AT397241B - Elektroschmelzverfahren für glas - Google Patents

Description

AT397241B

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum elektrischen Schmelzen von Glas und genauer auf jene, bei welchen die Leitfähigkeit des geschmolzenen Glases zur Entwicklung der zum Schmelzen der Grundstoffe notwendigen Energie varwendet wird.

Lange Zeit hindurch wurden die mit großen Mengen arbeitenden Einrichtungen zur Glasherstellung mit 5 Schmelzöfen versehen, welche mit fossilen Brennstoffen, insbesondere Gas, gespeist wurden. Dies war insbesondere der Fall bei Einrichtungen mit großer Kapazität zur kontinuierlichen Produktion, welche zum Beispiel Flachglas oder Flaschenglas liefern. In diesen großen Öfen wurde die Energie, wenn sie verwendet wurde, im wesentlichen als lokale Ergänzung zur Aufrcchterhaltung der Glastemperatur in den am wenigsten heißen Zonen oder außerhalb des Ofens auf dem Weg zum Verarbeitungsort verwendet oder auch, um 10 bestimmte zur Homogenisierung, zum Läutern und zum Transport des geschmolzenen Materials günstig erachtete Konvektionsbewegungen zu entwickeln.

Das eigentliche elektrische Schmelzen ist zuerst bei kleinen Ofeneinheiten angewandt worden, für welche eine große Flexibilität unter den Anwendungsbedingungen notwendig schien. Die Schwankungen der Energiekosten und die fortschreitende Bewältigung bestimmter Probleme technischer Ordnung haben in 15 neuerer Zeit zur Entwicklung von größeren Produktionseinheiten geführt, bei welchen der gesamte Schmelzprozeß, mit Ausnahme der Inbetriebsetzung, mit Hilfe von elektrischer Energie abläuft. -Diese Entwicklung erfordert die Lösung von extrem heiklen technologischen Problemen.

Daher wurde, insbesondere um die Frage der Oxidation der Elektroden an der Oberfläche des in Schmelze befindlichen Bades zu vermeiden, vorgeschlagen, diese vollständig einzutauchen. Diese Lösung wird zum 20 Beispiel in der unter der Nummer FR-A2 552 073 veröffentlichten französischen Patentanmeldung vorgeschlagen. In dieser Schrift sind die Elektroden ausgehend vom Boden des Ofens vertikal im Bad angeordnet. Bei anderen Ausführungen findet man auch Elektroden an den Seitenwänden des Ofens.

Unabhängig von den Vorteilen, welche das Eintauchen gegenüber den Problemen der Korrosion schafft, erlaubt es auch eine bequeme und gleichmäßige Beschickung der Oberfläche des Bades mit der Zusammensetzung 25 von Ausgangsstoffen. Die Ausbildung einer relativ dicken Schicht von Schmelzgut, welche auf dem Schmelzbad schwimmt, ist aus mehreren Gründen nützlich. Sie bildet in Berührung mit dem Schmelzbad eine Dauerreserve an Schmelzgut, welche für eine kontinuierliche Betriebsweise notwendig ist. Auch schützt sie das Schmelzbad vor einem starken Wärmeverlust durch Konvektion in Berührung mit der Atmosphäre und vor allem durch Strahlung. 30 Wenn auch die Öfen vom in der vorerwähnten Patentschrift beschriebenen Typ sehr weite industrielle Anwendung erfahren, erlauben sie doch nicht, allen in der Praxis gestellten Anforderungen optimal gerecht zu werden. Zum Beispiel ist es in verschiedenen Fällen und zum Zweck der Beschränkung der Investitionskosten wünschenswert, die mit Brennern arbeitenden Einrichtungen unter Beibehaltung möglichst der meisten der vorhandenen Elemente und insbesondere der das Becken bildenden Feuerfestmaterialien umzuwandeln. Eine 35 solche Umwandlung ist nicht möglich, wenn es darum geht, Elektroden in den Boden oder die Seitenwände des Ofens einzusetzen.

Die Öfen, bei denen die Elektroden eingetaucht sind, bieten begrenzte Regelungsmöglichkeiten der Elektroden. Wenn sie für einen gewissen Betrieb zu ganz zufriedenstellenden Leistungen führen, eignen sie sich weniger gut für häufige und/oder wesentliche Änderungen dieses Betriebszustandes. 40 Außerdem kann, selbst wenn die Technologie der Tauchelektroden nun gut beherrscht wird und man eine Lebensdauer der Elektroden ähnlich jener der hitzebeständigen ins Auge fassen kann, das Risiko der vorzeitigen Beschädigung einer oder mehrerer Elektroden, welches das gute Funktionieren gefährdet, nicht ganz ausgeschaltet werden.

Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Elektroschmelzofen zu schaffen, welcher unter Aufnahme eines Teils 45 der Elemente eines herkömmlichen Brennerofens installiert werden kann.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, dafür zu sorgen, daß der vorgeschlagene Elektroofen verschiedene Betriebsweisen gestattet, und dies unter Beibehaltung eines zufriedenstellenden thermischen Wirkungsgrades.

Insbesondere hat die Erfindung zum Ziel, einen Schmelzofen zu schaffen, dessen Impedanz stark schwanken kann, um die Schwankungen in der Art der hergestellten Gläser zu berücksichtigen oder um die 50 Produktionsleistung zu ändern. Die Erfindung hat so zum Ziel, Gläser zu behandeln, deren spezifischer Widerstand als hoch gilt.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, dafür zu sorgen, daß unabhängig von der gewählten Betriebsweise die Abnützung der Feuerfestteile auf ein Minimum beschränkt wird.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, die Verwendung von aus verhältnismäßig gut leitenden 55 Feuerfestmaterialien bestehenden Becken zu erlauben, ohne daß sich das Betriebsverhalten des Ofens ändert.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Änderung des Betriebszustandes ohne Unterbrechung in einer sehr kurzen Zeit zu erlauben.

Um diese Ziele und andere in der Folge dargelegte zu erreichen, schlägt die Erfindung elektrisches Schmelzen durch Joule-Effekt vor. Im erfindungsgemäßen Ofen sind die Elektroden so angeordnet, daß die 60 Temperaturen auf demselben Niveau gleichmäßig sind, mit Ausnahme der in unmittelbarer Nähe der Wände gelegenen Zonen, welche vorteilhafterweise auf einer schwächeren Temperatur gehalten werden. Außerdem ist die Position der Elektroden veränderbar, um den in vertikaler Richtung bestehenden Temperaturgradienten in -2-

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Abhängigkeit vom gewählten Betriebszustand zu regeln.

Um die Verwendung von vorher für den Betrieb mit Brennern gebauten Wannen zu erlauben, hat man sich veranlaßt gesehen, jene Lösung zu wählen, bei welcher die Elektroden in das Bad durch die freie Oberfläche desselben eingetaucht werden. Diese Anordnung hat in der Praxis eine Reihe von Vorteilen bezüglich der bequemen Anwendung und auch bezüglich des Betriebsverhaltens dieser Öfen gezeigt.

Das Einbringen der Elektroden durch die freie Oberfläche des Bades vermeidet die mit dem Durchtritt dieser Elektroden durch das feuerfeste Material verbundenen Schwierigkeiten und insbesondere die heiklen Probleme des Austausches der verbrauchten Elektroden, der Dichtigkeit und auch der Abnützung der feuerfesten Stoffe.

Dieses letzte Problem stellt sich insbesondere im Fall von am Boden angeordneten vertikalen Elektroden. Es wurde festgestellt, daß in diesem Fall eine vermehrte Erosion des feuerfesten Materials in der am Fuß der Elektrode gelegenen Zone auftritt, was für die Lebensdauer des Ofens nicht ohne Risiko ist Um dieser Art von Nachteil abzuhelfen, werden im allgemeinen Maßnahmen ergriffen, um den Widerstand dieser Zone zu erhöhen; zum Beispiel wird eine Elektrode auf einem Sockel angeordnet, welcher über den Boden aufragt. Diese Art von Lösung ist jedoch nicht vollständig zufriedenstellend, da sie nicht direkt an der Ursache der Erosion angreift, und unabhängig vom Nachteil, welchen die Abnützung des feuerfesten Materials bezüglich der Lebensdauer des Ofens mit sich bringt, kann die Änderung der Zusammensetzung des geschmolzenen Materials durch Einschluß von von den feuerfesten Wänden mitgerissenen Bestandteilen eine nicht vernachlässigbare Schwierigkeit darstellen. Der Gehalt an diesen Bestandteilen ist sehr gering im Verhältnis zum restlichen Schmelzbad, ist aber häufig die Ursache von Homogenitätsmängeln des hergestellten Materials, da es ungenügend "digeriert" ist.

Diese Art von Schwierigkeit ist besonders bemerkbar beispielsweise bei Öfen, welche für das Schmelzen von für Textilfasern oder Verstärkungsfasem bestimmtem Glas verwendet werden. Für diese Anwendung ist es notwendig, ein von ungeschmolzenen Partikeln freies Material zu haben. Die Anwesenheit dieser Partikel würde sehr störende "Bruchstellen" bei der Bildung der Fasern mit sich bringen. Aus diesem Grund wird die Herstellung von Glas vorzugsweise in einer Wanne durchgeführt, deren feuerfestes Material nicht zur Bildung dieser ungeschmolzenen Einschlüsse neigt. Man vermeidet aus diesem Grund feuerfeste Materialien auf der Basis von Zirkon und verwendet beispielsweise feuerfeste Stoffe auf der Basis von Chrom. Diese letzteren haben eine nicht vemachlässigbare Leitfähigkeit bei den betrachteten Arbeitstemperaturen. Folglich ist es ausgeschlossen, Elektroden mit dem feuerfesten Material in Berührung oder selbst in dessen Nähe zu bringen. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Ausführungsformen gestatten die Lösung dieser heiklen Probleme.

Eine analoge Frage stellt sich für Öfen, welche zur Herstellung von Flaschenglas dienen. In diesen Öfen besteht ein Teil der Ausgangsstoffe aus dem Glas wiederverwertbarer Flaschen. Obwohl es aussortiert wird, enthält das wiederverwertete Glas oft von den Flaschenverschlüssen stammende metallische Elemente. Das Einbringen von metallischen Partikeln führt dazu, daß sich am Boden der Wanne eine leitende geschmolzene Schicht bildet, welche die Elektroden kurzschließt, wenn diese am Boden aufliegen. Dieses Problem wird bei den erfindungsgemäßen Konstruktionsformen ebenfalls vermieden.

Die detaillierte Untersuchung der Erosionsphänomene im Fall eingetauchter Elektroden hat es ermöglicht, die Ausfuhrungsbedingungen der Schmelzmethoden unter den geeignetsten genau zu bestimmen. So hat es sich als wünschenswert herausgestellt, die Anwesenheit von inversen Temperaturgradienten, mit anderen Worten die Ausbildung von Zonen erhöhter Temperatur in der Nähe des Bodens, zu begrenzen. In diesem Fall bilden sich zusätzlich zur Temperatur, welche den Angriff des feuerfesten Materials begünstigt, im Bad starke Konvektionsströme bei Berührung mit dem Boden aus, welche die Erosion noch beschleunigen. Aus diesem Grund strebt man erfindungsgemäß danach, die heißesten Zonen im oberen Teil des Schmelzbades örtlich zu begrenzen, unter Vorbehalt dessen, was im folgenden bezüglich der Änderungen des Betriebszustandes dargelegt wird.

Die Varwendung von Tauchelektroden erlaubt es, die Oberfläche des in Schmelze befindlichen Materials auf erhöhten Temperaturen zu halten, wenn dies notwendig ist, und insbesondere für große Durchsätze. Daher muß man die Eintauchtiefe regeln. Eine bestimmte Eintauchtiefe ist natürlich notwendig, um eine ausreichende aktive Elektrodenoberfläche sicherzustellen. In der Praxis muß man die an die Elektroden angelegten Stromdichten begrenzen, was einerseits eine bessere Verteilung der freigesetzten Energie und andererseits durch Herabsetzung von lokalen Überhitzungen die Verlangsamung der Abnützung der Elektroden erlaubt. Ein gewisser Spielraum ist jedoch in dem Maß möglich, in welchem zur Vermeidung einer zu starken Steigerung der Stromdichte eine Erhöhung der angelegten Spannung oder des Elektrodenquerschnittes möglich ist.

Die Ausbildung eines Temperaturgradienten, dessen Maximum an der Badoberfläche oder in deren Nähe liegt, erlaubt ein verbessertes Schmelzen der Ausgangsmaterialien. Die höchste Temperatur liegt an der Stelle, an welcher sie tatsächlich erforderlich ist Es steht fest, daß das Schmelzen eine Temperatur benötigt, welche wesentlich höher ist als jene, welche man für die Verarbeitung des geschmolzenen Materials benötigt In dem Maß, in dem die maximalen Temperaturen festgelegt werden, um zum Beispiel nicht die Beschädigung der Elektroden oder mehr noch ihrer Träger zu riskieren, wird das Schmelzen selbstverständlich umso schneller erfolgen, als die höchste Temperatur im unmittelbaren Kontakt mit den zu schmelzenden Materialien steht. Wie aus den Beispielen ersichtlich, drückt sich dies in einer besonders hohen Produktionskapazität je -3-

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Oberflächeneinheit des Ofens aus. Umgekehrt ist es mittels Tauchelektroden mit regelbarer Eintauchtiefe möglich, die Ofeneinheit durch Senken der Elektroden zu vermindern. Die heißeste Zone befindet sich nun in Abstand von der Oberfläche. Im allgemeinen hält man die Temperatur am Boden aufrecht, und das Temperaturmaximum liegt tiefer. Man verfügt so über eine bequeme Möglichkeit, die Ofeneinheit zu 5 verändern, ohne die Temperatur des Bodens und damit die Glastemperatur am Auslaß des Ofens zu ändern.

Diese Flexibilität der Betriebsweise ist sehr schätzenswert für Öfen, deren Produktionserfordemisse zu starken Durchsatzschwankungen führen.

Die erfindungsgemäße Anwendung von Tauchelektroden ist ebenfalls von Vorteil, wenn man ein "mattes" Glas mit Inffaiotstrahlen behandelt. Bei den "transparenten" Gläsern wird ein nicht unerheblicher Teil der 10 Schmelzenergie durch Strahlung auf die Ausgangsstoffe übertragen. Im Gegensatz dazu kann sich bei den "matten" Gläsern, zum Beispiel einen relativ hohen Anteil an Eisenoxid enthaltenden Gläsern, die Strahlung nicht auf die gleiche Weise entwickeln. In der Folge sind die Temperaturen in der Nähe der Elektroden höher als im restlichen Bad. Der Unterschied ist umso ausgeprägter, wenn der Betriebszustand einer geringeren Menge entspricht. Die Beschränkung des Strahlungseffektes auf das Schmelzen der Ausgangsstoffe, wenn man wie 15 erfindungsgemäß die heißeste Zone in der Nähe der Ausgangsstoffe örtlich begrenzt, bietet den Vorteil eines geringeren spezifischen Verbrauchs gegenüber jenem der Öfen, in welchen die Elektroden auf dem Boden sind.

Die obenbeschriebene Ausbildung des Temperaturgradienten hat noch andere Vorteile. Insbesondere die thermischen Verluste durch die Wände können sehr wirksam vermieden werden. Aus den Beispielen wird ebenfalls ersichtlich, daß der erfindungsgemäße thermische Wirkungsgrad sehr zufriedenstellend ist, d. h. daß 20 die je Masseneinheit geschmolzenen Materials notwendige Energie relativ gering ist, und dies bei sehr verschiedenen Betriebszuständen.

Im kontinuierlichen Betrieb hat das Bestehen eines Temperaturgradienten, so daß die heißesten Zonen an der Oberfläche sind, ebenfalls Vorteile für die Qualität des geschmolzenen Materials. Im Gegensatz zu dem, was man in der Schmelzwanne beobachtet, wenn die Elektroden am Boden oder an den Wänden befestigt sind, sind 25 die Konvektionsbewegungen des Bades auf ein strenges Minimum reduziert. Heftige Rührbewegungen des Materials im Bad werden vermieden. Wenn diese Rührbewegungen zu einer gewissen Homogenität der Temperatur und des Gemengezustandes im gesamten Bad neigen, bildet sich diese unter Durchschnitts* bedingungen aus, welche gewöhnlich nicht den für die Anwendung notwendigen Erfordernissen entsprechen.

In den erfindungsgemäßen Öfen wird die Homogenisierung nur niveauweise durchgeführt. Wenn man den 30 Abstich an der Basis der Wanne vomimmt, erfolgt das Ausgießen des Materials gleichmäßig von oben nach unten außerhalb der auf die oberen Schichten beschränkten Konvektionsbedingungen. Unter diesen Bedingungen ist das aus dem Ofen austretende geschmolzene Material zum großen Teil geläutert. Außerdem kann die am Boden des Ofens erreichte Temperatur so geregelt werden, daß die zur Zeit der Verwendung des geschmolzenen Glases notwendigen späteren Nachbehandlungsschritte reduziert werden. 35 Wenn man eine große Temperaturdifferenz zwischen dem oberen und unteren Teil des Bades ausbilden möchte, wird vorzugsweise die Eintauchtiefe der Elektroden begrenzt. Wenn diese Eintauchtiefe vergrößert wird, wird ein Verschiebungseffekt in den unteren Bereich der heißesten Zonen und gleichzeitig eine Erhöhung der Temperatur in der Höhe des Bodens für dieselbe Einheit festgestellt. Wenn man die Bodentemperatur unter Vergrößerung der Eintauchtiefe konstant halten möchte, muß man gleichzeitig die Verlustleistung und damit 40 die Ofeneinheit verringern.

Diese Besonderheit wird erfindungsgemäß ausgenützt, wenn es für eine bestimmte Anlage notwendig ist, die Produktion beträchtlich zu drosseln oder gar anzuhalten. In diesem Fall vergrößert man die Eintauchtiefe der Elektroden und verringert die Leistung. Diese Vorgangsweise gestattet einerseits die Erhaltung der Bodentemperatur auf einem ausreichenden Wert, damit das Material nicht zusammenklumpt, und verlangsamt 45 andererseits das Schmelzen der Oberflächenschicht und kann es praktisch sogar stoppen. Gleichzeitig mit dem Verschieben der heißesten Zone nach dem tiefsten Teil des Ofens sinkt die Temperatur bei Berührung mit der Grundstoffschicht.

Bemerkenswerterweise nimmt der thermische Wirkungsgrad in dem Maß, in dem die Verteilung der Elektroden zufriedenstellend erfolgt, selbst unter Bedingungen eines reduzierten Betriebszustandes nur in sehr 50 beschränktem Maße ab.

Umgekehrt kann es, wenn man die Ofeneinheit vergrößern möchte, vorteilhaft sein, die Eintauchtiefe zu vergrößern. Dies ermöglicht das Abführen einer höheren elektrischen Energie ohne Erreichen übermäßiger Stromdichten beim Kontakt mit den Elektroden. Normalerweise stellt man jedoch in einem solchen Fall, wenn der thermische Wirkungsgrad sehr zufriedenstellend ist, eine Zunahme der Temperatur des geschmolzenen 55 Glases in der Höhe des Bodens fest Bei einer großen Einheit kann es zur Begrenzung der Temperaturzunahme in der Höhe des Bodens ebenfalls von Vorteil sein, unter Vergrößerung der Verlustleistung nicht die Eintauchtiefe zu vergrößern, sondern die Anordnung der Elektroden so zu ändern, daß sie eine größere Oberfläche über eine unveränderte Eintauchtiefe aufweisen. Dies wird beispielsweise durch Vergrößerung des Durchmessers der Elektroden erreicht oder auch, indem man ihnen die Form von horizontal im Bad 60 angeordneten Scheiben gibt. Auf diese Weise ist es möglich, einen bestimmten Temperaturgradienten selbst bei erhöhter Schmelzeinheit aufrechtzuerhalten. In jedem Fall wird dieser Gradient dennoch schwächer sein als jener, den man bei geringen Einheiten einstellt. -4-

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Die besten Elektrodenanordnungen in der waagrechten Ebene entsprechen dem im obigen Dokument dargelegten. Die Elektroden sind gleichmäßig über die gesamte freie Oberfläche des Bades verteilt. Für eine Versorgung mit Drehstrom sind die Elektroden in mindestens einer in zwei Reihen zu drei Elektroden mit gleichem Abstand ausgerichteten Gesamtheit angeordnet. Jede Elektrode der ersten Reihe wird auf einer der Stromphasen (R), (S), (T) gespeist. Die Elektroden der zweiten Reihe haben die umgekehrte Reihenfolge (T), (S), (R), so daß die zwei mittleren Elektroden in Phase sind, während die äußeren Elektroden phasenverschoben sind. Der die beiden Elektrodenreihen trennende Abstand ist ungefähr gleich dem zwei Elektroden derselben Reihe trennenden.

Die obenangegebene Anordnung kann durch Hinzufügen zusätzlicher, gemäß denselben im vorerwähnten Dokument aufgeführten Prinzipien angeordneter Elektrodenreihen vervollständigt werden.

Die regelmäßige Anordnung der Elektroden begünstigt offensichtlich die Temperaturhomogenität selbst in der dem eingetauchten Teil der Elektroden entsprechenden Zone. In dieser Zone ist die Temperatur in unmittelbarer Nähe der Elektroden wesentlich höher, jedoch werden die Unterschiede zum umgebenden Schmelzenbad sehr rasch abgeschwächt, so daß man diese obere Schicht als auf gleichmäßiger Temperatur befindlich ansehen kann. Dies bestätigen die niveauweise ausgeführten Temperaturmessungen gemäß den Beispielen.

Es ist bemerkenswert, daß sich die Temperaturgleichmäßigkeit sogar in den Zonen, welche nicht zwischen Austauschelektroden liegt, ausbildet. Die zwischen den Elektroden und den Seitenwänden gelegenen Badbereiche erreichen Temperaturen, welche von denen der "zentraleren" Zonen verhältnismäßig wenig abweichen. Die Temperatur sinkt nur beim Kontakt mit den Wänden wesentlich. Die Temperaturgleichmäßigkeit, welche sich aus dieser Elektrodenverteilung ergibt, ist ebenfalls ein Faktor, welcher einen guten thermischen Wirkungsgrad gewährleistet.

Umgekehrt könnten entlang der Wände angeordnete Elektroden zu ebenfalls gleichmäßigen Temperaturen führen, hätten aber den Nachteil, einerseits die Wärmeverluste beträchtlich zu vergrößern und andererseits eine sehr rasche Erosion der in der Nähe der Elektroden gelegenen Feuerfestmaterialien herbeizuführen, und zwar aus den obengenannten Gründen, nämlich lokale beträchtliche Erhöhung der Temperatur und Zunahme der Konvektionsbewegungen entlang dieser Wände. Außerdem würde, wie oben gesagt, die Gegenwart der Elektroden in der Nähe der Wände die Auswahl der die Schmelzwanne bildenden Feuerfestmaterialien beschränken. Es wäre schwierig, leitende Feuerfestmaterialien zu verwenden.

Aus den soeben angegebenen Gründen werden in den erfindungsgemäßen Ausführungsformen die Elektroden in einem gewissen Abstand von den Seitenwänden gehalten. Dieser Abstand ist vorteilhafterweise unter den herkömmlichen Betriebsbedingungen, insbesondere bei Gläsern mit geringem oder durchschnittlichem Leitungswiderstand, nicht kleiner als die Hälfte jenes Abstandes, welcher zwei benachbarte Austauschelektroden trennt. Dieser Abstand ist vorzugsweise von derselben Größenordnung wie der zwei benachbarte Elektroden trennende.

Die Abstände, um die es sich hier handelt, sind jene, welche den am meisten üblichen Gläsern vom Natriumcalciumsilikattyp entsprechen, deren Gehalt an Alkali verhältnismäßig hoch ist Der Abstand zwischen den Austauschelektroden kann ebenfalls weiter vermindert sein, wenn man Gläser mit höherem Widerstand behandelt, insbesondere die zur Bildung von Verstärkungsfasem bestimmten, deren Gehalt an Alkali wesentlich geringer ist. Umgekehrt kann für diese Gläser der Abstand der Elektroden zu den Wänden des Ofens größer sein als bei Gläsern mit geringem Widerstand.

Im allgemeinen kann es unter gleichzeitiger Einhaltung der Bedingungen des soeben beschriebenen Abstandes Elektrode-Wand erfindungsgemäß vorteilhaft sein, die Abstände zwischen Elektroden in Abhängigkeit vom Zustand des behandelten Materials zu ändern. Es handelt sich nicht nur darum, den Widerstand des Glases zu berücksichtigen, wenn der Produktionszustand erreicht ist, sondern gegebenenfalls auch die Anordnung der gesamten Schmelzeinrichtung an die ihrer Inbetriebnahme entsprechenden speziellen Bedingungen anzupassen. In diesem letzteren Fall kann es vorteilhaft sein, den Schmelzvorgang mit nahe beieinanderstehenden Elektroden in Gang zu setzen, wobei der Abstand fortschreitend im Verhältnis zum Schmelzen der Materialien vergrößert wird.

Die Verteilung der Elektroden auf die soeben beschriebene Weise bringt eine besondere Gestaltung des Ofens mit sich. Man könnte die Elektroden durch im Feuerfestgewölbe, welche das Schmelzbad bedeckt, angebrachte Öffnungen einbringen. Diese Lösung gestattet jedoch nicht die Verschiebung der Elektroden an der Oberfläche des Bades und auch keine gleichmäßige Versorgung mit Grundstoffen. Unabhängig davon, welche Versorgungsmittel verwendet werden, müssen sie die ganze Oberfläche mit einer möglichst regelmäßigen Schicht pulveriger Zusammensetzung während der gesamten Betriebsdauer des Ofens bedecken können. Die Gegenwart von Elektroden oder von durch das Gewölbe gehenden Elektrodenträgem ist ein Hindernis für das Verschieben der Mittel zur Verteilung der Zusammensetzung. Aus diesen Gründen werden die Elektroden erfindungsgemäß auf den Trägem befestigt, welche ausgehend von den Seiten der Schmelzwanne Uber diese hängen. Die Mittel zur Verteilung der Zusammensetzung sind so angeordnet, daß sie über die Elektroden und deren Träger gehen.

Wenn die an der Oberfläche des Schmelzbades abgelagerte Gemengedecke auch einen Schutz gegen thermische Verluste bildet, ist es dennoch bevorzugt, über ein Feuerfestgewölbe oberhalb des Bades zu -5-

AT 397 241B verfügen. Die Gegenwart eines Gewölbes ist insbesondere notwendig in den Phasen des Ingangsetzens oder der Überwachungsschaltung, während welcher die Schutzschicht der Grundstoffe entweder nicht vorhanden oder von verminderter Dicke ist. In der erfindungsgemäßen Anordnung bedeutet das, daß die Träger der Elektroden zwischen den feuerfesten Seitenwänden des Beckens und dem Gewölbe angeordnet sind.

Selbstverständlich ist der die vertikalen Wände des Beckens und das Gewölbe trennende Raum vorzugsweise ebenfalls möglichst verringert, um thermische Verluste zu begrenzen. Außerdem müssen die Elektroden sehr schnell gewechselt werden können, entweder um ein verbrauchtes Element auszuwechseln oder um die Anordnung des eingetauchten Teils der Elektrode zu verändern, zum Beispiel die Länge der Elektrode zu verändern. Diese beiden Bedingungen zusammen bringen mit sich, daß die Elektrodenträger einerseits beweglich sind und andererseits, daß die Bewegung des Elektrodenträgers, um ihn aus dem durch das Becken und das feuerfeste Gewölbe abgegienzten Raum herauszuziehen, in einem engeren Raum ablänfi.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren im einzelnen beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht im Längsschnitt eines erfindungsgemäßen elektrischen Schmelzbeckens,

Fig. 2 eine Draufsicht im Schnitt in der Höhe der Kehle des Beckens nach Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Temperaturgradienten in Abhängigkeit von der Höhenlage im Becken in verschiedenen Betriebszuständen,

Fig. 4 das Ergebnis der Temperaturmessung für verschiedene Durchsatzbedingungen,

Fig. 5a und 5b Temperaturschwankungen in der Breite des Beckens in verschiedenen Höhen und für zwei verschiedene Betriebszustände,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Temperatur in der Höhe des Beckens in Abhängigkeit vom Durchsatz in einem erfindungsgemäßen Ofen und einem Ofen mit Bodenelektroden,

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Energieverbrauches in Abhängigkeit vom Durchsatz für die beiden Ofentypen nach Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische Ansicht im Schnitt einer erfindungsgemäßen Form der Anordnung einer Elektrode und ihres Trägers,

Fig. 9 eine Ansicht einer Form der Verteilung der Zusammensetzung der Grundstoffe in einem erfindungsgemäßen Ofen,

Fig. 10 eine Teilansicht im Schnitt einer Ausführungsform des Elektrodenträgers.

Das im Längsschnitt in Fig. 1 und in Draufsicht in Fig. 2 dargestellte Becken hat die für mit Brennern arbeitenden Wannenöfen herkömmliche allgemeine Form. Das Becken besteht aus Feuerfestmaterialien- Seine Abmessungen sind variabel und sind eine Funktion des Umfanges der beabsichtigten Produktion. Es wird jedoch ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Öfen erhöhte spezifische Durchsätze erlauben. Mit anderen Worten kann die Oberfläche des erfindungsgemäßen Ofens für einen gegebenen Durchsatz verhältnismäßig eingeschränkt sein. Die Art der Beheizung des erfindungsgemäßen Ofens erlaubt ohne größere Schwierigkeit, insbesondere ohne daß der spezifische Verbrauch zu sehr geändert wird, einen Betrieb bei gegebenenfalls sehr eingeschränkten Verhältnissen bezüglich der Nenndurchsätze.

Die Tiefe des Beckens ist vergleichbar mit der herkömmlicherweise für diesen Ofentyp gewählten. Eine minimale Tiefe ist für die geeignete Entwicklung des vertikalen Temperaturgradienten und für die direkte Rückgewinnung von verhältnismäßig gut geläutertem Glas am Boden des Beckens bevorzugt. Ein solches Minimum kann zum Beispiel auf 500 mm geschmolzenem Material festgesetzt werden. Die erfindungsgemäße Möglichkeit, die Eintauchtiefe der Elektroden in großem Umfang zu ändern, erlaubt gegebenenfalls die Verwendung von Becken, welche tiefer sind als gewöhnlich, zum Beispiel Becken, bei welchen die Höhe des Schmelzbades 1500 mm übersteigt.

In der dargestellten Ausführungsform wird das geschmolzene Material durch eine auf einer Seite des Beckens und auf gleicher Höhe wie der Boden (3) gelegene Kehle (2) entleert. Ebenfalls in dieser Ausführungsform steht die Kehle (2) direkt mit den "Feedern" oder Voröfen (4) in Verbindung, welche das geschmolzene Material zu den verschiedenen Verarbeitungsstätten leiten.

Zusatzelektroden (5) und (6) sind in der Nähe oder in der Kehle auf dem Boden angeordnet. Diese Elektroden können verwendet werden, um das Material in den Momenten, wo der Durchsatz angehalten wird oder stark vermindert, in Schmelze zu halten und um zu verhindern, daß die geringe Menge an in der Kehle gehaltenem Material fest werden kann.

Zusätzlich können die Elektroden (5) und (6) ebenfalls verwendet werden, um die Temperatur des abgestochenen Materials einzustellen. Bei normalem Betriebszustand ist es nicht notwendig, diese Elektroden zu speisen.

Auf jeden Fall ist, wenn solche Elektroden auf dem Boden vorhanden sind, die Verlustleistung auf dieser Höhe immer sehr begrenzt im Vergleich mit der für das Schmelzen durch die Tauchelektroden verwendeten, so daß die Erosionsphänomene vemachlässigbar sind. Zum Beispiel übersteigt die höchste Verlustleistung auf der Höhe der Elektroden (5) und (6) nicht 1/20 der von den sechs Tauchelektroden nach dem vorhergehenden Beispiel verwendeten.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Boden horizontal. Dies ist die üblichste Form bei Wannenöfen. Diese Form ist sogar praktisch notwendig, wenn man elektrisches Schmelzen mittels auf dem Boden angeordneter Elektroden vornehmen will und eine gleichmäßige Beheizung erzielen will. Im Fall von -6-

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Tauchelektroden ist die Konfiguration des Bodens praktisch unabhängig von dieser Frage. Daher ist es möglich, zum Beispiel einen leicht in Richtung der Austragkehle geneigten Boden vorzusehen. Es ist ebenfalls möglich, den Austrag in irgendeinem Punkt des Beckens, insbesondere im Mittelpunkt des Ofens, anzuordnen.

In dem Beispiel nach Fig. 1 und 2 ist die Anzahl der Tauchelektroden sechs. Sie werden vorzugsweise mit Dreiphasenstrom versorgt, und die Verteilung der Phasen (R, S, T) ist wie in Fig. 2 angegeben. Diese Anordnung erlaubt eine gute Gleichgewichtseinstellung der Phasen und eine gleichmäßige Dissipation der Energie über die ganze Erstreckung des Schmelzbades.

Die Tauchelektroden (7) sind außerdem in regelmäßigen Abständen angeordnet, so daß jede im wesentlichen im Mittelpunkt einer Zone der Badoberfläche gelegen ist, wobei die Zonen dieselben Abmessungen haben. Diese Anordnung bringt die Elektroden (7) in einen geeigneten Abstand von den feuerfesten Seitenwänden (8). Der zwei benachbarte Elektroden trennende Abstand ist im dargestellten Beispiel von der Größenordnung des die Elektrode von der am nächsten gelegenen Wand (8) trennenden Abstandes. Wie oben angegeben, könnte er kleiner sein, jedoch ist vorzugsweise der Abstand Wand*Elektrode nicht kleiner als die Hälfte des zwei benachbarte Elektroden trennenden Abstandes.

Die Anzahl der verwendeten Elektroden ist eine Funktion der Oberfläche des Ofens und daher des Ofendurchsatzes. Für Öfen größerer Kapazität ist die Anordnung der Elektroden für Drehstrom vorteilhafterweise die in der vorerwähnten Anmeldung beschriebene. Insbesondere ist es möglich, die Erfindung mit Öfen auszuführen, deren Konfiguration der Verdoppelung der Länge des Beckens entspricht, was dem Aneinanderreihen zweier wie dargestellter Einheiten Ende an Ende gleichkommt. Andere Konfigurationen sind selbstverständlich möglich, benötigen jedoch eine besondere Ausführung, was die Elektrodenträger betrifft, bezüglich der weiter unten als Beispiel angegebenen Ausführungsformen.

Fig. 1 zeigt das Schmelzbad (9), welches mit einer kontinuierlichen Schicht von Grundstoffen (10) bedeckt ist. Diese möglichst gleichmäßige Schicht kann mehr oder weniger dick sein, je nach dem Betriebszustand. Im Betrieb hält man vorzugsweise die Dicke auf einem Minimalwert in der Größenordnung von 100 mm, um das Schmelzbad von der Atmosphäre thermisch zu isolieren. Eine größere Dicke kann bevorzugt sein, jedoch wird man in der Praxis 300 mm nicht überschreiten, was keinerlei Vorteile mit sich bringen würde und zu beträchtlichen Unregelmäßigkeiten der Dicke in Abhängigkeit von den für das Schmelzen bevorzugten Zonen führen kann.

Wie in Fig. 1 gezeigt, durchdringen die Elektroden (7) die Oberflächenschicht der Grundstoffe und tauchen in das Schmelzbad ein. Die Eintauchtiefe ist hauptsächlich eine Funktion des Durchsatzes, bei welchem gearbeitet wird, jedoch auch der Stromdichte an der Oberfläche der Elektrode. Für einen großen Durchsatz muß man einen Kompromiß wählen zwischen dem Vorteil, den das oberflächliche Beheizen mit geringem Eintauchen bietet, und der Notwendigkeit, die Stromdichte in technologisch akzeptablen Grenzen zu halten. Für diese starken Durchsätze wird die Tiefe vorteilhafterweise auf weniger als 2/3 der Tiefe des Bades gehalten und vorzugsweise auf weniger als die Hälfte dieser Tiefe.

Wenn der Durchsatz vermindert ist, wie vorhin erwähnt, kann es vorteilhaft sein, die heißesten Zonen nach tieferen Lagen zu verschieben. In diesem Fall können die Elektroden vorteilhafterweise bis auf die halbe Tiefe oder sogar tiefer eintauchen, zum Beispiel 3/4 derselben.

Zum Beispiel sind für denselben Ofen und dieselbe Elektrodenanordnung bei einem Durchsatz von 3 Tonnen pro Tag und nfi Becken die Elektroden zu einem Drittel der Badtiefe eingetaucht, während es für einen auf 1 Tonne beschränkten Durchsatz vorteilhaft ist, die Elektroden auf 3/4 der Tiefe einzutauchen.

In allen Fällen muß die Oberfläche der eingetauchten Elektrode kompatibel mit den erträglichen Stromdichten sein, ohne daß die Erosion zu groß ist. In der Praxis wählt man Elektroden mit genügend großem Durchmesser, um dieser Schwierigkeit zu entgehen.

Fig. 3 zeigt, wie sich der Temperaturgradient im obenbeschriebenen Becken für eine Produktionsleistung von 1,5 Tonnen je m^ und je Tag ausbildet Die Temperatur wird systematisch in den verschiedenen Höhen gemessen.

In dieser graphischen Darstellung sind die Grundstoffschicht und die Höhe des geschmolzenen Materials im Vorbau mit einer waagrechten strichpunktierten Linie dargestellt. Im betrachteten Beispiel ist die Dicke der Gemengeschicht, welche den beiden am weitesten voneinander entfernten Linien entspricht, ungefähr 200 mm.

Die Temperaturkurve (A) entspricht den senkrecht auf Punkt (11) in Fig. 2 durchgeführten Messungen. Die Kurve (G) ist für eine im Abstand von 100 mm von der Elektrode (S) gelegene Senkrechte für dieselben Funktionsbedingungen aufgestellt

In erster Annäherung kann man die beiden Kurven als die beiden beobachteten äußersten Temperaturgrenzwerte für jedes Niveau und denselben Betrieb betrachten. Für diese beiden Kurven ist die Eintauchtiefe ein wenig geringer als ein Drittel der Tiefe des Bades.

Die erste Charakteristik dieser Kurven ist es, daß die Temperatur in der Nähe der Elektrode höher ist Die Abweichung ist am größten in der höchsten Zone und nimmt zum Boden hin ab. Der auf dieser Höhe fortbestehende Temperaturunterschied bleibt im wesentlichen an der "zentralsten" Stelle des Meßpunktes in der Nähe der Elektrode (S) und ist daher weniger der Abkühlung durch die Wände ausgesetzt als im anderen Fall. -7-

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Eine zweite Charakteristik ist die Tatsache, daß diese Kurven, mit Ausnahme des oberen Teils des Bades im unmittelbaren Kontakt mit der zu schmelzenden Zusammensetzung, eine regelmäßige Abnahme der Temperatur von oben nach unten zeigen. Die Differenz zwischen Temperaturmaximum und -minimum auf derselben Vertikalen erreicht etwa 200 °C.

Im betrachteten Beispiel liegt das Temperaturmaximum (entspricht Kurve (A)) für die am wenigsten heißen Zonen ungefähr in einer dem äußeren Ende der Elektroden entsprechenden Tiefe. In den heißesten Zonen (Kurve (G)) liegt das Maximum etwas näher der Oberflächenschicht.

Die Kurve (C) entspricht der Kurve (A), wenn die Elektrode zu 3/4 der Badtiefe eingetaucht ist, wobei der Durchsatz derselbe bleibt. Man stellt in diesem Fall eine wesentliche Erhöhung des Temperaturmaximums bezüglich des vorhergehenden fest Dieses Maximum bleibt über einen beträchtlichen Teil der Badhöhe praktisch gleich. Die Temperatur in der Höhe des Bodens ist um mehr als 100 °C erhöht. Ein so tiefes Eintauchen ist für einen verminderten Durchsatz interessant. In diesem Fall ist man veranlaßt, die Verlustleistung zu reduzieren und damit auch den Durchsatz des Ofens, und die Temperatur in der Höhe des Bodens kann ebenfalls auf den Wert der Kurve (A) gebracht werden.

Das Temperaturprofil (C) ist nahe dem für analoge Öfen, deren Elektroden auf dem Boden angeordnet sind, beobachteten.

Es ist interessant, diese Kurven mit jenen nach Fig. 4 zu vergleichen, welche dieselben Temperaturprofile für verschiedene Durchsätze veranschaulicht (Kurve (E) ungefähr 2,4 Tonnen je Tag und m^, Kurve (F) etwa 3 Tonnen). In diesen Beispielen ist die Eintauchtiefe dieselbe wie die der Kurve (A) entsprechende.

Man stellt eine allgemeine Temperaturzunahme in Abhängigkeit vom Durchsatz fest. Es ist jedoch bemerkenswert, daß man den Durchsatz praktisch verdoppeln kann, indem man die Elektrode im oberen Teil des Bades hält und eine Temperatur in der Höhe des Bodens erzielt, welche mit der im Fall der Kurve (C) gemessenen vergleichbar ist. Dies veranschaulicht den Vorteil der Beschränkung der Eintauchtiefe.

In Fig. 3 entspricht die Kurve (D) einer der Kurve (A) analogen Messung für ein "matteres" Glas. Das in Frage stehende Glas hat einen Eisenoxidgehalt von 0,60, das der Kurve (A) von 0,20. Die Anwesenheit dieses Oxids bewirkt eine starke Absorption der infraroten Strahlung. Der Vergleich der Kurven (A) und (D) zeigt einen relativ schwachen Einfluß des mehr oder minder "matten" Charakters des behandelten Glases. Insbesondere sind die Temperatur in der Höhe der Grundstoffschicht und das Maximum praktisch unverändert, während die Temperatur am Boden um etwa 20 °C abgesenkt ist. Umgekehrt ist für Ofen, bei welchen die Elektroden auf dem Boden angeordnet sind, bekannt, daß eine Erhöhung des Eisenoxidgehaltes eine merkliche Erhöhung der Maximaltemperatur und der Bodentemperatur erfordert, um die Temperatur beim Kontakt mit der Oberflächenschicht aufrechtzuerhalten.

Fig. 5a zeigt die Entwicklung der Temperaturen in verschiedenen Höhen im Bad (0,300,600 und 900 mm über dem Boden), wobei die Messungen quer zum Becken in der durch den Punkt (11) durchgehenden vertikalen Ebene durchgeführt wurden. Die Kurven zeigen eine gute Regelmäßigkeit bei den auf derselben Höhe gemessenen Temperaturen, mit Ausnahme der der Oberflächenschicht entsprechenden, welche empfindlicher für die lokalen Schwankungen sind, die sich aus den Konvektionsströmen in der Nähe der Elektroden ergeben. Die Abweichung bleibt selbst in diesem Fall auf etwa fünfzig Grad beschränkt.

Die graphische Darstellung (5a) ist für einen Durchsatz von 1 Tonne/m^.Tag erstellt. Die graphische Darstellung (5b) ist von derselben Art, entspricht aber einem Durchsatz von 2,5 Tonnen/m^.Tag. Man stellt im letzteren Fall eine allgemeine Temperaturerhöhung in allen Höhenlagen, eingeschlossen der des Bodens, fest Der Temperaturgradient zwischen dem Boden und dem heißesten Niveau ist weniger groß als im vorhergehenden Fall. Er umfaßt etwa zehn Grad. Die Tatsache, daß die Temperatur der Zone in unmittelbarem Kontakt mit der Zusammensetzung die am wenigsten heiße ist, hängt von der Größe der thermischen Verluste auf dieser Höhe ab (welche umso deutlicher sind, je höher die Temperatur liegt).

In Anbetracht dieser Ergebnisse wurde eine systematische Untersuchung der Schwankungen der Maximaltemperaturen des Bodens in Abhängigkeit vom Durchsatz durchgeführt. Diese Untersuchung am erfindungsgemäßen Ofen (II) und am analogen Ofen, in welchem die Elektroden in den Boden eingesetzt sind (I), wurden gleichzeitig durchgeführt.

Diese Messungen wurden für die Produktion eines Glases, ausgehend von herkömmlichen Grundstoffen, insbesondere kalziniertem Dolomit und 10 Gew.-% Glasscherben, durchgeführt. Das hergestellte Glas hat die folgende Zusammensetzung:

Si02 64,55 Na20 15,60 ai2o3 335 K20 135 CaO 735 b2°3 3,60 MgO 3,00 F 0,60

Diese Glasart wird insbesondere für die Herstellung von Isolierfasem verwendet.

Die Ergebnisse sind in Fig. 6 dargestellt. Sie zeigen in den beiden Fällen eine gleichzeitige Zunahme der Temperatur und des Durchsatzes. Bei allen Durchsätzen sind die Temperaturen des »findungsgemäßen Ofens -8-

AT 397 241B niedriger als jene des Ofens mit Elektroden am Boden. Wenn die bezüglich des erfindungsgemäßen Ofens festgestellte Temperaturabweichung umso größer ist, als der Durchsatz geringer ist, bleiben noch ungefähr fünfzig Grad für die Durchsätze um 3 Tonnen/m^.Tag. Dieser Unterschied bleibt für die Langlebigkeit der Feuerfestmaterialien beträchtlich. Dieser Vorteil kann sich auf verschiedene Weise ausdrücken. Wenn man annimmt, daß eine annehmbare Abnützung der Feuerfestmaterialien Funktion einer gewissen Temperatur ist, die man nicht überschreiten darf, sieht man bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Ofens, daß es möglich ist, Durchsätze zu erreichen, die im Fall von Öfen mit Bodenelektroden ausgeschlossen sind. Zum Beispiel kann für Natriumcalciumsilikatgläser vom oben angegebenen Typ in den erfindungsgemäßen Öfen und für einen Durchsatz gleich oder größer als 2,5 Tonnen/ m^.Tag die Bodentemperatur auf weniger als 1400 °C gehalten werden.

Die erfindungsgemäßen Öfen sind auch wegen ihres verhältnismäßig geringen spezifischen Verbrauchs bemerkenswert. Dieser Verbrauch kann sich zumindest zum Teil durch die vorher festgestellten niedrigeren Temperaturen ausdrücken, welche eine Verminderung der thermischen Verluste bewirken. Dieser Mechanismus ist jedoch nicht der einzige bei der Bestimmung des Verbrauchs auftretende, wie die Kurven nach Fig. 7 zeigen, welche für die beiden vorhin verglichenen Öfen aufgestellt sind. Der spezifische Verbrauch nimmt in beiden Fällen ab, wenn der Durchsatz zunimmt, während die Temperatur wie in Fig. 6 angegeben steigt. Mari -stellt jedenfalls im erfindungsgemäßen Fall (II) für das Schmelzen derselben Grundstoffe unter denselben Bedingungen einen spezifischen Verbrauch von weniger als etwa 10 bis 15 % je nach Temperatur fest. Der festgestellte Unterschied ist umso größer, je mehr der Durchsatz vermindert ist. So übersteigt für einen Durchsatz von mindestens 1 Tonne/m^.Tag der spezifische Verbrauch für das Schmelzen der betrachteten Natriumcalciumsilikatgläser 100 kWh je Tonne nicht.

Der erfindungsgemäße Ofen weist einen spezifischen Verbrauch auf, der geringfügig in Abhängigkeit vom Durchsatz schwankt.

Diese "Flexibilität" der Anwendung kommt zu der oben bezüglich der Möglichkeit, bei höheren Durchsätzen zu arbeiten, beschriebenen hinzu.

Um die angegebene Leistung zu erzielen, ist es notwendig, daß das Bad gleichmäßig mit Grundstoffen bedeckt ist, welche eine isolierende Schicht bilden. Daher muß die Verteilung dieser Grundstoffe die gesamte Oberfläche des Beckens betreffen. Die Methoden, welche eine solche Verteilung erlauben, sind bekannt und werden in weitem Maße bei Elektrodenschmelzöfen verwendet, bei welchen die Elektroden im Boden eingesetzt sind. Es handelt sich insbesondere um kontinuierlich gespeiste Förderbänder, deren Abwurfende für die Grundstoffe durch ein Spiel kombinierter Translationsbewegungen zum Überstreichen der gesamten Oberfläche zugebracht wird. Es handelt sich auch um Vorrichtungen, bei welchen die Speisung gleichzeitig über eine gesamte Breite des Beckens erfolgt, wobei sich die Vorrichtung ebenfalls nach einer Translationsbewegung verschiebt, um die gesamte Länge des Beckens zu überstreichen.

Damit die Verteilung "punktförmig" oder "linear" ist, muß sich das Verteilungsorgan frei über dem Becken verschieben können. Man muß daher im Fall von Tauchelektroden dafür sorgen, daß diese kein Hindernis für ein solches Verschieben darstellen. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens, die diesen Bedingungen genügt

Der Ofen nach Fig. 8 ist nur teilweise dargestellt. Das aus dem Boden (3) und den Seitenwänden (8) bestehende feuerfeste Becken ist schematisch dargestellt. Über dem Becken ist das Feuerfestgewölbe (12) auf einem teilweise dargestellten Metallrahmen, welcher über dem Ofen steht, aufgehängt

Die Speisung des Ofens erfolgt durch einen Verteiler (13) vom linearen Typ, welcher sich über die gesamte Breite des Beckens erstreckt. Dieser Verteiler (13) verschiebt sich, indem er auf einer Schiene (14) rollt, die auf dem teilweise durch den vertikalen Balken (15) dargestellten Rahmen aufgehängt ist.

Fig. 9 zeigt schematisch die vom Verteiler vollführte Verschiebung. In Stellung (A) wird der Verteiler (13) ausgehend vom am einen Ende des Beckens und außerhalb der Ofeneinfassung gelegenen Trichter (16) mit Grundstoffen beschickt. Nach vollendeter Beschickung wird der Verteiler an das Becken herangeführt. Ausgehend von Stellung (B) wird die Verteilung in Gang gesetzt. Dieser Mechanismus gibt kontinuierlich vorbestimmte Mengen an Zusammensetzung über die ganze Beckenbreite ab. Der Verteiler (13) verschiebt sich regelmäßig bis zur Stellung (C), welche dem Ende des Beckens entspricht. Entlang der gesamten Strecke gibt der Verteiler in regelmäßigen Abständen Zusammensetzung ab. Der Verteiler (13) wird dann in Stellung (A) zurückgebracht. Die Verteilung kann nur über den Hinweg oder gleichzeitig auf dem Hin- und Rückweg erfolgen. Während der Verschiebung des Verteilers (13) wird der Trichter (16), welcher kontinuierlich durch jedes bekannte Mittel versorgt werden kann, insbesondere durch ein Förderband, nachgefüllt. Ein neuer Zyklus beginnt.

Die soeben beschriebene Versorgungsart bringt mit sich, daß der Durchtritt der Vorrichtung zwischen dem Becken und dem Gewölbe freigelassen wird. Nur das Ofenende gegenüber der Seite, auf welcher der Trichter (16) liegt, kann durch Feuerfestmaterialien geschlossen sein. Es sind jedoch erfindungsgemäß bewegliche Feuerfestwände vorgesehen, wie die mit (17) bezeichneten an den drei offenen Seiten des Ofens. Diese Wände (17) erlauben, wenn sie gesenkt werden, bis sie auf den Seitenwänden (8) des Beckens aufliegen, die Isolierung des Bades von der umgebenden Atmosphäre. Diese Anordnung wird gewählt, wenn der Ofen auf -9-

AT397 241B "Überwachung" geschaltet wird und seine Beschickung nicht mehr notwendig ist. Indem man ihn wieder schließt, vermeidet man einen großen Wärmeverlust und das Bad kann einige Stunden lang ohne Energiezufuhr von außen bleiben.

Das Senken der beweglichen Wände (17) erfolgt gewöhnlich, nachdem die Elektroden (7) hochgezogen worden sind, wie im folgenden erläutert wird. Es ist jedoch ebenfalls möglich, in den Wänden (17) bogenförmige Ausschnitte anzubringen, welche der Lage der Stützarme der Elektroden (18) entsprechen. Die Einfassung des Ofens kann so unter Instellunghalten der Elektroden praktisch geschlossen werden. Diese Anordnung erlaubt daher die für die Erhaltung des Ofens im Überwachungszustand über längere Zeiträume notwendige Wärmezufuhr.

Der obenbeschriebene Typ des Verteilers (13) ist vorteilhaft in dem Maße, in welchem sein Platzbedarf praktisch auf den Ofen selbst begrenzt ist. Er ist insbesondere nützlich, wenn die Ausführung der Erfindung bei der Umstellung eines Ofens von fossiler Energie auf einen Elektroofen erfolgt. Im Fall von Brenneröfen erfolgt die Beschickung des Ofens mit Zusammensetzung normalerweise punktförmig an einem Ende des Beckens. Es sind daher keine freien Stellen um den Ofen vorgesehen, welche die Anbringung von sperrigen Zufuhrvorrichtungen erlauben.

Wenn sich die Fragen des Platzbedarfs nicht stellen, kann man andere Zufuhrvorrichtungen ins Auge fassen, insbesondere solche mit einem sich über dem Becken bewegenden Förderband. In diesem Fall ist der Förderer gewöhnlich an einer Seite des Beckens angeordnet, und seine Länge ist ausreichend, daß sein Ende bei seiner Verschiebung die andere Seite des Beckens erreicht. Hingegen muß der Förderer, wenn er sich in "zurückgezogener" Stellung befindet, d. h. wenn sein Ende entlang dem dem Becken am nächsten gelegenen Rand liegt, über den Ofen um mindestens die gesamte Breite des Beckens vonragen können.

Welche Zufuhrart auch immer gewählt wird, sie ist über den Elektroden und Elektrodenträgem angeordnet, wie insbesondere in Fig. 8 dargestellt. Die Verteilung erfolgt gleichmäßig ohne Berücksichtigung der Gegenwart dieser Elemente in der Fallbahn der Zusammensetzung. In der Praxis weisen die Elektroden und ihre Träger einen ausreichend geringen Querschnitt auf, um die gute Verteilung nicht zu behindern. Außerdem ist es vorteilhaft, ihnen ein abgerundetes Profil zu verleihen, um die Anhäufung von Zusammensetzung am Arm (18) zu vermeiden. Man verwendet zum Beispiel Arme mit zylindrischem Querschnitt.

Es ist für die Betriebsänderungen, welche einen Elektrodenwechsel mit sich bringen, oder für das Umschalten des Ofens auf Überwachung vorteilhaft, die Elektrode aus dem Schmelzbad ziehen zu können. Fig. 8 zeigt einen besonders einfachen Aufbau, der diesen Arbeitsgang erlaubt. In der dargestellten. Ausführungsform ist die Elektrode am Ende eines Arms (18) befestigt, welcher, wie später ersichtlich, alle elektrischen Leitungen und die für die Kühlflüssigkeit umfaßt

Der Arm (18) ist bei (19) an eine Achse angelenkt, welche das Schwenken der Gesamtheit aus Arm und Elektrode außerhalb des Ofens gestattet Daher werden die Form des Arms und die Lage des Gelenkpunktes in Abhängigkeit vom zwischen dem oberen Rand der Seitenwände (8) und den über dem Becken angeordneten Feuerfestteilen verfügbaren Freiraum gewählt Diese Anordnung ist umso leichter anzuwenden, als der Ofen verhältnismäßig kleine Abmessungen hat Oberhalb einer bestimmten Länge des Arms (18) kommt ein Schwenken nicht mehr in Frage. Aus demselben Grund ist es im Ausführungsbeispiel des Ofens nach Fig. 1 und 2 bevorzugt dafür zu sorgen, daß von den die Elektroden tragenden Armen drei auf einer Seite des Ofens angeordnet sind und drei auf der anderen Seite. Dennoch kommen auch andere Anordnungen in Frage, welche das Herausziehen der Elektroden und ihrer Träger erlauben und den Durchtritt der Trägerarme auf einer einzigen Seite des Ofens ermöglichen. In allen Fällen müssen diese Anordnungen, welche zum Beispiel die Anwendung von gleichzeitig in Rotation und in Translation beweglichen Armen erfordern können, angewandt werden, wenn mehr als zwei Elektrodenreihen im Ofen vorhanden sind.

Die Beweglichkeit des Elektrodenträgers in einer horizontalen Ebene ist außerdem notwendig, wenn man die Lage der Elektroden zueinander für besondere Betriebsweisen abändem möchte. Diese Beweglichkeit kann durch übliche Mittel sichergestellt werden, zum Beispiel indem man den die Elektroden tragenden Aufbau (19) auf einem beweglichen Schlitten anordnet, oder mittels eines teleskopischen Trägers (18).

Eine Besonderheit der erfindungsgemäß angewandten Miuel liegt in der Tatsache, daß die Eintauchtiefe der Elektrode regelbar ist. Bisher wurden auch Systeme vorgeschlagen, bei welchen die Eintauchtiefe verändert werden soll, jedoch ergibt sich diese Veränderung gewöhnlich aus einer Verschiebung des Elektrodenkorpus in einer komplexen Gesamtheit, welche diesem als Träger dient, oder im Verschieben des Trägers selbst

Die zweite Lösung ist aus folgenden Gründen nicht zufriedenstellend. Die beim elektrischen Schmelzen von Glas verwendeten Elektroden sind aus Molybdän und ihre Träger gewöhnlich aus feuerfestem Stahl. Zur Vermeidung der Oxidation des Molybdäns liegt die Verbindung Elektrode-Träger unter dem Niveau des Schmelzbades, so daß das gesamte Molybdän eingetaucht und daher vor Oxidation beim Kontakt mit der Atmosphäre geschützt ist Dafür ist die Eintauchtiefe des Trägers auf ein strenges Minimum begrenzt, um eine zu rasche Abnützung auf diesem Niveau zu verhindern, wenn zur Beschränkung der Abnützung das Ende dieses Trägers einer intensiven Abkühlung unterworfen ist Es ist daher nicht ratsam, die Eintauchtiefe durch jene des Trägers zu regeln. Dieser muß eine konstante Lage gegenüber der Oberfläche des Schmelzbades beibehalten.

Bezüglich der ersten Lösung, nämlich der Verschiebung der Elektrode in einer Tragehülse, sind Mechanismen erforderlich, die sich aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung notwendigerweise im in der -10-

Claims (15)

1. AT397241B Einfassung des Ofens gelegenen Beieich des Trägers befinden müßten. Dies würde eine Zunahme des Volumens des Trägers bedeuten. Zur Erzielung einer guten Verteilung der Zusammensetzung war es wünschenswert, daß der Träger einen so geringen Raumbedarf wie möglich hat. Diese Lösung ist daher nicht wünschenswert Außerdem begünstigen das Anbringen eines Regelmechanismus in der Einfassung des Ofens und folglich die Beanspruchungen und Oxidationen, denen dieser, wenn auch einfache, Mechanismus ausgesetzt ist, nicht seine Langlebigkeit Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, die Länge der eingetauchten Elektrode durch Auswahl des geeigneten Elektrodenkorpus zu regeln. Das Ersetzen einer Elektrode durch eine andere ist ein verhältnismäßig einfacher Aibeitsgang bei den bevorzugten Ausführungsformen. Das Schwenken des Armes (18) macht den Korpus der Elektrode unmittelbar zugänglich. Die Befestigung derselben am Träger kann verhältnismäßig einfach sein, wie in Fig. 10 gezeigt Es kann sich insbesondere um die Verschraubung des Elektrodenkoipus (7) mit dem entsprechenden mit Gewinde versehenen Ende (20) des Trägers handeln. In der Ausführungsform nach Fig. 10 umfaßt der Elektrodenträger zwei Teile. Der erste besteht aus dem Arm (18), in welchem insbesondere die Rohrleitungen (21), (22) für den Umlauf der Kühlflüssigkeit angeordnet sind. Der Arm (18) trägt auch ein elektrisches Kabel (23). Die Rohrleitungen (21), (22) und das Kabel sind auf einer Isolierplatine (24) befestigt, an welche sich eine mit dem Elektrodenträger. (26) verbundene entsprechende Leiterplatine (25) anlegt. Der Träger (26) besteht aus zwei konzentrischen zylindrischen Röhren, welche ein Umlaufen der Kühlflüssigkeit bis zum die Elektrode tragenden Ende (20) bewerkstelligen. Um die Verbindung Träger (26)-Elektrodenkorpus (7) zu schützen, ist das Innenrohr (27) vorzugsweise bis zum Gewindeverschluß (20) verlängert, welcher das Ende des Außenrohres (28) verschließt. Bei dieser Ausführung liegt die Verbindung zwischen dem Arm (18) und dem Träger (26) tief im Innern des Ofens. Mit anderen Worten sind alle Verbindungen für die Kreisleitungen (21), (22) für die Kühlflüssigkeit oder für das elektrische Kabel erhöhten Temperaturen ausgesetzt. In der Praxis ist es bevorzugt, diese Verbindungen außerhalb des Ofens oder wenigstens in der Höhe der Wände desselben anzubringen. PATENTANSPRÜCHE 1. Elektroschmelzverfahren für verglasbare Schmelze, bei welchem die Energie durch Joule-Effekt in der geschmolzenen Masse ausgehend von vertikalen Tauchelektroden dissipiert wird,,wobei die zu schmelzende Zusammensetzung in einer gleichmäßigen Schicht auf der Badoberfläche verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in Abstand von den feuerfesten Wänden des Beckens angeordnet sind, wobei der die Elektrode von der nächsten Seitenwand trennende Abstand mindestens die Hälfte des zwei benachbarte Elektroden trennenden beträgt und die Lage der Höhe des Temperaturmaximums durch die Eintauchtiefe der Elektroden geregelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Schmelzbades mindestens 500 mm beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Produktion die Eintauchtiefe der Elektroden 3/4 der Tiefe des Schmelzbades nicht übersteigt
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Produktion die Eintauchtiefe der Elektroden die Hälfte der Tiefe des Schmelzbades nicht übersteigt
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktion von Natrium-Calcium-Silikatglas auf mehr als 2,5 Tonnen je Tag und je nß Ofen unter Aufrechterhaltung der Bodentemperatur auf einem Wert unterhalb 1400 °C festgesetzt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieverbrauch je Tonne hergestelltem Natrium-Calcium-Silikatglas unterhalb 1000 kWh für jeden Durchsatz von mehr als 1 Tonne/Tag und m^ Ofen liegt
7. 7. Elektroschmelzofen für verglasbare Schmelze, bei welchem die Schmelzenergie durch Joule-Effekt in der Schmelzmasse dissipiert wird, wobei die Schmelzelektroden vertikal von der Badoberfläche aus durch die zu schmelzende Gemengeschicht welche das Schmelzbad bedeckt, eingetaucht werden, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (7) von beweglichen Trägern (18, 26) getragen werden, wobei die Verbindung Träger- -11- AT397 241B Elektrode unmittelbar unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades liegt, die die Elektroden (7) bildenden Elemente austauschbar sind und ein Satz von Elementen (7) verschiedener Längen die Veränderung der Eintauchtiefe und damit die Höhe der auf die höchste Temperatur gebrachten Zone des Schmelzbades ermöglicht.
8. 8. Elektroschmelzofen für verglasbare Schmelze, bei welchem die Schmelzenergie durch Joule-Effekt in der Schmelzmasse dissipiert wird, wobei die Elektroden vertikal von der Badoberfläche aus durch die das Schmelzbad bedeckende zu schmelzende Gemengeschicht eingetaucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß er ein feuerfestes Becken umfaßt, wobei die mit Drehstrom versorgten Elektroden (1) regelmäßig auf der Badoberfläche verteilt sind, und diese Elektroden in einer geordneten Gesamtheit mit mindestens zwei Reihen zu drei Elektroden verteilt sind und jede Elektrode einer Reihe mit einer der drei mit (R, S, T) bezeichneten Phasen versorgt wird, wobei die Reihenfolge der Elektrodenphasen in der zweiten Reihe umgekehrt ist (R, S, T und T, S, R), so daß die beiden mittleren Elektroden in Phase sind und die äußeren Elektroden der Reihen phasenverschoben sind, wobei der zwei Reihen trennende Abstand ungefähr gleich ist dem zwei Elektroden derselben Reihe trennenden Abstand und der die feuerfesten Wände (8) des Beckens von den nächstgelegenen Elektroden trennende Abstand mindestens die Hälfte des zwei benachbarte Elektroden trennenden beträgt
9. 9. Schmelzofen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Schmelzbades mindestens 500 mm beträgt
10. 10. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzbecken von einem Feuerfestgewölbe (12) überdacht ist, wobei die Elektroden (7) und die diese tragenden Elemente (18,20) in den zwischen dem Gewölbe (12) und dem Becken liegenden Raum durch die Seiten des Ofens eingebracht werden, ohne durch das Gewölbe durchzutreten.
11. 11. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (7) und ihr Träger (26) an einem an einer Achse (19) angelenkten Arm (18) befestigt sind, wobei die Anordnung des Arms (18) und die Lage des Gelenks (19) es erlauben, die Elektrode und ihren Träger durch Schwenken des Arms (18) um die Achse (19) herauszunehmen.
12. 12. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung mit Schmelzzusammensetzung durch oberhalb der Elektroden (7) und der diese tragenden Elemente (18, 26) angeordnete Vorrichtungen (13) erfolgt wobei diese Vorrichtungen (13) beweglich sind und ihre Verschiebung über dem Schmelzbecken so erfolgt, daß die gesamte Oberfläche des Beckens mit Zusammensetzung (10) bedeckt werden kann.
13. 13. Schmelzofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (13) zur Beschickung mit Schmelzzusammensetzung einen Verteiler (13) umfaßt welcher sich über die gesamte Breite des Beckens erstreckt und sich auf in der Länge des Beckens angeordneten Schienen (14) verschiebt.
14. 14. Schmelzofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem an einem Ende des Ofens einen Aufbau (16) zum Beschicken der Vorrichtung (13) umfaßt.
15. 15. Schmelzofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine oder mehrere vertikale bewegliche Wände (17) umfaßt, welche es zusammen mit dem Gewölbe (12) erlauben, die das Schmelzbecken im "Überwachungszustand" überdachende Einfassung wieder zu schließen, wobei diese bewegliche(n) Wand (Wände) im Betrieb zwischen dem Becken und dem Gewölbe (12) einen für den Durchtritt der Vorrichtung (13) zur Beschickung mit Schmelzzusammensetzung freilassen. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen -12-