NO158937B - Elektrisk smelteovn. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår smelting av glass og mere

spesielt teknikker der ledningsevnen i det smeltede glass benyttes for å tilveiebringe den energi som er nødvendig for smelting av glasset selv.

Rent konkret angår oppfinnelsen teknikker for elektrisk smelting der strømmen føres i badet av smeltet glass ved hjelp av elektroder anordnet vertikalt på bunnen av smelteovnen.

Den elektriske energi benyttes til meget varierte formål i teknikker som angår smelting eller raffinering av glass. I tallrike tilfeller er anvendelsen relativt begrenset. Det dreier seg f. eks. om lokal gjenoppvarming av badet av smeltet glass for å favorisere visse konveksjonsbevegelser eller for å elimi-nere blærer, eller for å forbedre temperaturhomogeniteten i badene.

Ut over disse heller spesifikke tilfeller hviler anvendelsen av elektrisk eneri for smelting på heller gammeldagse teknikker der smeltingen gjennomføres ved hjelp av brennere. Disse er ennu mere følsomme når produksjonskapasiteten forhøyes.

På tross av tallrike faktorer som er vanskelige å mestre, tillater erfaring fra brennerovner å komme frem til driftstilstand-er som er tilfredsstillende hva angår kvaliteten i de oppnådde produkter. Utvikling av teknikker for elektrisk smelting ér i det alt vesentlige gjort for å reprodusere disse tilstander selv om de ikke tillater å trekke fordel av spesialitetene til dénne nye metode for oppvarming av ovnene.

Ovnene med høy kapasitet, oppvarmet av brennere, er vanligvis lange og grunne. Chargen av primærmaterialet innføres ved den ene enden av ovnen og det smeltede glass trekkes ut ved den andre ende. Høyden av chargen på badet som varierer alt etter som hvordan smeltingen går, er i middel relativt lav. Temperaturen er meget ujevn i den betraktede badsone, lav nær bunnen og mot innføringsenden for chargen, høy ved overflaten og ved den andre ende.

Valget av elektrisk smelting modifiserer i vesentlig grad disse betingelser som på en eller annen måte er forbundet med anvendelsen av brennere og den termiske utveksling som disse medfører.

I en spesiell utførelsesform i elektriske smelteovner med vertikale elektroder, innarbeides chargen av primærmaterialet i det smeltede glassbad uten horisontal forskyvning på overflaten av badet og hele overflaten kan være dekket av chargen. I dette tilfellet og på betingelse at hele overflaten effektivt deltar i utveksling mellom bad og overliggende charge, kan overflaten av den elektriske ovn reduseres vesentlig i forhold til den til en ovn med samme kapasitet men oppvarmet av brennere.

Foreliggende oppfinnelse angår den type ovner der overflaten er dekket av chargen av råstoff, ovner man også kaller "ovner med kaldt lokk".

For å oppnå det best mulige utbytte i denne type ovner er man blitt klar over at en faktor som er spesielt viktig er å oppnå en energitilførsel som er enhetlig godt fordelt over hele det smeltede bad. En av gjenstandene for oppfinnelsen er å forbedre denne fordeling som spesielt tillater for en og samme produksjon å redusere ovndimensjonene, derved å oppnå en besparelse av ild fast materiale men også å redusere termiske tap og således prod-uksjonsomkostningene.

Hvis nødvendigheten av å ha et bad som er oppvarmet enhetlig har vært nevnt i den kjente litteratur har dette argument vært underordnet heller spesielle betingelser for gjennomføring av oppvarmingen.

Anordning av elektrodene på bunnen av ovnen kan gi forskjellige resultater som kan ha motstridende virkninger. Således krever ledningsevnen i det smeltede glass en minimal avstand mellom elektrodene for at.den elektriske kraft som er nødvendig oppnås for strømdensiteter som er akseptable i praksis på elektrodeoverflåtene. En tilnærming av elektrodene betyr en reduksjon av motstanden og for en gitt spenning en økning av strømintensiteten. Derfor er antallet elektroder (eller elektrodegrupper) som kan anordnes på en gitt bunnoverflate begrenset selv om dette kan virke ugunstig på en god fordeling av sonene i badet som virker som varmekile.

Hvis det på samme kåte er økonomisk å benytte en trefasestrøm synes denne praktiske forskning på faselikevektsområdet å an-befale en triangulør eller heksagonal anordning av elektrodene som imidlertid er lite forenelig med deres enhetlige fordeling i rektangulære ovner.

Oppfinnelsen tar sikte på å forbedre den kjente teknikk, og angår således en elektrisk smelteovn for vitrifiserbart materiale der smelteenergien fordeles ved Joule effekten i. den smeltede masse, omfattende elektroder anordnet vertikalt på bunnen av ovnen og matet med trefasestrøm, og denne smelteovn karakteriseres ved at elektrodene er fordelt på regulær måte over hele overflaten av bunnen i i det minste én ordnet gruppe omfattende to rekker av tre ekvidistante elektroder der hver mates med en av de tre faser angitt R, S og T, der rekkefølgen av elektrodene i de to rekker er omvendt (R, S,

T og T, S, R) slik at de to mindre elektroder er i fase og de ytre elektroder er i forskjellig fase, hvorved avstanden som skiller to elektroder i samme rekke er lik avstanden som skiller to rekker.

I en foretrukket utførelsesform foreligger elektrodene i liketalls antall rekker på tre elektroder som gir samlingen (R, S, T, T, S, R) der anordningen av disse er slik at elektrodene i to ved siden av hverandre liggende rekker i to naborekkepar har samme rekkefølge (R, S, T; R, S, T).

Når ovnen ifølge oppfinnelsen omfatter tre elektroderekker er rekkefølgen av fasene til ved siden av hverandre liggende rekker

R, S, T; T, S, R; R, S, T.

For et uliketalls antall rekker over tre er anordningen fortrinnsvis slik som for partalls antall rekker pluss en midtrekke der rekkefølgen av fasene er omvendt i forhold til de to naborekker.

Fortrinnsvis er i ovnene ifølge oppfinnelsen avstanden mellom

to rekker til to grupper ved siden av hverandre lik avstanden som skiller rekkene i hver gruppe.

Den innretning som skal beskrives tilsvarer en ovnsformasjon der elektroderekkene kan være så tallrike som den tilsiktede produksjonskapasitet nødvendiggjør. Av de tidligere angitte grunner er det således å foretrekke at ovnen som benyttes har en lengde som ikke i vesentlig grad overskrider bredden. For meget høye produksjonsmengder synes det også å være å foretrekke ikke å øke antall rekker satt ved siden av hverandre men å forlenge rekkene med nye serier av tre elektroder.

I dette tilfelle og for å bibeholde faselikevekten er det å foretrekke å begrense utveksling mellom seriene på tre elektroder i en og samme rekke ved å gjøre slik at faserekkefølgen for elektrodene snues for hver serie av tre elektroder (R, S, T; T, S, R; RfSfT/...).

I en spesielt foretrukket utførelsesform er antallet ordnede grupper fordelaktig 1, 2, 4, 6, 8 eller 9. Større antall er likeledes mulig men tilsvarer ved de ønskede behandlingstilstander produksjoner som langt overskrider det som benyttes i praksis.

Ved å anordne elektrodene på den måte som er beskrevet ovenfor har man meget overraskende fastslått at likevekten for fasene kan opprettholdes på en meget tilfredsstillende måte. Det er således mulig at likevekten bibeholdes i en grad av 95% eller mer.

Uavhengig av det som er sagt tidligere skiller oppfinnelsen seg videre ut ved det faktum at elektrodene er relativt nær hverandre tatt i betraktning ovnsoverflaten.

Avstanden d som her betraktes er den som separerer elektrodene mellom hvilken strømmen opprettes. Ved en kompleks anordning av elektroder er det tilstrekkelig å betrakte utvekslingselek-troder som står nærmest hverandre.

Avstandsbegrepet er direkte forbundet med begrepet om disponibel kraft. For en gitt disponibel spenning er effekten omvendt pro-porsjonal med motstanden i badet som avhenger av avstanden som separerer elektrodene.

Forutsatt at effekten fra hver elektrode (eller elektrodegruppe) er i det vesentlige den samme (den som henger sammen med faselikevekten det snakkes om høyere) i hele badet, er det mulig å anta at hver elektrode bidrar til oppvarming av endel av badet. Hvis S er den totale overflate av badet tilsvarer denne del en del av badet hvis overflate er S/n, der n er antall elektroder (eller grupper av elektroder) for hele ovnen.

Innføringen av energi er også mere homogen når på den ene side den del av ovnsoverflaten som oppvarmes av hver elektrode er så liten som mulig og på den annen side avstanden mellom samvirkende elektroder er så stor som mulig.

For å studere den totale virkning av disse to motvirkende tenden-ser er det gunstig å betrakte uttrykket n.d 2/S.

Ifølge oppfinnelsen (d uttrykkes im, og S i m 2), ligger dette forhold fortrinnsvis mellom 0,4 og 1,4 og aller helst og spesielt for ovner med stor kapasitet, mellom 0,6 og 1,25.

Fordelene ved disponeringen av elektrodene ifølge oppfinnelsens teknikk kan også gi seg uttrykk ved å betrakte andre parametre men som alle bidrar til denne forbedring av homogeniteten i badet.

Således viser eksperimentelle studier at energi oppnådd ved

Joule effekten lokaliseres i det vesentlige nær elektroden.

4/5 av energien utvikles i en sone som omgir elektroden og som for enkelhets skyld kan ansees som homogen. For en sylindrisk vertikal elektrode tilsvarer denne sone omtrent en sylinder hvis diameter er 3 ganger den til elektroden. Ved å føre elektrodene nærmere hverandre oppnår man at, alle andre parametre bibeholdt, kildesonene for varme opptar en større; del av badet og at smelting kan oppnås med et termisk nivå som ligger lavere.

Disse forbedringer gir seg utslag i driftsbetingelsene.

Det faktum å disponere en øket effekt pr. overflateareal i ovnen tillater f. eks. en produksjon pr. overflateareal som er vesentlig forhøyet i forhold til analoge eldre ovner. Kapasiteter på 4.10 <3> kg/m <2>/dag oppnås lett. Denne kapasitet kan alt etter som forhøyes ytterligere og passere 6 . 10 3 kg/m 2.

I denne forbindelse skal det understrekes at produksjonskapasiteten henført til en overflateenhet ikke er signifikativ for analoge driftsbetingelser, spesielt for identiske arbeidstemperatur-er .

Vi skal nedenfor se meget detaljert det spesielle ved oppfinnelsen i forbindelse med temperaturene. En økning av arbeidstemperaturen tillater generelt å øke produksjonen. Dette er imidlertid ikke alltid ønskelig ut fra flere grunner. Blant disse grunner er spesielt levetiden til det ildfaste materialet i ovnen og elektrodene. En samme ovn bragt til en høyere temperatur har en levetid, uttrykt i totalt produksjonsutbytte, som er kortere enn når ovnen arbeider ved lavere temperatur. en annen grunn er at det spesifikke energiforbruk øker med arbeidstemperaturen.

Det er dog ifølge oppfinnelsen mulig å konstruere ovner med mindre omfang men med en høy produksjonskapasitet.

Det er ennu mere bemerkelsesverdig å fastslå at ovnene ifølge oppfinnelsen tillater et stort spillerom hva virkningen angår. Hvis det således er fordelaktig å kunne disponere en høy produksjonskapasitet er det også fordelaktig å kunne arbeide med redusert ytelse hvis dette er nødvendig. Ut fra dette synspunktet skiller oppfinnelsens ovner seg fra de kjente ovner. En reduksjon til sjettedelen av høyeste produksjonskapasitet eller sogar en ennu større reduksjon er gjennomførbar uten risiko.

Denne brukselastisitet skyldes i det minste delvis den forbedrede fordeling av varmekildene i det indre av det smeltede glass, en fordeling som gir seg utslag i en større temperaturhomogenitet på ethvert punkt, og dette uansett hvilken temperatur man arbeider med.

De små temperaturforskjeller i badet tillater således å redusere den midlere temperatur vesentlig og derved også å redusere smeltehastigheten i chargen og således ovnsproduksjonen.

I praksis favoriserer likeledes alt som tillater å redusere de termiske tap fra det smeltede bad, en begrensning av temperatur-spredningen og derved også ytterligere å redusere "den reduserte" produksjon.

En økning av tykkelsen av chargen uten å redusere volumet av smeltet materiale favoriserer således denne driftstype.

Rent generelt med alle betingelser like, spesielt samme produksjon og samme charge av glassmaterialet, kan den midlere temperatur i badet reduseres ytterligere noen grader eventuelt noen titalls grader i forhold til den kjente teknikk.

Ut fra dette oppnår man at de termiske tap er mindre på samme måte som de spesifikke energiutgifter. Denne reduksjon kan gå helt opp i 8% og befinner seg hyppig mellom ca. 4 og 5%.

For ytterligere å forbedre ytelsene til ovnene ifølge oppfinnelsen er andre disposisjoner likeledes gunstige.

For å begrense strømdensiteten ved elektrodene er det ønskelig at disse oppviser en overflate i kontakt med glasset som er tilstrekkelig stor. Da lengden av elektrodene er begrenset slik vi skal se senere, noe som også av praktiske grunner gjelder diameteren, er det fordelaktig når det benyttes høye intensiteter og erstatte en enkelt elektrode med en gruppe på flere elektroder (2 eller hyppigst 3).

Når en enkelt elektrode erstattes av en slik gruppe er avstanden som skiller disse elektroder fortrinnsvis ikke stor i forhold til det som skiller denne gruppe fra de nærmest liggende grupper med hvilke det skjer en utveksling. Fortrinnsvis er akseavstand-en for elektrodene i en og samme gruppe ikke under to ganger elektrodediameteren og ikke større enn åtte ganger denne diameter, fortrinnsvis er den ikke over seks ganger diameteren.

Reduksjonen i strømdensiteten på elektrodeoverflåtene fører til en reduksjon av temperaturen på overflaten av elektrodene, noe som tillater å redusere erosjon ved kontakt med glasset. På samme måte, for en samme tilført energimengde til det smeltede glass blir temperaturen i dette lokalt mindre forhøyet.

For å forhindre problemer med korrosjon på det ildfaste materialet i bunnen er hver elektrode eller elektrodegruppe fortrinnsvis anordnet på en sokkel som står på ovnsbunnen. Man unngår således å aksentuere lokale konveksjonsbevegelser ved elektrode-foten, bevegelser som har som resultat et angrep på bunnens ildfaste materiale. Det ildaste materialet i sokkelen er fortrinnsvis mere motstandsdyktig overfor errosjon enn det som utgjør ovnsbunnen.

Den øvre ende av elektroden er langt fra kontaktflaten mellom smeltet glass og charge og man unngår således å utvikle en punkt-smelting vertikalt over elektroden, en smelting som favoriseres av en lokalt forhøyet temperatur. Virkningene av konveksjonsbevegelser er spesielt intense langs elektroden p.g.a. temperatur-gradienten som foreligger i forbindelse med det nærliggende bad. Når enden av elektroden befinner seg tilstrekkelig dypt nedsenk-et induserer den oppadstigende glasstrøm som dannes langs elektroden på den del av veien som skiller enden av elektroden fra grensen til det smeltede bad, en mengde glass tilstrekkelig til samtidig å redusere temperaturforskjellen og til å øke overflaten av chargen som direkte treffes av strømmen. Den priviligerte smeltesone som befinner seg vertikalt over elektroden er således relativt stor. I det motsatte tilfelle, d.v.s. når elektrode-enden befinner seg nær badgrensen og chargésjiktet, skjer smeltingen hurtig over en liten overflate. Det danner seg i dette tilfelle i chargésjiktet kratere som, når dette sjikt ikke er meget tykt, kan trenge gjennom sjiktet. En slik mekanisme er ugunstig. I tillegg til irregulariteten i smeltingen blir iso-lasjonen som det ovenfor liggende chargésjikt skapte brutt, og det oppstår energitap som kan være meget alvorlige.

Enden av elektroden befinner seg fortrinnsvis i en avstand tilstrekkelig til at temperaturen i konveksjonsstrømmen på høyde med overflaten ikke er vesentlig forhøyet i forhold til den midlere temperatur over hele overflaten.

I praksis er det fordelaktige at avstanden som skiller enden av elektroden fra flaten som skiller glassjiktet fra det vitrifiserbare materialet er minst tiendeparten av glasshøyden.

Det er klart at glassnivået kan variere som en funksjon av driftsbetingelsene (f. eks. for å øke produksjonen, blir temperaturen hevet og glassnivået i ovnen senket). Man må dog basere seg på det laveste nivå for å bestemme elektrodelengden.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives mere detaljert under henvisning til de ledsagende tegninger der: figurene 1a og 1b skjematisk viser elektriske ovner av tradisjonell type h.h.v. sett ovenfra og i lengdesnitt, og viser anordningen av elektrodene og innføring av råstoff i den ene ende;

fig. 2 skjematisk viser en likeledes tradisjonell elektrisk ovn sett ovenfra der chargen innføres enhetlig over hele overflaten;

figurene 3a og 3b sett ovenfra viser karakteristisk anordning av elektroder i en elektrisk ovn ifølge oppfinnelsen;

fig. 4 skjematisk i snitt viser en type vertikal konveksjons-bevegelse i et bad i en ovn ifølge oppfinnelsen;

fig. 5 skjematisk sett ovenfra viser anordning av grupper av doble elektroder i en ovn ifølge oppfinnelsen.

Figurene 1a og 1b viser sammen ovner med stor kapasitet tilpasset kjente ovner oppvarmet ved hjelp av brennere.

Disse ovner kjennetegnes hovedsakelig ved en relativt langstrakt form. Lengden av smeltebadet er vanligvis mer enn tre ganger bredden.

Denne konfigurasjon velges for å favorisere en progresjon i badet som totalt sett tilsvarer en modifikasjon av kvaliteten på

den måte at glasset som trekkes av ved utløpet 1 har en god homogenitet. I slike ovner skjer innføringen av chargen av vitrifiserbart råstoff via åpningen 2 som befinner seg i en ende av ovnen. Chargen legger seg på det smeltede badet 3 og danner et sjikt 4. Tykkelsen av dette sjikt reduseres fra åpning-

en mot utløpet p.g.a. den progressive smelting av råstoffet. Sjiktet kan strekke seg helt til utløpsenden av ovnen der ut-løpet 1 finnes. Dette befinner seg under smeltegrenseflaten og man unngår således at ikke-smeltet råstoff følger med det smeltede glass.

For denne type ovner gir elektrisk oppvarming betingelser analoge de som oppnås i brennerovner. I den type som er vist i figurene 1a og 1b er elektrodene 5, 6 anordnet regulært på

bunnen 7 i ovnen. Disse elektroder, forbundet to og to på hver side av ovnen mates f. eks. med enfasestrøm. Matingen av hvert elektrodepar 5, 6 kan skje separat for å variere temperaturbe-tingelsene som en funksjon av den angjeldende sonen i ovnen.

Generelt er slike ovner relativt plasskrevende og energiforbruket er stort.

Fig. 2 viser en elektrisk smelteovn i kvadratisk form, en ovn som tillater å redusere termiske tap via veggene. I denne type ovn er vanligvis dimensjonene adskillig mindre enn i ovner i følge figurene 1a og 1b, råstoffchargen blir vanligvis fordelt enhetlig på overflaten av det smeltede bad og man tilstreber at temperaturen i badet er, spesielt i kontakt med sjiktet av råstoff, slik at smeltingen i sjiktet skjer enhetlig over hele den tilgjengelige overflate. Av denne grunn er elektrodene 8,

9, 10, 11 anordnet symmetrisk og matestrømmen, i en- eller tofase-strøm, er slik at effekten fordeles likt for hver elektrode.

I den tidligere forslåtte metode befinner elektrodene seg relativt fjernt fra hverandre og.en hetligheten hva angår oppvarmingen av badet er ikke helt tilfredsstillende og det spesifikke energiforbruk er ikke optimalisert.

Figurene 3a til 3e viser en karakteristisk anordning av elektroder i elektriske smelteovner ifølge oppfinnelsen.

For enkelhets grunn er i disse figurer ikke vist annet enn avgrensningene av det smeltede bad og anrodningen av elektrodene på ovnsbunnen. Forbindelsene med trefase matestrøm er antydet i det man gir alle elektroder med samme fase samme symbol R, S eller T.

Fig. 3a viser den minste gruppe tilsvarende oppfinnelsen. Her er seks elektroder gruppert i to rekket 12 og 13. De tre elektroder i en rekke mates med hver sin fase. De to midtre elektroder 14 og 15 er i fase. De ytterse ved siden av hverandre liggende elektroder i de to rekker 16 og 17 h.h.v. 18 og 19 er i forskjellig fase.

I de foretrukne utførelsesformer er avstanden som skiller to elektroder i samme rekke alltid lik og denne avstand er den samme som skiller de to rekker.

I en ovn av denne type skjer den hovedsakelige veksling mellom elektroden klart mellom de som står nærmest hverandre. Elektroden 16 med elektroden 14, 17 i en mindre grad med elektroden 15, elektroden 14 med elektroden 16 og 18 og i mindre grad med elektrodene 17 og 19 o.s.v.

Det er bemerkelsesverdig og forsøk viser at selv om elektrodene ikke er anordnet i triangel og ikke på spissen av et regulært heksagon er intensiteten i hver fase og energifordelingen rundt hver elektrode godt i likevekt. Skillet er ikke mer enn 5% og kan være under 3%. Sagt på en annen måte, forutsatt at elektroden er enhetlig fordelt på bunnen er oppvarmingen av badet likeledes enhetlig. Slik anordning gir således en god smelting av chargen som befinner seg over hele overflaten.

I en ovn som oppviser denne disposisjon kan glassutløpet befinne seg hvor som helst. Fortrinnsvis er utløpet plassert i h.h.t. badets symmetriakse.

Fig. 3b viser en anordning som er analog den foregående og viser tre elektroderekker 20, 21 og 22. De to første rekker mates på en måte identisk med fig. 3a, den tredje rekke mates som rekken 20.

Denne anordning, viser seg, selv om man er nærmere en kompakt form, å være mindre godt i likevekt enn den foregående. Ikke desto mindre er intensitetsskillet på hver fase ikke mer enn vanligvis 5%. Fig.3c viser en anordning som omfatter fire rekker som tilsvarer en dublering av konfigurasjonen i fig. 3a idet det er anordnet rekker to av gangen på symmetrisk måte slik at elektrodene i hver av rekkene 23 og 24 ved siden av hverandre oppviser elektroder i fase. I denne anordning er hver del praktisk talt uavhengig av den andre, spesielt, når som antydet, hver del av ovnen mates av en transformator. Utveksling mellom delene er meget begrenset. Det hele er godt i likevekt. Figurene 3d og 3e oppviser anordninger som omfatter et større antall elektroder. I disse figurer er rekkeantallet det dobbelte av de foregående, hver omfattende seks elektroder. Faseanordning-en for en og samme rekke er symmetrisk på den tidligere måte hvorved hver del A og B praktisk talt virker uavhengig. Fig. 5 viser en anordning analog den i fig. 3c. I dette tilfelle er de individuelle elektroder erstattet av grupper på to elektroder. Elektrodene i en og samme gruppe er tilstrekkelig nær hverandre til praktisk talt å spille samme rolle som en enkelt elektrode i forhold til de andre elektrodegrupper.

I figurene 3 og 5 er trefase matetransformatoren vist skjematisk ved små triangler. Disse er anordnet i forhold til elektrode-gruppene. Dette mateskjerna er foretrukket men andre kan likeledes tenkes, spesielt i h.h.t. effekten til de benyttedé trans-

formatorer.

Fig. 4 viser det smeltede bad oppvarmet av de vertikale elektroder. Ovnen er vist i snitt på høyde med elektrodene 25 og 26.

I denne figur er badet av smeltet glass 27 dekket av et sjikt

28 av vitrifiserbart materiale. Dette sjikt oppnås fortrinnsvis på tradisjonell måte ved hjelp av et bevegelig matesystem som forsyner hele badoverflaten i h.h.t. en repeterende kompleks bevegelse. Denne anordning er ikke vist. Avstanden som skiller sjiktet av råstoff 28 fra lokket 29 til ovnen kan være relativt lite. Ikke desto mindre må det være tilstrekkelig høyt til å tillate bevegelse for mateanordningen.

I badet 27 har elektrodene 25 og 26 rollen som varmekilde slik

vi har sett tidligere og gir derved opphavet til konveksjons-strømmer. Disse er vist ved piler. Kun den generelle retning for konveksjonsstrømmene er vist. Bevegelsen er oppadstigende langs elektrodene. Det oppvarmede glass treffer deretter grense-flaten mellom det smeltede bad og det overliggende sjikt 28 og strømmen synker så, enten langs veggene eller i ovnens midtsone.

Sekundærbevegelser som induseres med større eller mindre intensi-tet ledsager hovedbevegelsen. Rent indikerende antyder pilene I retningen for disse induserte strømmer nær de oppadstigende strøm-mer .

Elektrodenes basis er beskyttet mot errosjon ved hjelp av sokler 30 av ildfast materiale som er spesielt motstandsdyktig.

Det utførelseseksempel som følger angår en elektrisk smelteovn for glass ment til fremstilling av isolasjonsfibre. Glasset som fremstilles krever således ikke en vesentlig raffinering. I denne anvendeIsestype blir glasset som kommer fra ovnen direkte ført til fibreringsmaskiner.

For denne anvendelsestype benytter man glass hvis vektsammen-setning karakteristisk er som følger:

Disse blandinger kan videre omfatte variable mengder MnO, BaO

og forskjellige elementer i små andeler. De kan videre inne-holde fluor i andeler som ikke går ut over vanligvis 4%.

Rollen til fluor er som kjent å lette smelting av vitrifiserbare materialer. I motsetning til det man observerer ved tradisjonell smelting med flamme gir nærværet av fluor i elektriske ovner ikke atmosfæreforurensningsproblemer p.g.a. de sterkt reduserte avløpsgassmengder fra ovnene.

For å oppnå disse glassblandinger benytter man en charge av rå-stoffer bestående av sand, feltspatt, boraks, natriumkarbonat, dolomit, kalk, fluss spat.

Chargen innføres i form av en grundig blandet blanding. Eventuelt blir chargen på forhånd kalsinert for å fjerne tilstedeværende vann.

Smeltingen gjennomføres i en ovn av den type som vises i fig. 5.

Overflaten av ovnsbunnen er 6 m x 8 m, altså 48 m 2. Dybden av badet kan variere som en funksjon av driftsbetingelsene. Den kan maksimalt være 1,6 m og tatt i betraktning av elektrodenes lengde synke til 1,10 m.

Elektrodene av molybden har en diameter på 70 mm. De er i kontakt med badet over en lengde av størrelsesorden 800 mm. Denne lengde kan modifiseres etter behov til 200 mm mer eller mindre. Energien fra det disponible nett er i størrelsesorden 11 000 kVa. Tap i transformatorer og ledninger reduserer den brukbare energi til 10 500 kVa. Spenningen som avgis på hver fase kan regu-leres og er maksimalt 200 volt.I funksjon av denne disponible energi er produksjonskapasiteten for ovnen maksimalt ca. 220 tonn/ dag eller 4,5 tonn/m <2>og pr. dag.

For.en høyere produksjon fastsettes temperaturen i massen av smeltet glass ved utløpet av ovnen til 1 4 50°C og det spesifikke forbruk ligger i størrelsesorden 850 kWh/tonn fremstilt glass. Ovnen kan også uten vanskelighet arbeide med redusert effekt og kan arbeide helt ned til 1 tonn/m 2/dag eller mindre.

For en produksjon på 50 tonn/dag er temperaturen i glasset ved utløpet ikke mer enn 1 250°C. Energiforbruket blir således i størrelsesorden 950 kWt/tonn.

De nevnte forbruk oppnås med blandinger som antydet tidligere hvortil det er satt 10% kalk.

Resultatene er bemerkelsesverdige ut fra det lave forbruksnivå som er angitt og den lave arbeidstemperatur, tatt i betraktning de smeltede mengder. Energiøkonomien som oppnås med denne ovn i forhold til eldre analoge ovner (for det samme produksjonsnivå) er over 6% uansett hvilken arbeidsmetode man velger.

Således tillater ovnen ifølge oppfinnelsen en forsinket arbeids-takt som ligger adskillig under det man kan gjøre med de analoge kjente ovner.

Disse forbedringer skyldes slik vi har sett den spesielle kon-struksjon av ovnen. Avstanden mellom elektrodene er spesielt 1,9 m, noe som tilsvarer et forhold:

En annen fordel med ovnene ifølge oppfinnelsen skyldes det faktum at for .en ekvivalent produksjon er arbeidstemperaturen lavere, erosjonen av ildfast materiale og elektroder er vesentlig redusert.

Levetiden for ovnen som er en viktig økonomisk parameter er således spesielt fordelaktig ifølge oppfinnelsen.

Claims (9)

1. Elektrisk smelteovn for vitrifiserbart materiale der smelteenergien fordeles ved Joule effekten i den smeltede masse, omfattende elektroder anordnet vertikalt på bunnen av ovnen og matet med trefasestrøm, karakterisert ved at elektrodene er fordelt på regulær måte over hele overflaten av bunnen i i det minste én ordnet gruppe omfattende to rekker av tre ekvidistante elektroder der hver mates med en av de tre faser angitt R, S og T, der rekkefølgen av elektrodene i de to rekker er omvendt (R, S, T og T, S, R) slik at de to midtre elektroder er i fase og de ytre elektroder er i forskjellig fase, hvorved avstanden som skiller to elektroder i samme rekke er lik avstanden som skiller to rekker.

2. Ovn ifølge krav 1,karakterisert ved at elektrodene er anordnet i et liketallet antall rekker av tre elektroder som utgjør de ordnede grupper (R, S, T; T, S, R) idet anordningen av gruppene er slik at elektrodene i to ved siden av hverandre stående rekker i to grupper har samme rekkefølge (R, S, T; R, S, T).

3. Ovn ifølge krav 2,karakterisert ved at avstanden mellom to rekker til to ved siden av hverandre liggende ordnede grupper er lik avstanden som skiller rekkene i en og samme gruppe.

4. Ovn ifølge krav 1,karakterisert ved at den omfatter tre rekker av elektroder og at rekkefølgen av fasene på elektrodene for rekker ved siden av hverandre er R, S, T; T, S, R; R, S, T.

5. Ovn ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den omfatter rekker med mer enn 3 elektroder der rekkefølgen til fasene på elektrodene snues for hver serie på tre elektroder (R, S, T; T, S, R; R, S, T;

6. Ovn, ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at elektrodene er fordelt på regulær måte over hele overflaten av bunnen S hvorved den minste avstand d som skiller elektrodene veksler slik at nd /S ligger mellom 0,4 og 1,4 hvorved n er antallet elektroder (eller grupper av elektroder).

7. Ovn ifølge krav 6,karakterisert ved at forholdet nd 2/S ligger mellom 0,6 og 1,25.

8. Ovn ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den minimale drifts-kapasitet ved langsom drift ligger under sjetteparten av den maksimale produksjon.

9. Ovn ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at elektrodene er erstattet av grupper av identisk sylindriske elektroder der akse-avstanden mellom to elektroder ved siden av hverandre i en og samme gruppe er minst lik to elektrodediametre og høyst lik åtte ganger denne diameter.