FI82828C - Elektrisk glassmaeltmetod samt elektrisk smaeltugn. - Google Patents

Description

1 82828

Lasin sähkösulatusmenetelmä sekä sähkösulatusuuni -Elektrisk glassmältmetod samt elektrisk smältugn

Keksinnön kohteena on lasipanosta varten tarkoitettu sähkösulatusmenetelmä, jossa energia siirtyy virtalämpöilmiön avulla sulaan massaan pystysuorista sulaan uppoavista elektrodeista ja jossa sulatettava koostumus levitetään tasaiseksi kerrokseksi kylvyn pinnalle.

Lasinvalmistuslaitoksissa, joissa valmistusmäärät ovat suuria, on jo kauan ollut sulatusuuneja, joihin syötetään fossiilipolttoainetta, etenkin kaasua. Näin tapahtuu erityisesti jatkuvatoimisissa suurtuotantolaitoksissa, jotka tuottavat esim. levylasia tai pullolasia. Näissä suurissa uuneissa sähköenergia, silloin kun sitä käytettiin, oli pääasiassa paikallinen lisä lasin lämpötilan pitämiseksi riittävänä vähemmän kuumilla alueilla tai uunin ulkopuolella lasin siirtyessä jalostuspisteeseen tai sitten eräiden kon-vektioliikkeiden, joiden oletettiin edistävän sulan materiaalin tasoittumista, kirkastumista tai kuljetusta, kehittämiseksi .

Varsinaista sähkösulatusta esiintyi aluksi pienissä yksiköissä, joissa käyttöolosuhteiden suuri joustavuus katsottiin välttämättömäksi. Energian hintojen vaihtelut ja eräiden teknisten ongelmien vähittäinen hallinta ovat viime aikoina johtaneet suurten tuotantoyksikköjen kehittymiseen, joissa koko sulatusprosessi, käyttöönottoa lukuunottamatta, tapahtuu sähköenergiaa käyttämällä. Tämä kehitys edellyttää äärimmäisen vaikeiden teknisten ongelmien ratkaisemista.

Niinpä, etenkin, jotta vältettäisiin elektrodien hapettuminen sulatuskylvyn pinnalla, on ehdotettu niiden upottamista kokonaan. Tällaista ratkaisua esitetään esim. FR-patenttiha-kemuksessa A 2 552 073. Tässä julkaisussa elektrodit on sovitettu pystysuoraan kylpyyn uunin pohjasta lähtien.

Muissa toteutuksissa esiintyy myös elektrodeja, jotka menevät uunin sivuseinien läpi.

2 82828

Riippumatta eduista, jotka elektrodien upottamisella saadaan korroosio-ongelmien kannalta, se tekee mahdolliseksi myös raa-ka-aineseosten kätevän ja tasaisen syöttämisen kylvyn pintaan. Suhteellisen paksun sulatettavaa koostumusta olevan kerroksen muodostaminen sulan kylvyn pinnalle on hyödyllistä useistakin syistä. Se muodostaa, ollessaan kosketuksessa su-latekylvyn kanssa, jatkuvatoimista tuotantoa varten tarvittavan pysyvän ainevaraston. Se suojaa myös sulatekylpyä johtumalla tapahtuvalta voimakkaalta lämmönhukalta, jota esiintyy sulan ollessa kosketuksessa ilmakehään ja ennen kaikkea säteilyn vaikutuksesta.

Vaikka edellä mainitussa julkaisussa kuvatun tyyppisille uuneille löytyykin erittäin tärkeitä teollisia sovellutuksia, ne eivät kuitenkaan vastaa parhaimmalla mahdollisella tavalla kaikkia käytännössä esiintulevia vaatimuksia. Eräissä tapauksissa on esimerkiksi toivottavaa, ja tietysti investointikustannusten rajoittamiseksi, muuttaa laitoksia, jotka toimivat polttimolla, säilyttämällä mahdollisuuksien mukaan olemassa olevat osat ja etenkin ammeen muodostavat tulenkestävät materiaalit. Tällainen muuttaminen ei ole mahdollista silloin, kun elektrodeja on määrä sijoittaa uunin pohjaan tai sivuseiniin .

Uuneissa, joissa elektrodit on upotettu, on rajoitetut mahdollisuudet elektrodien säätämiseen. Vaikka niillä päästäänkin kaikin tavoin hyviin suorituksiin joissakin tietyissä käyttö-olosuhteissa, ne soveltuvat huonommin näiden käyttöolosuhteiden tiheisiin ja/tai olennaisiin muutoksiin.

Lisäksi vaikka upotettujen elektrodien tekniikka haiIitaankin nykyisin hyvin ja vaikka elektrodien käyttöiän voidaan katsoa olevan verrattavissa uunin tulenkestävien osien käyttöikään, yhden tai useamman elektrodin normaalia toimintaa huonontava ennenaikainen pilaantuminen ei ole kokonaan poissuljettu.

Keksinnön tavoitteena on saada aikaan sellainen sähkösulatus- 3 82828 uuni, joka voitaisiin ottaa käyttöön säilyttämällä osa perinteisen polttimilla toimivan uunin osista.

Keksinnön toisena tavoitteena on saada aikaan, että ehdotettu sähköuuni mahdollistaisi erittäin vaihtelevat käyttöolosuhteet hyvän termisen hyötysuhteen silti säilyessä.

Erityisesti keksinnön tavoitteena on saada aikaan sellainen sulatusuuni, jonka impedanssi voisi vaihdella huomattavasti, jotta tuotettavan lasin laadun muutokset olisivat mahdollisia tai jotta tuotantovauhtia voitaisiin muuttaa. Keksinnössä tähdätäänkin siis sellaisten lasien käsittelemiseen, joilla katsotaan olevan suuri ominaisvastus.

Keksinnön eräänä toisena tavoitteena on saada aikaan, että valituista käyttöolosuhteista riippumatta tulenkestävien osien kuluminen olisi mahdollisimman vähäistä.

Keksinnön eräänä tavoitteena on vielä mahdollistaa sellaisten ammeiden käyttäminen, jotka muodostuvat suhteellisen hyvin johtavista tulenkestävistä materiaaleista ilman, että uunin suoritusarvot niiden vaikutuksesta huonontuisivat.

Keksinnön tavoitteena on vielä mahdollistaa käyttöolosuhteiden muuttaminen keskeytyksettä erittäin lyhyessä ajassa.

Keksinnön mukaiselle sähkösulatusmenetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty päävaatimuksen tunnusmerkki-osassa. Keksintö kohdistuu myöskin sähkösulatusuuniin, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaisessa sulatusuunissa elektrodit on sovitettu sillä tavoin, että lämpötilat ovat samalla tasolla hyvin tasaiset lukuunottamatta alueita, jotka sijaitsevat seinien välittömässä läheisyydessä, jotka alueet pidetään edullisesti alhaisemmassa lämpötilassa. Lisäksi elektrodien sijaintia voidaan muuttaa pystysuorassa suunnassa muodostuvan lämpöti- --- 1 4 82828 lagradientin säätämiseksi valituista käyttöolosuhteista riippuen.

Viemällä elektrodit kylpyyn sen vapaalta pinnalta vältytään tietysti vaikeuksilta, jotka liittyvät näiden elektrodien viemiseen tulenkestävän osan läpi, ja etenkin hankalilta loppuunkäytettyjen elektrodien uusimisongelmilta, tiiviys-ja myös tulenkestävien osien kulumisongelmilta.

Viimeksi mainittu ongelma esiintyy erityisesti silloin, kun pystysuorat elektrodit on sovitettu uunin pohjaan. Tällöin todetaan tulenkestävän osan lisääntynyttä rapautumista elektrodin juuressa olevalla alueella, mikä ei ole vaaratonta uunin pitkän käyttöiän kannalta. Tämänlaatuisten haittojen korjaamiseksi ryhdytään yleensä tämän alueen lujuuden lisäämiseen tähtääviin toimenpiteisiin, esim. elektrodi sijoitetaan pohjasta ulkonevalle jalustalle. Tämäntyyppinen ratkaisu ei ole kuitenkaan täysin tyydyttävä, sillä siinä ei puututa suoraan rapautumisen syyhyn, ja riippumatta haitasta, jonka tulenkestävien osien kuluminen aiheuttaa uunin käyttöiän kannalta, sulan materiaalin koostumuksen muuttuminen, kun siihen joutuu tulenkestävistä seinistä irronneita aineosia, saattaa olla huomioonotettava haitta. Näiden aineosien määrä on erittäin vähäinen sulatteen muuhun osaan verrattuna, mutta ne ovat usein syynä valmistetun aineen epätasaisuuksiin, sillä ne "sulavat" riittämättömästi.

Tämäntyyppinen vaikeus on erityisen tuntuva esim. uuneissa, joita käytetään ns. tekstiilikuitujen tai vahvikekuitujen valmistukseen tarkoitetun lasin sulattamiseen. Tässä sovellutuksessa tarvitaan materiaali, jossa ei ole sulamatta jääneitä osasia. Tällaisten osasten läsnäolo aiheuttaisi äärettömän haitallisia "katkoja" kuituja muodos- 5 82828 tettaessa. Tästä syystä lasin valmistus suoritetaankin mieluiten ammeessa, jonka tulenkestävä materiaali ei ole omiaan muodostamaan tällaisia sulamattomia osasia. Näissä uuneissa vältetään tästä syystä zirkoniunoksidipohjäisiä tulenkestäviä aineita ja niissä käytetään esimerkiksi kromioksidipohjäisiä tulenkestäviä osia. Viimeksi mainittujen lämmönjohtokyky on huomattava kysymykseen tulevissa työlämpötiloissa. Tästä syystä elektrodeja ei voida saattaa kosketukseen tulenkestävän aineen kanssa tai edes lähelle sitä. Keksinnön mukaiset suoritusmuodot mahdollistavat näiden hankalien ongelmien ratkaisemisen .

Samanlainen kysymys asettuu uuneissa, joissa valmistetaan pul-lolasia. Näissä uuneissa osa raaka-aineista muodostuu käytetyistä pulloista saadusta lasista. Vaikka tämä käytetty lasi lajitellaan, se sisältää usein korkkirenkaista peräisin olevia metalliosia. Metalliosien mukaanjoutumisen vaikutuksesta saattaa ammeen pohjalle muodostua johtava sula kerros, joka voi oikosulkea elektrodit, kun ne ovat uunin pohjalla. Tämäkin ongelma vältetään keksinnön mukaisissa rakennemuodoissa.

Tutkiessaan yksityiskohtaisesti rapautumisilmiöitä, joita esiintyy, kun kysymys on upotetuista elektrodeista, keksijät ovat voineet määrittää tarkasti sopivimmat sulatusmenetelmien käyttöolosuhteet. Onkin osoittautunut toivottavaksi rajoittaa vastakkaisten lämpötilagradienttien läsnäoloa, toisin sanoen alueiden, joissa lämpötila on korkea, muodostumista pohjan lähellä. Tällöin nimittäin tulenkestävän osan syöpymistä edistävän lämpötilan itsensä lisäksi kylvyssä syntyy kosketuksessa pohjan kanssa voimakkaita konvektiovirtoja, jotka kiihdyttävät entisestään sen rapautumista. Tästä syystä keksinnön mukaan pyritään paikallistamaan kuumimmat alueet sulate-kylvyn yläosaan, ja tämä tapahtuu varauksella, joka esitettiin käyttöolosuhteiden muutoksiin liittyen.

Käyttämällä kylpyyn uppoavia elektrodeja voidaan sulavan aineen pinta pitää korkeammissa lämpötiloissa, silloin kun se 6 82828 on tarpeen ja erityisesti kun kysymys on suurtuotantouuneis-ta. Tätä varten tarvitsee vain säätää upotussyvyyttä. Määrätty syvyys on tietysti välttämätön, jotta saadaan riittävä aktiivinen elektrodipinta. Käytännössä voidaan nimittäin rajoittaa elektrodeissa käytettäviä virrantiheyksiä, jolloin toisaalta niistä saatava energia saadaan paremmin jaetuksi ja toisaalta voidaan paikallisia ylikuumentumisia vähentämällä hidastaa elektrodien kulumista. Tietty leveysaste on kuitenkin mahdollinen sikäli mikäli, virrantiheyden liiallisen kasvamisen estämiseksi, käytössä olevaa jännitettä tai elektrodien poikkipintaa voidaan suurentaa.

Lämpögradientilla, jonka maksimiarvo sijoittuu kylvyn pintaan tai sen lähelle, voidaan parantaa raaka-aineiden sulatusta, sen lisäksi että sillä saadaan estetyksi liialliset konvektio-virrat. Korkein lämpötila sijoittuu juuri siihen kohtaan, jossa sitä todella tarvitaan. On tunnettu tosiasia, että sulatukseen tarvitaan lämpötila, joka on olennaisesti korkeampi kuin lämpötila, joka tarvitaan sulan materiaalin jalostukseen. Mikäli maksimilämpötilat ovat kiinteät, jotta vältytään esimerkiksi elektrodien tai niiden kannattimien pilaantu-misvaaralta, on selvää, että sulaminen on sitä nopeampaa mitä välittömämmässä kosketuksessa korkein lämpötila on sulatettavien aineiden kanssa. Kuten esimerkeistä tuonnempana näemme, tämän seurauksena saadaan erityisen korkea tuotantokapasiteetti uunin pinta-alayksikköä kohti. Kääntäen taas uppoelektro-deilla, joiden upotussyvyyttä voidaan säädellä, voidaan pienentää tuotantoa laskemalla elektrodeja alemmas. Kuumin alue on tällöin muualla kuin pinnassa. Kokonaisuutena katsoen pohjan lämpötila pysyy muuttumattomana ja maksimilämpötila on alempana. Näin on siis käytettävissä kätevät keinot muuttaa uunin tuotosta muuttamatta pohjan lämpötilaa ja sen seurauksena lasin lämpötilaa uunin ulostulossa. Tällainen toiminnan joustavuus on erittäin arvokasta uuneissa, joissa tuotantoa määräävät tekijät aiheuttavat suuria vaihteluja tuotantomäärässä .

7 82828

Upotettujen elektrodien käytöstä keksinnön mukaan on myös etua, kun käsitellään "himmeää" lasia infrapunasäteilytyk-sellä. Kysymyksen ollessa "kirkkaista" laseista merkittävä osa sulatusenergiasta siirtyy säteilemällä raaka-aineisiin. Sitävastoin kun kysymys on "himmeistä" laseista, esimerkiksi laseista, jotka sisältävät suhteellisen suuren määrän rautaoksidia, säteily ei pääse kehittymään samalla tavoin. Tästä syystä lämpötilat ovat elektrodien lähellä korkeammat kuin muualla kylvyssä. Ero on sitäkin selvempi, kun käyttöolosuhteet vastaavat pienempäää tuotantomäärää. Säteilyvaikutuksen rajoittamisesta raaka-aineiden sulamiseen, kun, kuten keksinnössä, kuumin alue paikannetaan raaka-aineiden lähelle, on se etu, että ominaiskulutus on pienempi kuin uuneissa, joissa elektrodit ovat pohjalla.

Edellä puheena olleesta lämpötilagradientin sijoittamisesta on muitakin etuja. Erityisesti saadaan seinien kautta tapahtuvaa lämmönhukkaa vähennetyksi erittäin tehokkaasti. Esimerkeistä näemme tuonnempana myös, että terminen hyötysuhde on keksinnön mukaan erittäin hyvä eli sulan materiaalin paino-yksikköä kohti tarvittava energiamäärä on suhteellisen pieni ja näin on erittäin monenlaisissa käyttöolosuhteissa.

Jatkuvatoimisessa käytössä sellaisten lämpötilagradienttien käyttämisestä jotka merkitsevät kuumimpien alueiden sijoittumista pintaan on etua myös sulan aineen laadun kannalta. Päinvastoin kuin mikä havaitaan sulatusammeissa, joissa elektrodit on kiinnitetty pohjaan tai seiniin, kylvyn konvek-tiovirrat supistuvat aivan minimiin. Vältytään aineen voimakkailta hämmentämisiltä kylvyssä. Vaikka näillä hämmennyksillä pyritäänkin lämpötilan ja koostumuksen tilan tiettyyn tasaisuuteen koko kylvyssä, se syntyy keskimääräisissä olosuhteissa, jotka eivät tavallisesti vastaa sitä, mikä käytön kannalta on tarpeen.

Keksinnön mukaisissa uuneissa tasoittuminen tapahtuu vain tasoittain. Jos ulosotto tapahtuu ammeen pohjasta, aine

----- I

β 82828 etenee tasaisesti ylhäältä alaspäin konvektioliikkeiden ulkopuolella, jotka rajoittuvat ylempiin kerroksiin. Tällaisissa olosuhteissa uunista tuleva sulate on suureksi osaksi kirkastunut. Samoin uunin pohjassa saavutettua lämpötilaa voidaan säädellä myöhempien lasisulatteen käyttohetkellä tarvittavien säätöjen vähentämiseksi.

Kun halutaan aikaansaada suuri lämpötilaero kylvyn ylä- ja alaosien välille, on suositeltavaa vähentää elektrodien upotussyvyyttä. Tämän syvyyden kasvaessa todetaan kuumimpien alueiden siirtymistä alaspäin ja samanaikaisesti lämpötilan nousemista pohjan alueella ulosottomäärän pysyessä samana. Jos pohjan lämpötila halutaan pitää vakiona samalla lisäämällä upotussyvyyttä, on samanaikaisesti pienennettävä käyttö-tehoa ja siten uunin tuotosta.

Tätä erityisominaisuutta käytetään keksinnön mukaan hyödyksi kun jollakin annetulla laitteistolla on tarpeen supistaa merkittävästi tuotantoa tai jopa pysäyttää se. Tällöin lisätään elektrodien upotussyvyyttä ja teho saadaan pienemmäksi. Tällä tavoin menettelemällä saadaan toisaalta pohjan lämpötila pidetyksi riittävänä, jotta sulate ei jähmety, ja toisaalta hidastetaan pintakerroksen sulamista tai jopa käytännöllisesti katsoen keskeytetään se. Nimittäin samalla kun kuumin alue siirretään uunin pohjaan päin, lämpötila raaka-ainekerroksen kanssa kosketuksessa alenee.

Huomattakoon, että mikäli elektrodit on jaettu hyvin, jopa näissä supistetuissa käyttöolosuhteissakin terminen hyötysuhde heikkenee vain hyvin vähän.

Kääntäen taas, kun uunin tuotosta halutaan lisätä, saattaa olla eduksi lisätä upotussyvyyttä. Tällöin saadaan irti suurempi määrä sähkötehoa ilman että virrantiheydet nousisivat liiaksi elektrodeissa. Vaikka terminen hyötysuhde on erittäin hyvä, tällaisessa tilanteessa todetaan kuitenkin tavallisesti lasisulatteen lämpötilan nousua pohjan alueella.

9 82828

Kun ulosotto tapahtuu suurina määrinä, saattaa lämpötilan nousun rajoittamiseksi pohjan alueella olla myös eduksi, samalla kun käytettyä tehoa lisätään, jättää lisäämättä upotussyvyyttä, mutta muuttaa elektrodien konfiguraatiota siten, että ne tarjoavat suuremman pinta-alan samalla syvyydellä. Tämä saadaan aikaan esimerkiksi suurentamalla elektrodien läpimittaa tai käyttämällä esimerkiksi levymäisiä elektrodeja, jotka sovitetaan kylpyyn vaakasuoraan. Tällä tavoin voidaan säilyttää tietty lämpötilagradientti myös suurilla ulosottomäärillä. Joka tapauksessa tämä lämpötilagradientti on silti pienempi kuin mikä saadaan aikaan pienillä ulosottomäärillä.

Elektrodien parhaat sijoitukset vaakasuorassa tasossa vastaavat edellä mainitussa julkaisussa sanottua. Elektrodit jaetaan tasaisesti kylvyn koko vapaalle pinnalle. Kun kysymyksessä on kolmivaihevirran syöttö, elektrodit sovitetaan ainakin yhdeksi järjestetyksi kahden rivin, jossa on kolme elektrodia tasaisten välimatkojen päässä toisistaan, yksiköksi. Jokaiseen ensimmäisen rivin elektrodiin kytketään jokin virran vaiheista R, S, T. Toisen rivin elektrodit ovat päinvastaisessa järjestyksessä, niin että kaksi keskielektro-dia ovat kytkettyinä samaan vaiheeseen, kun taas päissä olevat elektrodit ovat kytketyt eri vaiheisiin. Kahden elektrodirivin välimatka on jokseenkin sama kuin välimatka saman rivin kahden elektrodin välillä.

Edellä mainittua järjestystä voidaan täydentää liittämällä lisäelektrodirivejä, jotka sovitetaan edellä mainitussa julkaisussa mainittujen periaatteiden mukaan.

Elektrodien jakaminen säännöllisesti edistää tietysti lämpötilojen tasaisuutta myös alueella, joka vastaa elektrodien upotettua osaa. Tällä alueella lämpötila on tuntuvasti korkeampi elektrodien välittömässä läheisyydessä, mutta erot ympäröivän sulatekylvyn lämpötiloihin lievenevät erittäin nopeasti, niin että likimain tämän ylimmän kerroksen lämpö- tilan voidaan katsoa olevan hyvin tasainen. Tämän vahvista vat lämpötilan mittaukset annetulla tasolla suoritusesi- merkeissä.

10 82828

Huomattakoon, että lämpötilat tasoittuvat hyvin jopa alueilla, jotka eivät sijaitse elektrodien välissä ja sivuseinät saavuttavat lämpötiloja, jotka eroavat suhteellisen vähän "keskimmäisten" alueiden lämpötiloista. Lämpötila laskee tuntuvasti vain kosketuksessa seinämiin. Lämpötilojen tasai suus, joka on seurausta elektrodien tällaisesta sijoittelusta, on myös tekijä, joka takaa hyvän termisen hyötysuhteen .

Sitävastoin pitkin seinämiä sovitetut elektrodit saattaisivat myös johtaa tasaisiin lämpötiloihin, mutta niiden haittana olisi toisaalta se, että ne lisäisivät huomattavasti lämmönhukkaa, ja toisaalta se, että ne aiheuttaisivat hyvin nopeata rapautumista tulenkestävissä osissa, jotka sijaitsevat elektrodien lähellä, eli paikallisesti, syistä jotka mainitsimme edellä: lämpötilan huomattava nousu ja konvektio- liikkeiden lisääntyminen näitä seiniä pitkin. Lisäksi, kuten edellä mainittiin, elektrodien läsnäolo seinien lähellä rajoittaisi sulatusammeen muodostavien tulenkestävien materiaalien valintaa. Saattaisi olla vaikeata käyttää johtavia tulenkestäviä materiaaleja.

Edellä mainituista syistä keksinnön suoritusmuodoissa elektrodit pidetään tietyn välimatkan päässä sivuseinistä. Tämä välimatka ei, perinteisissä käyttöolosuhteissa, etenkin kun kysymyksessä ovat vähän tai keskiresistiiviset lasilajit, ole edullisesti pienempi kuin puolet välimatkasta, joka jää kahden vierekkäisen vaihtoelektrodin väliin. Tämä välimatka on mieluiten samaa suuruusluokkaa kuin kahden vierekkäisen elektrodin välinen etäisyys.

Välimatkat, joista edellä on kysymys, vastaavat tavallisimpia piioksidi-sooda-kalkkikivityyppisiä laseja, joiden alkali- n 82828 pitoisuus on suhteellisen korkea. Vaihtoelektrodien välimatka voi olla myös lyhyempi silloin, kun käsitellään resis-tiivisempiä laseja, etenkin sellaisia, jotka on tarkoitettu vahvistuskuitujen valmistukseen ja joiden alkalipitoisuus on tuntuvasti vähäisempi. Vastaavasti näillä laseilla elektrodien etäisyys uunin seinämistä voi olla suurempi kuin vähemmän resistiivisillä laseilla.

Yleensä samalla kun käytetään edellä mainittuja elektrodin ja seinämän välisiä etäisyyksiä, sattaa keksinnön mukaan olla eduksi muuttaa elektrodien välisiä etäisyyksiä käsiteltävän aineen tilasta riippuen. Kysymyksessä ei ole yksinomaan se, että otetaan huomioon lasin resistiivisyys, kun normaaliin tuotantovauhtiin on päästy, vaan myös tarvittaessa sovitetaan koko sulatusyksikön konfiguraatio sen käyttöä vastaaviin erityisolosuhteisiin. Viimeksi mainitussa tapauksessa saattaa olla eduksi käynnistää sulatus toisiaan lähellä olevilla elektrodeilla, välimatkan kasvaessa vähitellen sitä mukaa kun raaka-aineet sulavat.

Elektrodien jakaminen edellä kuvatulla tavalla tuo mukanaan uunin erityisjärjestelyn. Voitaisiin ajatella, että elektrodit työnnetään yksinkertaisesti sulatekylvyn kattavaan tulenkestävään holviin tehdyistä rei'istä. Tällainen ratkaisu ei kuitenkaan mahdollista elektrodien siirtämistä kylvyn pinnalla eikä raaka-aineiden tasaista syöttöä. Riippumatta siitä, millaisia syöttölaitteita käytetään, niiden tulee voida kattaa koko pinta mahdollisimman säännönmukaisella kerroksella jauhemaista koostumusta uunin koko toiminnan ajan. Holvin läpi menevien elektrodien tai elektrodien kannattimien läsnäolo on esteenä seoksen jakelulaitteiden siirtämiselle. Näistä syistä keksinnön mukaan elektrodit kiinnitetään kannat-timiin, jotka menevät sulatusammeen yläpuolelle lähtien sen sivuilta. Seoksen jakelulaitteet sovitetaan siten, että ne menevät elektrodien ja niiden kannattimien yläpuolelta.

Vaikka sulatuskylvyn pinnalle levitetty seoskerros muodostaa- n 82828 kin suojan lämpöhävioita vastaan, on kuitenkin suositeltavaa sovittaa kylvyn yläpuolelle tulenkestävä holvi. Holvin läsnäolo on hyödyksi etenkin käynnistys- ja odotusvaiheissa, joissa raaka-ainesuo jakerrosta ei joko ole lainkaan tai se on erittäin ohut. Keksinnön mukaisessa sovituksessa tämä edellyttää, että elektrodien kannattimet sovitetaan ammeen tulenkestävien sivuseinien ja holvin väliin.

On selvää, että ammeen pystysuorien sivuseinien ja holvin väliin jäävä tila on mahdollisimman pieni lämmönhukan rajoittamiseksi. Olemme muuten todenneet, että elektrodit on voitava vaihtaa erittäin nopeasti joko jonkin loppuunkuluneen osan vaihtamiseksi tai elektrodin upotetun osan konfiguraation muuttamiseksi, esimerkiksi elektrodin pituuden muuttamiseksi. Nämä kaksi olosuhdetta yhdessä edellyttävät, että elektrodit ovat toisaalta liikuteltavia ja että toisaalta elektrodin kannattimen liike sen vetämiseksi ammeen ja tulenkestävän holvin rajaamasta tilasta pääsee tapahtumaan pienessä tilassa.

Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisesti viitaten liitteenä oleviin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 on kaavamainen pitkittäisleikkauskuva keksinnön mukaisesta sähkösulatusammeesta, - kuvio 2 on leikkauskuva ylhäältä katsottuna kuvion 1 ammeen kourun tasolta, - kuvio 3 on graafinen esitys lämpötilagradientista tason, jolla ollaan ammeessa, funktiona eri toimintatavoissa, - kuvio 4 esittää lämpötilanmittauksen tulosta erilaisilla tuotantomäärillä, - kuviot 5a ja 5b esittävät lämpötilojen vaihteluja ammeen leveysssuunnassa eri tasoilla ja erilaisissa käyttöolosuhteissa, - kuvio 6 on graafinen esitys, joka kuvaa lämpötilaa pohjan tasolla tuotantomäärän funktiona keksinnön mukaisessa uunissa ja uunissa, jossa elektrodit on sovitettu pohjaaan, i3 82828 - kuvio 7 on graafinen esitys, joka kuvaa energiankulutusta tuotantomäärän funktiona kuviossa 6 kysymyksessä olevassa kahdessa uunityypissä, kuvio 8 on kaavamainen leikkauskuva eräästä keksinnön mukaisesta elektrodin ja sen kannattimen sovitustavasta, - kuvio 9 esittää erästä raaka-aineseoksen jakelutapaa keksinnön mukaisessa uunissa, kuvio 10 on osittainen leikkauskuva eräästä elektrodin-kannattimen suoritustavasta.

Kuviossa 1 pitkittäisleikkauksena ja kuviossa 2 yläkuvana esitetty amme on yleismuodoltaan perinteinen etenkin poltti-milla toimivan ammeuunin kaltainen. Amme on valmistettu tulenkestävistä materiaaleista. Sen mitat voivat vaihdella. Ne riippuvat aiotusta tuotantomäärästä. Toteamme kuitenkin, että keksinnön mukaisilla uuneilla voidaan päästä erityisen suuriin tuotantomääriin. Toisin sanoen uunien pinta-ala annettua tuotantomäärää kohti voi olla suhtellisen pieni. On myös tärkeätä korostaa, että keksinnön mukaisen uunin kuumennustapa mahdollistaa suuremmitta haitoitta, etenkin nimellis-kulutuksen liiaksi muuttumatta, toiminnan mahdollisesti hyvinkin supistetuissa käyttöolosuhteissa nimellistuotantomäärään verrattuna.

Ammeen syvyys on verrattavissa tämäntyyppisille uuneille perinteisesti valittuihin syvyyksiin. Jokin minimisyvyys on suositeltava sopivan pystysuoran lämpötilagradientin aikaansaamiseksi ja jotta ammeen pohjalta saadaan suoraan suhtellisen hyvin kirkastunutta lasia. Tämä minimisyvyys voi olla esimerkiksi 500 mm sulaa ainetta. Keksinnön mukainen mahdollisuus muuttaa huomattavasti elektrodien upotussyvyyttä antaa tarpeen vaatiessa mahdollisuuden käyttää tavallista syvempiä ammeita, esimerkiksi ammeita, joissa sulatteen korkeus on yli 1500 mm.

Tässä esitetyssä suoritusmuodossa sula aine poistetaan kourusta 2, joka sijaitsee ammeen yhdellä sivulla ja samassa -- I . .

i4 82828 tasossa pohjan 3 kanssa. Edelleen tässä suoritusmuodossa kouru 2 on suoraan yhteydessä "feedereihin" eli etusäiliöihin 4, jotka ohjaavat sulatteen eri edelleenkäsittelypisteisiin.

Lisäelektrodeja 5 ja 6 on sovitettu kourun lähelle tai kouruun pohjalle. Näitä elektrodeja voidaan käyttää aineen pitämiseksi sulana silloin, kun tuotanto on pysähdyksissä tai erittäin vähäisenä, ja estämään kouruun jäävää pientä ainemäärää jähmettymästä.

Elektrodeja 5 ja 6 voidaan lisäksi käyttää myös ulosvedet-tävän aineen lämpötilan säätämiseen. Normaaleissa käyttöolosuhteissa näihin elektrodeihin ei tarvitse syöttää virtaa.

Joka tapauksessa kun tällaisia elektrodeja on uunin pohjalla, häviöteho on tällä tasolla aina erittäin vähäistä verrattuna siihen, mikä käytetään sulatukseen uppoelektrodeilla, niin että rapautumisilmiöt ovat mitättömiä. Esimerkiksi suurin häviöteho elektrodien 5 ja 6 kohdalla ei ylitä 1/20 kuuden uppoelektrodin käyttämästä tehosta tässä esitetyssä esimerkissä .

Kuviossa 1 esitetyssä suoritusmuodossa pohja on vaakasuora.

Se on tavallisin muoto ammeuuneissa. Tällainen muoto on jopa käytännössä tarpeen, kun sähkösulatus tapahtuu pohjaan sovitetuilla elektrodeilla ja kun kuumennus pyritään saamaan hyvin tasaiseksi. Kun käytetään sulaan upotettuja elektrodeja, pohjan muoto on käytännössä tästä kysymyksestä riippumaton. Voidaankin esimerkiksi käyttää pohjaa, joka on hieman poisto-kouruun päin kalteva. Samoin poistoaukko voidaan sijoittaa mihin kohtaan pohjaa tahansa, etenkin uunin keskelle.

Kuvioiden 1 ja 2 esimerkissä sulaan upotettuja elektrodeja on kuusi. Niihin syötetään mieluiten kolmivaihevirtaa ja vaiheet (R, S, T) jakautuvat kuviossa 2 esitetyllä tavalla. Tällaisella sovituksella saadaan vaiheille hyvä tasapainotus ja energia saadaan jakautumaan hyvin tasaisesti sulatekylvyn is 82828 koko laajuudelle.

Sulaan uppoavat elektrodit 7 ovat lisäksi säännöllisen välimatkan päässä toisistaan ja siten, että kukin niistä sijaitsee jokseenkin keskellä yhtä kylvyn pinnan aluetta, kaikkien alueiden ollessa samankokoisia. Tällaisella järjestelyllä elektrodit 7 saadaan hyvän välimatkan päähän tulenkestävistä sivuseinistä 8. Kahden vierekkäisen elektrodin etäisyys toisistaan on kysymyksessä olevassa esimerkissä samanpituinen kuin elektrodin etäisyys lähimmästä seinästä 8. Kuten edellä mainittiin, se voisi olla pienempikin, mutta mieluiten seinän ja elektrodin etäisyys toisistaan ei ole lyhyempi kuin puolet kahden vierekkäisen elektrodin etäisyydestä toisistaan.

Käytettävien elektrodien lukumäärä riippuu uunin pinta-alasta ja siten sen tuotantomäärästä. Uuneissa, joiden kapasiteetti on suurempi, kolmivaihevirtaelektrodien sovitus on edullisesti edellä mainitussa hakemuksessa kuvatun kaltainen. Erityisesti keksintöä voidaan käyttää uuneissa, joiden konfiguraatio vastaa kaksinkertaista ammeen pituutta eli joissa on sovitettu päittäin kaksi edellä kuvattua yksikköä. Muunkinlaiset konfiguraatiot ovat tietysti mahdollisia, mutta niitä varten joudutaan suorittamaan erityisjärjestelyjä elektrodien kannattimien osalta verrattuna tuonnempana esimerkkeinä esitettyihin suoritusmuotoihin.

Kuvio 1 esittää vielä sulatekylpyä 9, jota peittää yhtenäinen raaka-ainekerros 10. Tämä mahdollisimman tasainen kerros voi olla paksumpi tai ohuempi käytetystä toimintatavasta riippuen. Normaalikäytössä pidetään minimipaksuutena 100 mm, jotta sulatekylpy saadaan lämpöeristetyksi ilmakehästä. Suurempi paksuus saattaa olla eduksi, mutta käytännössä ei kuitenkaan ylitetä 300 mm, koska suurempi paksuus ei toisi mitään uutta etua ja saattaisi johtaa huomattaviin paksuuseroihin sulamisen kannalta ensisijaisista alueista riippuen.

ie 82828

Kuten kuviossa 1 on osoitettu, elektrodit 7 kulkevat raaka-aineiden muodostavan pintakerroksen läpi ja menevät sulaan kylpyyn. Upotussyvyys riippuu pääasiassa tuotantomäärästä, jota käytetään, mutta myös virrantiheydestä elektrodin pinnalla. Kun tuotantomäärä on suuri, on valittava kompromissi sen edun, joka saadaan pintakuumennuksella pienellä upotussyvyydellä, ja välttämättömyyden välillä saada virrantiheys pidetyksi teknisesti hyväksyttävissä rajoissa. Tällaisilla suurilla tuotantomäärillä syvyys pidetään edullisesti alle 2/3:na kylvyn syvyydestä ja jopa mieluiten alle puolena tästä syvyydestä.

Kun tuotantomäärä pienenee, saattaa, kuten edellä mainitsimme, olla eduksi siirtää kuumimmat alueet syvemmälle. Tällöin elektrodit voidaan edullisesti upottaa puoleen väliin tai syvemmällekin, esimerkiksi aina 3/4:aan kylvyn syvyyttä.

Esimerkiksi samassa uunissa ja samalla elektrodijärjestyksellä, tuotantomäärän ollessa 3 tonnia päivassä/amme-m^, elektrodit upotetaan kolmannekseen kylvyn syvyyttä, kun taas tuotantomäärän supistuessa 1 tonniin voi olla eduksi upottaa elektrodit 3/4:aan kylvyn syvyyttä.

Joka tapauksessa upotuspinnan tulee olla sallittuihin virrantiheyksiin sopiva ilman että rapautuminen on liian voimakasta. Käytännössä valitaan elektrodeja, joiden läpimitta on riittävä, jotta tästä pakkotilanteesta päästään.

Kuviossa 3 esitetään, miten lämpötilagradientti muodostuu edellä kuvatussa ammeessa tuotantomäärän ollessa 1,5 tonnia neliömetriä ja päivää kohti. Lämpötila mitataan systemaattisesti eri tasoilta.

Tässä diagrammissa on raaka-ainekerros ja sulan aineen pinta etusäiliössä merkitty vaakasuorilla pistekatkoviivoilla. Kysymyksessä olevassa esimerkissä seoskerroksen paksuus, joka vastaa kahta kauimpana toisistaan olevaa pistekatkoviivaa, on i7 82828 noin 200 nun.

Lämpötilakäyrä A vastaa mittauksia, jotka on suoritettu kuvion 2 pisteen 11 kautta kulkevalla pystysuoralla. Käyrä G on saatu pystysuoralla, joka sijaitsee 100 mm;n päässä elektrodista S samoissa käyttöolosuhteissa.

Ensiarviolta voidaan todeta, että molemmissa käyrissä on lämpötilan kaksi kussakin tasossa, samoissa käyttöolosuhteissa todettua äärirajaa.

Näissä molemmissa käyrissä upotussyvyys on hieman alle kolmasosa kylvyn syvyydestä.

Näiden käyrien ensimmäinen tunnusmerkki on se, että lämpötila on korkeampi elektrodin lähellä. Ero on suurin korkeimmalla alueella ja heikkenee pohjaa lähestyttäessä. Tällä tasolla esiintyvä lämpötilaero johtuu pääasiassa siitä, että mittauspiste on enemmän "keskellä" elektrodin S lähellä ja jäähtyy siis vähemmän seinien vaikutuksesta kuin muualla.

Toinen tunnuspiirre on se, että nämä käyrät, lukuunottamatta kylvyn yläosaa välittömässä kosketuksessa sulatettavaan seokseen, osoittavat lämpötilan säännönmukaisesti alenevan ylhäältä alaspäin mentäessä. Maksimi- ja minimilämpötilojen ero samalla pystyviivalla nousee noin 20°C:een.

Kysymyksessä olevassa esimerkissä maksimilämpötila vähiten kuumilla alueilla, eli käyrällä A, sijoittuu likimain syvyydelle, joka vastaa elektrodien päätä. Kuumimmilla alueilla (käyrä G) maksimilämpötila sijoittuu hieman lähemmäs pintakerrosta .

Käyrä C vastaa käyrää A, kun elektrodi on upotettu 3/4: lie kylvyn syvyyttä, tuotantomäärän pysyessä samana. Tällöin todetaan maksimilämpötilan erittäin tuntuva kohoaminen edelliseen verrattuna. Tämä maksimiarvo pysyy käytännöllisesti ie 82828 katsoen samana suurella osalla kylvyn korkeutta. Lämpötila nousee pohjan tasolla yli 100°C. Näin syvälle upottaminen on edullista tuotantomäärän ollessa pieni. Tällöin on jouduttu vähentämään häviötehoa ja vastaavasti pienentämään myös uunin tuotantomäärää ja lämpötila voidaan pohjan tasolla myös palauttaa vastaamaan käyrän A arvoa.

Lämpötilaprofiili C on lähellä sitä, joka todetaan samanlaisissa uuneissa, joiden elektrodit on sijoitettu pohjalle.

On mielenkiintoista verrata näitä käyriä kuvion 4, joka esittää samoja lämpötilaprofiileja eri tuotantomäärillä, käyriin (käyrä E noin 2,4 tonnia päivässä m^jä kohti, käyrä F noin 3 tonnia). Näissä esimerkeissä upotussyvyys on sama kuin käyrän A kohdalla.

Todetaan lämpötilojen yleinen kohoaminen tuotantomäärien funktiona. On kuitenkin merkittävää, että kun elektrodi pidetään kylvyn yläosassa, voidaan tuotantomäärä käytännöllisesti katsoen kaksinkertaistaa samalla kun lämpötilaksi saadaan pohjan tasolla arvo, joka on verrattavissa käyrän C tapauksessa mitattuun arvoon. Tämä kuvaa hyvin etua, joka saadaan upotussyvyyttä rajoittamalla.

Kuviossa 3 käyrä D vastaa samanlaista mittausta kuin käyrä A kysymyksen ollessa "sameammasta" lasista. Kysymyksessä oleva lasi sisältää rautaoksidia 0,60, käyrässä A taas 0,20. Tämän oksidin läsnäolo aiheuttaa infrapunasäteilyn voimakasta absorptiota. Käyrien A ja D vertailu osoittaa, että käsiteltävänä olevan lasin vähäisemmällä tai voimakkaammalla "sameudella" on vain suhteellisen vähäinen vaikutus. Erityisesti lämpötila raaka-ainekerroksen tasolla ja maksimiarvo pysyvät jokseenkin muuttumattomina, kun taas pohjan lämpötila laskee noin 20°C. Kääntäen taas uuneissa, joissa elektrodit on sijoitettu pohjalle, tiedetään rautaoksidipitoisuuden lisääntymisen vaativan maksimilämpötilan ja pohjan lämpötilan tuntuvaa nostamista, jotta lämpötila saadaan pysymään tasaisena i9 82828 kosketuksessa pintakerrokseen.

Kuvio 5a esittää lämpötilojen kehitystä eri tasoilla kylvyssä (0, 300, 600 ja 900 mm pohjasta), mittaukset on suoritettu ammeen poikki kohdan 11 kautta kulkevassa pystytasossa. Käyrät osoittavat mitattujen lämpötilojen olevan hyvin tasaisia samalla tasolla, lukuunottamatta pintakerrosta vastaavissa kohdissa, joissa tapahtuu herkemmin paikallisia muutoksia, jotka johtuvat elektrodien lähellä esiintyvistä konvektio-virroista. Poikkeama pysyy tässäkin tapauksessa noin viides-säkymmenessä asteessa.

Diagrammi 5a koskee tuotantomäärää 1 tonni/m^ päivässä. Diagrammi 5b on samanlainen, mutta vastaa tuotantomäärää 2,5 tonnia/m^ päivässä. Tässä viimeksi mainitussa tapauksessa todetaan lämpötilojen yleinen kohoaminen kaikilla tasoilla, pohja mukaanluettuna. Lämpötilagradientti on pohjan ja kuu-mimman tason välillä kapeampi kuin edellisessä tapauksessa. Se kattaa satakunta astetta. Se, että välittömässä kosketuksessa seokseen olevan alueen lämpötila on viileämpi, johtuu suuresta lämmönhukasta tällä tasolla (tämä hukka on sitä suurempi, mitä korkeampi lämpötila on).

Näiden tulosten valossa tutkittiin systemaattisesti pohjan maksimilämpötilojen vaihteluja tuotantomäärän funktiona. Tämä tutkimus suoritettiin samanaikaisesti keksinnön mukaisessa uunissa (II) ja samanlaisessa uunissa, jossa elektrodit oli sijoitettu pohjalle (I).

Nämä mittaukset suoritettiin lasista, joka koostui perinteisistä raaka-aineista, etenkin dolomiittikalkista, jota käytettiin 10 paino-%. Valmistetun lasin koostumus oli seuraava:

Si02 64,55 Na20 15,60 A1203 3,35 K20 1,35 CaO 7,25 B203 3,60 MgO 3,00 F 0,60.

20 82828 Tämäntyyppistä lasia käytetään etenkin eristyskuitujen valmistukseen .

Tulokset on esitetty kuviossa 6. Kaikilla tuotantomäärillä keksinnön mukaisen uunin lämpötilat ovat alemmat kuin uunin, jossa elektrodit ovat pohjalla. Vaikka keksinnön mukaisen uunin hyväksi todettu lämpötilaero on sitä korkeampi, mitä suurempi on tuotantomäärä, jää kuitenkin vielä viitisenkymmentä astetta tuotantomäärille noin 3 tonnia/m2 päivässä. Tämä ero on edelleen erittäin merkittävä tulenkestävien osien käyttöiän kannalta. Tämä etu ilmenee eri tavoin. Jos nimittäin katsotaan, että tulenkestävien osien hyväksyttävä kuluminen riippuu tietystä lämpötilasta, jota ei saa ylittää, keksinnön mukaista uunia käytettäessä todetaan voitavan päästä tuotantomääriin, jotka ovat mahdottomia uuneilla, joissa elektrodit ovat pohjalla. Esimerkiksi kun on kysymys edellä mainitun tyyppisestä piioksidi-sooda-kalkkikivilasista keksinnön mukaisissa uuneissa ja tuotantomäärän ollessa 2,5 tonnia/m2 päivässä tai sitä suurempi, pohjan lämpötila voidaan pitää alle 1400°C:ssa.

Keksinnön mukaiset uunit ovat merkittäviä myös niiden suhteellisen pienen ominaiskulutuksen vuoksi. Tällainen kulutus voi selittyä ainakin osaksi edellä todetuista alemmista lämpötiloista, jotka vähentävät lämpöhäviöitä. Tämä mekanismi ei ole kuitenkaan ainoa, joka on huomioitava kulutusta määritettäessä, minkä osoittavat myös kuvion 7 käyrät, jotka on saatu kahdella edellä mainitulla vertailu-uunilla. Ominaiskulutus pienenee nimittäin kummassakin tapauksessa, kun tuotantomäärä kasvaa, kun sen sijaan lämpötila nousee, kuten kuviosta 6 näkyy. Olipa niin tai näin, todetaan keksinnön mukaisessa tapauksessa (II) samoja raaka-aineita samoissa olosuhteissa sulatettaessa kuitenkin ominaiskulutuksen olevan noin 10-15 % pienempi lämpötilasta riippuen. Todettu ero on sitä suurempi, mitä pienempi on tuotantomäärä. Niinpä kun tuotantomäärä on 1 tonni/m2 päivässä, ominaiskulutus kysymyksessä olevien piioksidi-sooda-kalkkikivilasien sulatuksessa ei ylitä 1000 i 2i 82828 kWh tonnia kohti .

Keksinnön mukaisen uunin ominaiskulutus muuttuu vähän tuotantomäärän muuttuessa, mikä on merkittävää. Tähän "joustava-käyttöisyyteen" tulee lisäksi edellä mainittu mahdollisuus työskennellä korkeammalla tuotantomäärällä.

Mainittuihin suoritusarvoihin pääsemiseksi on tarpeen, että kylpy peitetään tasaisesti raaka-aineilla, jotka muodostavat eristävän kerroksen. On siis välttämätöntä, että näiden raaka-aineiden jakelu ulottuu ammeen koko pinnalle. Tällaisen jakelun mahdollistavat menetelmät ovat tunnettuja ja niitä käytetään yleisesti sähkösulatusuuneissa, joissa elektrodit on sijoitettu pohjaan. Sellaisia ovat etenkin jatkuvasyöttöiset kuljettimet, joiden pää, josta raaka-aineet kaadetaan, tekee sarjan erilaisia kääntöliikkeitä, niin että se lakaisee koko pintaa. Niitä ovat myös laitteet, joissa syöttö tapahtuu samanaikaisesti ammeen koko leveydelle, laitteen liikkuessa samoin kääntyen, niin että ammeen koko pituus saadaan katetuksi.

Tapahtuipa jakelu sitten "pisteittäin" tai "lineaarisesti", jakeluelimen tulee voida liikkua vapaasti ammeen yläpuolella. Kun kysymys on kylpyyn upotettavista elektrodeista, on tällöin huolehdittava siitä, että ne eivät estä laitteen siirtymistä. Kuvio 8 esittää erästä keksinnön mukaisen uunin järjestelyä, jossa nämä ehdot on täytetty.

Kuvion 8 uuni on esitetty vain osaksi. Siihen on merkitty kaavamaisesti tulenkestävä amme, joka muodostuu pohjasta 3 ja sivuseinistä 8. Ammeen yläpuolella riippuu tulenkestävä holvi 12 osaksi esitetystä metallirakenteesta, joka ulottuu uunin yli.

Uunin syöttö tapahtuu lineaarista tyyppiä olevalla jakelijalla 13, joka ulottuu yli ammeen koko leveyden. Tämä jakelija 13 siirtyy liukuen kiskolla 14, joka on ripustettu vain 22 82828 hyvin osittain esitettyyn rakenteeseen pystypalkilla 15.

Kuvio 9 esittää erittäin kaavamaisesti jakelijan siirtymis-liikettä. Asennossa A jakelijaan 13 kuormataan raaka-aineet syöttösuppilosta 16, joka sijaitsee ammeen toisessa päässä ja uunitilan ulkopuolella. Kun kuormaus on suoritettu, jakelija siirtyy ammeen yläpuolelle. Jakelija käynnistyy asennosta B. Tämä koneisto vapauttaa jatkuvasti ennaltamäärättyjä määriä koostumusta ammeen koko leveydelle. Jakelija 13 siirtyy säännönmukaisesti asentoon C asti, joka vastaa ammeen päätä. Pitkin koko tätä rataa, säännöllisin välein, jakelija kaataa raaka-aineseosta. Jakelija 13 palaa sitten asentoon A. Jakaminen voi tapahtua yksinomaan menoradalla tai sekä meno- että paluuradalla. Jakelijan 13 siirtymisen aikana syöttösuppilo 16, jota voidaan syöttää jatkuvatoimisesti millä tahansa tunnetulla tavalla, saa uuden panoksen. Uusi jakso alkaa.

Edellä kuvattu syöttötapa edellyttää, että laitteella on vapaa kulku ammeen ja holvin välissä. Ainoastaan uunin se pää, joka on vastakkaisella puolella syöttösuppiloon 16 nähden, voidaan sulkea tulenkestävillä osilla. Keksinnön mukaan on kuitenkin järjestetty liikkuvia, esimerkiksi viitenumerolla 17 esitettyjä tulenkestäviä seiniä uunin kolmelle avoimelle sivulle. Näillä seinillä 17, kun ne lasketaan lepäämään ammeen sivuseinien 8 päälle, saadaan eristetyksi kylpy ympäröivästä ilmakehästä. Tätä järjestelyä käytetään silloin, kun uuni saatetaan "odotustilaan” ja kun sitä ei ole tarpeen enää syöttää. Sulkemalla se tällä tavoin vältetään huomattava lämmönhukka ja kylpy voidaan jättää silleen useiksi tunneiksi lisäenergiaa tarvitsematta.

Liikkuvat seinät 17 lasketaan tavallisesti sen jälkeen kun elektrodit 7 on nostettu pois, kuten tuonnempana selitetään. Mutta mahdollista on myös tehdä seiniin 17 lovia, jotka vastaavat elektrodien kannatinvarsien 18 sijaintikohtia. Uunitila saadaan tällä tavoin lähes suljetuksi elektrodien jäädessä paikoilleen. Tällainen järjestely mahdollistaa 23 82828 siten lisälämmön, joka tarvitaan uunin pitämiseksi odotustilassa pitempiä aikoja.

Edellä kuvatuntyyppinen jakelija 13 on edullinen, mikäli sen sen viemä tila rajoittuu jokseenkin uunin viemään tilaan. Erityisen hyödyllinen se on silloin, kun keksintöä sovelletaan fossiilipolttoainetta käyttävän uunin muuttamiseen sähköuuniksi. Polttimilla toimivissa uunissa lasikoostumus nimittäin syötetään uuniin tavallisesti pisteittäin ammeen toisesta päästä. Uunin ympärillä ei tällöin ole tilaa, joka mahdollistaisi tilaa vievien syöttölaitteiden asentamisen.

Kun tilakysymys ei ole esteenä, voidaan ajatella muunkinlaisia syöttölaitteita, erityisesti sellaisia, joissa on hihnakuljetin, joka liikkuu ammeen yläpuolella. Tällöin kuljetin on sovitettu tavallisesti ammeen toiselle sivulle ja se on riittävän pitkä, jotta sen pää ulottuu ammeen toiselle sivulle sen siirtyessä. Sitävastoin kun kuljetin on "taakse-vedetyssä" asennossa eli kun sen pää on ammeen lähimpänä olevan seinän kohdalla, kuljettimen tulee voida ulottua uunin ulkopuolelle ainakin ammeen koko leveydeltä.

Valittiinpa millainen syöttötapa tahansa, syöttö tulee järjestää elektrodien ja elektrodien kannattamien yläpuolelle, kuten erityisesti kuviossa 8 on esitetty. Jakelu tapahtuu tasaisesti huolimatta näiden osien läsnäolosta lasikoostumuk-sen putoamisradalla. Käytännössä elektrodien ja niiden kannattimien läpimitat ovat tarpeeksi pienet, jotteivät ne ole haittana hyvälle jakelulle. Lisäksi jottei lasiseos pääse kasaantumaan varsille 18, on edullista tehdä ne muodoltaan pyöreiksi. Käytetään esimerkiksi poikkileikkaukseltaan sylinterin muotoisia varsia.

Kun uunin toimintaa joudutaan muuttamaan, jolloin elektrodeja joudutaan vaihtamaan tai kun uuni joudutaan saattamaan odotustilaan, on eduksi voida vetää elektrodi pois sulatekylvystä. Kuvio 8 esittää vielä erityisen yksinkertaista yksikköä, joka 24 8 2 8 2 8 mahdollistaa tämän toimenpiteen. Esitetyssä suoritustavassa elektrodi on kiinnitetty varren 18 päähän, jonka sisällä, kuten tuonnempana näemme, ovat kaikki sähköjohtimet ja jäähdytysnesteputket.

Varsi 18 on nivelöity kohdasta 19 akseliin, joka mahdollistaa koko varsi- ja elektrodiyksikön kääntämisen uunin ulkopuolelle. Tätä varten varren muoto ja nivelkohdan sijaintipaikka on valittu sivuseinien 8 yläreunan ja ammeen yläpuolelle sovitettujen tulenkestävien osien väliin jäävän käytettävissä olevan tilan mukaan. Tämä järjestely on sitä helpompi toteuttaa, mitä pienempi uuni on mitoiltaan. Varren 18 ylitettyä tietyn pituuden ei sen kääntämistä enää voida ajatella. Samasta syystä on suositeltavaa, kuvioissa 1 ja 2 esitetyssä uunin suoritusmuodossa, huolehtia siitä, että elektrodeja kannattavat varret sijoitetaan siten, että kolme tulee uunin toiselle puolelle ja kolme sen toiselle puolelle. Mahdollisia ovat kuitenkin myös muunkinlaiset elektrodien ja niiden kannattimien poisvetämisen mahdollistavat sovitukset, joissa kannatinvarret pääsevät kulkemaan vain uunin toiselta puolen. Joka tapauksessa tällaisia sovituksia, joissa joudutaan esimerkiksi käyttämään sekä pyörien että kääntyen liikkuvia varsia, on käytettävä silloin, kun uunissa on enemmän kuin kaksi riviä elektrodeja.

Elektrodin kannattimen liikkuminen vaakasuorassa tasossa on muuten välttämätöntä silloin, kun halutaan muuttaa elektrodien asemaa toisiinsa nähden erityiskäyttötapoja varten. Tämä liikkuvuus voidaan saada aikaan tavanomaisin keinoin, esimerkiksi sijoittamalla elektrodia kannattava yksikkö 19 liikkuvalle vaunulle tai teleskooppisella kannatinlaitteella 18.

Eräs keksinnön mukaisten suoritusmuotojen erityisominaisuus on siinä, että elektrodin upotussyvyyttä voidaan säätää. Aikaisemmissa ehdotuksissa tavataan myös järjestelmiä, joissa ehdotetaan upotuksen muuttamista, mutta tämä muutos saadaan 25 82828 kuitenkin tavallisesti aikaan siirtämällä elektrodin runkoa itseään monimutkaisessa yksikössä, joka toimii sen kannat-timena, tai sitten siirtämällä kannatinta itseään.

Toinen ratkaisu ei ole hyvä seuraavista syistä. Lasin sähkö-sulatukseen käytetyt elektrodit ovat molybdeeniä ja niiden kannattimet yleensä tulenkestävää terästä. Jotta molybdeenin hapettuminen kosketuksessa ilman kanssa saadaan estetyksi, elektrodin ja kannattimen liitoskohta sijaitsee sulatekylvyn pinnan alapuolella, niin että koko molybdeeni on upotettuna ja siis suojassa hapettumiselta, joka tapahtuu sen joutuessa kosketukseen ilmakehän kanssa. Sitävastoin elektrodin upotus rajoittuu tarkasti minimiin liian nopean kulumisen estämiseksi tällä tasolla, jos tämän kannattimen päätä jäähdytetään voimakkaasti mainitun kulumisen rajoittamiseksi vielä paremmin. Ei siis voida ajatella upotussyvyyden säätämistä kannattimen upotussyvyyden avulla. Sen on pysyttävä vakioasemassa sulatekylvyn pintaan nähden.

Mitä taas tulee ensiksi mainittuun ratkaisuun eli elektrodin siirtämiseen kannatinvaipassa, siihen tarvitaan mekanismeja, joiden, keksinnön mukainen kannattimien sovitus huomioonottaen, tulisi välttämättä olla kannattimen siinä osassa, joka on uunitilan sisällä. Tämä merkitsisi kannattimen koon suurentamista. Olemme nähneet, että lasikoostumuksen hyvän jakelun aikaansaamiseksi on suositeltavaa, että kannatin vie mahdollisimman vähän tilaa. Tämä ratkaisu ei siis ole toivottava. Lisäksi säätömekanismin sijoittaminen uunitilaan ja sen seurauksena jännitykset ja hapettuminen, joille tällainen mekanismi, vaikkapa yksinkertainenkin, joutuisi alttiiksi, eivät edistä sen pitkäikäisyyttä.

Keksinnön mukaan onkin upotetun elektrodin pituuden säätäminen järjestetty valitsemalla sopiva elektrodin runko. Elektrodin vaihtaminen toiseen on suhteellisen vaivaton toimenpide keksinnön hyväksi todetuissa suoritusmuodoissa. Kääntämällä vartta 18 päästään heti käsiksi elektrodin 26 82828 runkoon. Sen kiinnittäminen kannattimeen voi olla suhteellisen yksinkertaista, kuten kuviossa 10 on osoitettu. Kiinnittäminen voidaan suorittaa etenkin kiertämällä elektrodin 7 runko kannattimen vastaavaan kierteillä varustettuun päähän 20.

Kuvion 10 suoritusmuodossa elektrodinkannattimessa on kaksi osaa. Ensimmäisen osan muodostaa varsi 18, johon on sovitettu etenkin kanavat 21, 22 jäähdytysnesteen kiertoa varten.

Varsi 18 kannattaa myös sähkökaapelia 23. Kanavat 21, 22 ja kaapeli on kiinnitetty eristyslevyyn 24, jota vasten on sovitettu vastaava, elektrodin kannattimeen 26 kiinnitetty johtava levy 25.

Kannatin 26 muodostuu kahdesta samankeskisestä sylinteri-mäisestä putkesta, joissa jäähdytysneste virtaa elektrodia kannattavaan päähän 20. Jotta kannattimen 26 ja elektrodin 7 rungon liitos saadaan hyvin suojatuksi, sisempi putki 27 jatkuu mieluiten kierteillä varustettuun tulppaan 20 saakka, joka sulkee ulomman putken 28 pään.

Tässä suoritusmuodossa varren 18 ja kannattimen 26 liitoskohta sijaitsee syvällä uunin sisällä. Toisin sanoen kaikki jäähdytysnesteen kiertokanavien 21, 22 ja sähkökaapelin liitoskohdat joutuvat alttiiksi korkeille lämpötiloille. Käytännössä on suositeltavaa järjestää niin, että nämä liitoskohdat siirretään uunin ulkopuolelle tai ainakin sen seinien kohdalle.

Claims (12)

1. Lasipanosta varten tarkoitettu sähkösulatusmenetelmä, jossa energia siirtyy virtalämpöilmiön avulla sulaan massaan pystysuorista sulaan uppoavista elektrodeista ja jossa sulatettava koostumus levitetään tasaiseksi kerrokseksi kylvyn pinnalle, tunnettu siitä, että elektrodit sovitetaan välimatkan päähän ammeen tulenkestävistä seinistä, välimatkan, joka erottaa elektrodin lähimmästä sivuseinästä, ollessa ainakin puolet välimatkasta, joka erottaa kaksi vierekkäistä elektrodia toisistaan, ja lämpötilan maksimin tason sijaintikohtaa säädetään elektrodien upotussyvyyden avulla ja että sulatekylvyn syvyys on vähintään 500 mm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käyttöolosuhteissa elektrodien upotussyvyys ei ole enempää kuin 3/4 sulatekylvyn syvyydestä.

2? 82828

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käyttöolosuhteissa elektrodien upotussyvyys ei ole enempää kuin puolet sulatekylvyn syvyydestä.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sulatus-menetelmä, tunnettu siitä, että piioksidi-sooda-kalkkikivi-lasin tuotanto, jonka määrä on yli 2,5 tonnia päivässä uuni-m^:ä kohti, tapahtuu pitämällä pohjan lämpötila alle 1 400°C:ssa.

5. Lasipanosta varten tarkoitettu sähkösulatusuuni, jossa sulatusenergia saadaan virtalämpöilmiön avulla sulaan massaan, sulatuselektrodien ollessa upotetut pystysuoraan kylvyn (9) pinnasta sulatettavaa koostumusta olevan, sulate-kylpyä peittävän kerroksen (10) läpi, tunnettu siitä, että elektrodeja (7) kannattavat liikkuvat kannattimet (18, 26), kannattimen ja elektrodin välisen liitoskohdan sijoittuessa välittömästi sulatekylvyn pinnan alapuolelle, eri pituisten osien (7) sarjan mahdollistaessa upotussyvyyden ja siten korkeimpaan lämpötilaan kuumennetun sulatekylvyn alueen 28 8 2 8 2 8 tason muuttamisen, ja että sulavan kylvyn syvyys on vähintään 500 mm.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sähkösulatusuuni, jossa sulatusenergia saadaan virtalämpöilmiön avulla sulaan massaan, sulatuselektrodien ollessa upotetut pystysuoraan kylvyn (9) pinnasta sulatettavaa koostumusta olevan, sulate-kylpyä peittävän kerroksen (10) läpi, tunnettu siitä, että se käsittää tulenkestävän ammeen, elektrodien (7), joihin syötetään kolmivaihevirtaa, ollessa jaetut säännöllisesti kylvyn pinnalle, näiden elektrodien ollessa jaetut järjestetyksi yksiköksi, joka käsittää vähintään kaksi kolmen elektrodin riviä, ja yhden rivin jokaiseen elektrodiin kytketään yksi kolmesta vaiheesta (R, S, T), elektrodien vaiheiden järjestyksen ollessa toisessa rivissä päinvastainen (R, S, T ja T, S, R), niin että kaksi keskimmäistä elektrodia ovat kytketyt samaan vaiheeseen ja rivien äärielektrodit ovat kytketyt eri vaiheisiin, kahden rivin väliin jäävän välimatkan ollessa jokseenkin sama kuin saman rivin kahden elektrodin välinen matka, ammeen tulenkestävien seinien (8) välimatkan lähimpiin elektrodeihin ollessa vähintään puolet kahden vierekkäisen elektrodin välimatkasta.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen sulatusuuni, tunnettu siitä, että sulatusammeen yläpuolelle on sovitettu tulenkestävä holvi (12), elektrodien (7) ja niitä kannattavien osien (18, 20) ollessa sovitetut tilaan, joka sijaitsee holvin (12) ja ammeen välissä, uunin sivuilta menemättä holvin läpi.

8. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen sulatusuuni, tunnettu siitä, että elektrodi (7) ja sen kannatin (26) on kiinnitetty akselille (19) nivelöityyn varteen (18), varren (18) muodon ja nivelkohdan (19) sijainnin mahdollistaessa elektrodin ja sen kannattimen saamisen ulos uunitilasta kääntämällä vartta (18) akselin (19) ympäri. 29 82828

9. Jonkin patenttivaatimuksista 5-8 mukainen sulatusuuni, tunnettu siitä, että sulatettavan koostumuksen syöttö tapahtuu laitteilla (13), jotka sijaitsevat elektrodien (7) ja niitä kannattavien osien (18, 26) yläpuolella, näiden laitteiden (13) ollessa liikkuvia, niiden siirtymisen tapahtuessa sulatusammeen yläpuolella niin, että ne peittävät koostumuksella (10) ammeen koko pinnan.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen sähkösulatusuuni, tunnettu siitä, että laitteet (13) sulatettavan koostumuksen syöttämiseksi käsittävät jakelijan (13), joka ulottuu ammeen koko leveydelle, jakelijan siirtyessä ammeen pituuden yli kulkevilla kiskoilla (14).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen sulatusuuni, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi uunin toisessa päässä laitteen (13) panostamista varten tarkoitetun yksikön (16).

12. Patenttivaatimuksen 7 mukainen sulatusuuni, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi yhden tai useampia pystysuoria liikkuvia seiniä (17), joilla holvin (12) kanssa saadaan suljetuksi ammeen yläpuolinen tila uunin ollessa "odotustilassa", tämän tai näiden liikkuvien seinien jättäessä ammeen ja holvin (12) väliin tilan, joka tarvitaan sulatettavan koostumuksen syöttämiseen tarkoitetun laitteen (13) kulkua varten.