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Title:
METHOD FOR OPTIMIZING A FURNACE CAMPAIGN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/115087
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and a device for extending the furnace campaign by avoiding cracks in the stones and the chipping of parts of the stones, and reducing joints in melting furnaces. Said aim is achieved by a measurement of the forces/pressures/moments of the furnace stones occurring against each other, or of the furnace stones against the bracing and defined necessary counter forces, such that the forces between the stones, or between the bracings and the stones are below the maximum permissible compression (pressure force) of the stones, and the forces required for avoiding joints between the stones are ensured. Said process occurs automatically as a form of control by determining the force of sensors, analysis of processors and data, and activation of actuators for generating counter forces.

Inventors:
GEIB UWE (DE)
Application Number:
PCT/DE2009/000377
Publication Date:
September 24, 2009
Filing Date:
March 19, 2009
Export Citation:
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Assignee:
GEIB UWE (DE)
International Classes:
C03B5/235; C03B5/42; F27D1/00
Foreign References:
JPS63270322A1988-11-08
GB936462A1963-09-11
DE855747C1952-11-17
EP1849752A12007-10-31
Other References:
"ATTREMPAGE D'UN FOUR DE VERRE/GLASS FURNACE HEATING", VERRE, INSTITUT DU VERRE, PARIS, FR, vol. 8, no. 3, 1 June 2002 (2002-06-01), pages 28 - 31, XP001123092, ISSN: 0984-7979
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren für Schmelzöfen, insbesondere für das Glasschmelzen, indem die verstellbaren Andruckelemente (12, 13), zwischen den tragenden Ankerungen (1 bis 3) und den Steinen (4 bis 8) des Schmelzofens und/oder den Halteankerungen (1 bis 3) und den Steinen (4 bis 8) des Schmelzofens, angezogen und/oder nachgelassen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Anziehen und/oder Nachlassen der Andruckelemente (12, 13), nach sensorischer Ermittlung (14, 18, 21) der individuell örtlich herrschenden Kräfte/Drücke und der Auswertung der Kräfte/Drücke zur Anpassung der Kräfte/Drücke auf die Steine (4 bis 8) geregelt erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kräfte/Drücke/Momente zwischen den Steinen (4 bis 8) sensorisch ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatur im, am und um den Ofen oder den Steinen (4 bis 8) chemische Zusammensetzung der Abgase und/oder der Schmelze, sowie weitere Daten aus dem Druckübertragungsmedium, der verwendeten Werkstoffe und der Umgebung , mit in die Auswertung einbezogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte indirekt, mittels Abstands- oder Spaltmessung ermittelt werden.

5. Vorrichtung für Schmelzöfen, insbesondere für das Glasschmelzen, indem die verstellbaren Andruckelemente (12, 13), zwischen den tragenden Ankerungen (1 bis 3) und den Steinen (4 bis 8) des Schmelzofens und/oder den Halteankerungen (1 bis 3) und den Steinen (4 bis 8) des Schmelzofens, angezogen und/oder nachgelassen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Anziehen und/oder Nachlassen der Andruckelemente (12, 13), nach sensorischer Ermittlung (14, 18, 21) der individuell örtlich herrschenden Kräfte/Drücke und der Auswertung der Kräfte/Drücke zur Anpassung der Kräfte/Drücke auf die Steine (4 bis 8) mittels automatischer Verstellung der Andruckelemente (12, 13), durch den entsprechenden Antrieb (12,15) erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckelemente (12, 13), hydraulische Elemente sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckelemente (12, 13), pneumatische Zylinder Elemente sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Steinen (4 bis 8) des Schmelzofens und der Verankerung (1 bis 3) eine hydrostatischer Druck aufgebaut wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckelemente (12, 13), durch Stellmotoren (15) bewegt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckelemente (12, 13), die Steinen (4 bis 8) des Schmelzofens gezielt in eine gewünschte Richtungen verschieben.

11. Verfahren nach Anspruch 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewölbe (8) freitragend über der Wanne gehalten wird.

Description:

.. i .- Verfahren zur Optimierung einer Ofenreise.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verlängerung der Ofenreise, durch Vermeidung von Rissen in den Steinen und Abplatzen von Teilen der Steine in einem Schmelzofen.

Dieses wird dadurch erreicht, indem die maximal zulässigen Kräfte, Drücke und Momente der verwendeten Steine im Schmelzofen gegeneinander und/oder zwischen den Steinen des Schmelzofens und der Verankerung, unterschritten bleiben, durch Messung der Kräfte/Drücke/Momente der Steine untereinander und/oder der Steine gegen die Andruckelemente der Verankerung, der Auswertung der Daten und dem automatischen Nachlassen oder Anziehen der Andruckelemente, insbesondere beim Antempern des Schmelzofens, sowie beim Abtempern.

Ein derartiger Ofen ist unter anderem aus der Druckschrift DE 43 27 237 C 1 bekannt.

Bisherige Anlagen im Bereich der Glasschmelztechnik sind Ofenanlagen, die aus ausgewählten feuerfesten Baustoffen aufgebaut sind. Um die einzelnen Bauteile in ihrer festgelegten Position zu halten und die in manchen Bereichen erheblichen Kräfte abzufangen, sind umfangreiche Stahlkonstruktionen notwendig, die unter dem Begriff Verankerungen zusammengefasst werden.

Ausgangsbasis aller Verankerungen bildet bei Glasschmelzwannen der auf Pfeilern und Längsträgern ruhende Rost aus Breitflanschträgern. Das vornehmlich aus Palisadensteinen aufgebaute Wannenbecken muss möglichst fugendicht angetempert und so fixiert werden, dass es vom hydrostatischen Druck der Glasschmelze nicht auseinander geschoben wird. Meist werden Rundstäbe verwendet, die an den Tragstützen befestigt sind und über Winkel- und U- Eisen die Wannensteine abstützen. Die Einstellung kann über die als Schraubspindeln ausgebildete Rundstäbe sind, vorgenommen werden.

Neben den Pfeilern mit dem Trägerrost gehört die Verankerung des Wannengewölbes zur wichtigsten Verankerung jedes Ofens. Die Wärmeausdehnungen beim Tempern müssen sicher beherrscht werden, und das Gewölbe kann nur dann die Ofenreise sicher durchstehen, wenn es rissfrei ist und keine Fugen aufweist. Man nimmt im. Gewölbe lieber eine Pressung in Kauf als eine Fuge die nicht geschlossen wird.

Eine deutliche Verbesserung der Gewölbeverankerung brachte der Einsatz von Tellerfederpakete zwischen Ankereisen und Pendelstütze. Die Federn verhindern, dass die Gewölbekräfte unzulässig stark ansteigen, auch wenn die Ankerschrauben, nicht rechtzeitig nachgelassen werden.

Voraussetzung für ein erfolgreiches Antempern ist die Kenntnis der Wärmedehnung der verwendeten feuerfesten Baustoffe, mit Beachtung der Längenänderungen bei der Kristallumwandlung.

Es gilt zwischen den tragenden Ankerungen mit den Andruckelementen, die dauernd statisch belastet sind, wie Abstützung des Gewölbes, Tragen einzelner Ofenbauteile und den Halteankerungen mit den Andruckelementen, zu unterscheiden. Die Halteankerungen haben nur die Aufgabe, den Wärmedehnungen des Mauerwerkes beim Tempern, Auskühlen und Wiederanwärmen entgegen zu wirken, damit die Standfestigkeit und Gasdichtheit des Mauerwerks gewährleistet ist.

Aufgabe:

Das Nachlassen, bzw. das Anziehen, der Andruckelemente erfolgt nach Erfahrung und Tabellen. Hierbei können Fugen bzw. unzulässig hohe Kräfte/Drücke/Momente auf die Steine entstehen, wodurch sich Risse in den Steinen bilden bzw. Teile der Steine abplatzen, welches die Lebensdauer (Ofenreise) des Glasschmelzofens drastisch reduziert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit Regelung und eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Ofenreise von Glasschmelzöfen verlängert wird, indem unzulässig hohe Kräfte/Drücke/Momente auf die Steine unterbunden werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 11 gelöst.

Die jeweiligen Ausfuhrungsbeispiele werden in den Unteransprüchen präzisiert.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die auf die Steine auftretenden Kräfte/Drücke/Momente immer unterhalb der maximal zulässigen Werte der Steine bleiben. Risse in den Steinen und das hieraus resultierende Abplatzen von Teilen der Steine durch unzulässig hohe Kräfte/Drücke/Momente auf die Steine wird hiermit sicher unterbunden.

Unversehrte Steine weisen eine höhere Resistenz gegenüber chemischen Reaktionen auf und halten dem mechanischen Abrieb des Glases besser stand. Die Ofenreise wird hierdurch erheblich verlängert, bei gleichzeitiger Einhaltung der Vermeidung von Fugen zwischen den Steinen.

Beschreibung:

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 bis 11 und in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, das Entstehen von Rissen in den Steinen (4 bis 8) oder das Abplatzen von Teilen der Steine (4 bis 8), sowie Fugen zwischen den Steinen (4 bis 8) des Schmelzofens, insbesondere beim An- bzw. Abtempern zu unterbinden und hierdurch eine längere Ofenreise zu ermöglichen, indem die auftretenden Kräfte/Drücke/Momente zwischen den Steinen (4 bis 8) des Schmelzofens und/oder zwischen den Steinen (4 bis 8) des Schmelzofens und den Andruckelementen (12, 13) der Verankerung (1 bis 3) gemessen werden, eine Auswertung der gemessenen Werte erfolgt und die Andruckelemente (12, 13) je nach Auswertung der Werte automatisch angezogen oder nachgelassen werden.

Fig. 1 zeigt das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 5 einer bevorzugten Ausführungsform so ausgebildet, dass die Regelstrecke und die gesamte Vorrichtung auf bestehende Ofenkonstruktionen, z. B. für den Tempervorgang, aufgesetzt werden kann.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Schnittes durch den Ofenraum; der hydrostatische Druck, der von der Glasschmelze (9) auf die Seitenwand der Schmelzwanne (5) über die Zwischenwand (11) mit den Aufiageemheiten (1 Ia) auf das Andruckelement, in diesem Fall als Bewegungsschraube (13) ausgelegt, verübt wird, wird über die Führungsgewinde der Bewegungsschraube (13a) auf die Verankerung der Seite (2) übertragen.

Mittels einer KrafWDrucksensorik (14), wird die/der auf die Bewegungsschraube (13) ausgeübte Kraft/Druck gemessen und die gewonnenen Daten über die Steuerleitung der Sensorik (23) an die Datenauswerte- und Steuereinheit (24) übermittelt und die Ergebnisse der Auswertung als Steuerimpulse, über die Steuerleitung der Aktoren (24) an die motorbetriebenen Stellantriebe (15) weitergeleitet, um hierdurch eine Axialverschiebung der Beweguiigsschraube (13) um die Schraubenachse durchzuführen, wodurch die/der auf die Bewegungsschraube (13) ausgeübte Kraft/Druck sich verändert und hierdurch die Einhaltung der Grenzwerte von Werkstoffkenndaten der Steine (4 bis 8) sicher gewährleistet ist, so dass ein Entstehen von Rissen in den Steinen (4 bis 8) und/oder das Abplatzen von Teilen der Steine (4 bis 8) des Schmelzofens aufgrund einer unzulässig hohen Pressung der Steine (4 bis 8) unterbunden bleibt und Fugen, durch Einhaltung von Mindestwerten, unterbunden werden. Ein weiteres Verfahren einer bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 2 kann so ausgebildet sein, dass die Regelstrecke und die gesamte Vorrichtung als Elemente während der gesamten Ofenreise dauerhaft verbleiben und Bauteile des Ofens darstellen.

Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch den Ofenraum; der hydrostatische Druck, der von der Glasschmelze (9) auf die Seitenwand der Schmelzwanne (5) über die Zwischenwand (11) mit den Auflageeinheiten (IIa) auf die Andruckelemente (12, 13), die Kolbenstange (12a) des Hydraulikzylinder (12), die auch durch entsprechende, dem Fachmann geläufige Alternativen, z. B. pneumatisch oder andere hydrostatische Andruckelemente, die mit der Verankerung der Seite (2) verbunden sind, ausgeübt wird, erzeugt in dem Hydraulikzylinder (12) einen Druck, der über die Hydraulikleitung- A (16) übertragen wird.

Mittels dem Drucksensor- A (18) wird der auf dem Hydraulikzylinder (12) ausgeübte Druck ermittelt und die Daten über die Steuerleitung der Sensorik (23) an die Datenauswert- und Steuereinheit (24) übermittelt, die Ergebnisse der Auswertung als Steuerimpulse über die Steuerleitung der Aktoren (24) an die Druckregelventile- A (17) weitergeleitet, die durch die Hydraulikleitung-A (16) von der hydraulischen regelbaren Druckerzeugung mit Schaltlogik (22) mit entsprechend druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit versorgt wird, um hierdurch eine Axialverschiebung der Kolbenstange (12a) des Hydraulikzylinder (12) durchzuführen, wodurch der auf den Hydraulikzylinder (12) ausgeübte Druck sich verändert und hierdurch die Einhaltung der Grenzwerte von Werkstoffkenndaten der Steine (4 bis 8), durch die Regelstrecke, sicher gewährleistet wird. Das Gewölbe (8), das freitragend ausgebildet ist, wird durch den Gewölbewiderlagerstein (7) mit dem Zwischenhalter (7a) an der Bewegungsschraube (13) getragen, die Beschreibung der Ausführung wurde weiter vorn im Text erläutert, das Gewicht des Gewölbes (8) und die damit verbundene Flächenpressung auf den Brennerstein (6) kann durch das Verfahren und die Vorrichtung begrenzt und fugenlos eingestellt werden. Neben einer Auswahl von bestimmten Verankerungen (1 bis 3) oder der Ausrüstung aller Verankerungen (1 bis 3) zum automatischen, geregelten Nachlassen oder Anziehen der Andruckelemente (12, 13), besteht die Möglichkeit einer zeitlichen Beschränkung, z. B. zum Antempern, wie in Fig. 1 dargestellt, als auch der dauerhafte Einsatz des Verfahrens und der Vorrichtung als ein Bestandteil des Ofens.

Das Einbeziehen weiterer messbare Faktoren, wie Temperatur im, am und um den Ofen oder den Steinen (4 bis 8) chemische Zusammensetzung der Abgase und/oder der Schmelze, sowie weitere Daten aus dem Druckübertragungsmedium wie z. B. Hydraulikflüssigkeit, Druckluft, der verwendeten Werkstoffe und der Umgebung in die Auswertung zur Regelung der Andruckelemente (12, 13) , bietet weitere Möglichkeiten einer genaueren Regelung und ist auch im Notfall, z. B. durch automatisches Einleiten des Abtempervorganges, ohne Beschädigung der Ofenbauteile, einsetzbar oder kann durch Anomalien von Daten vorzeitigen Verschleiss von Bauteilen oder die überschreitung von Grenzwerten anzeigen. Selbstverständlich ist es dem

Fachmann klar, dass die Datenermittlung in analoger oder digitaler Form erfolgen kann, ebenso die Auswertung der Daten und die Weiterleitung der Ergebnisereignisse, die Verschaltung kann als Netz, in Sektionen oder im Einzelbetrieb erfolgen.

Es ist dem Fachmann für Hydraulik/Pneumatik bekannt, das nicht alle Hydraulik- /Pneumatikzylinder von einem Druckerzeugungselement angetrieben werden müssen, sondern in Gruppen zusammengefasst, mit entsprechenden Vorschaltelementen, betrieben werden kann. Es kann in Einzelfällen sogar sinnvoll sein, jedem Andrackelement ein eigenes Druckerzeugungselement zuzuordnen.

Die Anwendung von Zug- als auch Druckkräften der Andruckelemente (12, 13) gegenüber den Steinen (4 bis 8) ermöglicht eine translatorische Bewegung in eine bestimmte Richtung und wieder zurück, wodurch einzelne Steine (4 bis 8) oder Sektionen zu Barrieren, zum Erzwingen einer Glasströmung im Glasbad (9) oder Wirbel und Druckregelmöglichkeiten im Oberofen (10) oder Regelung des Abgasdruckes, durch Veränderung des Durchlassquerschnittes, der Abgase aus dem Ofen, zu ermöglichen.

In Fig.2 ist mit der Hydraulikleitung-B (19), dem Druckregelventil-B (20) und dem Drucksensor-B (21), deren Funktion weiter vorn im Text für die Hydraulikleitung- A (16) erläutert wurde, und vorteilhaft mit einer Abstandsmessung durch den Weggeber (12b), der im Fall einer Bewegungsschraube (13) auch ein Drehgeber sein kann, die Möglichkeit einer geregelten translatorischen Bewegung des Andruckelements (12, 13), hier der Kolbenstange (12a), dargestellt, wodurch mittels einer, dem Fachmann geläufigen Verbindung, zwischen den Steinen (4 bis 8) und den Andruckelementen (12, 13), eine translatorische Verschiebung der Steine (4 bis 8) durch die Verstellung der Andruckelemente (12, 13) ermöglicht wird.

Die Ansprüche beschränken sich hierbei nicht ausschliesslich auf das Glasschmelzen, auch weitere Bereiche der Glasherstellung, wie der Läuterteil und Homogenisierungsteil, als auch die Bereiche des Metallschmelzens und der Mineralschmelzens unterliegen den Ansprüchen.

- I -

Bezugszeichenliste :

1. Verankerung des Bodens

2. Verankerung der Seite

3. Verankerung der Decke

4. Boden der Schmelzwanne

5. Seitenwand der Schmelzwanne

6. Brennerstein

7. Gewölbewiderlagerstein

7a Zwischenhalter

8. Gewölbe

9. Glasbad

10. Oberofen

11. Zwischenwand

IIa. Auflageeinheit

12. Hydraulikzylinder

12a Kolbenstange des Hydraulikzylinders

12b Weggeber/ Abstandsmesseinheit

13. Bewegungsschraube

13a. Führungsgewinde der Bewegungsschraube

13b. Kopf der Bewegungsschraube; für manuelle Verstellung

14. Kraft-/Drucksensorik

15. Motorbetriebener Stellantrieb

16. Hydraulikleitung-A

17. Druckregelventil-A

18. Drucksensor-A

19. Hydraulikleitung-B

20. Druckregelventil-B

21. Drucksensor-B

22. Hydraulische Druckerzeugung mit Schaltlogik

23. Steuerleitung der Sensorik

24. Datenauswerte- und Steuereinheit

25. Steuerleitung der Aktorik