DE1014716B - Halterung fuer Elektroden und sonstige Eintauchkoerper an Schmelzwannen, insbesondere an Glasschmelzwannen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Schmelzen von Glas und ähnlichen Stoffen (wie Emails, Schlacken, Tonerde, Salzen und sonstigen überwiegend oxydischen Stoffen) werden häufig mit unmittelbarem Stromdurchgang betrieben. Zu diesem Zweck werden die Schmelzwannen mit Elektroden ausgerüstet, die in die Schmelze hineinragen. Man läßt außer Elektroden auch andere Gegenstände, wie Thermoelemente zur Temperaturmessung, Schwimmkörper zur Messung der Höhe des Schmelzenspiegels, in die Schmelze hineintauchen oder, allgemein gesprochen, in die Schmelze hineingreifen. Da das Material dieser Gegenstände bei hoher Temperatur nicht oder nur schlecht gegen den Sauerstoff der Luft beständig ist, und zwar hauptsächlich im Bereich der Grenzzone der Schmelze (Spiegelzone oder Grenzzone zwischen Schmelze und der Seitenwandung oder Bodenwandung der Schmelzwannen), sind die genannten Gegenstände (im folgenden kurz »Eintauchkörper« genannt) — wie Elektroden, Thermoelemente, Schwimmerkörper u. dgl. — einem starken Verbrauch unterworfen. Zugleich verunreinigen die entstehenden Oxydationsprodukte gemeinsam mit dem Zunder der Halterung die Schmelze.

Zwar sind schon Vorschläge, Elektroden an der Stelle ihres Überganges in die Glasschmelze vor dem Angriff des dort vorhandenen Sauerstoffs der Luft zu schützen, bekanntgeworden. Nach einem dieser Vorschläge soll die in eine Glasschmelze eintauchende Elektrode an der Übergangsstelle eng mit einem Schutzkörper umschlossen und dieser mit Wasser oder Luft gekühlt werden. Es gelingt im allgemeinen nicht, einen solchen eng anschließenden Schutzkörper über eine längere Betriebsdauer dicht zu halten. Infolgedessen wird schließlich die Elektrode doch vom Sauerstoff der Luft angegriffen.

Nach einem anderen Vorschlag wird die Elektrode im Bereich der Übergangsstelle mit einem Mantel aus Glaspulver umgeben. Beim Anheizen wird in diese poröse Masse Stickstoff oder ein sonstiges inertes Gas hineingedrückt, bis das Glaspulver geschmolzen ist. Dies führt zu einer festen Verbindung der Elektrodenhalterung mit der Wandung der Schmelzwanne, so daß die Elektrodenhalterung späterhin nicht oder nur mit Schwierigkeiten ausgebaut werden kann. Beim Schmelzen des Glaspulvers tritt aber auch ein Schwin- 4-5 den der Glasmasse ein. Es ist daher nicht gewährleistet, daß kein Sauerstoff an die Elektrode herantritt.

Demgegenüber wird durch die Erfindung erreicht, daß die Halterung des Eintauchkörpers jederzeit von der Wandung der Glasschmelze gelöst werden kann, daß sie aber andererseits einen vollkommenen Schutz gegen Oxydation an der Übergangsstelle zur Glasschmelze hin erfährt.

Halterung für Elektroden
und sonstige Eintauchkörper

an Schmelzwannen,
insbesondere an Glasschmelzwannen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Walter Hänlein und Hans-Joachim Müller,

Erlangen,
sind als Erfinder genannt worden

Die Lösung besteht darin, daß die Halterung des einzelnen Eintauchkörpers mit Abstand von der Schmelze angebracht ist und eine Ringdüse aufweist zur Erzeugung eines Schutzgasmantels um den in die Schmelze eingreifenden Gegenstand an der Übergangsstelle zwischen Schmelze und Halterung.

Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erste Ausführung einer Elektrode mit Halterung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel,

Fig. 3, 4 und 5 je einen Längsschnitt durch eine Schmelzwanne mit der neuen Anordnung der Elektroden und ihrer Halterung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Schmelzwanne gemäß Fig. 3 mit dem Schaltschema.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 besteht die Halterung für die Elektrode 1 aus einem zylindrischen Hohlkörper 2, der ·—■ der besseren Herstellung wegen — aus drei Teilen 2 a, 2b, 2c zusammengesetzt ist. Die drei genannten Teile und ebenso die eingesetzten Rohrstutzen sind durch Schweißverbindungen miteinander fest verbunden. Der auf beiden Stirnseiten geschlossene Körper 2 weist im Innern eine Schürze 2d auf; zwischen ihr und der Außenwandung des Körpers 2 ist ein Ringspalt bzw. ein Zylinderspalt gebildet, der zur einen Stirnseite des Körpers 2 hin offen ist und hier mit dem von der Schürze 2 d umschlossenen Innenraum des Körpers 2 in Verbindung steht. An diesen Innenraum ist der in den Körper 2

709 659/178

eingesetzte Rohrstutzen 3 angeschlossen.. Mit dem ein Zylinderspalt zur Zuführung des Schutzgases er-Zylinderspalt steht der in den Körper 2 eingesetzte gibt. Dieses wird über einen Rohrstutzen 15 zugeleitet, Rohrstutzen 4 in Verbindung. Durch diesen Rohr- der seinerseits an eine Hohlkappe 16 angeschlossen ist. stutzen 4 wird während des Betriebes Kühlwasser Diese ist auf das äußere Ende des Rohransatzes 12/ oder ein sonstiges Kühlmittel zugeleitet, das über den 5 aufgesetzt und läßt durch ihre Stirnwand das Rohr 14 Zylinderspalt in den Innenraum des Körpers 2 hineinfließt und über den Rohrstutzen 3 abläuft. Es wird so
eine gute Kühlung der Halterung 2 herbeigeführt, und
zwar vor allem in denr-'Bereich, der der Schmelze zu-

hindurchtreten. Durch die in der Zeichnung angedeuteten Schweißverbindungen ist die erforderliche Abdichtung herbeigeführt. Zwischen dem Teil 12 c und der Elektrode 11 ist bei 17 wieder eine Ringdüse gegewandt ist. "■"■;■ ¹⁰ bildet. Sie steht durch drei zueinander um je 120° Der Halter 2 besitzt bei 2 e eine Anschlußfahne für versetzte Längskanäle 17a, die in die Elektrode 11, das Kabel zur Zuleitung des elektrischen Stromes an den Kupferring 13 und den im Durchmesser größer i Elkd 1 Di i gehaltenen Endteil des Rohres 14 eingefräst sind, mit

dem Zylinderkanal zwischen dem Rohr 14 und dein

Hiervon dem Halter 2-getragene Elektrode 1. Diese ist jn den zurückgezogenen Bodente.il der einen Stirn-

E i bi 5 ih

j gg

wand des Halters 2 eingesetzt. Es ist bei 5 zwischen 15 Rohransatz 12/ und dadurch mit dem Rohrstutzen 15 dem Halter 2 und der Elektrode 1 eine Ringdüse ge- in Verbindung. Das über den Rohrstutzen 15 zugebildet, die über drei um 120° gegeneinander versetzte führte Schutzgas tritt aus der Ringdüse 17 aus und

Längskanäle 1 α der Elektrode 1 mit dem Rohr 6 in erzeugt einen SchutzgasmantelM um die Elektrode 11

■Verbindung steht,, das. sich an die. Elektrode 1 an- an der Grenzzone der Schmelze und verhindert da-

schließt. und axial durch den Körper 2 und durch 20 durch an dieser Übergangsstelle die sonst auftretende dessen' zweite Stirnwand hindurchgeführt ist und \ Oxydation der Elektrode 11.

durch Schweißverbindungen mit den beiden Stirn- Die hohl ausgebildete Elektrode 11 besitzt auf

wänden des Körpers 2 dicht verbunden ist. Über das ihrem in die Schmelze hineinragenden Teil siebartig

Rohr 6 wird ein Schutzgas, z. B. Wasserstoff, zu- angebrachte Öffnungen 11 α. Über das Rohr 14 wird

geleitet, das durch die Kanäle 1 a und die Ringdüse 5 25 der Elektrode 11 mit einem hinreichenden Druck

austritt und hier, d. hu ■ an der Übergangsstelle zwi- ,·.. Wasserstoff (H₂) zugeleitet, der über die öffnungen

sehen der Halterung und der Elektrode und damit an 11a in die Schmelze eintritt zu dem obenerwähnten

der Grenzzone der Schmelze, eine nichtoxydierende Zweck. Allgemein ist die gezeigte Elektrode mit Hail-f"

Atmosphäre oder, anders gesagt, einen Schutzgas- terung dazu geeignet, jedes beliebige Gas in die

mantel um die Elektrode 1 erzeugt. Der Deutlichkeit 30 Schmelze einzuführen, je nachdem, wie das Schmelz-

halber ist in Fig. 1 die Grenzfläche zwischen der verfahren betrieben und zu welchem Zweck= -i^riPipe-

jSchmelzwanne und der in ihr befindlichen Schmelze stimmtes Gas in die Schmelze einzuführen ist. ■■;,. ;

aus Glas od. dgl. bei 7 angedeutet. Durch den mit Zur Kühlung der Halterung und des von ihr err

Hilfe der Ringdüse 5 erzeugten Schutzgasmantel M faßten Teiles der Elektrode ist in den Körper 12 ein >

an der genannten Übergangsstelle wird verhindert, 35 Rohr 18 eingeführt, über das Kühlwasser oder ein

daß die Elektrode hier oxydiert. Es ist damit die sonstiges Kühlmittel zugeführt wird. Das Rohr 18 ist

sonst, auftretende Schwierigkeit auf verhältnismäßig durch die eine Stirnwand des Halters 12 hindurch-r

einfachem Wege beseitigt. geführt und mit ihr durch eine Schweißverbindung

Fig. 2 zeigt eine etwas andere Ausführung, bei der dicht verbunden und nahe bis an die der Schmelze

als Schutzgas reiner Wasserstoff benutzt wird und bei 4° zugewandte Stirnwand herangeführt, so daß das ein-

der zugleich dieser Wasserstoff oder ein anderes Gas tretende Kühlmittel vor allem den der Hitze atm

-über Öffnungen der Elektrode in die Schmelze selbst meisten ausgesetzten Teil der Halterung 12 kühlt. Zur

eingeführt wird. Diese Ausführung ist z. B. für den Ableitung des Kühlwassers dient der Rohrstutzen 19,

Fall gedacht, daß die Schmelze aus Quarz besteht der über die Bohrung 20 mit dem Zylinderraum des

und zur Bildung von äußerst feinkörnigen Quarzteil- 45 Halters 12 in Verbindung steht und mit Hilfe einer

chen verdampft werden soll und zu diesem Zweck Schweißverbindung dicht in den Teil 12 a- eingesetzt mit Hilfe des Wasserstoffes der Quarz (SiO₂) zunächst zu SiO und/oder Si reduziert wird, da dieses
sich verhältnismäßig leicht bei den hier in Betracht

kommenden Temperaturen von 2000 bis 2200° C ver- 50 dampfen läßt, was unmittelbar für Quarz (SiO₂) nicht SO d/ S di bi

gilt. Das verdampfte SiO und/oder Si oxydiert bei der Berührung mit der über der Schmelze befindlichen Luft oder Sauerstoff atmosphäre zu SiO₂ auf und wird dann abgesaugt und niedergeschlagen.

Die Elektrode ist in Fig. 2 mit 11 bezeichnet. Der Halter 12 besteht wieder aus einem zylindrischen Körper, der aus drei Teilen 12a, YIb, YIc zusammengesetzt ist. Von diesen drei durch Schweißverbindun-

ist. Der Zeichnung nach scheinen sich die beiden Rohrr stutzen 15 und 19 zu kreuzen. Sie sind jedoch bei der praktischen Ausführung gegeneinander versetzt.

Wird als Schutzgas H₂ verwendet, so könnte man auf den Rohrstutzen 15 verzichten und das Schutzgas, das aus der Ringdüse 17 austritt, unmittelbar aus dem Rohr 14 in die Längskanäle 17 a eintreten lassen. Aber auch für den Fall, daß das der Schmelze zugeführte 55 Gas zugleich als Schutzgas benutzt wird, hat die dargestellte getrennte Zuführung den Vorteil, daß man den Druck für den aus der Ringdüse austretenden Anteil und ebenso den Druck für den aus den öffnungen 11 α austretenden Anteil je für sich gesondert den

gen miteinander dicht verbundenen Teilen setzt sich 60 jeweiligen Gegebenheiten anpassen kann, der Teil 12c in einen zentrischen Rohransatz 12/ fort, Die Stromzuführung an die Elektrode 11 kann in

der durch den die eine Stirnwand des Halters 12 bekannter Weise erfolgen, z. B. über die an den Halter bildenden Teil 12 a, hindurchgeführt und durch eine 12 angesetzte Anschlußöse 21. ;

Schweißverbindung dicht mit ihm verbunden ist. In Der Deutlichkeit halber ist in Fig. 2 die Grenzfläche

den Rohransatz 12/ ist die Elektroden eingesetzt. 65 zwischen der Wandung der Schmelzwanne und der An sie schließt sich über einen der besseren Verbin- Schmelze bei 22 angedeutet. Damit aber auch im dung und Abdichtung dienenden Kupferring 13 ein übrigen die Verwendung der Halterung nach Fig. 1 Rohr 14 an, das den Rohransatz 12/ koaxial durch- oder 2 deutlich werde, sind in den Fig. 3 bis 6, mehr . dringt und in seinem Durchmesser so gehalten ist, daß oder weniger schematisch, einige Anordnungen sich zwischen dem Rohransatz 12/ und dem Rohr 14 70 gestellt. Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind i

Seitenwandungen der Schmelzwanne 30 vier Elektroden 31 bis 34 eingesetzt. Die Halterungen dieser Elektroden sind bei 31 α bis 34 α gezeigt. Diese Halterungen sind gemäß Fig. 1 oder 2 ausgebildet. Das durch den Ringspalt austretende Schutzgas, erzeugt einen Schutzgasmantel M, so daß die jeweilige Elektrode an der Übergangsstelle zwischen ihr und der Halterung oder, was hier das gleiche bedeutet, an der Grenzzone der Schmelze, d. h. also an der Eintrittsstelle der Elektrode in die Schmelze, durch den Schutzgasmantel gegen Oxydieren geschützt ist.

Die Ausführung nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 nur dadurch, daß die Elektroden 41 bis 44 in den Boden der hier mit 40 bezeichneten Schmelzwänne eingesetzt sind.

Schließlich tauchen bei der Ausführung nach Fig. 5 die Elektroden 51 bis 54 der hier mit 50 bezeichneten Schmelzwanne von oben in die Schmelze ein und werden zu diesem Zweck von Haltern 51 c, 54 c getragen.

In Fig. 6 ist gezeigt, wie die Elektroden der Ausführung nach Fig. 3 an die mit 35 bezeichnete Wechselstromquelle angeschlossen sein können,

Es waren bei der Beschreibung der Fig. 3 bis 5 jeweils vier Elektroden angenommen. Je nach der Größe der Wanne können auch mehr oder weniger Elektroden benutzt werden. Ebenso können die Elektroden, die dann in entsprechender Zahl vorgesehen werden, an eine Drehstromquelle angeschlossen werden. Hierbei wird die Wanne vorzugsweise im Querschnitt sechseckig ausgebildet, wie das an sich bekannt ist. Die Schmelzwannen werden aus Schamotte oder einem sonstigen feuerbeständigen Stoff hergestellt, was, ebenso wie die sonstigen Einzelheiten der Schmelzwannen, an sich bekannt ist.

Die Ausführung nach Fig. S kommt im allgemeinen nur bei sehr großen Schmelzwannen in Betracht, bei denen der Spiegel der Schmelze im wesentlichen auf konstanter Höhe gehalten wird.

Es ist schon oben erwähnt, daß die neue Anordnung bzw. neue Halterung nicht nur bei Glasschmelzen oder Quarzschmelzen, sondern auch für ähnliche Stoffe in Betracht kommt.

Die in die Schmelze eintauchenden Elektroden können z. B. aus Wolfram, aus Tantal oder einem anderen je nach der Art der Schmelze geeigneten Stoff bestehen. Für Glas- und Ouarzschmelzen kommen insbesondere'Molybdänelektroden in Betracht.

Die neue Halterung ist oben beschrieben im Zusammenhang mit Elektroden. Es ist aber klar, daß sie mit gleichem Vorteil benutzt werden kann zur Halterung von Thermoelementen, von Schwimmern zur Messung der Höhe des Schmelzenspiegels und überhaupt für alle metallischen Gegenstände, die in die Schmelze hineinragen (seitlich, von unten oder von oben).

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Halterung für Elektroden und sonstige Eintauchkörper an Schmelzwannen, insbesondere an Glasschmelzwanne^ dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung des einzelnen Eintauchkörpers (1; 11) mit Abstand von der Schmelze angebracht ist und eine Ringdüse (5; 17) aufweist zur Erzeugung eines Schutzgasmantels um den Eintauchkörper (1; 11) an der Übergangsstelle zwischen Halterung und Schmelze.

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung des Eintauchkörpers an der der Schmelze zugewandten Stirnwand so eingezogen ist, daß ein Ringspalt (5; 17) zwischen Eintauchkörper (1; 11) und Halterung entsteht und daß dieser Ringspalt mit der Zuleitung des Schutzgases verbunden ist.

3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Durchleitung eines Kühlmittels, z. B. Kühlwassers, Kanäle aufweist oder als Hohlkörper ausgebildet ist.

4. Halterung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdüse (5; 17) an ein den Hohlraum der Halterung durchsetzendes Rohr (6; 12/) angeschlossen ist, das zur Zuleitung des Schutzgases dient.

5. Halterung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12/) zum Speisen der Ringdüse (17) seinerseits von einem Rohr (14) durchsetzt ist, das mit dem — hier hohl ausgebildeten — Eintauchkörper (11) verbunden ist und zur Zuleitung eines Gases in die Schmelze dient.

6. Halterung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem zylindrischen Hohlkörper (12) besteht mit einem an den Hohlraum anschließenden, durch eine Schürze (2d) gebildeten Zylinderspalt und daß in diesen Zylinderspalt, nahe seinem geschlossenen Ende, der eine Anschlußstutzen (4) und in den von der Schürze umschlossenen Hohlraum — ebenfalls auf dem dem offenen Ende des Zylinderspaltes abgewandten Ende — der andere Anschlußstutzen (3) für den Kühlmitteldurchfluß führt.

7. Halterung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem zylindrischen Hohlkörper (12) besteht, der über zwei an der einen bzw. an der anderen Stirnwand endende Stutzen (18, 19) an den Kühlmitteldurchfluß anschließbar ist (Fig. 2).

8. Halterung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mehreren Teilen, im wesentlichen einem Mantelteil (2b;12b) und zwei Stirnwandteilen (2 a, 2 c; 12 a, 12 c) unter Verwendung von Schweißverbindungen zusammengesetzt ist.

9. Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Elektrode (1; 11) oder der sonstige Eintauchkörper aus Molybdän besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 807 312;
britische Patentschrift Nr. 689 584.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 659/178 8.57