專利名稱：玻璃熔化電極以及用于熔化玻璃或玻璃陶瓷的方法
技術領域：
本發明涉及一種按照獨立權利要求的前序部分所述的用于安裝到用于熔化玻璃或玻璃陶瓷的熔化池的壁中的電極、下面也稱作玻璃熔化電極，以及一種用于在熔化池中熔化玻璃或者玻璃陶瓷的方法。
背景技術：
特別是在機械制造中，為了獲得更大量的玻璃或者玻璃陶瓷，使用的是熔池爐。通常它由一個下爐和一個上爐以及在其中對燃燒空氣進行預熱的室組成。下爐本身是用于混合物的熔化容器，并且具有帶有池底和約一米高的池壁的熔池的形狀。下爐由一個上爐架設穹頂。
在玻璃熔池中混合物被熔化為玻璃，玻璃被加熱并且被提煉。在這種情況中主要由混合物或玻璃熔池的表面的上部在使用燃燒器的情況下提供能源，該燃燒器的火焰對混合物和玻璃加熱。
按照使用情況，要求借助玻璃熔化電極提供附加能量，其中將至少兩個玻璃熔化電極插入到熔化池的壁中。在給玻璃熔化電極提供電壓時電流通過混合物、和/或出現熔化的玻璃，并且因此出現附加的熱耦合。這是可能的，因為玻璃或者玻璃陶瓷在足夠高的溫度時是能導電的。
在FR 1 212 169中已提供了一種電極。這種電極優選地具有發卡形或者V形的形狀，并且它應用在玻璃熔液的這樣一些位置中，即在這些位置中玻璃已經比較冷了，并且存在在電極表面上的玻璃熔液固化成一種絕緣層的危險，并且因此中斷電流。通過給整個電極、或者它的某些部分附加地加熱可以避免這種情況，并且可以影響玻璃熔液的溫度，以及影響通過對流在玻璃熔液中所引起的玻璃流動。
發明內容
本發明的技術任務是，提供一種用于安裝到用于熔化玻璃或者玻璃陶瓷的熔化池的壁中的電極。使用這種電極可以利用更高的效率生產玻璃或者玻璃陶瓷產品，并且它能更快地裝入到熔化池的壁中，并且從其中拆開，其中，所謂壁可以理解為熔化池的每個壁，也就是底板壁、側壁、端面壁和頂蓋壁。
這個技術問題通過獨立權利要求的特征得以解決。通過從屬權利要求描述了有利的改進方案。
因為玻璃熔化電極是插入在熔化池的壁的孔中的，所以需要阻止玻璃通過這些孔進入。為此傳統的做法是這類電極在壁的內部對電極的背向熔液一側進行冷卻。通過這種冷卻在進入孔的這一區域出現一種玻璃堵塞。這種玻璃堵塞使熔化池對外密封。
根據本發明可以看出，上述技術問題可用一種安裝到用于熔化玻璃或者一種玻璃陶瓷的熔化池的壁中的電極得以解決。該電極具有一個配屬于熔化池內部的第一部段，以及一個配屬壁的背向玻璃熔液的部分的第二部段，并且其中為第一部段設置一個加熱元件，為第二部段設置一個冷卻裝置。
解決上述技術問題的方法部分是通過用于在熔化池中熔化玻璃或者玻璃陶瓷的方法完成的，在該方法中通過裝在熔化池的壁中的電極給混合物和/或熔液提供電能，并且其中對配屬于熔化池內部的第一部段中的電極進行加熱，對第二部段中的電極進行冷卻，該第二部段配屬于壁的背向玻璃熔液的部分。
上述方法是建立在這樣的知識基礎之上的，即對于玻璃熔化電極的冷卻使得熔液質量降低了，并且因此降低了生產玻璃一或玻璃陶瓷產品的效率。
在熔化玻璃或玻璃陶瓷時，壁的內側和壁的外側之間存在很大的溫差。例如在內側的溫度為1400℃時外側只是存在稍微增高的室溫、例如30℃。因此，通過熔化池的50至75厘米厚的壁適應于大的溫度降。
若玻璃熔化電極已進入熔化池壁的進入孔中，并且對其中的部分區域進行冷卻，那么被冷卻的區域為局部熱降。這可導致下述結果，即在這個進入孔的玻璃側邊緣處玻璃被冷卻。
本發明的發明人知道，局部冷卻所述玻璃熔化電極會降低熔液的質量，確切地說，特別是當熔液對溫度敏感時更是如此。這樣在熔化玻璃時所述冷卻會導致所不希望的結晶，并且隨后通過分離的結晶導致玻璃缺陷，并且導致出現其它玻璃缺陷，例如條痕。熔液的質量變壞通常導致在生產玻璃制品時生產效率的下降，因為不能一貫地遵循在所允許的玻璃缺陷的數量和尺寸方面的公差。對于應繼續加工成玻璃陶瓷的可結晶的玻璃特別是這樣。另一方面為了避免上述的玻璃從內部向外泄漏也不得不要求冷卻。
本發明所走的道路是，對玻璃側的電極、也就是對在面對熔化池內部那一部段中的電極進行加熱。此外，對背向玻璃側的、或者在配屬于熔化池外部區域的第二部段中的電極進行冷卻。通過玻璃側的加熱不再存在會導致上述玻璃缺陷的局部熱降了，這樣就可根據愿望在規定允許的玻璃缺陷的規范內提高生產效率。通過所述冷卻來防止玻璃穿過壁的泄漏。
一種更為重要的、且與加熱元件有關聯的優點是，可更快地更換電極。
上述用于防止玻璃熔液損失的玻璃塞妨礙當通過底部出口使玻璃水平降到電極水平以下之后玻璃熔化電極的快速拆卸。之所以出現這種情況是因為一方面玻璃牢固地附著在電極上，另一方面也牢固地附著在進入孔的內表面上。在通常情況下是如此地進行拆卸的，即在熔化池完全或者部分放空(直至電極水平以下)后關掉冷卻裝置并等候，直到在壁中所存儲的熱量將玻璃塞溶解。這個等待連同實際的拆卸和安裝在通常情況下延續數小時。
通過設置加熱元件，可在放出熔液后通過接通加熱元件在幾分鐘之內就可軟化玻璃塞，并且可立即拆下電極。按照這一方式可明顯加快拆卸和安裝，這可大大提高生產率。
當熔化池已冷卻得很劇烈、也就是說當在壁中存儲的熱量不足以使玻璃塞溶解時，上述借助加熱元件加熱玻璃塞的辦法特別管用。
可以選擇一種電的加熱元件或者一種感應式加熱元件用作加熱元件。一種簡單的方式是電加熱元件是一種歐姆電阻。不使用一個加熱元件，也可使用多個加熱元件。這種做法是有利的，因為當一個加熱元件出故障時不致于整個電極的加熱停止。
當熔化池裝滿時，混合物和/或熔液與電極的第一部段的一部分相接觸。電極的這個被混合物和/或熔液“看見的”或者被加載的部分—電極頭—因此經受高溫，并且由一種熱穩定的、并對于玻璃熔液有阻抗的金屬制成。例如鉬、鎢、鉑、銠以及鉑合金可用作這種電極的金屬。
特別是當對玻璃有高的質量要求時，優選地將鉑或者它的合金、例如銠用作電極材料。因為鉑和它的合金對于玻璃的侵蝕從化學上講是相當惰性的。
為了盡可能少地使用昂貴的鉑，通常并非整個電極都由鉑制成，而是只有和玻璃熔液接觸的那一部分由鉑制成。其它的部分可由非貴重的金屬、例如鋼或者鎳合金制成，并且與由鉑制成的部段整體連接。
優選地鉑(—合金—)電極的和玻璃熔液接觸的部分也不是由實心的鉑制成，而是由約為0.2至5毫米厚的鉑片構成，該鉑片借助一個支承體進行支承。該支承體的作用是負責其所要求的穩定性，并且由價格比鉑便宜且耐火的材料例如陶瓷制成。所述鉑片就成了利用電極加熱混合物和/或熔液的加熱電流通道表面，也就是說通過這個鉑片罩使加熱電流進入熔液中。
現在在實現加熱元件方面有一種可能性，即鉑片罩—支承體的金屬護板—的至少一部分是加熱元件。然后通過相應的電導線和接頭就形成了用于對電極的玻璃側的第一部段進行所希望的加熱的加熱電路。因為這個第一部段是通過金屬護板與熔液進行熱接觸的，所以后者也被加熱。這樣，通過大多用水冷卻的玻璃熔化電極就對局部的溫度降低進行了補償或者過補償。
代替或者除了能將金屬護板的至少一部分用作加熱元件以外，也可選擇與所述金屬護板保持熱接觸的部分作為歐姆電阻。通過這一措施加熱電路就可以與電極電路脫耦。
有許多辦法形成歐姆電阻形式的加熱元件。因此可選擇一種加熱螺旋燈絲或者一種電熱器作為歐姆電阻元件。
在一種優選的實施方式中加熱元件是模塊式的，因此加熱元件的至少一些部分是可更換的。這使維修較為容易，并在修理時能更快地更換。
此外，若僅僅是為了能更快地拆下電極而需要加熱元件、例如特別是當熔液對溫度較少敏感時就可能出現這種情況，這時可更換的設計是有優點的。在此情況中按需要可以裝入加熱元件，通過對電極第一部段的加熱可溶解玻璃塞，并且緊接著拆下加熱元件。然后拆下電極，并將用于溶解玻璃塞的可更換的模塊用在另一電極上。
可以規定根據本發明的電極的第二部段具有一個電極架。該電極架用于機械地支承電極，并且設置一些電源接頭。它具有冷卻單元、特別是水冷卻裝置，以保證插入熔化池壁中的電極能形成玻璃塞。
原則上已公開的用于玻璃熔化電極的流體冷卻裝置可以考慮用作冷卻裝置，其中電極架通常為雙壁設計，而冷卻劑通過內管引入、通過外管排出。通常將水或者氣體、通常是空氣用作冷卻流體。
在一種優選的實施方式中，電極的第二部段也具有一個加熱元件。為了防止玻璃流出，該加熱元件設置在靠近玻璃塞的地方，并且它能特別迅速地軟化玻璃塞，以便為維修的目的而卸除電極。
裝有加熱元件的玻璃熔化電極需要一個用于電極的電路和一個用于加熱元件的電路。優選地這兩個電路在電流上是分開的。當與加熱元件的可更換的結構組合時，這種電流上的分開使得能拆卸由加熱元件、電接頭元件和導線所組成的整個加熱裝置。這樣，按照需要也可事后裝入加熱裝置，或者只是在更換電極之前才裝上。這樣，也可以為了維修的目的只準備一個唯一的加熱裝置，它可以先后地裝入到熔化池的不同的電極中，以拆下這些電極。這樣為了這些目的只需要一個加熱裝置，通過這一措施為了保存這個加熱裝置只需很少的費用。
下面用實施例對本發明進行更詳細的說明。下面為附圖圖1具有兩個進入池壁中的根據本發明的電極的玻璃熔化池的簡圖；圖2根據本發明的電極的第一實施方式；圖3根據圖2的電極簡示圖；圖4根據本發明的電極的第二實施方式；圖5根據本發明的電極的第三實施方式；圖6根據本發明的電極的第四實施方式；圖7根據本發明的電極的第五實施方式；圖8根據本發明的電極的第六實施方式；圖9根據本發明的電極的第七實施方式。
具體實施例方式
圖1示出一個具有兩個已進入的電極1、1’的熔化池。電極1、1’已進入到一個熔化池3的壁2中，并且用于加熱熔液4。在給電極1、1’提供電壓時出現具有電流強度I的通過電流，并且通過這一電流對熔液4加熱。在第一次近似中電流沿圖1中的水平延伸的虛線流動。
圖2為根據本發明的電極1的部分側面截面圖，其中該截面通過圓柱對稱設計的電極的對稱軸線S。電極1約75厘米長，其最大外直徑約45厘米。
垂直延伸的虛線將玻璃熔化電極分成兩個部段5和6，也就是左部段或者說第一部段5和右部段或者說第二部段6。如圖1所示，當電極1處于裝入狀態時第一部段5面對熔液4，并且在功能上配屬于該熔液。這種功能配屬關系產生于在加熱情況時電流從第一部段5進入熔液4中。
此外，第一部段5在水平延伸的以虛線表示的對稱軸線S的左端部具有一個金屬護板8。該護板8與加熱元件7進行電連接。該護板8通過一個由耐火材料、也就是陶瓷制成的支承體9支承。護板8在它的與玻璃熔液接觸的部分中由厚度為0.2至5毫米的鉑片制成。加熱元件7以圓筒加熱表面的形式設計成歐姆電阻。
支承體9和一個電極架10連接。該電極架由一個外管11和一個內管12構成，這兩個管通過絕緣體13、13’彼此分開。未示出的電導線一方面給加熱表面7、另一方面給護板8提供用于加熱第一部段5或熔液4的電流。
電極電流通過外管11用于加熱作為整體的混合物或者熔液4。耦合到熔液4中的電流最高達10千瓦。施加到內管12上用于加熱目的電壓約為1.2伏—當電流在1000-2000安培時。
右邊的部段6被冷卻，其中冷卻劑通過內管12輸入，通過設置在第一部段5附近的孔25到達外管11中，并且從那里又排出。通向內管和外管的輸入和排出管路未示出。
在需要時內管和/或外管設置一個電絕緣裝置，這樣就不會由于冷卻流體而在內管和外管之間發生所不希望的電流通過。在使用氣體作為冷卻流體時肯定會省掉專門的絕緣裝置，因為眾所周知氣體是非導體。
圖3為根據圖2的電極1的簡化圖。該電極在第一部段5內具有一個設計成罩形的金屬護板8。這個護板8包括一個可加載玻璃熔液、且由鉑制成的部位8’和金屬加熱表面7。在這種程度內加熱表面7是金屬護板8的一部分。部位8’和7為整體設計。根據圖2設計冷卻裝置，出于一目了然的原因未分開示出。
金屬護板8和外管11進行電連接。用于加熱玻璃熔液的電路和用于加熱電極第一部段的電路具有一個共同的電接頭15。用于附加的加熱、也就是用于加熱第一部段5的電流從接頭15經過外管11、加熱表面7、圓筒形電導線17和內管12延伸到第二電接頭16。在這種設計形式中加熱表面7是一個歐姆電阻，該歐姆電阻和金屬護板8保持熱的和電的接通。
圖4為根據本發明的玻璃熔化電極1的另一實施方式。在該實施方式中與根據圖3的電極1的不同之處是設置一個加熱螺旋燈絲18作為電加熱元件。規定加熱螺旋燈絲采用圓形材料或者扁平材料。所屬電流從共用的電接頭15通過外管11流到觸點19，從那里經過加熱螺旋燈絲18和導線17到達電接頭16。在此也出于一目了然的原因僅以簡圖示出冷卻裝置。其冷卻通過一個在尖端處開口的、且插入到外管11的引入管12來完成。
圖5示出一個電極1，它與圖4的實施方式不同之處是為了加熱熔液并加熱第一電極部段5，具有電流分開的電路。為此，加熱螺旋燈絲18通過兩個電導線17、17’與電接頭16、16’接通。這個用于加熱第一電極部段的電路與用于加熱熔液的電路是電分開的。用于加熱熔液的電流從接頭15經過唯一的管11延伸到護板8，并且從那里通過熔液延伸到一個(未示出的)第二玻璃熔化電極1’。和圖4類似地進行冷卻，并且未分開示出。
在按圖6的實施方式中對第一電極部段5的加熱是通過總的金屬護板8完成的，在這方面該護板形成一個歐姆加熱元件。為此，通過內管12和圓筒形導線17從接頭16向護板8的最外的左端部提供電流。該電流通過護板8和外管11流到接頭15。冷卻劑的輸入和排出類似于圖2地通過內管和外管完成。
在圖7中的電極1中加熱元件設計成可更換的。為此，第一電極部段5具有一個其中可插入一個加熱模塊21的中心凹槽20。在這種情況中加熱模塊21具有一個圓筒22，該圓筒被一個加熱螺旋燈絲18包圍。作為加熱螺旋燈絲的替代方案，也可使用一個多個電熱器。加熱螺旋燈絲18通過導線17、17’與接頭16、16’進行電連接。導線17、17’是可更換的，這樣，無論是用于加熱模塊21的電路還是加熱元件本身都設計為可更換的。為此，從用于對熔液進行加熱的接頭15起，電路就是電流分開的。凹槽20相對于內管12是密封的。冷卻的進行與圖2類似。
圖8的電極1類似于圖7的實施方式為模塊設計。然而在此代替加熱螺旋燈絲，通過內管12并通過插頭22給護板8提供電流，這樣，通過對護板8的歐姆加熱實現對于第一電極部段5的加熱。在需要時可從電極1中取出插頭22和內管12。凹槽20相對于內管12進行密封。冷卻裝置的結構與圖2中的類似。
圖9為一個模塊式設計的電極1。在感應不可加熱的由陶瓷制成的支承體9中該電極的加熱元件具有一個可感應加熱的金屬塊23。在使用情況中一個圓筒形的模塊24插入到支承體9的中心凹槽20中。該圓筒模塊具有一個在圖中未示出的用于產生磁場的、優選地為水密封地罩住的線圈。該線圈通過接頭15和16以及通過導線17、17’提供電流。當電流通過時產生磁場，該磁場耦合到金屬塊上，并加熱該金屬塊。模塊24是可更換的，并且在需要時可沿著對稱軸線S向右移動，并且對此可從熔化池壁中的孔中取出來。電極的背向玻璃熔液的第二部段的冷卻與圖2相似，通過內管和外管12或11進行。
若電極是在無模塊24的情況下工作，則該模塊可通過一個簡單的內管代替。該內管在它的面向熔池的一側是敞開的，或者設置一些孔。冷卻流體通過該內管輸入，并且通過外管離開電極體。在需要時，即使是在熔池工作期間也可通過模塊24代替內管。
附圖標記列表1、1’電極附加加熱裝置2熔化池的壁16、16’ 用于加熱第一部段的電3熔化池 路的另一電接頭4熔液 17、17’ 電導線5第一部段 18加熱螺旋燈絲6第二部段 19觸點7加熱元件 20第一電極部段中的凹槽8，8’，8” 金屬護板 21可更換的加熱模塊9支承體22圓筒10 電極架23可電感加熱的金屬塊11 金屬外管 24圓筒形模塊12 金屬內管 25用于冷卻劑的孔13，13’ 電絕緣體 I 電流15 共用電接頭S 對稱軸線玻璃加熱裝置/
權利要求
1.用于裝入到對于玻璃或玻璃陶瓷進行熔化用的熔化池(3)的壁(2)中的電極(1)，它具有一個配屬于熔化池(3)內部的第一部段(5)、以及一個配屬于壁的背向玻璃熔液(4)的部分的第二部段(6)，其中為第一部段設置至少一個加熱元件(7、18、23)，并為第二部段設置一個冷卻裝置。
2.按照權利要求1所述的電極，其特征在于，設置一個電加熱元件(7、18)、或者一個可電感加熱的加熱元件(23)。
3.按照權利要求2所述的電極，其特征在于，將一個歐姆電阻(7、18)設置為加熱元件。
4.按照權利要求3所述的電極，其特征在于，第一部段(5)至少在它的可加載熔液(4)的區域中具有一個金屬護板(8)。
5.按照權利要求4所述的電極，其特征在于，金屬護板(8)的至少一部分(7)是加熱元件。
6.按照權利要求4或5所述的電極，其特征在于，設置一個歐姆電阻(7)，該電阻與金屬護板(8)保持熱接觸。
7.按照權利要求3所述的電極，其特征在于，設置一個加熱螺旋燈絲(18)或者電熱器作為歐姆電阻。
8.按照權利要求1至7中任一項所述的電極，其特征在于，加熱元件(7、18、23)是模塊式的，和/或是可更換的。
9.按照權利要求1至8中任一項所述的電極，其特征在于，第二部段(6)具有一個電極架(10)。
10.按照權利要求1至9中任一項所述的電極，其特征在于，為電極(11’)設置一個電路，為加熱元件(7、18、23)設置一個電路，這兩個電路是電流分開的。
11.按照權利要求1至10中至少任一項所述的電極，其特征在于，設置一個流體冷卻裝置作為冷卻裝置。
12.按照權利要求11所述的電極，其特征在于，流體冷卻裝置是一個水冷卻裝置。
13.用于在熔化池內熔化玻璃或玻璃陶瓷的方法，其中，通過插入到熔化池壁中的電極給混合物和/或熔液輸送能量，其特征在于，對于在配屬于熔化池內部的第一部段中的電極進行加熱，對于在配屬于壁的背向玻璃熔液的部分的第二部段中的電極進行冷卻。
14.按照權利要求13所述的方法，其特征在于，用電對電極的第一部段進行加熱。
15.按照權利要求13或14所述的方法，其特征在于，借助一種流體對電極的第二部段進行冷卻。
全文摘要
本發明涉及一種為了熔化或者加熱玻璃或玻璃陶瓷安裝到熔化池的壁中的電極，它具有一個配屬于熔化池內部的第一部段、以及一個配屬于壁的背向玻璃熔液部分的第二部段。本發明建議，為第一部段設置一個加熱元件，為第二部段設置一個冷卻裝置。此外，本發明還涉及一種在熔化池中熔化或者加熱玻璃或玻璃陶瓷的方法，其中，通過插入到熔化池的壁中的電極給混合物和/或熔液提供能量。本發明建議，對配屬于熔化池內部的第一部段中的電極進行加熱，對配屬于壁的背向玻璃熔液部分的第二部段中的電極進行冷卻。
文檔編號C03B5/02GK1944296SQ20061013881
公開日2007年4月11日 申請日期2006年9月19日 優先權日2005年9月19日
發明者H·洪紐斯, F·德魯施克, J·肖爾邁耶, R·呂爾 申請人:肖特股份有限公司