專利名稱：用于直接電阻加熱含鉑容器的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及玻璃制造，且具體涉及直接電阻加熱含鉬容器，含鉬容器用于保持或傳送熔融玻璃，例如，諸如熔化器、精煉爐、攪拌室、成形設備、連接管等容器。
背景技術：
含鉬材料，例如，含至少80%重量鉬的材料由于其高的熔化溫度、高溫下低的氧化水平、抗玻璃熔化的侵蝕以及低的污染熔融玻璃水平，故廣泛地用于玻璃及其玻璃產品的制造。含鉬材料還出名地昂貴。因此，通過使在玻璃制造設備中使用的含鉬材料的量即使小的減少，也可實現(xiàn)資金成本的實質性減少。含鉬材料的有價值的特征是其在通電時產生熱的能力。因此，在含鉬容器中流過或保持的熔融玻璃可通過在沿容器的玻璃接觸壁的長度的一個或多個位置之間通電流而加熱。這種加熱在本領域中已知為本文所使用的術語“直接加熱”或“直接電阻加熱”。在該用法中，“直接”表示從容器本身加熱，而不是通過外部施加的間接電阻加熱。在直接電阻加熱中，主要挑戰(zhàn)是電流從容器壁的導入和移除。由于傳導路徑可導致不平衡電流密度，使得在傳導路徑中產生熱點，所以這不僅是電氣問題，還是熱問題。這些熱點可導致過早材料失效，諸如通過所包含金屬的加速氧化或通過達到該金屬的熔化點ο—種將電流導入容器壁的方法是通過使用導電金屬凸緣。這種凸緣的例子可在美國專利6，076，375及7，013，677中找到。本發(fā)明涉及用于將電流導入含鉬容器壁的凸緣， 尤其確保凸緣和變化的熔融玻璃的容器內的均勻電流密度。

發(fā)明內容
為改善流過凸緣的電流密度的均勻性，揭示了提供用于繞容器的角度不對稱質量分布的方法和裝置，凸緣設計成將電流遞送到金屬容器以加熱流過該容器的熔融材料。艮口， 凸緣或凸緣中的部分的寬度從一個角度位置到另一角度位置變化。例如，凸緣在0度角度位置處(可任意選擇0度徑向位置，但較佳地位于穿過將電流供應到凸緣的電極的對稱軸上)的一個部分的寬度與位于相對于該O度位置成180度的角度位置處的相似凸緣部分的寬度不同。根據本文揭示的實施例，凸緣通常被分成以系列構造接合的環(huán)，使得環(huán)隨著從容器向外移動而一個在另一個外面地布置。這些嵌套環(huán)的最內環(huán)接合到所要加熱的容器。這些環(huán)代表上述的凸緣部分。在某些實施例中，可參照凸緣的本質相似的部分。如本文所使用的，本質相似指一個或多個環(huán)的成分組成。例如，如在以下更詳細描述的，一個或多個環(huán)可含鉬，鉬合金(例如鉬銠合金)或純鉬(例如大于99. 8%鉬)中任一種。在某些實施例中，兩個或多個環(huán)可基本上成分相似(即，僅由于不想要的雜物的存在而導致的成分輕微不同的成分相似)，但可尺寸不同(具有不同寬度或厚度)。根據本文所揭示的實施例，穿過凸緣且終止于容器壁的更均勻的電流密度可通過改變繞容器的凸緣質量分布而實現(xiàn)。即，根據本文所揭示的實施例，電流通過電極進入凸緣。由于進入凸緣時，整個電流首先穿過電極，在靠近電極的常規(guī)凸緣中的電流密度比凸緣的其它部分大。電流密度的這種不同可能導致在凸緣壽命中出現(xiàn)熱點，以及容器和流過容器的熔融材料的不均勻加熱。本文所述的不對稱和變化的質量分布使得電流更均勻分布。 也就是說，用于加熱容器的凸緣構造引入了不對稱性。在一實施例中，揭示了用于加熱熔融材料的設備，其包括具有導電外壁部分的容器；繞該容器的周界接合到該容器的導電凸緣，凸緣包括多個環(huán)，多個環(huán)至少包括具有第一成分的第一環(huán)和具有與第一成分不同的第二成分的第二環(huán)；從凸緣延伸的電極；且其中第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的寬度根據相對于該容器的角度位置而變化。第一環(huán)可以是例如含鎳。第二環(huán)含鉬系金屬，且較佳地包括鉬或鉬合金。在某些實施例中，第一環(huán)是最外環(huán)，且最外環(huán)的不包括電極的寬度根據圍繞容器的角度位置而變化。即，當沿順時針方向或逆時針方向移動時，最外環(huán)的寬度變化。例如， 最外環(huán)在對分凸緣的對稱軸上并靠近電極的位置處的寬度大于最外環(huán)在對稱軸上離電極最遠的位置處的寬度。在某些實施例中，第二環(huán)是接合到容器的最內環(huán)，且最內環(huán)的寬度根據圍繞容器的角度位置是均勻的。第二環(huán)的寬度可根據圍繞容器的角度位置而變化。在某些實施例中，第一環(huán)是最外環(huán)且第二環(huán)的寬度根據圍繞容器的角度位置而變化。第二環(huán)包括多個環(huán)或單個環(huán)，較佳地呈均勻厚度。在第二環(huán)包括多個環(huán)的實施例中，構成第二環(huán)的多個環(huán)中的每個環(huán)的寬度根據圍繞容器的角度位置而變化。在另一實施例中，第一環(huán)的厚度根據圍繞第一環(huán)的角度位置而變化。第一環(huán)可包括圍繞容器布置的多個部分，每個部分端對端地布置并接合，且多個部分的厚度根據圍繞容器的角度位置而變化。即，一個部分的厚度與另一部分的厚度不同，使得環(huán)的總體厚度隨著圍繞環(huán)沿順時針或逆時針方向移動而變化。在某些情況中，多個部分中的每個部分具有均勻的厚度。較佳地，第一環(huán)在相對于容器的第一角度位置處比在離第一角度位置180度位移的第二角度位置處厚，從而環(huán)在電極附近最厚，且在環(huán)離電極最遠的點上最薄。在某些情況中，第二環(huán)是單個環(huán)且第二環(huán)的厚度根據相對于容器的角度位置而變化。在其它構造中，第二環(huán)包括多個環(huán)，且對于構成第二環(huán)的多個環(huán)中的至少一個環(huán)，該至少一個環(huán)的厚度根據相對于容器的角度位置而變化。在又另一實施例中，第二環(huán)包括一個或多個環(huán)，且構成第二環(huán)的該一個或多個環(huán)中的至少一個環(huán)的厚度根據相對于容器的角度位置而變化。第一環(huán)的厚度也可根據相對于容器的角度位置而變化。在另一實施例中，揭示了用于加熱熔融材料的裝置，包括具有導電外壁部分的容器；包括多個環(huán)的導電凸緣，多個環(huán)至少包括具有第一成分的第一環(huán)和具有與第一成分不同的第二成分的第二環(huán)，第二環(huán)圍繞容器的周界接合到容器；且其中第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的寬度根據相對于該容器的角度位置而變化。第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)
4的厚度可根據相對于容器的角度位置而變化。在另一實施例中，揭示了用于加熱熔融材料的裝置，包括具有導電外壁部分的容器；包括多個環(huán)的導電凸緣，多個環(huán)至少包括具有第一成分的第一環(huán)和具有與第一成分不同的第二成分的第二環(huán)，第二環(huán)圍繞容器的周界接合到容器；且其中第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的厚度根據相對于該容器的角度位置而變化。第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的寬度可根據相對于容器的角度位置而變化。在以下詳細描述中闡述了本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，且通過本文所述的本發(fā)明的實踐，對本領域的技術人員將變得明顯。包括附圖以提供本發(fā)明的進一步理解，附圖包含在該說明書中并構成該說明書的一部分。應理解，說明書中和附圖中揭示的本發(fā)明的各種特征可單獨使用和組合使用。


圖1是示出示例性玻璃制造工藝的示意圖，包括用于保持和/或傳送熔融玻璃的導電金屬容器。圖2是示出使用電流承載凸緣以加熱圖1的玻璃承載容器的外壁的立體圖。圖3是凸緣的正視圖，凸緣包括含鉬環(huán)、含鎳環(huán)、含鎳冷卻管和電極。圖4是圖3的凸緣的剖視圖，示出在一個區(qū)域處比在離最寬區(qū)域180度角度位置處的區(qū)域處的環(huán)的寬度寬的外部環(huán)。圖5是另一個凸緣的正視圖，包括接合到容器的含鉬內部環(huán)、含鎳外部環(huán)、含鎳冷卻管以及電極，其中靠近附連的電極的內凸緣環(huán)的寬度比在離最寬區(qū)域180度角度位置處的內部環(huán)的寬度寬。圖6是圖5的凸緣的剖視圖。圖7是另一凸緣的正視圖，包括含鉬環(huán)、含鎳環(huán)、含鎳冷卻管和電極，其中內部環(huán)和外部環(huán)都從容器偏移(即不與容器同心)。圖8是圖7的凸緣的剖視圖，示出根據離容器的半徑的各種凸緣環(huán)的厚度。圖9是另一凸緣的正視圖，包括含鉬環(huán)、含鎳環(huán)、含鎳冷卻管和電極，其中含鉬環(huán)包括多個不同厚度的環(huán)，且其中多個含鉬環(huán)的各含鉬環(huán)相對于容器偏移(其中環(huán)寬度根據繞容器的角度位置變化)。圖10是圖9的凸緣的剖視圖，示出根據半徑位置的各種環(huán)厚度。圖11是另一凸緣的正視圖，包括含鉬環(huán)、含鎳環(huán)、含鎳冷卻管和電極，其中含鉬環(huán)包括多個不同厚度的環(huán)，且其中多個含鉬環(huán)的各含鉬環(huán)相對于容器偏移(其中環(huán)寬度根據繞容器的角度位置變化)。圖12是圖11的凸緣的剖視圖，示出根據位置半徑的各種環(huán)厚度。圖13是另一凸緣的正視圖，凸緣具有非圓形環(huán)(例如，非圓形最外環(huán)和非圓形含鉬環(huán))。圖14是另一凸緣，其中含鉬內部環(huán)分成各節(jié)段，且節(jié)段的厚度是角度位置的函數(shù)。圖15是圖14的凸緣的剖視圖，示出根據角度位置的含鉬環(huán)的不同厚度。圖16是根據本發(fā)明的實施例的凸緣電極的側剖視圖，示出布置在電極和將電流供應到凸緣的母線之間的冷卻塊。
具體實施例方式在下面的詳細說明中，為了解釋說明而非限制的目的，將闡述多種特定細節(jié)的示例實施例以便完整地理解本發(fā)明。但是，本領域的普通技術人員在借鑒了本文所揭示的內容之后，對他們來說顯而易見的是，可以不偏離本文所揭示具體細節(jié)的其它實施例來實踐本發(fā)明。此外，省略對已知裝置、方法和材料的描述以使本發(fā)明的描述清楚。最后，盡可能用相同的附圖標記來標示相同的構件。在圖1的示例性裝置10中，由箭頭11表示的配合料在熔爐或熔化器12中熔化以在第一溫度Tl形成熔融玻璃14。Tl取決于特定的玻璃成分，但對于能夠用作LCD的玻璃， Tl可以超過1500°C。熔融玻璃從熔化器12通過連接管16流到精煉爐管(或“精煉爐”)18。 玻璃從精煉爐18通過連接管22流到攪拌容器20以混合并使得均勻，且從攪拌容器20通過連接管23流到碗M，此后流到下導管沈。然后，熔融玻璃可通過入口 30被引導到成形體觀。在圖1示出的熔化下拉工藝中，遞送到成形體觀的熔融玻璃流到成形體觀的會聚成形表面上，分離的流動在該成形表面處接合或熔合，以形成玻璃帶32。然后，玻璃帶可冷卻并分離以形成單獨的玻璃板。在精煉爐18處，熔融玻璃被加熱到比第一溫度Tl高的第二溫度T2。例如，Tl可以是1500°C，而T2可以至少比Tl高100°C。該相對高溫度T2減少了熔融玻璃的粘性，由此使得能夠更容易地消除熔融材料中的氣泡。此外，較高的溫度釋放了包含在提純劑(例如多價氧化物材料)中的氧，提純劑通過配合料進入玻璃。釋放的氧在熔融玻璃中形成氣泡，熔融玻璃實質上用作成核場所。也就是說，熔融玻璃中的溶解氣體轉化成氧氣泡，并使氣泡成長。由氣泡成長導致的浮力增加加快了通過自由表面從熔融玻璃移除氣泡。雖然熔化器12通常由難熔材料(例如，陶瓷塊)形成，但大量下游系統(tǒng)，包括用于傳送熔融玻璃的各種容器，諸如連接管16、22、23，精煉爐18，攪拌爐容器20，碗M以及下導管沈通常都由導電金屬形成，通常是鉬或諸如鉬銠合金的鉬合金。如上所述，熔融玻璃非常熱，且因此需要能夠長時間經受住超過至少1600°C溫度的高溫材料。而且，該材料應該抗氧化，高溫會加速氧化。此外，熔融玻璃腐蝕性很強，所以該材料應相對地抗玻璃侵襲，該侵襲會導致玻璃被容器材料污染。包括元素周期表鉬系(鉬、銠、銥、鈀、釕和鋨)的金屬對該目的尤其有用，且因為鉬比其它鉬系金屬更容易加工，所以很多高溫工藝利用鉬或鉬合金容器。但是，因為鉬昂貴，所以進行了全部努力以減小這些容器的尺寸。一個實例涉及熔化器到精煉爐的連接管16。在熔化器和精煉爐之間的未加熱傳遞中(即，在熔化器12之后沒有施加熱能到熔融玻璃材料)，熔融玻璃一旦從熔化器12進入連接管16，則立即開始冷卻。但是，為了從提純工藝得到最大效率，當玻璃進入精煉爐時，熔融玻璃應在提純溫度(D)。因此，連接管16 較佳地加熱以防止連接管中玻璃的冷卻，并事實上在玻璃進入精煉爐之前將熔融玻璃的溫度提高到提純溫度。雖然可使用外部加熱源，但該加熱通常通過如之前概述的直接加熱方法完成。如果熔融玻璃的流量增加了，則提高加熱要求。即，必須增加精煉爐的長度以確保包含在精煉爐內的熔融玻璃在合適的溫度，從而進行適當時間的提純操作，或增加連接管 16的長度以確保熔融玻璃在進入精煉爐之前在合適的溫度。在任一情況下，隨著鉬使用量的增加，加工的成本增加。此外，在典型的制造環(huán)境中，不考慮材料成本，提供另外的房屋空間經常受到限制，導致加長部件的選擇成問題。替代的方法是增加供應到連接管的熱能。對于直接加熱的連接管，這意味著增加流過直接加熱部件的電流流量。該電流可以是交流電(AC)或直流電(DC)，但通常是AC電流。但是，已發(fā)現(xiàn)該增加的電流流量同時在將饋送電流到容器的傳導凸緣接觸容器壁的點處和凸緣本身內產生熱點。在凸緣一容器連接處的熱點可導致熔融玻璃的不均勻加熱以及差的提純性能，且凸緣內的熱點可危及凸緣的完整性，諸如通過引入加速的氧化或熔化，以及凸緣的過早失效。此外，雖然電凸緣可主動地冷卻以防止過早失效，但如果凸緣的未冷卻的溫度超過用于使用材料的某個極限，則冷卻系統(tǒng)的失效可能是災難的。凸緣內熱點的一個原因在于凸緣內在具有將凸緣連接到電流源的電極的線上的位置處的高電流密度。即，凸緣通常包括凸片(tab)或電極，凸片或電極從凸緣延伸并連接到將電流饋送到凸緣的電纜或母線。因此，在電極與凸緣接合的位置附近的電流密度通常大大高于凸緣上的其它位置。如果供應到凸緣的電流增加以滿足更大的加熱要求，凸緣內電極附近區(qū)域(電流從電極分布到凸緣的地方)的較高電流密度可在凸緣內產生足夠高的溫度以通過組成凸緣的材料的快速氧化而致使凸緣的過早失效?；蛘?，在極端情況下，該電流流量可足夠加熱和熔化電極和/或凸緣。圖2示出直接電阻加熱系統(tǒng)的一部分并示出示例性金屬容器(例如，管)，這里是熔化器到精煉爐的連接管16，金屬容器具有外壁34，將電流施加到外壁34的凸緣36附連到外壁34。應注意，管16代表直接加熱的一種示例性使用，且凸緣36可與用于保持或傳送熔融金屬的諸如精煉爐18的任何其它導電金屬容器一起使用。雖然僅示出兩個凸緣，但在實踐中，對于任何特定容器，可使用超過兩個凸緣以將電流供應到容器外壁的不同部分。此外，雖然具有多個電極的凸緣也是本文所述實施例的權益，但僅示出每個凸緣單個電極。最后，雖然圖2中示出的外壁具有圓形形狀，該壁可具有各種其它形狀，諸如橢圓形、卵形、正方形、矩形等。然后，凸緣的供容器穿過其延伸的中心通孔具有互補的形狀。根據圖2，電流供應到第一凸緣。電流通過第一凸緣行進，進入容器壁，并通過與第一凸緣間隔開的第二凸緣流出。凸緣之間的距離由容器的加熱要求確定，并容易地由本領域的普通技術人員之一確定。行進通過管壁的電流加熱該管和在其內傳遞的熔融玻璃。雖然在圖2中未示出，但在使用中，容器壁和凸緣通常由絕緣難熔材料的厚層包圍以控制熱從容器損失。圖3更詳細示出圖2的單個凸緣36的實施例的構造。如可看到的，凸緣36包括兩個環(huán)38、40，其中最內環(huán)38由耐高溫金屬(即，如本文所使用的，能夠在高于至少1400°C 的溫度工作的金屬，較佳地至少1500°C且更佳地至少1600°C )形成，該金屬包括至少80重量％的鉬，其余部分，如果有的話，是銠或銥中一種或多種。作為一個例子，最內環(huán)38可包括90重量％的鉬和10重量％的銠。因為凸緣36的溫度根據熔融玻璃傳遞管的徑向位置的增加而降低，最外環(huán)材料所要求的溫度阻抗不和最內環(huán)材料所要求的溫度阻抗一樣高。因此，為節(jié)省成本，最外環(huán)40 由通常具有高熔化溫度、但比含鉬材料的凸緣內環(huán)便宜得多的材料制成。根據某些實施例， 凸緣36的最外環(huán)40由商業(yè)純鎳(例如，至少99重量％鎳)形成，諸如鎳200或鎳201，其相比于鉬或鉬合金可以低成本容易地得到。當用在電力凸緣時，鎳提供出色的電阻抗、導熱性、抗氧化性、與鉬和銠的溶解性、機械加工性、價格以及多種形式和形狀的實用性的組合， 其它高溫材料不能相比。如圖4所示，示出圖3的凸緣的剖視圖，環(huán)38和40分別具有不同的厚度t38和t4(1。 這些厚度根據徑向位置選擇成控制電流密度。即，當從容器沿徑向方向向外移動時，凸緣的厚度變化。在選擇這些厚度時，進行許多考慮。首先，如上所討論的，直接電阻加熱的主要目標是加熱管16內的熔融玻璃，而不加熱將電流供應到容器壁的凸緣。因此，凸緣中的電流密度應小于容器壁中的電流密度以最小化能量損失。其次，應控制電流密度，從而凸緣中的部分不會變得過熱和由此損壞。這對在使用中經受較高環(huán)境溫度的凸緣中的部分來說尤其是個問題。作為用于選擇環(huán)厚度的起始點，應注意，由具有恒定厚度的單一材料構成的圓形凸緣將具有隨半徑的減小而線性地增加的電流密度，即，在凸緣的外邊緣處，電流密度最小，而在內邊緣處，電流密度最大。為抵消該影響，凸緣的厚度應隨著半徑變小而增加。在溫度方面，環(huán)境溫度通常隨著從管16向外移動而下降，且因此朝向凸緣的外部的電流密度可以更高，在凸緣的外部，由于過熱而導致的損壞的幾率較小。這導致凸緣的厚度隨著半徑的增加而變得更小。凸緣的外部區(qū)域的減小厚度對于最小化用于構建凸緣的材料量也是理想的，尤其在昂貴的含鉬材料的情況下。另一因素涉及構成凸緣的材料的電阻系數(shù)，尤其在使用不止一種類型材料的情況中。對相同的電流密度，電阻系數(shù)越高，直接加熱作用越大。此外，對于凸緣的最外環(huán)，理想的是具有大的厚度，從而環(huán)具有對周圍電流流量的低阻抗。更具體來說，在某些實施例中， 繞最外環(huán)周圍的算出徑向電流密度的變化率(即，典型的電流密度變化率)小于50%。除了這些電氣原因，還需要考慮凸緣的含鎳部件上的工作溫度的影響。概括地，用于凸緣的含鎳部件的合適的溫度是(1)在用水冷卻的通常工作中小于約600°c，(2)用空氣冷卻時，小于約800°C，(3)無冷卻時，小于約1000°C。在約600°C或以下，鎳具有足夠低的氧化率，使得凸緣的壽命可達到3年或更多。在約1000°C，可使用壽命小于30天。在約 800°C，壽命在這些值之間，且對于某些應用是可接受的，尤其如果將鎳暴露到這些溫度使得可以使用空氣冷卻，空氣冷卻通常比水冷卻復雜性低。更通常地，難熔絕緣材料中溫度隨著從含玻璃容器的軸線的徑向位置的增加而減小。同樣，溫度隨著凸緣半徑的增加而減小。在凸緣上的某些徑向位置處，溫度下降到約 1000°C以下。越過該徑向位置，鎳可安全地用作凸緣材料。如果在任何條件下，鎳溫度限定成超過，例如，對于長壽命約600°C，對于中等壽命約800°C，或對于短時間周期約1000°C， 則鎳和用在凸緣的內部分的高溫材料之間的接合必須移到更大的半徑處。當然，該接合的向外移動應平衡由于高溫增加的材料成本，且因此，高成本金屬必須延伸到較大半徑。實踐中，通常使用計算機建模來考慮各種因素，這些因素包括選擇構成凸緣的環(huán)的半徑和厚度。可使用市場上可提供的或定制的對于特定電導體特性和幾何形狀計算電流流量的軟件包以及對熱流建模和對于特定材料特性和熱源/散熱器位置計算溫度分布的軟件包來進行該建模。例如，使用這種分析找到的圖4的環(huán)的厚度的合適的關系是t4(l > t38，這里內部環(huán)38由90重量％鉬和10重量％銠制成，且外部環(huán)40以及電極42和冷卻管 44由鎳200/201制成。當然，可以使用其它關系，本領域技術人員從本發(fā)明可容易地確定用于特定應用的合適的具體關系。用于構造凸緣的環(huán)和電極通常由平坦金屬板制造，例如用于電極42和外部環(huán)40 的鎳200或鎳201板材，用于內部環(huán)38的鉬-銠合金板材(例如90重量％鉬和10重量％ 銠)。環(huán)之間的接合通常是焊接。該焊接可倒圓角以避免凹角，該凹角會產生局部高電流密度，高的電流密度可致使接合過熱或失效。最內環(huán)38通常通過焊接接合到管16的外壁34。 同樣，可使用倒圓角以避免凹角。最內環(huán)38的厚度通常大于容器壁34的厚度，雖然如果需要，最內環(huán)可使用其它厚度，例如最內環(huán)的厚度可與壁34的厚度相等或小于壁34的厚度。除了環(huán)38和40，圖3和4的凸緣包括呈管形式的冷卻通道44，較佳地由與外部環(huán) 40相同的材料制成，雖然冷卻管可由不同材料制成。在某些實施例中，冷卻管44包括至少 99.0重量％鎳。冷卻管電連接到電流源(未示出)且冷卻管接合到最外環(huán)40，通常繞最外環(huán)40的周圍。但是，在某些實施例中，冷卻通道可形成在最外環(huán)40內，例如，冷卻通道可機加工到最外環(huán)內?？梢允且后w(例如水)或氣體(例如空氣)的冷卻流體通過冷卻通道循環(huán)以將管(和連接到管的凸緣)維持在低于其將快速氧化和/或熔化的溫度。由于管16 中的熔融玻璃的溫度可超過1600°C，所以可能需要足夠的冷卻以防止凸緣的快速氧化。除了其冷卻功能，冷卻管44也可作為母線以圍繞最外環(huán)40的周界分布電流。已發(fā)現(xiàn)對于上面的動力凸緣，鎳的使用顯著地提高了凸緣承受冷卻水流中的暫時停機的能力。具體來說，凸緣呈現(xiàn)高水平的抗氧化性，從而如果冷卻流體流中斷，凸緣在數(shù)日內將保持可操作。含鎳凸緣的較高抗氧化提供了足夠的時間以恢復冷卻流，而不損失鉬部件并因此不需要中斷穿過容器的玻璃流。除了其承受冷卻流中的暫時中斷的能力，含鎳凸緣還比例如在低溫系統(tǒng)中使用的含銅凸緣需要較少的冷卻。因此，一般而言，當使用含鎳凸緣時，需要較少的直接電阻加熱。 根據給直接加熱系統(tǒng)提供動力所需的電源容量，直接電阻加熱的減少又減少了電力運轉成本和資金成本。除了這些功能益處，含鎳的一個或多個環(huán)的使用顯著地減少了凸緣的成本，因為在含銅凸緣中，在可能使用鉬或鉬合金的地方使用了鎳。即，銅的較低溫度阻抗意味著鉬銅凸緣需要鉬以進一步延伸來提供用于銅的安全操作環(huán)境。雖然鎳和鉬的價格隨著時間變化，但根據經驗，鉬是鎳的至少400倍貴且有時超過1800倍貴。如圖3和4實施例中所示，連接管(容器)16相對于最外環(huán)40不同心地定位，在該情況中，環(huán)40是含鎳環(huán)。如所示，內部含鉬環(huán)38繞連接管16同心地設置并繞連接管16 周界接合。根據圖3，虛線46代表穿過電極42和對分凸緣36的對稱軸。在典型的安裝凸緣定向中，對稱軸46代表垂直軸線。但是，對稱軸46不必為垂直的。如所示，靠近電極42 的最外環(huán)40的總體寬度Wl比連接管16相反側上的最外環(huán)40的總體寬度W2寬，S卩，W2是離寬度Wl成180度角度放置的寬度。S卩，圖3和4中示出的Wl比W2寬。注意，Wl不包括電極41。圖4示出圖3的凸緣的剖視圖，示出最外環(huán)40靠近電極42的部分相比于與電極 42相對的最外環(huán)40(即以180度角度放置)的寬度的增加的寬度。應注意，在某些實施例中，最外電極40本身可包括多個環(huán)。例如，最外環(huán)40可以是由多個不同厚度的含鎳環(huán)構成的含鎳環(huán)。鎳可與諸如鉬的其它金屬鑄成合金。圖5和6示出另一實施例，其中內部含鉬環(huán)38相對于連接管16偏移，且沿對稱軸 46測量含鉬環(huán)38靠近電極42的寬度W3比位于離W3成180度的含鉬環(huán)38的寬度W4寬。在該實施例中，含鎳環(huán)40具有大致均勻的寬度。在圖7和8所示的另一實施例中，連接管16不同心地定位在含鉬環(huán)38內。S卩，沿對稱軸46的含鉬環(huán)38的外周和連接管16的外壁34之間的寬度W3比壁34和環(huán)38的外周之間的含鉬環(huán)38的寬度W4寬。更簡單地表達，含鉬環(huán)38的寬度隨著圍繞環(huán)行進而變化 (即，在圍繞環(huán)的不同角度位置處)。根據本實施例，最大的寬度是直接靠近將電流供應到凸緣的電極(即，在靠近電極42的對稱軸46上)。因為凸緣靠近電極的含鉬部分的第一寬度比含鉬凸緣且離第一寬度成180度定位的第二寬度大，使得將連接管的壁進一步遠離來自電極的電流移動。因此，使得在電流密度最高的地方，被電流穿過的含鉬材料的量較大。 相反，使得在電流密度最低的地方，被電流穿過的含鉬材料的量較小。結果是穿過含鉬環(huán)38 并從而進入連接管16的電流的均勻性提高。除了含鉬環(huán)38偏移，含鎳最外環(huán)40也偏移。S卩，含鎳環(huán)40的Wl比寬度W2寬，而含鉬環(huán)38的寬度W3比寬度W4寬，從而靠近電極42的含鎳環(huán)40和含鉬環(huán)38的寬度比其在連接管16的另一側處直接相對的寬度寬。圖9和10示出另一實施例，包括含鎳環(huán)40，但其中含鉬環(huán)38包括圍繞連接管16 布置的兩個含鉬環(huán)38a和38b，其中，最內含鉬環(huán)38a接合到連接管16，諸如通過焊接。但是，含鉬環(huán)38沿穿過電極42的對稱軸46在最外環(huán)40和連接管16的壁34之間的總體寬度W3比沿軸線46的位于離W3成180度的總體寬度W4大。此外，最內含鉬環(huán)38a的厚度t38a大于第一中間含鉬環(huán)38b的厚度t38b。較佳地， 最外環(huán)40 (例如含鉬環(huán)40)的厚度t4(1大于最內含鉬環(huán)38a的厚度、8a并大于第一中間含鉬環(huán)38b的厚度t38b，使得t40 > t38a > t38b。較佳地，每個含鉬環(huán)38a和/或38b可偏移，或中間含鉬環(huán)38a可與連接管16同心而僅第一中間含鉬環(huán)38b偏移。應注意，外部環(huán)40可如前所示偏移，或不偏移。圖11和12示出又一實施例，其中含鉬環(huán)38包括繞連接管16布置的三個含鉬環(huán) 38a、38b和38c，其中最內含鉬環(huán)38a接合到連接管16，諸如通過焊接。第一中間含鉬環(huán)38b 繞最內含鉬環(huán)38a布置并接合到其周界，而第二中間含鉬環(huán)38c繞第一中間含鉬環(huán)38b布置并接合到其周界。含鉬環(huán)38沿穿過電極42的對稱軸46在最外環(huán)40和連接管16的壁 34之間的總體寬度W3比含鉬環(huán)38沿軸線46的位于離W3成180度的總體寬度W4大。此外，最外環(huán)40的厚度t40比最內含鉬環(huán)38a的t38a大，厚度t38a比第一中間含鉬環(huán)38b的厚度t38b大，而第一中間含鉬環(huán)38b的厚度t38b大于第二中間含鉬環(huán)38c的厚度t3ik;大，使得 t40 > t38a > t38b > t38c0假設每個單獨的環(huán)具有均勻的厚度。每個單獨的含鉬環(huán)38a-38c 可相對于連接管16偏移。替代地，最內含鉬環(huán)38a可與連接管16同心(即，具有均勻寬度)，第一和第二中間含鉬環(huán)38b和38c相對于連接管16偏移?；诒景l(fā)明的講授，應很明顯可采用多個單獨的含鉬環(huán)，以使凸緣的含鉬部分的厚度根據減少的半徑而徑向增加厚度。但是，前述實施例的共同特征是凸緣的含鉬部分的總體寬度可變和/或最外環(huán)(例如含鎳)相對于繞容器(例如連接管)的角度位置的總體寬度可變，凸緣繞容器設置，除了關于軸線46對稱的凸緣，凸緣的含鉬部分沿垂直于軸線 46的軸線的寬度可以相同。含鉬環(huán)沿繞凸緣角度移動的不同寬度的使用提供了含鉬材料質量梯度，其使得在連接管/凸緣接合處和凸緣本身內，電流密度更均勻。圖13的實施例示出不同于上述實施例示出的大致圓形環(huán)周界的凸緣的更普遍的實施例。圖13的凸緣，穿過電極42的對稱軸46對分凸緣且含鉬環(huán)38的靠近電極42的總體寬度和/或最外環(huán)40的靠近電極42的寬度都大于位于連接管16的相反側上的相應環(huán)的部分的寬度。在圖14-15所示的另一實施例中，含鉬環(huán)38的厚度根據繞連接管16的角度位置而變化。例如，圖14示出具有單個含鉬環(huán)38的凸緣36，含鉬環(huán)38分成分別布置在12:00 時鐘位置處、3:00時鐘位置處、6:00時鐘位置處、9:00時鐘位置處的沿順時針方向移動的四節(jié)段50、52、54和56。根據本發(fā)明實施例，12:00時鐘位置處的節(jié)段50做得比6:00時鐘位置處的節(jié)段M厚。分別在3:00時鐘處和9:00時鐘處的節(jié)段52和56具有在12:00時鐘處和6:00時鐘處的節(jié)段50和M之間的厚度。例如，節(jié)段52和56的厚度可以相等。因此，當繞環(huán)38從12:00時鐘位置處沿順時針方向移動時，環(huán)厚度t38變薄，在6:00時鐘位置處達到最小厚度，然后再次朝向12:00時鐘位置處變厚。當然，如果含鉬環(huán)38包括多個環(huán)(例如如上所述的環(huán)38a、38b...)，它們可根據角度位置變化厚度。此外，最外環(huán)40可類似地分成具有變化厚度的節(jié)段。根據角度位置的厚度變化可以是如上所述的梯級的(諸如通過將不同厚度的部分(楔)焊接在一起)，或逐漸的(連續(xù)的)，取決于機加工能力。梯級的厚度變化通常更容易生產，其中單獨的節(jié)段布置在一起并焊接。在某些實施例中，最外環(huán)和含鉬環(huán)中的一個或兩個可相對于連接管16偏移，且可包括具有根據上述角度位置而變化厚度的環(huán)(最外環(huán)、含鉬環(huán)、或最外環(huán)和含鉬環(huán)兩者)。如之前注意到的，雖然凸緣36已參照連接管16描述，但是本文所述的凸緣可在施加直接電阻加熱以加熱容器內的材料流的其它導電容器上使用。應注意，在每個上述實施例中，可采用各種構造的冷卻管和/或通道。例如，用于電極42的冷卻管44可與用于凸緣的冷卻管44 (即，在最外環(huán)40處)隔離，從而電極可與凸緣的其余部分分開冷卻?？赡苄枰姆秶Q于凸緣和容器的具體要求，例如溫度、電流等。在某些情況中，如果環(huán)的溫度足夠低，且僅電極設有冷卻管44，可能不需要冷卻最外環(huán) (或簡單地沒有流過冷卻管的最外環(huán)部分的冷卻流體)。在某些實施例中，不要求對最外凸緣或電極的冷卻。在其它實施例中，電極42和將電流供應到電極的母線58之間的接合包括如圖16所示的冷卻塊60。圖16示出電極42、母線48的一部分和冷卻塊60，并示出用于將冷卻流體供應到冷卻塊60的內部內的通道的入口 62和出口 64。當然，作為替代，冷卻管可附連到冷卻塊60的外部。因此，本發(fā)明的非限制實施例可包括Cl.用于加熱熔融材料的裝置，包括具有導電外壁部分的容器；繞該容器的周界接合到該容器的導電凸緣，凸緣包括多個環(huán)，多個環(huán)至少包括具有第一成分的第一環(huán)和具有與第一成分不同的第二成分的第二環(huán)；從凸緣延伸的電極；且其中第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的寬度根據相對于該容器的角度位置而變化。C2.根據Cl的裝置，其中第一環(huán)含鎳。C3.根據Cl或C2的裝置，其中第二環(huán)含鉬。C4.根據Cl至C3中任何項的裝置，其中第一環(huán)是最外環(huán)，且最外環(huán)的不包括電極的寬度根據圍繞容器的角度位置而變化。C5.根據C4的裝置，其中最外環(huán)在對分凸緣的對稱軸上并靠近電極的位置處的寬度大于最外環(huán)在對稱軸上離電極最遠的位置處的寬度。
C6.根據C4或C5的裝置，其中第二環(huán)是最內環(huán)且最內環(huán)的寬度根據圍繞容器的角度位置是均勻的。C7.根據C4至C6中任何項的裝置，其中第二環(huán)的寬度根據圍繞容器的角度位置而變化。C8.根據Cl的裝置，其中第一環(huán)是最外環(huán)且第二環(huán)的寬度根據角度位置而變化。C9.根據C8的裝置，其中第二環(huán)包括多個環(huán)。C10.根據C9的裝置，其中構成第二環(huán)的多個環(huán)中的每個環(huán)的寬度根據圍繞容器的角度位置而變化。Cll.根據Cl的裝置，其中第一環(huán)的厚度根據圍繞第一環(huán)的角度位置而變化。C12.根據Cll的裝置，其中第一環(huán)包括多個部分且該多個部分的厚度根據圍繞容器的角度位置而變化。C13.根據C12的裝置，其中多個部分中的每個部分具有均勻的厚度。C14.根據Cll的裝置，其中第一環(huán)在相對于容器的第一角度位置處比在從第一角度位置移位180度的第二角度位置處厚。C15.根據Cll的裝置，其中第二環(huán)是單個環(huán)且第二環(huán)的厚度根據相對于容器的角度位置而變化。C16.根據Cll的裝置，其中第二環(huán)包括多個環(huán)，且對于構成第二環(huán)的多個環(huán)中的至少一個環(huán)，該至少一個環(huán)的厚度根據相對于容器的角度位置而變化。C17.根據Cl的裝置，其中第二環(huán)包括一個或多個環(huán)，且構成第二環(huán)的該一個或多個環(huán)中的至少一個環(huán)的厚度根據相對于容器的角度位置而變化。C18.根據C17的裝置，其中第一環(huán)的厚度根據相對于容器的角度位置而變化。C19.用于加熱熔融材料的裝置，包括具有導電外壁部分的容器；包括多個環(huán)的導電凸緣，多個環(huán)至少包括具有第一成分的第一環(huán)和具有與第一成分不同的第二成分的第二環(huán)，第二環(huán)圍繞容器的周界接合到容器；且其中第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的寬度根據相對于該容器的角度位置而變化。C20.根據C19的裝置，其中第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的厚度根據相對于容器的角度位置而變化。C21.用于加熱熔融材料的裝置，包括具有導電外壁部分的容器；包括多個環(huán)的導電凸緣，多個環(huán)至少包括具有第一成分的第一環(huán)和具有與第一成分不同的第二成分的第二環(huán)，第二環(huán)繞容器的周界接合到容器；且其中第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的厚度根據相對于該容器的角度位置而變化。C22.根據C21的裝置，其中第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的寬度根據相對于容器的角度位置而變化。應該強調本發(fā)明的上述各實施例、尤其任何“優(yōu)選”實施例僅是實現(xiàn)的可能示例， 僅為清楚理解本發(fā)明的原理而闡述。可以在基本上不偏離本發(fā)明的精神和原理的情況下， 對本發(fā)明的上述實施方式進行許多的改型和調整。所有這些調整和改型都包括在本文中， 包括在本發(fā)明和說明書的范圍之內，受到所附權利要求書的保護。
權利要求
1.一種用于加熱熔融材料的裝置，包括容器，所述容器具有導電的外壁部分；導電的凸緣，所述凸緣圍繞所述容器的周界接合到所述容器，所述凸緣包括多個環(huán)，所述多個環(huán)包括至少第一環(huán)和第二環(huán)，所述第一環(huán)具有第一成分，所述第二環(huán)具有與所述第一成分不同的第二成分；電極，所述電極從所述凸緣延伸；以及所述第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的寬度根據相對于所述容器的角度位置而變化。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一環(huán)含鎳。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二環(huán)含鉬。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一環(huán)是最外環(huán)，且所述最外環(huán)的不包括所述電極的寬度根據圍繞所述容器的角度位置而變化。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述最外環(huán)在對分所述凸緣的對稱軸上并靠近所述電極的位置處的寬度大于所述最外環(huán)在所述對稱軸上離所述電極最遠的位置處的寬度。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一環(huán)的厚度根據圍繞所述第一環(huán)的角度位置而變化。
7.一種用于加熱熔融材料的裝置，包括容器，所述容器具有導電的外壁部分；導電的凸緣，所述凸緣包括多個環(huán)，所述多個環(huán)包括至少第一環(huán)和第二環(huán)，所述第一環(huán)具有第一成分，而所述第二環(huán)具有與所述第一成分不同的第二成分，所述第二環(huán)圍繞所述容器的周界接合到所述容器；以及所述第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的寬度根據相對于所述容器的角度位置而變化。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的厚度根據相對于所述容器的角度位置而變化。
9.一種用于加熱熔融材料的裝置，包括容器，所述容器具有導電的外壁部分；導電的凸緣，所述凸緣包括多個環(huán)，所述多個環(huán)包括至少第一環(huán)和第二環(huán)，所述第一環(huán)具有第一成分，而所述第二環(huán)具有與所述第一成分不同的第二成分，所述第二環(huán)圍繞所述容器的周界接合到所述容器；以及其中，所述第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的厚度根據相對于所述容器的角度位置而變化。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述第一環(huán)或第二環(huán)中的至少一個環(huán)的寬度根據相對于所述容器的角度位置而變化。
全文摘要
提供一種用于諸如精煉爐或連接管的熔融玻璃承載容器的直接電阻加熱的裝置。該裝置包括凸緣，凸緣包括多個導電環(huán)，導電環(huán)包括在凸緣的使用過程中接合到容器外壁的內部環(huán)和在凸緣的使用過程中接納電流的外部環(huán)。最內環(huán)包括較佳地含至少80％鉑的抗高溫金屬，而最外環(huán)較佳地含至少99.0％鎳。各材料的組合不僅增加了凸緣的可靠性而且減少了其成本。內部環(huán)或外部環(huán)中的一個或兩個環(huán)的寬度或厚度中的任一個或兩個根據相對于容器的角度位置而變化。內部環(huán)和外部環(huán)相對彼此的寬度和/或厚度在凸緣和容器內產生了均勻的電流分布。
文檔編號C03B5/02GK102190418SQ20111005169
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權日2010年2月25日
發(fā)明者C·C·何, G·德安格利斯, 羅偉煒 申請人:康寧股份有限公司