CN102190418B - 用于直接电阻加热含铂容器的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于诸如精炼炉或连接管的熔融玻璃承载容器的直接电阻加热的装置。该装置包括凸缘，凸缘包括多个导电环，导电环包括在凸缘的使用过程中接合到容器外壁的内部环和在凸缘的使用过程中接纳电流的外部环。最内环包括较佳地含至少80％铂的抗高温金属，而最外环较佳地含至少99.0％镍。各材料的组合不仅增加了凸缘的可靠性而且减少了其成本。内部环或外部环中的一个或两个环的宽度或厚度中的任一个或两个根据相对于容器的角度位置而变化。内部环和外部环相对彼此的宽度和/或厚度在凸缘和容器内产生了均匀的电流分布。

Description

用于直接电阻加热含铂容器的装置
要求在先提交的美国申请的优先权
本申请要求2010年2月25日提交的美国申请系列号第12/712,838的权益。以参见方式纳入该文献的内容以及本文提到的公开物、专利和专利文献的全部公开内容。
技术领域
本发明涉及玻璃制造，且具体涉及直接电阻加热含铂容器，含铂容器用于保持或传送熔融玻璃，例如，诸如熔化器、精炼炉、搅拌室、成形设备、连接管等容器。
背景技术
含铂材料，例如，含至少80％重量铂的材料由于其高的熔化温度、高温下低的氧化水平、抗玻璃熔化的侵蚀以及低的污染熔融玻璃水平，故广泛地用于玻璃及其玻璃产品的制造。含铂材料还出名地昂贵。因此，通过使在玻璃制造设备中使用的含铂材料的量即使小的减少，也可实现资金成本的实质性减少。
含铂材料的有价值的特征是其在通电时产生热的能力。因此，在含铂容器中流过或保持的熔融玻璃可通过在沿容器的玻璃接触壁的长度的一个或多个位置之间通电流而加热。这种加热在本领域中已知为本文所使用的术语“直接加热”或“直接电阻加热”。在该用法中，“直接”表示从容器本身加热，而不是通过外部施加的间接电阻加热。
在直接电阻加热中，主要挑战是电流从容器壁的导入和移除。由于传导路径可导致不平衡电流密度，使得在传导路径中产生热点，所以这不仅是电气问题，还是热问题。这些热点可导致过早材料失效，诸如通过所包含金属的加速氧化或通过达到该金属的熔化点。
一种将电流导入容器壁的方法是通过使用导电金属凸缘。这种凸缘的例子可在美国专利6,076,375及7,013,677中找到。本发明涉及用于将电流导入含铂容器壁的凸缘，尤其确保凸缘和变化的熔融玻璃的容器内的均匀电流密度。
发明内容
为改善流过凸缘的电流密度的均匀性，揭示了提供用于绕容器的角度不对称质量分布的方法和装置，凸缘设计成将电流递送到金属容器以加热流过该容器的熔融材料。即，凸缘或凸缘中的部分的宽度从一个角度位置到另一角度位置变化。例如，凸缘在0度角度位置处(可任意选择0度径向位置，但较佳地位于穿过将电流供应到凸缘的电极的对称轴上)的一个部分的宽度与位于相对于该0度位置成180度的角度位置处的相似凸缘部分的宽度不同。
根据本文揭示的实施例，凸缘通常被分成以系列构造接合的环，使得环随着从容器向外移动而一个在另一个外面地布置。这些嵌套环的最内环接合到所要加热的容器。这些环代表上述的凸缘部分。
在某些实施例中，可参照凸缘的本质相似的部分。如本文所使用的，本质相似指一个或多个环的成分组成。例如，如在以下更详细描述的，一个或多个环可含铂，铂合金(例如铂铑合金)或纯铂(例如大于99.8％铂)中任一种。在某些实施例中，两个或多个环可基本上成分相似(即，仅由于不想要的杂物的存在而导致的成分轻微不同的成分相似)，但可尺寸不同(具有不同宽度或厚度)。
根据本文所揭示的实施例，穿过凸缘且终止于容器壁的更均匀的电流密度可通过改变绕容器的凸缘质量分布而实现。即，根据本文所揭示的实施例，电流通过电极进入凸缘。由于进入凸缘时，整个电流首先穿过电极，在靠近电极的常规凸缘中的电流密度比凸缘的其它部分大。电流密度的这种不同可能导致在凸缘寿命中出现热点，以及容器和流过容器的熔融材料的不均匀加热。本文所述的不对称和变化的质量分布使得电流更均匀分布。也就是说，用于加热容器的凸缘构造引入了不对称性。
在一实施例中，揭示了用于加热熔融材料的设备，其包括具有导电外壁部分的容器；绕该容器的周界接合到该容器的导电凸缘，凸缘包括多个环，多个环至少包括具有第一成分的第一环和具有与第一成分不同的第二成分的第二环；从凸缘延伸的电极；且其中第一环或第二环中的至少一个环的宽度根据相对于该容器的角度位置而变化。第一环可以是例如含镍。第二环含铂系金属，且较佳地包括铂或铂合金。
在某些实施例中，第一环是最外环，且最外环的不包括电极的宽度根据围绕容器的角度位置而变化。即，当沿顺时针方向或逆时针方向移动时，最外环的宽度变化。例如，最外环在对分凸缘的对称轴上并靠近电极的位置处的宽度大于最外环在对称轴上离电极最远的位置处的宽度。在某些实施例中，第二环是接合到容器的最内环，且最内环的宽度根据围绕容器的角度位置是均匀的。第二环的宽度可根据围绕容器的角度位置而变化。
在某些实施例中，第一环是最外环且第二环的宽度根据围绕容器的角度位置而变化。第二环包括多个环或单个环，较佳地呈均匀厚度。在第二环包括多个环的实施例中，构成第二环的多个环中的每个环的宽度根据围绕容器的角度位置而变化。
在另一实施例中，第一环的厚度根据围绕第一环的角度位置而变化。第一环可包括围绕容器布置的多个部分，每个部分端对端地布置并接合，且多个部分的厚度根据围绕容器的角度位置而变化。即，一个部分的厚度与另一部分的厚度不同，使得环的总体厚度随着围绕环沿顺时针或逆时针方向移动而变化。在某些情况中，多个部分中的每个部分具有均匀的厚度。较佳地，第一环在相对于容器的第一角度位置处比在离第一角度位置180度位移的第二角度位置处厚，从而环在电极附近最厚，且在环离电极最远的点上最薄。在某些情况中，第二环是单个环且第二环的厚度根据相对于容器的角度位置而变化。在其它构造中，第二环包括多个环，且对于构成第二环的多个环中的至少一个环，该至少一个环的厚度根据相对于容器的角度位置而变化。
在又另一实施例中，第二环包括一个或多个环，且构成第二环的该一个或多个环中的至少一个环的厚度根据相对于容器的角度位置而变化。第一环的厚度也可根据相对于容器的角度位置而变化。
在另一实施例中，揭示了用于加热熔融材料的装置，包括：具有导电外壁部分的容器；包括多个环的导电凸缘，多个环至少包括具有第一成分的第一环和具有与第一成分不同的第二成分的第二环，第二环围绕容器的周界接合到容器；且其中第一环或第二环中的至少一个环的宽度根据相对于该容器的角度位置而变化。第一环或第二环中的至少一个环的厚度可根据相对于容器的角度位置而变化。
在另一实施例中，揭示了用于加热熔融材料的装置，包括：具有导电外壁部分的容器；包括多个环的导电凸缘，多个环至少包括具有第一成分的第一环和具有与第一成分不同的第二成分的第二环，第二环围绕容器的周界接合到容器；且其中第一环或第二环中的至少一个环的厚度根据相对于该容器的角度位置而变化。第一环或第二环中的至少一个环的宽度可根据相对于容器的角度位置而变化。
在以下详细描述中阐述了本发明的其它特征和优点，且通过本文所述的本发明的实践，对本领域的技术人员将变得明显。包括附图以提供本发明的进一步理解，附图包含在该说明书中并构成该说明书的一部分。应理解，说明书中和附图中揭示的本发明的各种特征可单独使用和组合使用。
附图说明
图1是示出示例性玻璃制造工艺的示意图，包括用于保持和/或传送熔融玻璃的导电金属容器。
图2是示出使用电流承载凸缘以加热图1的玻璃承载容器的外壁的立体图。
图3是凸缘的正视图，凸缘包括含铂环、含镍环、含镍冷却管和电极。
图4是图3的凸缘的剖视图，示出在一个区域处比在离最宽区域180度角度位置处的区域处的环的宽度宽的外部环。
图5是另一个凸缘的正视图，包括接合到容器的含铂内部环、含镍外部环、含镍冷却管以及电极，其中靠近附连的电极的内凸缘环的宽度比在离最宽区域180度角度位置处的内部环的宽度宽。
图6是图5的凸缘的剖视图。
图7是另一凸缘的正视图，包括含铂环、含镍环、含镍冷却管和电极，其中内部环和外部环都从容器偏移(即不与容器同心)。
图8是图7的凸缘的剖视图，示出根据离容器的半径的各种凸缘环的厚度。
图9是另一凸缘的正视图，包括含铂环、含镍环、含镍冷却管和电极，其中含铂环包括多个不同厚度的环，且其中多个含铂环的各含铂环相对于容器偏移(其中环宽度根据绕容器的角度位置变化)。
图10是图9的凸缘的剖视图，示出根据半径位置的各种环厚度。
图11是另一凸缘的正视图，包括含铂环、含镍环、含镍冷却管和电极，其中含铂环包括多个不同厚度的环，且其中多个含铂环的各含铂环相对于容器偏移(其中环宽度根据绕容器的角度位置变化)。
图12是图11的凸缘的剖视图，示出根据位置半径的各种环厚度。
图13是另一凸缘的正视图，凸缘具有非圆形环(例如，非圆形最外环和非圆形含铂环)。
图14是另一凸缘，其中含铂内部环分成各节段，且节段的厚度是角度位置的函数。
图15是图14的凸缘的剖视图，示出根据角度位置的含铂环的不同厚度。
图16是根据本发明的实施例的凸缘电极的侧剖视图，示出布置在电极和将电流供应到凸缘的母线之间的冷却块。
具体实施方式
在下面的详细说明中，为了解释说明而非限制的目的，将阐述多种特定细节的示例实施例以便完整地理解本发明。但是，本领域的普通技术人员在借鉴了本文所揭示的内容之后，对他们来说显而易见的是，可以不偏离本文所揭示具体细节的其它实施例来实践本发明。此外，省略对已知装置、方法和材料的描述以使本发明的描述清楚。最后，尽可能用相同的附图标记来标示相同的构件。
在图1的示例性装置10中，由箭头11表示的配合料在熔炉或熔化器12中熔化以在第一温度T1形成熔融玻璃14。T1取决于特定的玻璃成分，但对于能够用作LCD的玻璃，T1可以超过1500℃。熔融玻璃从熔化器12通过连接管16流到精炼炉管(或“精炼炉”)18。玻璃从精炼炉18通过连接管22流到搅拌容器20以混合并使得均匀，且从搅拌容器20通过连接管23流到碗24，此后流到下导管26。然后，熔融玻璃可通过入口30被引导到成形体28。在图1示出的熔化下拉工艺中，递送到成形体28的熔融玻璃流到成形体28的会聚成形表面上，分离的流动在该成形表面处接合或熔合，以形成玻璃带32。然后，玻璃带可冷却并分离以形成单独的玻璃板。
在精炼炉18处，熔融玻璃被加热到比第一温度T1高的第二温度T2。例如，T1可以是1500℃，而T2可以至少比T1高100℃。该相对高温度T2减少了熔融玻璃的粘性，由此使得能够更容易地消除熔融材料中的气泡。此外，较高的温度释放了包含在提纯剂(例如多价氧化物材料)中的氧，提纯剂通过配合料进入玻璃。释放的氧在熔融玻璃中形成气泡，熔融玻璃实质上用作成核场所。也就是说，熔融玻璃中的溶解气体转化成氧气泡，并使气泡成长。由气泡成长导致的浮力增加加快了通过自由表面从熔融玻璃移除气泡。
虽然熔化器12通常由难熔材料(例如，陶瓷块)形成，但大量下游系统，包括用于传送熔融玻璃的各种容器，诸如连接管16、22、23，精炼炉18，搅拌炉容器20，碗24以及下导管26通常都由导电金属形成，通常是铂或诸如铂铑合金的铂合金。如上所述，熔融玻璃非常热，且因此需要能够长时间经受住超过至少1600℃温度的高温材料。而且，该材料应该抗氧化，高温会加速氧化。此外，熔融玻璃腐蚀性很强，所以该材料应相对地抗玻璃侵袭，该侵袭会导致玻璃被容器材料污染。包括元素周期表铂系(铂、铑、铱、钯、钌和锇)的金属对该目的尤其有用，且因为铂比其它铂系金属更容易加工，所以很多高温工艺利用铂或铂合金容器。但是，因为铂昂贵，所以进行了全部努力以减小这些容器的尺寸。一个实例涉及熔化器到精炼炉的连接管16。
在熔化器和精炼炉之间的未加热传递中(即，在熔化器12之后没有施加热能到熔融玻璃材料)，熔融玻璃一旦从熔化器12进入连接管16，则立即开始冷却。但是，为了从提纯工艺得到最大效率，当玻璃进入精炼炉时，熔融玻璃应在提纯温度(T2)。因此，连接管16较佳地加热以防止连接管中玻璃的冷却，并事实上在玻璃进入精炼炉之前将熔融玻璃的温度提高到提纯温度。虽然可使用外部加热源，但该加热通常通过如之前概述的直接加热方法完成。如果熔融玻璃的流量增加了，则提高加热要求。即，必须增加精炼炉的长度以确保包含在精炼炉内的熔融玻璃在合适的温度，从而进行适当时间的提纯操作，或增加连接管16的长度以确保熔融玻璃在进入精炼炉之前在合适的温度。在任一情况下，随着铂使用量的增加，加工的成本增加。此外，在典型的制造环境中，不考虑材料成本，提供另外的房屋空间经常受到限制，导致加长部件的选择成问题。
替代的方法是增加供应到连接管的热能。对于直接加热的连接管，这意味着增加流过直接加热部件的电流流量。该电流可以是交流电(AC)或直流电(DC)，但通常是AC电流。但是，已发现该增加的电流流量同时在将馈送电流到容器的传导凸缘接触容器壁的点处和凸缘本身内产生热点。在凸缘一容器连接处的热点可导致熔融玻璃的不均匀加热以及差的提纯性能，且凸缘内的热点可危及凸缘的完整性，诸如通过引入加速的氧化或熔化，以及凸缘的过早失效。此外，虽然电凸缘可主动地冷却以防止过早失效，但如果凸缘的未冷却的温度超过用于使用材料的某个极限，则冷却系统的失效可能是灾难的。
凸缘内热点的一个原因在于凸缘内在具有将凸缘连接到电流源的电极的线上的位置处的高电流密度。即，凸缘通常包括凸片(tab)或电极，凸片或电极从凸缘延伸并连接到将电流馈送到凸缘的电缆或母线。因此，在电极与凸缘接合的位置附近的电流密度通常大大高于凸缘上的其它位置。如果供应到凸缘的电流增加以满足更大的加热要求，凸缘内电极附近区域(电流从电极分布到凸缘的地方)的较高电流密度可在凸缘内产生足够高的温度以通过组成凸缘的材料的快速氧化而致使凸缘的过早失效。或者，在极端情况下，该电流流量可足够加热和熔化电极和/或凸缘。
图2示出直接电阻加热系统的一部分并示出示例性金属容器(例如，管)，这里是熔化器到精炼炉的连接管16，金属容器具有外壁34，将电流施加到外壁34的凸缘36附连到外壁34。应注意，管16代表直接加热的一种示例性使用，且凸缘36可与用于保持或传送熔融金属的诸如精炼炉18的任何其它导电金属容器一起使用。
虽然仅示出两个凸缘，但在实践中，对于任何特定容器，可使用超过两个凸缘以将电流供应到容器外壁的不同部分。此外，虽然具有多个电极的凸缘也是本文所述实施例的权益，但仅示出每个凸缘单个电极。最后，虽然图2中示出的外壁具有圆形形状，该壁可具有各种其它形状，诸如椭圆形、卵形、正方形、矩形等。然后，凸缘的供容器穿过其延伸的中心通孔具有互补的形状。
根据图2，电流供应到第一凸缘。电流通过第一凸缘行进，进入容器壁，并通过与第一凸缘间隔开的第二凸缘流出。凸缘之间的距离由容器的加热要求确定，并容易地由本领域的普通技术人员之一确定。行进通过管壁的电流加热该管和在其内传递的熔融玻璃。虽然在图2中未示出，但在使用中，容器壁和凸缘通常由绝缘难熔材料的厚层包围以控制热从容器损失。
图3更详细示出图2的单个凸缘36的实施例的构造。如可看到的，凸缘36包括两个环38、40，其中最内环38由耐高温金属(即，如本文所使用的，能够在高于至少1400℃的温度工作的金属，较佳地至少1500℃且更佳地至少1600℃)形成，该金属包括至少80重量％的铂，其余部分，如果有的话，是铑或铱中一种或多种。作为一个例子，最内环38可包括90重量％的铂和10重量％的铑。
因为凸缘36的温度根据熔融玻璃传递管的径向位置的增加而降低，最外环材料所要求的温度阻抗不和最内环材料所要求的温度阻抗一样高。因此，为节省成本，最外环40由通常具有高熔化温度、但比含铂材料的凸缘内环便宜得多的材料制成。根据某些实施例，凸缘36的最外环40由商业纯镍(例如，至少99重量％镍)形成，诸如镍200或镍201，其相比于铂或铂合金可以低成本容易地得到。当用在电力凸缘时，镍提供出色的电阻抗、导热性、抗氧化性、与铂和铑的溶解性、机械加工性、价格以及多种形式和形状的实用性的组合，其它高温材料不能相比。
如图4所示，示出图3的凸缘的剖视图，环38和40分别具有不同的厚度t38和t40。这些厚度根据径向位置选择成控制电流密度。即，当从容器沿径向方向向外移动时，凸缘的厚度变化。在选择这些厚度时，进行许多考虑。首先，如上所讨论的，直接电阻加热的主要目标是加热管16内的熔融玻璃，而不加热将电流供应到容器壁的凸缘。因此，凸缘中的电流密度应小于容器壁中的电流密度以最小化能量损失。其次，应控制电流密度，从而凸缘中的部分不会变得过热和由此损坏。这对在使用中经受较高环境温度的凸缘中的部分来说尤其是个问题。
作为用于选择环厚度的起始点，应注意，由具有恒定厚度的单一材料构成的圆形凸缘将具有随半径的减小而线性地增加的电流密度，即，在凸缘的外边缘处，电流密度最小，而在内边缘处，电流密度最大。为抵消该影响，凸缘的厚度应随着半径变小而增加。在温度方面，环境温度通常随着从管16向外移动而下降，且因此朝向凸缘的外部的电流密度可以更高，在凸缘的外部，由于过热而导致的损坏的几率较小。这导致凸缘的厚度随着半径的增加而变得更小。凸缘的外部区域的减小厚度对于最小化用于构建凸缘的材料量也是理想的，尤其在昂贵的含铂材料的情况下。
另一因素涉及构成凸缘的材料的电阻系数，尤其在使用不止一种类型材料的情况中。对相同的电流密度，电阻系数越高，直接加热作用越大。此外，对于凸缘的最外环，理想的是具有大的厚度，从而环具有对周围电流流量的低阻抗。更具体来说，在某些实施例中，绕最外环周围的算出径向电流密度的变化率(即，典型的电流密度变化率)小于50％。
除了这些电气原因，还需要考虑凸缘的含镍部件上的工作温度的影响。概括地，用于凸缘的含镍部件的合适的温度是：(1)在用水冷却的通常工作中小于约600℃，(2)用空气冷却时，小于约800℃，(3)无冷却时，小于约1000℃。在约600℃或以下，镍具有足够低的氧化率，使得凸缘的寿命可达到3年或更多。在约1000℃，可使用寿命小于30天。在约800℃，寿命在这些值之间，且对于某些应用是可接受的，尤其如果将镍暴露到这些温度使得可以使用空气冷却，空气冷却通常比水冷却复杂性低。
更通常地，难熔绝缘材料中温度随着从含玻璃容器的轴线的径向位置的增加而减小。同样，温度随着凸缘半径的增加而减小。在凸缘上的某些径向位置处，温度下降到约1000℃以下。越过该径向位置，镍可安全地用作凸缘材料。如果在任何条件下，镍温度限定成超过，例如，对于长寿命约600℃，对于中等寿命约800℃，或对于短时间周期约1000℃，则镍和用在凸缘的内部分的高温材料之间的接合必须移到更大的半径处。当然，该接合的向外移动应平衡由于高温增加的材料成本，且因此，高成本金属必须延伸到较大半径。
实践中，通常使用计算机建模来考虑各种因素，这些因素包括选择构成凸缘的环的半径和厚度。可使用市场上可提供的或定制的对于特定电导体特性和几何形状计算电流流量的软件包以及对热流建模和对于特定材料特性和热源/散热器位置计算温度分布的软件包来进行该建模。例如，使用这种分析找到的图4的环的厚度的合适的关系是：t40＞t38，这里内部环38由90重量％铂和10重量％铑制成，且外部环40以及电极42和冷却管44由镍200/201制成。当然，可以使用其它关系，本领域技术人员从本发明可容易地确定用于特定应用的合适的具体关系。
用于构造凸缘的环和电极通常由平坦金属板制造，例如用于电极42和外部环40的镍200或镍201板材，用于内部环38的铂-铑合金板材(例如90重量％铂和10重量％铑)。环之间的接合通常是焊接。该焊接可倒圆角以避免凹角，该凹角会产生局部高电流密度，高的电流密度可致使接合过热或失效。最内环38通常通过焊接接合到管16的外壁34。同样，可使用倒圆角以避免凹角。最内环38的厚度通常大于容器壁34的厚度，虽然如果需要，最内环可使用其它厚度，例如最内环的厚度可与壁34的厚度相等或小于壁34的厚度。
除了环38和40，图3和4的凸缘包括呈管形式的冷却通道44，较佳地由与外部环40相同的材料制成，虽然冷却管可由不同材料制成。在某些实施例中，冷却管44包括至少99.0重量％镍。冷却管电连接到电流源(未示出)且冷却管接合到最外环40，通常绕最外环40的周围。但是，在某些实施例中，冷却通道可形成在最外环40内，例如，冷却通道可机加工到最外环内。可以是液体(例如水)或气体(例如空气)的冷却流体通过冷却通道循环以将管(和连接到管的凸缘)维持在低于其将快速氧化和/或熔化的温度。由于管16中的熔融玻璃的温度可超过1600℃，所以可能需要足够的冷却以防止凸缘的快速氧化。
除了其冷却功能，冷却管44也可作为母线以围绕最外环40的周界分布电流。
已发现对于上面的动力凸缘，镍的使用显著地提高了凸缘承受冷却水流中的暂时停机的能力。具体来说，凸缘呈现高水平的抗氧化性，从而如果冷却流体流中断，凸缘在数日内将保持可操作。含镍凸缘的较高抗氧化提供了足够的时间以恢复冷却流，而不损失铂部件并因此不需要中断穿过容器的玻璃流。
除了其承受冷却流中的暂时中断的能力，含镍凸缘还比例如在低温系统中使用的含铜凸缘需要较少的冷却。因此，一般而言，当使用含镍凸缘时，需要较少的直接电阻加热。根据给直接加热系统提供动力所需的电源容量，直接电阻加热的减少又减少了电力运转成本和资金成本。
除了这些功能益处，含镍的一个或多个环的使用显著地减少了凸缘的成本，因为在含铜凸缘中，在可能使用铂或铂合金的地方使用了镍。即，铜的较低温度阻抗意味着铂铜凸缘需要铂以进一步延伸来提供用于铜的安全操作环境。虽然镍和铂的价格随着时间变化，但根据经验，铂是镍的至少400倍贵且有时超过1800倍贵。
如图3和4实施例中所示，连接管(容器)16相对于最外环40不同心地定位，在该情况中，环40是含镍环。如所示，内部含铂环38绕连接管16同心地设置并绕连接管16周界接合。根据图3，虚线46代表穿过电极42和对分凸缘36的对称轴。在典型的安装凸缘定向中，对称轴46代表垂直轴线。但是，对称轴46不必为垂直的。如所示，靠近电极42的最外环40的总体宽度W1比连接管16相反侧上的最外环40的总体宽度W2宽，即，W2是离宽度W1成180度角度放置的宽度。即，图3和4中示出的W1比W2宽。注意，W1不包括电极41。图4示出图3的凸缘的剖视图，示出最外环40靠近电极42的部分相比于与电极42相对的最外环40(即以180度角度放置)的宽度的增加的宽度。
应注意，在某些实施例中，最外电极40本身可包括多个环。例如，最外环40可以是由多个不同厚度的含镍环构成的含镍环。镍可与诸如铂的其它金属铸成合金。
图5和6示出另一实施例，其中内部含铂环38相对于连接管16偏移，且沿对称轴46测量含铂环38靠近电极42的宽度W3比位于离W3成180度的含铂环38的宽度W4宽。在该实施例中，含镍环40具有大致均匀的宽度。
在图7和8所示的另一实施例中，连接管16不同心地定位在含铂环38内。即，沿对称轴46的含铂环38的外周和连接管16的外壁34之间的宽度W3比壁34和环38的外周之间的含铂环38的宽度W4宽。更简单地表达，含铂环38的宽度随着围绕环行进而变化(即，在围绕环的不同角度位置处)。根据本实施例，最大的宽度是直接靠近将电流供应到凸缘的电极(即，在靠近电极42的对称轴46上)。因为凸缘靠近电极的含铂部分的第一宽度比含铂凸缘且离第一宽度成180度定位的第二宽度大，使得将连接管的壁进一步远离来自电极的电流移动。因此，使得在电流密度最高的地方，被电流穿过的含铂材料的量较大。相反，使得在电流密度最低的地方，被电流穿过的含铂材料的量较小。结果是穿过含铂环38并从而进入连接管16的电流的均匀性提高。
除了含铂环38偏移，含镍最外环40也偏移。即，含镍环40的W1比宽度W2宽，而含铂环38的宽度W3比宽度W4宽，从而靠近电极42的含镍环40和含铂环38的宽度比其在连接管16的另一侧处直接相对的宽度宽。
图9和10示出另一实施例，包括含镍环40，但其中含铂环38包括围绕连接管16布置的两个含铂环38a和38b，其中，最内含铂环38a接合到连接管16，诸如通过焊接。但是，含铂环38沿穿过电极42的对称轴46在最外环40和连接管16的壁34之间的总体宽度W3比沿轴线46的位于离W3成180度的总体宽度W4大。
此外，最内含铂环38a的厚度t38a大于第一中间含铂环38b的厚度t38b。较佳地，最外环40(例如含铂环40)的厚度t40大于最内含铂环38a的厚度t38a并大于第一中间含铂环38b的厚度t38b，使得t40＞t38a＞t38b。较佳地，每个含铂环38a和/或38b可偏移，或中间含铂环38a可与连接管16同心而仅第一中间含铂环38b偏移。应注意，外部环40可如前所示偏移，或不偏移。
图11和12示出又一实施例，其中含铂环38包括绕连接管16布置的三个含铂环38a、38b和38c，其中最内含铂环38a接合到连接管16，诸如通过焊接。第一中间含铂环38b绕最内含铂环38a布置并接合到其周界，而第二中间含铂环38c绕第一中间含铂环38b布置并接合到其周界。含铂环38沿穿过电极42的对称轴46在最外环40和连接管16的壁34之间的总体宽度W3比含铂环38沿轴线46的位于离W3成180度的总体宽度W4大。此外，最外环40的厚度t40比最内含铂环38a的t38a大，厚度t38a比第一中间含铂环38b的厚度t38b大，而第一中间含铂环38b的厚度t38b大于第二中间含铂环38c的厚度t38c大，使得t40＞t38a＞t38b＞t38c。假设每个单独的环具有均匀的厚度。每个单独的含铂环38a-38c可相对于连接管16偏移。替代地，最内含铂环38a可与连接管16同心(即，具有均匀宽度)，第一和第二中间含铂环38b和38c相对于连接管16偏移。
基于本发明的讲授，应很明显可采用多个单独的含铂环，以使凸缘的含铂部分的厚度根据减少的半径而径向增加厚度。但是，前述实施例的共同特征是凸缘的含铂部分的总体宽度可变和/或最外环(例如含镍)相对于绕容器(例如连接管)的角度位置的总体宽度可变，凸缘绕容器设置，除了关于轴线46对称的凸缘，凸缘的含铂部分沿垂直于轴线46的轴线的宽度可以相同。含铂环沿绕凸缘角度移动的不同宽度的使用提供了含铂材料质量梯度，其使得在连接管/凸缘接合处和凸缘本身内，电流密度更均匀。
图13的实施例示出不同于上述实施例示出的大致圆形环周界的凸缘的更普遍的实施例。图13的凸缘，穿过电极42的对称轴46对分凸缘且含铂环38的靠近电极42的总体宽度和/或最外环40的靠近电极42的宽度都大于位于连接管16的相反侧上的相应环的部分的宽度。
在图14-15所示的另一实施例中，含铂环38的厚度根据绕连接管16的角度位置而变化。例如，图14示出具有单个含铂环38的凸缘36，含铂环38分成分别布置在12:00时钟位置处、3:00时钟位置处、6:00时钟位置处、9:00时钟位置处的沿顺时针方向移动的四节段50、52、54和56。根据本发明实施例，12:00时钟位置处的节段50做得比6:00时钟位置处的节段54厚。分别在3:00时钟处和9:00时钟处的节段52和56具有在12:00时钟处和6:00时钟处的节段50和54之间的厚度。例如，节段52和56的厚度可以相等。因此，当绕环38从12:00时钟位置处沿顺时针方向移动时，环厚度t38变薄，在6:00时钟位置处达到最小厚度，然后再次朝向12:00时钟位置处变厚。当然，如果含铂环38包括多个环(例如如上所述的环38a、38b...)，它们可根据角度位置变化厚度。此外，最外环40可类似地分成具有变化厚度的节段。根据角度位置的厚度变化可以是如上所述的梯级的(诸如通过将不同厚度的部分(楔)焊接在一起)，或逐渐的(连续的)，取决于机加工能力。梯级的厚度变化通常更容易生产，其中单独的节段布置在一起并焊接。
在某些实施例中，最外环和含铂环中的一个或两个可相对于连接管16偏移，且可包括具有根据上述角度位置而变化厚度的环(最外环、含铂环、或最外环和含铂环两者)。
如之前注意到的，虽然凸缘36已参照连接管16描述，但是本文所述的凸缘可在施加直接电阻加热以加热容器内的材料流的其它导电容器上使用。
应注意，在每个上述实施例中，可采用各种构造的冷却管和/或通道。例如，用于电极42的冷却管44可与用于凸缘的冷却管44(即，在最外环40处)隔离，从而电极可与凸缘的其余部分分开冷却。可能需要的范围取决于凸缘和容器的具体要求，例如温度、电流等。在某些情况中，如果环的温度足够低，且仅电极设有冷却管44，可能不需要冷却最外环(或简单地没有流过冷却管的最外环部分的冷却流体)。在某些实施例中，不要求对最外凸缘或电极的冷却。在其它实施例中，电极42和将电流供应到电极的母线58之间的接合包括如图16所示的冷却块60。图16示出电极42、母线48的一部分和冷却块60，并示出用于将冷却流体供应到冷却块60的内部内的通道的入口62和出口64。当然，作为替代，冷却管可附连到冷却块60的外部。
因此，本发明的非限制实施例可包括：
C1.用于加热熔融材料的装置，包括：具有导电外壁部分的容器；绕该容器的周界接合到该容器的导电凸缘，凸缘包括多个环，多个环至少包括具有第一成分的第一环和具有与第一成分不同的第二成分的第二环；从凸缘延伸的电极；且其中第一环或第二环中的至少一个环的宽度根据相对于该容器的角度位置而变化。
C2.根据C1的装置，其中第一环含镍。
C3.根据C1或C2的装置，其中第二环含铂。
C4.根据C1至C3中任何项的装置，其中第一环是最外环，且最外环的不包括电极的宽度根据围绕容器的角度位置而变化。
C5.根据C4的装置，其中最外环在对分凸缘的对称轴上并靠近电极的位置处的宽度大于最外环在对称轴上离电极最远的位置处的宽度。
C6.根据C4或C5的装置，其中第二环是最内环且最内环的宽度根据围绕容器的角度位置是均匀的。
C7.根据C4至C6中任何项的装置，其中第二环的宽度根据围绕容器的角度位置而变化。
C8.根据C1的装置，其中第一环是最外环且第二环的宽度根据角度位置而变化。
C9.根据C8的装置，其中第二环包括多个环。
C10.根据C9的装置，其中构成第二环的多个环中的每个环的宽度根据围绕容器的角度位置而变化。
C11.根据C1的装置，其中第一环的厚度根据围绕第一环的角度位置而变化。
C12.根据C11的装置，其中第一环包括多个部分且该多个部分的厚度根据围绕容器的角度位置而变化。
C13.根据C12的装置，其中多个部分中的每个部分具有均匀的厚度。
C14.根据C11的装置，其中第一环在相对于容器的第一角度位置处比在从第一角度位置移位180度的第二角度位置处厚。
C15.根据C11的装置，其中第二环是单个环且第二环的厚度根据相对于容器的角度位置而变化。
C16.根据C11的装置，其中第二环包括多个环，且对于构成第二环的多个环中的至少一个环，该至少一个环的厚度根据相对于容器的角度位置而变化。
C17.根据C1的装置，其中第二环包括一个或多个环，且构成第二环的该一个或多个环中的至少一个环的厚度根据相对于容器的角度位置而变化。
C18.根据C17的装置，其中第一环的厚度根据相对于容器的角度位置而变化。
C19.用于加热熔融材料的装置，包括：具有导电外壁部分的容器；包括多个环的导电凸缘，多个环至少包括具有第一成分的第一环和具有与第一成分不同的第二成分的第二环，第二环围绕容器的周界接合到容器；且其中第一环或第二环中的至少一个环的宽度根据相对于该容器的角度位置而变化。
C20.根据C19的装置，其中第一环或第二环中的至少一个环的厚度根据相对于容器的角度位置而变化。
C21.用于加热熔融材料的装置，包括：具有导电外壁部分的容器；包括多个环的导电凸缘，多个环至少包括具有第一成分的第一环和具有与第一成分不同的第二成分的第二环，第二环绕容器的周界接合到容器；且其中第一环或第二环中的至少一个环的厚度根据相对于该容器的角度位置而变化。
C22.根据C21的装置，其中第一环或第二环中的至少一个环的宽度根据相对于容器的角度位置而变化。
应该强调本发明的上述各实施例、尤其任何“优选”实施例仅是实现的可能示例，仅为清楚理解本发明的原理而阐述。可以在基本上不偏离本发明的精神和原理的情况下，对本发明的上述实施方式进行许多的改型和调整。所有这些调整和改型都包括在本文中，包括在本发明和说明书的范围之内，受到所附权利要求书的保护。

Claims (10)

1.一种用于加热熔融材料的装置，包括：
容器，所述容器具有导电的外壁部分；
导电的凸缘，所述凸缘围绕所述容器的周界接合到所述容器，所述凸缘包括多个环，所述多个环包括至少第一环和第二环，所述第一环具有第一成分，所述第二环具有与所述第一成分不同的第二成分；
电极，所述电极从所述凸缘延伸；以及
所述第一环或第二环中的至少一个环的宽度根据相对于所述容器的角度位置而变化。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一环含镍。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二环含铂。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一环是最外环，且所述最外环的不包括所述电极的宽度根据围绕所述容器的角度位置而变化。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述最外环在对分所述凸缘的对称轴上并靠近所述电极的位置处的宽度大于所述最外环在所述对称轴上离所述电极最远的位置处的宽度。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一环的厚度根据围绕所述第一环的角度位置而变化。
7.一种用于加热熔融材料的装置，包括：
容器，所述容器具有导电的外壁部分；
导电的凸缘，所述凸缘包括多个环，所述多个环包括至少第一环和第二环，所述第一环具有第一成分，而所述第二环具有与所述第一成分不同的第二成分，所述第二环围绕所述容器的周界接合到所述容器；以及
所述第一环或第二环中的至少一个环的宽度根据相对于所述容器的角度位置而变化。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一环或第二环中的至少一个环的厚度根据相对于所述容器的角度位置而变化。
9.一种用于加热熔融材料的装置，包括：
容器，所述容器具有导电的外壁部分；
导电的凸缘，所述凸缘包括多个环，所述多个环包括至少第一环和第二环，所述第一环具有第一成分，而所述第二环具有与所述第一成分不同的第二成分，所述第二环围绕所述容器的周界接合到所述容器；以及
其中，所述第一环或第二环中的至少一个环的厚度根据相对于所述容器的角度位置而变化。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一环或第二环中的至少一个环的宽度根据相对于所述容器的角度位置而变化。
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