DE1077389B - Elektrode fuer Glasschmelzoefen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Eines der Probleme, die sich bei der Konstruktion von Elektroden für Glasschmelzofen ergeben, liegt darin, daß für den Elektrodenkörper oder die eigentliche Elektrode, die in die Glasschmelze eintaucht und den Strom in die Glasschmelze einleitet, nur eine geringe Anzahl von Stoffen zur Verfügung steht, da diese Stoffe einen höheren Schmelzpunkt als das Glas haben müssen und da sie außerdem derart beschaffen sein müssen, daß die Entstehung von Glasblasen und eine Verfärbung des Glases verhindert werden.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine weitere Verbesserung einer Elektrode für Glasschmelzofen mit einem Elektrodenkörper mit einer stromübertragenden Fläche und einer mit dem Körper verbundenen flüssigkeitsgekühlten Vorrichtung, wobei der eigentliche Elektrodenkörper aus einem der Temperatur und dem Schmelzfluß gegenüber widerstandsfähigen Metall besteht und eine innengekühlte Haltestange für den Elektrodenkörper vorhanden ist, die aus einem der Temperatur und dem Angriff der Atmosphäre gegenüber widerstandsfähigen Metall besteht.

Man hat bereits vorgeschlagen, eine zylindrische Graphitelektrode zu verwenden, die durch eine Öffnung der Ofenwandung hindurchtritt und die von einer Graphitbuchse umgeben ist, welche entweder durch direkten Aufprall eines kühlenden Gases oder dadurch gekühlt wird, daß sie von einem Metallmantel umgeben ist, durch den ein kühlendes Gas hindurchgeleitet wird.

Weiterhin ist bereits eine fiüssigkeitsgekühlte Elektrodenhalterung vorgeschlagen worden, die in einem gewissen Abstand von der Schmelze in einer zylindrischen Bohrung der Schmelzwanne angebracht ist und an der Verbindungsstelle zwischen der Elektrode und der Elektrodenhalterung eine mit einem Zufuhrkanal in Verbindung stehende Ringdüse aufweist. Über diesen Kanal wird unter Druck eine Schutzgasatmosphäre zugeführt, die nach Austreten aus der Ringdüse zwischen der Schmelze und der Elektrodenhalterung einen Schutzgasmantel bildet, der die Halterung allgemein und damit auch die besonders empfindliche fiüssigkeitsgekühlte Grenzfläche zwischen Halterung und Elektrode gegen Korrosion schützt.

Man hat auch bereits vorgeschlagen, eine rohrförmige, am Ende geschlossene Elektrode zu verwenden, die aus einem äußeren Rohr und aus einem nicht näher bezeichneten Metall besteht, welches gewünschtenfalls mit einem Graphitüberzug versehen sein kann, sowie aus einem inneren Rohr, welches die Höhlung des äußeren Rohres in zwei Teilräume unterteilt, die am Ende miteinander in Verbindung stehen, so daß die Elektrode durch ein .hindurchgeleitetes Kühlmittel von innen her gekühlt werden kann.

Anmelder:

Elemelt Limited,

Bilston, Stafford (Großbritannien)

Vertreter:

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

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 9. September 1955

Douglas Graeme Hann, Beckbury, Salop

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Graphit ist jedoch im allgemeinen bei der Herstellung von Glas nicht als Elektrode geeignet, da es leicht eine Verfärbung des Glases hervorruft. Der für diesen Zweck für Elektroden am besten geeignete Stoff, Molybdän, oxydiert bei den in Frage kommenden Temperaturen rasch an der Luft. Dies gilt auch für ein etwas weniger geeignetes, jedoch auch brauchbares Ausweichmaterial, nämlich Wolfram.

Die Elektrode muß in der Ofenkammer mechanisch gehalten werden. Hierzu dient im allgemeinen eine Haltestange, die durch die Ofenwand hindurchtritt; es läßt sich dabei kaum vermeiden, daß der innere (am weitesten in den Ofen hineinragende) Teil des Haltegliedes in Kontakt mit dem geschmolzenen oder nahezu geschmolzenen Glas (jedoch nicht mit der Luft) kommt, während der äußere Teil des Haltegliedes zwar einer weniger hohen Temperatur ausgesetzt wird als der innere Teil, jedoch -in Kontakt mit der Luft kommt. Stoffe wie Molybdän od. dgl., die für den inneren Teil des Haltegliedes geeignet sind, eignen sich daher nicht für dessen äußeren Teil. Man hat die Elektroden daher derart ausgebildet, daß man für den Elektrodenkörper und den inneren Teil der Haltestange einerseits und für den äußeren Teil der Haltestange andererseits verschiedene Stoffe verwendet.

Um es zu ermöglichen, daß der äußere Teil des Haltegliedes, der vorzugsweise aus Eisen besteht, soweit als möglich nach innen hineinragt, ohne infolge

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übermäßiger Erhitzung mechanische Schaden zu erleiden, und um die Gefahr einer Oxydation des für den Elektrodenkörper und den inneren Teil des Haltegliedes verwendeten Molybdäns (oder Wolframs) zu verringern und gleichzeitig den Elektrodenkörper und den inneren Teil des Haltegliedes auf einer für das Glasschmelzen geeigneten Temperatur zu halten, hat man bereits vorgeschlagen, das Halteglied hohl auszubilden und durch eine hindurchgeleitete Kühlflüssigkeit, vorzugsweise·Wasser, zu kühlen.

Trotz all dieser konstruktiven Vorsichtsmaßnahmen jedoch ist die Lebensdauer derartiger Elektroden, obwohl sie das Glasschmelzen ohne untragbar häufige Unterbrechungen ermöglichen, kurzer als wünschenswert.

Untersuchungen an Elektroden, die nach einer gewissen Dienstzeit mechanisch versagten, zeigten, daß bei einem großen Teil dieser Ausfälle ein mechanischer Bruch am inneren (am weitesten in den Ofen hineinreichenden) Teil des Haltegliedes auftrat, der normalerweise aus Molybdän besteht; der Fehler trat fast immer in der Nähe der Grenzstelle auf, an der die aus Molybdän bzw. Eisen bestehenden Teile des Haltegliedes aneinander angrenzen. Eine genaue Untersuchung der fehlerhaften Teile ergab, daß der Beginn der »Anfressung« oder Erosion des aus Molybdän bestehenden Teiles an der Innenfläche des hohlen Haltegliedes dort auftrat, wo die Grenzstelle der beiden Metalle dem Kühlwasser ausgesetzt war.

Ein anderer möglicher Grund für das Auftreten der Fehlerstellen ist die Ausbildung einer Grenzfläche von hohem Übergangswiderstand zwischen der Haltestange der Elektrode und dem Elektrodenkörper. Dieser Teil der Elektrode steht unter verhältnismäßig großer mechanischer Beanspruchung: es ist daher unerwünscht, daß er außerdem noch eine elektrische Beanspruchung erleidet, die unter bestimmten Umständen seine Fähigkeit, die mechanische Funktion auszuüben, beeinträchtigen kann.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer neuen und verbesserten Elektrode, bei der das aus den genannten Gründen erfolgende Auftreten von Fehlerstellen nach Möglichkeit vermieden wird.

Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird eine Elektrode für Glasschmelzöfen, bestehend aus einem eigentlichen Elektrodenkörper, der aus einem der Temperatur und dem Schmelzfluß gegenüber widerstandsfähigen Metall besteht, und einer innengekühlten Haltestange für den Elektrodenkörper, der aus einem der Temperatur und dem Angriff der Atmosphäre gegenüber widerstandsfähigen Material besteht, erfindungsgemäß derart aufgebaut, daß als Verbindungselement zwischen Elektrodenkörper und Haltestange eine Hülse aus demselben Material wie der Elektrodenkörper eingeschaltet ist, welche die flüssigkeitsdichte Endkappe der hohlen, innengekühlten Haltestange stromleitend umfaßt.

Zweckmäßigerweise besteht dabei der Elektrodenkörper aus Molybdän oder Wolfram und die Haltestange sowie die Endkappe aus Eisen.

Vorteilhafterweise ist die Anordnung dabei so getroffen, daß die Hülse die Form einer Glocke hat, durch deren Boden ein Bolzen aus Molybdän od. dgl. hindurchtritt, und daß die Endkappe eine nach innen reichende Einstülpung hat, die über den Bolzen greift, wobei der Bolzen mit einem axial durch die Haltestan?e hindurchtretenden Stromleiter elektrisch verbunden ist. ,

Es-empfiehlt sich dabei, den Stromleiter flüssigkeitsdicht .durch eine ■ Bohrung ■ der Einstülpung der Endkappe hindurchzuführen. Dabei ist zweckmäßig die Einstülpung der Endkappe mit dem Stromleiter einerseits und dem Bolzen andererseits verbunden.

Vorteilhafterweise ist die Elektrode so aufgebaut, daß der Elektrodenkörper plattenförmig ausgebildet ist und aus einer Mehrzahl von plattenförmigen Teilen besteht, die durch eine Deckplatte miteinander verbunden sind, welche in thermischem Kontakt mit den plattenförmigen Teilen und der Hülse steht, so

ίο daß sie sowohl die Wärme der plattenförmigen Teile zu der Hülse leitet als auch die plattenförmigen Teile mechanisch hält.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Fig. 1 ist eine Ansicht einer Elektrode nach der Erfindung, von rechts der Fig. 2 gesehen;
Fig. 2 ist ein Schnitt nach 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Schnitt nach 3-3 der Fig. 1.
Der Elektrodenkörper der dargestellten Elektrode ist plattenförmig ausgebildet und enthält eine Mehrzahl von plattenförmigen Teilen 10 aus Molybdän, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und mit ihren parallelen Längskanten aneinanderstoßen. Diese plattenförmigen Teile werden durch eine Deckplatte 11 gehalten, welche die Plattenteile 10 (in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei solcher Teile) überbrückt und direkt auf ihnen aufliegt. Die Deckplatte 11 ist durch Schrauben 12 mit den Teilen 10 verbunden, wobei entweder die plattenförmigen Teile 10 oder die Deckplatte 11 mit Gewinde versehen sind. Die äußeren in Fig. 3 dargestellten Schrauben 12 greifen in die plattenförmigen Teile 10 mit Gewinde ein, während die neben dem Leitbolzen 16 angeordnete Schraube 12 mit Gewinde in die Deckplatte 11 eingreift. Die Deckplatte 11 und die Bolzen 12 bestehen vorzugsweise aus Molybdän.

Der Elektrodenkörper, der in einiger Entfernung von der Ofenwand angeordnet ist, wird durch eine Haltestange 13 an seinem Platz gehalten, die senkrecht zur Ebene der plattenförmigen Teile 10 oder in einer anderen gewünschten Winkelstellung zu diesen angeordnet ist. Die Haltestange 13 ist auf der der Fläche 26 der plattenförmigen Teile 10 gegenüberliegenden Seite angeordnet; die Fläche 26 ist die-

4-5 jenige Fläche, durch die der größte Teil des Stromes aus der Elektrode in die Schmelze übertritt.

Die Stange 13 besteht aus einem Material, das bei den vorkommenden Temperaturen eine solche Widerstandsfähigkeit gegenüber der Atmosphäre besitzt, daß es nicht durch Oxydation oder Korrosion zerstört wird. In geeigneter Weise gekühltes Eisen kann für diesen Zweck Verwendung finden.

Die Haltestange ist mit dem Elektrodenkörper dadurch verbunden, daß ihr inneres Ende in eine glockenförmige Hülse 14 eingreift, deren flache Endfläche die Deckplatte 11 berührt. Das Ende der Haltestange paßt sich der Form dieser Glocke eng an und ist vorzugsweise mit ihr durch Schmelzung (Fusion) verbunden. Die Glocke 14 kann aus Molybdän bestehen und bedeckt die Außenfläche des Endes der Haltestange, welches andernfalls durch den Angriff der Glasschmelze zerstört werden würde; das Ende der von der Glocke 14 umhüllten Haltestange wird durch das durch die Haltestange hindurchgeleitete Kühlmittel gekühlt,

■ Der elektrische Strom·wird dem Elektrodenkörper durch einen Leitiolzen-16 aus Molybdän zugeführt, dessen inneres (in Fig. -3 unteres") -Ende einen verdickten . Kopf aufweist. Der Leitbolzen 16 paßt in eine entsprechende Aussparung der Deckplatte 11.

Der Leitbolzen hat eine solche Länge, daß er ein gewisses Stück in die Haltestange 13 eintritt. Der Leitbolzen ist konzentrisch zur Glocke 14 angeordnet, deren Endfläche eine Bohrung hat, durch die der Leitbolzen 16 mit straffem Sitz hindurchtritt.

Eine den elektrischen Strom leitende Stange 15., im folgenden Stromleiter genannt, ist axial in der Höhlung der Haltestange 13 angeordnet und mit dem Leitbolzen 16 elektrisch leitend verbunden. Diese Verbindung erfolgt durch einen schraubenförmigen Ansatz 22 des Stromleiters 15; der schraubenförmige Ansatz 22 ist in eine Gewindebohrung des Leitbolzens 16 eingeschraubt.

Die Haltestange 13 enthält ferner ein Rohr 19 aus Metall, welches die Höhlung der Haltestange in zwei ringförmige Kanäle 20 und 21 unterteilt, die am inneren Ende der Haltestange miteinander verbunden sind, so daß eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, durch eine geeignete (in der Zeichnung nicht dargestellte) Pumpe über den einen Kanal zugeführt und über den anderen Kanal abgeführt werden kann.

Würde der stromleitende Molybdänbolzen 16 im Innern der Haltestange 13 mit der Kühlflüssigkeit in Berührung kommen, so würde hier eine Grenzfläche zwischen Eisen und Molybdän entstehen, die mit dem Wasser in Berührung kommt, sowie eine weitere Grenzstelle an der Stelle, an welcher der Stromleiter 15 in den Bolzen 16 eingeschraubt ist; die stromleitende Stange 15 besteht vorzugsweise aus Eisen.

Um zu vermeiden, daß derartige Grenzflächen zwischen verschiedenen Metallen der Kühlflüssigkeit, beispielsweise dem Wasser, ausgesetzt werden, ist der Boden der Haltestange 13 als geschlossene Endkappe 18 ausgebildet, die einen buchsenförmigen, den Molybdänbolzen 16 umgebenden Teil 17 enthält. Dieser buchsenförmige Teil 17 zusammen mit der Endwand der Endkappe 18 und demjenigen Teil der Kappe, der eine Fortsetzung der Seitenwandungen der Stange 13 darstellt, bildet eine Auskleidung des ringförmigen Hohlraumes zwischen dem Molybdänbolzen 16 und der Glocke 14 und verhindert, daß diese aus Molybdän bestehenden Teile mit dem Wasser in Berührung kommen.

Es versteht sich, daß an derjenigen Stelle, an der die Stange 15 durch das Ende des buchsenförmigen Teiles 17 hindurchtritt, eine flüssigkeitsdichte Verbindung vorgesehen ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die stromleitende Stange 15 mit straffem Sitz durch das Ende des buchsenförmigen Teiles 17 hindurchtritt, wobei außerdem, wie in der Zeichnung dargestellt, eine Verschmelzung, beispielsweise durch Schweißen, an derjenigen Stelle erfolgt, an der die Stange 15 in das Ende des buchsenförmigen Teiles 17 eintritt.

Die Gewindegänge des Zapfens 22 greifen in ein entsprechendes Muttergewinde des Leitbolzens 16 ein und ergeben einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Leitbolzen 16 und dem Stromleiter 15, wobei die enge Passung des Bolzens 16 in der öffnung der Deckplattell dafür sorgt, daß der Strom ohne hohen elektrischen Übergangswiderstand auf die Deckplatte übertragen wird, die ihrerseits mit den plattenförmigen Teilen 10 elektrisch leitend verbunden sind.

Ein Teil des Stromes kann zusätzlich durch die Seitenwandungen der Haltestange 13 weitergeleitet werden; es braucht aber nicht der ganze Strom durch die gelötete Verbindungsfläche zwischen der Endkappe 18 und der Glocke 14 hindurchzutreten, somit wird bei einem hohen elektrischen Übergangswiderstand an dieser Stelle keine Überhitzung auftreten können.

Die Gefahr, daß an dieser Stelle durch Überhitzung ein mechanischer Fehler auftritt, wird daher vermieden oder erheblich verringert.

Da außerdem keine korrosionsempfindlichen Grenzflächen im Innern der Haltestange in Berührung mit der Kühlflüssigkeit, beispielsweise dem Wasser, kommen, werden auch Fehler infolge von Anfressungen ίο der Molybdänteile vermieden oder erheblich verringert.

Eine andere Möglichkeit, den Leitbolzen 16 mit der Stange 15 leitend zu verbinden, besteht darin, die letztere in ein blind endendes Gewindeloch des buchsenförmigen Teiles 17 einzuschrauben, ohne daß sie durch diese Bohrung hindurchtritt. In diesem Falle ist es vorzuziehen, den buchsenförmigen Teil 17 mit Innengewinde zu versehen, in welches der mit einem Außengewinde versehene Molybdänbolzen 16

so eingeschraubt wird. Der große Oberflächenkontakt der ineinander eingreifenden Gewindegänge ist dann ausreichend, einen Stromweg geringen Übergangs Widerstandes von der Stange 15 zum Bolzen 17 zu erzielen; der Strom wird hierbei durch den buchsenförmigen Teil 17 hindurchgeleitet.

Da durch die Hohlräume 20 und 21 Kühlwasser hindurchgeleitet wird, werden sowohl die Haltestange 13 als auch der Teil des Elektrodenkörpers gekühlt, der sich in unmittelbarer Nachbarschaft der Haltestange befindet, nämlich die Glocke 14, die Deckplatte 11 und diejenigen Teile der Platten 10, die in metallener Berührung mit der Deckplatte 11 stehen.

Um zu verhüten, daß die letztgenannten Teile eine zu geringe Temperatur annehmen, was die elektrische Leitfähigkeit der in ihrer Nähe befindlichen Glasmassen so weit herabsetzen könnte, daß ein unerwünscht hoher Anteil des Stromes von den äußeren Teilen 26 der stromleitenden Flächen der Platten 10 übertragen werden müßte, ist vor den plattenförmigen Teilen 10 eine Hilfsplatte 23 angeordnet, die einen gewissen Abstand von den Platten 10 hat. Der Abstand wird durch Zwischenstücke 28 erzielt, durch die die Halteschrauben 25 hindurchtreten, welche die Platten 10 mit der Hilfsplatte 23 verbinden.

Die Anordnung und Ausbildung der Platte 23 ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß der entstehende Zwischenraum 27 zwischen den Platten 10 und der Hilfsplatte 23 sich mit Glasmasse (oder gewünschtenfalls mit irgendeinem anderen Material geringerer thermischer Leitfähigkeit als das Metall, aus dem die Platten 10 und die Hilfsplatte 23 bestehen) füllt und dadurch eine thermische Barriere" zwischen der Haltestange und der den Hauptteil des Stromes übertragenden Fläche des Elektrodenkörpers bildet, die im Mittelteil des Elektrodenkörpers jetzt durch die Vorderfläche 24 der Hilfsplatte 23 gebildet wird.

Die Folge der beschriebenen Anordnung ist, daß die Fläche 24 und die Flächen 26 so angeordnet sind, daß sie eine gleiche oder nahezu gleiche Temperatur annehmen, so daß keine unerwünschte Konzentration des Stromes an einzelnen Teilen der stromführenden Flächen auftritt und die unerwünschten Wirkungen einer solchen Konzentration, beispielsweise Elektrolyse und Perlenbildung (seed formation), in dem Glase vermieden oder erheblich verringert werden.

Es versteht sich, daß auch andere Stoffe, die für Berührung mit einer Glasschmelze geeignet sind, für die Platten 10, dei Deckplatte 11, die Glocke 14 und

den Leitbolzen 16 Verwendung finden können. Ein Metall, das hierfür Verwendung finden kann, ist beispielsweise Wolfram oder Platin, vorausgesetzt, daß die erforderliche Elektrodengröße nicht derart ist, daß die Anwendung dieses Metalls zu kostspielig wird.

In ähnlicher Weise kann auch die Haltestange 13 mit der Endkappe 18 und die stromleitende Stange aus einem anderen Stoff bestehen, obwohl weiches Eisen hierfür im allgemeinen geeignet erscheint.

Die Haltestange 13 mit der Endkappe 18 könnte beispielsweise aus einem nichtmetallischen, hitzebeständigen Material bestehen, das die erforderliche mechanische Festigkeit hat; die stromleitende Stange kann gewünschtenfalls auch aus Kupfer bestehen.

Das Metallrohr 19 kann aus Eisen oder gewünschtenfalls auch aus Kupfer bestehen.

Claims (6)

Patentansprüche: 20

1. Elektrode für Glasschmelzofen, bestehend aus einem eigentlichen Elektrodenkörper, der aus einem der Temperatur und dem Schmelzfluß gegenüber widerstandsfähigen Metall besteht, und einer innengekühlten Haltestange für den Elektrodenkörper, die aus einem der Temperatur und dem Angriff der Atmosphäre gegenüber widerstandsfähigen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungselement zwischen Elektrodenkörper und Haltestange (13) eine Hülse (14) aus demselben Material wie der Elektrodenkörper eingeschaltet ist, welche die flüssigkeitsdichte Endkappe (18) der hohlen, innengekühlten Haltestange (13) stromleitend umfaßt.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkörper aus Molybdän oder Wolfram und die Haltestange (13) mit Endkappe (18) aus Eisen ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (14) die Form einer Glocke hat, durch deren Boden ein Bolzen (16) aus Molybdän od. dgl. hindurchtritt, und daß die Endkappe (18) eine nach innen reichende Einstülpung (17) hat, die über den Bolzen (16) greift, wobei der Bolzen (16) mit einem axial durch die Haltestange (13) hindurchtretenden Stromleiter (15) elektrisch verbunden ist.

4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter (15) flüssigkeitsdicht durch eine Bohrung der Einstülpung (17) der Endkappe (18) hindurchgeführt ist.

5. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstülpung (17) der Endkappe (18) mit dem Stromleiter (15) einerseits und dem Bolzen (16) andererseits verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkörper plattenförmig ausgebildet ist und aus einer Mehrzahl von plattenförmigen Teilen (10) besteht, die durch eine Deckplatte (11) miteinander verbunden sind, welche in thermischem Kontakt mit den plattenförmigen Teilen (10) und der Hülse (14) steht, so daß sie sowohl die Wärme der plattenförmigen Teile (10) zu der Hülse (14) leitet als auch die plattenförmigen Teile (10) mechanisch hält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 807 321, 941 393.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 014 716.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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