DD277665A1 - Gekuehlte tauchelektrode fuer elektrisch beheizte glasschmelzoefen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gekuehlte Tauchelektrode, insbesondere fuer elektrisch beheizte Glasschmelzoefen hoher Schmelzleistung mit geschlossenem Oberofen fuer Alkali-Kalkglas, mit konzentrischen Kuehlrohren, von denen das innere Kupferrohr am Elektroanschluss liegt, mit mindestens einem axialen Elektrodenkoerper und Mitteln zur Ableitung von Kuehlmitteldampf. Das Aussenrohr ist durch ein Kopfstueck, z. B. aus Molybdaen, verschlossen, an dessen Stirnseite die Elektrodenkoerper angeordnet sind. In seinem Inneren ist grossflaechig ein Kontaktkoerper angepresst. Das damit verbundene Innenrohr endet innerhalb des Kontaktkoerpers. Eine strahlungsreflektierende Schicht umgibt das Aussenrohr. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Tauchelektrode für elektrisch beheizte Glasschmelzöfen, insbesondere Glasschmelzöfen hoher Schmolzleistung mit geschlossenem Oberofon für Alkalikalkglas, mit konzentrischen Rohren zur Kühlmittelführung, von denon das innoro, aus Kupfer bostohende und am kalten Ende gogen das Außenrohr elektrisch isolierte Rohr mit der Stromzuführung verbundon ist, mit mindestens einem, mit don Rohren verbundenen, sich in deren axialer Richtung erstreckenden Elektrodonkörpor und Mittoln oborhalb des Kühlmittolabflussns am Außenrohr zur Abloitung von verdampftem Kühlmittel.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für don Einsatz in Glasschmelzofen, die durch das Hindurchleiton oinos oloktrischen Stromes zwischen in die Glasschmelze eintauchonden Elektroden beheizt worden, sind Heizelektrodenanordnungen erforderlich, dio den in „Glastechnische Berichte" (1981) S.32-35 formulierten Anforderungen genügen müsson.

So sollen-diese unter anderem

- einen sicheren und einfachen Aufbau besitzen;

- eine hohe Lebensdauer aufweisen;

- einen weitgehend wartungsfreien Betrieb ermöglichen;

- keinen negativen Einfluß auf die Schmelzenqualität ausüben und

- die Wärmeabführung aus dem Schmelzofen soll auf das notwendige Mindestmaß beschränkt bleiben.

Unter Maßgabe dieser Kriterien erfüllen die bekannten, von oben in das Schmelzbad eingeführten Tauchelektroden, speziell bei Einsatz in hochtonnagigen, nach dem Schmelzprinzip der vollelektrischen Schmelzwanne mit geschlossenem Oberofen arbeitenden Aggregaten für Alkalikalkgläser, die an sie gestellten Anforderungen nur ungenügend. Die dargestellte Tauchelektrodenanordnung der aus DE-OS 3718953 bekannten Elektroschmelzeinrichtung besitzt einen schwenkbaren, waagerecht in den Ofen führenden Stützarm mit einer rechtwinklig dazu angesetzten Elektrodenhalterung aus zwei konzentrischen Stahlrohren, durch die Kühlwasser aus dem Stützarm geleitet wird. An das in die Schmelze eintauchende Ende der Elektrodenhalterung ist der Elektrodenkörper eingeschraubt. Ein Kabel der Stromzuführung ist an das Außenrohr angeschlossen.

Der Stromfluß über das Außenrohr erweist sich besonders beim Einsatz solcher Tauchelektroden in Alkalikalkglasschmelzen mit vergleichsweise geringem spezifischen Widerstand und daraus resultierenden hohen Stromstärken als nachteilig, da ein Aufheizen des Außenrohres -zusätzlich durch den Stro'mfluß vom Außenrohr zur Glasschmelze - zu verstärkter Korrosion führt. Schraubverbindungen, besonders zwischen verschiedenen Metallen, weisen einen hohen Übergangswiderstand auf, der bei den hohen Stromstärken zu örtlicher Überhitzung der Tauchelementanordnung führt. Örtlich hohe Temperatur der Metallteile läßt sich dann auch nicht durch intensivste Kühlung vermeiden und ruft bei gleichzeitiger Schmelzeneinwirkung starke Korrosion des Außenrohres hervor.

Durch diese Einflüsse aus Edelstahlen herausgelöste Chrom-, Nickel- oder Kupferverbindungen wirken durch ihren färbenden Effekt qualitätsmindernd auf die Glasschmelze.

Eine intensive Kühlung-somit hohe Wärmeabführung aus dem Schmelzofen-einer derartigen Tauchelektrodenanordnung ist auch dadurch erforderlich, daß die metallischen Außenrohre des Elektrodenhalters und des Stützarmes unmittelbar der Temperatur des Oberofens ausgesetzt sind, die oei elektrisch beheizten Glasschmelzofen mit geschlossenem Oberofen um 900⁰C, bei bestimmten Betriebszuständen mit ungenügender Gemengebedeckung aber auch wesentlich darüber liegt. Das wassergekühlte Metallrohr der aus DE-PS 806882 bekannten Tauchelektrode mit Graphit-Elektrodenkopf ist in jenem Teil, der der Flamme im Oberofen ausgesetzt ist, von ringförmigen Körpern aus einem feuerfesten Material umgeben. Auch das luftgekühlte Anschlußrohr für den Molybdän-Elektrodenkörper der aus GB-PS 1 526684 bekannten Tauchelektrode eines zusätzlich gasbeheizten Speisers ist vollständig von einem Rohr aus feuerfestem Material (Silimanit) umgeben. Auf Grund ihrer Emissionseigenschaften sind solchen Schichten ausschließlich isolierende Eigenschaften gegen den Angriff der Flammen zuzuschreiben. Die geringe Temperaturwechselbeständigkeit feuerfester Werkstoffe wird beim Kontakt mit Glasschmelzen, wie er bei Tauchelektroden stattfindet, weiter vermindert, so daß ein Abplatzen der Isolationsschicht zu erwarten ist und qualitätsmindernde Einflüsse auf die Glasschmelze nicht auszuschließen sind. Die aus US-PS 4468779 bekannte Elektrodenbaugruppe zum Schmelzen von Glas wird schräg durch die Seitenwäno 3 oder senkrecht durch die flache Decke in die Schmelze eingeführt. Das Stehl-Außenrohr dos Gehäuses weist ebenfalls keinen Schutz gegen Wärmestrahlung auf. Es ist am heißen, in die Schmelze eintauchenden Ende mit einem eingeschweißten Halter aus Stahl, in den der Elektrodenkörper aus Molybdän eingeschraubt ist, verschlossen. In den Elektrodenkörper ist ein konzentrisch im Außenrohr angeordneter Kupfer-Hohlleiter eingeschraubt, durch den Kühlwasser eingeleitet wird. Durch eine Bohrung im Kupfer-Hohlleiter, nahe dem Halter, fließt das Kühlwasser in das Außenrohr und in diesem zum Ablaßstutzen. Oberhalb des Ablaßstutzens wird der Kupfer-Hohlleiter durch einen Abstandshalter elektrisch isoliert im Außenrohr zentriert. Bohrungen im Abstandshalter lassen entstehenden Dampf aus dem Außenrohr entweichen.

In nachteiliger Weise erfolgt auch hierbsi die Stromübertragung übe' jine Verschraubung zwischen zwei verschiedenen Metallen auf den Elektrodenkörper.

Einen wesentlichen Schwachpunkt der Elektrodenbaugruppe ste' . die Schweißverbindung zwischen dem Außenrohr und dem Halter an einer exponierten Stelle der Elektrodenbaugruppe da', die noch dazu in eine die Elektrodenbaugruppe besonders gefährdende Lage am Übergang Luft-Gemenge-Schmelze eingetaucht wird.

Das beanspruchte Durchmesserverhältnis von Außenrohr und Elektrodenkörper schließt einen mechanischen Schutz dieser Schweißverbindung aus. Eine wirksame Kühlung dinser Stelle wird durch das Konstruktionsprinzip verhindert; es entstehen nahe der Schweißverbindung Totwassergebiete. Störungen im Kühlkreislauf der Elektrodenbaugruppe führen zu schädigenden Temperaturschocks, besonders dieses Bereichs. Alle diese Einflüsse setzen die Lebensdauer der Elektrodenbaugruppe herab.

Ziel der Erfindung

Das Ziel dor Erfindung besteht darin, die Lebensdauer gekühlter Tauchelektroden für elektrisch beheizte Glasschmelzofen mit geschlossenem Oberofen zu orhöhen und die durch die Kühlung der Tauchelektroden bedingte Wärmeabführung aus dem Glasschmolzofen zu vermindorn. Dio Taucheloktroden sollen sich durch eine einfache, somit kostengünstige und betriebssichere Konstruktion auszoichnon.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Dor Erfindung Mögt dia Aufgabo zugrundo, durch neuartige Konstruktionsprinzipien die Stromübertragung in der gekühlten Tauchelektrode auf doron Elektrodenkörper durch Verringerung des Übergangswidorstandes zu verbessern, eine effektive Kühlung dos ointauchendon Elektrodonkopfes und seiner weitgehend unkritisch gestalteten Verbindungsstelle zum Außenrohr zu orroichen und die Wärmoabsorption der Tauchelektrode zu vormindorn.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein Kopfstück aus einem hitzebeständigen und glasresistenten Werkstoff, z. B. Molybdän, das Außenrohr an dem in die Schmelze eintauchenden Ende aufnimmt und somit verschließt. In das Innere des Kopfstückes wird großflächig ein hohlzylindrischer oder -kegeliger, gekühlter Kontaktkörper angepreßt, der mit dem Innenrohr verbunden ist.

Das Innenrohr mündet im Kopfstück innerhalb des Kontaktkörpers in Richtung zum heißen Ende der Tauchelektrode hinter der Verbindung Außenrohr/Kopfstück. Schließlich ist das Außenrohr von einer Strahlungsreflektierenden Schicht umgeben. Weitere Merkmale der Erfindung sehen vor, daß die Schicht um das Außenrohr aus einem prozeßimmanenten Material, vorzugsweise aus Lagen von unter Wärmeeinwirkung feuerpoliertem Glasfasergewebe und/oder aus einer polierten Metallschicht, beispielsweise aus Chrom, besteht. Die Schicht reicht in eine ringnutförmige Ausnehmung des Kopfstücks hinein und ist in dieser befestigt, vorzugsweise eingekittet. Das Außenrohr und das Kopfstück sind miteinander verschraubt, wobei das Außenrohr gegen den Kontaktkörper gepreßt wird. Im Inneren des Kopfstücks sind in radialer Richtung Vertiefungen eingearbeitet, die der eingegossene Kontaktkörper ausfüllt, wodurch eine Verdrehung des Kontaktkörpers beim Bearbeiten und Anpressen verhindert wird.

Schließlich gestalten Merkmale den Elektrodenkörper in einer solchen Weise aus, daß er als zentraler Elektrodenkörper vorzugsweise als Hohlelektrode ausgebildet ist, die bevorzugt aus plasmagespritztem Molybdän besteht. In einer vorteilhaften Variante sind mehrere stabförmige Elektrodenkörper^tirnseitig in das Kopfstück eingeschraubt. Der Durchmesser des zentralen Elektrodenkörpers übersteigt nicht den Kopfstückdurchmesser.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand schematischer Darstellungen von Tauchelektroden beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine 1 auchelektrode mit eingegossenem Kontaktkörper und mehreren Elektrodenkörpern; Fig.2: einen Längsschnitt durch eine Tauchelektrode mit angepreßtem Kontaktkörper und einem als Hohlelektrode ausgebildeten Elektrodenkörper;

Fig. 3: einen Querschnitt der Tauchelektrode gemäß Fig. 1 nach der Linie A-A; Fig.4: einen Querschnitt der Tauchelektrode gemäß Fig. 1 nach der Linie B-B.

Die Tauchelektrode nach Fig. 1 ist mit einer bevorzugten Variante des Kühlsystems versehen. In das im Inneren entsprechend ausgearbeitete Kopfstück 3 wird eine Kupferschmelze oder eine Schmelze eines ähnlichen, elektrisch gut leitenden Metalls bzw. einer Metallegierung eingegossen, die mit der Molybdänoberfläche eine innige Verbindung eingeht und die radial eingearbeiteten Vertiefungen 22 ausfüllt. Bei der nachfolgenden mechanischen Bearbeitung des Kontaktkörpers 4 und dem Einschrauben des Außenrohres 1 und Druck auf den Kontaktkörper 4 verhindern die Vertiefungen 22 das Verdrehen des Kontaktkörpers 4 und das Lösen der innigen Verbindung zum Kopfstück 3.

Zentrisch in das Außenrohr 1 ist das Innenrohr 5 eingeführt, wodurch der Ringspalt 9 gebildet wird. Das Innenrohr 5 ist vorn, zum heißen Ende zu, mit mehreren Schlitzen 8 versehen und damit in den Kontaktkörper 4 eingeführt.

Dabei handelt es sich um ein wesentliches Merkmal, daß das Innenrohr 5 hinter der Schraubverbindung des Kopfstückes 3 mit dem Außenrohr 1 innerhalb des Kontaktkörpers 4 mündet. Das am Kühlmittelzufluß 7 eingeleitete Kühlwasser durchfließt das Innenrohr 5, durchspült den Kontaktkörper 4, gelangt durch die Schlitze 8 in den Ringspalt 9 und fließt durch den Kühlmittelabfluß 10 ab.

Das Innenrohr 5 besteht mindestens in seinem vorderen Teil aus Kupfer und ist in den Kontaktkörper 4, unterstützt durch einen schwachen Kegelsitz, eingepreßt; gegebenenfalls mit diesem auch verschweißt.

Diese Konstrukiionsprinzipien sichern sowohl <y ^e verlustfreie Übertragung hoher Heizströme vom Elektroanschluß 6 über das Innenrohr 5 auf das Kopfstück 3 (und die Elektrodenkörper 16) als auch eine effektive Kühlung des Tauchelektrodenkopfes und seiner Verbindungsstellen.

Das Außenrohr 1 besteht aus hochlegiertem Stahl und ist von einer Wärmestrahlung reflektierenden Schicht 2 umgeben. Sie besteht aus einem prozeßimmanenen Material, um Verunreinigungen der Schmelze auszuschließen. Vorzugsweise werden Lagen von Glasfasergewebe mit einem geeigneten Bindemittel aufgetragen. Unter der Wärmeeinwirkung des Oberofens entsteht oine Feuerpolitur dieser Schicht 2. Zum wirksamen Schutz der in die Schmelze eintauchenden Verbindungsstelle am Tauchelektrodenkopf ist die Schicht 2 bis in eine ringnutförmige Ausnehmung 23 im Kopfstück 3 hineinreichend angeordnet und eingekittet. Zusätzlich oder bei geringen Anforderungen, anstelle des Glasfasergewebes, besteht die Schicht 2 aus einer polierten Metallschicht, beispielsweise aus Chrom.

Amhinteron kalten Ende wird die Tauchelektrode durch einen Führungsflansch 12 abgeschlossen, der aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, z. B. Glaskeramik, besteht und das Innenrohr 5 zentriert. Zwischenlagen 11 lassen den Führungsflansch 12 nicht völlig dicht aufsitzen. Entsteht Kühlmitteldampf in der Tauchelektrode, so kann er aus dem Ringspalt 9 im Bereich Kühlmittelabfluß 10-Führungsflansch 12 durch den Spalt 13 entweichen. Ein Griff 14 erleichtert die Handhabung der Taucholoktrodo.

In das Kopfstück 3 sind stirnsoitig Eloktrodonkörper 16 eingeschraubt; beide Bauteile bestohen aus gleichem oder sehr ähnlichom Matorial, z. B. Molybdän, so daß Üborgangswiderstände minimiert sind. Entsprechend Fig. 3 sind drei stabförmige Eloktrodonkörper symmetrisch zuoinandor angeordnet. Dor Vortoil einer selchen Ausführung besteht in der Vergrößerung der stromübortragonden Oborflächo dor Eloktrodonkörpor 16 und somit einer lobensdauererhöhondon Absenkung der Stromdichte.

Eine andero Möglichkeit, diesen Effekt bei minimalem Einsatz von kostenaufwendigem Molybdän oder ähnlichen Werkstoffen zu erreichen, ist durch dio Anwendung einer Hohloloktrodo als Elektrodenkörpor 16 gegeben. Die elektrischen Verluste durch Eigenerwärmung werden bodingt durch das bessero Verhältnis von Leitorquerschnitt zu stromdurchflossenem Querschnitt (bei hohen Strömen) kleiner.

Die Hohlelektrode ist mit einem Deckel 21 verschlossen und wird mit einem Zuganker 19 am Kopfstück 3 befestigt. Der Hohlraum kann auf bekannte Weise evakuiert oder mit geeignetem kostengünstigen Material ausgefüllt sein. Auch hierbei bestehen Kopfstück 3 und Elektrodenkörper 16 aus gleichem oder sehr ähnlichem Werkstoff. Der Elektrodenkörper 16 wird vorzugsweise durch Plasmaspritzen aus Molybdän hergestellt, was in Verbindung mit einer thermischen Nachbehandlung zu verminderter Korrosion in der Schmelze führt. Wolfram ist hierfür in gleicher Weise geeignet.

Diese in Fig. 2 dargestellte Ausführung unterscheidet sich des weiteren hinsichtlich des Kontaktkörpers 4. Das Innere des Kopfstückes 3 ist konisch ausgearbeitet. An diesen Konus legt sich der Kontaktkörper 4 an und wird mit dem Außenrohr 1 fest angepreßt. Es ergibt sich der Vorteil, daß der Kontaktkörper 4 nicht eingegossen und nachgearbeitet werden muß, wobei trotzdem der Übergangswiderstand wegen der Großflächigkeit der Anlage der stromübertragenden Bauteile und ihrer intensiven Kühlung in engen Grenzen gehalten wird.

Die Verbindung vom Iruienrohr 5 zum Kontaktkörper 4 wird durch eine kupferne Lochplatte 17 hergestellt. Diese Bauteile werden vorteilhaft miteinander verschweißt. Auch hierbei endet erfindungsgemäß das Innenrohr 5 im Inneren des Kontaktkörpers Das Kühlwasser strömt durch Bohrungen in der Lochplatte 17 in den Ringspalt 9 zurück.

Claims (9)

1. Gekühlte Tauchelektrode für elektrisch beheizte Glasschmelzöfen, insbesondere Glasschmelzöfen hoher Schmelzleistung mit geschlossenem Oberofen für Alkali-Kalkglas, mit konzentrischen Rohren zur Kühlmittelführung, von denen das innere, aus Kupfer bestehende und am kalten Ende gegen das Außenrohr elektrisch isolierte Rohr mit der Stromzuführung verbunden ist, mit mindestens einem mit den Rohren verbundenen, sich in deren axialer Richtung erstreckenden Elektrodenkörper und Mitteln oberhalb des Kühlmittelabflusses am Außenrohr zur Ableitung von verdampftem Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (1) an dem in die Schmelze eintauchenden Ende durch ein Kopfstück (3) aus einem hitzebeständigen und glasresistenten Werkstoff, z. B. Molybdän, verschlossen ist, an dessen Stirnseite der/die Elektrodenkörper (16) angeordnet sind, daß in das Innere des Kopfstückes (3) großflächig ein hohlzylindrischer oder -kegeliger, gekühlter Kontaktkörper (4) angepreßt wird, der mit dem Innenrohr (5) verbunden ist, daß das Innenrohr (5) zum heißen Ende hin hinter der Verbindung Außenrohr (1 l/Kopfstück (3) innerhalb des Kontaktkörpers (4) mündet und daß das Außenrohr (1) von einer Strahlungsreflektierenden Schicht (2) umgeben ist.

2. Tauchelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) aus einem prozeßimmanenten Material, vorzugsweise aus Lagen von unter Wärmeeinwirkung feuerpoliertem Glasfasergewebe und/oder aus einer polierten Metallschicht, beispielsweise aus Chrom, besteht.

3. Tauchelektrode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) in eine ringnutförmige Ausnehmung (23) des Kopfstückes (3) hineinreicht und in dieser fixiert, vorzugsweise eingekittet ist.

4. Tauchelektrode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (1) und das Kopfstück (3) miteinander verschraubt sind, wobei das Außenrohr (1) gegen den Kontaktkörper (4) gepreßt wird.

5. Tauchelektrode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörper (4) aus Kupfer oder einem ähnlichen, elektrisch gut leitenden Metall bzw. einer Metallegierung besteht.

6. Tauchelektrode nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (3) im inneren Vertiefungen (22) in radialer Richtung besitzt, die der eingegossene Kontaktkörper (4) ausfüllt, wodurch eine Verdrehung des Kontaktkörpers (4) beim Bearbeiten und Anpressen verhindert wird.

7. Tauchelektrode nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kopfstück (3) ein zentraler, vorzugsweise als Hohlelektrode ausgebildeter Elektrodenkörper (16) verbunden ist, dessen Durchmesser den Kopfstückdurchmesser nich' übersteigt.

8. Tauchelektrode nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlelektrode vorzugsweise aus plasmagespritztem Molybdän besteht.

9. Tauchelektrode nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kopfstück (3) mehrere stabförmige Elektrodenkörper (16), z. B. aus Molybdän, stirnseitig eingeschraubt sind.