[发明专利]用于玻璃电熔化的电极夹具

说明书

相关申请的交叉引用

根据美国法典第35章第120节，本申请要求于2011年4月26日提交的序列号为第13/094,182号美国申请的优先权权益，该美国申请的内容以参引方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于玻璃熔化操作期间的改进的电极夹具(holder)，更具体地，本发明涉及一种沉积在与玻璃液(molten glass)接触的电极夹具的前部上的耐熔阻挡层(refractory barrier layer)。

背景技术

将金属以及导电的氧化物和非金属材料(例如碳)作为电极以抵抗玻璃的熔化是一种已实现的技术。圆柱形或矩形截面的钼(Mo)、碳或锡氧化物被用作电极材料是非常常见的。采用这些材料(尤其是Mo)的问题在于，如果这些材料在超过500℃到600℃的空气或任何氧化环境中操作，则它们易于迅速氧化。氧化温度范围恰好在玻璃的通常熔化温度内。

通常，在玻璃中的电极部分具有可控制的氧化速度，这是因为在玻璃中氧化水平较低。电极中存在氧化问题的部分是电极穿过熔化炉的壁，并向外进入周围气氛的部分。电极穿过熔化炉壁的延伸对于电气连接是必须的，对电极进行所述电气连接用于供电。由于电极材料的良好导热性，电极存在高于500℃并与周围气氛接触的一个部分。该区域易于氧化。为防止该氧化，已经研发出防止电极氧化的若干种方法。防止氧化的最常见方法是使用由不锈钢材料或超合金制成的电极夹具或者套筒来保护Mo免遭氧化。电极夹具通常是水冷式的，以冷冻电极周围的玻璃，从而防止氧气接触热的材料，或者将电极冷却至氧化停止的点。使用水冷却是一种平衡手段，这是因为太多的来自玻璃熔化单元的热不应被移除，然而电极夹具材料应该被充分冷却，以防止其受来自玻璃的氧化或腐蚀冲击。

对于用于熔化商业玻璃(例如碱石灰)的典型的电极设施，电极夹具的温度足够低，从而限制对电极夹具材料的腐蚀，由此在罐的整个炉龄期保护电极夹具和电极免遭氧化。对于熔化温度较高的玻璃，例如用于视觉显示应用的玻璃，电极夹具的温度足够高，从而可能出现明显的氧化。一旦电极夹具被腐蚀透，则其不再能够作为阻挡来防止氧气接触热的电极材料，以及阻止其随后的氧化。如果电极氧化足够严重，则电极收缩并失效，不再能够导电。

发明内容

对操作在超过1300℃的温度下的不锈钢电极夹具的分析显示不锈钢与硼硅酸铝玻璃的接触导致玻璃中的一些氧化物还原至它们的元素状态。在所述元素状态下，这些材料可与不锈钢成为合金，导致对金属的冲击，并形成了低熔化温度的合金。从铁硅相图中可看出，铁基合金(例如310不锈钢)中的硅将形成低熔化温度相，其可在高操作温度下明显地弱化金属。高操作温度意味着温度大于约1000℃，例如大于约1100℃，大于约1200℃，大于约1300℃。在稍大于1200℃的温度下，形成液相Fe-Si。这些相的形成会完全破坏电极套筒的强度，并使得它不能够阻止氧气接触电极。为了克服该缺陷，耐熔阻挡层被沉积在电极夹具的最暴露至玻璃液材料的那些部分上。

在一个实施方案中，公开了一种用于玻璃熔化炉的电极夹具(10)，包括：一个外壁(12)；一个内壁(14)，限定一个用于接收电极的通道(20)；一个通路，用于接收冷却剂流，该通路定位在所述外壁和所述内壁之间；一个鼻部构件(16)，在所述电极夹具的第一端部处接合所述内壁和所述外壁；以及，一个耐熔阻挡层(46)，沉积在所述鼻部构件的外表面上。所述通路可包括在电极夹具内的空隙或腔，或者例如所述通路是包含在所述空隙或腔内的导管。优选地，所述耐熔阻挡层沿着所述内壁的周缘部分延伸。优选地，所述耐熔阻挡层沿着所述内壁的一部分延伸。

在一些实施方案中，所述耐熔阻挡层包括氧化锆或氧化铝，尽管可使用其他合适的耐熔材料，例如氧化铝-二氧化钛材料。所述耐熔阻挡层的厚度优选地等于或大于100μm。所述耐熔阻挡层可通过火焰喷涂或等离子体喷涂沉积在环形的鼻部构件上。在一些实施方案中，超音速氧焰(High Velocity Oxygen Fuel，HVOF)热喷涂涂覆可被用于沉积阻挡层。优选地，所述阻挡层的热膨胀系数与环形的鼻部构件的热膨胀系数之间的差不大于一个数量级(an order of magnitude)。所述电极夹具可配合在一个入口中，该入口用于接收无氧气体，并在所述电极和所述内壁之间供应该无氧气体。