DE60306913T2

DE60306913T2 - Verfahren und elektrischer ofen zum schmelzen von glasartigen stoffen

Info

Publication number: DE60306913T2
Application number: DE60306913T
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Bizazza
Original assignee: Trend Group SpA
Current assignee: Trend Group SpA
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: WO2003084884A1; ES2268337T3; EP1497232A1; US7027481B2; AU2003214514A1; US20050175060A1; ITVI20020065A1; DE60306913D1; EP1497232B1; ATE333440T1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der glasartigen Materialien und betrifft insbesondere ein Verfahren und einen elektrischen Ofen für die Herstellung gläserner Mosaikmaterialien, keramischer Glasmassen und ähnlicher Erzeugnisse sowie für die Verglasung von Abfall.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass Kammeröfen oder Schmelztiegel oder kontinuierliche Kanalöfen, die sich voneinander hinsichtlich der Verfahren für den Schmelzvorgang unterscheiden, verwendet werden können für die Herstellung gläserner Materialien, wie zum Beispiel einem Mosaikerzeugnis, das zusammen gesetzt ist aus einer gläsernen Masse.
Bei Kammeröfen werden die rohen Materialen, die in dem Tiegel enthalten sind erst erhitzt auf eine hohe Temperatur, um sie zu schmelzen und um die gläserne Mischung zu bilden und andere rohe Materialien, wie zum Beispiel, Siliziumsand, werden dann hinzugefügt um eine matte Wirkung und eine kristalline Körnung zu erzielen, schließlich werden die Materialien gekühlt bevor sie zu geeigneten Formmaschinen gefördert werden, um das Endprodukt herzustellen, zum Beispiel gläsernes Mosaikmaterial.
Auf Grund dieser Verfahrensmerkmale sind Schmelztiegel geeignet für kleinen Produktausstoß, der sich zwischen 100 und 3000 kg gläserner Produkte pro Tag bewegt. Bei kontinuierlichen Öfen sind die unterschiedlichen Stufen der Herstellung räumlich getrennt, werden aber zeitgleich durch geführt. Die rohen Materialien, die das primäre, gläserne Gemisch bilden werden kontinuierlich geschmolzen in einem Tiegel, der mittels untergetauchter Durchlässe oder Gullie mit einem Kanal verbunden ist. Stoffe, die erforderlich sind für die Herstellung der matten Wirkung werden dem Kanal zugegeben. Ein Gussbehälter, der die Formmaschinen versorgt, ist an dem anderen Ende des Kanals angeordnet.
Anders als Schmelztiegel sind kontinuierliche Öfen geeignet für größere Produktzahlen, die 5000 kg gläserner Produkte pro Tag überschreiten.
Keramische Glasmassen werden gewerblich in Öfen der kontinuierlichen Art hergestellt. Zur Zeit werden Schmelzöfen von der Sauerstoff-Verbrennungsart besonders bevorzugt. In Anbetracht von deren kleinen Abmessungen wird für diese Anwendungen die Verwendung von effizienten aber teuren Systemen zum Vorheizen der Verbrennungsluft, wie zum Beispiel Regeneratoren, vermieden. So werden die Dämpfe direkt in den Abzug gefördert noch bei einer hohen Temperatur. Auf Grund des beachtlichen Einflusses der Dampfemissionen auf die Umgebung müssen in Übereinstimmung mit neuerer Gesetzgebung Öfen für keramische Glasmassen auch ausgestattet sein mit einer Vorrichtung zum Filtern der Dämpfe von der Art der Hüllenfilter. Diese Anlagen haben nicht nur hohe Installationskosten sondern sind auch teuer zu betreiben auf Grund von des großen Volumens der Dämpfe und auch auf Grund des Mischens mit Umgebungsluft, die erforderlich ist, um die Temperatur abzusenken auf Bereiche, die verträglich sind mit den verwendeten Filtern.
Öfen zur Verglasung von Abfall stellen zur Zeit eine Art von Anlage dar, die noch im Versuchsstadium ist. Die rohen Materialien, die die verglasbare Mischung bilden, bestehen ganz oder zum Teil aus giftigem Abfall mit anorganischer Herkunft, so wie zum Beispiel der Rest aus RSU Verbrennungen und die Schlacke, die sich aus der Verarbeitung von Metallen und zusammen gesetzten Materialien, die Asbest enthalten, ergibt. Das Ziel dieser Art von Behandlung von gefährlichem Abfall ist es Glas herzustellen, das eine geeignete chemische Stabilität aufweist und das, selbst wenn es nicht ganz veredelt ist, wieder verwendet werden kann als ein halb verarbeitetes Produkt in der Keramik-, Glasfaser- und Schaumglasindustrie für Wärmeisolierung oder Kacheln, die im Baugewerbe verwendet werden.
Bei all den oben genannten Verarbeitungsverfahren ist das Verfahren zum Schmelzen der gläsernen Produkte, wie das für keramische Glasmassen und für die Verglasung von Abfall, gekennzeichnet durch die Produktion von Glas, dasnicht ganz frei ist von inneren Luftblasen, es ist nämlich nicht veredelt. Die verglasbare Mischung kann zudem Elemente enthalten, die leicht verdampfen und kann deshalb eine beachtliche und problematische Auswirkung auf die Umwelt haben.
Schließlich wird es, da die Zusammensetzung der Mischung häufigen Wechseln ausgesetzt ist für die Herstellung von Produkten mit einer anderen Farbe und Dämmwirkung zur Beschleunigung der Vorgänge der Ersetzung von Material, bevorzugt, sehr niedrige Pegel an Glas zu verwenden.
Im Allgemeinen besteht ein Nachteil von einigen Lösungen darin, dass die Dicke der Schicht der verglasbaren Mischung, die auf der Oberfläche des Schmelzbads abgesetzt wird, begrenzt ist und nicht ausreicht die Dispersionen abzuschirmen, die bestrahlt werden zu dem Aufsatz des Ofens. So können einige Anteile in der Mischung leicht verdampfen und sich mit den Abgasen vermischen, wobei sie diese kontaminieren.
Auf grund ihrer hohen Temperatur und des schädlichen Inhalts erfordert das bestehende Gesetz zum Abfall die Verwendung von teuren Filteranlagen.
Das Deutsche Patent Nr. 1 080 740 offenbart einen Ofen für gläserne Materialien mit einem Tiegel mit einer polygonalen Form in ebener Ansicht, der geeignet geformt ist, um eine gleichmäßige Temperatur in dem Schmelzbad zu gewährleisten. Elektroden sind auf den Seitenwänden des Ofens und zum zentralen Bereich des Tiegels montiert, und erzeugen, wenn sie geeignet mit Energie beaufschlagt sind mittels elektrischer Transformatoren, einen diffusierten Strom in dem Schmelzbad.
Dieser diffusierte Strom erwärmt die gläserne Mischung, die in dem Tiegel enthalten ist, als ein Ergebnis des Joule-Effekts. Während ständigen Betriebs wird die gläserne Mischung abgelagert auf der oberen Oberfläche des Schmelzbads, um eine gleichmäßige Schicht zu bilden, während eine Öffnung am Boden und nahe der Ecke des Tiegels es dem geschmolzenen Glas ermöglicht auszufließen.
Ein Nachteil der betrachteten Lösung besteht in der beachtlichen Dicke der Pegel an Glas auf grund der Form des Tiegels und der Anordnung der Elektroden. Dies stellt eine Beschränkung dar, wenn die gläserne Mischung häufig gewechselt werden muss, da es die Zeit erhöht, die gebraucht wird zum Wechseln der Mischung an rohen Materialien, die zu verglasen sind.
Ein zweiter Nachteil der fraglichen Lösung besteht in der Tatsache, dass die Enden der Elektroden frei eingetaucht sind in das Schmelzbad, wodurch sich eine hohe Stromintensität in der Nähe der Enden ergibt. Aus diesem Grund sind die eingetauchten Enden der Elektroden schnellem Verschleiß ausgesetzt.
US-A 4143232 offenbart einen Glasofen mit drei Gruppen von Elektroden, die in dem SchmelzTiegel angeordnet sind an drei verschiedenen Höhen um Konvektionsströme in dem Schmelzbad zu erreichen. Die Gruppen von Elektroden, die an der oberen Höhe, weit von dem Boden angeordnet sind, spielen eine sehr wichtige Rolle während des Verfahrens, da sie es ermöglichen, das Schmelzbad flacher und stabiler zu halten. Überdies sind die zwei anderen Gruppen von Elektroden an verschiedenen Höhen und Abständen von den Seitenwänden des Tiegels angeordnet, um die Steuerung der Konvektionsströme und der Form des Schmelzbads zu verbessern.
DE-C 564 491, die als der nächste Stand der Technik angesehen wird, auf dem der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5 basiert, offenbart einen elektrischen Ofen mit einer Vielzahl von am Boden angeordneten Elektroden. Jede Elektrode hat einen variablen Querschnitt und eine Unterbrechung in Entsprechung mit einem zentralen Bereich des Bads. Diese Unterbrechung bestimmt einen inneren Raum, aus dem die Konvektionsströme des Schmelzbads herrühren. Dieser bekannte Ofen sieht nichts vor zur Verminderung der Abnutzung an der Spitze der Elektroden.
Offenbarung der Erfindung
Eine vorrangige Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu beseitigen, indem ein Verfahren und ein Ofen vorgesehen wird für die Herstellung von gläsernen Mosaikmaterialien, keramischer Glasmassen und ähnlicher Erzeugnisse sowie für die Verglasung von Abfall, die die Eigenschaften niedriger Kosten und begrenzter Auswirkung auf die Umwelt haben.
Eine besondere Aufgabe ist es, einen Ofen mit kaltem Aufsatz vorzusehen, der in der Lage ist, die Abnutzung an der Spitze der Elektroden zu vermindern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Ofen vorzusehen, der eine Reduktion der Zeit ermöglicht, in die erforderlich ist, um das verglasbare Material zu wechseln.
Eine weitere besondere Aufgabe ist es, einen elektrischen Ofen vorzusehen, der so ausgebildet ist, dass der spezifische Leistungsverbrauch begrenzt ist.
Diese Aufgaben zusammen mit anderen, die im folgenden deutlicher werden, werden erreicht mit einem Verfahren für das Schmelzen verglasbarer Materialien, insbesondere für die Herstellung gläserner Mosaikmaterialien und keramischer Glasmassen sowie für die Verglasung von Abfall gemäß Anspruch 1.
Als ein Ergebnis dieses Verfahrens wird es möglich sein, die Abnutzung an der Spitze der Elektroden zu vermindern.
Entsprechend einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung einen elektrischen Ofen vor für das Schmelzen verglasbarer Materialien, insbesondere für die Herstellung gläserner Mosaikmaterialien und keramischer Glasmassen sowie für die Verglasung von Abfall, in dem das Primärmaterial häufig gewechselt wird gemäß Anspruch 5.
Vorzugsweise sind die Elektroden im wesentlichen zylindrisch und gerade und weisen eine Länge auf, die mindestens gleich dem Abstand ist zwischen den sich gegenüber liegenden Seitenwänden des Tiegels und im wesentlichen parallel zu einander angeordnet sind mit einem vorgegebenen gegenseitigen Abstand, um so die Verteilung des elektrischen Stroms in dem Schmelzbad zu optimieren.
Dank dieses kennzeichnenden Merkmals ist es möglich, eine gleichmäßige Verteilung der Leistung in dem Schmelzbad zu erreichen.
Vorteilhafterweise haben die Elektroden ein longitudinales Ende, das fest gesichert ist an einer Seitenwand des Tiegels, und das andere longitudinale Ende ist in Anlage mit der gegenüber liegenden Seitenwand, um leicht zusammen gedrückt oder gespannt zu sein an der Spitze. Als ein Ergebnis dieser Maßnahme, ist es möglich, die elektrische Kontinuität zu gewährleisten selbst nach einem möglichen Bruch oder Splittern der Elektroden. Zudem ist das kennzeichnend hohe Maß der Abnutzung der Spitzen vermieden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Eigenschaften und Vorzüge der Erfindung werden besser verstanden anhand der genauen Beschreibung einiger bevorzugter aber nicht ausschließlicher Ausgestaltungen des elektrischen Ofens gemäß der Erfindung, der dargestellt ist mittels einem nicht beschränkenden Beispiels mit Hilfe der beigefügten Zeichnungsblätter, von denen:
1 eine geschnittene Seitenansicht des Ofens insgesamt zeigt,
2 einen Querschnitt durch das Schmelzbad und die Elektroden zeigt,
3 eine ebene Ansicht eines bevorzugten Beispiels des Ofens gemäß der Erfindung zeigt,
4 eine ebene Ansicht eines zweiten bevorzugten Beispiels des Ofens gemäß der Erfindung zeigt,
5 Diagramme des spezifischen elektrischen Verbrauchs zeigt, die dargestellt sind gemäß dem Wert des durchschnittlichen Tagesverbrauchs.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung
Mit besonderem Bezug auf die Figuren, bezieht sich die folgende Beschreibung auf einen elektrischen Ofen für das Schmelzen verglasbarer Materialien, insbesondere für die Herstellung gläserner Mosaikmaterialien und keramischer Glasmassen sowie für die Verglasung von Abfall gemäß der Erfindung, wobei der Ofen insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
Der Ofen 1 umfasst einen SchmelzTiegel 2 zur Aufnahme eines Schmelzbads 3, das im wesentlichen gebildet ist durch einen Boden 4 und durch Seitenwände 5, auf die sich oft bezogen wird als "Palisaden". Geeignete Auslasskanäle 6 sind in dem Boden gebildet, um das Entsorgen des geschmolzenen Materials aus dem Tiegel 2 zu ermöglichen und zu erleichtern.
Bewegungs- und Transporteinrichtungen 7 sind vorgesehen zum Einführen von einem ersten Stapel verglasbaren Materials V in den Tiegel 2 und zum Ablegen einer Deckschicht C auf dem Schmelzbad 3. Die Bewegungs- und Transporteinrichtungen 7 können aus einem Förderband 8 oder ähnlichen Vorrichtungen bestehen, die durch die Mündung des Ofens (nicht dargestellt in den Zeichnungen) gehen.
Während des Startens des Ofens werden herkömmliche Heizeinrichtungen, vorzugsweise vom Verbrennungstyp (nicht dargestellt in den Zeichnungen und von einer an sich bekannten Art) verwendet zum Schmelzen, zumindest teilweise, des verglasbaren Materials V und zur Ausbildung des Schmelzbads 3 auf diese Art. Nachdem das Schmelzbad geschaffen wurde, ist es möglich den Ofen anzuheizen durch Verwendung elektrischer Einrichtungen.
Vorteilhafterweise wird das elektrische Heizen des Ofens mittels eines elektrischen Stroms bewerkstelligt, der in dem Schmelzbad 3 diffundiert, wobei der Strom Wärme erzeugt als ein Ergebnis des Joule Effekts. Zu diesem Zweck sind eine Vielzahl von Elektroden 9, die eine vorbestimmte Form und Stellung haben, auf eine solche Weise vorgesehen in dem Tiegel 2, dass der elektrische Strom zwischen ihnen fließt.
Die Elektroden 9 können mit einem einphasigen Wechselstrom R-S versorgt sein, wobei im allgemeinen die Hälfte der Elektroden 9 mit dem Leiter R und die verbleibende Hälfte mit dem Leiter S verbunden sind. Bei einem anderen Beispiel der Ausgestaltung können die Elektroden 9 mit einem dreiphasigen Wechselstrom R-S-T versorgt sein.
Gemäß der Erfindung liegen die Elektroden 9 im wesentlichen auf dem Boden 4 auf, so dass der Pegel B des Schmelzbads 3 auf ein Minimum reduziert ist mit einer daraus folgenden Reduktion der erforderlichen Zeit zum Wechseln des ersten Stapels und des Leistungsverbrauchs Vorzugsweise sind die Elektroden 9 zylindrisch und gerade und im wesentlichen parallel zu einander angeordnet mit einem vorgegebenen gegenseitigen Abstand D, D', um so die Verteilung des elektrischen Stroms in dem Schmelzbad 3 zu optimieren.
Die Länge L der Elektroden 9 ist mindestens gleich dem Abstand zwischen den sich gegenüber liegenden Seitenwänden des Tiegels 2. Auf diese Weise ist der Oberflächenbereich der Elektroden 9, der in Anlage ist mit den Materialien des Schmelzbads 3, erhöht. Zudem haben die Elektroden 9 ein 1ongitudinales Ende, das fest gesichert ist an einer Seitenwand 5 des Tiegels 2, und das andere longitudinale Ende ist in Anlage mit der gegenüber liegenden Seitenwand 5, um leicht zusammen gedrückt oder gespannt zu sein an der Spitze. Als ein Ergebnis des weiten Bereichs der Anlage zwischen den Elektroden 9 und dem Schmelzbad 3 und der Abwesenheit von Elektroden, die ihre Spitzen frei eingetaucht haben in das Schmelzbad 3, ist es möglich die Stromintensität und folglich das Phänomen der Abnutzung zu begrenzen.
Die Spannungen, die verbunden sind mit nicht vorhersehbaren thermischen Setzbewegungen könnte Anlass geben für Bruchrisse oder Spalte. Der leichte Druck, dem die Elektroden 9 ausgesetzt sind, trägt dazu bei, die elektrische Kontinuität zu gewährleisten auch in dem Fall von Bruch oder Splittern der Elektroden 9.
Die Seitenwände 5 des Tiegels 2 haben eine minimale Höhe H, die größer ist als der maximale Wert des Pegels B des Schmelzbads 3 plus der maximalen Dicke S der Deckschicht C. Diese minimale Höhe H der Seitenwände 5 des Tiegels 2 kann zwischen 35 und 60 cm sein, wenn der Durchmesser der Elektroden 9 zwischen 2,54 cm (1'') und 6,35 cm (2 1/2'') ist. Wenn andererseits der Durchmesser der Elektroden 9 zwischen 3,81 cm (1 1/2'') und 5,08 cm (2'') ist, dann ist die minimale Höhe H der Seitenwände 5 vorzugsweise zwischen 40 und 60 cm.
Da der Durchmesser der Elektroden 9 vergleichbar ist mit dem Pegel B des Schmelzbads 3, könnten die Elektroden 9 das Entleeren des geschmolzenen Glases behindern. Aus diesem Grund erstrecken sich die Kanäle 6 zum Ablassen zumindest teilweise unterhalb der Elektroden 9.
Die Kanäle 6 zum Ablassen können zumindest einen Hauptaufnahmekanal 10 umfassen, der verbunden ist mit der Aussenseite des Ofens mittels einem Entsorgungsschacht 11. Der Hauptkanal 10 kann eine Richtung haben, die im wesentlichen parallel ist zu den Elektroden 9.
Bei einer anderen Ausgestaltung kann der Hauptkanal 10 eine Richtung haben, die im wesentlichen senkrecht ist zu den Elektroden 9. Zudem ist es möglich auch eine Vielzahl von Nebenaufnahmekanälen 12 zu verwenden, die verbunden sind mit dem Hauptkanal 10, insbesondere bei der Ausgestaltung, bei der die Elektroden 9 senkrecht sind zu dem Hauptkanal 10.
Vorzugsweise sind die Haupt- und Nebenaufnahmekanäle 10, 12 quer zueinander und erstrecken sich vollständig unterhalb der Elektroden 9.
Der Ofen ist oben mit einem Aufsatz 13 verschlossen, der über dem Boden 4 angeordnet ist an den Seitenwänden 5.
Im Betrieb wird ein erster Stapel von verglasbarem Material V in den Tiegel 2 über die Einlassmündung des Ofens eingeführt (nicht dargestellt in den Zeichnungen) und mittels der Förder- und Transporteinrichtungen 7.
Nur während der anfänglichen kalten Ofenphase, wird die Ladung von Material V vorgeheizt mit herkömmlichen Heizeinrichtungen, um sie so wenigstens teilweise zu schmelzen und das Schmelzbad 3 zu bilden mit einem Pegel B. An diesem Punkt wird das Heizen des Ofens gestartet durch Beaufschlagen der Elektroden 9 mit Energie aus einphasigem oder dreiphasigem elektrischem Strom, um so die verglasbaren Materialien V vollständig zu schmelzen.
Eine Deckschicht C von verglasbaren Materialien im festen Zustand wird auf der oberen Oberfläche des Schmelzbads 3 abgesetzt, um so die Wärmeabgaben des Bads aufzunehmen und um den Aufsatz 13 des Ofens abzuschirmen.
Auf grund der Stellung der Elektroden 9, die über ihre gesamte Länge auf dem Boden 4 aufliegen, wird eine reduktion des Pegels B des Schmelzbads 3 erhalten mit einer daraus folgenden Reduktion der erforderlichen Zeit zum Wechseln des ersten Stapels und des Leistungsverbrauchs.
5 zeigt Diagramme, die den spezifischen elektrischen Verbrauch zeigen, der normiert ist mit Bezug auf die Masseeinheit des hergestellten Glases für den Fall eines Ofens mit einem Boden mit einer quadratischen Form gemäß der Erfindung und mit den Parametern des spezifischen Verbrauchs (Tonne/Tag m² _Boden).
Der spezifische Verbrauch ist abhängig von beiden Abmessungen des Ofens und der hergestellten Glasmenge, ausgedrückt in Tonnen von Glas pro Tag. Mit einer Zunahme der Abmessungen gibt es offensichtlich eine Zunahme in beiden den Dispersionen und der täglich hergestellten Glasmenge.
Aus dem Verhältnis von Dispersionen zu hergestellter Glasmenge geht hervor, dass für den selben täglichen Durchsatz (normiert mit Bezug auf den Oberflächenbereich des Bodens) die verbrauchte Energie pro Einheit des Produkts abnimmt bei einer Zunahme den Oberflächenbereichs des Bodens.
Wie in 5 gesehen werden kann nimmt der spezifische Verbrauch auch ab bei einer Zunahme des spezifischen Durchsatzes. Im Rechenbeispiel wurden Werte eines spezifischen Durchsatzes verwendet, die von 3250 bis 3750 kg/Tag m² _Boden) reichen.
Es kann gesehen werden, wie mit einem geeigneten Oberflächenbereich des Bodens und mit dem oben genannten Werten für spezifischen Durchsatz, es möglich ist, leicht spezifische Verbrauchsniveaus zu erreichen von bis zu 0,6 kWh/kg.
Bei Betriebsverhältnissen hängt die Menge elektrischer Leistung, die in dem Schmelzbad 3 fließt, ab von dem elektrischen Widerstand des Glases, der variiert in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Glases selbst. Der Verbrauch an Strom hängt nicht nur von dem Unterschied im Potential an den Anschlüssen der eingetauchten Elektroden und dem elektrischen Widerstand des geschmolzenen Glasbades ab sondern auch auf entscheidende Weise von der geometrischen Verteilung der Elektroden.
Die begrenzende Wirkung muss auch berücksichtigt werden bei der Berechnung des elektrischen Widerstands zwischen den eingetauchten Elektroden. In der Tat wurde das Volumen, das von dem geschmolzenen Glasbad eingenommen wird, reduziert im Vergleich mit einem herkömmlichen elektrischen Ofen. Deshalb ändern die Schnittstellen, die das Schmelzbad 3 begrenzen, deutlich den Potentialbereich und die vereinfachte Theorie von unbegrenzten Einrichtungen, die normalerweise angenommen wird in großen elektrischen Öfen ist nicht mehr gültig.
Der Potentialbereich hängt auch ab von der Art der verwendeten Versorgung mit elektrischer Leistung: ein einphasiges Wechselspannungssystem kann nur bei Öfen mit kleinen Abmessungen berücksichtigt werden, wohingegen das dreiphasige System im allgemeinen vorzuziehen und verpflichtend ist bei Öfen mit großen Abmessungen.
Eine homogene Verteilung der Leistung in dem Schmelzbad ist wesentlich für den richtigen Betrieb eines elektrischen Ofens. Eine zweite Bedingung, die vom Betriebs-/Entwurfstyp ist, betrifft die Grenzwerte der Stromdichte in dem Glas an den Elektroden 9.
Im Fall von gewerblichem Glas ist es ratsam, nicht eine Stromdichte von 2 A/cm² zu überschreiten, wohingegen in dem Fall von Glas mit hoher Qualität oder besonders reich mit Zusätzen, die korrosiv sind für die Elektroden 9, ist es ratsam, nicht eine Dichte von 0,7 A/cm² zu überschreiten. Diese zweite bedingung ergibt das Erfordernis, die Elektroden 9 mit einer beachtlichen Länge zu entwerfen und wegen des niedrigen Pegels B des Glases müssen diese Elektroden seitlich in die Seitenwand 5 eingesetzt sein und müssen auf dem Boden 4 aufliegen entlang ihrer gesamten Länge.
Mit Bezug auf 2 zeigt Tabelle 1 ein Beispiel für eine Berechnung der angelegten Spannung Vapp, des Stroms I und der Stromdichte i an den Elektroden 9 (Effektivwerte) als eine Funktion der gegenseitigen Abstände D, D' zwischen den Elektroden 9.
Die Berechnung bezieht sich auf einen Ofen mit Boden 4 mit Abmessungen von ungefähr 4 m² mit einer quadratischen, ebenen Auslegung, deren Leistung gerechnet wurde mit ungefähr 343 kW Bei dem spezifischen Durchsatz von 3540 kg/(Tag m² _Boden) Tabelle 1 Charakteristische Spannungs- und Stromdaten (Effektivwerte) des Ofens gemäß 2 mit einphasiger Leistungszufuhr (ρ_glas ∼ 3,45 Ω cm). Der Zustand bei dem gleichförmige Verteilung der Ströme in dem geschmolzenen Glas ist, ist hervorgehoben gezeigt.

I_n Strom in der Elektrode n
i_n Stromdichte an der Schnittstelle n Glas-Elektrode
I_D(D') Strom in dem Glas zwischen seitlicher und zentraler Elektrode (D', zwischen zentralen Elektroden) des Schmelztiegels gemäß 2

In dem Fall, in dem der Ofen angetrieben ist mit einer dreiphasigen Wechselspannung R-S-T nimmt die Stromdichte an den Elektroden 9 ab. Die folgende Tabelle 2 zeigt die selbe Berechnung, die in der Tabelle 1 dargestellt ist. In diesem Fall sind mit Bezug auf 2 die zwei äußeren Elektroden angeschlossen an die Phase R, die zweite Elektrode von links ist angeschlossen an die Phase S und die verbleibende Elektrode an die Phase T, was eine Dreiecksschaltung ergibt, die symmetrisch versorgt ist.
Tabelle 2 Charakteristische Stromdaten (Effektivwerte) des Ofens gemäß 2 mit dreiphasiger Leistungszufuhr (ρ_glas 3,45 Ω cm). Der Zustand, bei dem gleichförmige Verteilung der Ströme in dem geschmolzenen Glas ist, ist hervorgehoben gezeigt.

I_n Strom in der Elektrode n
i_n Stromdichte an der Schnittstelle n Glas-Elektrode
I_{R(S, T)} Phasenstrom R (S, T) in dem Fall der zentralen Elektroden der Strom in der Elektrode ist gleich dem Phasenstrom S und T
J_ST Leitungsstrom zwischen den Phasen S und T
I_D(D') Strom in dem Glas zwischen seitlicher und zentraler Elektrode (D', zwischen zentralen Elektroden) des Schmelztiegels gemäß 2

Aus dem oben gesagten ist es klar, dass mit dem Verfahren gemäß der Erfindung und seiner Umsetzung mittels einem elektrischen Ofen gemäß den Ansprüchen es möglich ist, die vorbestimmten Ziele zu erreichen und insbesondere auf eine kosteneffektive Weise das Schmelzen von verglasbaren Materialien zu bewerkstelligen, insbesondere für die Herstellung gläserner Mosaikmaterialien und keramischer Glasmassen sowie für die Verglasung von Abfall unter Verwendung elektrischer Energie.
Insbesondere ist es mit dem Verfahren gemäß der Erfindung möglich einen Ofen mit einem kalten Aufsatz vorzusehen, der in der Lage ist, die Temperatur abzusenken und die Menge der verschmutzenden Substanzen, die in den Gasen enthalten sind, die in die Atmosphäre abgelassen werden, wobei der spezifische Leistungsverbrauch begrenzt wird. Zudem ist es mit der Erfindung möglich, die Zeit zu begrenzen, die erforderlich ist zum Wechseln des verglasbaren Materials.
Das Verfahren und der Ofen gemäß der Erfindung sind vielerlei Änderungen und Variationen ausgesetzt, die alle in die erfinderische Idee fallen, die in den Ansprüchen ausgedrückt ist. Alle Einzelheiten können ersetzt werden durch andere technisch gleichwirkende Elemente und die Materialien können variieren entsprechend den Erfordernissen ohne aus dem Schutzbereich der Erfindung zu gelangen.
Obwohl der Gegenstand der Erfindung beschrieben wurde mt besonderem Bezug auf die beigefügten Figuren, werden die Bezugszeichen, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, verwendet um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern und nicht um in irgendeiner Weise den beanspruchten Schutzbereich zu begrenzen.

Claims

Verfahren zum Schmelzen glasartiger Materialien (V), insbesondere für die Herstellung gläserner Mosaikmaterialien und keramischer Glasmassen sowie für die Verglasung von Abfall, bei der das erste Material häufig gewechselt werden muss, mit den folgenden Schritten: – Vorsehen eines Schmelztiegels (2) mit einem Boden (4) und Seitenwänden (5) aus feuerfestem Material zur Aufnahme eines Schmelzbads (3) mit einem vorbestimmten Pegel (B) und mindestens einem Kanal (6) zum Ablassen des geschmolzenen Materials, wobei dieser Tiegel weiter einen Aufsatz (13) umfasst, der über diesem Boden (4) angeordnet ist, – Einführen einer ersten Ladung von glasartigen Materialien (V) in diesen Tiegel (2) über einen Einlass davon, – Vorsehen innerhalb des Tiegels (2) einer Vielzahl von Elektroden (9) mit einer vorbestimmten Form und Länge (L), die angeordnet sind, um vollständig diese glasartigen Materialien (V) mittels diffuser elektrischer Ströme zu schmelzen, – Ablegen einer Deckschicht (C) von glasartigen Materialien (V) in festem Zustand auf die obere Fläche dieses Schmelzbads (3) um so die Dispersion von Hitze aus dem Bad (3) aufzunehmen und den Aufsatz (13) des Ofens abzuschirmen, – wobei alle Elektroden (9) so angeordnet sind, dass sie auf der selben Höhe auf dem Boden (4) über ihrer gesamten Länge (L) ruhen, um den Pegel (B) des Schmelzbads (3) auf ein Minimum zu reduzieren mit einer daraus folgenden Reduktion der zum Ändern der ersten Ladung und des Leistungsverbrauchs erforderlichen Zeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (9) mit einem länglichen Ende fest gehalten sind an einer Seitenwand (5) des Tiegels und das andere längliche Ende die gegenüber liegende Seitenwand (5) berührt, um so etwas zusammen gedrückt oder gespannt zu sein an der Spitze.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der ersten Ladung begrenzt ist durch Aufnahme des Pegels (B) mit vorbestimmten Werten, die von dem Durchmesser der Elektroden (9) abhängen.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel (B) innerhalb von Werten gehalten ist, die zwischen dem zwei- und sechsfachen der durchschnittlichen Durchmesser der Elektroden (9) sind, wobei diese durchschnittlichen Durchmesser zwischen 2,54 cm und 5,08 cm sind.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Bodens (4) des Schmelztiegels und die durchschnittliche besondere Ladung an glasartigen Materialien (V) so ausgewählt sind, dass der Verbrauch an Leistung geringer gehalten ist als oder gleich ist mit 0,6 kWh für jedes Kilogramm an hergestelltem Glas.
Elektrischer Ofen zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche mit – einem Schmelztiegel (2) mit einem Boden (4), Seitenwänden (5), Kanälen (6) zum Ablassen des geschmolzenen Materials, – Einrichtungen (7) zum Einführen einer ersten Ladung von glasartigen Materialien (V) in diesen Tiegel (2) und zum Ablegen einer Deckschicht (C) auf das Schmelzbad (3) mit einem vorbestimmten Pegel (B), – einer Vielzahl von Elektroden (9), die innerhalb des Tiegels (2) angeordnet sind, um diese glasartigen Materialien (V) mittels diffuser elektrischer Ströme zu schmelzen und geschmolzen zu halten, wobei die Elektroden eine Gesamtlänge (L) und eine vorbestimmte Position haben, – wobei dieser Tiegel (2) weiter einen Aufsatz (13) umfasst, der über diesem Boden (4) angeordnet ist, und alle Elektroden (9) so angeordnet sind innerhalb des Tiegels (2), dass sie im wesentlichen auf der selben Höhe auf dem Boden (4) ruhen, um den Pegel (B) des Schmelzbads (3) auf ein Minimum zu reduzieren mit einer daraus folgenden Reduktion der zum Ändern der ersten Ladung und des Leistungsverbrauchs erforderlichen Zeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (9) mit einem länglichen Ende fest gehalten sind an einer Seitenwand (5) des Tiegels und das andere längliche Ende die gegenüber liegende Seitenwand (5) berührt, um so etwas zusammen gedrückt oder gespannt zu sein an der Spitze.
Ofen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (9) im wesentlichen zylindrisch und gerade sind und im wesentlichen parallel zu einander angeordnet sind.
Ofen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Abstand zwischen den Elektroden (9) so bestimmt ist, dass die Verteilung des elektrischen Stroms in dem Schmelzbad (3) optimal ist.
Ofen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (5) des Tiegels (2) eine minimale Höhe (H) hat, die größer ist als der maximale Wert des Pegels (B) plus der maximalen Dicke (S) der Deckschicht (C).
Ofen gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Höhe (H) der Seitenwände (5) des Tiegels (2) zwischen 35 und 60 cm ist mit dem Durchmesser der Elektroden zwischen 2,54 cm und 6,35 cm.
Ofen gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Höhe (H) vorzugsweise zwischen 40 und 60 cm ist mit dem Durchmesser der Elektroden (9) zwischen 2,54 cm und 6,35 cm.
Ofen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6) zum Ablassen sich in den Boden (4) zumindest teilweise unterhalb de Höhe der Elektroden (9) erstrecken, um diese letzteren daran zu hindern, den Abfluss aus dem Schmelzbad (3) zu behindern.
Ofen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6) zum Ablassen mindestens einen Hauptaufnahmekanal (10) umfassen, der verbunden ist mit dem Äußeren des Ofens mittels eines Abflussschachts (11).
Ofen gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6) zum Ablassen eine Vielzahl von Nebenaufnahmekanälen (10) umfassen, die verbunden sind mit dem Hauptaufnahmekanal (10).
Ofen gemäß Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt- und Nebenaufnahmekanäle (10, 12) quer zueinander sind und sich vollständig unterhalb der Elektroden (9) erstrecken.