ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТЕКЛОВАРЕННАЯ ПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C03B5/27 

Изобретение относится к электрической стекловаренной печи сопротивления для составов, способных остекловываться, например стекла, эмали или керамики, с вращающимся варочным бассейном и стационарной верхней печью, которая может эксплуатироваться дискретно или непрерывно с покрытием типа "холодный верх" (Cold Top) и в которой возможна быстрая и чистая смена продукта.

При производстве стекла, эмали или керамики для расплавления составов, способных остекловываться, применяют различные типы нагревательных печей, которые, помимо прочего, отличаются используемым видом энергии. Наряду с другими применяют, например, печи, нагреваемые газом или электрически, экономичность которых определяется их потреблением энергии, составом и количеством отработанного газа, а также гибкостью в отношении смены продукта. Известные печи до сих пор всегда удовлетворяли лишь отдельным критериям в отношении узкого круга подлежащих обработке продуктов.

Возникает потребность в таком типе печи, при котором возможна частая смена продукта, причем потеря сырья должна поддерживаться незначительной, и который, с другой стороны, обеспечивает гибкие условия эксплуатации и обработку широкого круга продуктов.

В основном при остекловывании исходных материалов типы стекловаренных печей различаются по типу подвода энергии. Так, известны печи с радиационным нагревом пламенем, или электрическими излучающими элементами, или такие, которые работают от непосредственного нагрева пламенем (см., например, Европейская выложенная заявка ЕР 71101).

В печах, описанных, например, в ЕР 71110, используют слой шихты на кладках для исключения термического повреждения кладки пламенем.

Так как из-за промежутков во внешнем слое шихты и термической нагрузки в названных типах печей, несмотря на их вертикальное вращение, невозможно предотвратить повреждение кладки, в новейших разработках необходимы дополнительные затраты на особое охлаждение или на жаропрочную кладку (см., например, ЕР 231516 B1).

Среди электрически нагреваемых стекловаренных печей особое значение приобрели печи с нагреванием сопротивлением, пламенные электродуговые печи или печи с индукционным нагревом. Электрическая стекловаренная печь сопротивления описана, например, в патенте DE 3824829. Электрические печи сопротивления и аналогичные типы печей могут снабжаться открытым варочным бассейном или также варочным бассейном, покрытым твердыми исходными материалами, так называемым "Cold Top" покрытием (холодный верх). Варочные бассейны, покрытые исходным материалом, требуют дорогостоящую машину для закладки исходного материала для обеспечения равномерной структуры покрытия из исходного материала.

Известные электрические стекловаренные печи сопротивления имеют стационарную ванну с неподвижно расположенными нагревательными электродами и в отношении их конструкции и геометрии оптимизированы для получения определенного продукта. Как правило, такие печи предназначены для долговременной непрерывной работы без перехода на новый вид продукта.

Задачей изобретения является усовершенствование того типа печи, который, как описывалось, работает вне зависимости от определенного типа продукта. Печь должна работать в качестве стекловаренной печи сопротивления и обеспечивать так называемый режим "Cold Top" (холодный верх).

Задача согласно изобретению решается с помощью электрической стекловаренной печи сопротивления для составов, способных остекловываться, которая, имеет, по меньшей мере, один варочный бассейн, стационарную верхнюю печь, потолочные электроды, подключенные к дымовой трубе, подогреватель для расплавляемого продукта, устройство для загрузки и выпуск для расплава и отличается тем, что варочный бассейн установлен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и что верхняя печь и варочный бассейн отделены друг от друга в вертикальном направлении.

С помощью разделения варочного бассейна и верхней печи бассейн при прогрессирующем износе может заменяться с незначительными затратами.

Варочный бассейн имеет, в частности, донный слив, с помощью которого можно регулировать глубину ванны и скорость вытекания расплава. Донный слив расположен, предпочтительно, в самой глубокой точке бассейна. Является предпочтительным выполнить все другие необходимые подключения, например электроды, устройство для загрузки или подключение к дымовой трубе, на стационарной верхней печи.

В предпочтительной форме выполнения устройство для загрузки выполнено в виде шнекового транспортера, транспортирующий конец которого подвижен радиально к оси вращения варочного бассейна. Это устройство для загрузки совместно с вращением варочного бассейна обеспечивает замкнутую гряду шихты по варочной ванне. Зоны с повышенной скоростью расплавления при покрытии "Cold Top" могут таким образом целенаправленно заполняться большим исходным количеством для выравнивания расплавляющегося покрытия.

Предпочтительно электроды стекловаренной печи выполнены с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. Благодаря этому во время работы можно регулировать расстояние между электродами или также расстояние до стенки печи.

Электроды выполнены подвижными, в частности, в вертикальном направлении и могут извлекаться из стекловаренной печи. Этот вариант стекловаренной печи согласно изобретению обеспечивает, с одной стороны, подгонку глубины погружения электродов относительно друг друга. С другой стороны, вся электродная группа в случае необходимости во время работы может быть извлечена из стекловаренной печи для осуществления технического обслуживания или замены отдельных электродов.

Особенно предпочтительная форма выполнения изобретения предусматривает над верхней печью камеру, устойчивую к высоким температурам, с возможным заполнением инертным газом. В эту камеру во время смены продукта могут вытягиваться горячие электроды для защиты от коррозии, например, под действием воздуха из окружающей среды. В случае необходимости камеру заполняют инертным газом.

В другом варианте стекловаренной печи согласно изобретению хвостовики электродов имеют встроенное охлаждение, например контур водяного охлаждения, который в случае необходимости охлаждает электроды вплоть до нижней поверхности расплава.

Дополнительно стекловаренная печь согласно изобретению может оснащаться уже, в основном, известным подогревателем. В качестве подогревателя, с одной стороны, применяют газовую горелку или также резистивные нагреватели или радиационные нагреватели.

Печь сопротивления согласно изобретению можно применять для остекловывания самых различных исходных материалов. Она пригодна как для изготовления стекла или других силикатных соединений, так и для эмали, керамики или для остекловывания отходов.

В частности, печь пригодна для производительности от 100 до 1000 кг/ч, если самые различные продукты должны изготавливаться в малых количествах, то есть за короткие производственные процессы, например при количестве от 2 до 20 тонн при частой смене продукта.

Стекловаренная печь согласно изобретению может эксплуатироваться дискретно или непрерывно. Подсос побочного воздуха из окружающей среды в полость стекловаренной печи в конструкции согласно изобретению является незначительным.

Если расстояние между электродами во время работы может изменяться, то является возможным изменять сопротивление стекловаренной печи так, что для каждой смеси исходного материала можно устанавливать оптимальный рабочий ток или оптимальное рабочее напряжение. Оптимальный рабочий ток достигается при максимальном подводе энергии в расплав без местного перегрева расплава.

Уровень расплава в варочном бассейне может регулироваться путем предпочтительного вертикального перемещения электродов, например при эксцентрической геометрии электродов, он может быть приведен в соответствие с длительностью обработки расплавленного продукта и скоростью процесса.

Диаметр и длина электродов могут подбираться в соответствии с оптимальным уровнем расплава.

Стекловаренная печь может электрически запускаться, в частности, при минимальном количестве расплава, если можно регулировать высоту электродов.

Так как при эксплуатации можно регулировать глубину погружения электродов, то можно оптимизировать теплоотдачу и расстояние между электродами и дном. При запуске или полном опорожнении (смена продукта) первый расплав получают, например, путем излучения.

Варочный бассейн стекловаренной печи согласно изобретению установлен с возможностью вращения. Благодаря этому получается оптимальное распределение тепла в расплаве. Другим преимуществом является очень хорошее выделение энергии электродом, что предотвращает местный перегрев расплава, электродов или стенки печи. Это является важным для качества продукта и срока службы электродов и стенки печи, устойчивой к высоким температурам.

В отличие от известных конструкций стекловаренных печей электрическая стекловаренная печь сопротивления имеет следующие преимущества.

Геометрия электродов, изменяющаяся во время работы, обеспечивает очень высокую гибкость при расплавлении различных исходных материалов.

Варочный бассейн, установленный с возможностью вращения, в комбинации с неподвижными потолочными электродами обеспечивает оптимальное распределение температуры и тепла в расплаве. Исключение местных перегревов снижает опасность неконтролируемых физических и химических процессов, происходящих в продукте, электродах и жаропрочной облицовке печи.

Подвижный в радиальном направлении загрузочный шнек совместно с вращательным движением бассейна обеспечивает оптимальное покрытие ванны расплава. При неравномерном расплавлении слоя исходного продукта с помощью этой системы, как описывалось, можно легко осуществлять корректировку покрытия. Благодаря этому является возможным оптимально удерживать выделяющиеся летучие вещества из расплава. За счет этого обеспечивается постоянный состав продукта и процесс расплавления, не наносящий вред окружающей среде.

Концепция загрузочного шнека гарантирует минимальный подсос в полость печи побочного воздуха.

В предпочтительном выполнении форма бассейна с увеличивающимся углом наклона дна бассейна в направлении слива обеспечивает очень хорошее опорожнение. Совместно с электродами, вращающимися над дном, предотвращается отложение частиц расплава.

Благоприятное соотношение между поперечным сечением бассейна и глубиной вызывает однозначное протекание, вызванное поршнем. Благодаря этому повышается однородность расплава.

Уже указанная геометрия печи имеет малую площадь по сравнению с объемом. Из этого следует незначительная потеря тепла и незначительный удельный износ.

При переходе на новый продукт печь полностью опорожняют, благодаря чему при смене продукта следует рассчитывать лишь на незначительное загрязнение нового продукта. Потолочные электроды могут выводиться из печи для предотвращения повреждений при получении стартового расплава с помощью радиационного нагревателя.

При угрозе загрязнения или при ремонте бассейн можно заменить легко и с небольшими затратами.

Далее изобретение поясняется более подробно с помощью чертежей.

На фиг.1 схематически показана стекловаренная печь согласно изобретению в поперечном разрезе;
на фиг.2 - вариант печи согласно фиг.1, имеющей в качестве подогревателя радиационный подогреватель вместо горелки.

Бассейн 1, поворачивающийся вокруг вертикальной оси, поддерживается с помощью приводных колес 2 и приводного поворотного круга. Стенки 22 бассейна сложены из жаропрочного материала и изолированы. Наружная сторона бассейна может охлаждаться для осуществления расплавления по принципу "стекло в стекле". Энергоподводящая цепь 13 осуществляет подвод возможно необходимых сред, например, к бассейну 1, поворачивающемуся в одну и другую сторону. С целью ремонта бассейн выполнен с возможностью опускания. Верхняя печь 4 является стационарной и подвешена на стальной конструкции 12. В этой части предусмотрены следующие отверстия: проходы для потолочных электродов 5, 6, подсоединение к дымовой трубе (на чертеже не показано), горелка 11 для нагрева или для получения начального расплава, смотровые окна, измеритель уровня и измеритель температуры (на чертеже не показан). Со стороны стекловаренной печи предусмотрено отверстие 24 для перемещающегося загрузочного шнека 16.

Между стационарной верхней частью 4 печи и поворотным бассейном 1 имеется уплотнение 14.

Держатели 5 электродов подвешены с возможностью поворота в поднимаемой и опускаемой раме 17. Консоль 23 обеспечивает радиальное установочное перемещение электродов 6. Перемещение электродов 6 происходит синхронно. Три электрода с помощью поднимающего устройства 8 могут вместе устанавливаться по высоте для достижения оптимального положения в расплаве. Электроды 6 также могут отводиться в ниши 18, имеющиеся в крыше, например, при переходе на новый продукт.

При смене электродов их вытягивают над верхней печью 4.

На каждом держателе электродов предусмотрено подключение 9 для тока и подключение 10 для холодной воды. Держатель электродов охлаждается вплоть до электрода 6. Величина электродов может подбираться по условиям расплава и глубине бассейна.

Радиально установленный загрузочный шнек 16 с помощью продольного привода и продольных направляющих может вдвигаться в верхнюю печь и выдвигаться из нее. Этот шнек 16 присоединен с помощью гибкой муфты 15 и гибкого шнека (на чертеже не показан) к не показанному на чертеже неподвижному хранилищу сырья.

На фиг. 2 показана альтернативная конструкция стекловаренной печи сопротивления по сравнению с фиг.1. Горелка 11 для подогрева печи и для получения начального расплава заменена на радиационные трубы 21. Для достижения увеличенной поверхности расплава во время радиационного нагрева при запуске стекловаренной печи в бассейн 1 встроена концентрическая зона с плоской донной поверхностью 19. Эта кольцевая поверхность 19 покрывается тонким слоем с помощью перемещающегося шнека 16.

Холодная стекловаренная печь доводится до рабочей температуры с помощью радиационных труб 21 или горелки 11 согласно фиг.1. Слив 7 закрыт. С помощью перемещающегося шнека 16 исходные материалы направляются на полку 19 или в бассейн 1. Полученный расплав течет в конусную нижнюю часть бассейна 1. Если получилось достаточно расплава, то электроды 6 погружают в расплав. Горелку 11 или излучающие элементы 21 отключают. Теперь исходные материалы распределяются по чистому расплаву и далее расплавляются в качестве "Соld Тор" (холодного верха) с помощью резистивного нагрева. Теперь расплав имеет минимальную высоту. Вместе с увеличивающейся высотой ванны расплава поднимают электроды 6 для достижения оптимальной высоты в расплаве. При достижении максимального направления донный слив 7 открывается на определенную часть. С этого момента удерживается равновесие между поступлением исходных материалов и выходом продукта.

При переходе на новый продукт уровень расплава с покрытием исходным веществом или без него падает и электроды перемещаются вниз. После достижения минимального положения происходит перестраивание на новый продукт. При этом получается лишь минимальное количество промежуточного продукта.

Также возможен другой способ перехода без потери продукта. При этом уровень расплава и электроды 6 также опускаются до нижнего положения. Затем электроды отводят в ниши 18, имеющиеся в крыше. Если необходимо, то ванну опорожняют с помощью радиационной трубы или горелки. Затем, как описывалось выше, бассейн может снова заполняться.

Изобретение относится к электрической стекловаренной печи сопротивления для составов, способных остекловываться, например стекла, эмали или керамики, с варочным бассейном, поворачивающимся вокруг вертикальной оси, и стационарной верхней печью. Верхняя печь и варочный бассейн установлены с возможностью разделения их в вертикальном направлении. Электрическая печь может эксплуатироваться непрерывно или дискретно и обеспечивает быструю и чистую смену продукта. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрическая стекловаренная печь сопротивления для состава, способного остекловываться, содержащая по меньшей мере один варочный бассейн, стационарную верхнюю печь, потолочные электроды, подключение дымовой трубы, подогреватель для расплавленного материала, устройство для загрузки и слив для расплава, отличающаяся тем, что варочный бассейн установлен с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и верхняя печь и варочный бассейн установлены с возможностью разделения их в вертикальном направлении. 2. Стекловаренная печь сопротивления по п. 1, отличающаяся тем, что варочный бассейн имеет регулируемый донный слив, расположенный, в частности, в самой глубокой точке бассейна (1). 3. Стекловаренная печь сопротивления по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что подключения электродов, устройство для загрузки или подключение дымовой трубы расположены на стационарной верхней печи. 4. Стекловаренная печь сопротивления по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что устройство для загрузки выполнено в виде шнекового транспортера, транспортирующий конец которого установлен подвижным радиально к оси вращения варочного бассейна. 5. Стекловаренная печь сопротивления по одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что каждый электрод стекловаренной печи выполнен, в частности, с помощью консоли с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. 6. Стекловаренная печь сопротивления по одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что электроды выполнены подвижными в вертикальном направлении с возможностью извлечения из варочной печи и регулирования по их высоте. 7. Стекловаренная печь сопротивления по одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что печь выше верхней печи имеет камеру, устойчивую к высоким температурам, с возможным заполнением инертным газом. 8. Стекловаренная печь сопротивления по одному из пп. 1-7, отличающаяся тем, что хвостовики электродов имеют встроенное устройство охлаждения, доходящее, в частности, ниже поверхности расплава. 9. Стекловаренная печь сопротивления по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что печь снабжена дополнительным подогревателем, в частности горелкой, или электрическим резистивным нагревателем, или радиационным нагревателем.