DE1063346B - Elektrode fuer Glasschmelzoefen - Google Patents

Description

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ANMELDETAG: 4. SEPTEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 13. AU G U ST 19 5 9

Die Erfindung bezieht sich auf Glasschmelzofen, in denen das Glas mittels eines auf die Glasschmelze durch Tauchelektroden übertragenen elektrischen Heizstromes in geschmolzenem Zustand gehalten wird.

Die Elektroden müssen gekühlt werden, um das Zerstören der Elektroden zu verhüten oder zu verzögern, das in der Zone der größten mechanischen Beanspruchungen auftreten kann. Bei einer plattenähnlichen Elektrode, die in einer Ofenwandöffnung mittels eines Schaftes oder eines ähnlichen vorstehenden Trägers gehalten wird, liegt eine Zone der Spannungskonzentration im Schaft selbst und in demjenigen Teil der Elektrodenplatte, der sich in unmittelbarer Nähe der Verbindungsstelle des Schaftes und der Platte befindet.

Bei dieser Schmelzofenart bilden sich in der Glasschmelze nahe den Elektroden GVsbläschen, die an oder in der Nähe der Elektrodenflächen wahrscheinlich infolge Elektrolyse des geschmolzenen Glases erzeugt werden. Erfahrungsgemäß hat die an der Elektrodenfläche erzielte Temperatur einen wesentlichen Einfluß auf die Größe der G\asbläschenent\vicklung, die bei Temperaturerhöhung stärker ist und sich beim Abkühlen der Elektrode verringert. Die G\asbläschen sind für bestimmte Glassorten, z. B. für optisches Glas, und auch für das zu Laboratoriumszwecken oder zu feuerfesten Kochgeschirren verwendete Glas nachteilig.

Praktische Gründe erfordern im allgemeinen, daß die zur künstlichen Kühlung einer Elektrode bestimmte Kühlflüssigkeit nicht gleichförmig an allen Stellen der Oberfläche, sondern nur an einer Stelle oder an mehreren Stellen zugeführt wird. Hinsichtlich der Verringerung oder Ausschaltung der mechanischen Zerstörung ist eine solche Zuführung nicht nachteilig, da die Flüssigkeit an der Stelle zugeführt werden kann, an der eine Zerstörung am wahrscheinlichsten erfolgt. Beispielsweise wird in einer plattenartigen Elektrode die Flüssigkeit für gewöhnlich im Schaft oder einem ähnlichen vorstehenden Träger zugeführt. Ist die Wärmeentziehung durch die Flüssigkeit so groß, daß eine mechanische Zerstörung vermieden oder wesentlich verringert wird, dann sind meist die Elektrodenflächenzonen, aus denen der Strom an die Schmelze übertragen wird, unterkühlt, d. h., die elektrische Leitfähigkeit der benachbarten Glasschicht ist durch diese Tiefkühlung so verringert, daß eine merkbare Änderung in der örtlichen Stromdichte zwischen dieser Zone und den Elektrodenflächenzonen auftritt, die von dem stark gekühlten Teil weiter entfernt sind.

Beispielsweise ist bei einer an oder nahe ihrer Mitte gelagerten und an ihrer Mitte verhältnismäßig stark

Elektrode für Glasschmelzöfen

Anmelder:

Elemelt Limited, Bilston, Stafford (Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte, Bremen 1, Feldstr. 24

Douglas Graeme Hann, Beckbury, Shifnal, Salop

(Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

gekühlten Plattenelektrode die Stromdichte in den Glasschichten am Rand der Platte wesentlich höher als die Stromdichte an oder nahe der Mitte.

Da die Stromdichte oder die mittlere Stromdichte für jede Elektrode auf einem bestimmten Wert gehalten werden muß, der von dem Wärmeverlust des Ofens und der in der Glasschmelze erforderlichen Temperatur abhängt, tritt oft der Fall ein, daß die G\asblasenentwicklung, die zwar an oder nahe der unterkühlten Zone auf einem annehmbaren niedrigen Stand gehalten wird, an den weiter entfernt liegenden Elektrodenflächenzonen infolge der durch die hohen Stromdichten auftretenden hohen Temperaturen unannehmbar hoch ist.

Die Erfindung soll diese Nachteile beheben oder vermindern. Zu diesem Zweck wird eine Elektrode für Glasschmelzofen mit einem_Elektrodenkörper mit

einer stromübertragenden Fläche und einer mit dem Körper verbundenen flüssigkeitsgekühlten Haltevorrichtung erfindungsgemäß· derart aufgebaut, daß zwischen der Haltevorrichtung und dem in der Nähe dieser Haltevorrichtung gelegenen Teil der stromübertragenden Fläche eine Wärmesperrschicht angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist dabei die Elektrode derart aufgebaut, daß der Elektrodenkörper eine Hilfsplatte aufweist, die an der von der Haltestange abgelegenen Seite der Elektrode, elektrisch mit dem Elektrodenkörper verbunden ist und von der übrigen stromübertragenden Fläche des Elektrodenkörpers einen Abstand aufweist, so daß ein Zwischenraum entsteht, der mit Glas oder einer Substanz von geringerer Wärmeleitfähigkeit als der Elektrodenkörper gefüllt

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ist. Es empfiehlI sich dabei, als Haltevorrichtung eine J-Ialtcstangc zu verwenden, die ringförmige Kanäle für eine Kühlflüssigkeit enthält, wobei der Elcktrodenkörper plattenförmig ausgebildet und die Hilfsplatte parallel zu diesem plattenförmigen Elcktrodenkörpcr angerichtet ist.

Vorteilhafterweise ist dabei die Hilfsplattc parallel zur Hauptclcktrodeiiplatte angeordnet und weist davon einen Abstand auf, der der Dicke der HauptelcktiOclcnplattc entspricht. Insbesondere beträgt dieser Abstand zwischen der Hilfsplatte und der Hauptclcklrodcnplattc etwa 3 bis 9,50 mm.

Zwcckmäßigerwcisc ist die neue Elektrode derart aufgebaut, daß der durch die Wärmesperrschicht eingenommene Bereich etwa ein Zehntel bis ein Fünftel der Gesamtfläche der stromübertragciiden Fläche der Elektrode ausmacht. Dabei erstrecken sich die ringförmigen Kanäle in der hohlen Haltestange auch längs der Stange bis in einen Bereich, der in unmittelbarer Nachbarschaft des Elektrodcnkörpers liegt.

Vorzugsweise werden die Abmessungen und die Wärmeleitfähigkeit der Schicht so gewählt, daß kein wesentlicher Temperaturunterschied zwischen den verschiedenen Zonen der stromabgebenden Hauptfläche der Elektroden vorhanden ist.

In den Zeichnungen zeigt

.Pig. 1 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Elektrode,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1.

Bei der dargestellten Ausführung hat die Elektrode einen plattcnähnlichcn Elcktrodenkörpcr 10 mit mehreren plattenförmigen Teilen, beispielsweise drei Teilen, aus handelsüblichem reinem Molybdän. Diese plattenförmigen Teile sind über eine ebenfalls aus Molybdän bestehende Deckplatte 11 und mehrere Schrauben 12 verbunden, die Abstandslöcher der Deckplatte 11 durchsetzen und in Gewindebohrungen der plattenförmigen Teile eingeschraubt sind. Die Teile werden von einer hohlen Haltcstange 13 getragen.

Die Stange 13 kann aus Stahl hergestellt sein und ist in einer aus Molybdän bestehenden Hülse 14 befestigt, die zwischen der Stange 13 und Deckplatte 11 eingeschaltet ist. Die Hülse 14 liegt in Wärmeleithcriihrtmg an der Deckplatte 11 an.

Der hohle Innen raum der Haltcstange 13 wird von einem Stromzuführungslciter 15 durchsetzt, der den Strom unabhängig von dem in der Stange 13 zugcführtcn Strom der Elektrode zuführt. Der Leiter 15 ist in einen Molybdänbolzcn 16 eingeschraubt, der einen Paßsitz in einer Öffnung der Deckplatte 11 hat und der an seinem in die hohle Haltcstange 13 ragenden Ende mit einem buchsenförmigen Teil 17 einer an dem Mittelteil der Stange 13 angeschweißten geschlossenen Endkappe 18 bedeckt ist. Die Stange 13 umschließt ferner ein Metallrohr 19, das die Bohrung der Haltcslangc in zwei ringförmige Kanäle 20 und 21 unterteilt, in denen das Kühlmittel, z. B. Druckwasscr, in entgegengesetzten Richtungen strömt.

Der aus den plattenförmigen Teilen bestehende Elcktrodenkörpcr 10, dessen Mittclzone eine plattenähnlichc Form hat, weist eine Schutzplatte oder Hilfsplattc 23 aus Molybdän auf, deren frei liegende oder nach vorn weisende Fläche 24 die stromübertragende .Hauptfläche der Elektrode bildet und als Ersatz für clcn von der Hilfsplattc 23 überdeckten Flächenabschnitt der Teile des Elektrodenkörpers 10 dient.

Die Hilfsplatte 23 ist mit den plattenförmigen Teilen des Elektrodcnkörpers 10 elektrisch verbunden, ist jedoch in einem Abstand von den Teilen mit Hilfe der aus Molybdän bestehenden Schraubenbolzen 25 und Zwischenstücke 28 aufgestellt.

Glasschmelze kann infolgedessen in den zwischen der Hilfsplatte 23 und den Teilen des Elektrodenkörpers 10 gebildeten Zwischenraum 27 eindringen und eine Wärmesperrschicht zwischen Hilfsplatte 23 und dem Stirnende des Bolzen 16 sowie den umgebenden Abschnitten der Teile bilden. Gewünschtenfalls kann der Zwischenraum 27 mit einem von Glas abweichenden anderen Material gefüllt werden, da* eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Metall der Teile des Elektrodenkörpers 10, der Deckplatte 11 und der Hilfsplatte 23 hat, so daß der Wärmcentzug aus der Hilfsplatte 23 verringert wird, und zwar im Vergleich zum Wärmeentzug, der erhalten würde, wenn die Hilfsplatte 23 den Bolzen 16 berühren würde. Die stromübertragende Fläche 24 wird daher auf einer Temperatur gehalten, die \vcsentlich höher als die

ao Temperatur derjenigen Flächenabschnitte der plattenförmigen Teile des Elektrodenkörpers 10 ist, über denen die Hilfsplattc 23 liegt.

An Stelle von Glas können als Füllmaterial ein schwer schmelzender ^etncnt, geschmolzene Kieselerde

oder ^Asbest, (für sehr niedrige Temperaturen) verwendet werden.

Bei der beschriebenen Anordnung werden die Hallestange 13, die glockenförmige Hülse 14, der Molybdänbolzen 16, die Deckplatte 11 und die nächst der Stange 13 liegenden Abschnitte der plattenförmigen Teile des Elektrodenkörpers 10 auf einer so niedrigen Temperatur gehalten, daß hinsichtlich der Stange eine Oxydation der der Außenluft ausgesetzten Stangenabschnitte vermieden oder verringert und hinsichtlich der anderen aufgezählten Teile die Gefahr eines mechanischen Versagens wesentlich herabgesetzt wird. Die mechanischen Spannungen, die beim Tragen des Elektrodenkörpers 10 an der Haltestange auftreten, sind zwar nicht groß, sind aber in unmittelbarer Nähe der Stange am größten.

Die weiter entfernt liegenden Teile der plattenförmigen Teile des Elektrodenkörpers 10 erreichen eine merklich höhere Temperatur, weil sie von der Wärmesenke, nämlich der die Haltestange durchströmenden Kühlflüssigkeit, einen größeren Abstand haben. Infolgedessen werden die Glasschichten, die sich nahe der stromübertragenden Fläche 26 der plattenförmigen Teile des Elektrodenkörpers 10 außerhalb der Hilfsplatte 23 befinden, ebenfalls auf einer höheren Temperatur gehalten und haben daher eine größere elektrische Leitfähigkeit als die Glasschichten, die näher zum Mittelpunkt der plattenförmigen Teile des Elektrodcnkörpers 10 (kollektiv betrachtet) an den Stellen sich befinden, an denen die Hilfsplatte 23 nicht vorhanden ist.

Dieser Zustand würde unerwünscht sein, da dann an diesen Außenzonen eine größere Stromdichte im Glas entstehen würde als in dem nahe der Mittelzone vorhandenen Glas. Die Temperaturunterschiede im Glas wurden an diesen Zonen also nicht stärker betont.

An den Außenzonen würde daher die Entwicklung von Gasbläschen vorherrschen, während an der Mittelzone keine Entwicklung oder nur eine geringe Entwicklung stattfinden würde, jedoch würde an dieser Mittelzone das Glas unter die Temperatur gekühlt, bei der es elektrisch leitfähig ist.

Das Vorhandensein der Hilfsplattc 23 und des die Wärmesperrschicht bildenden Zwischenraumes 27 überwindet oder vermindert wesentlich diese un-

erwünschte Wirkung, weil infolge des Widerstandes gegen Wärmeentzug aus der Hilfsplatte 23 die Temperatur der stromübertragenden Fläche 24 gleich oder nahezu gleich der Temperatur der stromübertragenden Flächen 26 ist, die außerhalb der Hilfsplatte 23 auf den plattenförmigen Teilen des Elektrodenkörpers 10 vorhanden sind.

Die dargestellten plattenähnlichen Elektrodenkörper haben zwar eine quadratische Form, jedoch ergibt sich erfahrungsgemäß bei der Kühlwirkung der die Haltestange durchströmenden Flüssigkeit eine höhere Temperatur in Längsrichtung der Deckplatte 11 als in der rechtwinklig zu dieser Längsrichtung gerichteten Richtung. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die Hilfsplatte 23 rechteckig oder nahezu rechteckig auszuführen, wobei die längere Abmessung in Längsrichtung der Deckplatte 11 angeordnet wird.

Der Abstand zwischen Hilfsplatte 23 und den plattenförmigen Teilen ist vorzugsweise gleich der Dicke der Teile des Elektrodenkörpcrs 10 und der Hilfsplatte 23. Ein bevorzugter Abstand bei einer 6,35 mm dicken Platte beträgt bis zu 9,52 mm. Ein Abstand von 3,17 mm ergibt zufriedenstellende Ergebnisse.

Die Erfindung ist nicht auf Elektroden begrenzt, bei denen die plattenförmigen Teile, die Hilfsplatte und die Deckplatte aus Molybdän bestehen. Je nach der Temperatur, bei dem das Glas geschmolzen und geläutert wird, und je nach der Glasmasse können andere Materialien verwendet werden. Die Teile können beispielsweise aus Wolfram hergestellt werden.

Claims (7)

Patentansprüche: 35

1. Elektrode für Glasschmelzofen mit einem

Elektrodenkörper mit einer stromübertragenden Fläche und einer mit dem Körper verbundenen,

,flüssigkeitsgekühlten Haltevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Haltevorrichtung und dem in der Nähe dieser Haltevorrichtung gelegenen Teil der stromübertragenden Fläche eine Wärmesperrschicht (27) angeordnet ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkörper eine Hilfsplatte (23) aufweist, die an der von der Haltestange abgelegenen Seite der Elektrode elektrisch mit dem Elektrodenkörper verbunden ist und von der übrigen stromübertragenden Fläche des Elektrodenkörpers einen Abstand aufweist, so daß ein Zwischenraum (27) entsteht, der mit Glas oder einer Substanz von geringerer Wärmeleitfähigkeit als der Elektrodenkörper gefüllt ist.

3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung eine Haltestange (13) ist, die ringförmige Kanäle (20, 21) für eine Kühlflüssigkeit enthält," daß der Elektrodenkörper (10) plattenförmig ausgebildet ist und daß die Hilfsplatte parallel dazu angeordnet ist.

4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsplatte parallel zur Hauptelektrodenplatte (10) angeordnet ist und davon einen Abstand aufweist, der der Dicke der Hauptelektrodenplatte entspricht.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsplatte von der Hauptelektrodenplatte etwa einen Abstand von 3 bis 9,5 mm aufweist.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Wärmesperrschicht eingenommene Bereich etwa ein Zehntel bis ein Fünftel der Gesamtfläche der stromübertragenden Fläche der Elektrode ausmacht.

7. Elektrode nach einem der Ansprüche 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Kanäle in der hohlen Haltestange (13) sich auch längs der Stange bis in einen Bereich erstrecken, der in unmittelbarer Nachbarschaft des plattenförmigen Elektrodenkörpers (10) liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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