DD215774A1 - Optimierte elektrode fuer den einsatz in elektrischen schmelzaggregaten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine massereduzierte Elektrode aus Molybdaen fuer elektrisch beheizte Glasschmelzwannen. Die erfindungsgemaesse massereduzierte Elektrode wird mittels Bauteilen zusammengesetzt. Diese Bauteile veraendern sich in ihrem Durchmesser. Die zusammengesetzten Bauteile werden mittels einer Versiegelung und einen Korrosionsschutz verguetet und unter Beachtung spezieller Einbaubedingungen in die Schmelzaggregate montiert.

Description

Titel der Erfindung

Optimierte Elektrode für den Einsatz in elektrischen Schmelzaggregaten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Elektrode aus Molybdän für elektrisch beheizte Glasschmelzwannen· Mittels dieser Molybdän-Elektrode wird die notwendige Schmelzenergie in Form der Joülschen Wärme aus elektrischen Strom entbunden·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei elektrischen Schmelzanlagen für silikatische Stoffe, vornehmlich Glas, wird die erforderliche Schmelzenergie ( Joulsehe Wärme ) aus elektrischen Strom entbunden, der durch das Schmelzbad fließt.

Der Strom wird dabei mittels Eelektroden, die sich durch . elektrische Widerstände von mehreren Zehner-Potenzen gegenüber der silikatischen Schmelze auszeichnen, in die Schmelze geleitet. (US Patente 972 798, 2 276 295, DE 2 917 433) Je nach Qualitäts- und Leistungszielstellungen an die Schmelze, bestimmt durch deren oxidischen Zusammensetzungen, werden unterschiedliche Materialien für die Herstellung der Eelektroden eingeetzt. Es werden Graphit bzw. modifizierter Kohlenstoff, Eisen, Molybdän, Platin, Zinnoxid und Keramik verwendet. ( US Patente 1 656 510, 1820 247, 3 634 588, DE 2 655 142 } Aufgrund der universellen Eignung und der hohen Gebrauche* werteigenschaften hat sich der Werkstoff Molybdän dominierend durchgesetzt.

Ala Elektrodenform werden massive Stäbe, Blocke bzw. Platten verwendet»

Der Einbau der Elektroden zur Sicherung der technologischen Prozesse erfolgt sehr differenziert. Es sind der Einbau der Elektroden oberhalb des Schmelzbades, durch die Seitenwände der Schmelzaggregate, als waagerecht bzw. schräg stehender Stab, durch den Boden der Schmelzanlage oder auf speziellen Sockeln für Plattenelektroden an den Seitenwänden oder in dem Glasschmelzwannenboden bekannt. (DE 2 849 166, DE 2 917 433, US 3 634 582, 3 777 040 ). Um die Gasentbindung infolge Überhitzung der Elektrodenoberfläche zu vermindern sowie eine Korrosion zu verhindern, darf der in erster Näherung von der Glaszusammensetzung abhängige zulässige Maximalwert des Stromes pro wirksamer Elektrodenoberfläche ( Stromdichte ) nicht überschritten werden. ( DE 2 917 386 ). Eine Alternative hierzu bildet eine gewisse Mindestzahl an Elektroden mit einer Mindestoberfläche, aus der z.B. bei Stabelektroden deren Durchmesser und die Einbautiefe abgeleitet wird. Unter Beachtung des stetigen Materialabtrages in Abhängigkeit von der umgesetzten Leistung und der chemischen Zusammensetzung der siiikatischen Schmelze im Einsatzfa 11 auf die Oberflächenkorrosion sowie der exponierten Angriffsstellen, wie zum Beispiel Verschraubungsstellen, Auswaschungen und Halaeinschnürungen im bodennahen Bereich bei Vertikal-Elektroden und Plattenelektroden wird die Dimensionierung der Elektroden festgelegt. Anforderungen an die mechanische Festigkeit über die Dauer der Wannenreise sind weitere Kriterien für die Dimensionierungen von Elektroden. Die Prozesse der Oberflächenkorrosion sind in ihrem Mechanismus nicht restlos geklärt und in Praxi nicht beherrschbar, so daß diese Unzulänglichkeiten durch empirische Hilfs- und Vorsorgemaßnahmen überbrückt werden. Definierte Berücksichtigung der komplex wirkenden Prozesse beim Einsatz von Elektroden zum Schmelzen silikatischer Stoffe mit dem Ziel das Leistungs-Aufwands -Verhältnis für das Funktionsteil Elektrode durch eine geeignete materialminimierte Oberflächenform und damit gezieltem Elektrodenmaterialeinsatz zu optimieren, sind noch nicht Gegenstand des Standes der Technik und bisher ungelöst.

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' "' ' ' ' - ³ ~ . ^! : ' ." '· .· '^:' --^:-Λ Ziel der Erfindung

Ea ist das Ziel der Erfindung, die den Stand der Technik repräsentierenden überdimensionierten geometrisch einfach geformten Elektroden ( Stab-, Platten*- und Blockform ) so zu gestalten, daß in Korelation mit dem Verschleißverhalten und den zu sichernden Funktionsparametern in der Schmelze, über eine definiert zu wählende Oberflächenform das Masse - Leistung - Verhältnis optimiert werden kann· Weiterhin ist das Ziel der Erfindung eine differenziert geformte Elektrode zu schaffen, die die bekannten Nachteile der Stab--und Plattenelektroden überwindet, durch die bei minimierten Materialeinsatz die technischen Parameter erreicht und durch eine speziell behandelte Elektrodenober>fläche die Lebensdauer der Elektrode noch zusätzlich optimiert wird·

Darlegung des Wesens der Erfindung

. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften des Einsatzmaterials Molybdän die Elektroden aus Bauteilen zu fertigen und die Form dieser Bauteile so zu gestalten, daß die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden· Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelbst, indem auf pulvermetallurgischem Wege vorgefertigten Ausgangskörper für Einzelbauteile durch bekannte mechanische Verarbeitungsverfahren so präpariert werden, daß durch kraft- und formschlüssige Verbindungen ein oberflächenoptimiertes Gesamtbauteil hergestellt werden kann.

Weiterhin sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, daß die massive, bereits während des Herstellungsprozesses verjüngt gefertigten Molybdänelektrodenbauteile dergestalt zu einem erfindungsgemäßen kompletten Elektrodensystem zusammengefügt werden, daß dieses sich oberhalb des bodennahen Bereichs, beginnend vom Halter weg stetig oder in ,definierten Etappen in ihrem Durchmesser reduzieren und die Bauteile durch geeignete Verbindungen so zusammengesetzt werden, daß an diesen

Verbindungsstellen und weiteren korrosionsexponierten > Elektrodenbereichen ein Schutz durch Versiegelung und/ oder Verglasung angebracht wird; diese Versiegelung weiterhin eine mechanische Stabilisierung und die Beseitigung von störenden Kanten und Kerbstellen bezweckt. Durch die erfindungsgemäße Elektrodenform ist eine spezielle Einbauund Inbetriebnahmetechnologie erforderlich, die erfindungsgemäß dadurch charakterisiert wird, daß die Elektrodenoberfläche vor dem Einfluß des Luftsauerstoffes und der Spalt zwischen., Elektrode, Elektrodenhalter und Bodenstein vor eindringendem Glas geschützt wird. Einzeln oder in Kombination werden dazu die erfindungsgemäßen Elektrodenteile mittels einer Emulsion, vorzugsweise aus Wasserglas-Glasmehl bestehend, verglast und vor dem Einbau mit einem Rohr oder einer Hülse aus geeignetem Material, wie Borosilikatglas, Kieselglas o.a., ummantelt.

Der gefährdete Zwischenraum zwischen Elektrodenhalter—Bodenstein-Elektrode wird gegen einen Glaseintritt mittels Platten aus Quarzgut, Zirkonsilikat o.a. Material in geeigneter Weise abgedeckt. Bei einem Schnelltempern mit Glasinhalt im Glasschmelzaggregat und kombinierter Gas - Elektrobeheizung ist der erfindungsgemäße Teil der Elektrode vollständig oder teilweise im Glasbad, so daß Vorkehrungen gegen den Glaseintritt in den Zwischraum ( Halter - Bodenstein - Elektrode ) nicht erforderlich sind und lediglich die vorgesehene Verglasung vorgenommen wird. Eine mechanische Stabilisierung und die Beseitigung von Korrosiorisstellen an den Verschraubungen erfolgt eine Versiegelung mittels einer Schweißnaht aus den für die Elektrodenbauteile verwendeten Material.

Ausf ührung;abeispiel ,

Die Erfindung soll an einigen Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Figur 1 bis 4 stellen mögliche Gestaltungsformen der erfindungsgemäßen optimierten Elektroden dar, die einzeln oder in Kombination zum Einsatz gebracht werden können.

Figur 1 zeigt das Zusammenfügen des oberen Bauteils 1 des mittleren Bauteils 1 mit dem unteren Bauteil 3 zu der erfindungsgemäßen Elektrode mit dem stetig verjüngten Bauteil 2 und den aufgesetzten zylindrischen oberen _ : Bauteil 1. Die einzelnen Bauteile der Elektrode 1 - 3 sind mit einem Verbindungszapfen versehen, der vorzugsweise als Gewindezapfen ( 6 ) ausgebildet ist« Die mittleren und unteren Bauteile sind in ihren oberen Ende mit einer Aussparung vorzugsweise einer Bohrung mit Innengewinde 6 versehen,. Der Einbau erfolgt so, daß die Verjüngung des Bauteile 2 erst oberhalb im Elektrodenhalter 4 und Durchführungsatein 5 erfolgt. Die einzelnen Bauteile werden zusammengefügt und an den besonders durch Korrosion gefährdeten Stelle eine Versiegelung in Form einer Schweiße naht angebracht wird.

Außerdem wird der aus dem Elektrodenhalter- 4 oben he rausragende TDeil mit einer Emulsion 9 verglast. Die Emulsion wird im Verhältnis 1:1 hergestellt und bei einer Temperatur von ca. 40⁰C nach dem erfindungsgemäßeQ Einbau aufgebracht. Nach 8 Stunden ist die Schutzschicht erhärtet und es können Scherben aufgelegt werden.

Figur 2 unterscheidet sich von Figur 1 durch die andere Kontur des Bauteils 2. Die Verbindung ist nur konvex. Der allmähliche Übergang zum Bauteil 1 erfolgt durch die erfindungsgemäße Schweißnaht 7·

Figur 3 unterscheidet sich von Figur 1 durch die geänderte. Kontur des Bauteils 2. Die Verjüngung erfolgt nicht gerundet sondern scharfkantig abgesetzt. Auch hier erfolgt eine Versiegelung mittels Schweißnaht 7 und die Verglasung 9» Figur- 4 zeigt, eine Elektrode, die sich gegenüber den Figuren 1, 2 und 3 dadurch unterscheidet, daß der Einbau so erfolgt, daß die Verjüngung bereits im Halter 4 beginnt. In dieser Ausführung ist es erforderlich, daß außer der Verglasung und der Schweißnaht 7 nach der Schutzring 8 zur Abschiermung des LuftSauerstoffs und die Schutzplatte 10 zum Schutz vor, eindringendem Glas angebracht werden· Die Kontur kann hier entsprechend Figur 1, 2 oder 3 sein. Erst nach Erreichen der Endtemperatur beim Aufheizen der Wanne werden Scherben eingelegt. Das Nachschieben der Elektroden in das Glasbad erfolgt erst bei ausreichend großer Glasbadtiefe.

Claims (3)

1. JBrfindung;sa ns pruch

   1. Massive Elektrode aus Metall vorzugsweise Molybdän für den Einsatz an vollelektrischen Schmelzanlagen für silikatische Stoffe dadurch gekennzeichnet, daß diese masseredaxerte Ki.eictroae aua dem uoertsn Baute.il CO» dem mittleren Bauteil (2) und einem unteren Bauteil (3) besteht und diese Bauteile zu einer Stabelektrode zusammengefügt werden, daß diese sich in ihrem Durchmesser, beginnend vomBereich der Elektrodenführung durch den Durchführungsstein (5) zu den in die Glasschmelze reichenden Elektrodenende sich stetig oder in. Etappen verjüngt, diese Verjüngung bereits in dem pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren für die einzelnen Bauteile erzielt wird·

   2» Elektrode nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung der Elektrode und die, Gestaltung der Verbindungsstellen(6) zwischen den Bauteilen ( 1-3 ) so ausgeführt wird, daß in Abhängigkeit vom Tempera türνerlauf und Blasengehalt der Schmelze die Stromdichte auf der Elektrodenoberfläche annähernd gleich ist und eine festliegende maximal zulässige Stromdichte nicht überschritten wird·
2. 3. Massenreduzierte Elektrode nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen ( 6 ) der Bauteile (1.-3 ) mittels Schweißnaht ( 7 ) so versiegelt und stabilisiert bzw. abgerundet werden, daß hierdurch ein Schutz gegen Kerbwirkung und Korrosion und eine gezielte Erhöhung der mechanischen Festigkeit erzielt wird.
3. 4. Elektrode nach Punkt 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß diese massereduzierte Elektrode vor dem Einsatz mittels einer Emulsion, vorzugsweise Wasserglas und Glasmehl bestehend, vergütet und ein Korrosionsschutz ( 9 ) aufgebracht wird.

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   Elektrode nach Punkt 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß für deren üblichen Einsatz der Einbau so erfolgt, daß mittels Korrosionsschutz ( 9 ) aus silikatischem Material wie Borosilikatglas, Kieselglas, Kieselgut,-Zirkoneilikat oder einer Schicht erhärteten Wasserglas· GIa ame hl-Überzug diese Elektrode ummantelt uiid mittels einer Schutzplatte (10 ) aus gleichem Material abgedeckt wird, damit kein Schmelzmaterial in den Zwischenraum zwischen Elektrodenhalter ( 4 )» Durchführungeetein ( 5 ) und Elektrode eintreten kann.

   Hierzu 4 Seiten Zeichnungen