CN100505953C - 有用于导电地加热熔体的电极的加热设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热设备(1)，用于导电地加热熔体，尤其用于熔体的快速熔化、精炼和/或调节，它有更好的冷却。为此，加热设备包括至少一个电极(3)，以及一个有可改变地设定和/或调整冷却功率的第一冷却系统。

Description

有用于导电地加热熔体的电极的加热设备

技术领域

本发明涉及一种加热设备，用于导电地电阻加热熔体，尤其用于混合物料的快速熔化和/或熔体的精炼和/或调节，它包括至少一个用于导电地加热熔体的电极，尤其一个用于导电地加热熔体的冷却式电极。

背景技术

熔体的导电加热尤其使用于玻璃熔体的精炼。精炼时，汽泡优选地在添加专用精炼剂的情况下从玻璃熔体排出。为了能排出气泡，希望熔体的粘性尽可能小。这通常这样达到，即在熔体的精炼区设定高的温度。但是熔体的温度不能选择得任意高，因为鉴于熔化设备构件有限的耐热强度可设定的温度是受限制的。尤其是，还没有发现在实际中可投入使用的在1700℃以上仍长期稳定的接触材料。

为了仍能达到较高的温度，已知熔池采用水冷的金属壁件。然而冷却式壁件引起高的能量损失，它们必须再通过加热装置加以补偿。也就是说，适用于高温精炼的加热装置必须施加足够大的加热功率。

为了加热熔体主要采用高频加热装置。这种技术也尤其与结壳(凝壳)技术，亦即与冷却式壁件共同使用。然而高频加热不适用于所有的玻璃种类，因为熔体必须有一定的最低电导率。例如这种工艺方法不适用于电导率低于0.01Ω^-1cm^-1的熔体。当电导率低于例如0.1Ω^-1cm^-1时，高频加热时的过程稳定性已经如此之差，以致这种技术只能有局限性地或几乎不能使用在这些情况下。

玻璃熔体良好的电导率主要取决于碱离子。换句话说，碱金属成分少或根本没有的玻璃往往只有不良的电导率。但恰好是这些玻璃经常是工程技术的特种玻璃，对它们来说通常起决定作用的是特别高的纯度和不夹杂气泡，但借助于高频加热基于糟糕的电导率对它们只能不良地处理。

除高频加热装置外，为了导电地加热熔体还可以使用水冷式电极。在GB 644463中介绍了一种圆柱形或其他形状的空心电极，它可以用金属制成以及在内部配备一个同轴布置的空心体，一种冷却流体在此空心体内循环。由GB 644463还已知一种水冷式铂电极，它基本上只能在一个热工作点有效工作。在这里应始终保证铂电极不因过热而损坏。然而因为在加热时也存在损坏铂电极的危险，所以供入的冷却剂通常促使冷却，这种冷却相对于可能使铂遭受破坏的温度保持一个安全的热间距。但是这样一来导电的电极加热功率的一部分又被“冷却掉”以及必须通过提高能量输入加以补偿。附加的加热功率又被更大的冷却功率抵消，以及热安全间距对于传统的冷却式电极造成一种令人极不满意的能量总平衡。

此外，当传统的电极被过量和不能控制地冷却时，基于在电极与熔体之间通过冷凝的玻璃形成的过大的接触电阻存在导电的加热装置不能起动的危险。

DE 199 25 554 A1介绍了一种冶金熔炉用的底部电极，其中，在支承接触元件的支板下方相隔间距地设一冷却板。冷却剂通过由此形成的冷却腔流动，它的冷却效果通过散热片增强，散热片布置在冷却腔内并与支板以及优选地还与冷却板焊接。

此外，在此电极表面上的当地冷却功率，基本上由冷却通道的配置和电极几何形状预先规定，并因此不能与外部条件相适应。

发明内容

本发明的目的是创造一种导电地加热熔体的加热设备，它能更好地冷却。

为此，本发明提供一种加热设备，用于导电地加热熔体，所述加热设备包括至少一个电极和至少一个第一冷却系统，其特征为：所述第一冷却系统有一些装置，用于在电极的多个可选择的区域内可随时间和地点改变地控制和/或调整冷却功率；所述装置包括多个流体导引通道，其中至少一个流体导引通道与一个用于设定和/或调整冷却流体流量的装置连接。

由此便以特别令人意外地简单的方式达到了所述目的。

因此，按本发明的用于导电地加热熔体，尤其用于熔体的快速熔化、精炼和/或调节的加热设备，包括至少一个电极和至少一个第一冷却系统，它包括一些装置用于在电极的多个可选择的区域内可随时间和地点改变地控制和/或调整冷却功率。可变地设定和/或调整冷却功率在这里可以不仅随时间而且随地点在电极的熔体接触材料与熔体的接触面上可变地设定和/或调整。

因此，以极其有利的方式不仅可以影响熔体接触材料表面的温度，而且可以影响熔体本身空间的温度分布。除了熔体的温度外，因而还例如可以确定在熔体内对流的形状和方向。

在本文中，熔体的调节意思是根据热成形的条件准备熔体。这些条件主要包括温度水平的下降和温度分布的均匀化。

迄今，无论在高频加热时还是在导电加热时，通过使用于加热的高频场固定的强度分布或电极几何形状，几乎不能影响空间的温度分布，亦即空间的能量加入。相比之下，本发明允许可变地设定和/或调整空间的熔体温度分布，以及除此之外与高频加热不同，本发明的可用性在熔体的电导率方面几乎没有什么限制。

反之，按本发明的设备也可以这样运行，即，通过电极的热流基于熔体内部存在的温度梯度平衡，所以在电极的熔体接触材料上达到均匀的表面温度。这就允许将冷却功率减少到所需要的最小值，由此也减小加热功率和明显地改善能量的总平衡。此外，表面温度可以安全地保持在取决于材料的极限值附近。例如，铂电极短期不应过热到超过1650℃以及在长期工作时不应超过1550℃。在这里按本发明的设备允许在电极的熔体接触材料几乎整个表面的温度可均匀地保持处于此极限值附近的条件下工作。反之，以此方式可以通过减小冷却功率以及尽可能均匀地加热熔体接触材料的表面，在熔体内达到一个远高于熔体接触材料表面温度的高的峰值温度。按本发明和令本领域技术人员意外的方式，熔体内的熔体温度第一次可以高于电极表面上最高温度200℃以上。由此相应地也改善和加速了熔体的精炼。但是即使熔体区的温度只高于电极表面的温度50℃、100℃或150℃，本发明便已经带来一些优点。

以此方式，熔体内的温度，至少在熔体的一个区域内，超过电极的熔体接触材料的使用极限温度。使用极限温度指的是，对于最一般的电极材料或熔体接触材料制的电极，使用时允许达到的最高温度。不同的熔体接触材料的使用极限温度还在申请人与本发明同一天提交的题为“Verfahven und Vorrichtung zur Beheizung von Schmelzen”的PCT申请中说明，它公开的相关的内容也作为本申请的对象。

不同的熔体接触材料的使用极限温度尤其还在下列出版物内说明：

[1]Johnson Matthey Noble Metals：“Platinum sheet Material forthe Glass Industry”，

[2]Glass Science和Technology 13：“Metal in Glassmaking”，Roland Kirsch(Ed.)，Elsevier，Amsterdam，London，New york，Tokyo，1993

[3]E.Drost，H.

，M.Poniatowski，S.Zeuner：“Platinwerkstoffe für Hochtemperatur-Einsatz”，Metall-Internationale Zeitschrift für Technik und Wirtschaft Nr.7/81996，492-498页，Metallverlag Berlin/Heidelberg 7/8 1996，以及

[4]“Precious Metals Science and Technology”：L.S.Benner，T.Suzuki，K.Meguro，S.Tanaka(Eds.)，The International PreciousMetals Institute，USA，1991，

它们相关的公开内容同样通过参照引用而收入本发明内。

此外在本发明的范围内还提供一个用于导电加热熔体的熔化设备，它包括至少一个按本发明的设备。这样一种其中可以使用按本发明的加热设备作为电极的熔化和/或精炼设备也在申请人与本发明同一天提交的题为“Verfahren und Vorrichtung zur Beheizung vonSchmelzen”的PCT申请中说明。此申请有关适用的熔化和/或精炼设备的结构以及其中所介绍的熔化、精炼和调节方法方面公开的内容也全面地作为本申请的对象。

通常，一个相应的熔化和/或精炼设备有两个或多个按本发明的加热设备，其中，工作电压施加在至少两个加热设备的电极之间。加热设备优选地用交流电工作，优选地用频率在20Hz至20KHz范围内，特别优选地在2KHz至10KHz范围内的交流电工作，因为电极的玻璃或熔体接触材料腐蚀的倾向随频率增大而减小。但也可以用电网频率(约50或60Hz)工作。

此外，为了达到高的冷却功率，有利的是，冷却系统包括一个流体输送装置。借助流体输送装置使冷却流体通过加热设备流动。有利地，流体输送装置也可以设计为能可变地设定和尤其调整，以便能调整冷却系统的总冷却功率。

有利地，此冷却系统也可以包括多个流体导引通道，通过它们导引冷却剂并在此过程中吸纳电极的热量。通过多个这种通道，可使冷却功率在地点上均匀地分布在加热设备中。在这里，各个通道例如也可以有不同的直径。

按本发明的加热设备冷却功率的设定或调整还可以采取措施明显地改进，即将至少一个流体导引通道与用于设定和/或调整冷却流体流量的装置连接起来。此装置可例如包括一个设定或调整阀。以此方式可以通过调整此装置逐个设定或借助预定的调整特性线调整流体导引通道的冷却功率。尤其借助多个这种装置可以在熔体接触材料的表面设定和尤其通过调整可靠地保持随时间和地点的，尤其横向的温度变化过程。这就可以例如精调存在于熔体内的对流流动的方式和方向。

冷却系统可以针对不同类型的冷却剂设计。例如，冷却系统可以包括一个空气冷却器和/或一个液体冷却器和/或一个气雾剂冷却器。

为了达到可随时间和/或地点设定和/或调整冷却，也有利的是加热设备包括另一个冷却系统。通过适当地配置这些冷却系统，可以通过协调它们的冷却功率进行冷却功率在地点上的匹配。冷却系统也可以设计为使其中一个系统实施粗调或设定总的冷却功率和另一个系统进行精调或设定总的冷却功率。因此，也特别有利的是，这些冷却系统借助一个相应的装置也可以彼此独立调整。

优选地，另一个冷却系统也配备有多个流体导引通道，它们可以实现按地点分布的散热。这些通道也可以与一个用于设定和/或调整冷却流体流量的装置连接。

按本发明的加热设备一种实施形式，沿电极表面的温度变化过程可以沿两个互相垂直的方向调整。为达到这一点可例如通过使另一个冷却系统的流体导引通道的至少一些区段优选地沿垂直于热传播的方向看横向于第一冷却系统的流体导引通道的区段延伸。通过这种彼此横向延伸的通道布局，可以通过逐个设定或调整通过这些通道的冷却剂流量，调整二维的温度或冷却功率变化过程。但这一优点也可以例如这样获得，即，使第一冷却系统流体导引通道的至少一些区段在不同的平面内彼此横向或平行地延伸。

第一和另一个冷却系统的流体导引通道也可以特别优选地至少部分相互插入导引地延伸。这种布局的特点尤其在于其结构非常紧凑和简单。

此外，流体导引通道优选地布置为，第一冷却系统流体导引通道的至少一个区段设置为比另一个冷却系统的流体导引通道更靠近电极的熔体接触表面。以此方式，沿着从电极的熔体接触面出发对准加热设备背对电极熔体接触面那一侧的热流方向，实现一种两级式冷却。由此也可以沿这一方向达到设定和/或调整温度变化过程。以此方式还可以减小作用在熔体接触面附近的冷却系统的冷却功率，从而总体上可以实现此冷却系统更准确的设定和调整。

此外，加热设备还可以包括一个可设定或可调整的加热功率调整装置，以便不仅可以调整冷却功率，而且也可以调整加热功率。有利地，在这里加热和冷却功率也可以彼此独立调整，从而例如可设定或可调整的加热功率调整装置根据冷却功率和/或熔体温度和/或电极温度调整加热电流和/或电极之间的电压。在这方面特别有利的是一种根据温度的调整，借助它可例如防止熔体接触材料过热。

有利地，所述至少一个电极可以固定在一个支承装置上。支承装置在这里优选地设在电极背对熔体接触面那一侧。此外有利的是其中一个冷却系统，尤其第二冷却系统冷却此支承装置。支承装置优选地用耐火材料，例如耐火砖或陶瓷制成。尤其是，支承装置也可以设计为多层结构，亦即按层状结构方式，在这种情况下这些层优选地沿热传播方面或沿熔体静压施加的力彼此排序。由此可以例如改善支承装置的热导率和/或其机械稳定性。多层结构可以例如通过在支承装置内组合热导率或单位热容量不同的材料实现。

特别优选的是，一个其中支承装置有一个第一层的层状结构将第一层布置在电极与至少一个相继的第二层之间，其中，第一层有比第二层高的热导率。因此，由熔体接触材料形成的热有效地被第一层吸纳并进一步输出。另一方面由于第二层较低的热导率只向外散出少量的热，热量主要通过冷却排出。适用于第一层的材料例如是一种熔体浇铸的和/或致密地烧结的材料，如熔体浇铸的铝—锆—硅酸盐(AZS)和/或氧化铝和/或熔体浇铸的高锆含量的材料(HZFC)。适用于第二层的材料主要是陶瓷复合材料，如莫来石、烧结的石英玻璃或浮渣浇铸的燧石玻璃，它已知还称石英质材料(Quarzal)。这些材料有较低的热导率和相应地向外导出较少的热量。

可以采取措施达到特别有效的冷却电极，为此将所述至少一个电极贴靠在支承装置的至少一侧上，其中，冷却系统的流体导引通道至少一个区域沿支承装置的这一侧延伸。通过将所述至少一个流体导引通道的区段设计为朝电极方向敞开或在层状结构的情况下面朝第一层方向敞开，则可以更进一步改善冷却。以此方式当冷却流体流过通道时与电极材料直接接触。

此外，按本发明的加热设备的一项进一步发展是有利的，其中，所述至少一个电极包括至少两个电极段。这些电极段可尤其适用于借助导电加热在多个分开的电极段上分配功率密度。此外在这种情况下特别有利的是，电极段彼此绝缘。由此电极段可以分别供电，从而带来一系列优点。尤其是，加热设备也可以这样运行，即电极段之间的电流通过熔体流动。这例如使待熔化料更容易熔化，因为只是在熔化或精炼设备内待熔化料的一个小的其中装入加热设备的区域才必须熔化，直至由熔化的材料构成的桥连接这些电极段。进一步的熔化则可通过电极段及加热电极的工作进行。此外，通过这种工作方式，可以在电极段之间在熔化或精炼设备内触发对流循环。

所述至少一个电极有利地有一种熔体接触材料，它至少在高温时导电以及耐高温和此外在与熔体接触时基本上是惰性的。作为熔体接触材料，尤其针对玻璃熔体，在这里例如适用一种材料，它包括导电的陶瓷，例如SnO₂陶瓷和/或耐火金属，尤其铂族金属，例如铱、铑、铂和它们的合金，或高熔点的耐火金属，如钨、钼、锇、铪、钽和它们的合金。

此外，熔体接触材料可以包括一种细晶粒稳定的材料。细晶粒稳定材料也称扩散强化(dispersionsverfestigte)材料或氧化扩散硬化(oxid 

)材料。它们的特点一般而言在于高的强度和良好的长期稳定性。这些细晶粒稳定的材料可以例如是高强度的铂或铱材料。

按本发明的一种实施形式，加热设备的至少一个电极构成坩埚的一个壁区。坩埚在这里例如按本发明另一种设计也可以设计为有冷却壁的结壳(凝壳)坩埚。

所述至少一个电极的熔体接触材料熔体接触面的形状和曲拱是任选的，以及可以与具体的应用，例如特殊的坩埚形状相匹配。因此，熔体接触材料的接触面例如既可以是平的，也可以是凸或凹的曲拱形。取决于应用，接触面例如也可以是方形、矩形、椭圆或圆形。

加热设备可有利地这样装入熔炉中，即，使得具有可更换性。为避免在加热设备与熔化设备的其中装有加热设备的壁段之间的熔体流出，有利的是加热设备有棱边冷却装置。在这种情况下流过棱边的熔体凝固并提供期望的密封。

为了能实施尽可能准确的温度或冷却功率调整，有利的是，加热设备有至少一个温度传感器，例如热电偶。温度传感器的测量值例如可以由一个计算装置处理，计算装置本身可通过使用这些数据随时间和/或地点调整冷却功率。由此也可以支持冷却功率的准确调整。

同样有利的是，冷却系统包括至少一个流量计。这种流量计可以提供实际值，它可以与通过冷却系统的冷却剂流量的额定值比较，以便能用规定的参数稳定运行。

在具有按本发明的加热设备的熔化设备起动时，必须首先在熔体内存在足够的电导率，以便能实现用此加热设备导电地加热。熔化设备为此可以有适用的加热和熔化玻璃料或冷的待熔化料的装置。但尤其在加热设备电极的熔体接触面附近可能没有允许足够的电流流过熔体的足够的熔体电导率。在加热设备的熔体接触材料与冷的待熔化料之间也可能存在绝缘的空气间隙。这是通过熔料冷却时的收缩形成的。当存在空气间隙时若在电极上施加一个电压，则局部可通过离子化导致跨接空气间隙以及导致在此位置电流的穿透，其结果是会损坏熔体接触材料。因此有利地加热设备可以包括一个用于加热电极的装置，用它可以实施电极直接加热。由此，待熔化料可以在熔体接触面区域内熔化，以便达到足够的电导率或可以实施设备的起动。

尤其一个欧姆加热装置适用于作为加热电极的装置。它优选地可以包括一个电源，电源与熔体接触材料连接或与处于其下方的导电材料连接，并因而促使电流通过熔体接触材料或处于其下方的导电材料沿横向于熔体接触面的方向流动，并因而适合于加热熔体或玻璃接触材料和/或电极本身一些部分。这种工作方式下面也称横向供电模式。

加热电极的装置还可以包括一个用来加热冷却流体的装置。由此可例如将电极的熔体接触面加热到露点以上的温度。这尤其有利于防止水分沉积，这些水分例如在起动时为了升温或预热使用矿物燃料时产生的。

附图说明

下面借助优选的实施形式和参见附图详细说明本发明。附图中相同的符号表示同样或类似的部分。

其中：

图1 按本发明的加热设备第一种实施形式示意横截面；

图2 按本发明的加热设备第二种实施形式示意横截面；

图3A和3B 按本发明的加热设备两种实施形式的熔体接触面俯视图；

图4 按本发明具有分段式电极的加热设备的一种实施形式示意图；以及

图5 用于导电地加热熔体的熔化设备示意图。

具体实施方式

图1和2示意地表示按本发明的总体用1表示的加热设备两种实施形式的横截面图。

加热设备1有一个具有熔体接触材料2的电极3，它与支承装置5连接以及将一侧支靠在支承装置5上。

电极3与馈电线7连接，馈电线可与一个用于导电加热熔体的电源连接。在本实施形式中支承装置5还设有支板14，它们用于将支承装置1安装并固定在熔化设备上。

加热设备1也可以能移动地装在熔化设备中。在这种情况下，加热设备1可通过支板14固定在移动装置上，借助移动装置这些例如面对面装在熔化设备内的加热设备1可以彼此移近或相互移开。这种设计例如起动期间当熔体还比较冷具有较低电导率时是有利的。

加热设备1优选地这样组合在熔化或精炼设备中，即，使熔体接触材料2构成坩埚尤其结壳坩埚的一个壁区。在这种情况下加热设备1这样装入，即将支承装置5装在电极3背对熔体接触区，亦即熔体接触材料2的熔体接触面的那一侧上。熔体接触材料2用一种耐熔体成分的材料制成。适用于作为玻璃熔体的熔体接触材料2的是导电陶瓷，例如SnO₂陶瓷和/或耐火金属，尤其高熔点金属，如钨、钼、锇、铪、钽或它们的合金，和/或铂族金属，尤其铂、铱、铑以及它们的合金。

在图1所示实施形式中，支承装置5设计为层状结构形式。在这里支承装置有一个第一层51，它设在电极3与一个与之相继的第二层52之间。第一层51有比第二层52高的热导率。第一层51可例如有一种熔体浇铸材料，如AZS或HZFC。适用于第二层52的材料例如是莫来石或热导率较低的石英质材料(Quarzal)。具有不同热导率的层的这种顺序，一方面导致熔体接触材料2的热良好导出，另一方面使得只有一小部分热向外排出。以此方式使绝大部分热通过冷却系统导出。

图1表示按本发明的第一种实施形式，其中电极3有熔体接触材料2，它由一种金属材料构成，例如由一种耐火材料，如钨、钼和/或铂、铑、铱以及它们的合金。熔体接触材料2施加在耐火材料8或导电陶瓷如SnO₂陶瓷上。

支承装置5有多个接头9，它们与在支承装置内部的流体导引通道10连接，在这里，接头9以及与之连接的流体导引通道10都是第一冷却系统的组成部分。

此外，支承装置5还有多个接头11，它们同样在支承装置内部与流体导引通道12连接。这些接头11和与之连接的流体导引通道12都是另一个冷却系统的组成部分。

借助此横截面图示意地表示，在此实施形式中各有两个接头9与第一冷却系统的一个流体导引通道10连接，其中，一个接头9用于冷却剂输入以及另一个接头9用于冷却剂的回流。用箭头象征性表示冷却剂的流向。

第一冷却系统流体导引通道10的区段19沿支承装置5上面支靠着电极3的那一侧20延伸。这些区段19尤其设计为，使它们在支承装置5的第二层52内沿着在层状结构的第一层51与耐火材料8制的第二层52之间的支靠面延伸并朝第一层51方向敞开。由此，当冷却剂通过流体导引通道10在此区段19的区域内流过时，使冷却剂与良好导热的其上支靠着电极3熔体接触材料2的第一层直接接触。在这种情况下优选地将第一层51设计得尽可能薄。第一层51在这里主要用于熔体接触材料2的机械支承，以避免在熔体施加的静液压作用下变形。通过第一层51尽可能薄的设计，在熔体接触材料2内冷却功率可调性方面惯性小的同时达到良好的冷却。

每一个流体导引通道10与一个设定或调整阀13连接，在本实施形式中它分别与用于输入的接头9连接。冷却剂从流体输送装置21经设定或调整阀13通过流体导引通道10最终泵入冷却器23内，冷却剂在那里将它在流体导引通道10内吸收的热重新排出。

按一种优选的实施形式，第一冷却系统包括一个流体输送装置21，它可以在装置进口与出口之间的压差较低至1000mbar的情况下输送流体，因为在这种压力状况下可以使用廉价的无活塞式流体泵，尤其鼓风机。一种特别优选的实施形式允许在压力达500mbar时输送流体，以及更优选的实施形式允许在150mbar时输送流体。在这些实施形式中，流体导引通道10分别设有保证在如此低的压力足以输送流体的横截面。特别有利的是为了冷却使用气体和/或气雾剂，尤其如环境空气或控制含水量的环境空气，因为在这种情况下已经可以采用简单的鼓风机取代气动的泵系统。

但按另一种实施形式也同样可以使用压缩空气作为冷却流体。使用压缩空气带来的优点是可以减小流体导引通道10的横截面。由此尤其提供可能性在支承装置5内安置更多个通道，并因而可以在调整或设定当地冷却功率的情况下达到更高的地点分辨率。在横截面较小时流体导引通道10同样可以设计为例如朝熔体接触材料2的方向敞开，不会导致在开口的通道上方的材料变形。

附加地或取代使用高压流体，也可以在排气侧设一抽吸装置，它独立地或与一台或多台鼓风机一起提高冷却流体的流量。通过流体导引通道10相应地大的横截面，抽吸装置同样优选地可以采用廉价的无活塞抽吸系统。

另一个冷却系统也可以按类似的方式设计。在此冷却系统中每一个流体导引通道12也有一个区段18沿支承装置的一侧20延伸。但第一冷却系统的流体导引通道10的区段19设置为比另一个冷却系统的流体导引通道12及其沿一侧20延伸的区段18更靠近电极3的熔体接触面17。这些区段18与区段19不同没有朝电极3的方向敞开。

与第一冷却系统类似，在另一个冷却系统中一个流体导引通道12也分别与两个接头11连接，其中总是有一个用作输入接头以及另一个用作回流接头。输入接头总是与一个设定或调整阀15连接。与第一冷却系统相同，冷却剂或冷却流体借助流体输送装置25经由设定或调整阀15通过流体导引通道12泵入冷却器27内，在那里已加热的冷却剂重新冷却。

当装填有例如形式上为碎片或玻璃料的凝固的待熔化料的熔化设备起动时，在设在熔化设备内的加热设备1熔化接触材料2之间起先不存在导电的连接。尤其是在此阶段从熔体接触材料2到待熔化料尚未存在任何导电的电桥。为了造成这种电桥，有利的是加热设备1有另一个形式上为用于加热电极的装置的加热装置，它适用于加热熔体接触材料或玻璃接触材料。为此例如在熔体接触材料2内馈入基本上平行于熔体接触材料2表面流动的横向电流，从而通过电极3的欧姆电阻促使其加热，并因而附加地加热和熔化待熔化料或玻璃。这种欧姆加热设备在图1和2所表示的实施形式中包括一个电源37，它通过馈电线33和35与电极3的接板29、31连接。来自电源37的电流经由接板作为横向电流通过熔体接触材料2。电极的横向供电模式可以借助一个适用的开关34和/或通过电源37的接入或切断接通或断开。若熔体例如有了足够的电导率，熔体便可以通过导电加热进一步升温，因而可以断开横向供电模式。

用于加热电极的装置也可以有利地包括一个用于加热冷却流体的装置。在加热熔体或玻璃料期间，熔体接触面17也可以借助加热冷却流体用的装置附加地加热。在这种情况下冷却器23可以有加热装置，例如换热器、电阻或矿物燃料加热器。通过加热冷却剂进行预热是有利的，例如为了防止水分沉积在电极3上将电极加热到炉子上部大气的雾点以上。当待熔化料或玻璃料在熔化设备内同样用矿物燃料预热时，在熔化设备起动期间水分会在熔化设备内大量形成。

在正常的运行状态，经冷却的冷却剂重新供给流体输送装置25，并由此形成闭合的冷却剂循环。

第一冷却系统优选地用气态冷却剂尤其用空气运行。相应地，流体输送装置21包括一个鼓风机。另一个冷却系统可例如使用一种液态冷却剂。此外也可以采用气体和液体的混合物，其中可以设定或调整液体含量，以便以此方式保证非常确定的排热量。在这种情况下，溶解在气体内或作为气雾剂存在的液体，例如在从液态向气态相变时，可以提取凝结热，或可以在液体的份额从溶解的方式存在时非常准确地计量冷却效果的强度。

图2表示按本发明的第二种实施形式，其中，支承装置5不是设计为层状结构方式。在此实施形式中，第一冷却系统流体导引通道10的一个区段同样沿支承装置5的其上支靠着电极3的那一侧20延伸。在此实施形式中区段19直接朝电极3方向敞开。以此方式造成冷却剂与电极3的直接接触，由此达到能特别有效和快速调整的冷却。也避免了例如在支承装置层状结构的情况下在两层之间形成的传热障碍。

但是在这里电极3的熔体接触材料2也必须在高使用温度时有足够的强度，以防止通过熔体的静液压使在区段19的区域内悬臂式的熔体接触材料2产生变形或甚至断裂。例如耐火金属，例如钨适用于此目的。然而与铂族金属相比它们没有那么高的抗氧化能力，以及在有些情况下必须防止氧的作用。

图3A表示本发明一种实施形式的电极3熔体接触面17的俯视图。此实施形式的熔体接触面17表示为矩形，但是电极3可以有许多形状，它们使加热设备1与熔化设备的具体形状和结构相匹配。

第一和第二冷却系统的流体导引通道10和12(在表示的俯视图中它们在电极3下方延伸)用虚线表示。

在本实施例中，另一个冷却系统的流体导引通道12的区段18设置为，使它们沿垂直于热传播方向的方向横向于第一冷却系统流体导引通道10的区段19延伸。通过这种十字交叉方式的布局和设定或调整各通道的冷却功率，可以影响在电极3熔体接触面17上的横向温度分布和/或冷却功率，以及设定一种几乎任意的二维温度和/或冷却功率分布。

图3B表示本发明另一种实施形式的电极3熔体接触面17的俯视图。在这里，第一和第二冷却系统的区段18和19不是彼此横向延伸，而是沿熔体接触面17的方向互相平行地延伸。尤其是还将流体导引通道11和12在区段18的区域内互相插入地导引。例如第二冷却系统的区段18包括金属冷却管，它们铺设在第一冷却系统的区段19内部。由此获得一种非常紧凑的总体结构，以及还达到附加地冷却第一冷却系统的冷却流体。

图4表示按本发明的具有分段式电极3的加热设备1的一种实施形式示意图。类似于借助图1表示的实施形式，此实施形式有一个耐火材料制的支承装置5，在支承装置5上安装接头9和11，用于在支承装置5内部的冷却系统的流体导引通道10和12。

此实施形式的电极3分成两个分段61和63，从而也将熔体接触面17分割成两部分。

分段61和63互不接触地布置在支承装置5的一侧20上。因此，只要支承装置5的耐火材料是不导电的，分段61和63便彼此绝缘地固定。

每个分段61和63有自己的馈电线71或72。因此，与分段61和63的绝缘布局相结合，便例如可以使分段61和63彼此独立地在当地调整或设定加热功率地工作。

此外，在各电极段之间，例如在电极3的分段61、63之间施加一个电压，它促使在分段式电极部分的附近导电加热待熔化料。这一工作可以与普通用于导电加热的在电极对之间的电流无关地独立控制，以及可以例如在起动阶段用于将在电极3前的一个较宽的区域内的待熔化料液化，以便以此方式在一个更大的面积区域内，这意味着流动电流有更大的有效横截面，更顺利地形成导电的加热作用。

通过按本发明的设备熔体温度，尤其熔体核心区的熔体温度，比电极3熔体接触面17上的最高温度高200℃以上，由此不会加大电极3的损耗或不会发生使更多的杂质进入熔体本身内。

通过上述在电极3，尤其电极3的玻璃或熔体接触面17之间的这种温度超高，还相应地改善并加速熔体的精炼。尤其是基于这种温度超高，熔体的温度可以处于熔体接触材料2的使用极限温度之上，因为熔体接触材料2可通过冷却保持低于最大容许的温度。

不过，即使熔体的温度只高于电极3的温度50℃、100℃或200℃，本发明也已经带来一些优点。这种温度超高或熔体的这种温度可例如借助热电偶、高温计或其他本领域技术人员已知的方法检测，以及它们的测量值用于调整冷却和/或加热功率。

图5示意表示通过一个总体用40表示的熔化或精炼设备的横截面图，在此设备中使用了按本发明的用于加热处于设备40内的熔体39的加热设备1。在这里为了看得清楚起见在图5中没有表示冷却系统以及通过横向供电模式的欧姆加热电极3的装置。

为了导电加热熔体39，两个加热设备1分别装入熔化设备40壁42内的一个孔中并借助支板14固定。在这里，电极3的熔体接触材料2充填各自的孔并因而构成壁42的组成部分。优选地将加热设备1安装在熔化设备40对置的壁上。

加热设备1的馈电线7与熔体39导电加热用的电流或电压供给装置80连接。通过将电压施加在对置的电极3上，在有足够电导率的情况下电流通过熔体39流动并导电地加热熔体。通过导电加热，使加热功率沿通过熔体39的整个电流路径分布，由此使熔体39非常均匀地加热。

此外，在本发明的范围内，不仅熔化或精炼设备设有上述加热设备，而且除此之外这些加热设备也可以在温度调节装置中和尤其还在用于输送熔体物料的槽中使用。

附图标记清单

1         加热设备

2         熔体接触材料

3         电极

61，63    电极段

5　　　　　　　　　支承装置

7，71，73          馈电线

8                  耐火材料

9                  第一冷却系统流体导引通道接头

10                 第一冷却系统流体导引通道

11                 另一个冷却系统流体导引通道接头

12                 另一个冷却系统流体导引通道

13                 第一冷却系统设定或调整阀

14                 支板

15                 另一个冷却系统设定或调整阀

17                 熔体接触面

18                 流体导引通道11的区段

19                 流体导引通道9的区段

20                 支承装置其上支靠电极3的一侧

21                 第一冷却系统的流体输送装置

23                 第一冷却系统的冷却器

25                 另一个冷却系统的流体输送装置

27                 另一个冷却系统的冷却器

29，31             接板

33，35             横向电流馈电线

34                 横向电流开关

37                 横向电流电源

39                 熔体

40                 熔化设备

42                 熔化设备40的壁

51                 支承装置5第一层

52                 支承装置5第二层

80                 导电加热熔体的电源

Claims (33)

1.加热设备(1)，用于导电地加热熔体(39)，所述加热设备包括至少一个电极(3)和至少一个第一冷却系统，其特征为：所述第一冷却系统有一些装置，用于在电极(3)的多个可选择的区域内可随时间和地点改变地控制和/或调整冷却功率；所述装置包括多个流体导引通道(10)，其中至少一个流体导引通道(10)与一个用于设定和/或调整冷却流体流量的装置连接。

2.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：第一冷却系统包括一个流体输送装置(21)，它可以在低的压力差的情况下输送流体，所述低的压力差不超过1000mbar。

3.按照权利要求2所述的加热设备，其特征为：流体输送装置(21)可针对流体的温度、液体含量和/或流量加以设定和/或调整。

4.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：流体导引通道(10)的至少一些区段(19)在不同的平面内互相横向延伸。

5.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：用以设定和/或调整冷却流体流量的装置包括一个设定或调整阀(13)。

6.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：第一冷却系统包括一个空气冷却器和/或一个液体冷却器和/或一个气雾剂冷却器。

7.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：该加热设备有一个另外的冷却系统和一些用于彼此独立地设定和/或调整这些冷却系统的装置。

8.按照权利要求7所述的加热设备，其特征为：所述另外的冷却系统包括多个流体导引通道(12)。

9.按照权利要求8所述的加热设备，其特征为：所述另外的冷却系统的流体导引通道(12)的至少一些区段(18)横向于第一冷却系统的流体导引通道(10)的区段(19)延伸。

10.按照权利要求8所述的加热设备，其特征为：所述另外的冷却系统的流体导引通道(12)的至少一些区段(18)平行于第一冷却系统的冷却导引通道(10)的区段(19)延伸。

11.按照权利要求10所述的加热设备，其特征为：所述另外的冷却系统的流体导引通道(12)的至少一些区段(18)和第一冷却系统的冷却导引通道(10)的一些区段(19)相互插入导引地延伸。

12.按照权利要求8所述的加热设备，其特征为：流体导引通道按这样的方式布置，即，使第一冷却系统的流体导引通道(10)的至少一个区段(19)设置为比所述另外的冷却系统的流体导引通道(12)更靠近所述至少一个电极(3)的熔体接触面(17)。

13.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：所述至少一个电极(3)包括一个支承装置(5)。

14.按照权利要求13所述的加热设备，其特征为：支承装置(5)设在电极(3)背对熔体接触面(17)那一侧。

15.按照权利要求13所述的加热设备，其特征为：支承装置(5)设计为多层结构。

16.按照权利要求15所述的加热设备，其特征为：支承装置(5)有一个第一层(51)，它设在电极(3)与支承装置(5)的至少一个相继的第二层(52)之间，其中，第一层(51)有比第二层(52)高的热导率。

17.按照权利要求16所述的加热设备，其特征为：第一层(51)包括一种熔体浇铸的和/或致密地烧结的材料。

18.按照权利要求13所述的加热设备，其特征为：所述至少一个电极(3)的背对熔体接触面(17)那一侧贴靠在支承装置(5)的一侧(20)上，其中，流体导引通道(10)的至少一个区段(19)沿支承装置(5)的这一侧(20)延伸。

19.按照权利要求18所述的加热设备，其特征为：所述至少一个流体导引通道(10)的区段(19)面朝电极(3)方向敞开，或在设计为多层结构的支承装置(5)的情况下面朝该支承装置(5)的设在电极(3)与至少一个相继的第二层(52)之间的第一层(51)方向敞开。

20.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：所述至少一个电极(3)包括至少两个电极段(61、63)。

21.按照权利要求20所述的加热设备，其特征为：各电极段(61、63)彼此绝缘。

22.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：所述至少一个电极(3)有一种熔体接触材料(2)，它包括导电陶瓷。

23.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：所述至少一个电极(3)有一种熔体接触材料(2)，它包括一种细晶粒稳定的材料。

24.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：所述至少一个电极(3)构成坩埚的一个壁区。

25.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：设有至少一个温度传感器。

26.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：至少所述第一冷却系统包括至少一个流量计。

27.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：设有一加热功率调节器，用于根据冷却功率、熔体温度和/或电极温度调节加热电流。

28.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：设有一个用于加热电极(3)的装置。

29.按照权利要求28所述的加热设备，其特征为：用于加热电极(3)的装置包括一个欧姆加热装置，它适用于加热熔体接触材料或玻璃接触材料和/或电极本身的一些部分。

30.按照权利要求28或29所述的加热设备，其特征为：用于加热电极(3)的装置包括一个加热冷却流体的装置。

31.按照权利要求1所述的加热设备，其特征为：该加热设备可以装入熔化设备(40)的壁(42)内并构成此熔化设备(40)壁(42)的一部分。

32.按照权利要求31所述的加热设备，其特征为：加热设备(1)的棱边在与熔化设备(40)的壁(42)的连接区内冷却。

33.用于导电地加热熔体(39)的熔化设备(40)，包括至少一个按照权利要求1所述的加热设备(1)。

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