WO2004052053A1 - Heizvorrichtung mit elektrode zur konduktiven beheizung von schmelzen - Google Patents

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WO2004052053A1
WO2004052053A1 PCT/EP2003/013352 EP0313352W WO2004052053A1 WO 2004052053 A1 WO2004052053 A1 WO 2004052053A1 EP 0313352 W EP0313352 W EP 0313352W WO 2004052053 A1 WO2004052053 A1 WO 2004052053A1
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WO
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heating device
electrode
heating
cooling system
melt
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/013352
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Eichholz
Guido RÄKE
Volker Ohmstede
Günter Weidmann
Frank-Thomas Lentes
Thomas Stelle
Ernst-Walter Schäfer
Hildegard RÖMER
Jörg Schollmayer
Holger Hunnius
Frank-Jürgen DRUSCHKE
Original Assignee
Schott Ag
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    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Definitions

  • the invention relates to a heating device for the conductive resistance heating of melts, in particular for the rapid melting of the batch and / or for the refining and / or conditioning of melts, which comprises at least one electrode for the conductive heating of melts, in particular a cooled electrode for the conductive heating of melts.
  • the conductive heating of melts is used, among other things, to refine glass melts.
  • bubbles are expelled from the glass melt, preferably with the addition of special refining agents.
  • the lowest possible viscosity of the melt is desirable. This is generally achieved by setting high temperatures in a refining zone of the melt.
  • the temperatures of the melt cannot be chosen to be arbitrarily high, since the adjustable temperature is limited with regard to the finite temperature resistance of the components of the melting device. In particular, they are not practical Contact materials known that are long-term stable above 1700 ° C.
  • a heating system suitable for high-temperature purification must therefore have sufficiently high heating outputs.
  • High-frequency heating is used, among other things, to heat the melt.
  • This technique is also used in particular together with the skull technique, i.e. with cooled wall parts. However, that is
  • High-frequency heating is not suitable for all types of glass because the melts must have a certain minimum conductivity.
  • the process is unsuitable for melt conductivities less than 0.01 ⁇ ⁇ cm "1. Even with conductivities below about 0.1 ⁇ ⁇ cm " 1 , the process stability in high-frequency heating becomes so bad that this technique only works in such cases is limited or hardly usable.
  • Alkali ions are particularly responsible for the good conductivity of glass melts.
  • glasses that have little or no alkali metal content are often poorly conductive.
  • Such glasses are often technical special glasses, which usually require special purity and freedom from bubbles, but by means of
  • water-cooled electrodes can also be used for the conductive heating of melts.
  • a water-cooled platinum electrode is known which can essentially only be operated effectively at a thermal operating point. Always ensure that the platinum electrode is not damaged by overheating.
  • the coolant supplied will generally bring about cooling which maintains a safe thermal distance from those temperatures at which the platinum may be damaged.
  • part of the heating power of the conductive electrodes is "cooled away" again and must be compensated for by increased energy supply. The additional heating power is absorbed again with an increased cooling capacity and the thermal safety margin creates an extremely unsatisfactory overall energy balance with conventional cooled electrodes.
  • the local cooling capacity on the surface of these electrodes is also essentially determined by the arrangement of the cooling channels and by the electrode geometry and can therefore not be adapted to the external conditions.
  • the invention is based on the object of providing a heating device for the conductive heating of melts which enables improved cooling.
  • the variable setting and / or regulation of the cooling capacity can be variably set and / or regulated both temporally and locally at the contact surface of the melt contact material of the electrode with the melt.
  • the spatial temperature distribution of the melt itself can be influenced in an extremely advantageous manner.
  • the shape and direction of convection currents in the melt can also be determined.
  • the conditioning of melts means the preparation of a melt for the conditions of hot forming. These include in particular a lowering of the temperature level and the homogenization of the temperature distribution.
  • the spatial temperature distribution or the spatial energy input could hardly be influenced by the defined intensity distribution of the high-frequency field used for heating or the electrode geometry.
  • the invention creates a variable setting and / or
  • a device according to the invention can also be operated in such a way that the heat flow through the electrode is compensated for on the basis of temperature gradients present within the melt, so that a uniform contact on the melt contact material of the electrode
  • the device according to the invention allows an operation in which the temperature of almost the entire surface of the
  • melt contact material of the electrode can be kept uniformly close to this limit. In return, on In this way, a high peak temperature can be achieved in the melt by reducing the cooling capacity and a surface of the melt contact material that is as uniformly hot as possible, which is far above the temperature of the surface of the melt contact material.
  • the melting temperature in the melt can for the first time be more than 200 ° C. above the highest temperature on the electrode surface. This also improves and accelerates the refining of the melt.
  • the invention already has advantages if the temperature of areas of the melt is only 50 ° C., 100 ° C. or 150 ° C. above the temperature of the electrode surface.
  • the temperature in the melt can exceed the application limit temperature of the melt contact material of the electrode, at least in a region of the melt.
  • the application limit temperature is understood to be the temperature up to which the electrodes can be used for the most common electrode or melt contact materials.
  • Limiting application temperatures of various melt contact materials are also described in the applicant's PCT application, filed on the same day as the present invention, entitled “Process and device for heating melts", the
  • a melting unit for the conductive heating of melts which comprises at least one heating device according to the invention.
  • a corresponding melting and / or Refining device have two or more of the heating devices according to the invention, the operating voltage being applied between the electrodes of at least two heating devices.
  • the heating devices are preferably operated with alternating current, preferably with alternating current with frequencies in the range from 20 Hz to 20 KHz, particularly preferably in the range from 2 kHz to 10 kHz, since the tendency for corrosion of the glass or melt contact material of the electrodes decreases with increasing frequency.
  • mains frequency approximately 50 or 60 Hz
  • the cooling system comprises a fluid delivery device.
  • the cooling fluid is guided through the heating device with the fluid delivery device.
  • the fluid delivery device can also be designed to be variably adjustable and, in particular, adjustable, in order to be able to adjust the overall cooling capacity of the cooling system.
  • the individual channels can also have different diameters, for example.
  • the setting or regulation of the cooling capacity of the heating device according to the invention can be considerably improved in that at least one fluid conduit is connected to a device for setting and / or regulating the flow of cooling fluid.
  • This facility can include, for example, a control or regulating valve.
  • Melt contact material temporal and local, in particular lateral temperature profiles are set and in particular are reliably maintained by a control. This makes it possible, for example, to fine-tune the shape and direction of the convection currents present in the melt.
  • the cooling system can be designed for various types of coolant.
  • the cooling system can be designed for various types of coolant.
  • the cooling system can be designed for various types of coolant.
  • the cooling system can be designed for various types of coolant.
  • the cooling system can be designed for various types of coolant.
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  • the cooling system can be designed for various types of coolant.
  • the cooling system can be designed for various types of coolant.
  • Air cooling and / or liquid cooling and / or aerosol cooling Air cooling and / or liquid cooling and / or aerosol cooling.
  • the heating device comprises a further cooling system.
  • the cooling capacity can be adapted locally by coordinating the cooling capacities.
  • the cooling systems can also be designed in such a way that one of the systems provides a coarse and the other a fine adjustment or adjustment of the total cooling capacity. Accordingly, it is particularly advantageous if the cooling systems can also be controlled independently of one another by means of a corresponding device.
  • the further cooling system is preferably also equipped with a large number of fluid line channels, which enable locally distributed heat dissipation. These channels can also be connected to a device for setting and / or regulating the flow of cooling fluid.
  • the temperature profile can be set along the electrode surface in two mutually perpendicular directions. This can be achieved, for example, in that at least sections of the fluid line channels of the further cooling system, preferably viewed in the direction perpendicular to the heat propagation direction, run transversely to sections of fluid line channels of the first cooling system. With such an arrangement of channels running transversely to one another, a two-dimensional temperature or cooling output profile can be set by individually adjusting or regulating the coolant flow through these channels. However, such an advantage can also be achieved, for example, in that at least sections of the fluid line channels of the first cooling system run transversely or parallel to one another in different planes.
  • the fluid line channels of the first and further cooling systems can also particularly preferably run into one another at least in sections. This arrangement is characterized, among other things, by a particularly compact and simple structure.
  • the fluid line channels are preferably also arranged such that at least a section of the Fluid line channels of the first cooling system are arranged closer to the melt contact surface of the electrode than the fluid line channels of the second cooling system.
  • a two-stage cooling is realized in the direction of the heat flow, which is directed away from the melt contact surface of the electrode towards the parts of the heating device facing away from the melt contact surface of the electrode.
  • the temperature profile can also be set and / or regulated in this direction.
  • the cooling capacity of the cooling system acting closer to the melt contact surface can also be reduced in this way, which generally enables this cooling system to be adjusted and controlled more precisely.
  • the heating device can also include an adjustable or controllable heating output control in order not only to be able to adapt the cooling output but also the heating output.
  • Heating and cooling output can advantageously also be controlled in dependence on one another, so that, for example, the adjustable or controllable heating output control
  • the at least one electrode can advantageously be attached to a support device.
  • the support device is preferably arranged on a side facing away from the melt contact surface. It is also favorable when one of the cooling systems, in particular the second cooling system, cools the support device.
  • the support device is preferably made of refractory material, such as refractory stones or ceramics.
  • the support device can also be constructed in multiple layers or in a sandwich construction, the layers preferably following one another in the direction of heat propagation or along the forces exerted by the hydrostatic pressure of the melt. In this way, for example, the thermal conductivity of the support device and / or its mechanical stability can be improved.
  • a multilayer structure enables, for example, the combination of materials with different thermal conductivity or specific heat capacity in the support device.
  • a sandwich construction is particularly preferred in which the support device has a first layer which is arranged between the electrode and at least one subsequent second layer, the first layer having a higher thermal conductivity than the second layer.
  • melt-cast and / or densely sintered materials such as melt-cast aluminum-zirconium silicates (AZS) and / or aluminum oxide and / or melt-cast high-zirconium-containing materials (HZFC) are suitable.
  • ZFS melt-cast aluminum-zirconium silicates
  • HZFC melt-cast high-zirconium-containing materials
  • ceramic-bound materials such as mullite, sintered quartz glass or slip-cast Kieselglas, which is also known under the name Quarzal, is suitable. These materials have a lower thermal conductivity and conduct less heat to the outside.
  • a particularly effective cooling of the electrode can be achieved by the at least one electrode resting on at least one side of the support device, at least a section of a fluid conduit channel of the cooling system extending along this side of the support device.
  • the cooling can be further improved by making the section of the at least one fluid line channel open to the electrode or, in the case of a sandwich construction, to the first layer. In this way, the cooling fluid comes into direct contact with the electrode material when flowing through the channel.
  • the at least one electrode comprises at least two electrode segments.
  • the electrode segments can, among other things, be suitable for distributing the power density to several separate segments by means of the conductive heating. It is also particularly advantageous if the electrode segments are insulated from one another.
  • the electrode segments can then be powered separately, which has a number of advantages.
  • the heating device can also be operated in such a way that the current flows through the melt between the electrode segments. This facilitates, for example, the melting of melted material, since only a small area of the melted material in the melting or refining unit in which the heating device is used is, must be melted until a bridge of molten material connects the electrode segments.
  • the further melting can then be carried out by operating the electrode segments and the heating electrodes. In addition, such an operation between the electrode segments can start a convection roller in the melting or refining unit.
  • the at least one electrode advantageously has a melt contact material which is conductive and temperature-resistant at least at higher temperatures, and which is also largely inert when in contact with the melt.
  • a melt contact material in particular for glass melts, for example, a material is suitable which has electrically conductive ceramics, such as, for example, SnO 2 ceramic and / or refractory metals, such as, in particular, platinum metals, for example iridium, rhodium, platinum and their alloys, or high-melting refractory metals, such as tungsten, molybdenum, Osmium, hafnium, tantalum and their alloys includes.
  • the melt contact material can also comprise a fine-grain stabilized material.
  • Fine-grain stabilized materials are also referred to as dispersion-strengthened materials or oxide dispersion-hardened materials. These are generally characterized by high strength and good long-term stability.
  • Such fine-grain stabilized materials can be, for example, high-strength platinum or iridium materials.
  • the at least one electrode of the heating device has a wall region of a crucible.
  • the crucible can also be designed as a skull crucible with cooled walls.
  • the outer shape and curvature of the melt contact surface of the melt contact material of the at least one electrode is optional and can be adapted to the particular application, for example the specific crucible shape.
  • the contact surface of the melt contact material can therefore be, for example, both flat and also convex or concave. Depending on the application, the contact surface can also be square, rectangular, oval or round, for example.
  • the heating devices can advantageously be installed in the melting vessel in such a way that they can be replaced.
  • Heater has edge cooling. The melt flowing along the edges solidifies, creating the desired seal.
  • the heating device has at least one temperature sensor, such as a thermocouple.
  • the measured values of the temperature sensor can then be processed, for example, by a computing device which, in turn, uses this data to time the cooling capacity and / or can regulate locally. This also supports the exact adjustability of the cooling capacity.
  • the cooling system comprises at least one flow meter.
  • a flow meter can supply actual values which can be compared with setpoints for the flow of coolant through the cooling system in order to enable stable operation with defined parameters.
  • melting unit When starting up a melting unit with heating devices according to the invention, sufficient conductivity must first be present in the melt in order to enable conductive heating with the heating devices.
  • the melting unit can be suitable for this
  • An insulating air gap can also be present between the melt contact material of the heating device and the cooled melt material. This is caused by the shrinkage of the melting material when it cools down. If a voltage is applied to the electrode with an air gap present, the air gap can be bridged locally by ionization and the current can be shot through at this point, which can damage the melt contact material.
  • the heating device can therefore advantageously be a device for heating a
  • Electrode with which the electrode can be heated directly. This can Melted material is melted in the area of the melt contact surface in order to achieve sufficient conductivity or to enable the unit to be commissioned.
  • An ohmic heating device is particularly suitable as the device for heating the electrode.
  • This can preferably comprise a current source which is connected to the melt contact material or a conductive material located underneath and thus drives a current through the melt contact material or the underlying conductive material in a direction transverse to the melt contact surface and is therefore suitable for the melt or glass contact material and / or to heat parts of the electrode itself.
  • This operation is also referred to as cross-current supply in the following.
  • the device for heating the electrode can also comprise a device for heating the cooling fluid.
  • the melt contact surface of the electrode can be heated to a temperature above the dew point. This is particularly advantageous if moisture, such as occurs when using fossil burners for heating up or preheating during commissioning, is prevented.
  • Fig. 1 shows a schematic cross section of a first
  • Fig. 4 is a schematic view of an embodiment of the heating device according to the invention with segmented
  • FIG. 5 shows a schematic view of a melting unit for the conductive heating of melts
  • the heating device 1 has an electrode 3 with a melt contact material 2, which is connected to a support device 5 and rests on one side on the support device 5.
  • the electrode 3 is connected to electrical supply lines 7, which can be connected to a power supply for the conductive heating of a melt.
  • the support device 5 is also provided with holding plates 14, which are used for mounting and fastening the heating device 1 to a melting unit. 13
  • the heating device 1 can also be arranged displaceably in a melting unit.
  • the heating devices 1 with the holding plates 14 can be fastened to a displacement device, with which the heating devices 1, for example arranged opposite in the unit, can then be moved towards or away from one another.
  • Such an arrangement is advantageous, for example, during start-up with an even cooler melt with low electrical conductivity.
  • the heating device 1 is preferably integrated into a melting or refining unit in such a way that the melting contact material 2 forms a wall region of a crucible, in particular a skull crucible.
  • the heating device 1 is installed in such a way that the support device 5 is arranged on the side of the electrode 3 facing away from the melt contact area or the melt contact surface 17 of the melt contact material 2.
  • the melt contact material 2 is made of one against
  • melt contact material 2 for glass melts is electrically conductive ceramic, such as Sn0 2 ceramic and / or refractory metals, in particular high-melting metals, such as tungsten, molybdenum, osmium, hafnium, tantalum or the like
  • Alloys and / or platinum metals in particular platinum, iridium, rhodium and their alloys are suitable.
  • the support device 5 is constructed in a sandwich construction.
  • the support device has a first layer 51, which is between the electrode 3 and a subsequent second Layer 52 is arranged.
  • the first layer 51 has a higher thermal conductivity than the second layer 52.
  • the first layer 51 can have, for example, a melt-cast material, such as AZS or HZFC.
  • a material such as mullite or quartzal with a relatively poor thermal conductivity is suitable for the second layer 52.
  • the sequence of layers with different thermal conductivity means that the heat is well dissipated from the melt contact material 2 on the one hand and on the other hand only a small proportion of the heat is released to the outside. In this way, a major part of the heat is dissipated via the cooling systems.
  • FIG. 1 shows a first embodiment according to the invention, in which the electrode 3 is on
  • Has melt contact material 2 made of a metallic material, for example made of a refractory metal such as tungsten, molybdenum and / or platinum, rhodium, iridium, and their alloys.
  • the melt contact material 2 is on a refractory material 8 or an electrically conductive one
  • Ceramic such as an Sn0 2 ceramic applied.
  • the support device 5 has a multiplicity of connections 9 which are connected to fluid line channels 10 in the interior of the support device, the connections 9 and the fluid line channels 10 connected to them being components of a first cooling system.
  • the support device 5 also has a plurality of further connections 11, which are also located inside the
  • Support device with fluid line channels 12 are connected. These connections 11 and the associated ones Fluid line channels 12 are part of a further cooling system.
  • connection 9 are each connected to a fluid line channel 10 of the first cooling system, one connection 9 serving the supply line and another connection 9 serving the return line of coolant.
  • the direction of flow of the coolant is symbolized by arrows.
  • a section 19 of the fluid line channels 10 of the first cooling system extends along the side 20 of the support device 5, on which the electrode 3 rests.
  • These sections 19 are in particular constructed such that they extend in the second layer 52 of the support device 5 along the contact surface between the first layer 51 and the second layer 52 made of a refractory material 8 of the sandwich structure and are open to the first layer 51.
  • the first layer 51 is preferably made as thin as possible.
  • the first layer 51 is used here in particular for mechanical purposes
  • Each of the fluid line channels 10 is connected to a control or regulating valve 13, which in this embodiment is connected to that of the connections 9, which serves as a feed line.
  • the coolant is finally pumped by a fluid delivery device 21 via the control or regulating valves 13 through the fluid line channels 10 into a cooler 23, where the heat which it has received in the fluid line channels 10 is extracted from the coolant.
  • the first cooling system comprises a fluid delivery device 21, which enables delivery of the fluid at low pressure differences between the inlet and outlet of the device of up to 1000 bar, because at these pressures it is possible to use inexpensive piston-free fluid pumps, in particular blowers ,
  • a particularly preferred embodiment allows the delivery of the fluid at pressures of up to 500 mbar and the most preferred embodiment enables the delivery of the fluid at 150 mbar.
  • the fluid line channels 10 are each provided with cross sections, which ensure the sufficient delivery of the fluid at such low pressures. This is particularly advantageous if gases and or aerosols, such as in particular ambient air or ambient air with controlled water content, are used for cooling, since in this case simple blowers can be used instead of pneumatic pump systems.
  • the use of compressed air as the cooling fluid is also possible.
  • compressed air the advantage is that the cross section the fluid conduit 10 can be reduced. This results, among other things, in the possibility of accommodating more channels in the support device 5 and thus, for example, achieving a higher spatial resolution when regulating or adjusting the local cooling capacity.
  • the Fluid Arthurskan le 10 can be made open with a small cross-section, for example towards the melt contact material 2, without the material being deformed above the open channels.
  • a suction device can also be arranged on the exhaust air side, which increases the cooling fluid throughput independently or together with the blower or blowers. Because of the correspondingly large cross sections of the fluid line channels 10, inexpensive piston-free suction systems can also preferably be used for the suction device.
  • the other cooling system is designed in a similar manner. With this cooling system, everyone has the same
  • Fluid line channels 12 a portion 18 which extends along the side 20 of the support device.
  • the sections 19 of the fluid line channels 10 of the first cooling system are, however, arranged closer to the melt contact surface 17 of the electrode 3 than the fluid line channels 12 of the further cooling system and their sections 18 running along the side 20. In contrast to the sections 19, the sections 18 are also not Electrode 3 open.
  • a fluid line channel 12 is connected to two connections 11, one of which serves as a supply connection and the other serves as a return connection.
  • the feed line connection is connected to a control or control valve 15.
  • the coolant or cooling fluid is pumped by means of a fluid delivery device 25 via the control or regulating valves 15 through the fluid line channels 12 into a cooler 27, where the heated coolant is cooled again.
  • a melting unit is put into operation which is filled with solidified melting material, for example in the form of fragments or batches, there is between the melting contact material 2 that is arranged in the unit
  • Heaters 1 initially no conductive connection. In particular, there is still no conductive bridge from the melt contact material 2 to the melt material in this phase. To produce this, it is advantageous if the heating device 1 has a further heating device in the form of a device for
  • Has heating the electrode which is suitable for heating the melt or glass contact material.
  • a cross current which flows essentially parallel to the surface of the melt contact material 2, can be fed into the latter, so that through the ohmic
  • such an ohmic heating device comprises a power supply 37 which is connected to tabs 29, 31 of the electrode 3 via electrical feed lines 33 and 35.
  • the electricity from the power supply 37 thus flows via the tabs as a cross current through the melt contact material 2.
  • the cross flow of the electrode can be switched on or off with a suitable switch 34 and / or by switching the power supply 37 on or off. For example, if the melt is sufficient
  • the device for heating the electrode can also advantageously comprise a device for heating the cooling fluid.
  • the melt contact surface 17 can also be additionally heated with a device for heating the cooling fluid.
  • the cooler 23 can
  • Heating devices such as heat exchangers, electrical resistance or fossil
  • Preheating by heating the coolant is advantageous, for example, in order to prevent the precipitation of moisture on the electrode 3 by heating it above the dew point of the upper furnace atmosphere. Moisture can arise in larger quantities in the melting unit during commissioning of the unit if the melting material or batch in the unit is also preheated with fossil burners.
  • the cooled coolant is then fed again to the fluid delivery device 25 and the coolant circuit is thereby closed.
  • the first cooling system is preferably operated with a gaseous coolant, in particular with air.
  • the fluid conveying device 21 can comprise a blower.
  • the further cooling system can use a liquid coolant, for example.
  • a mixture of gas and liquid can be used, in which the liquid content can be adjusted or regulated in order to ensure a very defined heat dissipation.
  • the liquid dissolved in the gas or in the form of an aerosol for example during the phase transition from liquid to gaseous, can extract heat of condensation, or the strength of the cooling effect can be metered very precisely if the liquid portion is dissolved.
  • FIG. 2 shows a second embodiment according to the invention, in which the support device 5 is not constructed in a sandwich construction.
  • a section 19 of the fluid line channels 10 of the first cooling system also extends along the side 20 of the support device 5, on which the electrode 3 rests.
  • the sections 19 are open directly to the electrode 3. In this way, a direct contact of the coolant with the electrode 3 is produced and thus achieved for a particularly good and quickly controllable cooling.
  • melt contact material 2 of the electrode 3 must have sufficient strength here even at the high operating temperatures in order to deform or even tear open the cantilever in the region of the sections 19
  • melt contact material 2 by the hydrostatic pressure of the melt.
  • These include, for example Refractory metals, such as tungsten. Compared to platinum metals, however, they do not have such a high resistance to oxidation and may have to be protected from the effects of oxygen.
  • FIG 3A shows a plan view of the melt contact surface 17 of the electrode 3 of an embodiment of the invention.
  • the melt contact surface 17 of this embodiment is shown with a rectangular shape, but a variety of shapes of the electrode 3 are possible, which result from the respective adaptation of the heating device 1 to the specific shape and construction of the melting unit.
  • the sections 18 of the fluid line channels 12 of the further cooling system are arranged such that they run in the direction perpendicular to the heat propagation direction transverse to the sections 19 of the fluid line channels 10 of the first cooling system.
  • This crosswise arrangement and adjustment or regulation of the cooling capacity of the individual channels can influence the lateral temperature distribution and / or the cooling capacity on the melt contact surface 17 of the electrode 3 and an almost arbitrary two-dimensional temperature and / or cooling capacity distribution can be set.
  • FIG. 3B is a plan view of the melt contact surface 17 of the electrode 3 of a further embodiment of the invention shown.
  • the sections 18 and 19 of the first and second cooling systems do not run transversely, but parallel to one another in the direction along the melt contact surface 17.
  • the fluid line channels 11 and 12 are also guided into one another in the region of the sections 18.
  • the sections 18 of the second cooling system can comprise metallic cooling pipes which are laid within the sections 19 of the first cooling system. This results in a particularly compact overall structure and also an additional cooling of the cooling fluid of the first cooling system.
  • FIG. 4 shows a schematic view of an embodiment of the heating device 1 according to the invention with segmented electrode 3. Similar to the embodiment shown with reference to FIG. 1, this embodiment has a support device 5 made of refractory material, to which connections 9 and 11 for the fluid line channels 10 and 12 of the cooling systems are attached inside the support device 5.
  • the electrode 3 of this embodiment is divided into two segments 61 and 63 so that the melt contact surface 17 is also divided into two parts.
  • the segments 61 and 63 are arranged on the side 20 of the support device 5 so that they do not touch. As a result, insofar as the refractory material of the support device 5 is non-conductive, the segments 61 and 63 are fastened in isolation from one another.
  • Each of the segments 61 and 63 has its own electrical Supply line 71 or 73. In connection with the insulated arrangement of the segments 61 and 63, it is thus possible, for example, to operate the segments 61 and 63 independently of one another for local regulation or adjustment of the heating power.
  • a voltage can be applied between individual electrode segments, for example between segments 61, 63 of an electrode 3, which leads to a conductive heating of the melting material in the vicinity of the segmented ones
  • Electrode parts causes. This operation can be controlled independently of the usual currents used for conductive heating between a pair of electrodes and can be used, for example, during the start-up phase to liquefy the melt material in front of electrode 3 in a wider area, in order to expedite the conductive heating effect in a larger area , this means to develop with a larger effective cross-section of the flowing current.
  • the device according to the invention can be any device according to the invention.
  • Melting temperature in particular of core areas of the melt, are more than 200 ° C. above the highest temperature at the melt contact surface 17 of the electrode 3, without an increased wear of the electrode 3 or an increased entry of impurities into the melt itself.
  • the above-described temperature increase between the electrode 3, in particular the glass or melt contact surface 17 of the electrode 3 and the core areas of the melt also improves and accelerates the refining of the melt accordingly.
  • Melt contact material 2 can be kept below this maximum compatible temperature by cooling.
  • the invention already has advantages if the temperature of the melt is only 50 ° C., 100 ° C. or 200 ° C. above the temperature of the electrode 3.
  • This temperature increase or the temperature of the melt can be detected, for example, by means of thermocouples, pyrometers or other methods known to the person skilled in the art, and their measured values can be included in a regulation of the cooling and / or heating output.
  • FIG. 5 shows a schematic cross section through a melting or refining unit, designated as a whole by 40, in which heating devices 1 according to the invention are used for heating a melt 39 located in the unit 40.
  • heating devices 1 according to the invention are used for heating a melt 39 located in the unit 40.
  • the cooling systems and the devices for ohmic heating of the electrodes 3 by cross-current supply are not shown in FIG. 5.
  • Heaters 1 are inserted into an opening in the walls 42 of the melting unit 40 and fastened by means of the holding plates 14.
  • the melt contact material 2 of the electrodes 3 fills the respective opening and thus forms part of the walls 42.
  • the heating devices 1 are preferably arranged on opposite walls of the melting unit 40.
  • the feed lines 7 of the heating devices 1 are connected to a current or voltage supply 80 for the conductive heating of the melt 39.
  • melting or refining devices with the heating devices described above, but they can also be used in conditioning devices and in particular also in channels for transporting the melting material.
  • Cooling system 7 melt contact surface 8 section of the fluid conduit 11 9 section of the fluid conduit 9 0 side of the support device on which the
  • Electrode 3 rests on the first fluid delivery device
  • Cooling system 3 cooler of the first cooling system 5 fluid delivery device furthermore

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Abstract

Die Erfindung sieht eine Heizvorrichtung (1) zur konduktiven Beheizung von Schmelzen, insbesondere zum raschen Einschmelzen, zur Läuterung und/oder Konditionieren von Schmelzen vor, welche eine verbesserte Kühlung aufweist. Dazu umfasst die Heizvorrichtung zumindest eine Elektrode (3), sowie ein erstes Kühlsystem mit variabel stell- und/oder regelbarer Kühlleistung.

Description

Heizvorrichtung mit Elektrode zur konduktiven Beheizung von Schmelzen
Besehreibung
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zur konduktiven Widerstandsheizung von Schmelzen, insbesondere zum raschen Einschmelzen von Gemenge und/oder zur Läuterung und/oder Konditionieren von Schmelzen, welche zumindest eine Elektrode zur konduktiven Beheizung von Schmelzen, insbesondere eine gekühlte Elektrode zur konduktiven Beheizung von Schmelzen umfasst .
Die konduktive Beheizung von Schmelzen wird unter anderem bei der Läuterung von Glasschmelzen eingesetzt. Bei der Läuterung werden Blasen aus der Glasschmelze, bevorzugt unter Zusatz spezieller Läutermittel ausgetrieben. Um die Blasen austreiben zu können, ist eine möglichst geringe Viskosität der Schmelze erwünscht. Diese wird im allgemeinen dadurch erreicht, daß in einer Läuterzone der Schmelze hohe Temperaturen eingestellt werden. Jedoch können die Temperaturen der Schmelze nicht beliebig hoch gewählt werden, da die einstellbare Temperatur hinsichtlich der endlichen Temperaturbeständigkeit der Bauteile der Schmelzvorrichtung begrenzt ist. Insbesondere sind keine praktisch verwendbaren Kontaktmaterialien bekannt, die oberhalb von 1700°C langzeitstabil sind.
Um dennoch höhere Temperaturen erreichen zu können, ist es bekannt, wassergekühlte, metallische Wandungsteile für die
Schmelzwanne zu verwenden. Durch die gekühlten Wandungsteile werden jedoch hohe Energieverluste verursacht, die durch die Heizung wieder kompensiert werden müssen. Eine für die Hochtemperaturläuterung geeignete Heizung muß also hinreichend große Heizleistungen aufbringen.
Zum Beheizen der Schmelze wird unter anderem die Hochfrequenzbeheizung verwendet. Diese Technik wird auch insbesondere zusammen mit der Skulltechnik, also mit gekühlten Wandungsteilen verwendet. Jedoch ist die
Hochfrequenzbeheizung nicht für alle Glassorten geeignet, da die Schmelzen eine gewisse Mindestleitfähigkeit aufweisen müssen. So ist das Verfahren für Schmelzleitfähigkeiten kleiner als 0,01 Ω^cm"1 ungeeignet. Bereits bei Leitfähigkeiten unterhalb von etwa 0,1 Ω^cm"1 wird aber schon die Prozeßstabilität bei der Hochfrequenzbeheizung so schlecht, daß diese Technik in derartigen Fällen nur beschränkt oder kaum einsetzbar ist.
Für eine gute Leitfähigkeit von Glasschmelzen sind besonders Alkaliionen verantwortlich. So sind andererseits Gläser, die wenig oder gar keinen Alkalimetallanteil haben, oft nur schlecht leitfähig. Gerade solche Gläser sind jedoch oft technische Spezialgläser, bei denen es zumeist auf besondere Reinheit und Blasenfreiheit ankommt, die aber mittels
Hochfrequenzbeheizung aufgrund der schlechten Leitfähigkeit nur schlecht zu behandeln sind. Neben der Hochfrequenzbeheizung können auch wassergekühlte Elektroden zur konduktiven Beheizung von Schmelzen eingesetzt werden. Aus der GB 644,463 ist eine wassergekühlte Platinelektrode bekannt, welche im wesentlichen nur an einem thermischen Arbeitspunkt effektiv betrieben werden kann. Es ist hierbei stets sicherzustellen, daß die Platinelektrode nicht durch Überhitzung geschädigt wird. Da bei Erwärmung der Schmelze jedoch auch die Gefahr einer Schädigung der Platinelektrode besteht, wird in der Regel das zugeführte Kühlmittel eine Abkühlung bewirken, welche einen sicheren thermischen Abstand zu denjenigen Temperaturen einhält, bei welchen das Platin Schädigungen unterliegen kann. Hierdurch wird jedoch ein Teil der Heizleistung der konduktiven Elektroden wieder "weggekühlt" und muß durch erhöhte Energiezufuhr kompensiert werden. Die zusätzliche Heizleistung wird wieder mit einer erhöhten Kühlleistung abgefangen und der thermische Sicherheitsabstand erzeugt bei herkömmlichen gekühlten Elektroden eine äußerst unbefriedigende energetische Gesamtbilanz.
Bei einer zu starken, nicht regelbaren Kühlung der konventionellen Elektroden besteht darüber hinaus die Gefahr, dass die konduktive Beheizung auf Grund eines zu hohen Übergangswiderstandes zwischen Elektrode und Schmelze, der durch aufgefrorenes Glas entsteht, nicht zu starten ist. Die lokale Kühlleistung auf der Oberfläche dieser Elektroden ist ferner im wesentlichen durch die Anordnung der Kühlkanäle und durch die Elektrodengeometrie vorgegeben und läßt sich daher nicht den äußeren Bedingungen anpassen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Heizvorrichtung zur konduktiven Beheizung von Schmelzen zu schaffen, welche eine verbesserte Kühlung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch eine HeizVorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche .
Dementsprechend umfasst eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung zur konduktiven Beheizung von Schmelzen, insbesondere zum raschen Einschmelzen, zur Läuterung und/oder zum Konditionieren von Schmelzen zumindest eine Elektrode und zumindest ein erstes Kühlsystem mit Mitteln zur zeitlich und örtlich variablen Steuerung und/oder Regelung der Kühlleistung in mehreren wählbaren Bereichen der Elektrode. Die variable Einstellung und/oder Regelung der Kühlleistung kann dabei sowohl zeitlich, als auch örtlich an der Kontaktfläche des Schmelzkontaktmaterials der Elektrode zur Schmelze variabel eingestellt und/oder geregelt werden.
Damit wird in äußerst vorteilhafter Weise nicht nur die Temperatur der Oberfläche des Schmelzkontaktmaterials, sondern auch die räumliche Temperaturverteilung der Schmelze selbst beeinflußbar. Neben der Temperatur der Schmelze kann so auch beispielsweise die Form und Richtung von Konvektionsströmen in der Schmelze bestimmt werden.
Das Konditionieren von Schmelzen bedeutet in diesem Zusammenhang die Vorbereitung einer Schmelze auf die Bedingungen der Heißformgebung. Diese umfassen insbesondere eine Herabsenkung des Temperaturniveaus und die Homogenisierung der Temperaturverteilung.
Sowohl bei der Hochfrequenzbeheizung, als auch bei der konduktiven Beheizung konnte bisher die räumliche Temperaturverteilung, beziehungsweise der räumliche Energieeintrag durch die festgelegte Intensitätsverteilung des zum Heizen benutzten Hochfrequenzfeldes oder der Elektrodengeometrie kaum beeinflusst werden. Die Erfindung schafft demgegenüber eine variable Einstell- und/oder
Regelbarkeit der räumlichen Schmelztemperaturverteilung, wobei die Anwendbarkeit der Erfindung im Gegensatz zur Hochfrequenzbeheizung außerdem hinsichtlich der Leitfähigkeit der Schmelze kaum eingeschränkt ist.
Umgekehrt kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch so betrieben werden, daß der Wärmefluß durch die Elektrode aufgrund von innerhalb der Schmelze vorhandenen Temperaturgradienten ausgeglichen wird, so daß auf dem Schmelzkontaktmaterial der Elektrode eine gleichmäßige
Oberflächentemperatur erreicht wird. Dies erlaubt eine Reduzierung der Kühlleistung auf das notwendige Minimum, somit auch eine Reduzierung der Heizleistung und verbessert die energetische Gesamtbilanz erheblich. Außerdem kann die Oberflächentemperatur auf sichere Weise nahe an den materialabhängigen Grenzen gehalten werden. Beispielsweise sollte eine Platinelektrode kurzfristig nicht auf über 1650°C und im Langzeitbetrieb nicht auf über 1550°C erhitzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt hier einen Betrieb, bei welchem die Temperatur nahezu der gesamten Oberfläche des
Schmelzkontaktmaterials der Elektrode gleichmäßig nahe bei dieser Grenze gehalten werden kann. Im Gegenzug kann auf diese Weise durch Reduzierung der Kühlleistung, sowie eine möglichst gleichmäßig heiße Oberfläche des Schmelzkontaktmaterials in der Schmelze eine hohe Spitzentemperatur erreicht werden, die weit über der Temperatur der Oberfläche des Schmelzkontaktmaterials liegt. In erfindungsgemäßer und für den Fachmann überraschender Weise kann die Schmelztemperatur in der Schmelze erstmalig mehr als 200°C über der höchsten Temperatur an der Elektrodenoberfläche liegen. Dadurch wird entsprechend auch die Läuterung der Schmelze verbessert und beschleunigt. Die Erfindung bringt aber bereits auch Vorteile, wenn die Temperatur von Bereichen der Schmelze nur 50°C, 100°C oder 150°C über der Temperatur der Elektrodenoberfläche liegt.
Auf diese Weise kann die Temperatur in der Schmelze zumindest in einem Bereich der Schmelze die Anwendungsgrenztemperatur des Schmelzkontaktmaterials der Elektrode überschreiten. Als Anwendungsgrenztemperatur wird die Temperatur verstanden, bis zu der ein Einsatz der Elektroden für die gängigsten Elektroden-, beziehungsweise Schmelzkontaktmaterialien möglich ist. Anwendungsgrenztemperaturen verschiedener Schmelzkontaktmaterialien werden auch in der am gleichen Tag wie die vorliegende Erfindung eingereichten PCT-Anmeldung der Anmelderin mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zur Beheizung von Schmelzen" beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt diesbezüglich zum Gegenstand auch der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Anwendungsgrenztemperaturen für verschiedene Schmelzkontaktmaterialien sind unter anderem auch in den Veröffentlichungen
[1] Johnson Matthey Noble Metals: "Platinum Sheet Material for the Glass Industry" , [2] Glass Science and Technology 13: „Metals in Glassmaking", Roland Kirsch (Ed.), Elsevier, Amsterdam, London, New York, Tokyo, 1993 [3] E. Drost, H. Gδlitzer, M. Poniatowski, S. Zeuner:
„Platinwerkstoffe für Hochtemperatur-Einsatz", Metall - Internationale Zeitschrift für Technik und Wirtschaft Nr.7/8 1996, Seiten 492 - 498, Metallverlag Berlin/Heidelberg 7/8 1996, und [4] „Precious Metals Science and Technology": L. S.
Benner, T. Suzuki, K. Meguro, S. Tanaka (Eds.), The International Precious Metals Institute, USA, 1991,
angegeben, deren Offenbarung diesbezüglich ebenfalls durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung mit aufgenommen wird.
Es liegt außerdem im Rahmen der Erfindung, ein Schmelzaggregat zur konduktiven Beheizung von Schmelzen anzugeben, welches zumindest eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung umfaßt. Ein derartiges Schmelz- und/oder
Läuteraggregat, in welchem die erfindungsgemäße Heizvorrichtung als Elektrode eingesetzt werden kann, wird auch in der am gleichen Tag wie die Erfindung eingereichten PCT-Anmeldung der Anmelderin mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zur Beheizung von Schmelzen" beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung bezüglich der Konstruktion eines geeigneten Schmelz- und/oder Läuteraggregates und der darin beschriebenen Schmelz- Läuterund Konditionierverfahren wird vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Im allgemeinen wird eine entsprechende Schmelz- und/oder Läutervorrichtung zwei oder mehrere der erfindungsgemäßen Heizvorrichtungen aufweisen, wobei die Betriebsspannung zwischen den Elektroden wenigstens zweier Heizvorrichtungen angelegt wird. Die Heizvorrichtungen werden vorzugsweise mit Wechselstrom, bevorzugt mit Wechselstrom mit Frequenzen im Bereich von 20 Hz bis zu 20 KHz, besonders bevorzugt im Bereich von 2 kHz bis 10 kHz betrieben, da die Korrosionsneigung des Glas- oder Schmelzkontaktmaterials der Elekroden mit steigender Frequenz abnimmt. Auch ein Betrieb mit Netzfrequenz (ca. 50 oder 60 Hz) ist jedoch möglich.
Zur Erzielung hoher Kühlleistungen ist es außerdem von Vorteil, wenn das Kühlsystem eine Fluidfδrdereinrichtung umfasst. Mit der Fluidfδrdereinrichtung wird das Kühlfluid durch die Heizvorrichtung geführt. Vorteilhaft kann die Fluidfδrdereinrichtung auch variabel einstell- und insbesondere regelbar ausgeführt sein, um die Gesamtkühlleistung des Kühlsystems einstellen zu können.
Mit Vorteil kann das Kühlsystem auch eine Vielzahl von
Fluidleitungskanälen umfassen, durch welche das Kühlmittel hindurchgeleitet wird und dabei Wärme von der Elektrode aufnimmt. Durch die Vielzahl solcher Kanäle kann die Kühlleistung örtlich in der Heizvorrichtung gleichmäßig verteilt werden. Die einzelnen Kanäle können dabei beispielsweise auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Die Einstellung oder Regelung der Kühlleistung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann noch erheblich dadurch verbessert werden, daß zumindest ein Fluidleitungskanal mit einer Einrichtung zur Einstellung und/oder Regelung des Durchflusses von Kühlfluid verbunden ist. Diese Einrichtung kann beispielsweise ein Stell- oder Regelventil umfassen. Auf diese Weise kann durch Einstellung der Einrichtung die Kühlleistung des Fluidleitungskanals individuell eingestellt werden oder anhand vorgegebener Regelkennlinien geregelt werden. Insbesondere mittels einer Vielzahl solcher Einrichtungen können auf der Oberfläche des
Schmelzkontaktmaterials zeitliche und örtliche, insbesondere laterale Temperaturverläufe eingestellt und insbesondere durch eine Regelung sicher eingehalten werden. Dies ermöglicht so beispielsweise eine Feineinstellung der Form und Richtung der in der Schmelze vorhandenen Konvektionsströme .
Das Kühlsystem kann für verschiedenartige Kühlmittel ausgelegt sein. Beispielsweise kann das Kühlsystem eine
Luftkühlung und/oder eine Flüssigkeitskühlung und/oder eine Aerosolkühlung umfassen.
Um eine zeitlich und/oder örtlich einstell- und/oder regelbare Kühlung zu erreichen, ist es auch vorteilhaft, wenn die HeizVorrichtung ein weiteres Kühlsystem umfasst. Durch eine entsprechende Anordnung der Kühlsysteme kann durch die Abstimmung der Kühlleistungen dabei eine örtliche Anpassung der Kühlleistung vorgenommen werden. Die Kühlsysteme können auch so ausgelegt sein, daß eines der Systeme eine Grob- und das andere eine Feinregulierung oder Einstellung der Gesamt- Kühlleistung schafft. Besonders vorteilhaft ist dabei dementsprechend auch, wenn die Kühlsysteme mittels einer entsprechenden Einrichtung auch unabhängig voneinander regelbar sind. Vorzugsweise ist auch das weitere Kühlsystem mit einer Vielzahl von Fluidleitungskanälen ausgestattet, welche eine örtlich verteilte Wärmeabfuhr ermöglichen. Auch diese Kanäle können mit einer Einrichtung zur Einstellung und/oder Regelung des Durchflusses von Kühlfluid verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen HeizVorrichtung kann das Temperaturprofil entlang der Elektrodenoberfläche in zwei zueinander senkrechten Richtungen eingestellt werde. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem zumindest Abschnitte der Fluidleitungskanale des weiteren Kühlsystems vorzugsweise in Richtung senkrecht zur Wärmeausbreitungsrichtung gesehen quer zu Abschnitten von Fluidleitungskanälen des ersten Kühlsystems verlaufen. Mit einer derartigen Anordnung von quer zueinander verlaufenden Kanälen kann durch einzelne Einstellung oder Regelung des Kühlmittelflusses durch diese Kanäle ein zweidimensionales Temperatur- oder Kühlleistungsprofil eingestellt werden. Ein solcher Vorteil läßt sich jedoch auch beispielsweise dadurch erreichen, daß zumindest Abschnitte der Fluidleitungskanale des ersten Kühlsystems in verschiedenen Ebenen quer oder parallel zueinander verlaufen.
Die Fluidleitungskanale des ersten und weiteren Kühlsystems können auch besonders bevorzugt zumindest abschnittsweise ineinandergeführt verlaufen. Diese Anordnung zeichnet sich unter anderem durch einen besonders kompakten und einfachen Aufbau aus .
Bevorzugt sind die Fluidleitungskanale außerdem so angeordnet, daß zumindest ein Abschnitt der Fluidleitungskanale des ersten Kühlsystems näher an der Schmelzkontaktfläche der Elektrode angeordnet sind, als die Fluidleitungskanale des zweiten Kühlsystems. Auf diese Weise wird in Richtung des Wärmeflusses, welcher von der Schmelzkontaktfläche der Elektrode weg auf die von der Schmelzkontaktfläche der Elektrode abgewandten Teile der Heizvorrichtung gerichtet ist, eine zweistufige Kühlung realisiert. Dadurch kann eine Einstellung und/oder Regelung des Temperaturprofils auch in dieser Richtung erreicht werden. Auch kann auf diese Weise die Kühlleistung des näher an der Schmelzkontaktfläche wirkenden Kühlsystems reduziert werden, was im allgemeinen eine genauere Einstellbarkeit und Regelbarkeit dieses Kühlsystems ermöglicht.
Die Heizvorrichtung kann außerdem eine stell- oder regelbare Heizleistungsregelung umfassen, um nicht nur die Kühlleistung, sondern auch die Heizleistung anpassen zu können. Vorteilhaft können Heiz- und Kühlleistung dabei auch in Abhängigkeit zueinander geregelt werden, so daß zum Beispiel die stell- oder regelbare Heizleistungsregelung den
Heizstrom und/oder die Spannung zwischen den Elektroden in Abhängigkeit von der Kühlleistung und/oder der Schmelztemperatur und/oder der Elektrodentemperatur regelt. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch eine temperaturabhängige Regelung, mit der beispielsweise ein Überhitzen des Schmelzkontaktmaterials verhindert werden kann.
Vorteilhaft kann die zumindest eine Elektrode an einer Stützvorrichtung befestigt sein. Die Stützvorrichtung ist dabei bevorzugt auf einer der Schmelzkontaktfläche abgewandten Seite angeordnet. Günstig ist es dabei ferner, wenn eines der Kühlsysteme, insbesondere das zweite Kύhlsystem die Stützvorrichtung kühlt. Die Stützvorrichtung ist vorzugsweise aus Feuerfestmaterial, wie beispielsweise feuerfesten Steinen oder Keramiken gefertigt. Insbesondere kann die Stützvorrichtung auch mehrschichtig, beziehungsweise in Sandwichbauweise aufgebaut sein, wobei die Schichten vorzugsweise in Wärmeausbreitungsrichtung oder entlang der durch den hydrostatischen Druck der Schmelze ausgeübten Kräfte aufeinander abfolgen. Auf diese Weise kann beispielsweise die Wärmeleitf higkeit der Stützvorrichtung und/oder deren mechanische Stabilität verbessert werden. Ein mehrschichtiger Aufbau ermöglicht etwa die Kombination von Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit oder spezifischer Wärmekapazität in der StützVorrichtung .
Besonders bevorzugt wird eine Sandwichbauweise, bei welcher die Stützvorrichtung eine erste Schicht aufweist, die zwischen der Elektrode und zumindest einer darauffolgenden zweiten Schicht angeordnet ist, wobei die erste Schicht eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die zweite Schicht auf eist.
Dadurch wird die vom Schmelzkontaktmaterial anfallende Wärme gut von der ersten Schicht aufgenommen und weitertransportiert. Aufgrund der schlechteren Wärmeleitfähigkeit der zweiten Schicht wird andererseits nur wenig Wärme nach außen abgegeben, sondern hauptsächlich über die Kühlung abgeführt. Für die erste Schicht sind beispielsweise schmelzgegossene und/oder dicht gesinterte Materialien, wie schmelzgegossene Aluminium-Zirkon-Silikate (AZS) und/oder Aluminiumoxid und/oder schmelzgegossene hoch zirkonhaltige Materialien (HZFC) geeignet. Für die zweite Schicht sind unter anderem keramisch gebundene Materialien wie Mullit, Gesintertes Quarzglas oder schlickergegossenes Kieselglas, das auch unter der Bezeichnung Quarzal bekannt ist, geeignet. Diese Materialien weisen eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf und leiten entsprechend wenig Wärme nach außen ab .
Eine besonders effektive Kühlung der Elektrode läßt sich erreichen, indem die zumindest eine Elektrode auf wenigstens einer Seite der Stützvorrichtung aufliegt, wobei sich zumindest ein Abschnitt eines Fluidleitungskanals des Kühlsystems entlang dieser Seite der Stützvorrichtung erstreckt. Die Kühlung läßt sich noch verbessern, indem der Abschnitt des zumindest einen Fluidleitungskanal zur Elektrode oder bei einer Sandwichbauweise zur ersten Schicht hin offen ausgeführt ist. Auf diese Weise kommt das Kühlfluid beim Durchströmen durch den Kanal in direkten Kontakt mit dem Elektrodenmaterial .
Vorteilhaft ist außerdem eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen HeizVorrichtung, bei welcher die zumindest eine Elektrode zumindest zwei Elektrodensegmente umfasst. Die Elektrodensegmente können unter anderem dazu geeignet sein, die Leistungsdichte durch die konduktive Heizung auf mehrere getrennte Segmente zu verteilen. Besonders vorteilhaft ist dabei außerdem, wenn die Elektrodensegmente zueinander isoliert sind. Die Elektrodensegmente können dann separat mit Strom versorgt werden, was eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt. Insbesondere kann die Heizvorrichtung auch so betrieben werden, daß der Strom zwischen den Elektrodensegmenten durch die Schmelze fließt. Dies erleichtert beispielsweise das Einschmelzen von Schmelzgut, da nur ein kleiner Bereich des Schmelzguts im Schmelz- oder Läuteraggregat, in welchem die Heizvorrichtung eingesetzt wird, aufgeschmolzen werden muß, bis eine Brücke aus geschmolzenem Material die Elektrodensegmente verbindet. Das weitere Einschmelzen kann dann durch den Betrieb der Elektrodensegmente und der Heizelektroden vorgenommen werden. Außerdem kann durch einen derartigen Betrieb zwischen den Elektrodensegmenten eine Konvektionswalze im Schmelz- oder Läuteraggregat in Gang gesetzt werden.
Die zumindest eine Elektrode weist mit Vorteil ein Schmelzkontaktmaterial auf, das zumindest bei höheren Temperaturen leitfähig und temperaturbeständig, sowie außerdem weitgehend inert beim Kontakt mit der Schmelze ist. Als Schmelzkontaktmaterial ist insbesondere für Glasschmelzen dabei beispielsweise ein Material geeignet, welches elektrisch leitfähige Keramik, wie beispielsweise Sn02- Keramik und/oder Refraktärmetalle, wie insbesondere Platinmetalle, beispielsweise Iridium, Rhodium, Platin und deren Legierungen oder hochschmelzende Refraktärmetalle, wie Wolfram, Molybdän, Osmium, Hafnium, Tantal sowie deren Legierungen umfasst.
Das Schmelzkontaktmaterial kann außerdem ein feinkornstabilisiertes Material umfassen. Feinkornstabilisierte Materialien werden auch als dispersionsverfestigte Materialien oder oxiddispersionsgehärtete Materialien bezeichnet. Diese zeichnen sich im allgemeinen durch eine hohe Festigkeit und gute Langzeitstabilität aus. Solche feinkornstabilisierten Materialien können beispielsweise hochfeste Platin- oder Iridiummaterialien sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet die zumindest eine Elektrode der Heizvorrichtung einen Wandbereich eines Tiegels. Der Tiegel kann dabei beispielsweise in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung auch als Skulltiegel mit gekühlten Wänden ausgeführt sein.
Die äußere Form und Wölbung der Schmelzkontaktfläche des Schmelzkontaktmaterials der zumindest einen Elektrode ist wahlfrei und kann der jeweiligen Anwendung, etwa der spezifischen Tiegelform angepaßt sein. Die Kontaktfläche des Schmelzkontaktmaterials kann daher beispielsweise sowohl flach, als auch konvex oder konkav gewölbt sein. Je nach Anwendung kann die Kontaktfläche auch zum Beispiel quadratisch, rechteckig, oval oder rund geformt sein.
Die Heizvorrichtungen können in das Schmelzgefäß vorteilhaft so eingebaut werden, dass eine Auswechselbarkeit gegeben ist. Um ein Herausfließen von Schmelze zwischen der Heizvorrichtung und einem Ausschnitt aus der Wandung eines Schmelzaggregates, in welche die Heizvorrichtung eingesetzt wird, zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn die
Heizvorrichtung eine Kantenkühlung aufweist. Dabei wird an den Kanten vorbeifließende Schmelze erstarrt und schafft so die gewünschte Abdichtung.
Um eine möglichst genaue Temperatur- oder
Kühlleistungsregelung durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Heizvorrichtung zumindest einen Temperatursensor, wie etwa ein Thermoelement aufweist. Die Meßwerte des Temperatursensors können dann beispielsweise von einer Recheneinrichtung verarbeitet werden, welche ihrerseits unter Verwendung dieser Daten die Kühlleistung zeitlich und/oder örtlich regeln kann. Auch die genaue Einstellbarkeit der Kühlleistung wird hierdurch unterstützt.
Ebenso vorteilhaft ist, wenn das Kühlsystem zumindest einen Durchflußmesser umfasst. Ein solcher Durchflußmesser kann Istwerte liefern, die mit Sollwerten für den Durchfluss von Kühlmittel durch das Kühlsystem abgeglichen werden können, um einen stabilen Betrieb mit definierten Parametern zu ermöglichen.
Bei einer Inbetriebnahme eines Schmelzaggregats mit erfindungsgemäßen Heizvorrichtungen muß zunächst in der Schmelze eine ausreichende Leitfähigkeit vorhanden sein, um eine konduktive Beheizung mit den Heizvorrichtungen zu ermöglichen. Das Schmelzaggregat kann dazu geeignete
Einrichtungen zum Erwärmen und Einschmelzen von Gemenge oder des erkalteten Schmelzguts aufweisen. Insbesondere in der Nähe der Schmelzkontaktfläche der Elektroden der Heizvorrichtungen kann dabei aber die Leitfähigkeit der Schmelze nicht ausreichend sein, um einen hinreichenden
Stromfluß durch die Schmelze zu ermöglichen. Auch kann zwischen Schmelzkontaktmaterial der Heizvorrichtung und erkaltetem Schmelzgut ein isolierender Luftspalt vorhanden sein. Dieser entsteht durch Schrumpfung des Schmelzguts beim Erkalten. Wird an die Elektrode bei vorhandenem Luftspalt eine Spannung angelegt, so kann es lokal zur Überbrückung des Luftspalts durch Ionisierung und zum Durchschießen des Stroms an dieser Stelle kommen, was zur Beschädigung des Schmelzkontaktmaterials führen kann. Vorteilhaft kann die Heizvorrichtung daher eine Einrichtung zur Beheizung einer
Elektrode umfassen, mit welcher eine direkte Beheizung der Elektrode vorgenommen werden kann. Dadurch kann das Schmelzgut im Bereich der Schmelzkontaktfläche angeschmolzen werden, um eine ausreichende Leitfähigkeit zu erreichen oder die Inbetriebnahme des Aggregats zu ermöglichen.
Als Einrichtung zur Beheizung der Elektrode ist insbesondere eine ohmsche Heizeinrichtung geeignet. Diese kann bevorzugt eine Stromquelle umfassen, welche an das Schmelzkontaktmaterial oder ein darunter befindliches leitfähiges Material angeschlossen ist und so einen Strom durch das Schmelzkontaktmaterial oder das darunter befindliche leitfähige Material in Richtung quer zur Schmelzkontaktfläche treibt und somit geeignet ist, das Schmelz- oder Glaskontaktmaterial und/oder Teile der Elektrode selbst zu erwärmen. Dieser Betrieb wird im folgenden auch als Querbestromung bezeichnet.
Die Einrichtung zur Beheizung der Elektrode kann auch eine Einrichtung zur Erwärmung des Kuhlfluids umfassen. Damit kann beispielsweise die Schmelzkontaktfläche der Elektrode auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes erwärmt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Niederschlag von Feuchtigkeit, wie sie etwa beim Einsatz von fossilen Brennern zum An- oder Vorheizen bei einer Inbetriebnahme entsteht, zu verhinder .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert . Dabei kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile.
Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer ersten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Heizvorrichtung, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Heizvorrichtung, Fig. 3A und 3B Aufsichten auf die Schmelzkontaktfläche zweier
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen HeizVorrichtung,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mit segmentierter
Elektrode, Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Schmelzaggregates zur konduktiven Beheizung von Schmelzen
In den Fig. 1 und 2 sind schematisch
Querschnittsdarstellungen zweier Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung dargestellt, die als Ganzes mit 1 bezeichnet ist.
Die Heizvorrichtung 1 weist eine Elektrode 3 mit einem Schmelzkontaktmaterial 2 auf, welche mit einer Stützvorrichtung 5 verbunden ist und mit einer Seite auf der Stützvorrichtung 5 aufliegt.
Die Elektrode 3 ist mit elektrischen Zuleitungen 7 verbunden, welche an eine Stromversorgung zur konduktiven Heizung einer Schmelze anschließbar sind. Die Stützvorrichtung 5 ist in dieser Ausführungsform noch mit Halteblechen 14 versehen, welche zur Montage und Befestigung der Heizvorrichtung 1 an einem Schmelzaggregat dienen. 13
Die Heizvorrichtung 1 kann auch verschiebbar in einem Schmelzaggregat angeordnet sein. In diesem Fall können die Heizvorrichtungen 1 mit den Halteblechen 14 an einer Verschiebeeinrichtung befestigt sein, mit der die beispielsweise gegenüber im Aggregat angeordneten Heizvorrichtungen 1 dann aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden können. Eine solche Anordnung ist beispielsweise während des Anfahrens bei noch kühlerer Schmelze mit geringer elektrischer Leitfähigkeit von Vorteil.
Die Heizvorrichtung 1 wird bevorzugt so in ein Schmelz- oder Läuteraggregat integriert, daß das Schmelzkontaktmaterial 2 einen Wandbereich eines Tiegels, insbesondere eines Skulltiegels bildet. Dabei wird die Heizvorrichtung 1 so eingebaut, daß die Stützvorrichtung 5 auf der dem Schmelzkontaktbereich, beziehungsweise der Schmelzkontaktfläche 17 des Schmelzkontaktmaterials 2 abgewandten Seite der Elektrode 3 angeordnet ist. Das Schmelzkontaktmaterial 2 ist aus einem gegen die
Zusammensetzung der Schmelze resistenten Material gefertigt. Als Schmelzkontaktmaterial 2 für Glasschmelzen ist elektrisch leitfähige Keramik, wie beispielsweise Sn02-Keramik und/oder Refraktärmetalle, insbesondere hochschmelzende Metalle, wie Wolfram, Molybdän, Osmium, Hafnium, Tantal oder deren
Legierungen, und/oder Platinmetalle, insbesondere Platin, Iridium, Rhodium sowie deren Legierungen geeignet .
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Stützvorrichtung 5 in Sandwich-Bauweise aufgebaut. Dabei weist die Stützvorrichtung eine erste Schicht 51 auf, die zwischen der Elektrode 3 und einer darauffolgenden zweiten Schicht 52 angeordnet ist. Die erste Schicht 51 weist eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die zweite Schicht 52 auf. Die erste Schicht 51 kann beispielsweise ein schmelzgegossenes Material, wie AZS oder HZFC aufweisen. Für die zweite Schicht 52 ist zum Beispiel ein Werkstoff wie Mullit oder Quarzal mit einer verhältnismäßig schlechten Wärmeleitfähigkeit geeignet. Die Abfolge von Schichten mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit führt dazu, daß die Wärme vom Schmelzkontaktmaterial 2 einerseits gut abgeführt und andererseits nur ein geringer Anteil der Wärme nach außen abgegeben wird. Auf diese Weise wird ein überwiegender Teil der Wärme über die Kühlsysteme abgeführt .
In Fig. 1 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt, bei welcher die Elektrode 3 ein
Schmelzkontaktmaterial 2 aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus einem Refraktärmetall, wie Wolfram, Molybdän und/oder Platin, Rhodium, Iridium, sowie deren Legierungen aufweist. Das Schmelzkontaktmaterial 2 ist auf einem Refraktärmaterial 8 oder einer elektrisch leitfähigen
Keramik, wie beispielsweise einer Sn02-Keramik aufgebracht.
Die Stützvorrichtung 5 weist eine Vielzahl von Anschlüssen 9 auf, die mit Fluidleitungskanälen 10 im Inneren der Stützvorrichtung verbunden sind, wobei die Anschlüsse 9, sowie die mit diesen verbundenen Fluidleitungskanale 10 Bestandteile eines ersten Kühlsystems sind.
Die Stützvorrichtung 5 weist außerdem eine Vielzahl von weiteren Anschlüssen 11 auf, die ebenfalls im Inneren der
Stützvorrichtung mit Fluidleitungskanälen 12 verbunden sind. Diese Anschlüsse 11 und die damit verbundenen Fluidleitungskanale 12 sind Bestandteil eines weiteren KühlSystems.
Anhand der Querschnittsansicht ist schematisch gezeigt, daß bei dieser Ausführungsform jeweils zwei Anschlüsse 9 mit einem Fluidleitungskanal 10 des ersten Kühlsystems verbunden sind, wobei ein Anschluß 9 der Zuleitung und ein weiterer Anschluß 9 der Rückleitung von Kühlmittel dient. Die Flußrichtung des Kühlmittels ist durch Pfeile symbolisiert.
Ein Abschnitt 19 der Fluidleitungskanale 10 des ersten Kühlsystems erstreckt sich entlang der Seite 20 der Stüzvorrichtung 5, auf welcher die Elektrode 3 aufliegt. Diese Abschnitte 19 sind insbesondere so konstruiert, daß sie sich in der zweiten Schicht 52 der Stützvorrichtung 5 entlang der Auflagefläche zwischen erster Schicht 51 und zweiter Schicht 52 aus einem Refraktärmaterial 8 des Sandwich-Aufbaus erstrecken und zur ersten Schicht 51 hin offen sind. Dadurch wird beim Durchströmen des Kühlmittels durch die Fluidleitungskanale 10 im Bereich dieser Abschnitte 19 ein direkter Kontakt des Kühlmittels mit der gut wärmeleitenden ersten Schicht, auf welcher das Schmelzkontaktmaterial 2 der Elektrode 3 aufliegt, geschaffen. Die erste Schicht 51 ist dabei vorzugsweise möglichst dünn ausgeführt. Die erste Schicht 51 dient hier insbesondere der mechanischen
Unterstützung des Schmelzkontaktmaterials 2, um Verformungen durch den von der Schmelze ausgeübten hydrostatischen Druck zu vermeiden. Durch die möglichst dünne Ausführung der ersten Schicht 51 wird eine gute Kühlung bei geringer Trägheit bezüglich der Regelbarkeit der Kühlleistung im
Schmelzkontaktmaterial 2 erzielt. Jeder der Fluidleitungskanale 10 ist mit einem Stell- oder Regelventil 13 verbunden, welches in dieser Ausführungsform jeweils an denjenigen der Anschlüsse 9 angeschlossen ist, welcher als Zuleitung dient. Das Kühlmittel wird von einer Fluidfördereinrichtung 21 über die Stell- oder Regelventile 13 durch die Fluidleitungskanale 10 schließlich in einen Kühler 23 gepumpt, wo dem Kühlmittel die Wärme, die es in den Fluidleitungskanälen 10 aufgenommen hat, wieder entzogen bekommt .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Kühlsystem eine Fluidfördereinrichtung 21, welches eine Förderung des Fluids bei niedrigen Druckdifferenzen zwischen Ein- und Ausgang der Einrichtung von bis zu 1000 bar ermöglicht, denn bei diesen Drücken ist es möglich, kostengünstige kolbenfreie Fluidpumpen, insbesondere Gebläse zu verwenden. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform gestattet die Förderung des Fluids bei Drucken von bis zu 500 mbar und die am meisten bevorzugte Ausführungsform ermöglicht die Förderung des Fluids bei 150 mbar. Bei diesen
Ausführungsformen sind die Fluidleitungskanale 10 jeweils mit Querschnitten versehen, welche die ausreichende Förderung des Fluids bei derart niedrigen Drucken gewährleisten. Dies ist besonders vorteilhaft, falls Gase und oder Aerosole, wie insbesondere Umgebungsluft oder Umgebungsluft mit gesteuertem Wassergehalt zur Kühlung verwendet werden, da in diesem Falle bereits einfache Gebläse an Stelle von pneumatischen Pumpsystemen verwendet werden können.
Ebenso ist jedoch gemäß einer weiteren Ausführungsform auch der Einsatz von Druckluft als Kühlfluid möglich. Bei Einsatz von Druckluft bietet sich der Vorteil, daß der Querschnitt der Fluidleitungskanale 10 reduziert werden kann. Dadurch ergibt sich unter anderem die Möglichkeit, mehr Kanäle in der Stützvorrichtung 5 unterzubringen und so beispielsweise eine höhere Ortsauflδsung bei der Regelung oder Einstellung der lokalen Kühleistung zu erreichen. Auch können die Fluidleitungskan le 10 bei geringem Querschnitt so beispielsweise zum Schmelzkontaktmaterial 2 hin offen ausgeführt werden, ohne daß es zu einer Verformung des Materials über den offenen Kanälen kommt.
Zusätzlich oder alternativ zur Verwendung von unter erhöhtem Druck stehenden Fluid kann auch auf der Abluftseite eine Saugvorrichtung angeordnet sein, welche eigenständig oder zusammen mit dem Gebläse oder den Gebläsen den Kühlfluiddurchsatz erhöht. Auch für die Saugvorrichtung werden durch die entsprechend großen Querschnitte der Fluidleitungskanale 10 bevorzugt kostengünstige kolbenfreie Saugsysteme verwendbar.
In ähnlicher Weise ist auch das weitere Kühlsystem ausgelegt. Auch bei diesem Kühlsystem weist jeder der
Fluidleitungskanale 12 einen Abschnitt 18 auf, welcher sich entlang der Seite 20 der Stützvorrichtung erstreckt. Die Abschnitte 19 der Fluidleitungskanale 10 des ersten Kühlsystems sind jedoch näher an der Schmelzkontaktfläche 17 der Elektrode 3 angeordnet als die Fluidleitungskanale 12 des weiteren KühlSystems und deren entlang der Seite 20 verlaufenden Abschnitte 18. Die Abschnitte 18 sind im Gegensatz zu den Abschnitten 19 auch nicht zur Elektrode 3 hin offen. Ähnlich wie beim ersten Kühlsystem ist auch beim weiteren Kühlsystem ein Fluidleitungskanal 12 jeweils an zwei Anschlüsse 11 angeschlossen, von denen jeweils einer als Zuleitungsanschluß und der weitere als Rückleitungsanschluß dient. Der Zuleitungsanschluß ist jeweils mit einem Stelloder Regelventil 15 verbunden. Ebenso wie beim ersten Kühlsystem wird das Kühlmittel oder Kühlfluid mittels einer Fluidfördereinrichtung 25 über die Stell- oder Regelventile 15 durch die Fluidleitungskanale 12 in einen Kühler 27 gepumpt, wo das aufgeheizte Kühlmittel wieder abgekühlt wird.
Wird ein Schmelzaggregat in Betrieb genommen, das mit erstarrtem Schmelzgut, beispielsweise in Form von Scherben oder Gemenge befüllt ist, so besteht zwischen dem Schmelzkontaktmaterial 2 der im Aggregat angeordneten
Heizvorrichtungen 1 zunächst keine leitende Verbindung. Insbesondere besteht in dieser Phase noch keine leitfähige Brücke vom Schmelzkontaktmaterial 2 zum Schmelzgut. Um diese herzustellen, ist es vorteilhaft, wenn die Heizvorrichtung 1 eine weitere HeizVorrichtung in Form einer Einrichtung zur
Beheizung der Elektrode aufweist, die geeignet ist, das Schmelz- oder Glaskontaktmaterial zu erwärmen. Hierzu kann beispielsweise ein Querstrom, der im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Schmelzkontaktmaterials 2 fließt, in dieses eingespeist werden, so daß durch den ohmschen
Widerstand der Elektrode 3 deren Erwärmung und damit die zusätzliche Erwärmung und das Anschmelzen des Schmelzgutes bzw. des Glases bewirkt. Eine solche ohmsche Heizvorrichtung umfaßt bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen eine Stromversorgung 37, die über elektrische Zuleitungen 33 und 35 mit Laschen 29, 31 der Elektrode 3 verbunden ist. Der Strom aus der Stromversorgung 37 fließt so über die Laschen als Querstrom durch das Schmelzkontaktmaterial 2. Die QuerbeStrömung der Elektrode kann mit einem geeigneten Schalter 34 und/oder durch Zu- oder Abschaltung der Stromversorgung 37 ein- oder ausgeschaltet werden. Hat die Schmelze beispielsweise eine ausreichende
Leitfähigkeit, so daß diese durch konduktive Beheizung weiter erwärmt werden kann, so kann die Querbestromung ausgeschaltet werden.
Die Einrichtung zur Beheizung der Elektrode kann auch vorteilhaft eine Einrichtung zur Erwärmung des Kuhlfluids umfassen. Während des Aufheizens der Schmelze oder des Gemenges kann die Schmelzkontaktfläche 17 so auch mit einer Einrichtung zur Erwärmung des Kuhlfluids zusätzlich beheizt werden. In diesem Falle kann der Kühler 23 über
Heizeinrichtungen, wie beispielsweise Wärmetauscher, elektrische Widerstands- oder fossile
Brennstoffheizeinrichtungen verfügen. Eine Vorheizung durch Erwärmung des Kühlmittels ist beispielsweise vorteilhaft, um den Niederschlag von Feuchtigkeit auf der Elektrode 3 zu verhindern, indem diese über den Taupunkt der Oberofenatmosphäre erwärmt wird. Feuchtigkeit kann im Schmelzaggregat in größeren Mengen während der Inbetriebnahme des Aggregates entstehen, wenn das Schmelzgut oder Gemenge im Aggregat ebenfalls mit fossilen Brennern vorerhitzt wird.
Im normalen Betriebszustand wird das abgekühlte Kühlmittel dann erneut der Fluidfördereinrichtung 25 zugeführt und der Kühlmittelkreislauf hierdurch geschlossen.
Das erste Kühlsystem wird vorzugsweise mit einem gasförmigen Kühlmittel, insbesondere mit Luft betrieben. Entsprechend kann die Fluidfδrdereinrichtung 21 ein Gebläse umfassen. Das weitere Kühlsystem kann beispielsweise ein flüssiges Kühlmittel verwenden. Ferner ist ein Gemisch von Gas und Flüssigkeit verwendbar, bei welchem der Flüsssigkeitsgehalt einstell- oder regelbar ist, um derart einen sehr definierten Wärmeaustrag zu gewährleisten. In diesem Fall kann die im Gas gelöste oder als Aerosol vorliegende Flüssigkeit, beispielsweise beim Phasenübergang von flüssig zu gasförmig, Kondensationswärme entziehen oder kann bei gelöst vorliegendem Flüssigkeitsanteil die Stärke der KühlWirkung sehr genau dosiert werden.
In Fig. 2 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt, bei welcher die Stützvorrichtung 5 nicht in Sandwich-Bauweise aufgebaut ist. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich ebenfalls ein Abschnitt 19 der Fluidleitungskanale 10 des ersten Kühlsystems entlang der Seite 20 der Stützvorrichtung 5, auf welcher die Elektrode 3 aufliegt. Bei dieser Ausführungsform sind die Abschnitte 19 direkt zur Elektrode 3 hin offen. Auf diese Weise wird ein direkter Kontakt des Kühlmittels mit der Elektrode 3 hergestellt und so für eine besonders gute und schnell regelbare Kühlung erreicht. Auch wird eine Wärmetransport- Barriere, wie sie zwischen zwei Schichten bei einer Sandwich- Konstruktion der Stützvorrichtung entsteht, vermieden.
Das Schmelzkontaktmaterial 2 der Elektrode 3 muß jedoch hier auch bei den hohen Einsatztemperaturen eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um eine Verformung oder sogar ein Aufreißen des im Bereich der Abschnitte 19 freitragenden
Schmelzkontaktmaterials 2 durch den hydrostatischen Druck der Schmelze zu verhindern. Dazu sind beispielsweise Refraktärmetalle, wie etwa Wolfram geeignet. Gegenüber Platinmetallen weisen diese jedoch keine so hohe Oxidationsbeständigkeit auf und müssen unter Umständen vor Sauerstoffeinwirkung beschützt werden.
Fig. 3A zeigt eine Aufsicht auf die Schmelzkontaktfläche 17 der Elektrode 3 einer Ausführungsform der Erfindung. Die Schmelzkontaktfläche 17 dieser Ausführungsform ist mit rechteckiger Form dargestellt, jedoch sind eine Vielzahl von Formen der Elektrode 3 möglich, die sich aus der jeweiligen Anpassung der Heizvorrichtung 1 an die spezifische Form und Konstruktion des Schmelzaggregates ergeben.
Die Fluidleitungskan le 10 und 12 des ersten und zweiten Kühlsystems, welche in der dargestellten Aufsicht unterhalb der Elektrode 3 verlaufen, sind mit gestrichelten Linien dargestellt .
Die Abschnitte 18 der Fluidleitungskanale 12 des weiteren Kühlsystems sind bei dieser Ausführungsform so angeordnet, daß sie in Richtung senkrecht zur Wärmeausbreitungsrichtung quer zu den Abschnitten 19 der Fluidleitungskanale 10 des ersten Kühlsystems verlaufen. Durch diese kreuzweise Anordnung und Einstellung oder Regelung der Kühlleistung der einzelnen Kanäle kann die laterale Temperaturverteilung und/oder die Kühlleistung auf der Schmelzkontaktfläche 17 der Elektrode 3 beeinflußt werden und eine nahezu beliebige zweidimensionale Temperatur- und/oder Kühlleistungsverteilung eingestellt werden.
In Fig. 3B ist eine Aufsicht auf die Schmelzkontaktfläche 17 der Elektrode 3 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier verlaufen die Abschnitte 18 und 19 des ersten und zweiten KühlSystems nicht quer, sondern in Richtung entlang der Schmelzkontaktfläche 17 parallel zueinander. Insbesondere sind die Fluidleitungskanale 11 und 12 im Bereich der Abschnitte 18 außerdem ineinandergeführt . Beispielsweise können die Abschnitte 18 des zweiten Kühlsystems metallische Kühlrohre umfassen, welche innerhalb der Abschnitte 19 des ersten Kühlsystems verlegt sind. Dadurch wird ein besonders kompakter Gesamtaufbau, sowie auch eine zusätzliche Kühlung des Kuhlfluids des ersten Kühlsystems erreicht.
In Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1 mit segmentierter Elektrode 3 dargestellt. Diese Ausführungsform weist, ähnlich wie die anhand von Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eine Stützvorrichtung 5 aus feuerfestem Material auf, an welcher Anschlüsse 9 und 11 für die Fluidleitungskanale 10 und 12 der KühlSysteme im Inneren der Stützvorrichtung 5 angebracht sind.
Die Elektrode 3 dieser Ausführungsform ist in zwei Segmente 61 und 63 so aufgeteilt, daß auch die Schmelzkontaktfläche 17 in zwei Teile unterteilt ist.
Die Segmente 61 und 63 sind so auf der Seite 20 der Stützvorrichtung 5 angeordnet, daß sie sich nicht berühren. Dadurch sind, sofern das feuerfeste Material der Stützvorrichtung 5 nichtleitend ist, die Segmente 61 und 63 isoliert zueinander befestigt.
Jedes der Segmente 61 und 63 besitzt eine eigene elektrische Zuleitung 71, beziehungsweise 73. In Verbindung mit der isolierten Anordnung der Segmente 61 und 63 wird es damit beispielsweise möglich, die Segmente 61 und 63 unabhängig voneinander zur lokalen Regelung oder Einstellung der Heizleistung zu betreiben.
Außerdem kann zwischen einzelnen Elektrodensegmenten, beispielsweise zwischen den Segmenten 61, 63 einer Elektrode 3 eine Spannung angelegt werden, welche eine konduktive Beheizung des Schmelzguts in der Nähe der segmentierten
Elektrodenteile bewirkt. Dieser Betrieb kann unabhängig von den üblichen, zur konduktiven Beheizung eingesetzten Strömen zwischen einem Elektrodenpaar gesteuert werden und kann beispielsweise während der Startphase dazu dienen, das Schmelzgut vor der Elektrode 3 in einem breiteren Bereich zu verflüssigen, um derart die konduktive Heizwirkung zügiger in einem großflächigeren Bereich, dies bedeutet mit größerem wirksamen Querschnitt des fließenden Stroms, zu entfalten.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die
Schmelztemperatur, insbesondere von Kernbereichen der Schmelze mehr als 200°C über der höchsten Temperatur an der Schmelzkontaktfläche 17 der Elektrode 3 liegen, ohne dass hierdurch eine erhöhte Abnutzung der Elektrode 3 oder ein verstärkter Eintrag von Verunreinigungen in die Schmelze selbst stattfindet.
Durch die vorstehend beschriebene Temperaturüberhδhung zwischen der Elektrode 3, insbesondere der Glas- oder Schmelzkontaktfläche 17 der Elektrode 3 und den Kernbereichen der Schmelze wird auch die Läuterung der Schmelze entsprechend verbessert und beschleunigt. Insbesondere kann die Temperatur der Schmelze aufgrund der Temperaturüberhöhung oberhalb der Anwendungsgrenztemperatur des Schmelzkontaktmaterials 2 liegen, da das
Schmelzkontaktmaterial 2 durch die Kühlung unterhalb dieser maximal verträglichen Temperatur gehalten werden kann.
Die Erfindung bringt aber bereits auch Vorteile, wenn die Temperatur der Schmelze nur 50°C, 100°C oder 200°C über der Temperatur der Elektrode 3 liegt. Diese Temperaturüberhöhung oder die Temperatur der Schmelze kann beispielsweise mittels Thermoelementen, Pyrometern oder anderen, dem Fachmann bekannten Verfahren erfasεt werden und deren Meßwerte in eine Regelung der Kühl- und/oder Heizleistung mit einbezogen werden.
In Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt durch ein als ganzes mit 40 bezeichnetes Schmelz- oder Läuteraggregat dargestellt, in welchem erfindungsgemäße Heizvorrichtungen 1 zur Beheizung einer im Aggregat 40 befindlichen Schmelze 39 verwendet werden. Der Übersichtlichkeit halber sind dabei in Fig. 5 die Kühlsysteme, sowie die Einrichtungen zur ohmschen Beheizung der Elektroden 3 durch Querbestromung nicht dargestellt .
Zur konduktiven Beheizung der Schmelze 39 sind zwei der
Heizvorrichtungen 1 in jeweils eine Öffnung in den Wandungen 42 des Schmelzaggregates 40 eingesetzt und mittels der Haltebleche 14 befestigt. Dabei füllt das Schmelzkontaktmaterial 2 der Elektroden 3 die jeweilige Öffnung aus und bildet so einen Bestandteil der Wandungen 42. Bevorzugt sind dabei die Heizvorrichtungen 1 an gegenüberliegenden Wänden des Schmelzaggregates 40 angeordnet . Die Zuleitungen 7 der Heizvorrichtungen 1 sind an einer Strom-, beziehungsweise Spannungsversorgung 80 zur konduktiven Beheizung der Schmelze 39 angeschlossen. Durch Anlegen einer Spannung an die gegenüberliegenden Elektroden 3 fließt bei hinreichender Leitfähigkeit ein Strom durch die Schmelze 39 und heizt diese konduktiv. Durch die konduktive Beheizung wird die Heizleistung entlang des gesamten Strompfad durch die Schmelze 39 verteilt, wodurch die Schmelze 39 sehr gleichmäßig erwärmt wird.
Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, nicht nur Schmelzoder Läutervorrichtungen mit den vorstehend beschriebenen Heizvorrichtungen zu versehen, sondern es können diese darüber hinaus auch bei Konditionierungseinrichtungen und insbesondere auch bei Rinnen für den Transport des Schmelzgutes eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste
1 Heizvorrichtung
2 Schmelzkontaktmaterial
3 Elektrode
61, 63 Elektrodensegmente
5 Stützvorrichtung
7, 71, 73 Elektrische Zuleitungen
8 Refraktärmaterial
9 Anschlüsse an Fluidleitungskanale des ersten Kühlsystems
10 Fluidleitungskanal des ersten Kühlsystems
11 Anschlüsse an Fluidleitungskanale des weiteren Kühlsystems
12 Fluidleitungskanal des weiteren Kühlsystems
13 Stell- oder Regelventil des ersten
KühlSystems
14 Halteblech
15 Stell- oder Regelventil des weiteren
KühlSystems 7 Schmelzkontaktfläche 8 Abschnitt des Fluidleitungskanals 11 9 Abschnitt des Fluidleitungskanals 9 0 Seite der Stützvorrichtung, auf welcher die
Elektrode 3 aufliegt 1 Fluidfδrdereinrichtung des ersten
KühlSystems 3 Kühler des ersten Kühlsystems 5 Fluidfördereinrichtung des weiteren
KühlSystems 7 Kühler des weiteren Kühlsystems 9, 31 Laschen 33, 35 Zuleitungen für Querbestromung
34 Schalter für Querbestromung
37 Stromversorgung für Querbestromung
39 Schmelze
40 Schmelzaggregat
42 Wandungen des Schmelzaggregates 40
51 erste Schicht der Stützvorrichtung 5
52 zweite Schicht der Stützvorrichtung 5 80 Stromversorgung zur konduktiven
Schmelzenbeheizung

Claims

Ansprüche
1. Heizvorrichtung (1) zur konduktiven Beheizung von Schmelzen (39) , insbesondere zum raschen Einschmelzen, zur Läuterung und/oder zum Konditionieren von Schmelzen (39), welche zumindest eine Elektrode (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (1) zumindest ein erstes Kühlsystem mit Mitteln zur zeitlich und örtlich variablen Steuerung und/oder Regelung der Kühlleistung in mehreren wählbaren Bereichen der Elektrode (3 ) aufweist .
2. HeizVorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kühlsystem eine Fluidfördereinrichtung
(21) umfasst, welche vorzugsweise eine Förderung des Fluids bei niedrigen Druckdifferenzen von bis zu 1000 mbar, bevorzugt bis zu 500 mbar und am bevorzugtesten bis zu 150 mbar ermöglicht.
3. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidfördereinrichtung (21) insbesondere bezüglich der Temperatur, des Flüssigkeitsgehalts und/oder der Durchflußmenge des Fluids einstell- und/oder regelbar ist.
4. Heizvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kühlsystem eine Vielzahl von Fluidleitungskanälen (10) umfasst.
Heizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Abschnitte (19) der Fluidleitungskanale (10) in verschiedenen Ebenen quer zueinander verlaufen.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Fluidleitungskanal (10) mit einer Einrichtung zur Einstellung und/oder Regelung des Durchflusses von Kühlfluid verbunden ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Einrichtung zur Einstellung und/oder Regelung des Durchflusses von Kühlfluid ein Stell- oder Regelventil (13) umfasst.
8. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kühlsystem eine Luftkühlung und/oder eine Flüssigkeitskühlung und/oder eine Aerosolkühlung umfasst.
9. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein weiteres Kühlsystem und Mittel zum voneinander unabhängigen Einstellen und/oder Regeln der Kühlsysteme aufweist .
10. Heizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Kühlsystem eine Vielzahl von Fluidleitungskanälen (12) umfasst.
11. Heizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Abschnitte (18) der Fluidleitungskanale (12) des weiteren KühlSystems vorzugsweise in Richtung senkrecht zur Wärmeausbreitungsrichtung quer zu Abschnitten (19) von Fluidleitungskanälen (10) des ersten Kühlsystems verlaufen.
12. HeizVorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Abschnitte (18) der Fluidleitungskanale (12) des weiteren Kühlsystems vorzugsweise in Richtung senkrecht zur
Wärmeausbreitungsrichtung parallel zu Abschnitten (19) von Fluidleitungskanälen (10) des ersten Kühlsystems verlaufen.
13. Heizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Abschnitte (18) der Fluidleitungskanale (12) des weiteren Kühlsystems und
Abschnitte (19) von Fluidleitungskanälen (10) des ersten Kühlsystems ineinandergeführt verlaufen.
14. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidleitungskanale (10) so angeordnet sind, daß zumindest ein Abschnitt (19) der Fluidleitungskanale (10) des ersten Kühlsystems näher an der Schmelzkontaktfläche (17) der zumindest einen Elektrode (3) angeordnet ist, als die Fluidleitungskanale (12) des weiteren Kühlsystems.
15. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Elektrode (3) eine Stützvorrichtung (5) umfassst .
16. Heizvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung (5) auf einer der Schmelzkontaktfläche (17) abgewandten Seite der Elektrode (3) angeordnet ist.
17. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung (5) mehrschichtig aufgebaut ist .
18. Heizvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung (5) eine erste Schicht (51) aufweist, die zwischen der Elektrode (3) und zumindest einer darauffolgenden zweiten Schicht (52) der Stützvorrichtung (5) angeordnet ist, wobei die erste Schicht (51) eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die zweite Schicht (52) aufweist.
19. Heizvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (51) ein schmelzgegossenes und/oder dicht gesintertes Material, insbesondere AZS oder A1203 oder HZFC umfaßt .
20. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die der Schmelzkontaktfläche (17) abgewandte Seite der zumindest einen Elektrode (3) auf einer Seite (20) der Stützvorrichtung (5) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest ein Abschnitt (19) eines Fluidleitungskanals (10) entlang dieser Seite (20) der Stützvorrichtung (5) erstreckt.
21. Heizvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (19) des zumindest einen Fluidleitungskanals (10) zur Elektrode (3) oder bei einer mehrschichtig aufgebauten Stützvorrichtung (5) zu einer ersten, zwischen Elektrode (3) und zumindest einer darauffolgenden zweiten Schicht (52) angeordneten Schicht (51) der Stützvorrichtung (5) hin offen ist.
22. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Elektrode (3) zumindest zwei Elektrodensegmente (61, 63) umfasst.
23. HeizVorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodensegmente (61, 63) zueinander isoliert sind.
24. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Elektrode (3) ein Schmelzkontaktmaterial (2) aufweist, welches elektrisch leitfähige Kermamik, wie beispielsweise Sn02- Keramik und/oder Refraktärmetalle, insbesondere hochschmelzende Metalle, insbesondere Wolfram, Molybdän, Osmium, Hafnium, Tantal oder deren Legierungen, und/oder Platinmetalle, insbesondere
Platin, Iridium, Rhodium oder deren Legierungen umfasst.
25. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Elektrode (3) ein Schmelzkontaktmaterial (2) aufweist, welches ein feinkornstabilisiertes Material, insbesondere ein hochfestes Platinmaterial oder Iridiummaterial umfasst.
26. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Elektrode
(3) einen Wandbereich eines Tiegels, insbesondere eines Skulltiegels bildet.
27. HeizVorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch zumindest einen Temperatursensor, insbesondere ein Thermoelement .
28. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das erste Kühlsystem zumindest einen Durchflußmesser umfasst.
29. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, gekennzeichnet durch eine Heizleistungsregelung, insbesondere eine Heizstromregelung zur Regelung des Heizstroms in Abhängigkeit von der Kühlleistung, der Schmelztemperatur und/oder der Elektrodentemperatur.
30. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Beheizung der Elektrode (3) .
31. Heizvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beheizung der Elektrode (3) eine ohmsche Heizeinrichtung, welche geeignet ist, das Schmelz- oder Glaskontaktmaterial und/oder Teile der Elektrode selbst zu erwärmen, umfaßt.
32. Heizvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beheizung der Elektrode (3) eine Einrichtung zur Erwärmung des Kuhlfluids umfasst.
33. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass diese in die Wandung (42) eines Schmelzaggregates (40) einsetzbar ist und einen Teil der Wandung (42) des Schmelzaggregates (40) bildet.
34. Heizvorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der Heizeinrichtung (1) im
Anschlußbereich zu den Wandungen (42) des Schmelzaggregates (40) gekühlt sind.
35. Schmelzaggregat (40) zur konduktiven Beheizung von Schmelzen (39) , umfassend zumindest eine Heizvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009523698A (ja) * 2006-01-24 2009-06-25 ショット アクチエンゲゼルシャフト 溶融物の温度操作方法

Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1568253A1 (de) * 2002-12-03 2005-08-31 Schott AG Heizvorrichtung mit elektrode zur konduktiven beheizung von schmelzen
DE102004031241B4 (de) * 2004-06-29 2007-05-24 Beteiligungen Sorg Gmbh & Co. Kg Elektrodensystem für Glas-Schmelzöfen
US7351613B2 (en) * 2004-11-04 2008-04-01 Silicon Storage Technology, Inc. Method of trimming semiconductor elements with electrical resistance feedback
DE102006003534A1 (de) * 2006-01-24 2007-08-02 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Elektroden bei der Temperaturbeeinflussung einer Schmelze
US7802451B2 (en) * 2007-08-15 2010-09-28 Atomic Energy Council - Institute Of Nuclear Energy Research Manufacturing device for producing mineral fibers from incinerator ashes and its plasma-vitrified slag
US20100050932A1 (en) * 2008-08-27 2010-03-04 Bp Corporation North America Inc. Apparatus and Method of Direct Electric Melting a Feedstock
DE102009002336B4 (de) 2009-04-09 2012-09-20 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Läutern einer Glasschmelze
JP5580685B2 (ja) * 2009-08-18 2014-08-27 Ｈｏｙａ株式会社 ガラス製造方法、ガラス溶融炉、ガラス製造装置、ガラスブランク製造方法、情報記録媒体用基板製造方法、情報記録媒体製造方法、ディスプレイ用基板製造方法および光学部品製造方法
US9096453B2 (en) * 2012-06-11 2015-08-04 Johns Manville Submerged combustion melting processes for producing glass and similar materials, and systems for carrying out such processes
US8707740B2 (en) 2011-10-07 2014-04-29 Johns Manville Submerged combustion glass manufacturing systems and methods
US9021838B2 (en) 2010-06-17 2015-05-05 Johns Manville Systems and methods for glass manufacturing
US10322960B2 (en) 2010-06-17 2019-06-18 Johns Manville Controlling foam in apparatus downstream of a melter by adjustment of alkali oxide content in the melter
US8997525B2 (en) 2010-06-17 2015-04-07 Johns Manville Systems and methods for making foamed glass using submerged combustion
US9032760B2 (en) 2012-07-03 2015-05-19 Johns Manville Process of using a submerged combustion melter to produce hollow glass fiber or solid glass fiber having entrained bubbles, and burners and systems to make such fibers
DE102010048297B4 (de) * 2010-10-14 2016-07-21 Schott Ag Vorrichtung zum Läutern einer anorganischen nichtmetallischen Schmelze und Verfahren zur Herstellung eines Glases und/oder einer Glaskeramik
US10173915B2 (en) * 2011-02-18 2019-01-08 Gas Technology Institute Convective thermal removal of gaseous inclusions from viscous liquids
EP2530057B1 (de) * 2011-05-31 2019-04-10 Corning Incorporated Behandlungsanlage für Glasschmelze und Verfahren
US9533905B2 (en) 2012-10-03 2017-01-03 Johns Manville Submerged combustion melters having an extended treatment zone and methods of producing molten glass
US9664448B2 (en) * 2012-07-30 2017-05-30 Solar World Industries America Inc. Melting apparatus
WO2014055199A1 (en) 2012-10-03 2014-04-10 Johns Manville Methods and systems for destabilizing foam in equipment downstream of a submerged combustion melter
US9227865B2 (en) 2012-11-29 2016-01-05 Johns Manville Methods and systems for making well-fined glass using submerged combustion
US9309139B2 (en) * 2013-02-15 2016-04-12 Corning Incorporated High volume production of display quality glass sheets having low zirconia levels
CN106232876B (zh) * 2014-02-21 2020-06-05 莫门蒂夫性能材料股份有限公司 多区域可变功率密度加热器装置
FR3023550B1 (fr) * 2014-07-08 2016-07-29 Saint Gobain Isover Dispositif de fusion du verre comprenant un four, un canal et un barrage
US10604437B2 (en) * 2014-10-20 2020-03-31 Navus Automation, Inc. Fused silica furnace system and method for continuous production of fused silica
US20160200618A1 (en) * 2015-01-08 2016-07-14 Corning Incorporated Method and apparatus for adding thermal energy to a glass melt
US9751792B2 (en) 2015-08-12 2017-09-05 Johns Manville Post-manufacturing processes for submerged combustion burner
US10670261B2 (en) 2015-08-27 2020-06-02 Johns Manville Burner panels, submerged combustion melters, and methods
US10041666B2 (en) 2015-08-27 2018-08-07 Johns Manville Burner panels including dry-tip burners, submerged combustion melters, and methods
US9815726B2 (en) 2015-09-03 2017-11-14 Johns Manville Apparatus, systems, and methods for pre-heating feedstock to a melter using melter exhaust
US9982884B2 (en) 2015-09-15 2018-05-29 Johns Manville Methods of melting feedstock using a submerged combustion melter
US10837705B2 (en) 2015-09-16 2020-11-17 Johns Manville Change-out system for submerged combustion melting burner
US10081563B2 (en) 2015-09-23 2018-09-25 Johns Manville Systems and methods for mechanically binding loose scrap
US10144666B2 (en) 2015-10-20 2018-12-04 Johns Manville Processing organics and inorganics in a submerged combustion melter
AT15262U1 (de) 2016-03-25 2017-04-15 Plansee Se Glasschmelz-Komponente
DE102016107577A1 (de) * 2016-04-25 2017-10-26 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Glasprodukten aus einer Glasschmelze unter Vermeidung von Blasenbildung
US10246362B2 (en) 2016-06-22 2019-04-02 Johns Manville Effective discharge of exhaust from submerged combustion melters and methods
JP2018002539A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 ＡｖａｎＳｔｒａｔｅ株式会社 ガラス基板の製造方法、およびガラス基板製造装置
DE102016112081B4 (de) * 2016-07-01 2021-10-07 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Glasschmelzen
US10301208B2 (en) * 2016-08-25 2019-05-28 Johns Manville Continuous flow submerged combustion melter cooling wall panels, submerged combustion melters, and methods of using same
US10196294B2 (en) 2016-09-07 2019-02-05 Johns Manville Submerged combustion melters, wall structures or panels of same, and methods of using same
US10233105B2 (en) 2016-10-14 2019-03-19 Johns Manville Submerged combustion melters and methods of feeding particulate material into such melters
WO2018089387A1 (en) * 2016-11-08 2018-05-17 Corning Incorporated High temperature glass melting vessel
MA47245B1 (fr) * 2017-05-23 2021-05-31 Agc Glass Europe Verre de couverture pour cellules solaires et module de cellule solaire
BR112019021652B1 (pt) * 2017-06-05 2023-04-04 Halliburton Energy Services, Inc Sistema de conexão úmida de fundo de poço, método para formar uma conexão úmida de corrente alternada de fundo de poço e aparelho para formar uma conexão úmida de corrente alternada de fundo de poço
TW201943658A (zh) * 2018-04-06 2019-11-16 美商康寧公司 用於加熱熔融材料的設備
KR20210054015A (ko) * 2018-09-28 2021-05-12 코닝 인코포레이티드 유리 제조 공정에서 귀금속 구성들의 전기화학 공격을 완화시키기 위한 장치 및 방법
CN113423668B (zh) * 2018-12-21 2023-01-31 康宁公司 用来针对低电阻率玻璃允许高电流输入的汇流条设计
DE102019120064A1 (de) * 2019-07-24 2021-01-28 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Glasbändern
DE102019217977A1 (de) * 2019-11-21 2021-05-27 Schott Ag Glas, Verfahren zur Herstellung eines Glases und Glasschmelzanlage
WO2021162890A1 (en) * 2020-02-13 2021-08-19 Corning Incorporated Apparatus and method for improving electrical current flow in glass melt conduit
CN114394730A (zh) * 2021-12-21 2022-04-26 北京工业大学 一种中硼硅药用玻璃的熔化澄清方法
CN114163104A (zh) * 2021-12-21 2022-03-11 北京工业大学 一种适用超高铝盖板玻璃和透明微晶玻璃的熔化澄清方法
DE102022122280A1 (de) 2022-09-02 2024-03-07 Technische Universität Bergakademie Freiberg, Körperschaft des öffentlichen Rechts Kombination elektrischer Heizelemente, enthalten einen Verbundwerkstoff, mit Mikrowellen-Plasmabrennern für Hochtemperaturanwendungen in der Metallurgie, in der chemischen Industrie und in der Zementindustrie
EP4342856A1 (de) * 2022-09-21 2024-03-27 Schott Ag Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines glasprodukts und entsprechendes glasprodukt

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB644463A (en) * 1942-02-04 1950-10-11 Balzaretti Modigliani Spa Improvements in or relating to tubular electrodes
DE19925554A1 (de) * 1999-06-04 2000-12-07 Sms Demag Ag Bodenelektrode für metallurgische Schmelzgefäße

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2159361A (en) * 1936-11-30 1939-05-23 Owens Illinois Glass Co Electric furnace
FR2340911A1 (fr) * 1976-02-12 1977-09-09 Saint Gobain Dispositif pour l'affinage du verre
US4246433A (en) * 1979-06-27 1981-01-20 Toledo Engineering Co., Inc. Square glass furnace with sidewall electrodes
SU1016259A1 (ru) * 1981-05-19 1983-05-07 Tatevosyan Karen M Электрическа стекловаренна печь
DD221162A1 (de) * 1983-11-24 1985-04-17 Inst Tech Glas Veb Vorrichtung zur fortleitung oder verarbeitung einer glasschmelze
DE3515438A1 (de) * 1985-04-29 1986-10-30 MAN Gutehoffnungshütte GmbH, 4200 Oberhausen Verfahren zum betrieb eines gleichstrom-lichtbogenofens, und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
JPH077102B2 (ja) * 1988-10-21 1995-01-30 動力炉・核燃料開発事業団 廃棄物処理用溶融炉及びその加熱方法
JP2515898B2 (ja) * 1989-11-30 1996-07-10 ホーヤ株式会社 溶融装置
US6044667A (en) * 1997-08-25 2000-04-04 Guardian Fiberglass, Inc. Glass melting apparatus and method
US5961686A (en) * 1997-08-25 1999-10-05 Guardian Fiberglass, Inc. Side-discharge melter for use in the manufacture of fiberglass
DE19939779C2 (de) * 1999-08-21 2003-06-26 Schott Glas Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Erschmelzen und Läutern von anorganischen Verbindungen, insbesondere von Gläsern und Glaskeramiken
DE19939771B4 (de) * 1999-08-21 2004-04-15 Schott Glas Verfahren zur Läuterung von Glasschmelzen
DE10005821A1 (de) * 2000-02-10 2001-08-23 Schott Glas Gekühlte Edelmetallelektrode zum Einstellen einer bestimmten Elektrodenoberfläche
EP1568253A1 (de) * 2002-12-03 2005-08-31 Schott AG Heizvorrichtung mit elektrode zur konduktiven beheizung von schmelzen
TW200428062A (en) * 2003-06-03 2004-12-16 Au Optronics Corp Method for repairing foreign objects in liquid crystal display

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB644463A (en) * 1942-02-04 1950-10-11 Balzaretti Modigliani Spa Improvements in or relating to tubular electrodes
DE19925554A1 (de) * 1999-06-04 2000-12-07 Sms Demag Ag Bodenelektrode für metallurgische Schmelzgefäße

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009523698A (ja) * 2006-01-24 2009-06-25 ショット アクチエンゲゼルシャフト 溶融物の温度操作方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006509179A (ja) 2006-03-16
DE10393837D2 (de) 2005-10-13
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