FI58977B - Foerfarande foer att skydda foer smaeltugnar avsedda metallupphettningselektroder under anvaendning av likstroem och anordning foer tillaempning av detta foerfarande - Google Patents

Description

mi ,h\ KUULUTUSJULKAISU

JÖä ™ *11* UTLAGGNINOSSKRIFT 5 8 9 7 7 yjjsft C Patentti tayänn/· i.by il 05 1931 • aSS w Patent raeddelat (S1) Kv.ik.Va3 F 27 D 11/10 // C 03 B 5/02 SUOMI —FINLAND (21) 751198 (22) HaktmtepUvt — Ameknlngadig 22.0k. 75 * * (23) Alkuplivt—GIM|ti«adag 22.0U.75 (41) Tullut |ulklwk»l — Bllvlt offantiif 07 11 75 rs* t "‘ϊ'ΐίΤΤ" <«>N«—ta-(.MJ**.,»-

Patant- och rcglttaratyralaan ’ Antöktn uti»|d oeh uti.ikrMtm public·»* 30.01.8l

(32)(33)(31) trr4**r ·οκΛ·μ—««gird priorltat 06.05.7U Täekkoslo vakia-T jeckos1ovakien(CS) PV 32UO-7U

(71) Statni v^zkumnjr tlstav sklafskir, Hradec Krälovl, TSekkoslovakia-Tj eckoSlovakien(CS) (72) Vaclav Susser, Hradec Kralove, Zdenek Habrman, Hradec Kralove,

Ivan Lädr, Hradec Kralove, Täekkoslovakia-Tjeckoslovakien(CS) (7U) Leitzinger Oy (5U) Menetelmä sulatusuuneja varten tarkoitettujen metallikuumennuselektro-dien suojaamiseksi käyttäen tasavirtaa ja laite tämän menetelmän toteuttamiseksi - Förfarande för att skydda för smältugnar avsedda metallupp-hettningselektroder under användning av likström, och anordning för tillämpning av detta förfarande Tämän keksinnön kohteena on menetelmä sulatusuuneja varten tarkoitettujen metallikuumennuselektrodien suojaamiseksi tasavirtaa käyttäen ionien, ennen kaikkea kationien pelkistymistä vastaan, joita silikaat-tisulate sisältää, jolloin tasavi-talähteen positiivinen napa on kytketty kuumennuselektrodeihin ja negatiivinen napa ainakin yhteen apuelektrodiin sekä laite menetelmän toteuttamiseksi, jossa laitteessa on metallikuumennuselektrodit, jotka on kytketty vaihtovirtaläh-teeseen ja tasavirtalähteen positiiviseen napaan ja jossa on ainakin yksi apuelektrodi, joka on kytketty tasavirtalähteen negatiiviseen napaan.

Nykyään suoritetaan silikaattien sähkösulatus sähkövirran suoraa läpimenoa käyttäen vallitsevasti metallikuumennuselektrodeilla, ennen kaikkea molybdeenielektrodeilla.

Jos sulatteessa on mitä tahansa kationeja, kuten esimerkiksi lyijyä, jota käytetään lyijykristallilasin aineosana, arseenia ja antimonia, joita käytetään lasin sulatuksessa selkeytysaineina, rautaa, jota esimerkiksi basaltti sisältää, nikkeliä, jota käytetään mustasula-tetta varten tai kuparia, kromia ja mangaania, joita käytetään värin lisäaineina, niin sulatuksen aikana tapahtuu reaktio kuumennuselektro- 2 5 8 9 7 7 din metallin kanssa sulatteen väkevyyden mukaan ja sulatettaessa kuu-mennuselektrodeilla metallisessa muodossa erottumiseen saakka. Reaktion johdosta kuumennuselektrodin aine syöpyy ja mahdollisesti erottunut metalli virtaa uunin pohjalle, jonne se kerääntyy, syövyttää pohjaa ja myöskin pilaa sulatteen värillisillä juomuilla, jotka myöskin voivat aiheuttaa suurentuneen rakkulain muodostumisen. Näiden katkoneiden kohonneilla väkevyyksillä sulatteessa, joiden suuruus on esi-+ 2 merkiksi Pb , syöpyminen ja metallina erottuminen on niin voimakasta, että sähkösulattaminen tulee käyttöön nähden sopimattomaksi tai on käytettävä muita kuin metallielektrodeja, joilla on tiettyjä epäkohtia .

Jo kauan on tunnettu sähkökemiallinen menetelmä, jossa katodipolari-soinnin avulla voidaan suojata syöpymiseltä putkia, kaapeleita, laivoja ja muita esineitä. Tässä tapauksessa suojatut esineet ovat elektronien johtimia ja ratkaisun elektrolyyttiset ominaisuudet, mahdollisesti syöpymisen kulku, ovat tunnettuja.

Tunnetaan myöskin menetelmiä kuumankestävien uuniaineiden suojaamiseksi, jotka ovat ionijohtimia. Ranskalaisen patetntijulkaisun 994.796 mukaan sulatuslaitteiston kuumankestävään seinämään on liitetty tasavirtalähteen positiivinen napa ja sen negatiivinen napa on liitetty grafiittikuumennuselektrodeihin. Ranskalaisen patenttijulkaisun 1.126.690 mukaan voidaan osat, jotka tulevat kosketukseen lasimassan kanssa, kuten läpivirtauselimet, uimurit, sekoituselimet, annostelue1imet ja sen tapaiset, suojata syöpymistä vastaan lasimassalla siten, että tasavirta kerrostetaan kuumennusvaihtovirran kanssa, jolloin tasavirtalähteen negatiivinen napa kytketään suojattavaan osaan ja sen positiivinen napa yhteen tai useampaan platinaa tai muuta lasimassaa kestävää ainetta olevaan apuelektrodiin.

Eräs toinen ratkaisu on esitetty ranskalisessa patenttijulkaisussa 1.277.999, jonka mukaan luodaan sellaiset edellytykset, että kuuman-kestävän aineen ja platinaa, molybdeenia tai terästä olevan apuelektro-din välillä lasimassan kautta virtaa polarointivirta elektrodista suojattavaan kappaleeseen. DDR-patenttijulkaisun 64.845 mukaisessa menetelmässä käytetään hyväksi sitä seikkaa, että kytkettäessä tasavirta-lähde kuumanekstävän aineen ja metalliapualektrodin välille, muodostuu ylimenokerros tasasuuntausvaikutuksella niin, että sähkövirta voi kulkea ainoastaan yhteen suuntaan ja nimenomaan sulatteesta kuumankestävään aineeseen. Jos tasavirtalähde kytketään tätä venttii- 3 58977 liä vastaan, ts. positiivinen napa kuumankestävään aineeseen ja negatiivinen napa metalliapuelektrodiin, voi ainoastaan hyvin pieni virta kulkea läpi, joka kuitenkin pystyy muuttamaan kuumankestävän aineen potentiaalin yhdessä kohdassa vähäisellä syöpymisellä. Vastakkaisella napaisuudella saadaan suojavaikutus myöskin siten, että rajakerroksessa kaksi vastakkaista virtaa kompensoi lasimassan ja syntyy lärapögra- dienttien aiheuttama tavanomainen virtaus sekä pienillä virran tiheyk-2 sillä, 3 mA/cm kuumankestävän aineen polarisoitumisen aiheuttama tavanomainen lasivirtaus.

Mainituissa menetelmissä edellytetään, että suojattavat osat on varustettu johtavaa ainetta, esimerkiksi metallia, grafiittia, MgO:ta,

SiC:tä ja sen tapaista olevilla päällysteillä ja soveltuvat ennen kaikkea sähköä riittävästi johtavan aineen, varsinkin sähköisesti sulatetun, valetun, kuumankestävän, A^O^, ZrOjieen perustuvan aineen suojaamiseen. Lisäksi syntyy virran tiheydellä yli 1 mA/cm2 metalli-johtimien ja kuumankestävän aineen kosketuskohdassa sähkövirran vaikutuksesta kuumankestävän aineen syöpymistä ja apuelektrodien sekä sulatteen kosketuskohdassa syntyy lisäksi sulatteen elektrolyyttistä hajoamista, mikä ilmenee rakkuloiden muodostumisena. Tämän epäkohdan poistavat tshekkoslovakialaisten patenttien 136.876 ja 136.877 mukaiset menetelmät shamottiaineen suojaamiseksi virralla, jonka tiheys on 2 pienempi kuin 1 mA/cm , jolloin johtavat elimet on liitetty lasin ylimenokerrokseen, joka syntyy kuumankestävän aineen ja sulatteen kosketuskohdassa. Tshekkoslovakialaisen patenttijulkaisun 132.309 mukainen menetelmä ratkaisee kuumankestävien aineiden suojauksen maatetulla metallipäällysteellä.

Mainittujen menetelmien tarkoituksena on estää oksidien erottuminen kuumankestävään aineeseen ja niiden sulatteeseen siirtyminen. Kuitenkaan mikään näistä menetelmistä ei pysty estämään ioneiden, ennen kaikkea kationeiden pelkistymistä sulatteesta kuumennuselektrodeilla.

Edelleen tunnetaan elektrodien suojausmenetelmiä tasavirran avulla. Ranskalaisen patenttijulkaisun 982.980 mukaan elektrodit kytketään vaihtovirtalähteeseen ja tasavirtapiiriin, jolloin ne toimivat anodeina ja tasavirtapiirissä on välineet vaihtovirran läpikulun estämiseksi. Tämä menetelmä soveltuu grafiittielektrodeille ja sen tarkoituksena on ennen kaikkea estää sulatteiden, varsinkin borosili-kaattisulatteiden värin muuttuminen elektrodien vaikutuksesta. Lopuksi 58977 on tunnettu USA-patenttijulkaisun 3.530.221 mukainen menetelmä kuumennuselektrodien suojaamiseksi/ jonka mukaan tasavirtalähteen toinen napa on kytketty elektrodiryhmään, jotka elektrodit on tehty anioneihin nähden kestävästä aineesta ja toinen napa kationeihin nähden kestävästä aineesta tehtyjen elektrodien sarjaan. Positiiviset elektrodit ovat esimerkiksi tinadioksidia tai platinaa, negatiiviset molybdeeniä tai grafiittia. Mutta myöskään tämän menetelmän mukaan ei voida estää ionien pelkistymistä metallikuumennuselektrodeilla.

Tämä saavutetaan esillä olevan keksinnön mukaan siten, että tasavir-ralla sulattamisen aikana lämpötilasta ja sulatteen koostumuksesta sekä kuumennusvaihtovirran virrantiheydestä riippuen aikaansaadaan kuumennuselektrodeilla passivoimiskerros, jonka ominaissähkövastus on suurempi kuin sulatteen vastus. Edullisesti tasavirran tiheys pidetään samana eri elektrodeilla ja niiden pituudella. Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella laitteella, jolle on tunnusomaista se, että apuelektrodi on ainetta, jonka elektrodipotentiaali kyseessä olevassa sulatteessa on positiivisempi kuin kationin erotuspoten-tiaali, joka pystyy pelkistämään sulatteesta ja että kuumennuselektrodien aineen elektrodipotentiaalin erotuksen absoluuttinen arvo on pienempi kuin kationin erotuspotentiaalin, joka pystyy pelkistämään sulatteesta ja apuelektrodin aineen elektrodipotentiaalin absoluuttinen arvo. Edullisesti sulatusuunin kuumankestävä seinämä muodostaa apuelektrodin.

Kerrostamalla tasavirta kuumennusvaihtovirran kanssa keksinnön mukaisissa olosuhteissa sulatteessa olevien metallikuumennuselektrodien pinnalle muodostuu suojakerrokset, joilla ei ole mitään tasasuuntaus-vaikutusta läpikulkevaan virtaan nähden ja jotka pystyvät tasavirran jatkuvalla vaikutuksella uusiutumaan ja estämään ionien pelkistymisen, ennen kaikkea kationien pelkistymisen metallikuumennuselektrodeilla. Säilyttämällä tämän keksinnön mukaan potentiaalisuhde-ehdot estyy myöskin kationien pelkistyminen apuelektrodilla. Tämän ansiosta elektrodien kestoaika pitenee ja tulee mahdolliseksi lasimassojen sekä muiden näihin saakka muuten kuin sähköisesti sulatettujen aineiden sähköllä sulatus, jolloin vältetään sähköllä sulattamisessa esiintyp vät vaikeudet. Kytkemällä kuumankestävään uunin seinään tasavirtalähteen negatiivinen napa aikaansaadaan rakenteen yksinkertaistuminen, samalla kun varmistetaan tasavirran tasainen tiheys kuumennuselektrodeilla.

5 58977

Keksinnön mukaisen laitteen eräs esimerkki on esitetty kaaviollisesti oheisessa piirustuksessa, jolloin:

Kuvio 1 esittää uunin aksiaalista leikkausta ja kuvio 2 esittää uunin vaakasuoraa leikkausta kuumennus- ja apuelektro-dien kytkentöineen.

Kuumankestävää sulatettua ainetta, joka perustuu yhdisteisiin Al203 ja/tai ZrC>2 olevaan sulatusaltaaseen 1 on sovitettu kuusi molybdeeniä olevaa kuumennusleketrodia 2. Sulatusaltaan 1 sivuseinät, joihin on liitetty kuumankestävää ainetta, esimerkiksi nikkeliä olevat syöttö-johdot 4, muodostavat apuelektrodin 3. Sulatusaltaan 1 sivuseinien ei tarvitse olla apuelektrodeja, vaan nämä voivat olla erilaista ainetta, kuten esimerkiksi nikkeliä, tinadioksidia ja sen tapaista sekä voivat olla sovitetut välittömästi sulatteeseen pääasiallisesti samoin etäisyyksin jokaisesta kuumennuselektrodista 2. Kuumennuselektrodit 2 on liitetty hehkutusmuuntajien 5 toisiokäämeihin 6. Toisio-käämeissä on keskiulosotot. Syöttöjohdot 4 on liitetty erotuselimien 7, esimerkiksi induktanssin ja kapasitanssin muodostavan suodattimen välityksellä tasavirtalähteen 8 negatiiviseen napaan. Tasavirtaläh-teen 8 positiivinen napa on liitetty hehkutusmuuntajien 5 toisiokää-mien 6 keskelle.

Esimerkki 1

Kuumankestävää ainetta, jona on A^O^, ZrOj, olevan 2t/24h tehoisen uunin sulatusaltaassa 1 kuumennetaan ja sulatetaan kymmenen molyb-deenikuumennuselektrodin 2 avulla, joiden läpimitta on 50 mm ja jotka on upotettu 70 cr.t lasimassaan, lyijykristallilasia, joka sisältää 24 % PbO:ta. Kun järjestelmään johdetaan tasavirta, jonka voimakkuus on 18 A, kuumennuselektrodien 2 pinnalle muodostuu passivoimiskerros, jonka muodostuminen ilmenee kuumennuselektrodien 2 välisen vastuksen suurenemisena noin 10 %. Pb:n erotuspotentiaali tässä sulatteessa lämpötilassa 1350°C on -0,2 V, molybdeenielektronien elektrodipo-tentiaali tässä lämpötilassa on -0,58 V ja sen kuumankestävän aineen elektrodipotentiaali lämpötilassa 1350°C, joka muodostaa apuelektrodit 3, on +0,6 V. Syöttöjohdot 4 ovat nikkeliä ja liitetyt sivuseiniin 3, jotka muodostavat apuelektrodin niin, että esiintyy mahdollisimman pieni ylimenovastus.

58977 6

Esimerkki 2 Tämä esimerkki on esimerkin 1 kanssa muuten yhdenmukainen, mutta sillä eroavaisuudella, että uunissa 1, jonka teho on 2t/24 h, sulatetaan lämpötilassa 1400°C lyijytöntä natrium-kaliumkristalli-lasia, joka sisältää väriaineena 0,7 % CuO:ta. Jos järjestelmän läpi virtaa voimakkuudeltaan IA:n tasavirta, kuumennuselektrodien 2 pinnalle muodostuu passivoimiskerros, jonka muodostuminen ilmenee kuumennuselektrodien 2 välisen vastuksen suurenemisena noin 3 %. Cu:n erotuspotentiaali natrium-kaliumlasisulatteessa lämpötilassa 1400°C on -0,4 V. Mo:n elektrodipotentiaali natrium-kaliumsulatteessa CuO:lla värjättynä lämpötilassa 1400°C on -0,65 V ja sen kuumankestävän aineen elektrodipotentiaali, josta apuelektrodi 3 on tehty, lämpötilassa 1400°C on +0,48 V.

Esimerkki 3

Si02:een perustuvaa kuumankestävää ainetta olevassa, 6t/24 h tehoisessa sulatusaltaassa sulatetaan 50 mm:n läpimittaisten ja 35 cm sulatteeseen upotettujen molybdeenikuumennuselektrodien avulla mustaa sulatetta emalioimista varten, joka sisältää 1,5 % NiO:ta, syöttötehon ollessa 350 - 370 KW kuumennuselektrodeilla. Kun kuumennuselektrodei-hin 2 ja nikkeliapuelektrodeihin 3 johdetaan 5A:n suuruinen tasavirta, muodostuu kuumennuselektrodeille 2 passivoimiskerros, jonka muodostuminen ilmenee kuumennuselektrodien 2 välisen vastuksen 4-prosentti-sesta noususta. Nikkelin erottumispotentiaali tässä sulatteessa on -0,5 V, molybdeeniä olevien kuumennuselektrodien 2 elektrodipotentiaali lämpötilassa 1100°C tässä sulatteessa on -0,6 V ja nikkeliä olevien elektrodien elektrodipotentiaali -0,5 V. Suojausmenetelmän olosuhteet säilyttäen tässä tapauksessa ei tarvitse pitää voimassa elektrodipotentiaalien ja erotuspotentiaalin suhteen säilytysehtoja.

Elektrodeja eniten suojaava tasavirran voimakkuus määrätään tiettyä lasilaatua, teknillisesti sopivaa sulatuslämpötilaa ja kuumennus-elektrodien virtakuormitusta sekä kuumennus- ja apuelektrodeja varten valitun aineen ominaiskäyrien perusteella, jotka saadaan sarjalla elektrodien syöpymisasteen ja tasavirran voimakkuuden mittauksia. Elektrodipotentiaalit ja erotuspotentiaalit mitataan kyseessä olevaa lasilaatua ja lämpötilaa varten tarkoitettuun platinamittaelektrodiin nähden.

Claims (3)

7 58977

1. Menetelmä sulatusuuneja varten tarkoitettujen metallikuumennus-elektrodien suojaamiseksi tasavirtaa käyttäen ionien, ennen kaikkea kationien pelkistymistä vastaan, joita silikaattisulate sisältää, jolloin tasavirtalähteen positiivinen napa on kytketty kuumennus-elektrodeihin ja negatiivinen napa ainakin yhteen apuelektrodiin, tunnettu siitä, että tasavirralla sulattamisen aikana lämpötilasta ja sulatteen koostumuksesta sekä kuumennusvaihtovirran virrantiheydestä riippuen aikaansaadaan kuumennuselektrodeilla passi-voimiskerros, jonka ominaissähkövastus on suurempi kuin sulatteen vastus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tasavirran tiheys pidetään samana eri elektrodeilla ja niiden pituudella.

3. Laite patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jossa laitteessa on metallikuumennuselektrodit, jotka on kytketty vaihtovirtalähteeseen ja tasavirtalähteen positiiviseen napaan ja jossa on ainakin yksi apuelektrodi, joka on kytketty tasavirtalähteen negatiiviseen napaan, tunnettu siitä, että apuelektrodi (3) on ainetta, jonka elektrodipotentiaali kyseessä olevassa sulatteessa on positiivisempi kuin kationin erotuspotentiaa-li, joka pystyy pelkistämään sulatteesta ja että kuumennuselektro-dien (2) aineen elektrodipotentiaalin erotuksen absoluuttinen arvo on pienempi kuin kationin erotuspotentiaalin, joka pystyy pelkistämään sulatteesta ja apuelektrodin (3) aineen elektrodipotentiaalin absoluuttinen arvo. 1 Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että uunin (1) kuumankestävä seinämä muodostaa apuelektrodin (3).