专利名称：玻璃熔炉的电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种玻璃熔炉的电极，包括一个金属电极轴，它在玻璃熔炉的上方从外部插入其内部，还包括一个难熔金属例如钼、铂、钨或其合金制的电极体，电极体连接到，例如用螺纹拧紧到电极轴炉内的一端上，并且大部分浸没在玻璃熔炉内的融熔玻璃中，电极轴是中空结构，用液态冷却剂来冷却，并连接到电源上。
一般的电极已在西德专利DE3207250A1中披露。不仅电极体而且电极轴均由难熔金属钼、铂、钨或其合金制成，这导致了高昂的材料费用和高昂的制造成本，而且也使玻璃熔炉的维护费用昂贵。此外，由于所用材料很脆，电极轴的机械强度不高，必须借助于足够地增加其厚度来补偿。而且，在此公知的电极内，电极体是一个直径相当大的短园柱体。这样，电极体才有良好的机械稳定性，但因此，电流实质上在一点馈入玻璃熔料。这种局部通过大电流导致玻璃熔料中不规则的能量输入及温度分布，这对熔炼是有害的。
此外，延伸的板状的和延伸的园柱形的电极体在玻璃制造工艺中是公知的。它们给熔料提供了规则的能量输入，所以在熔料中有较好的温度分布，但这些电极体的稳定性和有效寿命常常是不能令人满意的，尤其是当它们被用于有腐蚀性的熔料中，仅在使用很短一段时间，部分电极就被严重腐蚀，可能导致电极体断裂。
本发明的目的在于提供一种成本低廉而且工作质量更好的电极。
用本发明的上述这种电极可以实现本发明的目的，其特征在于，电极轴为同轴管，其内管是用具有良好导电性的金属制成，外管是用机械强度高又耐热的金属做成。这种新型电极既有高的机械强度又有低的电流传导损耗。因为对于每个目的它分别采用了特别适合的金属。利用这种组合，此新型电极无需再既要求高的机械强度又要求高的电导率。
最好是内管用铜或铜合金制成，外管用钢或合金钢制成。这些金属具有所要求的质量，即一方面有良好电导率，另一方面有高的机械强度，而且成本低廉还易于加工。
为了在电极轴和电极体之间保证机械稳定和持久地连接以及无故障和无损耗地传输电流，在电极轴和电极体相连接的区域，电极轴内管采用阴锥形，并在电极体相应端采用阳锥形。
从电极轴到电极体的过渡区是机械上最薄弱环节，为保护这一过渡区逸遭热过载造成的损坏及降低材料强度，本发明在电极体上从其与电极轴相对端镗一孔，孔深度要小于电极体的长度，即在孔底留一段间隙用来作为冷却剂的排出口。此外，由于连接区域的冷却，创造了可将电极体从电极轴上卸下，尤其是借助螺纹旋下的可能性，这样，甚至于在玻璃熔炉中工作好几个月后也能既方便而又无破坏性地进行拆卸。这就能有效地防止电极体和电极轴在连接区域粘结在一起，由此，玻璃熔炉新型电极体和电极轴的连接大大地简化了。
为了使电极坚固和使电极体装到电极轴上的操作简化，就在电极体和电极轴连接之前将一个带孔的园盘直接固定地插入电极轴的中空腔内，该园盘有一个用来为冷却管定中心位置的中心孔和若干分布在中心孔周围的用作冷却剂回路的孔。
因为实践中已发现当将电极从上方浸入玻璃熔料中时，最大的电极蚀损发生在融熔玻璃液面处，按照本发明的电极，电极体最好是延伸的板状或延伸的园柱状，当电极在炉中工作时，电极体上述位于融熔玻璃液面处的部分要做得粗厚些。电极体加厚部分可做成各种形状，其最佳构形是1)加厚部分处的厚度或直径呈鼓凸状的连续变化，及2)加厚部分的厚度或直径呈階跃式的变化。
可供选择的方案是，电极体至少包括两个相互连接的不同厚度和直径的电极体另件。这种结构方法可形成一种模块方式，其中可以由相对少的另件，以很低的制造费用为不同的应用组装成各种不同的电极。其次，损耗得不能再用的电极体，可以根据需要随时方便地更换上一个新的最佳厚度的电极体另件。在此情况下将蚀损得不能再用的即已经变薄变短的电极体从电极轴上卸下来，把新的另件插入后者和旧电极体之间，形成一个可再次使用的电极体。在理想情况下电极体可完全耗尽，即不再剩下昂贵的电极体材料的残段。
电极除了可从上方插入玻璃熔炉外，将其以一定角度从侧面插入也是公知的。在这些情况下，本发明保证加厚部分在电极体下面是非对称的并且是较大的以抵消电极体的蚀损，经验表明该区域蚀损是最大的。
关于加厚部分的尺寸问题，不改虑在特殊情况下的形状，电极体在其最大加厚部分的厚度或直径要比电极体的基本厚度或直径大20%至100%。
按照本发明，一种玻璃熔炉的电极包括一个从炉外插入的电极轴和一个与电极轴的炉内端相连接的用难熔金属制的电极体，电极体的大部分浸没在玻璃熔炉的融熔玻璃中。电极轴是中空结构，并用液态冷却剂冷却。电极轴与电极的电源连接。电极轴是一根同轴管，包括一个构成良好导电体的金属内管和一个由机械强度高的耐热金属制的外管。
为了更好地理解本发明，连同其它和更进一步的目的，可结合附图参阅下述说明，其保护范围在所附的权利要求书中给出。
图1是电极的侧视图，部分是剖面图。
图2是电极轴和电极体连接区域的放大侧视图，部分是剖面图。以及图3至图6是三种不同实施例的电极体图。
如图1所示，电极1的第一实施例包括一个电极轴2和一个用螺纹拧到电极轴2上的电极体3。电极轴2实质上包括同轴管20，它由一个铜内管21和一个钢外管22构成。沿电极轴2长度方向大部分是直的，在其炉端2′部分即图1的右侧，它向下弯曲。
在图1左端即电极轴2在炉外一端，外管22是缩短的，铜内管21可从外面触及。在此区域，电源馈电电缆25通过接线柱24电连接到内管21上。由于良好的导电性，内管21负荷大部分电流，钢制外管22提供电极轴2的机械稳定性。当然，一小部分电流也流经外管，而且一小部分机械应力也由内管承受。
通过同轴管20的中空内腔23敷设冷却管4，并从电极轴2的左端引出。致冷剂例如水可以沿着箭头43的方向经入口接头41馈入冷却管4中。冷却剂的回程是由冷却管4的外部和同轴管20的内管21的内侧之间的间隙来实现的。在左端，被加热的回流冷却剂可通过出口接头42沿箭头44所指示的径向方向排放出来，该接头位于电极轴的左端。
在图1所示的实施例中，电极1的电极体3是一有一定外径的延长了的圆柱棒，它最好由难熔金属例如钼、铂、钨或其合金制成。电极体3的靠近电极轴2的上端是有外螺纹的螺纹端3′。电极轴2的端部有一与电极体3的螺纹端3′相配合的内螺纹。为了加强电极轴2与电极体3之间的机械连接强度，电极轴的端部2′处有一个固定装好的例如焊接好的六角环29，以使用扳手来拧紧连接。在电极体3靠近其螺纹端3′的地方有两个供扳手旋紧用的平面槽39，同样也可以借助扳手使之啮合。
从图1中还可看出电极体3在其螺纹端3部分有一中心孔36，深入到电极体3沿长度方向比较小的一段长度。冷却管4的排出口40′距孔36底部有一定间隔。这样通过冷却管4馈入的冷却液可以到达电极体3的上部，然后从那里流回，首先经过冷却管4的外部，然后通过介于冷却管4和电极轴2的内管21之间空隙。
图2是电极轴2和电极体3之间连接部分的放大详图，为清楚起见，2和3这两部分分别示出。
如上所述，电极轴2由同轴管20构成，它有铜内管21和钢外管22。冷却管4敷设在同轴管中空内腔的中心。
在底端2′，即在炉内的一端，将六角环焊接在外管22的外面，在装配电极时作板手旋紧之用。内管21在电极轴2的端部2′处有内螺纹28，用来和电极体3的外螺纹38相配合。在螺纹28的上方，内管21做成阴园锥27，这样，当电极体3借螺纹旋入时可以电极体3上端3′的阳园锥37紧密连接。两个接合的园锥面27和37，一方面用来确保电极轴2和电极体3之间的低电阻连接，另一方面确保电极轴2和电极体3之间可靠的机械螺纹连接。
在阴园锥27的上方先将带孔的园盘26紧固地插入同轴管20的内管21中，最好沿轴向设置多个孔26′和26″。孔26′设置在园盘26的中央，给冷却管4定中心和导向用。几个附加孔26″最好设置在中心孔26′的周围，作为冷却剂沿箭头44的方向回流的通道。如前所述，冷却剂是沿箭头43的方向横向馈入冷却管4中。
尤其是从图2可以看出，冷却管4在其下端伸出，即电极体端40稍超出同轴管20的端部。在其最远端，冷却管4是开口的并形成冷却剂的排出口40′。
电极体3的最上端是一个园形端面35，中心孔36从这里深入到电极体3中，或者更确切地说，伸入到螺纹端3′内。当电极轴2和电极体3用螺纹拧紧在一起时，端面35稍微离开带孔园盘26的底面一个间距以使冷却剂能顺畅地通过。如前所述，冷却管4的有冷却剂排出口40′的端部40定位在离孔36的底部有一段距离处。
最后，在电极体3的上部，如图2所示，沿园周方向切出两个扳手槽39。
附图3、4和5示出了按照本发明的作为电极一部分的三种不同的电极体。这里所示的所有的电极体3，作为示例，它们都有鼓腰或加厚部分31、32、33。
在图3的具体实施例中，电极体3有延长的园柱形，其基本直径为d。在该园柱形电极体3的上部有鼓腰形加厚部分31，即它有连续变化的直径。当电极工作时，电极体3最大加厚处的最大直径D基本上位于玻璃熔料液面5的位置。加厚部分或鼓腰31可允许电极体3在该部分发生最大蚀损。
在电极体3的螺纹端3′可以再一次看到如前所述的具有中心孔36的端面35、阳圆锥37、外螺纹38以及两个供扳手旋紧用的平面槽39。
在如图4所示的电极体3的具体实施例中，螺纹端3′做成如前述第一个例子一样。这里，电极体3的基本形状是有基本直径d的延伸的园柱形。加厚部分32也是园柱形，即其直径是階跃变化的。电极体3的直径相应地作两级变化，从较小直径d变到较大直径D，接着又从较大直径D变回到较小基本直径d。表示玻璃熔料液面5的线在这里基本上位于电极体3加厚部分的中部。
此外，在电极体3具体实施例中，它包括两部分即30及30′，它们之间最好是用螺纹拧紧在一起。在上部30内的螺纹部分用虚线表示，上部30即是电极体3加厚部分32。电极体3可做成模块结构，即不同的电极体3可以由多个单独的电极体另件30和30′组成。根据融熔玻璃的应用和化学特性，可以最佳方式选择这些另件的厚度和长度。
图3示出另一种电极体的实施例，其基本形状仍然是直径为d的长的园柱形，在本例中电极体3加厚部分的直径是分若干级才变化到最大直径D的。在操作过程中融熔玻璃的液面仍然位于有最大直径D的电极体的中部。
最后，附图6表示一种电极体3，它是由3个电极件另件30、30′、30″用螺纹旋紧在一起的。如图所示，两个下面的电极体另件30′和30″已经在玻璃熔炉中使用很长一段时间了，所以它们的直径和长度都减小了，而且两个电极体另件30′和30″的表面也变得不规则了。
然而，上部电极体另件30是一个新另件，在后者从电极轴上卸下来之后，可借助螺纹旋到由两个下电极体另件30′及30″形成的老电极体上，在这里，电极轴是看不见的。新的电极体另件30形成了加厚部分32。这里的连接端3′和如前所述的连接端基本上是相同的。
当用一个新的而且加厚的电极体另件30更新后，则一个新的电极体3便形成了。这就又可在熔炉中使用很长一段时间了。在组装好新电极另件30后，玻璃熔料液面5将位于新电极体另件部位，即在新构成电极体3最大直径D的区域。
当然，电极体3也可以做成板状，这时它们有一基本厚度d，其加厚部分同样加厚到厚度D。
上述所讨论都是目前已改虑到的本发明优选实施例，显然，各种变更或变型都无需脱离本发明就可做出来，这对那些本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明旨在复盖所有这样的变更和变型，它们都属于本发明的精神实质和范围之内。
权利要求
1.玻璃熔炉的电极包括一个从玻璃熔炉外插入炉内的电极轴，以及一个与电极轴的炉内端相连接的用难熔金属制的电极体，电极体大部分浸入玻璃熔炉内的融熔玻璃中，电极轴是中空结构，用液体冷却剂冷却，并与电源相连接，电极轴是同轴管，它包括一个可作为良好导电体的金属内管和一个机械坚固的耐热金属外管。
2.按照权利要求1的电极，其中的内管至少是由铜和铜合金组成的一组金属中的一种构成，外管至少是由钢和合金钢组成的一组金属中的一种构成。
3.按照权利要求1的电极，其中在电极轴和电极体相连接的区域，电极轴的内管做成阴园锥形，而电极体的相应端做成相匹配的阳园锥形。
4.按照权利要求1的电极，其中电极体有一个面向电极轴的端面，并有一个孔和孔底，从其面向电极轴的一端伸入到电极体中一段长度，并且其中的电极轴有一个中空内腔，冷却管通过它进入电极体的孔内，冷却管端距孔底有一定距离，由此构成冷却剂的排出口。
5.按照权利要求3的电极，其中在电极体和电极轴连接之前将一个带孔的园盘固定在中空内腔中，该园盘有一用来定位冷却管中心位置的中心孔，围绕该圆盘中心孔开了许多供回流冷却剂用的贯通孔。
6.按照权利要求1的电极，其中电极体有一延伸的园柱形基本形状，当电极在玻璃熔炉中处于工作位置时，电极体加厚部分处于融熔玻璃的液面。
7.按照权利要求6的电极，其中加厚部分构成一个鼓腰形，具有连续的厚度变化。
8.按照权利要求6的电极，其中加厚部分的厚度呈階跃式变化。
9.按照权利要求8的电极，其中电极体至少由两个电极体另件构成，其厚度不同且连接在一起。
10.按照权利要求9的电极，其中电极体以一定角度浸入融熔玻璃中，加厚部分是非对称性的并且较多地形成在电极体的下面。
11.按照权利要求6的电极，其中电极体最大加厚部分的厚度比电极体的基本厚度大20%至100%。
全文摘要
一种玻璃熔炉的电极，该电极可以克服已知电极的价格昂贵，难以制造或者工作上的缺点，特别是解决了将电源供给到融熔玻璃中及无故障有效寿命等问题。新电极制造费用低廉，有较好的工作性能。电极轴2由同轴管20组成，它有可作为良好导体的金属内管21，最好选用铜，还有一用机械强度好又耐热的金属制成的外管22，最好选用钢。此外，电极体3在强腐蚀区域可做得粗厚些。本电极适用于所有的局部或全部用电加热的玻璃熔炉。
文档编号C03B5/027GK1043197SQ89109768
公开日1990年6月20日 申请日期1989年12月7日 优先权日1988年12月7日
发明者赫尔穆特·索格, 赫尔穆特·派帕, 鲁道夫·凯塞尔 申请人:索格股份公司