专利名称：用于玻璃熔炉的电极系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于具有一个熔池的玻璃熔炉的电极系统，其具有一个设置在熔液面上面的电极座，该电极座具有一个冷却介质输入机构和一个金属的加热电极，该加热电极通过可冷却的螺纹连接机构与电极座连接，其中冷却介质输入机构一直伸进到加热电极的上端部。
背景技术：
众所周知，玻璃熔液在炉中的加热可以通过加热电极实现，它们穿过底部、穿过熔池的侧壁或者从上面穿过炉盖插进熔液并且在必要时在其不可避免的磨损之后推入。目前还不知道一种能够持续耐受玻璃熔液作用的材料。
由于必需进行更换，因此电极穿过底部和/或穿过熔池侧壁的结构不仅在结构上而且在操作上都是费事的，因为必需封闭由此变得外露的开孔，以避免玻璃熔液外流。因此大多采用从上面引入的加热电极，它们也被称为浸入电极或顶电极。
无论是冷却还是未冷却，通常电极及其电极座通过导电的螺纹相互连接，为了更换电极或插入电极螺纹必需保持能够松动。在此存在一系列针锋相对的问题。在非冷却的电极连接中螺纹通常位于炉腔外部，这需要明显更长的电极或电极段长度。
另一问题是，所使用的材料是易腐蚀的，尤其是在玻璃熔液上由于运行引起的悬浮炉料和玻璃气孔的区域内，它们是特别具有侵蚀性的。此外空气氧的氧化作用导致玻璃熔液表面上的三相极限(Drei-Phasen-Grenze)，已经观察到，例如钼或钨在约550℃至600℃以上时剧烈氧化。
通过EP 0 465 688 B1已知从上面浸入一种玻璃熔液的加热电极，在一个电极座与一个由钼、铂、钨和必要时其合金制成的杆状加热电极之间设置一个防腐蚀的中间体，它由铬或一种氧分散(oxiddispergierten)材料制成，该中间体具有与加热电极相同的直径并且在其中同心地设置一个双壁的用于水冷却的冷却通道。在此必需具有两个螺纹的、用于持久使用的中间体在运行中设置在一个高度上，在该高度上一个腐蚀性气孔层悬浮在玻璃熔液上。但是由此使玻璃熔液在一个位置上失去一部分热量，它只能通过由于磨损随时更换的加热电极供给。
在DE 101 32 729 A1和DE 201 21 350 U1中评价了一个顶电极的电极座的空气冷却与水冷却的优点和缺点并由于多种原因最终抛弃了水冷却。在此加热电极与电极座的连接点、例如一个螺纹连接机构位于砌面石上部，该砌面石是为了实施一个耐火套的加热电极而衬砌的。在未冷却的加热电极与配有用于空气冷却的散热片的电极座之间的连接位置在此位于隔热墙内部，绝缘石顶靠在炉盖上。在此熔液面位于上述耐火套以内，其中不明确的是，如何使熔液面保持在砌面石以内，因为为此没有揭示空腔。在此所述加热电极一直到熔液面下面都被一个保护套包围，它一方面应该与电极座气密地焊接，而另一方面相对于加热电极空出一个空气缝隙。这个例如由一种耐火材料制成的保护套被一个特种金属外罩包围。
因为无论加热电极还是特种金属外壳都不是持久耐磨损的，所以玻璃熔液和必要时悬浮在玻璃熔液上的炉料和/或玻璃气孔都可能挤入上述空气缝隙、一个环缝中。如果为了更换电极要将一个这样的电极系统从炉盖中取出来，则挤入环缝的材料瞬时凝固，这首先使电极更换难以进行，因为所述保护套与电极座焊接。这个问题的解决方案没有揭示。
在此，当螺纹连接机构设置在炉腔里面并且在配有一个冷却系统的情况下出现这个问题，该冷却系统通常由一个水管的同心结构组成，冷却水通过水管的外表面流回。强制冷却产生明显的温度差，它们导致陶瓷外壳或被覆层的脱落。
通过DE 100 05 821 A1已知一种冷却的特种金属电极，它优选设置在熔液容器的底部区域，在那里在电极断裂时能够排出玻璃熔液。这种危险只在侧壁和底部电极中存在。这意味着，电极穿过耐火部件中的一个开孔。这种失效也可以推断到一个底部电极上。没有关于从上面实现安装位置的任何指示，即通过何种方式并借助于什么机构实现这个安装并且如何实现冷却介质的输入和排出。对于现有技术已经揭示，电极的芯体可以通过一个电极座旋紧，但是由特种金属制成的电极外皮与电极座通过一个焊缝连接。这将不允许通过与电极座分离实现更换。尤其是没有提到由玻璃、玻璃气孔和氧化气氛构成的三相系统在上部电极端部处的侵蚀影响。此外没有提到，电极不是持久耐磨损并且熔化。一个在整个电极长度上延伸的冷却介质腔在外皮熔化时被打开并且冷却介质与热玻璃熔液接触，这可能导致蒸汽爆炸。
按照EP 0 372 111 B1在附图6中公开了电极段的典型熔化特性。这种基本上实心的金属电极具有明显更好的热效率，因为从一个不冷却的段排出微少的热量。在此要考虑到，这种电极多次在相同的玻璃熔液中使用。在这里腐蚀和热效率相互冲突。图6表示以何种方式消耗下移的电极段。下端的螺纹连接机构不再冷却，因为冷却通道在那里中断。但是这意味着，电极在理想情况下完全消耗并且电极材料没有剩余段。这种熔化特性在DE 100 05 821 A1的内容中没有考虑，因为冷却系统在此是打开的。
DE 100 05 821 A1和EP 0 372 111 B1这两个文献的主题的唯一共同点是，没有揭示在电极上端部上的防止由于腐蚀和氧化造成的磨损的保护机构。
发明内容
因此本发明的目的是，给出一个上述类型的电极系统，其中冷却的螺纹连接机构设置在炉腔里面并且加热电极的冷却的上端部被一个由一种矿物材料制成的外壳包围，其中这个外壳不仅防止过度的化学磨损，而且防止由于温度差和温度变化引起的机械爆裂。
按照本发明这个目的对于上述的电极系统由此得以实现，所述加热电极的可冷却的端部被一个由一种陶瓷材料制成的外壳包围，该外壳至少部分地安置在一个由一种耐腐蚀和耐高温的金属制成的保护壳体里面。
由此全面解决所提出的任务，即这个外壳不仅防止过度的化学磨损，而且防止由于温度差和温度变化引起的机械爆裂。
在此特别有意义的是，所述电极座设置在熔液面上面，一直到加热电极的上端部伸进到熔液面里面，并且该上端部是加热电极的可冷却的端部，该端部被由一种陶瓷材料制成的外壳包围，该外壳本身又安置在一个由耐腐蚀和耐高温的金属制成的保护壳体里面。通过限制冷却介质输入机构仅仅到达加热电极的上端部避免冷却介质通道在加热电极消耗较长的剩余长度时打开，这可能导致蒸汽爆炸。此外由此达到一个更好的热效率，因为热量排出比在电极整个长度上的完全冷却减少。
本发明的其它设计方案也是特别有利的，它们可以单独地或者组合地使用*所述陶瓷外壳通过接触灰浆与加热电极连接，*所述陶瓷外壳由一种可熔化地浇铸的铝-锆-硅酸盐族材料制成，*所述陶瓷外壳是空心圆柱形的并且具有10至30mm的壁厚和80至150mm的长度，*所述接触灰浆由一种由锆-多铝红柱石族组成的材料制成，*所述接触灰浆具有0.5至2mm的壁厚，*所述保护壳体由一种铁-铬合金族材料制成，*所述保护壳体由一种例如PM1000型特种钢制成，*所述保护壳体具有0.25至1.0mm的壁厚，*所述保护壳体至少覆盖陶瓷外壳的外圆周表面和/或*所述保护壳体和陶瓷外壳的上端面被一种炉封泥遮盖，它与电极座连接。
其它的细节和优点由详细描述给出。
下面借助于图1和2详细描述按照本发明的一个实施例和其工作方式和优点。附图中图1示出一个玻璃熔炉的局部垂直截面图和所述电极摆动系统的侧视图，图2示出电极座和加热电极的螺纹连接机构的局部垂直截面图。
具体实施例方式
图1示出一个熔池1的主要截面，它具有一个垂直的熔池壁2和一个水平的熔池底部3，它位于一个由双T形型材构成的支架4上。一个炉盖5位于熔池1上面。至少一个用于摆入和摆出加热电极7的窗口6位于炉盖与熔池壁2之间，它通过螺纹连接机构8与一个电极座9连接。这个螺纹连接机构8的细节在图2中详细示出。
一个垂直立柱10在熔池1外部固定在支架4上，在立柱上固定一个摆动铰链11，围绕该摆动铰链使一个摆杆12可通过另一铰链13摆动。所述加热电极7的相对角位和与此相关的浸入深度可以通过一个曲柄传动机构14调整。摆动运动通过一个位于操作平台16上的操作人员15实现。在电极座9内部的一个弯头18的位于最外边的点的摆动轨迹17通过一个虚线圆弧线表示，熔液面20通过一条直线表示。
所述熔池壁2在加入隔热材料2a的条件下从外部被一个金属外壳21包围，在其上设置多个未详细示出的冷却喷嘴，它们连接到供给通道22和23上。可以设想，所述加热电极7在完全摆出电极座9时可以从外部更换。
图2示出电极座9的炉内端部，该电极座具有一个外管9a和一个内管9b，所述外管由一种耐热、耐化学和机械影响的材料如特种钢制成，所述内管由一种良好导电的材料如铜制成。所述内管9b在其下端具有一个内螺纹和一个锥面9c。一个管形的冷却介质输入机构24位于电极座9的内部，该冷却介质输入机构24的端部明显突出于电极座9的端部并且伸进加热电极7的一个空腔25里面。由此使冷却介质如水流进加热电极7的上端并通过一个环缝26再流回到电极座9。
所述加热电极7的上端部具有一个在直径上减小的螺纹接管7a和一个锥形端部7b，它与内管的锥面9c互补地构成，用于通过旋紧建立一个良好的电接触。所述冷却介质输入机构24通过一个孔板27中心地固定在电极座9里面。
在图1中所示的熔池1的内容物由一种玻璃熔液28、一层悬浮在熔液上的气孔层29和一层悬浮在气孔层上的由玻璃原料构成的炉料层30所组成，再回收材料中的玻璃碎片也可以属于玻璃原料。
在玻璃表面、气孔层29和炉料层30处所述加热电极7由一个推上的空心圆柱形外壳31包围，它由一种陶瓷材料制成并且被一个薄壁的、由一种耐腐蚀和耐高温的材料如特种钢制成的保护壳体32包围。所述外壳31本身通过一层接触灰浆33与加热电极7粘接。所述外壳31的下环形端面34无需通过一个金属环遮盖。但是推荐将上端面相对于电极座9通过一个由陶瓷的炉封泥35制成的凸起密封，因为在这个位置为了避免相对于锥形接触面(7b/9c)的机械重合保留一个盘形缝隙，该缝隙应该被封闭。为了安置螺母扳手在电极座的下端部处设置一个环36，它具有多棱边的外表面。
如图所示，所述螺纹连接机构8通过内部冷却在长时间运行后也保持易于拆卸，并且通过保护壳体32遮盖的外壳31由此防止由于陡峭的温度梯度引起的爆裂和由于周围的侵蚀介质引起的腐蚀。
附图标记列表1熔池2熔池壁2a 隔热材料3熔池底部4支架5炉盖6窗口7加热电极7a 螺纹接管7b 端部8螺纹连接机构9电极座9a 外管9b 内管9c 锥面10 立柱11 摆动铰链12 摆杆13 铰链14 曲轴传动机构15 操作人员16 操作平台17 摆动轨迹18 弯头19 摆动铰链20 熔液面21 金属外壳22 供给通道23 供给通道24 冷却介质输入机构25 空腔
26环缝27孔板28玻璃熔液29气孔层30炉料层31外壳32保护壳体33接触灰浆34端面35炉封泥36环
权利要求
1.用于具有一个熔池(1)的玻璃熔炉的电极系统，其具有一个设置在熔液面(20)上面的电极座(9)，该电极座具有一个冷却介质输入机构(24)和一个金属的加热电极(7)，该加热电极通过一个可冷却的螺纹连接机构(8)与电极座(9)连接，其中冷却介质输入机构(24)一直伸进到加热电极(7)的上端部，其特征在于，所述加热电极(7)的可冷却的端部被一个由一种陶瓷材料制成的外壳(31)包围，它至少部分地安置在一个由一种耐腐蚀和耐高温的金属制成的保护壳体(32)里面。
2.如权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述陶瓷外壳(31)通过一层接触灰浆(33)与加热电极(7)连接。
3.如权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述陶瓷外壳(31)由一种可熔化地浇铸的铝-锆-硅酸盐族材料制成。
4.如权利要求3所述的电极系统，其特征在于，所述陶瓷外壳(31)是空心圆柱形的并且具有10至30mm的壁厚和80至150mm的长度。
5.如权利要求2所述的电极系统，其特征在于，所述接触灰浆(33)由一种锆-多铝红柱石族材料制成。
6.如权利要求2所述的电极系统，其特征在于，所述接触灰浆(33)具有0.5至2mm的壁厚。
7.如权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述保护壳体(32)由一种由铁-铬合金族组成的材料制成。
8.如权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述保护壳体(32)由一种特种钢制成。
9.如权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述保护壳体(32)具有0.25至1.0mm的壁厚。
10.如权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述保护壳体(32)至少覆盖陶瓷外壳(31)的外圆周表面。
11.如权利要求10所述的电极系统，其特征在于，所述保护壳体(32)和陶瓷外壳(31)的上端面被一种炉封泥(35)遮盖，它与电极座(9)连接。
全文摘要
用于具有熔池的玻璃熔炉的电极系统，其具有设置在熔液面上面的电极座，它具有冷却介质输入机构和金属加热电极。该加热电极通过可冷却的螺纹连接机构与电极座连接，冷却介质输入机构一直伸进加热电极的上端部。为使冷却的螺纹连接机构设在炉腔里并且加热电极冷却的上端部被由矿物材料制成的外壳包围并且加热电极的冷却的上端部持久地通过由矿物材料制成的外壳包围，并且这个外壳不仅防止化学磨损，而且防止由于温度差和温度变化引起的机械爆裂，按照本发明所述加热电极的可冷却的端部被由陶瓷材料制成的外壳包围，它至少部分地安置在由耐腐蚀和耐高温的金属制成的保护壳体里面。所述陶瓷外壳通过接触灰浆与加热电极连接。
文档编号C03B5/033GK1715222SQ20051008113
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月28日 优先权日2004年6月29日
发明者L·罗特 申请人:索格投资公司