DD265890A1 - Elektrisch beheizter durchlass eines schmelzofens fuer silikatische stoffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Durchlass eines Schmelzofens fuer silikatische Stoffe, insbesondere alkaliarmes Glas, mit einem Durchlassrohr aus hitze- und korrosionsbestaendigem Metall. Erfindungsgemaess sind ein oder mehrere stabfoermige Widerstandsheizelemente, z. B. aus Wolfram, parallel zur Laengsachse innerhalb des Durchlassrohres im Abstand zur Durchlassrohrwand in vorzugsweise einer Ebene angeordnet. Sie werden von ausserhalb des Durchlassrohres angebrachten, an sich bekannten Stromzufuehrungen gehaltert. Die wirksame Laenge der Widerstandsheizelemente betraegt das 0,3- bis 1fache der Durchlassrohrlaenge. Die Beheizung von Glaesern geringer Leitfaehigkeit, auch bei Anfahrvorgaengen und temperaturbedingten Stroemungen, erfolgt ohne elektrische Durchfuehrung im Durchlassrohr. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Durchlaß eines Schmelzofens für silikatische Stoffe, insbesondere alkaliarmes Glas, mit einem Durchlaßrohr aus hitze- und korrosionsbeständigem Metall.

Charakteristik de· bekannten Stande« der Technik

Zwischen Schmelzofen für silikatische Stoffe und Arbeitswannen, Homogenisierungseinrichtungen, Speisen und derj, Wichen angeordnete Durchlasse für die Schmelze werden aus unterschiedlichsten Gründen beheizt. Das kann erforderlich sein bei Anfahrvorgängen, zum Einstellen oder Halten eines bestimmten Temperaturniveaus, zur Verbesserung der Homogenität bzw. Qualität der Schmölze usw.

Bereits aus DE-PS 1018593 ist der Einsatz von Elektroenergie hierfür bekannt, indem im Durchlaß eines brennstoffbeheizten Ofens vertieft bzw. im vertieften Durchlaß Elektroden angeordnet werden, zwischen denen die Schmelze durch Joulesche Wärme eine höhere Temperatur annimmt.

Eine derartige Behnizung setzt eine ausreichende Leitfähigkeit der Schmelze voraus, ist für Anfahrvorgänge ungeeignet und erhöht den Verschleiß des ohnehin stark belasteten Durchlasses.

Für stark korrosiv wirkende Schmelzen und besondere Schmelzverfehren sind rohrförmipe Durchlässe aus hitze- und korrosionsbeständigen Metallen, z.B. aus Edelmetallen, in Gebrauch gekommen.

Es ist aus DE-AS 1069345 bekannt, ein solches Durchlaßrohr mit einer Heizwicklung zu umgeben, die an eine regelbere Spannungsquelle angeschlossen ist.

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Neben der komplizierten Ausführung einer solchen Beheizung, mi*. Bruchgef'.hr der Heizwicklung, hat diese Lösung den Nachteil, c*iß der Wärmeübergang auf die Schmelze sehr träge und mit Verlusten erfolgt.

Bei dem aus US-PS 4352687 bekannten Durchlaß aus Molybdän, Wolfram, Tantal, Stahl oder Edelmetallen wird lediglich das aus gleichem Werkstoff bestehende Verbindungsstück von Durchlaßrohr zu dem angeschlossenen Konditionierungskanal äußerlich beheizt. Die installierte Heizeinrichtung wird hierbei fast ausschließlich nur zum Anfahren des Aggregates benutzt, wozu mit diesem Konstruktionsprinzip eine lange Zeit bis zum Aufschmelzen des Durchlasses gebraucht wird.

Eine regelbar beheizbare Durchlaß-Rohrleitung ist aus DE-AS 1056794 bekannt. Die Heizspannung ist an dib Enden eines Platinrohres angeschlossen, das Schmelzofen und Homogenisierungsbehälter verbindet und von einem keramischen Mantel umgeben ist.

Eine Beheizung des gesamten Durchlaßrohres entspricht in vielen Fällen nicht den technologischen Erfordernissen; sie hat wärmetechnische Nachteile, die durch die Beheizung der Schmelzo im Inneren des Durchlaßrohres entstehen und oftmals zu desson thermischer Überlastung führen. Schließlich führt die Anwendung von Edelmetallen zu unvertretbar hohen Kosten und muß auf hochwertige, z. B. optische, Gläser beschränkt bleiben.

Ein wirksames Beheizen des Durchlasses, vor allem in der Anfahrphase dos Ofens, ist aus US-PS 4029887 bekannt. Das bevorzugt aus Molybdän bestehende Durchlaßrohr reicht von der Schmelzofenmitte bis zu einem Verbindungskanal. Die Heizspannung wird zwischen einer dem Durchlaß gegenüberliegenden Elektrode nahe dem Ofenboden und einer Elektrode nahe dem Durchlaßrohrende im Kanal angelegt. Der Stromfluß erfolgt nacheinander durch die Schmelze und das Durchlaßrohr und er ist so im starken Maßo von der temperaturabhängigen elektrischen Leitfähigkeit der Schmelze beeinflußt. Das führt bei Unter schreitung bestimmter Temperaturen zum Versagen derartiger Anordnungen.

Für eine ganze Reihe alkaliarmer und damit elektrisch schlecht leitender Gläser sind derartige Lösungen nicht anwendbar.

Bei bestimmten Betriebsbedingungen besteht die Gefahr des Einfrierens des Durchlasses, was eine Beeinträchtigung der Betriebssicherheit des Schmelzaggregates darstellt.

Schließlich ist es aus DD-WP 227426 bekannt, ein Widerstandsheizelement beispielsweise im Durchlaß von Glasschmelzofen innerhalb der Schmelze anzuordnen. Das z. B. aus Wolfram bestehende Widerstandsheizelemente hat die Form eines Hohlzylindors, ist mit mäander- oder schraubenförmigen Leiterbahnen versehen und seine Längsachse ist in Strömungsrichtung der Schmelze orientiert.

Ein solches Widerstandsheizelement ist technisch schwer zu realisieren und bringt Probleme hinsichtlich der dauerhaften Fixierung der Leiterbahnen mit sich. Darüber hinaus erfordert die Montage von einem, gegebenenfalls auch mehreren hintereinander oder parallel angeordneten Widerstandsheizelementen im Durchlaß Durchführungen in den Durchlaßwänden, die bei metallischen Durchlaßrohren erhebliche Isolations- und Dichtungsprobleme verursachen.

Durch die Störanfälligkeit von Widerstandsheizelement und Durchführungen wird die Betriebssicherheit eines derartigen Durchlasses ungünstig beeinflußt.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, durch Verringerung der Störanfälligkeit die Betriebssicherheit und Lebensdauer für elektrisch beheizte Durchlässe mit metallischem Durchlaßrohr zu erhöhen und die Herstellungskosten zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Widerstandsbeheizung der Schmelze im metallischen Durchlaßrohr eines vorzugsweise für alkaliarme Gläser geeigneten Durchlasses vorzunehmen, bei der die Durchlaßrohrtemperatur die Schmelzentemperatur nicht übersteigt, Heizelemente vereinfachter Konstruktion eine hohe mechanische Stabilität aufweisen und elektrische Durchführungen im Durchlaßrohr vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungstamäß dadurch gelöst, daß ein oder mehrere stabförmige Widerstandsheizelemente aus einem hitze- und korrosionsbeständigem, elektrisch leitendem Material, z. B. Wolfram, parallel zur Längsachse innerhalb des Durchlaßrohres im Abstand zur Durchlaßrohrwand in vorzugsweise einer Ebene angeordnet sind. Die Widerstandsheizeiern jnta werden von außerhalb des Durchlaßrohres angebrachten, an sich bekannten Stromzuführungen gehaltert; mit diesen sind die Widerstandshelzelemnnte elektrisch leitend verbunden. Die wirksame Länge tines, bzw. bei mehreren, jedes st.abförmigen Wideretandsheizelemontes beträgt das 0,3- bis 1 fache der Durchlaßrohrlänge.

Nach weiteren Merkmaler, der Erfindung beträgt die Querschnittsfläche der stabförmigen Widerstandsheizelemente und deren Halterung in Strömunosrichtung im Durchlaßrohr 8% bis 12% der Querschnittsfläche des Durchlaßrohres. Die Widerstandeheizelemonte besitzen einen Durchmesser von 5mm bis 15mm, vorzugsweise 10mm. Sie sind im Durchlaß in Reihen- und/oder Parallelschaltung miteinander verbunden.

Weiterhin besteht das Durchlaßrohr vorteilhaft vorzugsweise aus Wolfram, ist durch Plasmaspritzen geformt und einer anschließenden Vakuumglüh· und Vakuumsinte^rbehandlung unterzogen. Am äußeren Umfang ist eine Schutzschicht aufgebracht bzw. das Rohr ist davon umgeben, die aus Glasmehl und/oder pulvrigen keramischen Massen mit Beigaben reduzierender Bestandteile besteht.

Nach anderen Merkmalen ist das oder die Widerstandsheizelemente, am der Halterung entgegengesetzten Ende, mit dem Durchlaßrohr elektrisch leitend verbunden. Dann weist der elektrische Widerstand des Durchlaßrohres zwischen der Verbindungsstelle und der Stromzuführungsstelle am Durchlaßrohr höchstens ein Drittel des elektrischen Gesamtwiderstandes des bzw. der Widerstandshei<;elemente auf. In einer Variante stützt sich das bzw. die Widerstandsheizelemente elektrisch isoliert gegen die Innenwand dos Durchlaßrohres ab. Schließlich betrifft ein Merkmal die Einführung der Widerstandsheizelemonte in das Durchloßrohr, die von einer oder von beiden Seiton erfolgt.

Ein derartiger Durchlaß gestiftet es, auf Grund seiner konstruktiven und energetischen Vorteile, den Strömungsquerschnitt gegenüber bekannten Durchlässen zu reduzieren. Auch aikaliarme Gläser geringer Leitfähigkeit können im Durchlaß

ausreichend beheizt werden. Anfahrvorgänge und St Jrungen im Temperaturrogims des Schmelzofens werden, den Durchlaß betreffend, sicher beherrscht, wodurch die Betriebssicherheit erhöht wird.

Widerstandsheizelemente einfachst geometrischer Form und sichere, (ton Durchlaß nicht gefährdende Heiterung und ~< Ko! iaktierung verringern die Anlagenkosten und erhöhen die lebensdauer der Anlage. Diese wird durch eine, gegenüber dom

Stromdurchgang durch das Rohr niedrigere Durchlaßrohrtemperatur ebenso günstig beeinflußt. Ausfuhrt! ngsbtisplel

Die Erfindung wird anhand schematischer Z( chnungen des Durchlasses beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen vertikalen Längsschnitt des Durchlasses mit elektrisch mit dem Durchlaßrohr verbundenem

Wider8tar.d8heizelemc>nt; Pig.2: einen horizontalen Längsschnitt mit isolierten Widerstandshelzolementen in Reihenschaltung.

Der Durchlaß leitet die Glasschmelze aus einem Schmelzofen 1 in einen Vorherd 2 durch die Ofenwände 3; er ist nahe dem Ofenboden 4 angeordnet. Das Durchlaßrohr 5 hat—abhängig vom Durchsatz—einen Durchmesser von 60mm bis 300mm, bei

einer Wandstärke von 3 mm bis 10mm, und besteht vorzugsweise aus Wolfram. Andere hitze- und korrosionsbeständige

Werkstoffe nlnd ebenso geeignet, wobei vor allem Moybdän zu nennen ist. Das Herstellungsverfahren — Plasmaspritzen, Vakuumglühen zur Beseitigung von Wasserstoff aus dem Gefüge und eine Sinterbehandlung im Vakuum oder einor geeigneten Atmospähre—zeichnen das Durchlaßrohr 6 aus und verleihen ihm günstige Einsatzeigenschafton bei hohen Temperaturen in

korrosiven Schmelzen.

Das Durchlaßrohr 5 ist zum Schutz vor Oxidation von einer Schutzschicht 6 umgeben. Diese befindet sich als dichte Packung

zwischem dem Durchlaßrohr 5 und den umgebenden Wänden cder wird auf das Durchlaßrohr 6 als gasundurchlässige Schichtnach bekannten Verfahren aufgebracht. Sie besteht aus einer Mischung von Glasmehl, SiO₂, ZrO₂, AI₂O₂ und gegebenenfalls

Beimengungen reduzierender Bestandteile oder aus einer dieser Komponenten. Durch teilweise Kristallisation beim Erhitzen

verfestigt sich dieses pulvrige Gemisch unter leicht reduzierenden Bedingu igen zu einer festhaftenden Schicht mit glasigem

Anteil. Letzterei gewährleistet die notwendige Gasundurchlässigkeit. Es ist vorteilhaft solche reduzierenden Beimengungen zu

wählen, die bei ihrer Oxidation keine gasförmigen Produkte bilden. Molybdän- oder Wolframpulver erfüllt diese Forderung inausreichendem Maße.

Parallel zur Lengsachse des Durchlaßrohres 5 ist nach Fig. 1 in diesem in der unteren Hälfte zwischen Mittelachse und Rohrwand

ein Widerstandsheizelement 7 angeordnet. Seine wirksame Länge beträgt etwa 80% der Durchlaßrohrlänge — es werden

Verhältnisse vom 0,3· bis Ifachen gevahlt — und es werden abhängig v>n der erforderlichen Heizleistung und der Stablänge Durchmesser von 6 mm bis 15 mm, vorzugsweise von 10 mm, verwendet. Mich das Widerstanrlsheizelement 7 besteht aus Wolfram oder ähnlichem elektrisch leitendem, hitze· und korrosionsbeständigem Werkstoff. An einem Ende wird das Widerstandsheizelement 7 von einem Verbindungsstück & aufgenommen, welches außerhalb des Üurchlaßrohres δ mit einer Stromzuführung 9 mechanisch verbunden ist. Die Stromzuführung 9 wird mit an sich bekannten Konstruktionselementen durch

den Ofenboden 4 geführt. Widerstandsheizelenunt 7 und Stromrsführung 9 sind elektrisch leitend verbunden.

Das andere Ende des Widerstandsheizelementes 7 ist durch den verbinder 10 mechanisch fest und elektrisch leitend mit dem Durchlaßrohr & verbunden. Gleiches gilt für das in der Nähe des Befestigungsortes des Verbinders 10 angebrachte Anschiußstück 11, das wiederum mit einer Stromzuführung 9' verbunden ist. Der Wide; stand des Teiles des Durchlaßrohres 5

zwischen Verbinder 10 und Anschlußstück 11 darf höchstens ein Drittel des Widerstandes des Widerstandsheizelementes 7betragen. Eine nennenswerte Erwärmung des Durchlaßrohres S durch den Stromduichgang wird so weitgehend vermieden.

Das Anschlußstück 11 und die Stromzuführung 9' sind in die Schutzschicht β mit eingebettet. Die Stromzuführungen 9; 9' sind an einer regelbaren Stromquelle 12 angeschlossen. Die Querschnittsfläche des Durchlaßrohres B steht zur Querschnittsfläche der c-dsamten Heizanordnung innerhalb des Durchlaßrohres 5 in Strömungsrichtung — in Fig. 1 der Verbinder 10 und gegebenenfalls der darüber hinaus ragende Teil des Verbindungsstückes 8—in einem vorgegebenen Verhältnis, um eine ungünstige Beeinflussung der Strömungsverhältnisse im

und nach dem Durchlaß zu vermelden. So beträgt diese Querschnittsfläche nicht mehr als 8% bis 12%.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Durchlaß kommen wege, ι der erforderlichen elektrischen Leistung zwei hinterei.iandergeschaltete Widerstandshelzelemente 7 zur Anwendung. In anderen Varianten we'den parallelgeschaltete Widerstandeheizelemente 7 oder

eine kombinierte Zusammenschaltung angewendet. So Ist auch eine vorteilhafte Anpassung an vorhandene

Strorviversorgungnanlagen realisierbar. Dabei würden die Wldertfandsheizelemente 7 gegebenenfalls in mehrere Ebenen

übereinander angt>ordnet; die Anwondung in einer Ebene wird Jedoch bevorzugt.

Di? .'uomiufOh.. r.jen 9 sind durch die Ofenwände 3 des Vooierdes 2 geführt. Breite des Vorherdes 2 oder Höhe des Durchlasses über dem Ofenboden 4 bestimmen die Art der Anbringung der Stromzuführungen 9; auch die Anbringung von

oben durch den Ofer.raum und die Schmelze ist anwendbar.

Innerhalb des Durchlaßrohres 5 sind die Enden der W Jersta.idshelzelemente 7 durch die Kontaktbrücke 13 verbunden. Die Stütze 14 hält die Kontaktbrücke 13 auf Abstand /ur Durchlaßrohrwand und somit die Widerstandsheizelpmente 7 parallel

zur Längsachse. Sie besteht ebenfalls aus einem 'litze- und korrosionsL«ständigem Material und benötigt keine mechanischfeste Verbindung mit dem Durchlaßrohr 5.

Die gleichiangen Widerstandshelzelemente 7 haben jedes etwa die halbe Länge des Durchlaßrohres 6, so daß die wirksame Länge des 0,5fache der Durchlaßrohrlän^e beträgt. Der Gesamtwiderstand der Heizanordnung bestimmt sich aus der Hintereinanderschaltung der Widerstandsheizelemente 7.

Bei langen Durchlässen erweist e* eich als vorteilhaft, die Widerstandshelzelemente 7 von beiden Selten in das Durchlaßrohr 6 einzuführen. Das kenn sowohl >.i der Variante mit Stütze 14 als auch mit elektrischer Verbindung der Widerstandsheizelemente 7 zum Durchlaßrohr 5 geschahen. Die Widerstandsheizelemente 7 werden dann vorzugsweise bis zur Mitte des Durchlaßrohres 5 geführt und so der Durchlaß auf der ganzen Länge beholzt. Die Heizgruppen werden hierbei bevorzugt von getrennten Stromquellen 12g:iepeist.

Claims (9)

1. Elektrisch beheizter Durchlaß eines Schmelzofens für silikatische Stoffe, insbesondere alkaliarmes Glas, mit einem Durchlaßrohr aus hitze- und korrosionsbeständigem Metall, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere stabförmige Widerstandsheizelemente (7) aus einem hitze- und korrosionsbeständigem, elektrisch leitendem Material, z.

B. Wolfram, parallel zur Längsachse innerhalb des Durchlaßrohres (5) im Abstand zur Durchlaßrohrwand in vorzugsweise einer Ebene angeordnet sind, die von außerhalb des Durchlaßrohres (5) angebrachten, an sich bekannten Stromzuführungen (9; 9') gehaltert werden und mit diesen elektrisch leitend verbunden sind und daß die wirksame Länge eines bzw. jedes stabförmigen Widerstandsheizelementes (7) das 0,3- bis 1 fache der Durchlaßrohrlänge beträgt.

Z. Durchlaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der stabförmigen Widerstandsheizelemente (7) und deren Halte-ungen in Strömungsrichtung im Durchlaßrohr 8% bis 12% der Querschnittsfläche des Durchlaßrohres (5) beträgt.

3. Durchlaß nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Widerstandsheizelemente (7) einen Durchmesser von 5 mm bis 15 mm, vorzugsweise von 10 mm, besitzen.

4. Durchlaß nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Widerstandsheizelemente (7) in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung miteinander verbunden sind.

5. Durchlaß nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchlaßrohr (5) vorzugsweise aus Wolfram besteht, durch Plasmaspritzen mit sich anschließender Vakuumglüh- und -Sinterbehandlung geformt ist und daß eine Schutzschicht (6) außer auf das Durchlaßrohr aufgebracht oder das Rohr davon umgeben ist, die aus Glasmeh! und/oder pulvrigen keramischen Massen mit Beigaben reduzierender Bestandteile zusammengesetzt ist.

6. Durchlaß nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das/die stabförmigen Widerstandsheizelement(e) (7) am der Halterung entgegengesetzten Ende mit dem Durchlaßrohr (5) elektrisch leitend verbunden ist/sind und daß der elektrische Widerstand des Durchlaßrohres (5) zwischen dieser Verbindungsstelle und der Stromzuführungsstelle am Durchlaßrohr (5) höchstens ein Drittel des elektrischen Gesamtwiderstandes der/des Widerstandsheizelemente(s) (7) beträgt.

7. Durchlaß nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das/die stabförmigen Widerstandsheizelement(e) (7) am der Halterung entgegengesetzten Ende gegen die Innenwand des Durchlaßrohres (G) abstützen.

8. Durchlaß nach Anspruch 1 bis 5 und einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheizelemente (7) von eine. Seite in das Durchlaßrohr (5) eingeführt sind.

9. Durchlaß nach Anspruch 1 bis 5 und einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheizelemente (7) von beiden Seiten in das Durchlaßrohr (5) eingeführt sind.