一种高温熔炉电极的制作方法

1.本发明涉及玻璃制造技术领域，特别涉及一种高温熔炉电极。


背景技术：

2.电极是玻璃电熔炉中的关键设备，通过电极的通电对玻璃熔炉中玻璃溶液进行加热。传统中常用的电极有氧化锡电极、钼电极、石墨电极、znse等，但在使用中会存在一些缺点，如钼电极石墨电极在高温下容易对玻璃造成染色，改变玻璃色泽；znse电极会析出有害物质；氧化锡电极为陶瓷材料，成本高且运行困难，均不适用于大规模且要求较高的光学玻璃、医用玻璃等的生产制造。
3.目前在特种玻璃制造中多采用铂族金属电极，但是电极长时间在高温环境下使用，为保证使用寿命及质量，需要进行冷却。尤其是微晶玻璃等高端玻璃的澄清温度，超过1630℃，逼近铂族金属的熔点，在高温、还原性环境下，会造成铂族金属的腐蚀。进行冷却可降低铂族金属的温度，可以降低腐蚀，延长寿命。另外，温度越高，铂族金属电极的电阻率越大（图7中为部分铂族金属电阻率与温度的关系），电路中电极上分配的电压、功率就越大，相应的玻璃溶液上的分配的能量就减小，降低了玻璃溶液的加热效率，因此，降低铂金表面温度，能降低铂金分配的能量，提高玻璃液的加热效率。
4.现有的电极的冷却多采用水冷套，如专利一种硼硅玻璃熔炉电极水套（专利号cn201620716946.2）、一种高温熔炉用水冷电极（专利号cn201420130858.5）、玻璃熔炉电极（专利号cn89109768.6）等，所公开的水冷装置是设置在熔炉的外部或少部分伸入熔炉，因此对电极的冷却效果有限。现有市场上的部分空心电极，为保证电极的强度，会在内部设置支撑芯，支撑芯内开设冷却水道，冷却效果也有限；或者设置较大的壁厚，不仅冷却效果不佳还增加了使用成本。因此本发明进行了高温熔炉电极的设计，以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

5.本发明目的是：提供一种高温熔炉电极，以解决现有技术中玻璃熔炉电极冷却效果不佳或使用成本高等的问题。
6.本发明的技术方案是：一种高温熔炉电极，包括连接有供电装置的电极帽，所述电极帽内部设置有支撑芯，所述支撑芯上设置有冷却通道；所述支撑芯外壁上形成有内凹且连通的导流槽，并覆盖有金属箔，所述金属箔包括连接部及变形部，所述导流槽与所述金属箔的变形部之间被构造为所述冷却通道；所述变形部在所述冷却通道非导通状态下与所述电极帽内壁之间形成预留间隙，并在所述冷却通道导通状态下发生变形，与所述电极帽内壁之间相抵接触。
7.优选的，所述连接部与所述导流槽的两侧的支撑芯外壁连接；所述变形部覆盖在导流槽处；所述金属箔与电极帽内壁接触面积随通入冷却通道的冷却液流量的增加而增加，所述导流槽为螺旋状。
8.优选的，所述支撑芯内设置有第一进液孔；所述导流槽上端向支撑芯内部开设有第二进液孔，所述第一进液孔与第二进液孔连接。
9.优选的，所述支撑芯内设置有第一出液孔，所述导流槽下端向支撑芯内部开设有第二出液孔，所述第一出液孔与第二出液孔连接。
10.优选的，所述支撑芯外壁上设置有让位槽，所述让位槽与导流槽路径方向相同；所述金属箔包覆在支撑芯上，并通过锻焊连接在导流槽和让位槽之间形成的凸起上。
11.优选的，所述导流槽边沿设置有台阶，所述金属箔连接在台阶上。
12.优选的，所述支撑芯的材质为铜基合金、镍基合金。
13.优选的，所述金属箔为铜箔、碳纳米膜。
14.优选的，导流槽有多处，对应的第一进液孔、第二进液孔、第一出液孔和第二出液孔也各设置多处。
15.优选的，所述电极帽的材质为铂金。
16.与现有技术相比，本发明的优点是：（1）通过导流槽覆盖金属箔的设计，通入冷却液时，金属箔鼓起与电极帽贴合，导流槽为螺旋式的设计相较于传统的盘管式冷却管的设计，接触面积更大，极大的增加冷却效果；传统的铂金只能在1450-1500℃的玻璃溶液中使用，本技术中的铂金熔炉中的使用温度可达到1600-1680℃；（2）金属箔鼓起对电极帽也起到了支撑作用，增加电极的强度；因此，也可降低电极帽的设计壁厚，节约材料成本；（3）通过金属箔鼓起与电极帽贴合进行冷却，因此，在实际设计时，支撑芯的外径尺寸可以有较大的公差余量，降低了支撑芯的加工及安装的难度，进而降低了制造成本；如，铜箔鼓起为0.2~0.4mm，若以支撑芯与电极帽间隙0.1mm的标准来计算，支撑芯半径公差可达-0.3mm~0.1mm；（4）支撑芯可重复使用，支撑芯和电极帽可以设计有足够的间距，在达到一定使用时间时，金属箔烧蚀，支撑芯可以无损拆解出来，再次焊接上金属箔就可以重复利用；而传统的支撑芯和电极帽为贴合的，长时间高温下使用后，无法再次利用，即使是陶瓷材料内芯，拆卸时也无可避免的损坏，因此，本设计极大的降低了成本；（5）通过多个导流槽的设计，由多个冷却通道共同进行冷却，冷却效果相互叠加，极大的提高冷却效率，也进一步提高了对电极帽的支撑强度；（6）适用范围广，可以通过控制冷却液的流速控制冷却效率，及通过控制流量控制金属箔与电极帽的接触面积，其接触面积在一定范围内会随流量的增大或减小而增大或减小，进而控制对电极帽的冷却能力，不仅能够适用高达1680℃的高温，还适用较低的熔炉温度使用。
附图说明
17.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明所述高温熔炉电极正视结构示意图；图2为本发明所述的支撑芯结构示意图;图3为实施例1中所述高温熔炉电极正视剖视结构示意图，且为未通入冷却液状
态；图4为图3中a处放大的结构示意图；图5为实施例1所述高温熔炉电极正视剖视结构示意图，且为通入冷却液的状态；图6为图5中b处放大的结构示意图；图7为实施例2中所述高温熔炉电极正视剖视结构示意图，且为未通冷却液状态；图8为图7中c处放大的结构示意图；图9为实施例2所述高温熔炉电极正视剖视结构示意图，且为冷却液通入时的状态；图10为图9中d处放大的结构示意图；图11为实施例3中所述高温熔炉电极正视剖视结构示意图，且为未通入冷却液状态；图12为图11中e处放大的结构示意图；图13为实施例3所述高温熔炉电极正视剖视结构示意图，且为冷却液通入的状态；图14为图13中f处放大的结构示意图；图15为部分铂族金属的电阻率与温度的关系示意表。
18.其中：电极帽1，支撑芯2，第一进液孔21，第二进液孔22，第一出液孔23，第二出液孔24，让位槽25，凸起251，冷却通道3，导流槽31，台阶311，金属箔32，连接部32a，变形部32b。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：
实施例
20.如图1-6所示，一种高温熔炉电极，包括连接有供电装置（图中未画出）的电极帽1，电极帽1内部设置有支撑芯2，支撑芯2上设置有冷却通道3；支撑芯2外壁上形成有内凹且连通的导流槽31，并覆盖有金属箔32。金属箔32包括连接部32a及变形部32b，连接部32a与导流槽31的两侧的支撑芯2外壁连接；变形部32b覆盖在导流槽31处且形成冷却通道3。变形部32b在冷却通道3非导通状态下与电极帽1内壁之间形成预留间隙，并在冷却通道3导通状态下发生变形，与电极帽1内壁之间相抵接触。
21.支撑芯2内沿轴芯方向设置有第一进液孔21；导流槽31上端向支撑芯2内部开设有第二进液孔22，第一进液孔21与第二进液孔22连接。支撑芯2内沿轴芯方向设置有第一出液孔23，导流槽31下端向支撑芯2内部开设有第二出液孔24，第一出液孔23与第二出液孔24连接。
22.本实施例中，电极的形状不限于图中所示的截面为圆形，也可以是截面为椭圆形或其它形状。导流槽31为在支撑芯外壁上螺旋状设置，当然也可以是沿支撑芯长度方向上设置或其它结构的设置等；导流槽31不限于图中所示的弧形槽，也可以是方形或其它形状。第一进液孔21和第一出液孔23沿支撑芯2方向开设，但不一定与支撑芯2重合。相较于冷却液从导流槽31的下端进入，上端进入冷却液由上至下对电极帽1进行冷却，可降低冷却液流动中热量的聚集，提高冷却效率。
23.电极帽1的材质为铂金、铂族金属及其合金，包括pt、rh、ir、ptrh、ptir、irre等，采用铂族金属电极避免了对玻璃造成染色，适用于光学玻璃等高端玻璃制品的制造。电极帽1为中空，一般设置壁厚为0.8-1mm，上端为圆弧形，下端为管状，且电极帽1采用一体成型。
24.支撑芯2的材质为铜基合金、镍基合金等电阻率低、导热系数高的金属及其合金，加工较为便捷，且价格适宜。本实施例中，根据电极帽1上端为圆弧罩状，下端为筒状；支撑芯2为实心，上端为圆弧形，下端为圆柱状。导流槽31开设在下端圆柱状的外壁上，因在实际工作中，电极是成对设置的，电流大部分集中在电极帽1的顶端，电压不变情况下，顶端附近电阻小，能够满足需求，因此，电极帽1的上端处无需进行冷却，且下端的冷却对电极帽的顶端也起到冷却作用；另外，圆弧处的槽加工难度较大，在不影响工作效果的前提下，也无需额外的成本投入。导流槽31可以设置有多个，即冷却通道3有多个，多个导流槽31之间不相互连通，分别通入冷却液以实现对电极帽1更高效的冷却。
25.金属箔32为铜箔、碳纳米膜等，有较好的延展性、导热性等。金属箔32通过锻焊的方式连接在支撑芯2上，完全覆盖导流槽31，与导流槽31共同形成冷却液通道3。本实施例中，金属箔32为整张，先包裹支撑芯2，金属箔32的连接部32a经过锻焊贴合连接在支撑芯2的表面，变形部32b处于导流槽31处；且在锻焊时锻打的过程中，金属箔32的变形部32b会向导流槽31内延伸（如图3-4所示，金属箔32向导流槽31处内凹），也进一步增加了通冷却液时金属箔32舒张能力，同时整张的金属箔32，也能够有效的避免冷却液流出。
实施例
26.如图7-10所示，以实施例1中的结构为基础，在螺旋的导流槽31之间设置有螺旋的让位槽25；金属箔32包覆在支撑芯2上，并通过锻焊连接在导流槽31和让位槽25之间。
27.本实施例中，让位槽25无需较深，金属箔32为整片包覆在支撑芯2上进行锻焊。在锻焊捶打的过程中，金属箔32的连接部32a与让位槽25和导流槽31之间的凸起251连接，更利于与金属箔32的紧密连接。
28.其中，让位槽25不一定是方形槽，也可能是圆弧形槽等，其能够在让位槽25和导流槽31之间形成凸起251即可；另外，让位槽25与导流槽31为非重合或交叉，但路径方向相同。
实施例
29.如图11-14所示，以实施例1中的结构为基础，导流槽31边沿设置有台阶311，金属箔32的连接部32a连接在台阶311上。
30.本实施例中，金属箔32为条状，台阶311的高度无需较大，其高度略小于或等于金属箔31的厚度。安装时，金属箔32的连接部32a的宽度方向刚好卡设在两边的台阶311上；锻焊时连接部32a与台阶311连接，保证连接位置精确的同时，也利于冷却通道3的密封。
31.如图5-6、9-10和13-14所示，冷却液通过冷却通道3时，金属箔32的变形部32b鼓起并贴合电极帽1内壁，实现电极帽1的冷却，同时对电极帽1起到支撑作用，避免电极帽1长时间高温并且在玻璃溶液的压强下导致变形。
32.需要说明的是，附图中所示的电极仅为插入熔炉的部分，实际使用中电极的底部还设置有与熔炉连接的连接座或连接法兰等机构；电极帽1上还连接有供电装置或相关结构等，此类结构均为现有技术，不是本发明的重点内容，因此未在本技术中体现，但不影响
本技术技术方案的完整性。
33.导流槽31可以有多处，多处的导流槽31为路径方向相同设置，可分别通入冷却液进行冷却，冷却效果叠加，提高了冷却效率，同时增加了对电极帽1的支撑强度。
34.工作时，熔炉加热之前先通冷却液；熔炉停止工作并冷却之后，停止通入冷却液，避免熔炉温度过高对电极的影响。冷却液停止通入后，需要在冷却通道3中通入空气，将冷却通道3中残留的冷却液风干，以避免对支撑芯2及金属箔32的腐蚀。
35.另外，在一些严苛的工作条件下，铂金电极帽1在过长时间的高温及还原性环境下使用会被腐蚀，严重时会出现破洞，且相对的，破洞位置更易出现在电极帽1的顶端。因此，在电极帽1的顶端不设置冷却通道3，也在一定程度上避免了因电极帽1腐蚀破裂而玻璃液进入，导致冷却液迅速气化而发生爆炸的情况。
36.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

技术特征：
1.一种高温熔炉电极，其特征在于，包括连接有供电装置的电极帽,所述电极帽内部设置有支撑芯，所述支撑芯上设置有冷却通道；所述支撑芯外壁上形成有内凹且连通的导流槽，并覆盖有金属箔，所述金属箔包括连接部及变形部，所述导流槽与所述金属箔的变形部之间被构造为所述冷却通道；所述变形部在所述冷却通道非导通状态下与所述电极帽内壁之间形成预留间隙，并在所述冷却通道导通状态下发生变形，与所述电极帽内壁之间相抵接触。2.根据权利要求1所述的一种高温熔炉电极，其特征在于：所述连接部与所述导流槽两侧的支撑芯的外壁连接；所述变形部覆盖在导流槽；所述金属箔与电极帽内壁接触面积随导通入冷却通道的冷却液流量的增加而增加。3.根据权利要求1所述的一种高温熔炉电极，其特征在于：所述支撑芯内设置有第一进液孔；所述导流槽上端向支撑芯内部开设有第二进液孔，所述第一进液孔与第二进液孔连接。4.根据权利要求3所述的一种高温熔炉电极，其特征在于：所述支撑芯内设置有第一出液孔，所述导流槽下端向支撑芯内部开设有第二出液孔，所述第一出液孔与第二出液孔连接。5.根据权利要求1所述的一种高温熔炉电极，其特征在于：所述支撑芯上设置有让位槽，所述让位槽与导流槽路径方向相同；所述金属箔包覆在支撑芯上，并通过锻焊连接在导流槽和让位槽之间形成的凸起上。6.根据权利要求1所述的一种高温熔炉电极，其特征在于：所述导流槽边沿设置有台阶，所述金属箔连接在台阶上。7.根据权利要求1所述的一种高温熔炉电极，其特征在于：所述支撑芯的材质为铜基合金、镍基合金。8.根据权利要求1所述的一种高温熔炉电极，其特征在于：所述金属箔为铜箔、碳纳米膜。9.根据权利要求4所述的一种高温熔炉电极，其特征在于：所述导流槽为螺旋状且设置有多处，对应的第一进液孔、第二进液孔、第一出液孔和第二出液孔也各设置多处。10.根据权利要求1所述的一种高温熔炉电极，其特征在于：所述电极帽的材质为铂金。

技术总结
本发明涉及一种高温熔炉电极，包括连接有供电装置的电极帽，所述电极帽内部设置有支撑芯，所述支撑芯上设置有冷却通道；所述支撑芯外壁上形成有内凹且连通的导流槽，并覆盖有金属箔，所述金属箔包括连接部及变形部，所述导流槽与所述金属箔的变形部之间被构造为所述冷却通道；所述变形部在所述冷却通道导通状态下发生变形，与所述电极帽内壁之间相抵接触。通过螺旋状导流槽覆盖金属箔的设计，通入冷却液时，金属箔鼓起与电极帽贴合，相较于传统的盘管式冷却管的设计，接触面积更大，极大的增加冷却效果；另外，金属箔鼓起对电极帽也起到了支撑作用，可降低电极帽的设计壁厚，节约材料成本，同时提高冷却效果。同时提高冷却效果。同时提高冷却效果。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：泓武科技材料（苏州）有限公司
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/8/24