Die Erfindung betrifft Verfahren zum elektrischen Schmelzen und insbesondere solche, bei denen die Energie ausgehend von Tauchelektroden durch Stromwärme in die Schmelze abgeleitet wird.

Für lange Zeit waren mit großen Mengen arbeitende Glasherstellungsanlagen mit Schmelzöfen ausgestattet, die mit fossilem Brenstoff wie Heizöl oder Gas versorgt wurden. Dies war insbesondere bei sehr leistungsfähigen Anlagen für die kontinuierliche Produktion der Fall, welche beispielsweise Flachglas oder Flaschenglas liefern. In diesen großen Öfen wurde elektrische Energie, wenn überhaupt, im wesentlichen ergänzend und örtlich begrenzt eingesetzt, um die Temperatur des Glases in den kühleren Zonen oder außerhalb des Ofens bei seiner Bewegung zum Ort der Formverarbeitung aufrechtzuerhalten, oder auch für die Erzeugung bestimmter Konvektionsströmungen, um die Homogenisierung, die Läuterung oder den Transport des Schmelzematerials zu unterstützen.

Das eigentliche elektrische Schmelzen erschien zuerst an kleinen Produktionseinheiten, bei denen eine hohe Flexibilität der Anwendungsbedingungen nötig erschien. Schwankungen der Energiekosten und die fortschreitende Beherrschung bestimmter Probleme technischer An haben neuerdings zur Entwicklung großer Produktionseinheiten geführt, bei denen der gesamte Schmelzvorgang mit Ausnahme der Inbetriebsetzung unter Zuhilfenahme von elektrischer Energie stattfindet. Diese Entwicklung erfordert die Lösung äußerst heikler technischer Probleme.

Aus diesem Grund, und insbesondere um das Problem der Oxidation der Elektroden an der Oberfläche des Schmelzbades zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, diese vollständig einzutauchen. Diese Lösung wird beispielsweise in der französischen Patentanmeldung in Betracht gezogen, die unter der Nummer FR-A-2 552 073 veröffentlicht wurde. In dieser Schrift sind die Elektroden ausgehend von der Sohle des Ofens vertikal im Bad angeordnet. Bei weiteren Bauarten finden sich auch Elektroden, welche die Seitenwände des Ofens durchsetzen.

Abgesehen von den Vorteilen, das es im Hinblick auf Korrosionsprobleme zur Verfügung stellt, gestattet das Eintauchen der Elektroden auch eine bequeme und ziemlich gleichförmige Zuführung einer Ausgangsmaterialzusammensetzung zur Badoberfläche. Die Bildung einer relativ dicken Schicht der zu schmelzenden Zusammensetzung, die auf dem Schmelzebad einen Überstand bildet, ist nämlich aus mehreren Gründen nützlich. Diese bildet im Kontakt mit dem Schmelzbad die für den kontinuierlichen Betrieb erforderliche, permanente Materialreserve. Sie schützt das Schmelzbad des weiteren gegen einen starken Konvektionswärmeverlust durch Kontakt mit der Atmosphäre und vor allem durch Abstrahlung.

Obgleich die Öfen von dem in der oben genannten Schrift beschriebenen Typ auf dem industriellen Gebiet verbreitet angewendet werden, erlauben sie es nicht, auf die erforderliche Weise alle in der Praxis angetroffenen Anforderungen zu erfüllen. Beispielsweise ist es in bestimmten Fällen und mit dem offensichtlichen Ziel, die Investitionskosten einzuschränken, wünschenswert, mit Brennern arbeitende Anlagen unter weitestmöglicher Beibehaltung der bereits vorhandenen Einrichtungen und insbesondere der hitzebeständigen bzw. feuerfesten Materialien, aus denen das Becken besteht, umzurüsten. Eine solche Umrüstung ist nicht möglich, wenn es darum geht, Elektroden in die Sohle oder in die Seitenwände des Ofens einzubauen.

Öfen mit eingetauchten Elektroden bieten nur begrenzte Möglichkeiten zum Regulieren der Elektroden. Auch wenn sie für eine bestimmte Betriebsart zu durchaus zufriedenstellenden Leistungsmerkmalen führen, eignen sie sich weniger gut für häufige und/oder tiefgreifende Änderungen dieser Betriebsbedingungen.

Auch wenn die Technologie der eingetauchten Elektroden gegenwärtig gut beherrscht wird und eine Standzeit der Elektroden erwartet werden kann, die denjenigen der hitzebeständigen Elemente vergleichbar ist, ist die Gefahr der vorzeitigen Verschlechterung einer oder mehrerer Elektroden, die einen guten Betrieb kompromittieren würde, des weiteren nicht völlig auszuschließen.

Eine weitere Lösung, die insbesondere in der unter der Nummer 2 599 734 veröffentlichten französischen Patentanmeldung beschrieben ist, besteht darin, die Elektroden von der freien Oberfläche des Schmelzebades her einzutauchen. Diese Vorgehensweise bietet eine bestimmte Anzahl von Vorteilen. Zuerst einmal vermeidet sie die mit der Durchführung der Elektroden durch das hitzebeständige Material verbundenen Schwierigkeiten wie auch Probleme mit dem Auswechseln verbrauchter Elektroden, der Dichtigkeit, oder auch der Abnutzung der hitzebeständigen Elemente insbesondere aufgrund einer erhöhten Temperatur, welche einen Angriff des hitzebeständigen Materials begünstigt, und infolge von starken Konvektionsströmungen, die durch den Kontakt damit entstehen.

Bei der Technik der Tauchelektroden befinden sich die heißesten Zonen im oberen Abschnitt des Schmelzbades, wodurch diese Probleme gemildert werden.

Des weiteren gestattet diese Vorgehensweise eine Modifikation der Eintauchtiefe der Elektroden und somit des Temperaturgradienten. Dies gestattet Modifikationen der Menge des Abzugs aus dem Ofen ohne eine Änderung der Temperatur der Sohle und infolgedessen der Temperatur des Glases beim Austritt aus dem Ofens.

Darüber hinaus zeigt die Erfahrung, daß diese Vorgehensweise eine sehr zufriedenstellende thermische Ausbeute aufweist und zu einer guten Qualität des Schmelzematerials führt.

Diese Tauchelektroden sind üblicherweise an Trägern befestigt, die von den Seiten des Schmelzbeckens aus im Überhang angeordnet sind. Die Anmeldung FR-A-2 599 734 beschreibt einen solchen Träger, der aus einem Ausleger mit Kanälen zum Umwälzen der Kühlflüssigkeit und einem Elektrokabel für die Versorgung der Elektrode sowie dem eigentlichen Elektrodenträger besteht.

Im Normalbetrieb vermeidet eine auf der Oberfläche des Schmelzbades abgelagerte Zusammensetzungsschicht, die einen Schutz gegen Wärmeverluste darstellt, eine zu starke Erhöhung der Temperatur des im Überhang über dem Schmelzbad angeordneten Auslegers.

Hingegen bei einer Warmhaltephase, in deren Verlauf die Schutzschicht aus Ausgangsmaterialien entweder eine sehr geringe Dicke aufweist oder fehlt, erhöht sich die Temperatur des Auslegers sehr stark und führt zu einer Verschlechterung des elektrischen Versorgungssystems.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, besteht eine übliche Lösung darin, im Verlauf einer Warmhaltephase die Tauchelektroden herauszunehmen und eine ausreichende Temperatur in dem Bad mittels eingetauchter Elektroden aufrechtzuerhalten, die zumeist an den Wänden angeordnet sind. Diese Vorgehensweise ist wirkungsvoll, jedoch trifft man hier wieder auf die Probleme in Verbindung mit eingetauchten Elektroden, obgleich sie im vorliegenden Fall unter geringeren Spannungen arbeiten, da sie nur die Funktion haben, die Temperatur des bereits erschmolzenen Bades aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus erfordern solche eingetauchte Elektroden zusätzliche Investitionskosten.

Ein weiterer Lösungsvorschlag, der insbesondere in der Patentschrift US 4,965,812 beschrieben ist, besteht in der Verwendung eines Elektrodenträgers, der im wesentlichen aus einem Kühlsystem vom Typ eines elektrisch leitenden Wassermantels ("water-jacket") besteht. Das Versorgungssystem wird somit kontinuierlich gekühlt und ist insofern gegen den Temperaturanstieg geschützt, der bei einer Warmhaltephase auftritt. Hingegen erfordert dieser Anlagentyp eine Schutzvorrichtung, da die Elektrodenträger permanent unter Spannung gehalten werden.

Eine solche Vorrichtung besteht in der Mehrzahl der Fälle aus einem Gitter, welches den Angestellten den Zugang zum Ofen verwehrt. Dennch bringen bestimmte Maßnahmen, welche die Gegenwart einer Bedienperson in der Nähe des Bades und somit der Elektrodenträger erfordern, diese Bedienperson in Gefahr.

Die EP-A-0 546 884 beschreibt einen Träger für eine Elektrode zum Schmelzen, die ab der Oberfläche eines Schmelzbades eingetaucht ist, wobei der Träger ein Stromzuführungssystem und eine Kühlvorrichtung aufweist, der Träger an seiner Oberfläche einen Wärmeschutz aufweist, und die Oberfläche gegen die Spannung des Stromleiters isoliert ist.

Die Erfindung hat eine Vorrichtung zum elektrischen Schmelzen eines verglasenden Einsatzes zur Aufgabe, die sowohl im normalen Betrieb als auch in Warmhaltebetriebszeiten ohne zusätzliche Verwendung von eingetauchten Elektroden und ohne Gefahr für Bedienpersonen arbeitet.

Diese Aufgabe wird gemäß der in Anspruch 1 definierten Erfindung gelöst.

Der Elektrodenträger gemäß Anspruch 1 löst die bei früheren Vorgehensweisen aufgetretenen Probleme. Es besteht nämlich in Verbindung mit der Aufrechterhaltung der Versorgungsspannung der Elektrode keine Gefahr mehr für die Bedienpersonen. Des weiteren führt bei einem Warmhaltebetrieb des Schmelzofens der Temperaturanstieg insbesondere infolge der Abstrahlung des Glasschmelzebades nicht mehr zu einer Verschlechterung des Trägers, da dieser eine wärmeisolierte Oberfläche aufweist.

Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung ist das Stromzuführungssystem ein Kühlsystem vom Typ eines elektrisch leitenden Wassermantels ("water jacket"). Diese Vorrichtung ist somit von einem elektrisch isolierenden Material umgeben, vorteilhaft aus einem Werkstoff, der sehr hohen Temperaturen widersteht.

Das Isoliermaterial, das ausgewählt wird, um erhöhten Temperaturen zu widerstehen, wird vorteilhaft durch die Umwälzung des Wassers des elektrisch leitenden Kühlsystems gekühlt.

Da die Temperatur des Trägers bei einem Warmhaltebetrieb aufgrund der Abstrahlung sehr hoch wird, ist es nötig, ein Isoliermaterial zu wählen, das gegen diese Temperaturen beständig und von vorneherein sehr kostspielig ist.

Die Erfindung schlägt auf vorteilhafte Weise vor, das elektrisch isolierende Material mit einem zweiten Kühlsystem vom Typ eines Wassermantels zu umgeben. Somit ist es möglich, für das elektrisch isolierende Material einen Werkstoff auszuwählen, der gegen niedrigere Temperaturen beständig ist. Des weiteren verbessern sich die elektrischen Isoliereigenschaften eines solchen Werkstoffes im allgemeinen bei einer niedrigen Temperatur.

Darüber hinaus ermöglicht es das Kühlen dieses elektrisch isolierenden Materials, seine Langlebigkeit zu gewährleisten.

Der hier vorgeschlagene Elektrodenträger weist somit zwei Kühlsysteme auf. Die Kühlsysteme sind vorteilhaft durch Umwälzung von Wasser ausgeführt. Da das innere System zum Zweck der Versorgung der Elektrode elektrisch leitend ist, sieht die Erfindung zwei voneinander verschiedene Kreisläufe zum Umwälzen von Wasser vor, so daß das elektrisch leitende Wasser, das in dem die Elektrode versorgenden Kühlsystem umläuft, keine Spannung an das zweite Kühlsystem abgibt, was überdies völlig nutzlos wäre.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsweise der Erfindung werden die beiden Kühlsysteme von einem gleichen Wasserkreislauf gespeist, wobei das Wasser vollentsalzt ist, so daß es nicht elektrisch leitend ist. Die Vorrichtung für die Zuführung von Wasser außerhalb des Elektrodenträgers kann daher auf einen einzigen Kreislauf eingeschränkt werden.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3. Es zeigt:

1 eine schematische Teildarstellung eines Ofens mit von der Oberfläche her vertikal eingetauchten Elektroden im Querschnitt,

2 eine Schemaansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Elektrode und ihres Trägers.

3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Trägers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Schemaansicht von 1 stellt einen Teil eines Schmelzofens in Verbindung mit Tauchelektroden 1 dar. Der Ofen besteht aus einem hitzebeständigen Becken, das aus der Sohle 2 und Seitenwänden 3 zusammengesetzt ist. Über dem Becken ist das hitzebeständige Deckengewölbe 4 an einem teilweise dargestellten Metallgerüst 5 aufgehängt, wobei das Metallgerüst 5 den Ofen übergreift.

Es sind bewegliche hitzebeständige Wände 6 vorgesehen, die ein teilweises Isolieren des Schmelzbades 7 von der umgebenden Atmosphäre gestatten, wenn sie sich in der niedrigen Position befinden, d. h. an den Seitenwänden 3 abgestützt sind.

Es sind nur Öffnungen in den Wänden 6 für den Durchtritt des Elektrodenträger 8 vorgesehen.

Diese niedrige Position der Wände 6 wird angewendet, wenn der Ofen sich im Warmhaltebetrieb befindet und es nicht mehr nötig ist, ihn mit Ausgangsmaterialien zu versorgen. Dies gestattet die Vermeidung eines zu großen Wärmeverlustes und der Gefahr einer Verschlechterung aller umgebenden Elemente.

Was die Elektrode 1 betrifft, so ist sie an der Oberfläche des Schmelzbades 7 unter der Schicht 9 von zu erschmelzenden Ausgangsmaterialien eingetaucht. Diese Schicht 9, welche im Normalbetrieb das Schmelzbad 7 bedeckt, stellt eine Wärmeisolierung für das Becken dar und gestattet die Vermeidung von Wärmeverlusten.

Die Elektrode 1 ist am Träger 8 befestigt, welcher das elektrische Versorgungssystem und eine Vorrichtung zum Kühlen der Elektrode 1 aufweist, wobei diese in 1 nicht dargestellt sind.

Der Träger 8 selbst ist an einen hier nicht dargestellten Mechanismus angeschlossen, der es insbesondere ermöglicht, eine Elektrode 1 beispielsweise zum Auswechseln oder für eine Reparatur aus dem Bad herauszunehmen.

In 2 sind die Elektrode 1 und ihr Träger 8 genauer dargestellt und lassen die Vorteile der Erfindung erkennen.

Die üblicherweise aus Molybdän gefertigte Elektrode 1 ist mittels eines elektrisch leitenden Elementes 10 an der Röhre 11 befestigt, welche die elektrisch leitende Kühlvorrichtung darstellt. Bei dem Element 10 handelt es sich um ein Ansatzstück, das an der Röhre 11 festgeschraubt ist. Am anderen Ende dieses Ansatzstückes 10 ist die Elektrode 1 befestigt. Eine solche Ausführungsweise gestattet ein einfaches Abnehmen der Einheit aus Ansatzstück 10 und Elektrode 1, da die Stelle der Verschraubung nie in das Schmelzbad eintaucht. Wenn nämlich die Röhre 11 länger wäre und direkt in das Bad eintauchen würde, wäre es möglich, die Elektrode 1 beispielsweise durch eine Schraubverbindung direkt daran zu befestigen. Hingegen wäre es dann viel umständlicher, das Abmontieren der Elektrode vorzunehmen, da die Anbringungsstelle dann in das Schmelzbad getaucht wäre. Gemäß der vorliegenden Anbringung ist das Auswechseln sehr einfach, macht es aber dennoch erforderlich, das Ansatzstück 10 gleichzeitig mit der Elektrode 1 auszuwechseln. Die Ansatzstück 10 kann zumindest teilweise von einem hitzebeständigen Material umgeben sein, das ausreichend dick ist, um einen direkten Kontakt mit den Ausgangsmaterialien oder dem Schmelzebad zu vermeiden.

Andererseits gestattet das Ansatzstück 10 auch den Durchtritt der Kühlflüssigkeit bis zur Elektrode, so daß diese gekühlt wird.

Die Befestigung mittels Schraubverbindung ist von Vorteil, da sie ein schnelles Auswechseln ermöglicht. Das Austauschen von Elektroden kann häufig vorkommen, da dies nicht nur bei Verschleiß der Fall ist, sondern weil dies auch ein Umrüsten der Elektroden und insbesondere eine Änderung ihrer Länge ermöglicht, um so die Eintauchtiefe und dadurch den Energieentrag in den Ofen zu modifizieren. Die Röhre 11 kann aus Stahl gefertigt sein, damit sie gute Steifigkeits- und Leitfähigkeitseigenschaften besitzt.

Im Inneren der Röhre 11 ist eine zweite Röhre 12 angeordnet, die beispielsweise konzentrisch ist. Diese zweite Röhre 12 ist zum Beispiel an verschiedenen Stellen an der Innenfläche der Röhre 11 befestigt. Die Verbindung dieser beiden Röhren 11 und 12 gestattet eine Wasserumwälzung und stellt somit eine Kühlvorrichtung vom Typ eines Wassermantels ("water-jacket") dar. Da das Kühlsystem zum Kühlen der Elektrode 1 konzipiert ist, durchsetzt die Röhre 12 das Ansatzstück 10.

Am anderen Ende du Röhre 11 ist ein beispielsweise aus Kupfer gefertigter Versorgungsring 13 befestigt, der wiederum in einem isolierenden Gehäuse 14 angeordnet ist. Der Ring 13 gestattet es, die Röhre 11 unter die gewünschte Spannung zu setzen, und aufgrund der Tatsache, daß diese elektrisch leitend ist, auch die Elektrode 1 mit dieser gleichen Spannung zu versorgen.

Um die Röhre 11 ist ein elektrisch isolierendes Material 15 angeordnet, das vorteilhaft aus einem hitzebeständigen Material von dem Typ des elektrisch isolierenden Materials ausgeführt ist, welches unter der Bezeichnung MURATHERM 500 M vertrieben wird. Das Material 15 ist in Form einer oder mehrerer Hülsen ausgeführt, welche einen Teil der Außenfläche der Röhre 11 umhüllen und sich darauf abstützen. Dieses elektrisch isolierende Material gestattet somit Zugang zum Elektrodenträger ohne jegliche Gefahr eines tödlichen elektrischen Schlags für die Bedienpersonen, die sich dem Schmelzbad nähern müssen. Das Material 15 selbst ist von einer konzentrischen Hülle 16 umgeben, in der eine Kühlflüssigkeit wie etwa Wasser umläuft. Diese Hülle 16 vom Typ "waterjacket" weist eine Innenhülse 17 auf, die den Umlauf von Wasser ermöglicht.

Diese zweite Kühlvorrichtung ermöglicht es einerseits, ein Überhitzen des Isoliermaterials selbst zu vermeiden, auch wenn dieses bereits so gewählt ist, daß es ziemlich hohen Temperaturen widerstehen kann und zum Teil durch das erste Kühlsystem gekühlt wird.

Andererseits ermöglicht sie es, daß eine Außenfläche des Elektrodenträgers 8 erhalten wird, die relativ kühl bleibt und eine Manipulation oder zumindest eine Annäherung durch eine Bedienperson ermöglichen kann, selbst wenn sich der Ofen im Warmhaltebetrieb befindet und der Träger 8 dort, wo die Schicht 9 Ausgangsmaterial fehlt, im wesentlichen durch die vom Schmelzbad ausgehende Strahlung erwärmt wird.

Die verschiedenen genannten Elemente 11, 12, 15, 16, 17 bilden Röhren, die beispielsweise konzentrisch und einander umgebend angeordnet sind.

Im Fall der 3 ist eine elektrisch leitende Kühlvorrichtung vom type "water-jacket", die aus zwei konzentrischen Röhren 18, 19 besteht, von einer oder mehreren Hülsen 20 aus einem elektrisch isolierenden Material umgeben, das eine gute Wärmeisolation und eine gute Temperaturbeständigkeit besitzt.

Der Wärmeschutz der Oberfläche des Elektrodenträgers wird somit durch die Beschaffenheit der Hülse 20 einerseits und durch das Vorhandensein der ein Kühlen der Hülse 20 ermöglichenden Kühlvorrichtung andererseits erzielt.

Der elektrische Schutz wird durch die Hülse 20 zur Verfügung gestellt, welche die elektrisch leitende Röhre 19 umhüllt.

Die verschiedenen Kanäle, welche das Zuführen und Abführen des Kühlwassers gestatten, sind in den Figuren nicht dargestellt.

Das zum Kühlen verwendete Wasser ist vorteilhaft vollentsalztes Wasser, wodurch es ermöglicht wird, für die beiden Kühlsysteme die gleichen Kreisläufe zu verwenden, ohne daß die Gefahr einer Leitung von Strom zum äußeren Kühlsystem besteht, das darüber hinaus geerdet ist.

Die nicht numerierten Pfeile zeigen die verschiedenen Kreisläufe an, denen die Kühlflüsigkeit folgt.

Die hier beschriebene, an ihrem Träger angebrachte erfindungsgemäße Elektrode gestattet einerseits eine gefahrlose Verwendung im Normalbetrieb, da keine zugängliche Vorrichtung unter Spannung steht, und andererseits eine Verwendung ohne die Gefahr einer Verschlechterung des Trägers, wenn sich der Ofen im Warmhaltebetrieb befindet.

Die aus der Elektrode und ihrem erfindungsgemäßen Träger zusammengesetzte Vorrichtung gestattet es somit, die verschiedenen vorausgehend aufgeführten Vorteile im Zusammenhang mit dem elektrischen Schmelzen mit Hilfe einer ab der Oberfläche des Schmelzbades eingetauchten Elektrode beizubehalten. Hierbei handelt es sich z. B. um gute thermische Ausbeuten, eine gute Qualität des Schmelzematerials trotz Modifikationen der Abzugsmenge, und eine Verlängerung der Lebensdauer des Ofens, da die hitzebeständigen Materialien einem geringeren Angriff unterliegen, und auch, weill es einfach ist, eine Elektrode auszuwechseln.

Des weiteren gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung den Verzicht auf das Vorhandensein von vollständig eingetauchten Elektroden während Warmhalteperioden sowie das ununterbrochene Vorhandensein eines Schutzsystems, welches die Gegenwart von Bedienpersonal in der Nähe der ständig unter Spannung stehenden Bauteile vermeidet.