CS228227B1 - Způsob přímého ohřevu iontové taveniny průchodem střídavého elektrického proudu - Google Patents

Abstract

Vynález popisuje způsob snížení úbytku kovových elektrod a zmenšení množství vylučovaného kovu z iontové taveniny, jakou je například sklovina, při přímém ohřevu průchodem střídavého elektrického proudu. Účinku se dosahuje tím, že obvyklá síťová frekvence proudu 50 Hz se sníží pod tuto hodnotu.

Description

Vynález se týká způsobu přímého ohřevu iontové taveniny průchodem střídavého elektrického proudu a řeší problém úbytku elektrod a vyredukovávání kovů z taveniny při ohřevu.

Při tavení skla se používá stále více elektrického ohřevu zaváděním střídavého proudu přímo do skloviny. K tomu slouží elektrody z různých kovových i keramických materiálů.

V současná době je pro jeho výhodné vlastnosti používán nejvíce molybden. Při použití elektrod dochází ve větší nebo menší míře vždy k jejich korozi. Nejdůležitější roli při korozi kovových elektrod hraje oxidace jejich materiálu některými složkami skloviny, označovanými jako depolarizátory koroze. Nejdůležitšjšími depolarizátory koroze jsou kromě rozpuštěného kyslíku ze základních složek skloviny kysličník olovnatý, z čeřících a barvicích přísad kysličníky sírový, arsenitý a antimonitý. Korozní děje jsou značně urychlovány působením střídavého proudu procházejícího elektrodami. Střídavý proud může způsobit korozi i v případě, kdy k samovolné korozi nedochází, tj. sklovinn neobsahuje látky schopné oxidovat materiál elektrody.

Výsledkem korozní reakce je jednak úbytek cenného materiálu elektrody, který v kombinaci s mezikrystalickou korozí může vést i k lomu elektrody, jednak je skloviny znehodnocována reakčními produkty, zejména redukovanou formou depolarizétoru, která se objevuje často v jemně dispergované formě. Shromáždí-li se naopak vyredukovaný kov na dně pece, může to vést k sekundární korozi svislých elektrod. Korozní děj jako celek je tedy z technologického hlediska krajně nežádoucí a je snaha maximálně omezit jak oxidaci elektrod, tak i vylučování kovů ze skloviny.

K tomu se kromě volby vhodného materiálu elektrod používá katodické ochrany elektrod, anodická ochrany elektrod nebo zvýšení frekvence střídavého proudu. Katodická ochrana elektrod, při níž se spojí chráněná elektroda se záporným pólem pomocného zdroje stejnosměrného proudu, je známa z US patentu č. 2 855 450. Tímto způsobem se sice potlačí oxidace kovového materiálu elektrody, ale vložené záporné napětí podporuje vylučování kovů z taveniny na elektrodě. Mimoto vyžaduje pomocný vnější zdroj stejnosměrného proudu, takže zařízení je složitější.

Anodické ochrana elektrod, kterou popisuje US patent č. 2 545 619, vyžaduje použití pomocné záporné elektrody. Kombinovaná ochrana elektrod, kterou popisuje US patent č. 3 530 221, využívá dvou druhů materiálů elektrod. Prvý kovový materiál odolává účinku kationtů a je polarizován záporně a druhý keramický materiál odolává účinku aniontů a je polarizován kladně. Využití tohoto postupu je omezeno vlastnostmi keramické elektrody, která nedo voluje pracovat za vyšších teplot a nelze použít tyčového tvaru elektrod. Navíc ani kombinovaný způsob ochrany nezamezuje vylučování kovů na kovové elektrodě.

Zlepšení tohoto kombinovaného postupu přináší čs. autorské osvědčení č. 178 528. Podstata postupu záleží ve vytvoření ochranné· vrstvy skloviny se zvýšeným elektrickým odporem v oko lí elektrody. Vytvořená vrstva brání jak oxidaci elektrody, tak elektrolytickému vylučování kovů. Nevýhodou postupu je nezbytnost zavedení záporného pólu pomocnou elektrodou do skloviny, mimo to je způsob určen pro tavení při použití nižších proudových hustot, zpravidla o

pod 0,5 A/cm .

K omezení průvodních rušivých vlivů při přímém ohřevu iontových tavenin průchodem střídavého proudu doporučuje DE patent č. 1 019 804 používat proudu o vyšší frekvenci, jejíž hodnota je zpravidla několik kHz. Postup je energeticky náročný, nemalá část energie se ztrácí v generátorech proudu s vyšší frekvencí.

Dříve uvedené nedostatky omezuje způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že do iontové taveniny se kovovými elektrodami zavádí střídavý elektrický proud o frekvenci nižší než 50 Hz. S výhodou se používá střídavý elektrický proud o frekvenci 5 až 45 Hz. Snížením frekvence k ohřevu používaného střídavého elektriclého proudu ae snižuje jak koroze kovových elektrod, tak vylučování kovů z taveniny.

228227!

³

Další přednost způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že potřebný střídavý proud o nižší frekvenci lze získat za sílového proudu s vysokou účinností. Na připojených grafech je demonstrován vliv snížení frekvence na úbytek kovových elektrod v obrazech 1 a 3, na množství vyloučeného olova z taveniny v obrazech 2 a 4.

Na obr. 1 je graficky znázorněna velikost koroze kovových elektrod, měřená úbytkem jejich poloměru Δ Γ, na frekvenci f střídavého proudu. Výsledky byly naměřeny při tavení olovnaté skloviny při teplotě 1 350 °C a při použité proudové hustotě 1 A/cm^{1 2}.

Na obr, 2 graficky znázorňuje množství vyloučeného olova £ v závislosti na frekvenci £ střídavého proudu. Výsledky byly naměřeny za stejných pracovních podmínek předešlého případu.

Na obr. 3*4 jsou graficky vyneseny výsledky měření, nalezené při tavení olovnaté skloviny proudem o proudové hustotě 0,5 A/cm^ při teplotě 1 350 °C, Na obr. 3 je znázorněna závislost úbytku elektrod Δρ na frekvenci f, na obr. 4 znázorňuje závislost množství vyloučeného olova na frekvenci f.

Podstata a účinnost vynálezů je zřetelná z příkladů provedení, na které se vynález jinak neomezuje.

Přikladl

Do silně korozívní modelové skloviny o obsahu 21 % PbO, 14 % KgO a 65 % Si0₂ bez obsahu čeřiv, tavené při teplotě 1 400 °C, byl molybdenovými elektrodami zaváděn proud o hustoo tě 2 A/cm . Snížením frekvence z 55 Hz na 25 Hz se velikost koroze snížila o 40 %, množství vyloučeného olova o 28 %.

Příklad 2

Do silně korozívní, provozně vyráběné skloviny o syntetickém složení 58,78 % SiO₂J 25,27 % PbO; 12,06 % K₂0; 1,75 % Na₂0; 1,5 % ZnOJ 0,2 % As₂O₃ a 0,435 % NiO, tavené při teplotě 1 350 °C, byl molybdenovými elektrodami jednofázově zaváděn střídavý proud o hustotě 1 A/cm². Snížením frekvence z 52,5 na 18 Hz se velikost koroze snížila 3,4x, množství vyloučeného olov* 3,65x·

Př í k 1 a d 3

Za stejných podmínek, jako v příkladě 2, ale při proudové hustotě 0,5 A/cm ae snížením frekvence z 50 na 10 Hz dosáhlo snížení koroze 3,3x · množatví vyloučeného olova ·· aníšilo 3,7x.

Příklad 4

Do skloviny na výrobu TV baněk čeřené SbgO^ a tavené při teplotě 1 400 °C byl molybdenovými elektrodami zaváděn střídavý proud o proudové hustotě 1,5 A/cm². Snížením frekvence z 52,5 na 14,5 Hz klesla koroze elektrod o 22 %. Frekvence 14,5 Hz představuje pro daný typ skloviny minimum koroze.

Claims (2)

1. Způsob přímého ohřevu iontové taveniny, průchodem střídavého elektrického proudu, zaváděného do taveniny pomocí elektrod, vyznačený tím, že do kovových elektrod se zavádí střídavý elektrický proud o frekvenci nižší než 50 Hz.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se zavádí střídavý elektrický proud o frekvenci 5 Hz až 45 Hz.