DD271694A1 - Einrichtung zum schutz von vertikal durch den boden angebrachten, ungekuehlten, stabfoermigen elektroden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz von vertikal durch den Boden angebrachten, ungekuehlten, stabfoermigen Elektroden in Schmelzaggregaten fuer silikatische oder mineralische Stoffe mit geringer Strahlungsleitfaehigkeit der Schmelze, insbesondere dunkle Glaskeramik, vor in Bodennaehe auftretender verstaerkter Korrosion. Erfindungsgemaess umschliesst den unteren, in das Schmelzaggregat ragenden Bereich der Elektrode ein auf dem Boden aufliegender, elektrisch nichtleitender Koerper mit abgeschraegter Mantelflaeche, dessen groesste Laengsausdehnung der Auflageflaeche das 3- bis 6fache des Elektrodendurchmessers betraegt. Im bodennahen, sonst stroemungsarmen Gebiet an der Elektrode wird oertliche Ueberhitzung und daraus folgende verstaerkte Korrosion vermieden. Fig. 2

Description

Hierzu·2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz von vertikal durch den Boden angebrachten, ungekühlten, stabförmigen Elektroden in Schmelzaggregaten für silikatische oder mineralische Stoffe mit geringer Strahlungsleitfähigkeit der Schmelze für Wärmestrahlung, insbesondere dunkle Glaskeramik, vor in Bodennähe auftretender verstärkter Korrosion.

Charakteristik des bekannten Standes der TVchnlk

Elektrisch beheizte Glasschmelzöfen werden bevorzugt mit stabförmigen Molybdänelektroden ausgerüstet. Diese Elektroden werden zumeist unter Zuhilfenahme eines kühlmitteldurchflossenen Elektrodenhalters durch eine Bohrung im Feuerfestmaterial des Ofens in die Schmelze eingeführt. Eine vorgegebene Eintauchlänge in das Schmelzbad muß durch Nachschieben der Elektroden aufrechterhalten werden.

Durch die Einflüsse der Strombelastung der Elektroden, durch chemische Reaktion zwischen Schmelze und Elektrodenwerkstoff und durch die erosive Wirkung der Strömung dor Schmelze verschleißen die Elektroden während des Ofenbetriebes. Das Nachschieben gleicht den starken Materialabtrag am vorderen Elektrodenende aus.

Aus den Patentschriften DD-WP134220 und DO-WP139572 sind Verfahren zum Korrosionsschutz von Elektroden mittels Überlagerung des elektrischen Wechselfelder, der Beheizung durch eine Gleichspannung bekannt.

Durch diese Verfahren wird eine Verminderung der Korrosion der Elektroden auf ihrer gesamten Eintauchlänge angestrebt.

Es wurde aber festgestellt, daß sich bei vertikal durch den Boden in die Schmelze eingeführten Elektroden, besonders in Schmelzen, die gegenüber dem Elektrodesiwerkstoff eine hohe chemische Aggressivität aufweisen, eine unterschiedliche Korrosion über die Eintauchlänge ergibt.

Infolge der starken Konvektionsströmung der Schmeize entlang der gesamten Elektrode, wie sie sich bei üblichen Schmelzen ausbildet, wird die mit Korrosionsprodukten angereicherte Grenzschicht entlang der Elektrodenoberfläche von unten zum oberen Ende hin transportiert. Dadurch tritt im unteren Bereich der Elektrode eine mit verstärkter Elektrodenkorrosion verbundene, ständipe Neubildung der Grenzschicht auf, die in der Nähe des Bodens am stärksten ist und bis zu einem Drittel der Elektrodenelntauchlänge erfassen kann.

Die Entstehung einer solchen Schwachstelle am Elektrodenaustritt aus dem Bodeen hat einen hohen Verbrauch an Elektrodenmaterial infolge Elektrodenbruchs bzw. überproportionalen Nachschiebens zur Vermeidung eines Elektrodenbruchs zur Folge. Zudem ist die Gefahr von Havarie; ι gegeben.

Die aus DD-WP 109173 bekannte Einrichtung zum Schutz derartiger Molybdänelektroden besteht aus einem vorzugsweise kegelförmigen Schutzkörper aus Elektrodenmaterial, der die Elektrode in Bodennähe umgibt und mit dieser elektrisch leitend verbunden ist.

Durch diesen Schutzkörper werden die zur Ausbildung der schützenden Grenzschicht erforderlichen Korrosionsprodukte des Elektrodenmaterials nicht von der Elektrode selbst, sondern—unter Auflösung des Schutzkörpers—von diesem geliefert.

Durch geeignete Versuchsanordnungen ist es bekannt geworden, daß bei Schmelzen mit geringer Strahlungsleitfähigkeit für Wärmestrahlung, beispielsweise bei Schmelzen von dunkler Glaskeramik, im Gegensatz dazu an der Elektrode in Bodennähe ein strömungsarmes Gebiet auftritt, so daß der i ι DD-WP 209173 vorgesehene Schutzmechanismus nicht wirksam wird und einen unnützen Mohraufwand an Elektrodenmaterial bedeuten würde. Nicht zuletzt unter dem stark korrosiven Einfluß des hohen

Gehaltes an Farboxiden (Eisen· und Schwermetalloxide) starkgefärbter Schmelzen, verschleißen jedoch ungekühlte EIeMi öden erfahrungsgemäß in Schmelzen mit geringer Strahlungsleitfähigkeit vom Austritt aus dem Boden bis wenige Zentimeter darüber so stark, daß ein erhöhter Elektrodenverbrauch auftritt.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, einen erhöhten Verbrauch an Elektroden bzw. Elektrodenmaterial, der infolge verstärkter Korrosion der Elektroden in Bodennähe und dem darauf folgenden notwendigen vorzeitigen Ersatz entsteht, zu vermindern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von der erfinderischen Erwägung, daß das strömungsarme und somit geringen Schmelzentransport aufweisende Gebiet in Bodennähe an vertikal durch den Boden eingeführten, ungekühlten, stabförmigen Elektroden bei stark gefärbten Schmelzen, insbesondere bei Schmelzen dunkler Glaskeramik, auf Grund der geringen Strahlungsleitfähigkeit der Schmelze für Wärmestrahlung zu örtlicher Überhitzung der Elektrodenoberflfiche führt, stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die zu verstärkter Korrosion In diesem Bereich führende Überhitzung zu unterbinden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den unteren, In das Schmelzaggregat ragenden Bereich der Elektrode ein auf dem Boden aufliegender, elektrisch nichtleitender Körper mit abgeschrägter Mantelfläche umschließt, dessen größte Längsausdehnung der Auflagefläche das 3fache bis 6fache des Elektrodendurchmessers beträgt.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist der Körper vorzugsweise kegelförmig ausgebildet, mit einem Kegelwinkel von 60° bis 120^s, bevorzugt von 90^s. Der Körper besteht aus einem Feuerfestmaterial, z. B. schmelzgegossenem Feuerfestmaterial, mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von größer 40cm und wird vorteilhaft aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Der Innendurchmesser der Bohrung des Körpers beträgt das 1,1 fache bis 1,2fache des Elektrodendurchmessers, wodurch Schmelze in den entstehenden Spalt zwischen Körper und Elektrode einfließt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die Konvektionsströmung an der ungeschützten Elektrode; Fig. 2: eine geschützte Elektrode.

Um die durch den Boden 5 vertikal in die Schmelze 3, eine stark gefärbte, dunkle Glaskeramikschmelze, ungeschützt eingeführte

stabförmige Elektrode 2 aus Molybdän bildet sich auf Grund der Energieentbindung die Konvektionsströmung β aus. Die in Fig. 1dargestellte Stärke der Strömungspfeile symbolisiert die Strömungsgeschwindigkeit der Konvektionsströmung 6.

Wegen des strömungsarmen Gebiets an der Elektrode 2 in der Nähe des Bodens 6 wird die in der Umgebung der Elektrode 2

durch die geringe Strahlungsleitfähigkeit stärker erhitzte Schmelze 3 in geringem Maße abtransportiert und im

Korrosionsgebiet 7 kommt es zu Querschnittsverminderungen der Elektrode 2 durch verstärkte Korrosion. Da die Elektroden 2

derartiger Ofen keine Zwangskühlung, z. B. durch die Halterung, besitzen—demzufolge ungekühlt sind—verstärkt sich dieserEffekt.

Erfindungsgemäß wird die mittels Elektrodenhalter 4 geführte und gehaltene Elektrode 2 von dem Körper 1 umgeben. Er liegt

auf dem Boden 5 auf und hat die Form eines Kegelstumpfes. Die Abschrägung der Mantelfläche kann jedoch auch sphärischgekrümmt oder ähnlich gestaltet sein. Ebenso kann der Körper 1 herstellungsbedingt einen anderen Querschnitt aufweisen.

Wesentlich ist es jedoch, daß der über die Mantelfläche gemessene Kegelwinkel, gegebenenfalls ein mittlerer Kegelwinkel, im Bereich von 60° bis 120° liegt, wobei bevorzugt 90" gewählt werden. Nur so wird eine Führung der Konvektionsströmung 6 von

einer horizontalen Richtung am Boden 5 in eine vertikale Richtung entlang der Elektrode 2 effektiv durch den Körper 1unterstützt. Eine Teilung des Körpers 1 in mehrere Teile—Ringe, Segmente—ist aus fertigungstechnischen Gründen oder zur

Erleichterung des Einbaues möglich und sinnvoll. Eine optimale wirkung wird nur erzielt, wenn der Körper 1 im gesamten gefährdeten Bereich angebracht ist, jedoch nicht einen

zu großen Teil der Elektrodenlänge umschließt. So wurde erkannt, daß die größte Längsausdehnung der Auflagefläche des

Körpers 1, der große Kegelstumpfdurchmesser, das 3fache bis 6fache des Elektrodendurchmessers betragen sollte. Von wesentlicher Bedeutung ist die Wahl des Werkstoffes für den Körper 1. Es muß sich um einen bei der Schmelztemperatur

praktisch elektrisch nichtleitenden Werkstoff handeln. Der spezifische elektrische Widerstand soll mehr als 40cm betragen undliegt damit wesentlich über dem der Schmelze. Geeignet ist Feuerfestmaterial, insbesondere schmelzgegossenes

Feuerfestmaterial, das eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit in derart aggressiven Schmelzen besitzt. Seine elektrisch

isolierende Eigenschaft verhindert, daß im Bereich des Körpers 1 Energie entbunden wire* und es zu örtlichen Überhitzungen imbewußten Gebiet kommt.

Schließlich muß der Innendurchmesser des Körpers 1 zum Durchmesser der Elektrode 2 in einem bestimmten Verhältnis stehen. Der entstehende Spalt läßt die Schmelze 3 zwischen körper 1 und Elektrode 2 bis in die Bohrung des Bodens 5 fließen, so daß die Elektrode 2 bis zum Elektrodenhalter 4 vor Oxidation geschützt ist. Das ist abhängig von der Viskosität der Schmelze, bei dem

1,1 fachen bis 1,2fachen des Elektrodendurchmessers gegeben.

Claims (5)

1. Einrichtung zum Schutz von vertikal durch den Boden angebrachten, ungekühlten, stabförmigen Elektroden in Schmelzaggregaten für silikatische oder mineralische Stoffe mit geringer Strahlungsleitfähigkeit der Schmelze, insbesondere dunkle Glaskeramik, vor in Bodennähe auftretender verstärkter Korrosion, dadurch gekennzeichnet, daß den unteren, in das Schmelzaggregat ragenden Bereich der Elektrode (2) ein auf dem Boden (5) aufliegender, elektrisch nichtleitender Körper (1) mit abgeschrägter Mantelfläche umschließt, dessen größere Längsausdehnung der Auflagefläche das 3fache bis 6fache des Elektrodendurchmessers beträgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) vorzugsweise kegelförmig ausgebildet ist, mit einem Kegelwinkel von 60°bis 120°, bevorzugt von 90°.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) aus einem Feuerfestmaterial, z. B. schmelzgegossenem Material, mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von größer 40cm besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (Daus einem oder mehreren Teilen besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Bohrung des Körpers (1) das 1,1 fache bis 1,2fache'des Elektrodendurchmessers beträgt, wodurch Schmelze (3) in den entstehenden Spalt einfließt.