NO313170B1 - Elektrodeb¶rer for en smelteovn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrodebærer for en smelteovn, og nærmere bestemt av den type som er nedsenket fra overflaten av et smeltebad, der elektrodebæreren omfatter et energimatesystem og en kjøleinnretning.

I lang tid er glassproduksjonsinstallasjoner som arbeider med store mengder, tilveiebragt med smelteovner som mates med fossilt brensel som brenselsolje eller gass. Dette er tilfelle særlig for kontinuerlige produksjonsinstallasjoner med stor kapasistet som for eksempel tilveiebringer flatt glass eller flaskeglass. Når elektrisk energi mates til disse store ovner er det i det vesentlige som en lokal støtte for å opprettholde temperaturen i glasset i de minst varme arealer, og utenfor ovnen langs glassets bevegelsesvei mot trans-former ingsstasj onen , eller for å utvikle spesifikke konvek-sjonsbevegelser for derved å understøtte homogenisering, raffinering eller transport av det smeltede materiale.

Elektrisk smelting i ordets egentlige betydning ble først benyttet i små enheter der betydelig fleksibilitet for bruksbetingelsene syntes å være nødvendig. Fluktueringer av energiomkostninger og gradvis overvinnelse av visse teknologiske problemer har i den senere tid ført til utvikling av større produksjonsenheter der hele smelteprosessen bortsett fra oppstartingen, skjer ved bruk av elektrisk energi. Denne utvikling krever at ekstremt delikate, teknologiske problemer løses.

For således å unngå oksydering av elektrodene ved overflaten av det smeltede bad er det foreslått helt å nedsenke elektrodene. Det er den løsning som for eksempel benyttes i FR-A-2 552 073. I dette dokument er elektrodene anordnet vertikalt i badet slik at de rager ut fra ovnsherden. I andre utførelsesformer går elektrodene også gjennom ovnens sidevegger.

Uansett fordelene dette gir 1 forbindelse med korrosjons-problemer tillater nedsenking av elektrodene også egnet, regulær tilmatning på overflaten av badet med en råmaterial-blanding. Dannelsen av et relativt tykt sjikt av blandingen som skal smeltes og som flyter på det smeltede bad, er fordelaktig av flere grunner.

I kontakt med smeltebadet utgjør det en permanent reserve av materialet som er nødvendig for kontinuerlig drift. Videre beskytter det flytende materialsjikt smeltebadet mot vesentlig tap av varme ved konveksjon i kontakt med atmos-færen, særlig ved stråling.

Selv om ovner av den type som er beskrevet i det ovenfor nevnte dokument har meget viktig industrielle anvendelser, tilveiebringer de ikke nødvéndigvis den beste løsning på alle de krav som møtes i praksis. I enkelte tilfeller og med det åpenbare formål å begrense investeringsomkostningen er det for eksempel ønskelig å transformere installasjoner som arbeider med brennere ved å opprettholde så mange som mulig av de eksisterende komponenter og særlig de ildfaste materialer som utgjør selve bassenget. Transformering av denne type er ikke mulig når elektrodene må installeres i herden eller i ovnens sidevegger.

Ovner der elektroden er nedsenket har begrensede muligheter for justering av elektrodene. Selv om det gir en fullstendig tilfredsstillende ytelse for spesifikke driftsbetingelser er de mindre egnet for hyppig og/eller vesentlige modifikasjoner av disse driftsbetingelser.

Selv om teknologien med nedsenkede elektroder nu beherskes godt og en lang arbeidslevetid for elektrodene, sammenlignet med det som gjelder for de ildfaste enheter, kan stilles i utsikt, kan imidlertid risikoen for for tidlig forringelse av en av et antall elektroder, noe som påvirker tilfredsstillende drift, ikke elimineres helt og holdent.

En annen løsning som særlig er beskrevet i FR-A-2 599 734 består i plunger-elektroder gjennom den frie overflate av badet av smeltet materiale. Denne teknikk har gitt et antall fordeler. For det første forhindrer det åpenbart vanskelig-hetene som forbindes med gjennomføring av elektrodene gjennom den ildfaste enhet og også problemene med erstatning av brukte elektroder, pakninger eller slitasje av de ildfaste enheter, særlig på grunn av en høy temperatur som under-støtter angrepet på de ildfaste enheter, og de kraftige konveksjonsstrømmer som utvikles i kontakt med de sistnevnte.

Teknikken med plunger-elektroder lokaliserer de varmeste arealer i den øvre del av det smeltede bad og understøtter derved disse problemer.

I tillegg tillater denne teknikk modifisering av nedsenkings-dybden av elektrodene og derved også temperaturgradienten. Dette tillater at avtrekkingen fra ovnen kan modifiseres uten å endre temperaturen i herden og derved temperaturen i glasset ved ovnsutløpet.

I tillegg har erfaring vist at denne teknikk har en meget tilfredsstillende termisk nyttegrad og gir god kvalitet for det smeltede materialet.

Plungerelektroder er konvensjonelt festet til bærere som henger over smeltebassenget fra dettes sider. FR-A-2 599 734 beskriver en bærer av denne type som består av en arm som omfatter kanaler for sirkulering av kjølefluid og en elektrisk kabel for mating av elektrodene og den elektriske bærer.

Ved normal drift forhindrer et sjikt av blandingen som er avsatt på overflaten av det smeltede bad og som utgjør en beskyttelse mot termiske tap, at temperaturen i armene som henger over smeltebadet, blir for høy.

Under en venteperiode der sjiktene som beskytter rå-materialene enten er meget tynn eller mangler, blir på den annen side temperaturen i armen meget høy og gir grunn til skade på det elektriske matesystem.

For å unngå denne mangel består en konvensjonell løsning i å heve plungerelektrodene i en venteperiode og å opprettholde en tilstrekkelig temperatur i badet ved hjelp av nedsenkede elektroder som vanligvis er anordnet på veggene. Denne teknikk er effektiv men det foreligger igjen problemer med de nedsenkede elektroder selv om de i det herværende tilfellet arbeider ved lavere spenning fordi de kun opprettholder temperaturen i det allerede smeltede bad. I tillegg krever nedsenkede elektroder av denne type ytterligere investerings-omkostninger.

En annen løsning som særlig er beskrevet i US 4.965.812 består i å benytte en elektrisk bærer som i det vesentlige består av en strømleder med et kjølesystem av typen vannkappe. Matesystemet avkjøles herved kontinuerlig og beskyttes mot temperaturøkningen som inntrer i en venteperiode. På den annen side krever denne type installasjon en beskyttelsesinn-retning fordi energien til elektrodebæreren permanent er innkoblet.

En innretning av denne type består vanligvis av et gitter som forhindrer operatørene fra tilgang til ovnen. Imidlertid vil spesielle trinn som krever nærvær av en apparatur i bad nærhet og derved i nærhet av elektrodebærerne, bringe operatøren i fare.

Av kjent teknikk skal det videre henvises til EP 0 135 473 Al. Dette dokument angår en enhet for bueovner og formålet er å tilveiebringe en elektrodebærer uten noen risiko for å danne noen bue med denne bærer. Prinsippet ved bueovner er å realisere en bue mellom elektroden og det produkt som skal smeltes. '473 angår derfor Ikke glassindustrien, da det ikke anvendes bueovner i forbindelse med glass.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å tilveiebringe en innretning for elektrisk smelting av en vitrifiserbar ifylling og som virker både under normale driftsbetingelser og i venteperioder, uten intervensjon av nedsenkede elektroder og uten risiko for operatørene.

Dette oppnås i henhold til foreliggende oppfinnelse ved hjelp av en elektrodebærer for en smelteovn, nedsenket fra overflaten av et smeltebad, der elektrodebæreren omfatter et energimatesystem og en kjøleinnretning, og denne elektrodebærer karakteriseres ved at overflaten av elektrodebæreren er utstyrt med termisk beskyttelse, og at overflaten er isolert i forhold til strømlederspenningen, idet den elektriske isolasjon er anbragt i en viss avstand fra nedsenkingsenden av elektroden.

En elektrodebærer av denne type eliminerer problemene som følger med den kjente teknikk. Således foreligger det ikke lenger noen risiko for operatørene i forbindelse med opprettholdelse av elektrodematespenningen. Når i tillegg smelteovnen befinner seg i en venteperiode vil temperaturøkningen som særlig forårsakes av stråling fra badet av smeltet glass, ikke gi noen forringelse av bæreren fordi den sistnevnte har en overflate som er termisk isolert.

I henhold til en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen er energimatesystemet et avkjølingssystem for den elektriske strømleder, av vannkappetypen. Denne innretning omgis så av en elektrisk isolasjon som fortrinnsvis består av et materiale som er motstandsdyktig mot meget høye temperaturer.

Isolasjonen som velges for å motstå de høye temperaturer avkjøles fortrinnsvis ved sirkulasjon av vann fra strømleder-kjølesystemet.

I en venteperiode og fordi temperaturen i bæreren blir meget høy på grunn av stråling, må det velges et isolasjons-materiale som er resistent ved disse temperaturer og a priori meget kostbart.

Oppfinnelsen foreslår med fordel å omgi den elektriske isolasjon med et andre avkjølingssystem av vannkappetypen. Et materiale for elektrisk isolasjon som er motstandsdyktig ved lave temperaturer kan her velges. I tillegg forbedres de elektriske isolasjonsegenskaper for et materiale av denne type generelt ved lave temperaturer.

I tillegg sikrer avkjøling av dette elektriske isolasjons-materiale at det varer lenge.

Den således foreslåtte elektrodebærer omfatter derfor to avkjølingssystemer. Avkjølingssystemene består fordelaktig av sirkulasjonsvann. Fordi det indre system er den elektriske strømleder for elektrodetilførselen er det ifølge oppfinnelsen to separate vannsirkulasjonskretser slik at vannet som leder strømmen og sirkulerer i kjølesystemet som mater elektroden, ikke mater spenning til det andre kjølesystem som da ikke lenger ville være til nytte.

En ytterligere foretrukken utførelsesform mates de to kjølesystemer av en enkelt vannkrets der vannet er demine-ralisert slik at det ikke leder strøm. Vannmateinnretninger utenfor elektrodebæreren kan derved være begrenset til en enkel krets.

Andre fordelaktige detaljer og trekk ved oppfinnelsen vil fremgå fra den beskrevne utførelsesform under henvisning til figurene 1, 2 og 3 der: figur 1 er et skjematisk, partielt tverrsnitt av en ovn omfattende elektroder som er nedsenket vertikalt fra

overflaten;

figur 2 er en utførelsesf orm av en elektrode og dennes

bærer ifølge oppfinnelsen; og

figur 3 skjematisk viser en del av en bærer ifølge en

ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen.

Figur 1 viser en del av en smelteovn forbundet med plunger-elektroden 1. Ovnen består av et ildfast basseng omfattende herden 2 og sideveggene 3. Over bassenget er det ildfaste tak 4 hengt opp i en metallramme 5 som spenner over ovnen.

Det er tilveiebragt ildfaste vegger 6 som, når de befinner seg i lav posisjon, det vil si når de ligger an mot sideveggene 3, isolerer smeltebadet 7 partielt fra den omgivende atmosfære.

Hull i veggen 6 er anordnet kun for gjennomføring av elektrodebæreren 8.

Denne lave posisjon for veggen 6 benyttes når ovnen befinner seg i en venteperiode og ikke lenger må mates med råstoffer. Dette muliggjør at man unngår et for stort tap av varme og man unngår risikoen for å skade det omgivende utstyr.

Elektroden 1 er nedsenket i overflaten av smeltebadet 7, under sjiktet 9 av råmaterialer som skal smeltes. Dette sjikt 9 som dekker smeltebadet 7 i vanlig drift, isolerer bassenget termisk og forhindrer varmetapet.

Elektroden 1 er festet til bæreren 8 som omfatter et elektrisk matesystem og en innretning for avkjøling av elektroden og som ikke er vist i figur 1.

Bæreren 8 er i sin tur forbindet med en ikke vist mekanisme som muliggjør at elektroden 1 kan fjernes fra badet, for eksempel for forandring eller reparasjon.

I figur 2 er elektroden 1 og dens bærer 8 vist i større detalj og viser fordelene ved oppfinnelsen.

Elektroden 1 som vanligvis er av molybden, er festet ved hjelp av en strømledende komponent 10 til røret 11 som utgjør kjøleinnretningen for strømlederen. Komponenten 10 er en forlengelse som er festet til røret 11 ved skruing. Elektroden 1 er festet til den andre ende av denne forlengelse 10. Et arrangement av denne type muliggjør av enheten av forlengelsen 10 og elektroden 1 lett kan demonteres fordi sammenskruingspunktet aldri dyppes ned i smeltebadet. Hvis røret 11 var lengre og var dyppet direkte i badet ville elektroden 1 kunne være festet direkte til det sistnevnte, for eksempel ved skruing. På den annen side ville det være meget mere vanskelig å demontere elektroden fordi feste-punktet ville måtte være i smeltebadet. I henhold til det her beskrevne arrangement er en forandring meget lett men krever ikke desto mindre at forlengelsen 10 erstattes samtidig med elektroden 1. Denne forlengelse 10 kan omgis i det minste delvis av et ildfast materiale som er tilstrekkelig tykt til å forhindre direkte kontakt med råstoffet eller det smeltede bad.

I tillegg tillater forlengelsen 10 passasje av kjølefluid til elektroden slik at denne avkjøles.

Festing ved skruer er fordelaktig fordi dette tillater hurtig erstatning. Elektroder kan måtte erstattes hyppig, ikke bare når de er slitt men også slik at elektrodene og særlig deres lengde kan modifiseres, for eksempel for å modifisere nedsenkingsnivået, og således energien som transporteres til ovnen. Røret 11 kan bestå av stål slik at det har gode stivhets- og konduksjonsegenskaper.

I dette rør 11 er det så anordnet et andre rør 12 som for eksempel er konsentrisk. Det andre rør 12 er for eksempel festet på forskjellige punkter til en indre overflate av røret 11. Sammenføyningen av disse to rør 11 og 12 tillater sirkulasjon av vann og utgjør således en kjøleinnretning av vannkappe-typen. Fordi kjølesystemet er konstruert for å avkjøle elektroden 1 forløper røret 12 gjennom forlengelsen 10.

Ved den andre ende av røret 11 er det festet en matekrave 13 som for eksempel består av kobber og som er anordnet inne i det isolerende rammeverk 14. Denne krave 13 muliggjør at røret 11 kan settes på den krevede spenning idet røret er den elektriske leder som mater elektroden 1 med denne spenning.

Rundt røret 11 er det anordnet et elektrisk isolerende materiale 15 som fortrinnsvis består av et ildfast materiale av den type elektrisk isolasjon som er markedsført under referansen MURATHERM 500 M. Materialet 15 er i form av en eller et antall mansjetter som omhyller og er båret på en del av den ytre overflate av røret 11. Dette elektriske isolasjonsmaterialet tillater derved tilgang til elektrodebæreren uten noen risiko for fatale uhell for operatørene som må nærme seg smeltebadet. Materialet 15 er i seg selv omgitt av en konsentrisk omhylling 16 hvori det sirkuleres et kjøle-fluid som vann. Denne omhylling 16 av vannkappe-typen omfatter en indre mansjett 17 som tillater vannet å sirku-lere .

Denne andre kjøleinnretning muliggjør for det første at man unngår overheting av isolasjonsmaterialet, selv om dette sistnevnte velges slik at det er i stand til å motstå svært høye temperaturer, og er allerede partialt avkjølt av det første kjølesystem.

For det andre muliggjør det at man kan oppnå en ytre overflate av elektrodebæreren 8 som holdes relativt kold og som kan berøres eller i det minste tilnærmes av en operatør, selv når ovnen er i en vente-periode, og bæreren 8 oppvarmes i det vesentlige ved stråling fra smeltebadet når sjiktet 9 av råmaterialet er fraværende.

De forskjellige ovenfor nevnte komponenter 11, 12, 15, 16, 17 er rør som for eksempel er konsentriske og som er anbragt det ene rundt det andre.

Når det gjelder figur 3 er en kjøleinnretning av den strømledende vannkappetype bestående av to konsentriske rør 18, 19 omgitt av en eller et antall mansjetter 20 som består av et elektrisk isolerende materiale og som har gode termiske isolasjonsegenskaper og temperaturmotstandsevne.

Termisk beskyttelse av overflaten av elektrodebæreren oppnås for det første ved hjelp av arten av mansjett 20 og for det andre ved hjelp av kjøleinnretningen som muliggjør at denne mansjett 20 kan avkjøles.

Elektrisk beskyttelse tilveiebringes for mansjetten 20 som omhyller det strømledende rør 19.

De forskjellige rør som tillater innløp og utløp av kjølevann er ikke vist i figurene.

Vannet som benyttes for avkjøling er fortrinnsvis deminerali-sert vann, noe som muliggjør at de samme kretser kan benyttes for begge kjølesystemer uten risiko for å lede strøm til det ytre kjølesystem som forøvrig i tillegg er jordet.

De ikke-nummererte piler antyder de forskjellige strømnings-retninger for kjølevæsken.

Elektroden sammen med sin bærer som beskrevet ifølge oppfinnelsen tillater for det første anvendelse uten fare i normal drift fordi ingen tilgjengelige innretninger er forbundet med strømførende utstyr og for det andre bruk uten fare for å skade bæreren når ovnen befinner seg i en venteperiode.

Innretningen bestående av elektroden og dennes bærer ifølge oppfinnelsen tillater således opprettholdelse av de forskjellige angitte fordeler forbundet med elektrisk smelting ved hjelp av en elektrode som er nedsenket fra overflaten av smeltebadet. Disse fordeler er for eksempel godt termisk utbytte, god kvalitet for det smeltede materiale på tross av modifikasjoner ved avtrekking og en økning i arbeidslevetiden for ovnen fordi de ildfaste enheter i mindre grad utsettes for angrep og fordi elektrodene lett kan forandres.

I tillegg eliminerer innretningen ifølge oppfinnelsen behovet for at elektroder skal nedsenkes totalt under venteperioder eller for fulltidsnærvær av et beskyttelsessystem slik at man kan gi avkall på permanent nærvær av operatører i nærheten av komponenter som kontinuerlig er innkoblet.

Claims (6)

1. Elektrodebærer (8) for en smelteovn (1), nedsenket fra overflaten av et smeltebad, der elektrodebæreren (8) omfatter et energimatesystem og en kjøleinnretnig,karakterisert vedat overflaten av elektrodebæreren (8) er utstyrt med termisk beskyttelse, og at overflaten er isolert i forhold til strømlederspenningen, idet den elektriske isolasjon er anbragt i en viss avstand fra nedsenkingsenden av elektroden.

2. Elektrodebærer ifølge krav 1,karakterisertved at energimatesystemet er et strømledende kjølesystem av vannkappe-typen (11, 12, 18, 19) og at dette kjølesystem er omgitt av en elektrisk isolasjon (15, 20).

3. Elektrodebærer ifølge krav 2,karakterisertved at den elektriske isolasjon (15, 20) består av et materiale som er motstandsdyktig mot høye temperaturer.

4. Elektrodebærer ifølge krav 2 eller 3,karakterisert vedat den elektriske isolasjon (15) er omgitt av et kjølesystem av vannkappe-typen (16, 17).

5 . Elektrodebærer ifølge krav 4,karakterisertved at fluidet i kjølesystemet (16, 17) som omgir den elektriske isolasjon transporteres av en krets forskjellig fra strømleder-kjølekretsen (11, 12).

6. Elektrodebærer ifølge krav 4,karakterisertved at fluidet i kjølesystemet (16, 17) som omgir den elektriske isolasjon transporteres av kre.tsen som mater strømleder-kjølekretsen (11, 12), og at" fluidet er deminera-11 sert vann.