JP2007119299A - ガラス溶融用電極 - Google Patents

Abstract

【課題】異質物がガラス溶融炉の床面に設けられた貫通孔中の電極棒の周囲に流入するのを防止し、下方からガラス溶融炉内に電極棒を容易に押出すこができるガラス溶融用電極を提供する。
【解決手段】本発明に係るガラス溶融用電極１０は、加熱用の電極棒１１と、電極棒１１の上部がガラス溶融炉内の溶融ガラスＧ中に突出されるように保持する保持部及び冷却機構部を具備する電極ホルダー１２とを有し、ガラス溶融炉の床面に穿設された貫通孔１５に嵌合保持されるものであって、ガラス溶融炉の床面から溶融ガラスＧ中に突出する電極棒１１の側面を覆って電極ホルダー１２に接触する耐熱材料製の電極保護管１４を付設してなるものであり、電極保護管１４が電極棒１１と実質的に同材質であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は直接通電加熱方式のガラス溶融炉の加熱手段である電極に関し、特に、ガラス溶融炉の炉底に配設されるガラス溶融用電極に関する。

ガラスの溶融方式の一つに直接通電加熱方式がある。これは、ガラス溶融炉に導電性材料の電極体を挿入し、電極体の一部を溶融ガラス中に突出させて通電し、発生するジュール熱を熱源としてガラスを溶融するものである。電極体の材料としては、溶融ガラスに対する耐食性に優れる、溶融ガラスへの影響が小さい、安価である等の特徴を有するモリブデンが良く知られており、棒状や板状の電極体に、ターミナルを介して電力が供給されるように構成されている。ガラス溶融炉に電極体を挿入するには、側壁から水平に挿入する方法、底壁から垂直に挿入する方法、あるいはこれらを組み合わせた方法がある。

例えば、電極体をガラス溶融炉の底壁から垂直に挿入する場合、図２（Ａ）に示すように、電極ブロックと称される高ジルコニア質の耐火レンガからなる底壁３に貫通孔５を穿設し、貫通孔５に、丸棒状の電極棒１と、電極棒１を内設する電極ホルダー２とを一体にし、嵌合させて行う。

電極棒１は、上部の一定長がガラス溶融炉内の溶融ガラスＧ中に突出するように挿入され、下部の端部にはターミナル（図示省略）が取り付けられ、ターミナルと外部電源（図示省略）とがケーブルで接続され、外部電源から交流電力が電極棒１に供給される。電極棒１には、通常、モリブデンが用いられるが、モリブデンは高温下で空気に触れると酸化されて昇華減耗するところから、冷却手段あるいは空気とのシール手段を付設して電極棒１の減耗を抑制する必要がある。

図２（Ａ）は、電極棒１に冷却手段を付設する事例を示し、電極ホルダー２は、耐熱金属からなる円筒体で、周壁の内部にジャケット部２ａを有し、このジャケット部２ａに冷媒供給装置（図示省略）から水等の冷媒が供給され、このジャケット部２ａを冷媒が循環することにより全体が冷却されるように構成されている。電極棒１の下部は、外周が電極ホルダー２の保持部２ｂの内周に密着するように同軸に支持されており、電極ホルダー２のジャケット部２ａからの伝熱作用により冷却される構造となっている。

ガラス溶融炉内の溶融ガラスＧの温度は約１４００℃と高く、電極ホルダー２が、高温の溶融ガラスＧと接触すると浸食破壊されるために、電極ホルダー２が底壁３内に収容されるように上端をガラス溶融炉の床面から僅かに後退させた状態で電極が貫通孔５に嵌合される。

電極棒１は、長期間の使用によって溶融ガラスＧ中に突出した上端から徐々に浸食されて減耗し、所望の加熱性能を維持することができなくなるため、随時、下方からガラス溶融炉内に押出し、減耗分を補う必要がある。

このような場合、通常、ガラス溶融炉の床面から電極ホルダー２の上端を後退させたことによって形成される貫通孔５の環状の空間５ａに溶融ガラスＧが満たされており、電極ホルダー２の冷却を停止すれば、環状の空間５ａ内の溶融ガラスＧが軟化し、電極棒１を容易にガラス溶融炉内に押出すことができる。

特許文献１には、空気とのシール手段として、電極体の炉外部分を密封構造にし、不活性ガスで空気をパージする事例が示されている。

また、特許文献２には、炉側部の耐火レンガに設けた透孔に、電気絶縁耐火物のスリーブを炉内に突出するように配設し、このスリーブに電極棒を挿入させる電極支持構造が示されている。この事例は、スリーブによって、耐火レンガの浸食原因となる電極棒まわりにおける高温の溶融ガラスの上昇流を耐火レンガの表面から遠ざけるというものである。

さらに、特許文献３には、電極棒をガラス溶融炉の底壁から垂直に挿入する事例が示されている。
特表平５−５０５１６８号公報 特開昭５６−９２１２７号公報 特開平８−２６７３６号公報

しかしながら、電極が、図２（Ａ）に示すような状態でガラス溶融炉に配設されている場合、電極棒１の周囲はエネルギー密度が高く、特に高温に達するため、図２（Ｂ）に示すように、電極棒１の近傍の耐火レンガからなる底壁３が浸食され、溶融ガラスＧと反応して、比重が大きい、難溶性のジルコニアを多く含む異質物Ｃｔを生成する。この異質物Ｃｔは、ガラス溶融炉の床面を流動して、電極が嵌合された貫通孔５から電極ホルダー２の上方に形成された環状の空間５ａに流入して堆積し、電極ホルダー２と接触し冷却されて電極棒１の周囲に付着し、ついには電極棒１を不動状態にしてしまう。こうなれば、電極棒１の減耗分を補うために、電極棒１を下方からガラス溶融炉内に押出すことができず、電極棒１に過剰な押圧力を加えると異質物Ｃｔを介して底壁３の耐火レンガを損傷するといった問題がある。

このような電極棒近傍の耐火レンガの浸食防止を目的とする特許文献２の事例は、電極棒を水平に挿入する場合を対象としており、本発明のように電極棒を垂直に挿入する場合とは異なるものであり、上記の問題を解決するものではない。

また、特許文献３の事例は、電極棒と、冷却機構を有する電極ホルダーとを連結部材で連結し、電極ホルダーを介して電極棒に冷却効果を及ぼすことにより、電極棒に対する溶融ガラスの熱的影響を抑制する、また溶融ガラスと接触している電極棒の部分をブロックで被覆することにより炉底壁のレンガの浸食を抑制する、あるいは電極の付け根部分の消耗、破損を抑制することを目的としており、異質物の流入堆積によって電極の押出しが困難になるという問題を解決するものではない。

上記問題に鑑みなされた本発明は、ガラス溶融炉の炉底に配設される電極において、電極棒の近傍で生成される溶融ガラスと特性が異なる異質物が、貫通孔中の電極ホルダー上方に保持された電極棒の周囲に流入するのを防止し、電極棒の減耗分を補うために下方からガラス溶融炉内に電極棒を容易に押出すこができるガラス溶融用電極を提供することを課題とする。

本発明に係るガラス溶融用電極は、加熱用の電極棒と、該電極棒の上部がガラス溶融炉内の溶融ガラス中に突出されるように保持する保持部及び冷却機構部を具備する電極ホルダーとを有し、ガラス溶融炉の床面に設けられた貫通孔に嵌合保持されるガラス溶融用電極であって、前記ガラス溶融炉の床面から溶融ガラス中に突出する前記電極棒の側面を覆って前記電極ホルダーに接触する耐熱材料製の電極保護管を付設してなることを特徴とする。

本発明で、耐熱材料製の電極保護管としては、モリブデン、タングステンや白金合金等の、高温下で耐食性を有する導電性金属であれば使用可能である。また、電極保護管が、溶融ガラス中に突出する電極棒の側面を覆う範囲としては、ガラス溶融炉の操炉前、即ちヒートアップ前の時点では、電極保護管の上端はガラス溶融炉の床面とほぼ等しい高さであれば十分であり、床面よりも突出していても構わない。また、電極保護管と床面の耐火レンガとの間に適度な間隔が開いており、床面の耐火レンガが浸食されて電極保護管の上端が床面から突出してくるまでに、その環状の間隙に異質物が捕集されて電極棒を保持している保持部に異質物の流入を防止することが可能であれば、ヒートアップ前の電極保護管の上端はガラス溶融炉の床面より１０〜２０ｍｍ程度低くてもよい。さらに、電極保護管の突出が大き過ぎると、ガラス溶融炉のヒートアップの際に、空気接触による酸化から電極棒を保護するためのガラスカレットをその上から多量に被せなければならなくなるので、作業量が増えることになり、その上、大きく突出するような電極保護管は高価となり、それ自体が電極として消耗されるので無駄になる。なお、電極保護管が、ガラス溶融炉の床面から溶融ガラス中に突出している電極棒の側面を覆って電極ホルダーに接触するとは、一体物の電極保護管がこのような寸法形状であってもよく、複数部材からなる電極保護管がこのような寸法形状であってもよい。

また、本発明のガラス溶融用電極は、電極保護管が電極棒と実質的に同材質であることが溶融ガラスの品質を維持する上で好ましい。

電極保護管が電極棒と実質的に同材質であるとは、前提として減耗により溶融ガラス中に溶け出す電極棒と同様に、電極保護管の材質が浸食により溶融ガラス中に溶け出しても溶融ガラスに品質面への影響が少ないものであれば使用可能であり、高温時に電極保護管と電極棒との固相反応が発生することもない。例えば、電極棒として比較的安価に入手できるモリブデンを選択した場合、電極保護管も全く同じモリブデンまたはこれに近いモリブデンを高い含有率で含む材質とすることである。

本発明のガラス溶融用電極では、ガラス溶融炉の操業により床面の耐火レンガが浸食された後に、耐熱材料製の電極保護管の上端がガラス溶融炉の床面から突出して電極棒の上端と床面との間に位置するように、電極保護管を付設させたことにより、電極棒の加熱性能を損なうことなく、かつ電極保護管が、電極棒の近傍で生成される異質物が電極棒を保持している電極ホルダー保持部の上方に流入堆積するのを阻止するので、異質物が電極棒の周囲に付着することがなく、電極棒をガラス溶融炉内に下方から押し上げるのを容易にし、長期間に亘ってガラス溶融炉を安定稼働することが可能になる。

また、本発明のガラス溶融用電極は、電極保護管が電極棒と実質的に同材質であると、電極保護管が浸食されて溶融ガラス中に溶け出しても影響が少なく、溶融ガラスの品質を維持することが容易になるので、均質度に優れたガラス製品を効率よく得ることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明のガラス溶融用電極の要部拡大図である。図中、１０はガラス溶融用電極、１１は電極棒、１２は電極ホルダー、１３はガラス溶融炉の底壁、１４は電極保護管、１５は貫通孔、Ｇは溶融ガラスをそれぞれ示している。

図１（Ａ）に示すように、電極棒１１は、導電性材料のモリブデンからなる棒状体で、下端にはターミナル（図示省略）が取り付けられており、ターミナルを介して電源（図示省略）から電力が供給される。電極ホルダー１２は、耐熱金属からなる円筒体であって、周壁の内部にジャケット部１２ａを有し、ジャケット部１２ａ内に冷水供給装置（図示省略）から冷水が供給され、冷水がジャケット部１２ａを循環して電極ホルダー１２を冷却するように構成されている。電極棒１１は、その下部において外周が電極ホルダー１２の保持部１２ｂの内周に密着するように同軸に内設され、電極ホルダー１２と一体で電極１０を構成している。ガラス溶融炉の床面を形成する底壁１３は、高ジルコニア質の耐火レンガからなり、電極棒１１と電極ホルダー１２とを一体にしてなる電極１０を垂直方向にガラス溶融炉内に嵌合させるための貫通孔１５が穿設されている。

電極１０は、電極棒１１の上部がガラス溶融炉内の溶融ガラスＧ中に一定長突出されるように電極ホルダー１２の保持部１２ｂに保持され、かつ電極ホルダー１２が、底壁１３内に収容されるように上端をガラス溶融炉の床面から僅かに後退させた状態で貫通孔１５に嵌合されている。

電極保護管１４は、モリブデン製の円筒体であり、その上端がガラス溶融炉の床面とほぼ同じ位置であり、下端が電極ホルダー１２の上端に接触するように、かつ外周が貫通孔１５の内周に密着して電極棒１１と電極ホルダー１２と同軸に付設される。この結果、貫通孔１５には、上方から下方に順に、電極棒１１、電極保護管１４、電極ホルダー１２が同軸に配設されることになる。電極保護管１４として電極棒１１と同材質のモリブデンを選択したのは、溶融ガラスＧの品質に影響が少なく、比較的安価に入手できるためである。

次に、上記本発明のガラス溶融用電極の作用について説明する。

従来のガラス溶融炉用の電極では、前記の図２に示すように、電極棒１の近傍の高温域では底壁３が浸食を受けて溶融ガラスＧと反応し、所望の溶融ガラスＧに比して比重が大きく、難溶性の異質物Ｃｔを生成すると、貫通孔５の開口部の近傍は浸食が激しく進み、電極ホルダー２をガラス溶融炉の床面から僅かに後退させて、電極を貫通孔５に嵌合させたことにより形成される環状の空間５ａに、生成された異質物Ｃｔは流入し堆積することになる。

そこで、本発明のガラス溶融用電極１０では、図１（Ｂ）に示すように、電極保護管１４の下端は、冷水が循環するジャケット部１２ａが設けられた電極ホルダー１２の上端と接触しており、電極ホルダー１２の冷却効果が及ぶため、高温域においても電極保護管１４の浸食減耗が抑制されるので、耐火レンガからなる底壁１３が下向き矢印のように浸食された後に、電極保護管１４の上端がガラス溶融炉の床面から突出するようになる。そのため、電極保護管１４は、貫通孔１５内で電極棒１１を保持している電極ホルダー１２の保持部１２ｂに向かって異質物Ｃｔが流入してくるのを外周で阻止する堰として機能し、異質物Ｃｔは電極棒１１と保持部１２ｂの接触部分に流入することがなく、電極棒１１が異質物Ｃｔにより電極ホルダー１２や貫通孔１５自体に固着されることはない。

その結果、電極棒１１の減耗分を補うために電極棒１１をガラス溶融炉内に下方から押出す作業を、支障なく容易に行うことができる。

本発明のガラス溶融用電極は、電極棒をガラス溶融炉の底壁から垂直に挿入する場合のほか、電極棒をガラス溶融炉の側壁から水平に挿入する場合にも適用可能である。

本発明のガラス溶融用電極の要部拡大図であって、（Ａ）はヒートアップ前の状態の説明図、（Ｂ）はヒートアップした後に異質物が炉底に堆積した状態の説明図。 従来のガラス溶融用電極の説明図であって、（Ａ）は要部拡大図、（Ｂ）は底壁の貫通孔に異質物が流入堆積した状態の説明図。

符号の説明

１０ ガラス溶融用電極
１１ 電極棒
１２ 電極ホルダー
１２ａ ジャケット部
１２ｂ 保持部
１３ 底壁
１４ 電極保護管
５、１５ 貫通孔
Ｇ 溶融ガラス
Ｃｔ 異質物

Claims (2)

1. 加熱用の電極棒と、該電極棒の上部がガラス溶融炉内の溶融ガラス中に突出されるように保持する保持部及び冷却機構部を具備する電極ホルダーとを有し、ガラス溶融炉の床面に設けられた貫通孔に嵌合保持されるガラス溶融用電極であって、
   前記ガラス溶融炉の床面から溶融ガラス中に突出する前記電極棒の側面を覆って前記電極ホルダーに接触する耐熱材料製の電極保護管を付設してなることを特徴とするガラス溶融用電極。
2. 電極保護管が電極棒と実質的に同材質であることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融用電極。