CN1115199A - 用于电熔炼的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电熔炼技术，尤其是涉及在其中由于浸入电极使能量以焦耳效应消耗在受熔物质中的电熔炼技术。本发明的对象是这种电极(1)的一种支座(8)，它包括一个供电系统及一个冷却装置，所述支座在其表面上具有抗热保护部分，及所述表面相对于电流导体的电压是绝缘的。

Description

用于电熔炼的装置

本发明涉及电熔炼技术，特别是涉及在其中由于浸入电极使能量以焦耳效应消耗在受熔物质中的电熔炼技术。

长久以来，大批量生产用的玻璃生产设备具有投入矿物燃料如燃油或气体的熔炉。这尤其是对于如提供平板玻璃或制瓶玻璃的大规模持续生产设备的情况。在这种大型熔炉中，电能实质作为局部的补充能量，用以在最小加热的区域中维持玻璃温度，或是在熔炉外面通向转换地点的途中维持玻璃温度，或用于有利于熔化材料均质，精炼或运输的某些对流运动的扩展。

确切地说，电熔炼首先出现在小的装置中，对于它们，在看来必要的使用条件下具有大的灵活性。能量损耗的波动及某些技术问题的逐渐掌握在最近导致开发大的生产装置，在其中整个熔炼过程，除起动外，均借助电能进行。这种开发需要解决非常困难的技术问题。

这尤其是，如对于避免熔融浴表面处的电极氧化问题，对此已有人建议将其完全地浸入。这种解决方案记载在如法国专利申请FR-A-2552073中。在该文献中，电极从炉底开始垂直地放置在熔体中。在其它实施例中，电极还可以穿过炉侧壁。

与腐蚀问题获得的优点无关，电极的浸入也能使向熔融浴方便地及很均匀地供给原料的成分。漂浮在熔融浴上的待熔成分相对厚的层的形成，出于多种原因，起到有益的作用。与熔融浴的接触形成了对持续工作所必须的材料的长久保留。它还保护了熔融浴使其免于由于与空气接触的对流及尤其是辐射引起的过大热损耗。

倘若在上述文献中所描述的这类熔炉能具有非常重大的工业应用，然而它们也不能必然地提供最佳的解决方案以满足实际中遇到的各种需要。例如，在某些情况下及显然地旨在限制投资费用时，利用燃烧器来改造工作设备并保留尽可能多的现有部件，尤其是构成熔池的耐火材料。当电极插在炉床中或炉侧壁中时，则是不可能进行这种改造的。

在其中浸入电极的熔炉在调整电极方面提供了有限的可能性。如果对于某一种工作状态它们能得到完全满意的特性，但它们却不太能适合这种工作状态的频繁的和/或实质性的改变。

此外，即使浸入电极的技术现在已经很好地掌握了，仍然期望电极有与耐火材料的寿命相比拟的长寿命，因为危及良好工作的多个电极中一个过早损害的危险是不能完全被消除的。

另一种、尤其是在法国专利申请2599734中描述的技术解决方案包括通过受熔材料熔融浴的自由表面浸入电极。这种技术体现了一些优点。首先，它显然避免了与电极穿过耐火材料相关的困难，并也解决了：旧电极的更换，耐火材料的密封及磨损，尤其是由于有助于耐火材料腐蚀的高温及与它接触产生的强力对流气流引起的磨损问题。

浸入电极的技术限于熔融浴上部分最热的区域，故也减轻了这些问题。

此外，这种技术允许电极浸入深度改变并由此改变温度梯度。这就允许改变熔炉的玻璃抽拉量，而不改变炉床温度，从而不改变炉出口的玻璃温度。

再者，经验表明这种技术具有非常满意的热效率及导致被熔材料的良好质量。

这种浸入电极通常固定在支座上，后者从熔池侧面悬置在熔池上方。法国专利申请FR-A-2599734中描述了这种支座，该支座包括一个臂，该臂包括用于冷却液循环的管道及用于向电极及所述电极支座供电的电缆。

在常规工作状态，形成防止热损耗的、沉积于熔池表面的一个原料成分层可避免悬置在熔池上的臂上的温度过分升高。

相反地，当处于等候阶段时，在此过程中保护原料的层或是其厚变得很薄，或是不足，该臂的温度将变得很高并将引起供电系统的降级。

为了克服该缺点，一个通常的解决是在等候阶段中升高浸入电极并借助通常放置在壁上的浸入电极维持熔融浴中的足够温度。这种技术是有效的但是仍具有与浸入电极相关的问题，尽管在该情况下，它工作在非常低的电压下，因为仅需维持已熔化的熔融浴的温度。再者，这类浸入电极需要附加的投资经费。

另外一种，尤其是在美国专利US 4965815中描述的解决方案是利用一种电极支座组成的，该支座基本上是由“水套”式电流导体冷却系统构成的。而供电系统被持续地冷却，故防止了等候阶段时出现的温度升高。但是，这类设备需要保护装置，因为电极支座一直保持带电。

这种保护装置通常是由阻止操作人员接近熔炉的金属网组成的。但是某些步骤需要操作人员接近熔融浴、由此接近电极，使操作人员处于危险中。

本发明的目的是提供一种用于玻璃炉料电熔炉的装置，它不仅工作在常规状态，而且也工作在等候阶段，而不需干预浸入电极，也对操作人员无危险。

这个发明目的是根据本发明用一个从熔融浴表面浸入的熔炼电极的支座来实现的，所述支座包括一个供电系统并在其表面上具有抗热保护部分；所述表面相对于电流导体的电压是绝缘的。

这样一种电极支座解决了现有技术中提出的问题。事实上，对操作人员不再有任何与维持电极供电电压有关的危险。并且，当熔炉处于等候状态时，尤其是由于玻璃熔体的辐射引起的温度升高不会带来支座的破坏，因为后者具有热隔离的表面。

在本发明的一个优选方案中，供电系统是一个“水套”式电导体冷却系统。该装置还包围有电绝缘，后者最好是由抗特别高温的一种材料制成。

选择用于抗高温的绝缘由电流导体冷却系统的水循环有利地冷却。

当处于等候时，由于辐射，支座温度变得非常高，因此必须选择耐此温度的绝缘材料，而它原本是非常昂贵的。

本发明还有利地提出在电绝缘上围绕第二个“水套”式冷却系统。因此有可能选择耐较低温度的电绝缘用材料。此外，这种绝缘通常被认为在低温时可改善电绝缘特性。

另外，对这个电绝缘材料的冷却能保证其长久使用。

因此所建议的电极支座包括两个冷却系统。这两个冷却系统能有利地用水循环来实现。内系统是用于电极供电的电流导体，本发明设计了两个分开的水循环环路，以使得导电的、在电极供电的冷却系统中循环的水不会将电压带到第二冷却系统，否则它将不再能使用。

根据本发明的另一优选实施方式，这两个冷却系统是由同一水环路供水的，该水是软化水(eau déminéralisée)以致它不导电。电极支座外部的供水装置因此可限于单个环路上。

由以下参照附图1，2及3对实施例的说明，将阐明本发明的其它细节及有利的特征，附图为：

图1：具有从表面垂直浸入的电极的熔炉的部分横截面概图；

图2：根据本发明的电极及其支座的一个实施例；

图3：根据本发明另一实施例的支座的一部分的概图。

图1的示意图表示装有浸入电极1的一个熔炉的一部分。该熔炉是由包括炉床2及炉壁3的耐火材料池构成的。在池的上方，耐火材料的炉顶4悬吊在一个只示出了其局部的金属框架5上，所述金属框架5搭接在熔炉上。

设有可移动的耐火材料壁6，当它们在下方位置、即支承在侧壁3上时，可使熔融浴7与周围环境局部地隔离。

在壁6中仅设有用于穿过电极支座8的孔。

当熔炉处于等候状态并不再需要投入原料时，采用壁6的下位置。这可避免过大的热损耗、及使所有外围设备损坏的危险。

对于电极1来说，它被浸放在待熔化的原料层9下方的熔融浴7的表面内。这个在常规工作方式中覆盖熔融浴7的原料层9使熔池热隔离，并可避免热损耗。

电极1被固定于支座8上，支座包括供电系统及一个电极1的冷却装置，它们均未在图1中示出。

支座8本身被连接在一个未示出的机构上，该机构主要能使电极1从熔融浴中取出，如用于更换或修理。

在图2上，非常细致地描绘了电极1和它的支座8，并突出地表现了本发明的优点。

通常由钼作成的电极1，借助于作为电流导体的部件10被固定在管11上，后者构成电流导体的冷却装置。部件10是一个用螺丝固定在管11上的接管。在该接管10的另一端上固定着电极1。这样一种实施方式能易于接管10/电极1组件的拆卸，因为螺丝连接部分从不浸在熔融浴中。实际上，如果管11很长并可直接浸入到熔融浴中，则电极1就可直接地如用螺丝固定到该管上。但相反地，要着手拆卸电极将变得非常难以处理，因连接点被浸在熔融浴中。根据本发明的安装方案，非常容易作出更换，但仍必须与电极1同时地更换接管10。该接管10至少部分地被一种耐火材料围绕，该耐火材料足够的厚，以避免直接与原料或熔融浴接触。

此外，接管10也可使冷却液一直通到电极，以使得后者得以冷却。

利用螺丝固定是非常有利的，因为它可以快速地被更换。电极的更换可能是频繁的，因为不仅是在损坏的情况下，而且在对电极校正，尤其校正其长度以使浸入程度改变并由此将能量传送到熔炉内时也可能更换。管11可由钢作成，以使其有很好的刚性及导电性。

在该管11的内部，放置了第二管12，例如是同心布置的。这个第二管12例如被固定在管11内表面的不同点上。这两个管11及12的连接允许水循环并也构成一个水套式的冷却装置。该冷却系统是设计用于冷却电极1的，因而管12穿过接管10。

管11的另一端上固定着一个供电环13，例如是铜作的并放置在一绝缘框架14的内部。该环13可使管11处于所需的电压上，该管是在该同样电压下向电压1供电的导体。

在管11的外围放置着一种电绝缘材料15，它可适合地由商用名称MURATHERM500M的电绝缘型耐火材料制成。材料15被作成包围及支承在管11外表面一部分上的一个或多个套管的形式。因而这种电绝缘材料允许让需接近熔融浴的操作人员触及电极而无触电身亡的危险。该材料15本身被一个同心的外壳16包围，在其中循环一种冷却液，如水。这个“水套”式的外壳16包括一个内套管17，它能使水循环。

这第二个冷却装置，一方面能避免绝缘材料的过热，甚至当后者选择得似乎能耐足够高的温度并且它已经局部地被第一冷却系统冷却过时也是如此。

另一方面，这可获得保持相对冷的并允许操作人员操作或至少接近的电极支座8的外表面，甚至当熔炉处于等候状态并且支座8由于没有原料层9而受熔融浴的辐射得到实质的加热时也是如此。

上述各个部件11，12，15，16，17是由管子构成的，例如是由同心地一个围绕另一个布置的管子构成的。

在图3的情况下，由两个同心管18，19组成的兼作电流导体的“水套”式冷却装置被一个或多个电绝缘材料作成的套管20包围着，该套管具有良好的隔热性能及良好的耐温性能。

电极支座表面的抗热防护是，一方面由套管20本身的性能获得的；另一方面由能使该套管20冷却的冷却装置的存在获得的。

其抗电防护是由包围作为电流导体的管19的套管20提供的。

能让冷却水进入及排出的各种管道没有被在附图中示出。

用来冷却的水合适用软化水(除矿质水)，它可使两个冷却系统使用同样的环路，而不会有电流传到外冷却系统的危险，再者，后者是接地的。

没有标号的箭头表示冷却液流经的各个环路。

因此根据本发明所述的连接在其支座上的电极，一方面能在常规工作中无危险地使用，因为没有任何可触及到的装置是带有电压的；另一方面，当熔炉处于等候状态时，其使用也无支座受损害之危险。

因而，根据本发明包括电极及其支座的装置能保留以上所列举的与由浸入在熔融浴表面内的电极的电熔化相关联的各种优点。例如涉及到良好的热效率，良好的受熔材料质量、而不管其玻璃抽拉数量的变化如何，及增加了熔炉的使用寿命，因为耐火材料部分很少受到侵蚀，或因为易于更换电极。

此外，根据本发明的装置可避免出现在等候阶段电极整个地浸入，或可避免全部时间地投入保护系统，该保护系统用于避免出现操作人员接近持续带电压的部件。

Claims (6)

1.  从熔融浴表面浸入的熔炼电极(1)的支座(8)，所述支座包括一个供电系统及一个冷却装置，其特征在于：支座在其表面上具有抗热保护部分；及所述表面相对于电流导体的电压是绝缘的。

2.  根据权利要求1所述的电极支座，其特征在于：供电系统是一种用作电流导体的“水套”式冷却系统(11，12，18，19)；及冷却系统被一种电绝缘(15，20)包围。

3.  根据权利要求2所述的电极支座，其特征在于：电绝缘(15，20)是由耐高温的一种材料作成的。

4.  根据权利要求2或3所述的电极支座，其特征在于：电绝缘(15)被一种“水套”式冷却系统(16，17)包围着。

5.  根据权利要求4所述的电极支座，其特征在于：围绕着电绝缘的冷却系统(16，17)的液体是通过不同于用作电流导体的冷却环路(11，12)的一个环路传导的。

6.  根据权利要求4所述的电极支座，其特征在于：围绕着电绝缘的冷却系统的液体是通过供给作为电流导体的冷却系统(11，12)的环路传导的；及该液体是软化水。