DE3033769A1 - Elektrodenbaugruppe - Google Patents

Description

patentanwälte
Menges & Prahl

Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office

Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

-S-

Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr. 12. D-8000 München 5 Dipl.-lng Rolf Menges

Dipl.-Chem.Dr. Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

IhrZeichen/Your ref.

UnserZeichen/Ourref. E 541

Datum/Date 8.9.1980

Emhart Industries, Inc. Farmington, Connecticut, V.St.A.

Elektrodenbaugruppe

Die Erfindung bezieht sich auf Elektrodenhalter und betrifft insbesondere eine Elektrodenbaugruppe zur Verwendung mit einer durch die Seitenwand eines Ofenvorherdes hindurchgeführten Elektrode, die Teil eines elektrischen Stromkreises zum Versorgen des schmelzflüssigen Glases in dem Ofen mit Strom zum Erhitzen mit Strom- oder Joule'scher Wärme ist.

Das Erhitzen mit Stromwärme durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch einen Körper aus schmelzflüssigem Glas ist bei der Glasherstellung bekannt und wird in dem Glasschmelzofen oder in einem Ofenvorherd oft benutzt, um entweder eine Gas- oder Ölheizvorrichtung zu ergänzen oder um sämtliche Energie zu liefern, die zum Schmelzen oder Erhitzen des Glases erforderlich ist. Molybdän wird häufig für Elektroden benutzt, die in das Glas eingetaucht werden müs-

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sen, um dieses Erhitzen mit Stromwärme zu erreichen, und die Elektrode wird gewöhnlich durch ein Loch in der feuerfesten Wand des Ofens so eingeführt, daß ein Teil aus der Ofenwand hervorragt, damit eine elektrische Stromquelle angeschlossen werden kann. Das Glasmaterial selbst bildet zwar eine geeignete Sperrschicht um das Molybdän innerhalb des Vorherdkanals und verhindert eine Oxidation selbst bei Temperaturen oberhalb von 1093 °C, es kommt jedoch zu einer Oxidation in der Zone, in der sich diese Elektroden durch die Seitenwand des heißen Ofens erstrecken und mit Luft bei einer Temperatur von über 399 ⁰C in Berührung sind. Zum Vermeiden einer schnellen Oxidation erfordert die gegenwärtige Praxis irgendeine Art von Fremdkühlung der Elektrode in dieser Zone.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrodenbaugruppe zum Abstützen einer Elektrode in der Seitenwand des Ofens ohne die Notwendigkeit einer solchen Kühlung zu schaffen.

Die Erfindung schafft eine Elektrodenbaugruppe des in dem vorhergehenden Absatz genannten Typs, in der die Molybdänelektrode durch eine warmfeste Legierungsstahlhülse umgeben ist, die Abstand von der Elektrode aufweist, aber an jedem Ende verschlossen ist. Es hat sich gezeigt, daß gewisse Elemente, wie beispielsweise Nickel, dazu neigen, in das Molybdän zu wandern, wenn es eine körperliche Berührung zwischen Legierungsstählen und Molybdän bei Temperaturen oberhalb von 399 ⁰C gibt. Die Erfindung verhindert deshalb diese Wanderungstendenz und verhindert außerdem die Oxidation, die bei bekannten Elektroden auftritt, wenn die Zone der Elektrode, die sich außerhalb des feuerfesten Materials in der Ofenseitenwand befindet, nicht gekühlt wird.

In der Elektrodenbaugruppe nach der Erfindung ist eine rohrförmige Hülse aus warmfestem Legierungsstahl in radialem Abstand von einer insgesamt zylindrischen Molybdänelektrode

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vorgesehen. Das innere Ende dieser Hülse ist durch Erhärten des geschmolzenen Glases in diesem Gebiet verschlossen, und ein warmfestes Keramikdistanzmaterial· stützt die Elektrode am inneren Ende der Hüise ab, so daß das Distanzmaterial und das Glas die Elektrode auf Abstand von dieser Hülse halten. Das äußere Ende der Hülse ist direkt mit dem äußeren Ende der Elektrode durch eine Verschlußkappe aus warmfestem Legierungsstahl verbunden, die außerdem als elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Zuleitungsdraht und der Elektrode selbst dient.

Der Ringraum zwischen der Hüise und der Elektrode ist daher gegenüber der Atmosphäre effektiv verschlossen, mit dem Ergebnis, daß, wenn etwas Sauerstoff in dem Ringraum verblieben ist, dieser durch sehr geringe Anfangsoxidation des Molybdäns schnell verbraucht wird. Die Hülse aus warmfestem Legierungsstahl· hat einen ringförmigen Fians^h an ihrer Aussenseite, so daß die gesamte Eiektrodenbaugruppe durch dem äußeren Ende der Hül·se zugeordnete Druckarme festgespannt werden kann, die eine nach innen gerichtete Schubkraft auf die gesamte Baugruppe ausüben, um die Eiektrode in der gewünschten Position gegenüber der Ofenseitenwand zu halten.

Ein Ausführungsbeispiel· der Erfindung wird im foigenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittansicht des Ofenvorher

des an einem Punkt, wo die Elektrodenbaugruppe in der Seitenwand des Ofens befestigt ist, sowie die langgestreckte Elektrode, die sich in ihrer Längsrichtung durch den Vorherdkanal erstreckt, wobei Teiie weggebrochen dargestellt sind, um den Aufbau der El·ektrodenbaugruppe sichtbar zu machen,

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Fig. 2 eine Schnittansicht insgesamt auf der

Linie 2-2 von Fig. 1 und

Fig. 3 eine Längsschnittansicht durch die Elek

trodenbaugruppe von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Vorherd- oder Speiserkanal 10 für schmelzflüssiges Glas, der aus feuerfestem Material aufgebaut ist, welches die Temperatur des schmelzflüssigen Glases (ungefähr 1093 bis 1316 ⁰C) aushält. Dieser Kanal dient als Leitung für das schmelzflüssige Glas zwischen der Schmelzwanne oder dem Schmelzofen und einem Speiserbecken oder einer anderen Auslaßvorrichtung, die am stromabwärtigen Ende des Kanals vorgesehen ist. Die Schmelzwanne, der Vorherd und der Speiser sind herkömmliche Teile, die hier nicht ausführlich beschrieben zu werden brauchen.

Der feuerfeste Vorherdkanal hat ein sich quer erstreckendes Loch 10a zur Aufnahme der langgestreckten Elektrode 12 und der dieser zugeordneten Hülse 14, die im folgenden noch näher beschrieben ist. Das Loch 10a in der feuerfesten Kanalseitenwand ist Teil eines etwas größeren Loches 16a, das in dem isolierten Teil der Vorherdseitenwand vorgesehen und axial in einer Linie mit dem Loch 10a ist. Das größere Loch 16a, das in dem isolierten Teil 16 der Ofenvorherdseitenwand gebildet ist, ist insbesondere durch ringförmige Isolierblöcke 16b, 16c, 16d und 16e begrenzt. Vorherdkonstruktionen weisen im allgemeinen sowohl feuerfestes Material, in welchem das schmelzflüssige Glas den Vorherd selbst berührt, als auch Isoliermaterial außerhalb des feuerfesten Materials sowie einen metallischen Rahmen auf, der in Fig. 1 mit 18 bezeichnet ist. Der metallischen Rahmen'hält die Isolation 16 und die feuerfesten Teile 10 zusammen.

Der in Fig. 1 gezeigte Ofenvorherd hat also eine Seitenwand, in der ein abgestuftes Loch oder eine abgestufte öffnung (16a und 10a) gebildet ist, wobei die Außenseite des feuerfesten

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Teils 10 eine nach außen weisende Fläche 10b hat, auf die weiter unten in Verbindung mit der zu beschreibenden Elektodenbaugruppe noch näher eingegangen wird.

Es wird nun die Elektrode 12 mit ihrer zugeordneten Hülse 14 ausführlicher beschrieben. Die Elektrode 12 ist, wie zu erkennen, mit dem schmelzflüssigen Glas auf einem wesentlichen Teil ihrer Länge und insbesondere auf ihrem gesamten inneren Teil, der sich gemäß der Darstellung in Fig. 1 durch den Vorherdkanal erstreckt, in Berührung. Es ist charakteristisch für solche Elektroden, insbesondere für diejenigen, die aus einem Molybdänmaterial hergestellt sind, daß Molybdän bei den erhöhten Temperaturen, die für schmelzflüssiges Glas allgemein charakteristisch sind, zum Oxidieren neigt, daß aber das schmelzflüssige Glas diese Oxidation dort verhindert, wo die Elektrode von schmelzflüssigem Glas statt von Luft oder irgendeiner anderen oxidierenden atmosphärischen Umgebung umschlossen ist. Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß die Molybdänelektrode 12 von einer Hülse 14 aus hochwarmfestern Legierungsstahl umgeben ist, die mit Abstand von der Elektrode gehaltert ist, wie es am besten in Fig. 3 zu erkennen ist, damit zwischen der Hülse 14 und der Elektrode 12 ein Ringraum vorhanden ist. Dieser Ringraum wird durch ein warmfestes Keramikseilmaterial gebildet oder begrenzt, beispielsweise durch FIBERFRAX, das von der Carborundum Company hergestellt wird. Das Keramikseilmaterial ist insgesamt mit 20 bezeichnet, befindet sich am inneren Ende der Hülse 14 und ist in diesem Gebiet durch das erhärtete geschmolzene Glas, welches das Material 20 in gewissem Ausmaß durchdringt, luftdicht gemacht. Das äußere Ende der Hülse ist durch eine Verschlußkappe 22 abgestützt, wie es am besten in Fig. 3 zu erkennen ist. Der Ringraum zwischen der Stahlhülse 14 und der Elektrode isoliert nicht nur die die Elektrode umgebende Atmosphäre, um eine übermäßige Oxidation der Molybdänelektrode selbst zu verhindern, sondern dient auch dazu, eine Berührung der Hülse mit der Molybdänelektrode 12 zu verhindern/

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insbesondere mit demjenigen Teil der Elektrode 12, der sich wahrscheinlich auf einer erhöhten Temperatur befinden und der Wanderung von Verunreinigungen von der Stahlhülse 14 aus hochwarmfester Legierung zu der Oberfläche der Molybdänelektrode 12 ausgesetzt sein wird. Es sei beachtet, daß die Elektrode 12 nur in ihrem äußersten Endteil mit dem warmfesten Legierungsstahl der Verschlußkappe in Berührung kommt und daß an dieser Stelle der Elektrode 12 die Temperatur normalerweise deutlich unter den Wert von 399 ⁰C sein wird, bei dem die Wanderung von Verunreinigungsmaterialien in das Molybdän wahrscheinlich ist.

Die Verschlußkappe 14 aus warmfestem Legierungsstahl hat einen ringförmigen Flansch 24 an ihrer Außenseite, der vorzugsweise mit einer Dichtung aus hitzebeständigem Material versehen wird, welches dem Material 20 gleicht, das benutzt wird, um den Zwischenraum zwischen dem inneren Ende der Hülse 14 und der Elektrode 12 auszufüllen. Fig. 1 zeigt eine ringförmige Dichtung 26 aus diesem hochwarmfesten Material, die mit dem schmelzflüssigen Gas in dem Vorherdkanal in Berührung ist, wobei das schmelzflüssige Glas in dem Zwischenraum zwischen der Außenseite der Hülse 14 und der Innenwand des Loches 1Oa des feuerfesten Materials 10 während des normalen Betriebes des Ofenvorherdes erhärtet sein wird.

Gemäß Fig. 1 hat die Hülse 14 aus warmfestem Legierungsstahl zwei diametral gegenüberliegende Flansche 14a und 14b, die an die Außenwand der Hülse 14 angeschweißt sind, um eine zweckmäßige Verbindung mit der Befestigungsvorrichtung für die Elektrodenbaugruppe herstellen zu können, so daß die Elektrodenbaugruppe nach innen zu dem Ofen hin gedrückt werden kann, damit die Dichtung 26 einen wirksamen Verschluß zwischen dem ringförmigen Flansch 24 und dem Schulterteil 10b des abgestuften Loches in der Ofenseitenwand herstellen kann.

Es werden nun die Vorrichtungen zum derartigen Befestigen

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der Elektrodenbaugruppe an dem Ofenrahmen 18 ausführlicher beschrieben. Fig. 1 zeigt zwei Gewindebolzen 28, deren Kopfteile an den Stahlrahmen 18 des Ofens mit Abstand von dem Loch 16a in der Ofenseitenwand angeschweißt sind. Die Gewindebolzen: 28 nehmen öffnungen in elektrischen Isolierblöcken 30 auf, deren innere Enden mit den vorstehenden ösen 14a und 14b durch in Fig. 1 insgesamt mit 32 bezeichnete Befestigungselemente verschraubt sind. Aufgrund dieses Aufbaus und dieser Anordnung kann die Elektrodenbaugruppe fest in das abgestufte Loch in der Seitenwand des Vorherdes eingespannt werden, so daß die Hülse 14 nach innen gegen den Ofen gedrückt und eine Abdichtung zwischen dem Flansch 24 und dem feuerfesten Seitenwandteil 10b erreicht wird.

Es wird nun die Verschlußkappe 22 aus warmfestem Legierungsstahl unter Bezugnahme auf Fig. 3 ausführlicher beschrieben. Die Verschlußkappe 22 berührt die Molybdänelektrode nur in dem Bereich der zwischen ihnen vorhandenen Gewindeverbindung 34. Die Verschlußi-w^pe 22 hat eine öffnung mit Innengewinde zur Aufnahme des mit Außengewinde versehenen Endteils der Molybdänelektrode 12. Weiter hat die Verschlußkappe 22 einen ringförmigen Teil 22a, der ebenfalls einen Teil mit Innengewinde hat, so daß in ihn der Endteil der Verschlußkappe 14 aus warmfestem Legierungsstahl eingeschraubt werden kann. Die mit Außengewinde versehene Hülse 14 ist vorzugsweise mit einem warmfesten Gewindedichtungsmittel versehen, wie beispielsweise NEVER-SEEZ, das von der Firma gleichen Namens hergestellt wird, die ihren Sitz in Broadview, Illinois 60155, hat. Eine Asbestdichtung 23 ist zwischen dem Ende der Hülse 14 und der Verschlußkappe 22 vorgesehen.

Diese Konstruktion ergibt einen wirksamen luftdichten Verschluß zwischen der Hülse 14 und der Elektrode 12, mit dem Ergebnis, daß jedwede Luft, die zwischen der Hülse 14 und der Elektrode 12 eingeschlossen ist, ihren Sauerstoff schnell verliert, da dieser während des Anfangsbetriebes der Elek-

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trodenbaugruppe in einem Ofen aufgebraucht wird. Eine Oxidation wird aufgrund der Tatsache verhindert, daß luftdichte Verschlüsse durch die Verschlußkappe 22 an dem äußeren Ende der Elektrodenbaugruppe und durch das erstarrte Glas an dem inneren Ende der Hülse 14 in einer verbesserten Konstruktion vorhanden sind, die außerdem jegliches Wandern des Nickels aus der warmfesten Legierungsstahlhülse 14 zu dem eine relativ hohe Temperatur aufweisenden Teil der Elektrode 1 2 verhindert.

In der Verschlußkappe 22 ist eine nach außen hin offene Gewindebohrung 22b vorgesehen, die eine Schraube 36 aufnimmt, welche zum Anschließen des Zuleitungsdrahtes 38 dient. Diese Konfiguration ergibt einen Weg für die elektrische Energie zu der Elektrode 12 über die warmfeste Legierungsstahlverschlußkappe 22 von der Schraube 36 für den elektrischen Anschluß zu dem äußeren Ende der Elektrode 12. Die warmfeste Legierungsstahlverschlußkappe 22 dient somit zum Abstützen der Elektrode und der Hülse 14 in gegenseitigem Abstand und zum Verschließen des Ringraums zwischen der Elektrode und der Hülse zumindest am äußeren Ende derselben und außerdem zum Herstellen einer elektrischen Reihenverbindung zwischen der Schraube 36 und der Elektrode selbst.

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Claims (7)

patentanwälte Menges & Prahl Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5 Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr. 12, D-8000 München 5 Dipl.-lng. Rolf Menges Dipl.-Chem. Dr. Horst Prahl Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München IhrZeichen/Yourref. Unser Zeichen/Our ref. Datum/Date E 541 8.?.1980 Emhart Industries, Inc. Farmington, Connecticut, V.St.A. Patentansprüche :

1. Elektrodenbaugruppe, die an dem Rahmen eines Ofenvorherdes befestigbar ist, so daß sie sich durch ein abgestuftes Loch in der Ofenseitenwand unterhalb des normalen Spiegels des in dem Vorherd enthaltenen schmelzflüssigen Glases befindet, gekennzeichnet durch:

a) eine rohrförmige Hülse (14) aus inertem Material, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser des kleineren Teils (10a) des abgestuften Loches (10a, 16a) in der Ofenseitenwand,

b) einen an der Hülse zwischen deren Enden vorgesehenen, radial nach außen vorstehenden Flansch (24), der sich an dem abgestuften Teil (10b) des

Loches in der Ofenseitenwand abstützt und eine Dichtung (26) aufweist, welche an der Schulter des abgestuften Loches in der Ofenseitenwand anliegt,

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c) eine langgestreckte Elektrode (12) aus leicht oxidierbarem Material, die innerhalb der Hülse angeordnet ist und mit dem inneren Ende in das schmelzflüssige Glas ragt, wobei der Durchmesser der Elektrode beträchtlich kleiner ist als der Innendurchmesser der Hülse und wobei ein Abstandshalter (20) zwischen dem inneren Ende der Hülse und der Elektrode vorgesehen ist,

d) eine Verschlußkappe (22) zum Verbinden des äußeren Endes der Elektrode mit dem äußeren Ende der Hülse, so daß die Elektrode mit Abstand und koaxial in der Hülse angeordnet und zwischen ihnen ein Ringraum gebildet ist, und

e) eine Vorrichtung (14a, 14b, 28, 30, 32) zum Befestigen der Hülse an dem Ofenrahmen (18), so daß die Hülse axial in das Ofenseitenwandloch hinein festgespannt und der Flansch gegen die Schulter des abgestuften Loches in der Ofenseitenwand gedrückt wird.

2. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (14a, 14b, 28, 30, 32) zum Befestigen der Hülse an dem Ofenrahmen (18) radial nach außen vorstehende Tragarme (14a, 14b), die an der Hülse (14) neben deren äußerem Ende befestigt sind, Tragblöcke (30) aus elektrisch isolierendem Material, die an den Tragarmen lösbar befestigt sind und Öffnungen zur Aufnahme von Gewindebolzen (28) haben, welche an dem Ofenrahmen (18) neben dem äußeren Teil des abgestuften Loches (10a, 16a), das die Elektroden baugruppe aufnimmt, befestigt sind, und Muttern aufweist, die auf die Gewindebolzen schraubbar sind, um die Blöcke nach innen festzuspannen, so daß der Flansch (24) an der Hülse gegen den abgestuften Schulterteil (10b) des Ofenseitenwandloches gedrückt wird.

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3. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkappe (22) einen Verschluß für das äußere Ende der Hülse (14) bildet und daß die Elektrode (1.2) ein äußeres Ende hat, das an der Innenseite der Verschlußkappe so befestigt ist, daß die Verschlußkappe mit der Elektrode elektrisch in Reihe geschaltet ist und die Hülse die Elektrode nicht berührt.

4. Elektrodenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkappe (22) mit der Hülse (14) verschraubt ist und daß das äußere Ende der Elektrode (12) mit der Verschlußkappe verschraubt ist.

5. Elektrodenbaugfuppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkappe (22) eine nach innen offene Gewindebohrung (34) zur Aufnahme eines mit Außengewinde versehenen Teils der Elektrode (12) und außerdem eine nach aussen offene Gewindebohrung (22b) hat, deren inneres Ende in engem axialem Abstand von der nach innen offenen Gewindebohrung ist, wobei die nach außen offene Gewindebohrung eine elektrisch leitende Schraube (36) aufnimmt, die einem Zuleitungsdraht (38) für die Stromversorgung der Elektrodenanordnung zugeordnet ist.

6. Elektrodenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12) aus Molybdän hergestellt ist und daß die Hülse (14) und die Verschlußkappe (22) aus einem warmfesten Legierungsstahl hergestellt sind.

7. Elektrodenbaugruppe, die an dem Rahmen eines Ofenvorherdes befestigbar ist, um sich durch ein in der Ofenseitenwand unterhalb des normalen Spiegels des in dem Kanal des Ofens enthaltenen schmelzflüssigen Glases gebildetes Loch zu erstrecken, gekennzeichnet durchι

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a) eine rohrförmige Hülse (14) aus inertem Material, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Loches (10a) in der Ofenseitenwand,

b) eine Vorrichtung (14a, 14b, 24, 26, 28, 30, 32) zum Befestigen der Hülse in dem Ofenseitenwandloch, so daß das schmelzflüssige Glas an der Aussenseite der Hülse erhärtet und einen Verschluß für das schmelzflüssige Glas in dem Ofenkanal (10) bildet,

c) eine langgestreckte Elektrode (12) aus leicht oxidierbarem Material, die in der Hülse angeordnet ist und deren inneres Ende in das schmelzflüssige Glas ragt, wobei der Durchmesser der Elektrode beträchtlich kleiner ist als der Innendurchmesser der Hülse und wobei eine Vorrichtung (20) , die eine warmfeste Keramikfaserdichtung umfaßt, zwischen dem inneren Ende der Hülse und der Elektrode angeordnet ist, um die Elektrode koaxial zu der Hülse abzustützen, und

d) eine Verschlußkappe (22) zum Verbinden des äußeren Endes der Elektrode mit dem äußeren Ende der Hülse, so daß die Elektrode mit Abstand und koaxial in der Hülse angeordnet und zwischen ihnen ein Ringraum gebildet ist, der durch die Verschlußkappe an dem äußeren Ende und durch geschmolzenes Glas und die Faserdichtung an dem inneren Ende der Hülse verschlossen ist.

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