DE2223183A1

DE2223183A1 - Process for heating and melting glass and furnace to carry out the process

Info

Publication number: DE2223183A1
Application number: DE19722223183
Authority: DE
Inventors: Machlan George Richard
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1972-11-30
Also published as: BE783519A; JPS5535336B1; IT955566B; NL7206387A; FR2137947A1; CA940574A; GB1369144A

Description

DR.-INQ. DIPL.-INQ. M. SC. DIPL.-PHYS. DR. DIPL.-PHYS.DR.-INQ. DIPL.-INQ. M. SC. DIPL.-PHYS. DR. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKERHÖGER - LEGAL RIGHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGARTPATENT LAWYERS IN STUTTGART

A 39 507 mA 39 507 m

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5. Mai 1972May 5th 1972

Owens-Corning Fiberglas Corp, Toledo, Ohio / USAOwens-Corning Fiberglas Corp, Toledo, Ohio / USA

Verfahren zum Erhitzen und Schmelzen von Glas und Ofen zur Durchführung des VerfahrensMethod of heating and melting glass and furnace to carry out the method

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen und Schmelzen von Glas in einem elektrischen, aus elektrisch leitendem feuerfestem Material aufgebauten Ofen mit mindestens einer ersten und einer zweiten, in dem Ofen im Abstand zu den Seitenwänden angeordneten-Elektrode sowie einen ofen zur Duchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for heating and melting glass in an electrical, electrically conductive refractory Material constructed furnace with at least a first and a second, in the furnace at a distance from the side walls arranged electrode as well as an oven for performing this Procedure.

Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der Glasherstellung, und zwar von solchem Glas, welches bei Schmelztemperaturen einen relativ hohen elektrischen Widerstandswert aufweist.In general, the invention relates to the field of glass production, specifically of such glass, which at melting temperatures a has a relatively high electrical resistance value.

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Bei der Glasherstellung wird Glas im allgemeinen dadurch gewonnen, daß man ein Gemenge roher Glasmaterialien in einem feuerfest ausgefütterten Ofen zum Schmelzen bringt. Der Ofen kann mittels eines Kohlenwasserstoffbrenners, aufgrund von Elektrizität oder mit Hilfe einer Kombination eines Brenners und Elektrizität geheizt werden. Glasofen, die Kohlenwasserstoff verbrennen, besitzen im allgemeinen eine feuerfest bzw. hitzewiderstandsfähig ausgefütterte Schmelzkammer, die einen geschmolzenen Glaskörper aufnimmt, sowie eine Vielzahl von Brennern, die Brennstoff, öl oder Gas verbrennen und die so angeordnet sind, daß sie der Oberfläche des geschmolzenen Glases Wärme zuleiten. Dabei wird das rohe Glasgemenge an einem Ende der Schmelzkammer zugeführt und das geschmolzene Glas an dem anderen entgegengesetzten Ende der Kammer entnommen. In der Schmelzkammer kann zur Erzielung einer Gleichförmigkeit des geschmolzenen Glases eine Rühranordnung bzw. ein Rührwerk angeordnet sein. Auch elektrisch geheizte Glasofen weisen eine feuerfest ausgefütterte Schmelzkammer zur Aufnahme eines Körpers geschmolzenen Glases auf. Dabei sind zwei oder mehr Elektroden in dem geschmolzenen Glas zur Erhitzung des Glases aufgrund des Joule'sehen Effektes eingetaucht, denen durch Anlegung einer Spannung zwischen den Elektroden elektrische Energie zuführbar ist. Das rohe Glasgemenge wird der Oberfläche des geschmolzenen Glaskörpers zugeführt und schwimmt auf dieser auf, während das geschmolzene Glas an einer in einer Seitenwand bzw. im Boden der Schmelzkammer angeordneten, unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindlichen Mündungsöffnung entnommen wird. Die aufgrund der hohen Stromdichten an den Elektroden erzeugte Hitze bewirkt heftige Konvektionsströme in dem geschmolzenen Glas, wodurch das Glas während seiner Erhitzung kontinuierlich gerührt und bewegt wird. Entwurf, Aufbau und Typ der bei Glasschmelzofen verwendeten Wärmequellen werden von verschiedenen Faktoren bestimmt, beispielsweise auch der Zusammensetzung und den Eigen-In glass production, glass is generally obtained by that a mixture of raw glass materials is melted in a refractory lined furnace. The furnace can by means of a hydrocarbon burner, due to electricity or heated with the help of a combination of a burner and electricity will. Glass furnaces that burn hydrocarbons are generally fireproof or heat resistant Lined melting chamber, which holds a molten glass body, as well as a multitude of burners, the fuel, oil or burn gas and which are arranged to impart heat to the surface of the molten glass. It will raw glass batch is fed into the melting chamber at one end and the molten glass at the other opposite end of the Chamber removed. In the melting chamber, a stirrer arrangement or an agitator can be arranged. Electrically heated glass furnaces also have a refractory lined melting chamber to accommodate them a body of molten glass. There are two or more electrodes in the molten glass for heating the Glass is immersed due to the Joule effect, which electrical energy is generated by applying a voltage between the electrodes is feedable. The raw glass batch is fed to the surface of the molten glass body and floats on it, while the molten glass is arranged in a side wall or in the bottom of the melting chamber, below the liquid level located mouth opening is removed. The heat generated at the electrodes due to the high current densities causes violent convection currents in the molten glass, whereby the glass is continuously stirred and moved while it is being heated. Design, construction and type of the glass melting furnace The heat sources used are determined by various factors, such as the composition and properties

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schaften des Glases und von Erwägungen, denen wirtschaftliche Faktoren zugrunde liegen.properties of glass and considerations that are economic Underlying factors.

Dabei werden verschiedene Arten von feuerfesten Materialien zur Aufnahme von geschmolzenem Glas bei Glasschmelzöfen verwendet. Typische feuerfeste Materialien, die mit Glas in Kontakt kommen, beispielsweise für niedrig alkalische Borsilikatgläser,umfassen Chromoxyd, Zirkon und dichtes Quarzgut bzw. Silika auf. Die nutzvolle Lebenserwartung von feuerfesten Auskleidungen bei Glasofen ist hauptsächlich bestimmt durch die Geschwindigkeit, mit welcher sich das feuerfeste Material in dem geschmolzenen Glas auflöst. Von den zur Verwendung bei Glasofen bei niedrig alkalischen Borsilikatgläsern verwendbaren feuerfesten Materialien hat . Chromoxyd die längste Lebensdauer, die mindestens zehnmal größer ist als die von Zirkon, das nächstbeste feuerfeste Material, wobei dann die Lebensdauer von Chromoxyd gegenüber den übrigen feuerfesten Materialien hundert oder noch mehrmals langer ist. Die nutzvoll verwendbare Lebensdauer vieler feuerfester Materialien, wie beispielsweise dichtes Quarzgut, kann durch Wasserkühlung des Materials auf eine Temperatur verlängert werden, bei welcher sich das feuerfeste Material nur sehr langsam in dem geschmolzenen Glas auflöst. Jedoch reduziert das Kühlen der feuerfesten Materialien bzw. dieser Auskleidung drastisch die Wirksamkeit des Ofens, wobei Wassergekühltes dichtes Quarzgut, d.h. zusammengeschmolzenes Silika noch immer eine kürzere nutzbare Lebensdauer als feuerfeste Chromoxydmaterialien aufweisen. Dabei können bei Verwendung von Chromoxydmaterialien zur Aufnahme von geschmolzenem Glas insofern einige Probleme entstehen, als das aufgelöste feuerfeste Material dem Glas eine grünliche Färbung verleiht. Darüber hinaus "hat feuerfestes Chromoxyd bei den Temperaturen, die bei Glasschmelzofen auftreten, einen niedrigen elektrischen Wider-Different types of refractory materials are used for this Collection of molten glass used in glass melting furnaces. Typical refractories that come into contact with glass, such as low alkaline borosilicate glasses, include Chromium oxide, zirconium and dense quartz or silica. The useful life expectancy of refractory linings Glass furnace is mainly determined by the speed at which the refractory material is in the molten material Dissolves glass. Of the refractory materials that can be used for use in glass furnaces with low alkaline borosilicate glasses Has . Chromium oxide has the longest lifespan, which is at least ten times greater than that of zircon, the next best refractory Material, whereby the life of chromium oxide compared to the other refractory materials is a hundred or even more is several times longer. The useful life of many refractories, such as dense Fused quartz can be extended to a temperature at which the refractory material is heated by cooling the material with water dissolves very slowly in the molten glass. However, cooling the refractories reduces them Lining dramatically increases the effectiveness of the furnace, using water-cooled dense fused silica, i.e. fused silica still have a shorter useful life than chromium oxide refractories. When using Chromium oxide materials for containing molten glass pose some problems in that the dissolved refractory Material gives the glass a greenish color. In addition, "refractory chromium oxide has at the temperatures that at Glass melting furnace, a low electrical resistance

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stand. Dieser niedrige Widerstandswert kann bei elektrischen öfen zu Problemen führen. Oft werden Alkalimetalle, üblicherweise Natrium oder Kalium als Flußmittel dem Glas zugefügt, um das Schmelzen des Glaees zu erleichtern und die Viskosität des geschmolzenen Glases herabzusetzen. Allerdings bewirken Alkalimetalle, daß heißes Glas einen niedrigen elektrischen Widerstandswert aufweist. Dabei weist jedoch Glas, welches für die Herstellung elektrischer Isolatoren verwendet wird, sowie sehr viel von dem Glas, welches bei der Herstellung von Glasfasern für textile Zwecke verwendet wird, typischerweise weniger als 1% Alkaligehalt auf und ist in manchen Fällen frei von Alkalimetallen. Als Folge davon weisen diese Gläser in einem geschmolzenen Zustand einen relativ hohen elektrischen Widerstandswert, verglichen mit normalem Glas,auf. Oft wird diesem Glas auch Fluor hinzugefügt, welches als Flußmittel wirkt und hilft, einige der Gemengematerialien in Lösung zu bringen,und um Blasen und Bläschen in dem geschmolzenen Glas sowie die Viskosität dieses Glases zu reduzieren. Fluor ist jedoch ein flüchtiges Material. Von den 1% bis 2% Fluor, welches dem rohen Gemenge beigemischt wird, wird ein großer Anteil aus dem geschmolzenen Glas wieder ausgetrieben, so daß vielleicht lediglich 0,4% bis 0,5% in dem Glas verbleiben. Auch Bor wird von dem geschmolzenen Glas emittiert. Dies ist deshalb unerwünscht, weil die Emission von Fluor und Bor Probleme hinsichtlich der Luftverschmutzung erzeugen kann. Bei Brennstoff verwendenden Schmelzofen kann sich das emittierte Fluor auch mit dem Wasserstoff der Abgase verbinden und bildet Fluorwasserstoff.was standing. This low resistance value can cause problems with electric ovens. Often times, alkali metals are used, usually Sodium or potassium added to the glass as a flux to facilitate the melting of the glass and reduce the viscosity of the of molten glass. However, alkali metals cause hot glass to have a low electrical resistance having. However, glass, which is used for the manufacture of electrical insulators, has a great deal to offer of the glass used in the manufacture of glass fibers for textile purposes, typically less than 1% alkali content and in some cases is free of alkali metals. As a result, these glasses exhibit in a molten state has a relatively high electrical resistance value compared to normal glass. Often this glass also becomes fluorine added which acts as a flux and helps bring some of the batch materials into solution, and around bubbles and vesicles in the molten glass as well as reducing the viscosity of that glass. However, fluorine is a volatile material. from the 1% to 2% fluorine, which is added to the raw mixture, a large proportion is driven out of the molten glass again, so that perhaps only 0.4% to 0.5% remains in the glass. Boron is also emitted from the molten glass. This is undesirable because the emission of fluorine and boron can create air pollution problems. at The furnace using fuel can also combine and form the emitted fluorine with the hydrogen in the exhaust gases Hydrogen fluoride.

Eine Möglichkeit zur Reduzierung bzw. zur Beseitigung der Emission von Fluor und Bor aus dem geschmolzenen Glas liegt in der Verwendung eines elektrischen Schmelzofens, wobei eine kontinuierliche Decke ungeschmolzenen Gemenges aufrechterhalten wird, welches aufOne way of reducing or eliminating emissions of fluorine and boron from the molten glass lies in the use of an electric melting furnace, being a continuous one Cover unmelted mix is maintained which is on

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der Oberfläche des geschmolzenen Glases in dem Ofen aufschwimmt. Das Fluor und Bor reagiert dann chemisch mit den Gemengematerialien oder kondensiert in der aus dem Gemenge bestehenden Decke. Dies reduziert dann wieder den Anteil an Fluor, der dem Gemenge zugegeben werden muß.the surface of the molten glass floats in the furnace. The fluorine and boron then react chemically with the batch materials or condenses in the blanket consisting of the mixture. This then again reduces the amount of fluorine in the mixture must be admitted.

In der Vergangenheit haben sich Versuche, Glas mit einem hohen elektrischen Widerstandswert elektrisch zu schmelzen, als nicht erfolgreich erwiesen. Der niedrige Widerstandswert des feuerfesten Chromoxydmaterials und der höhere Widerstandswert des geschmolzenen Glases wirken dahin, daß ein größerer Anteil des dem Ofen zugeführten elektrischen Stromes durch die feuerfeste Auskleidung bzw. die Seitenwände fließt und nicht durch das Glas und eher die feuerfeste Auskleidung erhitzt. Dies führt zu heißen Stellen und zu einer ungleichmäßigen Erhitzung des Glases. Eine Lösung dieses Problems ist darin zu sehen, daß man "ein feuerfestes Material verwendet, welches bei der Temperatur geschmolzenen Glases einen hohen Widerstandswert aufweist. Nun löst sich jedoch Zirkon, das nächstbeste feuerfeste Material, in dem Glas wesentlich schneller als Chromoxyd auf und rekristallisiert, nachdem es sich in dem Glas bei den Ofentemperaturen aufgelöst hat, oft wieder aus dem Glas dann, wenn die Temperatur auf Arbeitstemperaturen reduziert wird, aus.In the past, attempts to electrically melt glass with a high electrical resistance value have proven to be not proven successful. The low resistance value of the chromium oxide refractory material and the higher resistance value of the Molten glass act so that a greater proportion of the electrical current supplied to the furnace through the refractory The lining or the side walls flows and not heated through the glass and rather the refractory lining. this leads to too hot spots and uneven heating of the glass. A solution to this problem is to be seen in that a refractory material is used which has a high resistance value at the temperature of the molten glass. Now, however, zircon, the next best refractory material, dissolves in the glass much faster than chromium oxide and recrystallizes, after it has dissolved in the glass at the oven temperature, often again out of the glass when the temperature is reduced to working temperatures.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, mit welchem es gelingt, auch Gläser mit sehr hohem spezifischen Widerstandswert im geschmolzenen Zustand in elektrischen Schmelzöfen aufzuschmelzen und zu erhitzen.The invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for performing this method, with which it is possible to also make glasses with a very high specific resistance value in the molten state in electrical Melting and heating furnaces.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem Verfahren der eingangs geschilderten Art und besteht erfindungs-To achieve this object, the invention is based on the method of the type described at the beginning and consists of

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gemäß darin, daß in den Ofen eine Charge geschmolzenen Glases mit einem höheren Widerstandswert als das feuerfeste Material . der Ofenseitenwände eingebracht wird und man den Elektroden elektrische Energie zur Bewirkung eines elektrischen Stromflusses in dem geschmolzenen Glas zwischen der ersten und zweiten Elektrode zur Erhitzung des Glases aufgrund des Joule*sehen Effektes zuführt und daß man eine Vielzahl miteinander verbundener Elek-according to that in the furnace a batch of molten glass with a higher resistance value than the refractory material. the furnace side walls is introduced and the electrodes electrical energy for causing an electrical current to flow in the molten glass between the first and second electrodes to heat the glass due to the Joule * effect and that a multitude of interconnected elec-

erstenfirst

troden zwischen der mindestens einen Elektrode und den Seitenwänden anordnet, so daß diese miteinander verbundene Elektroden den Strom in den Seitenwänden auf weniger als 3% des Stromes begrenzen, der zwischen den ersten und zweiten Elektroden fließt.trode between the at least one electrode and the side walls arranged so that these interconnected electrodes limit the current in the sidewalls to less than 3% of the current, flowing between the first and second electrodes.

Der Erfindung gelingt es daher aufgrund einer speziellen Elektrodenanordnung auch bei einen sehr hohen spezifischen Widerstandswert aufweisenden geschmolzenen Glasmischungen ein zu starkes Erhitzen der Wände zu verhüten.The invention therefore succeeds on the basis of a special electrode arrangement even in the case of molten glass mixtures having a very high specific resistance value to prevent excessive heating of the walls.

Allgemein ist die Erfindung also darin zu sehen, einen verbesserten Schmelzofen zur elektrischen Aufschmelzung von Glas oder anderen Materialien vorzusehen, wobei diese Materialien einen elektrischen Widerstandswert aufweisen, der größer als der elektrische Widerstandswert des feuerfesten Materials ist, welches innerhalb des Schmelzofens die Schmelzkammer bildet.In general, the invention is therefore to be seen as an improved one Melting furnace for the electrical melting of glass or other materials to be provided, these materials having an electrical Have resistance that is greater than the electrical resistance of the refractory material, which is within of the melting furnace forms the melting chamber.

Vorteilhafterweise wird ein nur eine geringe Löslichkeit aufweisendes feuerfestes Material, vorzugsweise ein feuerfestes Chromoxyd einer solchen 'Formgebung unterworfen, daß es eine zur Aufnahme eines geschmolzenen Glaskörpers geeignete Schmelzkammer bildet. In der Kammer sind eine Vielzahl von Elektroden angeordnet, um das Glas aufgrund des Joule*sehen Effektes zu erhitzen. Wird der Ofen in Verbindung mit einer Einphasenstarkstromquelle verwendet, dann ist eine oder mehrere erste Elektroden mit der phasenführenden Seite, d.h. mit der "heißen" Seite derAdvantageously, a low solubility Refractory material, preferably a refractory chromium oxide, subjected to such a 'shaping that there is a receptacle of a molten glass body forms a suitable melting chamber. A large number of electrodes are arranged in the chamber, to heat the glass due to the Joule * effect. If the furnace is used in conjunction with a single phase high power source, then one or more first electrodes is with the phase-leading side, i.e. with the "hot" side of the

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elektrischen Spannungsquelle verbunden; eine Vielzahl von zweiten Elektroden sind mit der an Masse gelegten Klemme der Spannungsquelle verbunden. Die ersten Elektroden sind dabei in der Schmelzkammer im Bereich des Kammermittelpunktes angeordnet, während die zweiten Elektroden zwischen den ersten Elektroden und den leitenden Seitenwänden der Kammer befindlich sind. Die zweiten Elektroden sind so angeordnet, daß sie den Potentialgradienten bzw. die elektrischen Spannungen in den Seitenwänden auf vorzugsweise weniger als 3% der zwischen den Elektroden angelegten Spannung absenken. Werden Vielphasen-Starkstromquellen verwendet, dann sind eine Gruppe erster Elektroden für jede Phase vorgesehen, wobei die ^asse- elektrodender zweiten Elektroden jeweils zwischen den die ersten Elektroden bildenden Gruppen, aber auch zwischen den ersten Elektroden und den Seitenwänden angeordnet sind.electrical voltage source connected; a plurality of second electrodes are connected to the grounded terminal of the voltage source tied together. The first electrodes are arranged in the melting chamber in the region of the center point of the chamber, while the second electrodes are located between the first electrodes and the conductive side walls of the chamber. The second Electrodes are arranged in such a way that they preferably apply the potential gradient or the electrical voltages in the side walls Decrease less than 3% of the voltage applied between the electrodes. If multi-phase power sources are used, a group of first electrodes are then provided for each phase, the base electrodes of the second electrodes in each case arranged between the groups forming the first electrodes, but also between the first electrodes and the side walls are.

Zusammengesetzte Gemenge von rohen Glasmaterialien sind über die Oberfläche des geschmolzenen Glaskörpers in der Sbhmelzkammer verteilt, das geschmolzene Glas wird an einer unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegenden Mündungsöffnung entnommen. Vorteilhafterweise ist das Glasgemenge so verteilt, daß es über der Oberfläche des geschmolzenen Glases eine kontinuierliche Decke aufrechterhält, so daß die Emission von Fluor und Bor an dieser Oberfläche beseitigt wird. Angrenzend an die untergetauchte Mündungsöffnung, an welcher das geschmolzene Glas entnommen wird, sind eine oder mehrere Masse-elektroden angeordnet, um im Bereich der Mündungsoffnung nach oben gerichtete Konvektionsströme zu erzeugen, so daß das ungeschmolzene Gemengematerial daran gehindert wird, an und in die Mündungsöffnung zu gelangen.Composite batches of raw glass materials are distributed over the surface of the molten glass body in the melting chamber, the molten glass is removed from an orifice below the liquid level. Advantageously the glass batch is so distributed that it maintains a continuous blanket over the surface of the molten glass, so that the emission of fluorine and boron from this surface is eliminated. Adjacent to the submerged mouth opening, at which the molten glass is removed, one or more ground electrodes are arranged to be in the area of the To generate upward convection currents, so that the unmelted batch material is prevented from getting to and into the mouth opening.

Vorteilhaft bei der Erfindung ist, daß der der Erfindung zugrundeliegende elektrische Schmelzofen Glas schmelzen kann, welchesThe advantage of the invention is that the underlying of the invention electric melting furnace can melt glass, whichever

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einen vorgegebenen elektrischen Widerstandswert aufweist, wobei die feuerfesten Wände des Schmelzofens einen vorgegebenen geringeren elektrischen Widerstandswert besitzen.has a predetermined electrical resistance value, the refractory walls of the furnace having a predetermined lower value have electrical resistance.

Dabei kann unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schmelzofens Glas aufgeschmolzen werden, welches weniger als 1% Alkalimetalle enthält.Glass which contains less than 1% alkali metals can be melted using the melting furnace according to the invention contains.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der ünterarisprüche und in diesen niedergelegt. Im folgenden werden anhand der Figuren das erfindungsgemäße Verfahren sowie Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen der Erfindung im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:Further refinements of the invention are the subject of the sub-claims and laid down in these. In the following, the method according to the invention as well as structure and are based on the figures Mode of operation of exemplary embodiments of the invention explained in more detail. Show:

Fig. 1 in Aufsicht einen Schmelzofen zur elektrischenFig. 1 in plan view of a melting furnace for electrical

Schmelzung von Glas gemäß dem Stand der Technik,Melting of glass according to the state of the art,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen elektrischen Schmelzofen zur Schmelzung von Glas gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,2 shows a plan view of an electric melting furnace for melting glass according to a first exemplary embodiment the invention,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2,Fig. 3 is a cross-section along the line 3-3 of Fig. 2;

Fig. 4 in Aufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schmelzofens zur Schmelzung von Glas und4 shows a top view of a further exemplary embodiment of a melting furnace for melting glass and

Fig. 5 in Aufsicht ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 5 is a plan view of a third embodiment of the invention.

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ORiGiHAt. INSPECTEDORIGiHAt. INSPECTED

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In Fig. 1 ist ein typischer Glasschmelzofen 10 bisher gebräuchlicher Art in Aufsicht dargestellt. Der Schmelzofen 10 besteht aus einer Schmelzkammer 11, die gebildet ist von vier Seitenwänden 12 bis 15 und weist vier Elektroden 16 bis'19 auf, um einem in der Schmelzkammer 11 befindlichem Körper aus geschmolzenem Glas elektrische Energie zuzuführen. Angrenzend an eine der Seitenwände 12 wird der Schmelzkammer 11 rohes Gemenge aus Glasmaterial beigegeben, während das geschmolzene Glas der Kammer 11 an einem untergetauchten, im Boden 21 des Ofens 10 angrenzend an die gegenüberliegende Seitenwand 14 angeordnetem Durchlaß bzw. Mündungsöffnung 20 entnommen wird. Ein Durchlaß 22 verbindet die Mündungsöffnung 20 mit einem nicht dargestellten Vorherd, aus welchem dann das geschmolzene Glas entnommen wird, um ihm eine Formgebung zu verleihen, so daß ein Produkt entsteht. Mit den vier Elektroden 16, 17, 18, 19 sind zur Erhitzung des in der Kammer 11 befindlichen geschmolzenen Glases aufgrund des Joule-Effektes, d.h. aufgrund der Joule¹sehen Wärme entweder zwei zweiphasige Starkstromquellen oder eine einzige vierphasige Starkstromquelle verbunden. Werden zwei zweiphasige Starkstromquellen verwendet, dann ist eine Phase mit den Elektroden 16 und 18 und die andere Phase mit den Elektroden 17 und 19 verbunden. Dies führt zu Stromflüssen in dem geschmolzenem Glas diagonal über die Kammer Ho Ist eine vierphasige Starkstromquelle verwendet, dann fließt Strom zwischen jeder der vier Elektroden. Die außerordentlich hohen Stromdichten an den Elektroden 16 bis 19 verursachen heiße Stellen des geschmolzenen Glaskörpers angrenzend an diese Elektroden. Die heißen Stellen verursachen wiederum heftige Konvektionsströme in dem Glas, die das geschmolzene Glas ständig in Be-In Fig. 1, a typical glass melting furnace 10 of the type that has hitherto been used is shown in plan view. The melting furnace 10 consists of a melting chamber 11 which is formed by four side walls 12 to 15 and has four electrodes 16 to 19 in order to supply electrical energy to a body of molten glass located in the melting chamber 11. Adjacent to one of the side walls 12, a raw mixture of glass material is added to the melting chamber 11, while the molten glass is removed from the chamber 11 from a submerged passage or orifice 20 located in the bottom 21 of the furnace 10 adjacent to the opposite side wall 14. A passage 22 connects the mouth opening 20 with a forehearth, not shown, from which the molten glass is then removed in order to give it a shape so that a product is produced. With the four electrodes 16, 17, 18, 19 to heat the molten glass located in the chamber 11 due to the Joule effect, ie due to the Joule ¹ see heat, either two two-phase high-voltage sources or a single four-phase high-voltage source are connected. If two two-phase power sources are used, then one phase is connected to electrodes 16 and 18 and the other phase is connected to electrodes 17 and 19. This leads to current flows in the molten glass diagonally across the chamber Ho. If a four-phase high voltage source is used, then current flows between each of the four electrodes. The extremely high current densities at electrodes 16 to 19 cause hot spots on the molten glass body adjacent to these electrodes. The hot spots in turn cause violent convection currents in the glass, which keep the molten glass constantly in motion.

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wegung halten und umrühren. Aufbau und Entwurf eines solchen Schmelzofens 10 zum Schmelzen von Glas ist solange zufriedenstellend, als die die Seitenwände 12 bis 15 einen elektrischen Widerstandswert aufweisen, der beträchtlich größer als der elektrische Widerstandswert des geschmolzenen Glaskörpers ist. Dabei verstärkt sich der Stromfluß innerhalb der die Schmelzkammer 11 bildenden Wände, wenn der Widerstandswert der Wände abnimmt. Ein Stromfluß innerhalb der Wände erhitzt die Seitenwände in der gleichen Weise, in welcher der Stromfluß den geschmolzenen Glaskörper erhitzt, nämlich aufgrund des Joule'sehen Effektes. Nimmt der Widerstandswert der Wände ab, dann erhöht sich die Temperatur der Seitenwände und die Wärme, die in dem geschmolzenen Glaskörper erzeugt wird, nimmt ab. Es ist daher einleuchtend, daß, um eine überhitzung der Wände elektrischer Schmelzofen üblicher Art zu verhindern, das geschmolzene Glas einen geringeren elektrischen Widerstandswert haben muß, als die Wände des Ofens.keep moving and stir. The structure and design of such a melting furnace 10 for melting glass is satisfactory as long as than which the side walls 12 to 15 have an electrical resistance value which is considerably greater than that is the electrical resistance of the molten glass body. This increases the flow of current within the melting chamber 11 forming walls when the resistance value of the walls decreases. A flow of current within the walls heats the side walls in the same way in which the flow of current heats the molten vitreous, namely by virtue of Joule's vision Effect. If the resistance value of the walls decreases, then the temperature of the side walls and the heat in the molten glass body is generated decreases. It is therefore evident that in order to prevent overheating of the walls electrical To prevent melting furnace conventional type, the molten glass must have a lower electrical resistance than the walls of the furnace.

Bei den drei besten, üblicherweise zur Herstellung von niedrig alkalischen Borsilikatglas verwendeten feuerfesten bzw. hitzebeständigen Materialien für öfen handelt es sich um dicht geschmolzenes Silika, d.h. Kieselsäure, um Zirkon und Chromoxyd. Von diesen Materialien ist wiederum das Chromoxyd das bei weitem hitzebeständigste und feuerfeste für Glasschmelzöfen, aufgrund seiner geringen Löslichkeit im geschmolzenen Glas, das nächste in der Reihe der feuerfesten Materialien ist dann Zirkon. Bei den Temperaturen geschmolzenen Glases löst sich feuerfestes Chromoxyd bzw. eine daraus hergestellte Auskleidung mit etwa dem zehnten Teil der Geschwindigkeit auf, mit der sichThe three best refractory or heat-resistant ones commonly used in the manufacture of low-alkaline borosilicate glass Materials for furnaces are densely fused silica, i.e. silicic acid, zirconium and chromium oxide. Of these materials, chromium oxide is by far the most heat-resistant and refractory for glass melting furnaces, due to its low solubility in molten glass, it is next in line with refractory materials Zircon. At the temperatures of molten glass, refractory chromium oxide or a lining made from it dissolves with about a tenth of the speed with which

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Zirkon auflöst. Die Zusammensetzung eines typischen feuerfesten Chromoxyds besteht aus 95 % Cr₃O₃, 4 % TiO₃, 0_f2 % Fe₃O₃ und geringen Anteilen an SiO₂/ CaO und B₂O₃. ^E*^ne typische Mischung für ein feuerfestes Zirkon besteht aus 65 % ZrO₂, 34,4 % SiO₃, 0,25 % Al₃O₃, 0,2 % TiO₃ und Spuren von Fe₃O₃, CaO, MgO und Alkalimetallen.Die Zusammensetzung eines typischen, einen hohen Widerstandswert aufweisenden Glases, wie es bei der Herstellung von elektrischen Isolatoren "und Glasfasern für textile Zwecke verwendet Wird, beträgt 55 % SiO₃, 15 % Al₃O₃, 22 % CaO und 7 % B₃O₃. Es können sich auch Spuren von Alkalimetallen und anderen Unreinheiten in diesem Glas befinden, obwohl stets weniger als 1 % Alkalimetalle vorhanden sind, da diese einen großen Einfluß auf den Widerstandswert des Glases haben. In der nachfolgenden Tabelle sind angenähert die Widerstandswerte von feuerfestem Chromoxyd, feuerfestem Zirkon und einen hohen Widerstandswert aufweisenden Glas dargestellt:Dissolves zircon. The composition of a typical refractory chromium oxide consists of 95% Cr ₃ O ₃ , 4% TiO ₃ , 0 _f 2% Fe ₃ O ₃ and small amounts of SiO ₂ / CaO and B ₂ O ₃ . ^E * ^ne typical mixture for a refractory zirconium is composed of 65% ZrO _2, 34.4% SiO _3, 0.25% Al ₃ O _3, 0.2% TiO ₃ and traces of Fe ₃ O _3, CaO, MgO and Alkali metals. The composition of a typical high resistance glass, such as is used in the manufacture of electrical insulators and glass fibers for textile purposes, is 55% SiO ₃ , 15% Al ₃ O ₃ , 22% CaO and 7% B ₃ O _3. There can also be traces of alkali metals and other impurities in this glass, although less than 1% alkali metals are always present, as these have a great influence on the resistance of the glass refractory chromium oxide, refractory zirconium and high resistance glass:

Tabelle ITable I. in Ohm-Zentimeterin ohm-centimeters Glas mit hohemGlass with high WiderstandswertResistance value feuerfestesrefractory Widerstandresistance Temperaturtemperature in ⁰C feuerfestesin ⁰ C refractory ZirkonZircon > 1000> 1000 ChromoxydChromium oxide 6.5 χ 10⁴ 6.5 χ 10 ⁴ >1000> 1000 800800 10.210.2 1.6 χ 10⁴ 1.6 χ 10 ⁴ 608608 10001000 2.52.5 6 χ 10³ 6 χ 10 ³ 204204 12001200 <1<1 4.5 χ 10³ 4.5 χ 10 ³ 1212th 13001300 <1<1 3 χ 10³ 3 χ 10 ³ 15001500 «1"1

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209849/0759209849/0759

A 39 507 m 4£A 39 507m 4 pounds

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5. Mai 1972 -JJt- May 5th 1972 -YYt-

Bei Studium dieser Tabelle ergibt sich offensichtlich, daß Glas mit hohem Widerstandswert nicht in dem Schmelzofen 10 der Fig. 1 geschmolzen werden kann, wenn die Seitenwände 12 bis 15 der Schmelzkammer 11 aus feuerfestem Chromoxyd gebildet sind. Aufgrund des niedrigen Widerstandswertes hitze- bzw. feuerbeständigem Chromoxyd folgen die elektrischen Ströme dem kürzesten Weg durch das Glas zu den Seitenwänden 12 bis 15 und fließen dann durch die Seitenwände. Dies führt zu einer übermäßigen Erhitzung der Seitenwände und zu einer nicht angemessenen Erhitzung des Glases selbst.Obviously, upon studying this table, it is found that high-resistance glass is not in the furnace 10 1 can be melted if the side walls 12 to 15 of the melting chamber 11 are formed from refractory chromium oxide are. Due to the low resistance value, heat or fire-resistant chromium oxide, the electrical currents follow the shortest path through the glass to the side walls 12 to 15 and then flow through the side walls. This leads to excessive heating of the side walls and inadequate Heating the glass itself.

In den Fig. 2 und 3 ist daher ein Schmelzofen 25 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Schmelzofen 25 umfaßt eine Schmelzkammer 26, die von vier Seitenwänden 27 bis 30 gebildet ist. Die Seitenwände 27, 29 sind parallel, desgleichen die Seitenwände 28 und 30, so daß die Schmelzkammer 26 einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Mindestens eine und vorzugsweise ein Paar heißer Elektroden 31 sind so angebracht, daß sie in einer ersten Ebene liegen, die zentral zwischen und parallel zu den Seitenwänden 28 und 30 verläuft. In einer zweiten Ebene, die sich parallel zu und im Abstand zwischen der Seitenwand 28 und den heißen, d.h. elektrisch hoch liegenden Elektroden 31 erstreckt, ist eine Vielzahl an Masse gelegterElektroden 32 angeordnet, desgleichen in einer dritten Ebene, die sich parallel zu und im Abstand zwischen der Seitenwand 30 und dem die Phase führenden Elektroden 31 erstreckt. Die gestrichelt dargestellten Linien in Fig. 2 und den nachfolgenden Figuren geben elektrische Zwischenverbindungen zwischen den "heißen" Elektroden 31 undIn FIGS. 2 and 3, therefore, a melting furnace 25 is shown in accordance with a first exemplary embodiment of the invention. The melting furnace 25 comprises a melting chamber 26 which is formed by four side walls 27-30. The side walls 27, 29 are parallel, as are the side walls 28 and 30, so that the melting chamber 26 has a rectangular cross-section. At least one and preferably a pair of hot electrodes 31 are mounted so that they are in a first plane which runs centrally between and parallel to the side walls 28 and 30. In a second level that is parallel to and in the distance between the side wall 28 and the hot, i.e. electrically high lying electrodes 31 a plurality of grounded electrodes 32 arranged, likewise in a third plane which is parallel to and in the Distance between the side wall 30 and the phase leading electrodes 31 extends. The dashed lines in Fig. 2 and subsequent figures give electrical interconnections between the "hot" electrodes 31 and

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A 39 507 mA 39 507 m

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den an Masse gelegten Elektroden 32 an. Die Masseelektroden 32 in der zweiten und dritten Ebene sind den Seitenwänden 27 und 29 beträchtlich näher als die heißen Elektroden 31. Aufgrund einer solchen Anordnung werden die Wände 28 und 30 nahe dem Massepotential gehalten, so daß elektrische Spannungen bzw. auf elektrische Spannungen zurückzuführende Verzerrungen in den Wänden 27 und 29 klein gehalten werden. Sind die Elektroden 31 und 32 im ausreichenden Abstand zu den Wänden 27 und 29 angebracht, dann können diese Seitenwände aus einem feuerfesten Chromoxyd hergestellt werden, obwohl in dem Schmelzofen 25 ein Glas hohen Widerstandes geschmolzen wird. Die Elektroden 31 und 32 sind so montiert, daß sie sich durch den Ofenboden 33 erstrecken. Da der Ofenboden 33 hohen elektrischen Spannungen unterworfen ist, muß er aus einem feuerfesten Material mit einem extrem hohen elektrischen Widerstandswert hergestellt sein, wie beispielsweise dicht geschmolzenes Silika, d.h. also aus dichtem Quarzgut. In diesem Falle sind um die Elektroden 31 und 32 zur Durchführung einer Wasserkühlung Uimkleidungen bzw. Wassermantelkühler 34 vorgesehen, um den Ofenboden 33 zu kühlen und damit ein Einschneiden des Bodens 33 durch das geschmolzene Glas zu verhindern bzw. klein zu halten. Wenn zur Erhitzung des Glaskörpers in dem Ofen 25 eine größere Anzahl von Elektroden 31 und 32 verwendet werden, kann für diese Erhitzung auch eine geringere Spannung benutzt werden. Dies führt zu geringeren Stromdichten an den Elektroden 31 und 32 und eliminiert wiederum die heftigen Konvektionsströme, die angrenzend an jede Elektrode in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auftreten. Indem diese heftigen Konvektionsströme beseitigt werden, wird auch eine Erosion des Bodens 32 beträcht-grounded electrodes 32. The ground electrodes 32 in the second and third levels are the side walls 27 and 29 considerably closer than the hot electrodes 31. Due In such an arrangement, the walls 28 and 30 are kept close to the ground potential, so that electrical voltages or Distortions due to electrical voltages in the walls 27 and 29 can be kept small. Are the electrodes 31 and 32 attached at a sufficient distance from the walls 27 and 29, then these side walls can be made of a refractory chromium oxide, although one in the melting furnace 25 High resistance glass is melted. The electrodes 31 and 32 are mounted so that they pass through the furnace floor 33 extend. Since the furnace floor 33 is subjected to high electrical voltages, it must be made of a refractory material extremely high electrical resistance, such as densely fused silica, i.e. made of dense fused silica. In this case, there are linings around the electrodes 31 and 32 in order to carry out water cooling or water jacket cooler 34 is provided in order to cool the furnace bottom 33 and thus a cutting of the bottom 33 by the molten To prevent glass or to keep it small. When to heat the glass body in the furnace 25 a larger number of electrodes 31 and 32 are used, a lower voltage can also be used for this heating. this leads to lower current densities at the electrodes 31 and 32 and in turn eliminates the violent convection currents that occur adjacent to each electrode in the embodiment of FIG. By eliminating these violent convection currents erosion of the soil 32 will also be considerable.

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/lLi/ lLi

A 39 507 mA 39 507 m

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lieh reduziert.borrowed reduced.

Ein Vorteil, der sich bei der Verwendung des elektrischen Ofens 25 zur Erhitzung von Glas mit hohem Widerstandswert ergibt, ist, daß Fluor dem Glas als Flußmittel und zur Kontrolle der Viskosität beigegeben wird und daß von einer Oberfläche 35 des geschmolzenen Glases in dem Ofen 25 Bor nicht freigegeben bzw. emittiert wird, über der Oberfläche 35 sind kühle Gemengematerialien 36 verteilt, um eine kontinuierliche Decke zu bilden. Die Decke aus kühlen Gemengematerialien 36 schließen das zugefügte Fluor in dem geschmolzenen Glas im Ofen 25 ein und verhindern die Freisetzung von Bor aus dem geschmolzenen Glas. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber Ofen, die öl bzw. Brennstoff verbrennen, und bei denen die Oberfläche 35 des geschmolzenen Glases von einer Flamme erhitzt wird, was das Entweichen von Fluor und Bor erlaubt.An advantage of using the electric oven 25 to heat glass with a high resistance value is that fluorine is added to the glass as a flux and to control viscosity and that from a surface 35 of the molten glass in the furnace 25, boron is not released or emitted, are above the surface 35 cool batch materials 36 are distributed to form a continuous blanket. The blanket of cool batch materials 36 trap the added fluorine in the molten glass in furnace 25 and prevent the release of boron from the molten one Glass. This is a decisive advantage over stoves that burn oil or fuel, and which the surface 35 of the molten glass is heated by a flame, allowing the fluorine and boron to escape.

Entnommen wird geschmolzenes Glas aus dem Ofen durch eine Mündungsöffnung 37, die sich durch eine der Seitenwände, nämlich die Seitenwand 30 unterhalb der Oberfläche 35 des geschmolzenen Glases erstreckt. Mindestens eine der an Masse gelegten Elektroden 32' ist angrenzend an die unter der Flüssigkeitsoberfläche liegende Mündungsöffnung 37 angeordnet. Die im Bereich dieser Masseelektrode 32' erzeugte Hitze bewirkt nach oben gerichtete Konvektionsströme des geschmolzenen Glases, so daß die rohen Gemengematerialien 36, die an der Oberfläche 35 des geschmolzenen Glases schwimmen, daran gehindert werden, in die Mündungsöffnung 37 einzudringen. Die öffnung 37 ist dann mittels eines Durchlasses 38 mit einem üblichen Vorherd verbunden, vonMolten glass is removed from the furnace through an orifice 37, which extends through one of the side walls, namely the side wall 30 below the surface 35 of the molten Glass extends. At least one of the grounded electrodes 32 'is adjacent to the one below the liquid surface lying mouth opening 37 arranged. The heat generated in the area of this ground electrode 32 'causes it to be directed upwards Convection currents of the molten glass, so that the raw batch materials 36, which on the surface 35 of the molten glass are prevented from entering the orifice 37. The opening 37 is then by means of a passage 38 connected to a conventional forehearth, of

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A 39 507 m ' fS A 39 507 m 'fS

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welchem das geschmolzene Glas den weiteren Maschinenanlagen zugeliefert wird, um verschiedene"Arten von Glasprodukten, beispielsweise Glasfaden und dgl. zu erzeugen. Trotz der Vorteile des Ausführungsbeispiels in den Figuren 2 und 3 ist es möglich, daß die Wände 27 und 29 von etwa 10 bis 15 % der zwischen die heißen Elektroden 31 und die Masseelektroden 32 angelegten Spannung unter Spannung gesetzt werden. Dies unter Spannung setzen kann dadurch reduziert werden, daß man die Elektroden 31 und 32 von den Seitenwänden 27 und 29 noch weiter im Abstand hält, was zu einem kühleren Glas angrenzend an diese Wände führt. Trotzdem sind die Spannungen in den Seitenwänden 27 und 29 gelegentlich größer als erwünscht.to which the molten glass is supplied to the further machinery to produce various "types of glass products, For example, glass thread and the like. To produce. Despite the advantages of the embodiment in Figures 2 and 3 is it is possible for the walls 27 and 29 to be about 10 to 15% of that between the hot electrodes 31 and the ground electrodes 32 applied voltage can be energized. Tensioning this can be reduced by removing the Keeps electrodes 31 and 32 spaced from side walls 27 and 29 even further, resulting in a cooler glass adjacent thereto Walls leads. Nevertheless, the tensions in the side walls 27 and 29 are occasionally greater than desired.

In der Fig. 4 ist daher ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Glasschmelzofens 40 dargestellt. Der Schmelzofen 40 weist eine rechteckförmig ausgebildete Schmelzkammer 41 auf, die gebildet ist von einem Paar paralleler Seitenwände 42 und 43 und einem zweiten Paar paralleler Seitenwände 44 und 45. Wie bei dem Ofen der Fig. 2 ist der Ofen 40 zur Verwendung in Verbindung mit einem Einphasen-Starkstrom entworfen und weist mindestens zwei heiße Elektroden 46 auf, die von einer Vielzahl von Masseelektroden 47 umgeben sind. Die heißen Elektroden 46 sind angrenzend bzw. im Bereich des Zentrums der Schmelzkammer 41 angeordnet und liegen in einer ersten Ebene parallel zu den Seitenwänden 44 und 45. Eine erste Reihe von Masseelektroden 47 ist in einer zweiten Ebene parallel zu und im Abstand zwischen der Ebene der heißen Elektroden 46 und der Seitenwand 44 angeordnet; eine zweite Reihe von Elektroden 47 liegt in einer dritten Ebene, die parallel zu und im Abstand zwischen der Ebene der heißen Elektroden 46 und der Seitenwand 45In Fig. 4 is therefore a further embodiment of a Glass melting furnace 40 shown. The melting furnace 40 has a rectangular shaped melting chamber 41 which is formed is comprised of a pair of parallel side walls 42 and 43 and a second pair of parallel side walls 44 and 45. As with that The furnace of FIG. 2, the furnace 40 is designed for use in connection with a single phase high voltage current and has at least two hot electrodes 46 which are surrounded by a plurality of ground electrodes 47. The hot electrodes 46 are adjacent or arranged in the area of the center of the melting chamber 41 and lie in a first plane parallel to sidewalls 44 and 45. A first row of ground electrodes 47 is in a second plane parallel to and spaced between the plane of the hot electrodes 46 and the side wall 44 arranged; a second row of electrodes 47 lies in a third plane that is parallel to and spaced between the plane of the hot electrodes 46 and the side wall 45

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verläuft. Die heißen Elektroden 46 sind beträchtlich weiter von den Seitenwänden 41 und 42 entfernt als die Endelektroden der Reihen von Masseelektroden 47 in der zweiten und dritten Ebene. Zusätzlich sind dann noch zwei Masseelektroden 47 in einer Ebene parallel zu der Seitenwand 42 und im Abstand zwischen den Endelektroden der Elektrodenreihen in der zweiten und dritten Ebene und im Abstand zwischen den heißen Elektroden 46 und der Seitenwand 42 angeordnet. In gleicher Weise sind zwei Masseelektroden 47' in einer Ebene parallel zur Seitenwand 43 angeordnet und befinden sich zwischen den heißen Elektroden 46 und der Seitenwand 43. Diese Masseelektroden 4 7' isolieren die Seitenwände 42 und 43 von den elektrischen Spannungen, die in den Seitenwänden 27 und 29 des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles auftreten können. Bei dieser Anordnung kann die an den Seitenwänden 42-45 maximal auftretende elektrische Spannung auf unter 2% bis 3% der Spannung gehalten werden, die zwischen den heißen Elektroden 46 und den Masseelektroden 47 angelegt ist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 _f sind rohe Gemenge von Glasmaterialien über der Oberfläche des geschmolzenen Glaskörpers verteilt, der sich in der Schmelzkammer 41 des Ofens 40 befindet. Geschmolzenes Glas wird entnommen aus einer Mündungsöffnung 48 unterhalb der Oberfläche, die sich durch die Seitenwand 45 erstreckt. Bei dieser Anordnung können die Seitenwände 42-45 aus feuerfestem Chromoxydmaterial hergestellt sein, obwohl das in dem Ofen 40 geschmolzene Glas einen hohen Widerstandswert aufweist.runs. The hot electrodes 46 are considerably further from the side walls 41 and 42 than the end electrodes of the rows of ground electrodes 47 in the second and third levels. In addition, two ground electrodes 47 are then arranged in a plane parallel to the side wall 42 and at a distance between the end electrodes of the electrode rows in the second and third plane and at a distance between the hot electrodes 46 and the side wall 42. In the same way, two ground electrodes 47 'are arranged in a plane parallel to the side wall 43 and are located between the hot electrodes 46 and the side wall 43 and 29 of the embodiment shown in FIG. 2 can occur. With this arrangement, the maximum electrical voltage occurring on the side walls 42 - 45 can be kept below 2% to 3% of the voltage which is applied between the hot electrodes 46 and the ground electrodes 47. As in the embodiment of FIG. 2 _f , raw batches of glass materials are distributed over the surface of the molten glass body which is located in the melting chamber 41 of the furnace 40. Molten glass is withdrawn from an orifice 48 below the surface that extends through the side wall 45. With this arrangement, the side walls 42-45 can be made of chromium oxide refractory material, although the glass melted in the furnace 40 has a high resistance.

In Fig. 5 ist ein Schmelzofen 50 dargestellt, der zum elektrischen Aufschmelzen eines einen hohen Widerstandswert aufweisenden Glases mit Hilfe einer Vielphasenstarkstromquelle geeignet ist; im vorliegenden Fall mittels einer dreiphasigen Starkstromquelle. Der Ofen 50 weist eine rechteckförmige SchmelzkammerReferring to Fig. 5, there is shown a melting furnace 50 which is suitable for electrically melting a high-resistance glass with the aid of a high-power, multi-phase power source; in the present case by means of a three-phase power source. The furnace 50 has a rectangular melting chamber

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5. Mai 1972 -May 05, 1972 -

51 auf, die gebildet ist von parallelen Seitenwänden 52 und und parallelen Seitenwänden 54 und 55. Diese Seitenwände 52-55 können wiederum hergestellt sein aus einem feuerfesten, eine geringe Löslichkeit aufweisendem Chromoxydmaterial. In Ebenen parallel zu und im Abstand zu den Seitenwänden 54 und 55 sind drei Paare von Elektroden 56, 57 und 58 angeordnet. Eine dreiphasige Starkstromquelle ist zwischen die Elektroden 56, 57 und 58 zur Erhitzung des Glases geschaltet. In vier Ebenen sind Masseelektroden 59 in Reihen angeordnet, die Ebenen erstrecken sich parallel zu den Seitenwänden 54 und 55 und sind jeweils im Abstand gehalten zwischen den Elektroden 56 und der Seitenwand 54, zwischen den Elektroden 56 und 57, zwischen den Elektroden 57 und 58 und zwischen den Elektroden 58 und der Seitenwand 55. Die drei Elektrodenpaare 56, 57, 58 sind gegenüber den Reihen von Masseelektroden 59 in den vier oben erwähnten Ebenen weiter von den Seitenwänden 52 und 53 entfernt als diese. Zwischen jedem Paar von heißen Elektroden 56-58 und den Seitenwänden 52 und sind dann noch eine oder mehr zusätzliche Masseelektroden 59' angeordnet, um das auftreten elektrischer Spannungen in diesen Seitenwänden zu verhindern. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4, reduziert eine einwandfreie Abstandshaltung der Masseelektroden 59 und 59* die in jeder der Seitenwände 52-55 auftretenden elektrischen Spannungen auf weniger als 3% der Spannung, die zwischen den Elektroden 56, 57 und 58 angelegt ist. Aus dem Aufbau des Ofens 50 ist weiterhin klar erkennbar, daß dieser auch einer zweiphasigen Starkstromquelle oder einer anderen vielphasigeren Starkstromquelle, die daher mehr als drei Phasen aufweist, angepaßt werden kann. Die Verwendung von vielphasigen Starkstromauellen hat den Vorteil, daß eine zonenmäßige Regelung bzw. Kontrolle der Temperaturen in dem Ofen möglich ist.51, which is formed by parallel side walls 52 and and parallel side walls 54 and 55. These side walls 52-55 can in turn be made from a refractory, low solubility chromium oxide material. In levels three pairs of electrodes 56, 57 and 58 are arranged parallel to and at a distance from the side walls 54 and 55. A three-phase Power source is connected between electrodes 56, 57 and 58 for heating the glass. There are ground electrodes in four levels 59 arranged in rows, the planes extending parallel to the side walls 54 and 55 and are each at a distance held between electrodes 56 and side wall 54, between electrodes 56 and 57, between electrodes 57 and 58 and between the electrodes 58 and the side wall 55. The three pairs of electrodes 56, 57, 58 are opposite the rows of Ground electrodes 59 in the four above-mentioned planes further away from the side walls 52 and 53 than these. Between everyone Pair of hot electrodes 56-58 and the side walls 52 and then one or more additional ground electrodes 59 'are arranged, in order to prevent the occurrence of electrical voltages in these side walls. As in the embodiment of 4, proper spacing of the ground electrodes 59 and 59 * reduces that which occurs in each of the side walls 52-55 electrical voltages to less than 3% of the voltage applied between electrodes 56, 57 and 58. From the structure of the furnace 50 it can also be clearly seen that it is also a two-phase power source or another polyphase power source, which therefore has more than three phases, can be adapted. The use of polyphase Heavy current building has the advantage that a zone-based regulation or control of the temperatures in the furnace is possible.

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Es versteht sich, daß innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens viele Veränderungen und Modifikationen hinsichtlich der Anordnungen der Elektroden und der Abstände in dem elektrischen Ofen eingeführt werden können. Darüber hinaus kann ein solcher Ofen auch für das Schmelzen von Glassorten mit niedrigen Widerstandswerten wie für Glassorten mit hohen Widerstandswerten verwendet werden, aber auch für das elektrische Schmelzen anderer, elektrisch leitender Materialien, ohne daß der erfindungsgemäße Rahmen verlassen wird.It will be understood that many changes and modifications in arrangements can be made within the scope of the present invention of electrodes and spaces can be inserted in the electric furnace. In addition, such an oven can also used for melting types of glass with low resistance values as well as for types of glass with high resistance values are, but also for the electrical melting of other, electrically conductive materials, without the scope of the invention is left.

209849/07 5 9209849/07 5 9

Claims

A 39 507 mA 39 507 m

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Patentansprüche;Claims;

Verfahren zum Erhitzen und Schmelzen von Glas in einem aus elektrisch leitendem feuerfesten Material aufgebauten Ofen, mit mindestens einer ersten und einer zweiten, in dem Ofen im Abstand zu den Seitenwänden angeordneten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ofen eine Charge geschmolzenen Glases mit einem höheren Widerstandswert als das feuerfeste Material der Ofenseitenwände^ingebracht wird und man den Elektroden elektrische Energie zur Bewirkung eines elektrischen Stromflusses in dem geschmolzenen Glas zwischen der ersten und zweiten Elektrode zur Erhitzung des Glases aufgrund des Joule'sehen Effektes zuführt und daß man eine Vielzahl miteinander verbundener Elektroden zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und den Seitenwänden anordnet, so daß diese miteinander verbundenen Elektroden den Strom in den Seitenwänden auf weniger als 3 % des Stromes begrenzen, der zwischen den ersten und zweiten Elektroden fließt.Process for heating and melting glass in a furnace made of electrically conductive refractory material, with at least a first and a second electrode arranged in the furnace at a distance from the side walls, thereby characterized in that in the furnace a charge of molten glass with a higher resistance value than that Refractory material of the furnace side walls ^ is brought in and electrical energy is applied to the electrodes to produce a electrical current flow in the molten glass between the first and second electrodes for heating the glass because of the Joule effect and that one Arranges a plurality of interconnected electrodes between the at least one first electrode and the side walls, so these interconnected electrodes reduce the current in the sidewalls to less than 3% of the current limit flowing between the first and second electrodes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ofen eingebrachte Glascharge einen Alkalimetallgehalt von weniger als 1 % aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that the glass batch introduced into the furnace has an alkali metal content of less than 1%.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinuierliche Decke aus ungeschmolzenem Glasmaterial auf der Oberfläche des geschmolzenen Glases in dem Ofen schwimmend aufrecht erhalten wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a continuous blanket of unmelted glass material is maintained floating on the surface of the molten glass in the furnace.

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A 39 507 mA 39 507 m

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der miteinander verbundenen und zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und den Seitenwänden angeordneten Elektroden die zweiten Elektroden sind.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the plurality of interconnected and between the at least one first electrode and the Electrodes arranged on the side walls are the second electrodes.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der miteinander verbundenen Elektroden angeordnet sind zwischen der mindestens einen zweiten Elektrode und den Seitenwänden und zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und der mindestens einen zweiten Elektrode.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that a plurality of the interconnected electrodes are arranged between the at least one second electrode and the side walls and between the at least one first electrode and the at least one second electrode.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ofen mindestens eine dritte, mit Energie versorgte Elektrode angeordnet ist, wobei eine Vielzahl der miteinander verbundenen Elektroden weiterhin angeordnet sind . zwischen dieser mindestens einen dritten Elektrode und den ersten und zweiten Elektroden und zwischen dieser mindestens einen dritten Elektrode und den Seitenwänden.6. The method according to claim 5, characterized in that at least one third, energized electrode in the furnace is arranged, wherein a plurality of the interconnected electrodes are further arranged. between this at least one third electrode and the first and second electrodes and between these at least one third electrode and the side walls.

7. Ofen zum elektrischen Aufschmelzen von elektrisch leitendem Material, vorzugsweise zum Schmelzen und Erhitzen von Glas mit einem höheren elektrischen Widerstandswert im geschmolzenem Zustand als die mit dem Glas in Kontakt stehenden Seitenwände des Ofens, dadurch gekennzeichnet, daß eine Boden- (33) und Seitenwände (27, 28, 29, 30; 42, 43, 44, 45; 52, 53, 54, 55) aus feuerfestem bzw. hitzebeständigem Material aufweisende Kammer (46, 41, 51) zur Aufnahme des7. Furnace for the electrical melting of electrically conductive material, preferably for melting and heating glass having a higher electrical resistance value in the molten state than those in contact with the glass Side walls of the furnace, characterized in that a bottom (33) and side walls (27, 28, 29, 30; 42, 43, 44, 45; 52, 53, 54, 55) made of refractory or heat-resistant material having chamber (46, 41, 51) for receiving the

3 -3 -

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A 39 507 mA 39 507 m

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geschmolzenen Körpers vorgesehen ist, das mindestens eine erste Elektrode (31, 46, 56, 57, 58) und eine Vielzahl von zweiten Elektroden (32, 47, 59) und Einrichtungen zum Zuführen einer elektrischen Starkstromleistung zwischen die erste und die zweiten Elektroden zum Erhitzen des in dem oben enthaltenden Materials aufgrund des Joule'sehen Effektes vorgesehen sind und daß die zweiten Elektroden (32, 47, 59) so- im Abstand zwischen der ersten Elektrode (31, 46; 56, 57, 58) angeordnet sind, daß diese den Potentialgradienten in den Seitenwänden des Ofens reduzieren. molten body is provided, the at least a first electrode (31, 46, 56, 57, 58) and a plurality of second electrodes (32, 47, 59) and means for supplying high-voltage electrical power between the first and second electrodes for heating the material contained in the above due to Joule sight Effect are provided and that the second electrodes (32, 47, 59) so- in the distance between the first electrode (31, 46; 56, 57, 58) are arranged so that they reduce the potential gradient in the side walls of the furnace.

8. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (27, 28, 29, 30; 42, 43, 44, 45; 52, 53, 54, 55) aus einem bei der Schmelztemperatur des zu schmelzenden Materials elektrisch leitendem feuerfestem Material gebildet sind.8. Oven according to claim 1, characterized in that the side walls (27, 28, 29, 30; 42, 43, 44, 45; 52, 53, 54, 55) made of a refractory material that is electrically conductive at the melting temperature of the material to be melted are.

9. Ofen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die ersten und zweiten Elektroden eine vorgegebene Spannung anlegbar ist und die zweiten Elektroden so angeordnet sind, daß der Potentialgradient in den Seitenwänden auf weniger als 3 % der vorgegebenen Spannung reduziert ist.9. Oven according to claim 7 or 8, characterized in that a predetermined one between the first and second electrodes Voltage can be applied and the second electrodes are arranged so that the potential gradient in the side walls less than 3% of the specified voltage is reduced.

10. Ofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadufch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Energiezuführung eine vielphasige Starkstromquelle vorgesehen ist, wobei die erste Elektrode mindestens jeweils eine erste Elektrode für jede Phase der Starkstromquelle aufweist, daß die zweiten Elektroden (32, 47, 59) mit Masse verbunden sind.10. Oven according to one of claims 7 to 9, characterized in that that a multiphase power source is provided for supplying electrical energy, the first electrode at least one first electrode for each phase of the Power source has that the second electrodes (32, 47, 59) are connected to ground.

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11. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus feuerfestem Material bestehenden Seitenwände (27, 28, 29, 30; 42, 43, 44, 45; 52, 53, 54, 55) des Ofens einen geringeren elektrischen Widerstandswert aufweisen als der elektrische Widerstandswert des geschmolzenen Glases in der Kammer und daß der Boden (33) aus einem feuerfestem Material besteht, das bei der Temperatur des geschmolzenen Glases einen hohen elektrischen Widerstandswert aufweist.11. Oven according to one or more of claims 7 to 10, characterized characterized in that the side walls (27, 28, 29, 30; 42, 43, 44, 45; 52, 53, 54, 55) of the furnace have a lower electrical resistance value than the electrical resistance value of the molten glass in the chamber and that the bottom (33) consists of a refractory material that is used in the Temperature of the molten glass has a high electrical resistance value.

12. Ofen nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Seitenwände feuerfestes Chromoxyd ist.12. Oven according to one of claims 7 to 11, characterized in that that the material of the side walls is refractory chromium oxide.

13. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (32, 47, 59) so angeordnet sind, daß sie die elektrischen Spannungen in den Seitenwänden auf weniger als 3 % der zwischen die ersten und zweiten Elektroden angelegten Spannung reduzieren. 13. Oven according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the second electrodes (32, 47, 59) are arranged in such a way that they reduce the electrical voltages in the side walls to less than 3% of that between the reduce the voltage applied to the first and second electrodes.

14. Ofen nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des geschmolzenen Glaskörpers in der Schmelzkammer (26, 41, 51) eine Decke aus ungeschmolzenem Glasgemenges angeordnet ist.14. Oven according to one of claims 7 to 13, characterized in that that on the surface of the molten glass body in the melting chamber (26, 41, 51) from a cover Unmelted glass mixture is arranged.

15. Ofen nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Seitenwände (30, 45, 55) unterhalb der Oberfläche eine Mündungsöffnung (38, 48) zur Entnahme geschmolzenen Glases aus der Schmelzkammer (26, 41, 51) angeordnet ist und daß mindestens eine der zweiten15. Oven according to one of claims 7 to 14, characterized in that that in one of the side walls (30, 45, 55) below the surface a mouth opening (38, 48) for removal molten glass from the melting chamber (26, 41, 51) is arranged and that at least one of the second

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Elektroden (32') angrenzend an die Mündungsöffnung derart angeordnet ist, daß das an der MündungsÖffnung befindliche geschmolzene Glas erhitzt und nach oben gerichteten Konvektionsströmungen unterworfen ist.Electrodes (32 ') adjacent to the orifice in such a way is arranged that the one located at the mouth opening Molten glass is heated and convection currents directed upwards is subject.

16. Ofen nach einem der Ansprüche 7 bis 15/ dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei erste Elektroden (31, 46) vorgesehen sind, daß die Seitenwände erste (27, 29) und zweite (28, 30) parallele, eine rechteckförmige Schmelzkammer (26, 41, 51) bildende Wände aufweist, daß die ersten16. Oven according to one of claims 7 to 15 / characterized in, that at least two first electrodes (31, 46) are provided, that the side walls first (27, 29) and second (28, 30) parallel, a rectangular melting chamber (26, 41, 51) forming walls that the first

Ebene Elektroden (31, 46) in einer Reihe in einer ersten/parallel zu und im Abstand zwischen dem ersten Wandpaar (28, 30) angeordnet sind, daß eine Vielzahl zweiter Elektroden (32, 47) in einer Reihe in einer zweiten Ebene parallel zu und im Abstand zwischen einer der ersten Wände (28) und der ersten Ebene und eine Vielzahl zweiter Elektroden in einer Reihe in einer dritten parallel zu und im Abstand zu der anderen ersten Wand (30) und der ersten Ebene angeordnet sind, wobei die ersten Elektroden (31) beträchtlich weiter von den zweiten Wänden (27, 29) als die Endelektroden in den Elektrodenreihen in der zweiten und dritten Ebene im Abstand gehalten sind.Flat electrodes (31, 46) in a row in a first / parallel to and at a distance between the first pair of walls (28, 30) are that a plurality of second electrodes (32, 47) in a row in a second plane parallel to and at a distance between one of the first walls (28) and the first plane and a plurality of second electrodes in one Row arranged in a third parallel to and spaced from the other first wall (30) and the first plane wherein the first electrodes (31) are considerably further from the second walls (27, 29) than the end electrodes in FIG the rows of electrodes in the second and third levels are kept at a distance.

17. Ofen nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei weitere zweite Elektroden (47') zwischen den zweiten und dritten Ebenen in einer vierten Ebene parallel zu einer der zweiten Wände (42) und mindestens zwei zweite Elektroden (47') zwischen der zweiten und dritten Ebene in einer fünften Ebene parallel zu der17. Oven according to one of claims 7 to 16, characterized in that that at least two further second electrodes (47 ') between the second and third planes in a fourth Plane parallel to one of the second walls (42) and at least two second electrodes (47 ') between the second and third planes in a fifth plane parallel to the

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anderen zweiten Wand (43) angeordnet sind, wobei die vierten und fünften Ebenen im Abstand gehalten sind zwischen den ersten Elektroden (46) und den zweiten Wänden (42, 43).another second wall (43) are arranged, the fourth and fifth planes being spaced apart between the first electrodes (46) and the second walls (42, 43).

18. Ofen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die unter der Oberfläche liegende Öffnungsmündung (48) in einer der ersten Wände (45) und im Abstand zu den zweiten Wänden (42, 43) angeordnet ist, wobei mindestens eine der zweiten Elektroden (47) angrenzend an die öffnungsraündung angeordnet ist.18. Oven according to claim 17, characterized in that the sub-surface opening mouth (48) in a of the first walls (45) and spaced from the second walls (42, 43), at least one of the second Electrodes (47) is arranged adjacent to the opening convergence.

19. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Elektroden aus drei Elektrodengruppen (56, 57, 58) mit mindestens jeweils einer Elektrode bestehen, daß diesen drei Gruppen erster Elektroden ein dreiphasiger Starkstrom zuführbar ist, wobei die zweiten Elektroden (59) geerdet sind, daß die Gruppen (56, 57, 58) aus ersten Elektroden in parallelen Reihen angeordnet sind und die zweiten Elektroden (59) im Abstand zwischen den Gruppen der ersten Elektroden und den Gruppen der ersten Elektroden und den Seitenwänden (54, 55) angeordnet sind.19. Oven according to one or more of claims 1 to 18, characterized characterized in that the first electrodes from three electrode groups (56, 57, 58) each with at least consist of an electrode that a three-phase high current can be fed to these three groups of first electrodes, wherein the second electrodes (59) are grounded that the groups (56, 57, 58) of first electrodes in parallel Rows are arranged and the second electrodes (59) at a distance between the groups of the first electrodes and the Groups of the first electrodes and the side walls (54, 55) are arranged.

20. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein vielphasiger Starkstrom verwendet ist, wobei die ersten Elektroden für jede Phase des.Starkstromes mindestens eine Elektrode aufweisen und die zweiten Elektroden an Masse gelegt sind und die zweiten Elektroden so zwischen den ersten Elektroden und den ersten Elektroden in den Seitenwänden angeordnet sind, daß die elektrischen Spannungen in den Seitenwänden reduziert sind.20. Furnace according to one or more of claims 7 to 19, characterized in that a multiphase high-voltage current is used wherein the first electrodes have at least one electrode for each phase des.Starkstromes and the second electrodes are connected to ground and the second electrodes between the first electrodes and the first Electrodes are arranged in the side walls that the electrical voltages are reduced in the side walls.

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