Электрод стекловаренной печи Советский патент 1984 года по МПК C03B5/02 

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к устройствам для нагрева стекломассы путем пропускания через нее электрического тока. Известен электрод содержащий блок из диоксида олова, токоподвод, включающий торцовую прижимную крышку, соединенную с прижимной пружиной и источником питания, контактную про кладку из пластичного металла, установленную между прижимной крышкой и торцом блока. В качестве материала контактной прокладки используют плас тичные металлы, в частности серебряный припой OJ . Однако указанное устройство недостаточно надежно в работе и сложно в конструктивном исполнении. Применение прокладки из неблагоприятных метал-пов приводит к ее окис лению, перегреву и повышению контакт ного электрического сопротивления, Б случае прш-генеиия прокладки из бла городных металлов во время эксплуата ции может произойти вытекание металл из зоны контакта, когда из-за износа стекломассой части блока произойдет повышение температуры холодной нерабочей части блока до температуры плавления металла прокладки. Указанные явления усугубляются электрическим холодного нерабочего конца блока из-за повьш1енного электрического сопротивления материала блозга (диоксида олова) при низких температурах. Нагрев холодной част Ьлока приводит к потерям тепла в клад су и в окружающую среду, а также к ватеканию стекла через прогретые швы между блоком и кладкой. В таких электродах в целях повышения надежности их работы приходится применять специальные охлаждающие устройства, что повышает термические напряжения в теле электрода и увеличивает потери тепла. Повьш1енные. потери тепла через холоднзпо нерабочу часть электрода заметно снижают КПД электрической печи. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является электрод, содержащий керамическое электропроводное тело, например, из диоксида олова с продольным отверстием, токоподвод, включающий токопроводную трубку с продольными узкими щелями, и конический стержень, имеющий возможность перемещения внутри трубки и служащ11Й для плотного прижатия токопроводной трубки к поверхности отверстия. В качестве материала токопроводной трубки используют медь, нержавеющие стали, сплавы меди и никеля или другие никелевые сплавы. Конический стержень изготавливается из нержавеющей стали. Применение известной конструкции позволяет снизить термические напряжения по длине электрода и потери электрической мощности в виде джоулева тепла в холодной части блока, так как ток через холодную менее электропроводную его часть протекает по токоподводящей металлической трубке t2j. Недостатком известной конструкции является то, что в процессе работы в условиях высоких темпператур происходит постепенное окисление поверхности токоподводящей трубки и соответствующее повышение контактного сопротивления на границе керамический блок - металл токопроводящей трубки. Удельное электрическое сопротивление образующихся окислов на несколько порядков превьш1ает сопротивление соответствующих металлов или сплавов, кроме этого плотность образующихся окислов ниже плотности металла, т.е, окисление материала токоподвода трубки связано с увеличением его объема. Повьш1ение контактных сопротивлений, в свою очередь, приводит к перегреву локальных участков контакта, возникновению критических термических и механических напряжений, являющихся причиной наблюдаемых на практике трещин в теле блока, что снижает надежнос ть его работы. Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности работы электрода при высоких температурах. Поставленная цель достигается тем, что в электроде стекловаренной печи, включающем керамическое тело из диоксида олова с отверстием и токоподво- дом, токоподвод выполнен из диоксида . олова, обработанного при 900-1300 С в вакууме или в среде инертных газов. На чертеже показан фрагмент кладки электрической печи с установленным в нее электродом. Тело электрода 1 выполнено из диоксида олова, имеет круглое или прямоугольное сечение и с внутренней стороны контактирует со стекломассой 2, а с внешней имеет глухое отверстие 3 в которое вставлен токоподвод 4, выполненный из диоксида олова с электропроводностью, превьшающей электропроводность тела электрода (при температурах до 800 С). На токоподводе 4 крепится электрическая шина 5, соединенная с источником питания. Тело электрода 1 и токоподвод 4 выполнены из одного и того же материала г- диок сида олова, однако токоподвод 4 пере его установкой обрабатывается при высоких температурах в вакууме или среде инертйых газов, а тело электро да 1 такой обработке не подвергается Благодаря этому тело электрода 1 и токоподвод 4 при сохранении практически неизменными всех остальных свойств существенно отличаются по электрической проводимости, причем у токоподвода-вкладыша она значитель но вьше. Устройство работает следующим образом. Электрический ток по шине 5 подводится к. токоподводу 4, плотно посаженному в глухое отверстие в теле электрода 1, затем через горячие зоны тела электрода1 электрический ток поступает в стекломассу 2. В результате прохождения электрического тока все перечисленные элементы электрической цепи нагреваются.Степень их нагрева зависит от величины удельного электросопротивления, формы и линейных размеров, используемых i в цепи материалов, а также от величины сопротивления контактных зон. Для повьпиения эффективности использо вания вводимой электрической мощност добиваются максимального вьщеления электрической мощности в стекломассе а не на путях подвода к ней электрического тока. С этой же целью стремится к уменьшению контактных сопротивлений, приводящих к возникновению

локальньк зон нагрева и, как следствие, появлению в этих участках, а также прилегающих к ним других элементах кладки, термических напряжений, приводящих к выходу электрода из строя.

Изобретение позволяет уменьшить электрические сопротивления на участке от шины, соединенной с источником питания, до стекломассы. Это достига-,.55 ется обработкой при ЭОО-ТЗОО с в вакууме в среде инертных газов токоподвода, в результате чего резко снижадостижении зоны с температурой 8001000 С проходит по телу электрода, где его электропроводность довольно высока и сравнима с электропроводностью токоподвода. При таком прохождении электрического тока холодная нерабочая часть тела электрода не нагревается джоулевым теплом, что снижает термические напряжения в теле электрода и тепло не теряется в окружающую среду и кладку печи. Температура холодной нерабочей части тела электрода в этом случае опредеется его электросопротивление. Например, после обработки токоподвода в среде азота при 1250 С в течение 2 чего электросопротивление при 20 С понижается более чем в 1000 раз, что позволяет при прочих равных условиях эксплуатировать токоподвод при более низких температурах и тем самым снизить тепловые потери через холодную нерабочую часть тела электрода. . При сборке электрода путем совместной механической приработки обеспечивается плотный первичный контактна большей части поверхности токоподвода и поверхности глухого отверстия в теле электрода. Так как вкладыш и тело электрода выполняются из одного и того же материала - диоксида олова, благодаря достаточно высокой температуре в зоне контакта обеспечивается спекание контактирующих поверхностей, в результате до минимума сокращаются контактные сопротивления. В течение времени общее сопротивление контакта вкладыш-тело электрода может только снижаться, увеличивая надежность работы электрода и повьш1ая эффективность использования электроэнергии. Это является преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с известными, в которых токоподвод и тело электрода-выполнено из разновидных материалов. Преимуществом также является возможность устанавливать токоподвод-вкладыш в тело электрода 1 на любую глубину, что позволяет сместить основную зону передачи электрического тока от токоподвода к телу электрода в область более высокой температуры и соответственно максимальной электропроводности. В холодной , менее электропроводной, части тела электрода 1 электрический ГОК проходит по более электропровод ому токоподводу-вкладышу и лишь по ляется лишь нагревом ее за счет тепл проводности от расплавленной стекломассы. Использование электрода предлагаемой конструкции значительно снижает температурные перепады, вызванные локальным электронагревом по сечению электрода, и, как следствие, значительно уменьшает термические напряжения в теле электрода, приводящие к выходу его из строя. Снижение температуры холодной нерабочей части тела электрода за счет исключения вьзделения в ней джоулева тепла и уменыйение контактного сопротивления поверхности токоподвод электрод предотвращает возможность вытекания стекломассы через швы ;. кладки и повышает надежность работы электрода и зоны его установки в кладке печи. Таким образом, использование системы углубленной токоподвод - тело .электрода позволяет уменьшить переходные контактные сопротивления между токоподводом и телом электрода, исключить дополнительный разогрев холодной нерабочей части тела элек рода за счет джоулева тепла, вьщеляемого в нем, при прохоядении электрического тока, переместить зону передачи, электрической энергии от токоподвода к телу электрода в область более высоких температур и низких электрических .Сопротивлений и снизить термические напряжения в теле электрода. Указанные преимущества достигаются за счет использования для тела электрода и токоподвода-вкладыша одного и того же материала с различной электропроводностью. Такого эффекта нельзя достичь, используя обработанные или необработанные в инертных средах оба элемента, так как при этом выравнивается интенсивность нагрева как по длине, так и по поперечному сечению электрода, что увеличивает вероятность вытекания стекломассы через швы между электродом и кладкой печи. Устройство несложно в изготовлении и может быть реализовано с использованием известных технологических приемов. Осмотр контактного слоя, образовавшегося между токоподводом и телом электрода, после 1 мес испытаний показал, что в нем отсутствуют трещины, посечки и другие нарушения сплошности. Стабильность контактного слоя токоподвод - тело электрода, косвенно подтверждается также неизменностью во времени электрических параметров (величины тока и напряжения). 11овьш1ение надежности работы электродов позволит увеличить срок службы электрических печей в 2-2,5 раза. Учитывая, что стоимость электродов составляет более половины стоимости . всей печи (в приводимом примере 62712 руб.), экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения при двухкратном увеличении длительности кампании составит не менее 62,7 тыс.руб. только за счет снижения расхода электродов.

ЭЛЕКТРОД СТЕКЛОВАРЕННОЙ ПЕЧИ, включающий керамическое тело из диоксида олова с отверстием и токопровод, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности работы при высоких температурах, токоподвод выполнен из диоксида олова, обработанного при 9001300 С в вакууме или в среде инертных газов. g