syöttölähteisiin, jotka keskenään ovat vaihesiirtyneinä kytketään kuten pareissa 24-25 ja 26-27 siten että saadaan 60° vaihekulman ero niiden elektrodien välille, jotka sijaitsevat saman sivuseinän vieressä ja siten että 120° vaihe-ero saadaan niiden elektrodien kesken, jotka sijaitsevat vastakkaisten sivuseinien vieressä, esimerkiksi vaihtamalla napaisuutta sille jännitteelle, mikä syötetään elektrodeihin 24-25 muuntajassa 35.

Edelläolevan esityksen perusteella on ilmeistä, että sulan aineksen sähköistä vastusta käytetään virtatiheyden rajoittamiseen tulenkestävissä sivuseinissä tasolle, joka on kriitillisesti haitallisen tasojen alapuolella käytetyillä jännitteillä, jotta tällöin jouleilmiöllä kuumentaminen voitaisiin toteuttaa sähköisesti toisiinsa kuuluvien elektrodien välillä, joista osat on upotettuna sulaan lasiin, millä on suhteellisen korkeaominaisvastus. Tämä aikaansaadaan käyttäen virtaradan pituutta toisiinsa kuuluvien elektrodiparien kesken mikä on lyhyempi kuin mitä on virtarata kustakin näistä elektrodeista sen lähimpänä sijaitsevaan sivuseinän osaan.

Kun käytetään joukkoa toisiinsa sovitettuja elektrodiryhmiä ja erillisiä, jännitelähteitä liitettynä kuhunkin näistä ryhmistä kuten suorakaiteen muotoista järjestelyä elektrodiryhmissä 24-25, 26-27 sekä 28-29 tulee jännitetehojen eri syöttölähteistä olla tarkasteltavissa mitä tulee ohitusratoihin tulenkestävässä sivuseinissä kumulatiivisesti. Kun käytetään yksivaihelähteitä, joilla on sama jännite tulevat jännitteet tiettyjen elektrodien eri ryhmissä kesken kaksinkertaistumaan. Esitetyssä esimerkissä, missä käytetään kolmivaihesyöttöä kolmeen ryhmään, jotka ovat keskenään 120° vaihe-siirtyneinä toinen toisiinsa verrattuna kullekin samat syötetyt jännitteet ovat jännitteet tiettyjen elektrodien kesken suuruudeltaan 0,866 yksittäisestä jännitteestä ja toisten elektrodien välillä 0,5 kertaisia yksittäisiin jännitteisiin verrattuna. Ohitusradat sivuseinissä ovat vastukseltaan suurimpia pääjännitteille, missä elektrodit ovat erillisissä ryhmissä joihin maksimijännite syötetään, näiden sijaitessa lähinnä niitä sivuseinän osia tulenkestävässä aineessa, jotka sijaitsevat maksimietäisyydellä sivuseinää pitkin laskettuna 21 59778 toisistaan niin että suurimmat sivuseinät vastukset tulevat vaikuttamaan rajoittamaan tätä virtaa. Suorakaiteen muotoisessa asettelussa sen elektrodeille tulee vaihe-ero suuruudeltaan 60° vaikuttamaan elektrodien kesken eri ryhmissä vastakkaisella puolella järjestelyä esim. elektrodien 25 ja 26 kesken ja elektrodien 24 ja 27 kesken niin että saadaan maksimaalisesti rajoitettu seinävirta.

Tulisi todeta, että eri ohitusvirtaradat ovat rinnakkainkyt-kettyinä sivuseinissä ja että tämän johdosta tulee tarkastella kokonaisvirtaa mitä tulee elinaikaan tulenkestävän aineen sivuseinissä. Koska on havaittu, että tulenkestävä kromioksidiaineksen eliniän voimakas alentuminen alkaa likimain 0,37 amppeeria/cm arvolla, voidaan jonkin verran korkeampia virtatiheyksiä syöttää mikäli pienentynyttä elinikää tälle tulenkestävälle aineelle voidaan sietää uuni-järjestelyssä. Mikäli jouleilmiöllä kuumentamista elektrodiryhmien kesken käytetään ja mikäli paikallistettuja kuumentamisen alueita halutaan on sitä paitsi siedettävissä että lyhyempinä aikaväleinä vaikutetaan ja syötetään maksimipääjännitteet pitkin toista puolta järjestelystä, esim. elektrodien 27 ja 29 välissä samanaikaisesti kun jännitettä syötetään minimisuuruisten sivuseinävastuksien yli vastuksissa 63, joskin virtatiheys tällöin pyrkii ylittämään edellämainitun tason.

Keksintöä on kuvattu erityisten tulenkestävien aineiden yhteydessä astian pohjassa ja sivuseinissä ja erityisen lasin yhteydessä. Voidaan todeta, että muitakin aineiden yhdistelmiä, joilla on sähköiset vastusarvojen riippuvuudet, jotka ovat samaa tyyppiä kuin mitä keksinnössä tarkoitetaan voidaan edullisesti tällöin käyttää ja käsitellä annettujen ohjeviivojen mukaisesti. Täten tulee todeta, että selitys on ainoastaan asiaa havainnollistava, mutta ei sitä rajoittava.

Claims (2)

22 59778

1. Laitteisto sulan termoplastisen aineen, erikoisesti sulan lasin kuumentamiseksi jouleilmiön avulla, johon laitteistoon kuuluu säiliö (10), jossa on tulenkestävää ainetta olevat sivuseinät (13, 14, 15, 16), joiden sähkövastus on pienempi kuin termoplastisen aineen sähkövastus kuumennuslämpötilassa, kaksi tai useampia pareja elektrodeja (24, 25; 26, 27; 28, 29), jotka on sovitettu säiliöön kosketukseen sulan termoplastisen aineen kanssa ja sijaitsevat poikittaisesti parittain sivuseinien välissä peräkkäin sivuseinien pituussuunnassa, sekä elektrodipareihin liitetty vaihtojännitelähde (32), jolloin jännitteet, jotka kytketään elektrodipareihin, ovat vaihesiirretyt toistensa suhteen, tunnettu siitä, että elektrodit (24, 25; 26, 27; 28, 29) on sijoitettu säiliöön (10) sellaisella tavalla toistensa suhteen ja sivuseinien (13, 14, 15, 16) suhteen, että virtaratojen vastus sulassa termoplastisessa aineessa kunkin elektrodin ja sivuseinien välillä on suurempi kuin vastus termoplastisessa aineessa pariin kuuluvien elektrodien välillä sen ohitusvirran rajoittamiseksi, joka kulkee sivuseinissä kuhunkin pariin kuuluvien elektrodien välillä, ja että jännitelähde on kytketty vastaaviin elektrodipareihin (24, 25; 26, 27; 28, 29) toistensa suhteen vaihesiirrettyjen jännitteiden kytkemiseksi vastaaviin elektrodipareihin erillisten jännitteensäätölaitteiden (36, 39, 44) kautta sellaisella tavalla, että niillä sivuseinäosilla, jotka voisivat johtaa ohitusvirtaa diagonaalisesti sovitettujen elektrodien (24, 27 vast. 25, 26) välillä, joihin kytketään suurempi potentiaaliero, on suurempi sivuseinäpituus kyseessä olevien elektrodien välillä, joka on suurempi kuin niiden sivuseinäosien pituus, jotka sijaitsevat lähimpänä elektrodeja (24, 26; 25, 27), joihin kytketään pienempi potentiaaliero.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että vaihtojännitelähteenä (32) on kolmivaihelähde ja että tämän kolmivaihelähteen pääjännite kytketään vastaaviin elektrodipareihin (24, 25; 26, 27; 28, 29).