DE1471853C - Als Elektrode dienende Vorrichtung für einen Schmelzofen mit elektrischer Beheizung, insbesondere für einen Glasschmelzofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine als Elektrode dienende Vorrichtung für einen Schmelzofen mit elektrischer Beheizung, insbesondere für einen Glasschmelzofen mit zwei oder mehreren entlang dem Umfang der Schmelzwanne verteilt angeordneten Elektroden, wobei jede Elektrode als Tasche aus feuerfestem Material ausgebildet ist, die ein schmelzflüssiges Metall enthält, das von dem schmelzflüssigen Material bedeckt ist, wobei das schmelzflüssige Metall in Kontakt mit einem Stromzuführungsorgan gebracht ist.

Von den bekannten Verfahren zur elektrischen Beheizung von Schmelzöfen ist das klassische Verfahren (französische Patentschrift 1163 869) dasjenige, bei welchem feste Elektroden die Wandungen des Ofens durchdringen und in das geschmolzene Material eintauchen. Die bei den Glasschmelzöfen dieser Type benutzten Elektroden bestehen aus einem gegen Wärme' und gegen vom Glas hervorgerufenen Korrosionen widerstandsfähigen Material, wie z.B. Molybdän, Wolfram, Kohlenstoff usw. Solche Elektroden haben in gewissen Fällen wesentliche Nachteile, insbesondere wenn sie mit dem Glas reagieren, wie dies beispielsweise bei Bleikristall, das durch Elektroden aus Molybdän reduziert wird, der Fall ist.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man schon vorgeschlagen (USA.-Patentschrift 1 979 610), Elektroden zu verwenden, die aus einem flüssigen Metall bestehen, das nicht mit dem Glas reagiert, wie z.B. Blei, geschmolzenes Zinn, das · in einer Tasche aus feuerfestem Material enthalten ist. Die Oberfläche des Metallbades wird mit dem geschmolzenen Glas in Kontakt gebracht. Es ist bekannt, solche feuerfesten Taschen mit einem metallischen Behälter zu umgeben, um. den Verlust flüssigen Metalls beim Auftreten von Rissen in der feuerfesten Tasche zu vermeiden. Diese Behälter können verwendet werden, um auf leichte Weise den Kontakt zwischen dem Bad geschmolzenen Metalls und dem Stromzüführungskabel zu bewirken. Im allgemeinen sind zwei oder mehrere Elektroden dieses Typs entlang dem Umfang der Wanne des Ofens, die das geschmolzene Glas enthält, verteilt, und zwar am Boden der Wanne.

Bei einer anderen bekannten Anordnung (USA.-Patentschrift 2 018 884) ist die feuerfeste Tasche derart angeordnet, daß sich die Oberfläche des flüssigen Metallbades, das in der Tasche enthalten ^; ist, auf einem Niveau befindet, das höher als der Boden der Wanne gelegen ist. Die feuerfesten Taschen der verschiedenen Elektroden sind mit der Wanne durch Schwellen aus feuerfestem Material verbunden, über die das geschmolzene Glas in die Tasche überfließen kann, um den Kontakt zwischen dem flüssigen Metall und dem geschmolzenen Glas zu bewirken.

Diese letztere Anordnung gestattet, den vom geschmolzenen Glas auf das flüssige Metall ausgeübten hydrostatischen Druck zu vermindern und so das Ausfließen von Metall längs der Wandungen des metallischen Behälters zu verhindern. Wenn die Elektroofen entsprechend den bekannten Anordnungen Elektroden aus schmelzflüssigem Metall aufweisen, das in feuerfesten Taschen enthalten ist, so haben die Teile, der Masse dieses schmelzflüssigen Materials, die in unmittelbarer Nähe des oberen Niveaus des schmelzflüssigen Metalls sind und als Elektrode dienen und Stellen, wo der Durchgangsquerschnitt für den Strom in diesem schmelzflüssigen Material gering ist, die ,Neigung zur Überhitzung, wenn der Strom die Stärke erreicht hat, die erforderlich ist, um die Gesamtheit des im Ofen enthaltenen Materials im Schmelzzustand zu halten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Gesamtheit des Stroms, der notwendig ist, um die gesamte Masse des Materials im schmelzflüssigen Zustand zu halten, nach einer ersten bekannten Anordnung der Elektroden notwendigerweise durch die geringe Menge dieser geschmolzenen Materialmasse passieren muß, die sich gerade unterhalb der Elektrode aus schmelzflüssigem Metall befindet. Letzteres ist um so mehr von Bedeutung, als die Höhe des geschmolzenen Glases, das sich über der Schwelle befindet, im an zweiter Stelle genannten Fall vorzugsweise auf einem nicht zu hohen Wert gehalten wird, um den auf das Metall ausgeübten hydrostatischen Druck auf zulässigen Werten zu halten. Daraus ergibt sich, daß bei Vergrößerung des Stromflusses eine Überheizung des Glases an den betrachteten Stellen mit der Wirkung einer raschen Abnutzung der feuerfesten Steine in der Umgebung dieser Stellen entsteht. ^:

In der französischen Patentschrift 650 936 ist eine Anordnung beschrieben, bei welcher der Strom zu dem Schmelzbad mittels Elektroden aus geschmolzenem Metall zugeführt wird, wobei sich die Elektrodeaus geschmolzenem Metall durch eine außerhalb der Wanne befindlichen Tasche erstreckt, in die die Zuführungselektrode für den Strom eintaucht. Auch bei dieser Ausführung bilden sich am Boden des Ofens und längs der Wandungen sehr heiße Zonen aus, da der Strom notwendigerweise nur durch die kleine Glasmenge treten kann, die sich oberhalb der Oberfläche der in der Wanne befindlichen Metallschmelze befindet. Die Folge ist eine wenig wirtschaftliche Wärmeverteilung, da hierdurch die Wärmeverluste in Höhe der Wandungen und die Korrosionsphänome der feuerfesten Materialien der Ofenverkleidung auf Grund des örtlichen Vorhandenseins überhitzter Glasmassen begünstigt werden. . Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe' zugrunde, die als Elektrode dienende Vorrichtung mit geschmolzenem Metall in einer feuerfesten Tasche so auszubilden, daß die beschriebenen Nachteile, nämlich daß erhöhte Stromdichten im schmelzflüssigen Material unmittelbar oberhalb des schmelzflüssigen, als Elektrode dienenden Metalls und die lokalen Überhitzungen des schmelzflüssigen Materials vermieden werden. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gesamte Vorrichtung so auszubilden, daß darüber hinaus weitere Vorteile gegeben sind, die aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich sind. ·

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht man erfindungsgemäß eine vom geschmolzenen Material verschiedene, leitende Verbindung zwischen dem in der Tasche enthaltenen geschmolzenen Metall und dem in der Wanne enthaltenen geschmolzenen Material vor. Die erfindungsgemäß als Elektrode dienende Vorrichtung für einen Schmelzofen mit elektrischer Beheizung, insbesondere für einen Glasschmelzofen, zeichnet sich dadurch aus, daß eine leitende Verbindung zwischen dem schmelzflüssigen Metall in der Tasche und dem schmelzflüssigen in der Wanne enthaltenen Material vorgesehen ist, wobei diese leitende Verbindung aus einem feuerfesten Material, das inert gegenüber dem schmelzflüssigen Material

istj gebildet ist und eine bessere elektrische Leitfähigkeit als dieses aufweist, derart, daß lokale Überhitzungen des schmelzflüssigen Materials, die sich in der unmittelbaren Nähe der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls in der oder den Tischen einstellen, vermieden werden und entsprechend einem vorbestimmten Gesetz in der Masse des schmelzflüssigen Materials der Strom verteilt wird, der durch die Elektroden aus schmelzflüssigem Metall in diese , Masse eingeleitet wurde.

Diese Verbindung gestattet so die Vergrößerung " des zwischen der Elektrode aus flüssigem Metall und dem Glas der Wanne gelieferten Stroms unter Vermeidung der Überheizung des Glases, das sich in Kontakt . mit der Elektrode oder oberhalb der Schwelle befindet.

Bei der zuerst genannten Art der Konstruktion des bekannten Ofens, bei der die feuerfeste Tasche mit dem flüssigen Metall am Boden der Wanne angeordnet ist, ist die leitende Verbindung durch ein leitendes Element gebildet, das zugleich in das geschmolzene Metall in der feuerfesten Tasche und in die Masse geschmolzenen Materials in der Wanne eintaucht.

Bei der zweiten Art der Konstruktion des bekannten Ofens, bei der die Tasche durch eine Schwelle mit der Wanne verbunden ist, ist die leitende Verbindung vorzugsweise durch die Schwelle gebildet, die die Tasche mit der Wanne verbindet, und durch einen an die Schwelle angrenzenden Teil der Wandüngen der Tasche und der Wanne.

Bei der zweiten Art der bekannten Konstruktion kann, wenn man die Erfindung bei einem vorhandenen Ofen anzuwenden wünscht, die leitende Verbindung zweckmäßig ausgebildet sein als ein Stück in Form eines umgekehrten U, dessen vertikale Schenkel in das geschmolzene Metall in der Tasche bzw. in das geschmolzene Material der Wanne eintauchen und dessen horizontaler Teil sich unterhalb derOberfläche des geschmolzenen Materials befindet.

; Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung bildet der horizontale Teil des U selbst die Schwelle, die die feuerfeste Tasche mit der Wanne verbindet. Ein zusätzlicher Vorteil der bis jetzt beschriebenen Erfindung besteht in der Tatsache, daß der Teil der leitenden Verbindung, der sich in Kontakt mit dem geschmolzenen Glas in der Wanne befindet, eine Verteilung des Stromes auf verschiedene Tiefen in der Wanne gestattet, wodurch so ideale Bedingungen gegeben sind für die Beheizung in den Zonen für das Schmelzen und das Raffinieren, und zwar im Gegensatz zu den bekannten Glasschmelzöfen mit elektrischer Beheizung, bei denen sich der größte Teil des Stromes auf bestimmte Stellen des in der Wanne enthaltenen Glases konzentriert. So kann die Erfindung vorteilhafterweise noch dadurch gekennzeichnet sein, daß der Teil der leitenden Verbindung, der in die Wanne eintaucht oder einen Teil davon ausmacht, eine Länge, eine Form und verschiedene Querschnitte haben kann im Hinblick auf die Erzielung einer Stromverteilung im geschmolzenen Material nach einem vorbestimmten Gesetz.

Das verwendete Material zur Ausbildung der Verbindung ist vorzugsweise ein feuerfestes Metalloxyd, das nicht mit dem Glas reagiert, wie z. B. das Oxyd des Zinns.

Die erfindüngsgemäße Elektrodenvorrichtung hat außerdem einen sehr wesentlichen Vorteil in bezug auf eine Elektrode aus Zinnoxyd, die die Wandung des Ofens durchdringt, durch die Tatsache, daß sie gleichzeitig das Problem der Verbindung zwischen dem Kabel zur Speisung der Elektrode mit Strom und der Elektrode selbst löst. Die direkte Verbindung beider zeigt nämlich gewisse Schwierigkeiten.

Die Erfindung wird nachstehend weitergehend dargestellt durch die auf die Figuren der Zeichnung bezügliche Beschreibung, wobei die Figuren verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

Die F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Glasschmelzwanne mit elektrischer Beheizung gemäß einer ersten Art bekannter Konstruktion, bei der die Erfindung verwendet ist;

die F i g. 2, 3 und 4 beziehen sich auf die Anwendung der Erfindung bei einem Schmelzofen, der nach einer zweiten bekannten Art konstruiert ist.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Glasschmelzwanne mit elektrischer Heizung, wobei die Warine beispielsweise einen Teil eines Glasschmelzofens mit zwei Wannen ausmacht, in welchem die Schmelzwanne mit der zu schmelzenden Zusammensetzung beschickt wird und das aufbereitete Glas durch eine flach gebaute Verbindung (gegebenenfalls Unterbodenverbindung) in eine Arbeitswanne fließt. Die Schmelzwanne umfaßt im wesentlichen eine Wanne 1 aus feuerfestem Material, die das geschmolzene Glas 2 enthält. Entlang dem Umfang und auf dem Boden der Wanne 1 sind zwei oder mehrere Elektroden verteilt, wie die mit 3 bezeichneten. Jede Elektrode ist ausgebildet als Tasche 4 aus feuerfestem Material, das inert ist gegenüber den in flüssigem Zustand befindlichen Metallen, z. B. aus tonerdehaltigem Silikat oder aus einem im Elektroofen erschmolzenen hitzebeständigen Material.. mit sehr hohem Gehalt an Aluminiumoxyd (Größenordnung 99%), das Kieselerde nur als Verunreinigung enthält. Die Tasche enthält ein Metall oder eine Legierung 5 in geschmolzenem Zustand, z.B. Blei, Zinn od. dgl. Um Verluste an geschmolzenem Metall im Fall der Rissebildung der Tasche zu vermeiden, ist diese umgeben von einem metallischen Behältern.

Zur Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen dem geschmolzenen Metall und dem Stromspeisekabel ist eine Durchführung 8 vorgesehen, .die durch die feuerfeste Wandung der Tasche 4 und den Behälter hindurchtritt und in das geschmolzene Metall taucht. Die elektrische Verbindung kann auch hergestellt werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Hier tritt das flüssige Metall in Kanäle 9 in der feuerfesten Tasche 4 ein und kommt in Kontakt mit dem Behälter. Das Stromspeisekabel ist in diesem Fall unmittelbar am metallischen Behälter 6 befestigt. '

Zur Vermeidung der Korrosion des metallischen Behälters durch das flüssige Metall kühlt man diesen energisch durch Anblasen mit Luft oder Zerstäubung von Wasser.

Diese konstruktive Anordnung der Elektroden hat den wesentlichen Nachteil, daß der an die Wanne gelieferte Strom vollständig hindurchtreten muß durch den Teil 10 des Glases, der sich über dem geschmolzenen Metall 5 befindet. Wenn der Strom einen gegebenen Wert erreicht, kann eine übermäßige Überheizung des Glases entstehen mit der Folge, daß z. B. eine rasche Abnutzung der feuerfesten Teile stattfindet, die diesen Teil umgeben.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, taucht bei der Ausführungsart der Erfindung gemäß Fig. 1 ein

leitendes Stück 11 zugleich in das Bad geschmolzenen Metalls und in die Masse des in der Wanne 1 enthaltenen geschmolzenen Glases ein. Dieses Stück besteht aus einem feuerfesten Metalloxyd, wie z.B. SnO.,, und dient dazu, eine Verbindung zwischen dem'geschmolzenen Metall und dem Glas der Wanne zu bilden, die besser elektrisch leitend ist als das Glas. Die Stärke des zwischen den Elektroden fließenden Stromes kann so größer sein, ehe man eine Überheizung des Glases, das sich bei 10 befindet, erreicht. Die Höhe und die Form des Stückes 11 können von Fall zu Fall verschieden sein, um eine Verteilung des Stromes nach einem vorbestimmten Gesetz zu bewirken.

Die Erfindung kann auch mit Vorteil in dem Fall angewendet werden, wo die verschiedenen feuerfesten Taschen mit den Wandungen der Wanne 1 durch Schwellen 12 (Fig. 2, 3) aus feuerfestem Material verbunden sind, die sich unterhalb des Niveaus des geschmolzenen Glases befinden, damit das Glas in die Taschen überfließt. So ist der Kontakt zwischen dem geschmolzenen Metall der Tasche und dem Glas der Wanne bewirkt.

Diese konstruktive Anordnung der Elektroden hat indessen den Nachteil, daß die Höhe des Glases, das sich über den Schwellen 12 befindet, nicht sehr groß ist und daß daher der in diesem Teil fließende Strom, wenn er einen gegebenen Wert erreicht, eine übermäßige Überheizung des Glases bewirken kann mit derselben Folgeerscheinung, daß z. B. eine raschere Abnutzung der feuerfesten Materialien gegeben ist, die die Schwelle bilden.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind bei der Ausführungsart der Erfindung gemäß Fig. 2 die Schwelle 12, ein Teil 13 der Wandung der feuerfesten Tasche, der mit dem flüssigen Metall in Berührungist, und ein Teil 14 der Wandung der Wanne aus einem feuerfesten Metalloxyd hergestellt, wie SnO₂, um eine Verbindung zwischen dem geschmolzenen Metall und dem Glas der Wanne darzustellen, die eine bessere elektrische Leitfähigkeit als das Glas hat.

Die Höhe und die Form des Teiles 14 der Wandung der Wanne können von Fall zu Fall verschieden sein, um eine Verteilung des Stromes nach einem vorbestimmten Gesetz zu bewirken. :

Im Falle eines schon vorhandenen Ofens kann die Erfindung'nach Fig. 3 ausgebildet sein. Es sind dabei dieselben Bezugszeichen benutzt, um Elemente zu bezeichnen, die denen der F i g. 2 entsprechen.

Nach der Ausführungsart der Fig. 3 besteht die leitende Verbindung zwischen dem Metallbad und dem Glas der Wanne aus einem Stück 15 in Form eines umgekehrten U, das über die Schwelle 12 übergreift. Einer der Schenkel des U-förmigen Stückes taucht in das flüssige Metall 6, während der andere Schenkel sich längs der Wandung der Wanne 1 erstreckt. Auch hier ist das Stück hergestellt aus einem feuerfesten Oxyd wie SnO₂, und der in die Wanne ■ tauchende Schenkel kann verschiedene Höhe und/ oder Form haben, wie im Fall der F i g. 2. V.

Die Fig.4 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsart gemäß Fig. 3. Im Fall der Fig.4 spielt der horizontale Teil des Stuckes 15 in Form eines umgekehrten U die Rolle der Schwelle zwischen der Wanne 1 und der feuerfesten Tasche 4. Dies ermöglicht die Anwendung der Erfindung, wenn es bei einem bestehenden Ofen erforderlich ist, daß die Schwelle 12 ersetzt wird, beispielsweise wegen Abnutzung des feuerfesten Materials.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Als Elektrode dienende Vorrichtung für

einen Schmelzofen mit elektrischer Beheizung, insbesondere für einen Glasschmelzofen mit zwei oder mehreren entlang dem Umfang der Schmelzwanne verteilt angeordneten Elektroden, wobei ίο jede Elektrode als Tasche aus feuerfestem Ma-' terial ausgebildet ist, die ein schmelzflüssiges Metall enthält, das von dem schmelzflüssigen Material bedeckt ist, wobei das schmelzflüssige Metall in Kontakt mit einem Stromzuführungsorgan gebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitende Verbindung (11; 13, 14; 15) zwischen dem schmelzflüssigen Metall (5) in der Tasche (4) und dem schmelzflüssigen in der Wanne (1) enthaltenen Material (2) vorgesehen ist, wobei diese leitende Verbindung aus einem feuerfesten Material, das inert gegenüber dem schmelzflüssigen Material (2) ist, gebildet ist und eine bessere elektrische Leitfähigkeit als dieses aufweist, derart, daß lokale Überhitzungen des schmelzflüssigen Materials (2), die sich in der unmittelbaren Nähe der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls (5) in der oder den Taschen (4) einstellen, vermieden werden und entsprechend einem vorbestimmten Gesetz in der Masse des schmelzflüssigen Materials (2) der Strom verteilt wird, der durch die Elektroden aus schmelzflüssigem Metall (5) in diese Masse (2) eingeleitet wurde.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung (11; 13, 14; 15) aus einem leitenden Element besteht, das zugleich in das geschmolzene Metall (5) der feuerfesten Tasche (4) und in die Masse des geschmolzenen Materials (2) der Wanne (1)

eintaucht. ......

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung (13, 14) dargestellt ist durch die Schwelle (12), die die Tasche (4) mit der Wanne (1) verbindet, und durch einen an die Schwelle (12) angrenzenden Teil (13,14) der Wandungen der Tasche und der Wanne.

4. Vorrichtung nach· Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung aus

einem Stück (15) in Form eines umgekehrten U besteht, dessen vertikale Schenkel in das geschmolzene Metall (5) in der Tasche (4) bzw. in das geschmolzene Material (2) der Wanne (1) eintauchen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Teil des U-förmigen Stückes (15) sich unter der Oberfläche des geschmolzenen Materials (2) befindet.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen Iy 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Teil des U-förmigen Stückes (15) gleichzeitig die Schwelle bildet, die die feuerfeste Tasche (4) mit der Wanne (1) verbindet.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der leitenden Verbindung (11; 13, 14; 15), der in die Wanne (1) eintaucht oder einen Teil davon ausmacht, eine Länge,

eine Form und verschiedene Querschnitte haben kann im Hinblick auf die Erzielung einer Stromverteilung im geschmolzenen Material nach einem vorbestimmten Gesetz.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Herstellung der leiten-

den Verbindung (11; 13, 14; 15) verwendete Material ein feuerfestes Metalloxyd ist, das nicht mit dem Glas reagiert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das für die leitende Verbindung (11; 13, 14; 15) verwendete Material Zinnoxyd SnO₂ ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 645/41