DE3906270A1 - Glasschmelzverfahren und vorrichtung dafuer - Google Patents
Glasschmelzverfahren und vorrichtung dafuerInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zum Schmelzen von Glas, das im geschmolzenen
Zustand eine hohe reduzierende Wirksamkeit aufweist, wie
z.B. Phosphatglas.
Im allgemeinen wird Glas hoher optischer Qualität, das
keine Streifen, Blasen usw. aufweist, auf die folgende Weise
hergestellt. Ein Schmelzgefäß aus Platin oder einer
Legierung davon wird in einem Schutzgehäuse aus feuerfestem
Material untergebracht. Das Schmelzgefäß und das
Schutzgehäuse werden in einem Schmelzofen angeordnet.
Glasrohmaterial wird in das Schmelzgefäß gegeben und durch
ein SiC-Widerstandserhitzungselement oder dergleichen
erhitzt, um das Glasrohmaterial zu schmelzen. Das geschmolzene
Glas wird ferner entschäumt und homogenisiert.
Phosphatglas, das eine reduzierende Wirksamkeit aufweist,
die besonders stark ist, wenn es geschmolzen ist, ist
hoch reaktiv und neigt dazu, mit dem Platin oder der
Platinlegierung des Schmelzgefäßes zu reagieren, um eine
Platin-Phosphor-Legierung zu bilden. Der Schmelzpunkt der
Platin-Phosphor-Legierung ist 588°C, welcher extrem niedrig
ist. Wenn das Schmelzgefäß und der Rührstab, welche aus
Platin oder einer Legierung davon hergestellt sind, beim
Schmelzen des Phosphatglases verwendet werden, werden
demzufolge die innere Wandoberfläche des Schmelzgefäßes
und die äußeren Flächen des Rührstabes im Kontakt mit dem
geschmolzenen Glas zu einer Platin-Phosphor-Legierung, die
den niedrigen Schmelzpunkt hat. Auf diese Weise können das
Schmelzgefäß und der Rührstab kurzfristig örtlich abbrechen.
Zusätzlich oder alternativ dazu werden im Schmelzgefäß und
am Rührstab kurzfristig örtlich Risse entstehen.
Aus diesem Grund werden Schmelzgefäße und Rührstäbe aus
Platin oder Platinlegierungen beim Schmelzen von
Phosphatglas mit starker reduzierender Wirksamkeit nicht
verwendet. Um solche Gläser zu schmelzen, werden Töpfe oder
Schmelztiegel und Rührstäbe aus Keramik, wie Ton, Quarzglas
oder dergleichen, verwendet oder es wird ein Schmelzgefäß
oder ein Rührstab aus Iridium oder einer Legierung davon
eingesetzt, was in DE-PS 19 06 717 offenbart ist.
Wenn ein Schmelzgefäß aus Keramik, wie ein Tontiegel,
Quarzglastiegel oder dergleichen, und ein Rührstab aus
Keramik zum Schmelzen des Phosphatglases mit im geschmolzenen
Zustand besonders starker reduzierender Wirksamkeit
verwendet werden, tritt das folgende Problem auf. Der
Schmelztiegel und der Rührstab werden unter der starken
Erosionswirkung des geschmolzenen Phosphatglases kräftig
erodiert, so daß Komponenten des Schmelzgefäßes und des
Rührstabes im geschmolzenen Glas gelöst werden, was zu
Streifen, Blasen usw. im Glas führt. Auf diese Weise wird
die optische Qualität des geschmolzenen Glases beträchtlich
verschlechtert.
Wenn ferner das Phosphatglas mit starker Reduktionswirksamkeit
unter Verwendung des Schmelzgefäßes und des Rührstabes
aus Iridium oder einer Legierung davon geschmolzen wird, ist
es möglich, ein Glas hoher optischer Qualität zu erhalten.
Es ergeben sich jedoch die folgenden Probleme. Iridium und
Iridiumlegierungen sind nämlich äußerst teuer, verglichen
mit Platin und Platinlegierungen. Außerdem stellen Iridium
oder Legierungen davon ein hartes Material dar, und ihre
Verarbeitbarkeit ist schlecht, so daß es schwierig ist, die
jeweiligen Schmelzgefäße und Rührstäbe in großer und
komplizierter Ausgestaltung zu erhalten.
Des weiteren besteht auch noch das folgende Problem. Iridium
oder eine Legierung davon neigen nämlich dazu, oxidiert
zu werden, so daß die äußere Oberfläche des Schmelzgefäßes
mit einem Metall, wie Rhodium oder dergleichen, beschichtet
werden muß. So bedarf es zur Herstellung des Schmelzgefäßes
einer langen Zeit und eines großen Aufwandes.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas, das
im geschmolzenen Zustand eine hohe Reduktionswirksamkeit
aufweist, bereitzustellen, wobei Gläser hoher optischer
Qualität zu niedrigen Kosten erhalten werden.
Zu diesem Zweck wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Verfahren zum Schmelzen von Glas mit im geschmolzenen
Zustand hoher reduzierender Wirksamkeit bereitgestellt,
wobei man ein Schmelzgefäß mit Wänden aus Platin oder
einer Platinlegierung mit einem Glasrohmaterial beschickt;
das Glasrohmaterial innerhalb des Schmelzgefäßes erhitzt,
um es zu schmelzen; und Sauerstoffgas an eine Außenfläche
des Schmelzgefäßes bringt, um den Sauerstoffpartialdruck
innerhalb einer das Schmelzgefäß umgebenden Atmosphäre
zu erhöhen und auf diese Weise das Sauerstoffgas durch die
Wand des Schmelzgefäßes dringen zu lassen, wobei eine
Schicht des geschmolzenen Glases, die in Kontakt mit der
inneren Oberfläche der Wand des Schmelzgefäßes steht, mit
dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird, so daß diese
Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen
Glasschutzschicht wird, um die Wand des Schmelzgefäßes
vor dem geschmolzenen Glas zu schützen.
Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zum Schmelzen
von Glas mit im geschmolzenen Zustand hoher
Reduktionswirksamkeit geliefert, wobei die Vorrichtung
ein Schmelzgefäß, das mit einem Glasrohmaterial beschickt
wird, wobei das Schmelzgefäß Wände aus Platin oder einer
Platinlegierung aufweist; eine Vorrichtung zum Erhitzen,
um das Glasrohmaterial im Schmelzgefäß zu schmelzen; eine
umgebende Vorrichtung, die angeordnet ist, um das
Schmelzgefäß zu umgeben, und die mit Außenflächen der
Schmelzgefäßwände im Zusammenhang steht, um einen Raum
zwischen der umgebenden Vorrichtung und dem Schmelzgefäß
festzulegen; und eine Versorgungsvorrichtung, um den Raum
mit Sauerstoffgas zu versorgen, um den
Sauerstoffpartialdruck darin zu erhöhen und so das
Sauerstoffgas durch die Wand des Schmelzgefäßes dringen zu
lassen, wobei eine Schicht des geschmolzenen Glases, das
mit der inneren Oberfläche der Schmelzgefäßwand in Kontakt
steht, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird,
so daß die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer
sauerstoffreichen, schützenden Glasschicht wird, um die
Schmelzgefäßwand vor dem geschmolzenen Glas zu schützen,
umfaßt.
Wie vorstehend beschrieben, wird die erfindungsgemäße
Anordnung in einer solchen Weise geschaffen, daß das
Glas geschmolzen wird, während die Außenfläche des
Schmelzgefäßes aus Platin oder einer Legierung davon oder
der Raum zwischen der Umgebungsvorrichtung und dem
Schmelzgefäß mit Sauerstoffgas versorgt wird. Mit einer
solchen Anordnung wird die innere Oberfläche des
Schmelzgefäßes, die in Kontakt mit dem geschmolzenen Glas
steht, durch die schützende Glasschicht, die reich an
Sauerstoff ist, geschützt, wobei es ermöglicht wird, das
Glas, das im geschmolzenen Zustand eine hohe reduzierende
Wirksamkeit aufweist, unter Verwendung des Schmelzgefäßes
mit Wänden aus Platin oder Platinlegierungen zu schmelzen,
was bisher nicht möglich war. Auf diese Weise kann Glas
hoher optischer Qualität zu niedrigen Kosten hergestellt
werden, weil es vermieden werden kann, ein keramisches
Schmelzgefäß, das die optische Qualität des Glases
verschlechtert, oder ein Schmelzgefäß aus Iridium oder
einer Legierung davon, die teuer und schlecht zu verarbeiten
sind, einzusetzen.
Die einzige Figur ist ein diagrammartiger Querschnitt einer
Glasschmelzvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der
Erfindung.
Bezüglich der Permeabilität von Sauerstoff durch Platin
(Pt) haben L. R. Velho und R. W. Bartlett in Metallurg.
Trans. 3 (1972) 65, die Sauerstoffpermeabilität in
Abhängigkeit von der Diffusion in einem Bereich von 1435
bis 1504°C mittels eines Massenspektrometers untersucht.
Ferner haben R. J. Brook, W. L. Pelzman und F. A. Kröger
in J. Electrochem. Soc. 118 (1971) 185, die
Sauerstoffpermeabilität in einem Bereich von 500 bis 700°C
mittels einer Festkörper-Elektrolytzelle untersucht.
Demgemäß ist es ersichtlich, daß, falls der
Sauerstoffpartialdruck innerhalb einer ein Schmelzgefäß
umgebenden Atmosphäre unter einer hohen Temperatur, bei der
Glas geschmolzen wird, erhöht wird, Sauerstoff in
beträchtlichem Maße dazu gebracht wird, eine
Schmelzgefäßwand zu durchdringen. Die Erfindung hat die
Erkenntnis dieses Gesichtspunktes zur Grundlage. Insbesondere
wird der Sauerstoff, wenn ein das Schmelzgefäß umgebender
Raum auf eine Atmosphäre hoher Sauerstoffkonzentration
gebracht wird, dazu gebracht, die Wand des Schmelzgefäßes
zu durchdringen, und eine Schicht des geschmolzenen Glases,
die in Kontakt mit der Innenfläche der Wand des
Schmelzgefäßes aus Platin oder einer Legierung davon
steht, wird reich an Sauerstoff, so daß die Schicht des
geschmolzenen Glases zu einer Glasschutzschicht wird, um
die Wand des Schmelzgefäßes vor dem geschmolzenen Glas
zu schützen. Demgemäß wird reduzierendes Phosphoroxid im
geschmolzenen Glas, welches die Oxidationszahl +3 oder +4
besitzt, mit Sauerstoff aus der sauerstoffreichen Schicht
des geschmolzenen Glases, das sich in der Nachbarschaft der
inneren Wandoberfläche des Schmelzgefäßes befindet, versorgt,
so daß das Phosphoroxid in der Schicht des geschmolzenen
Glases zu Phosphoroxid mit der Oxidationszahl +5 umgewandelt
wird. Da die innere Wandfläche des Schmelzgefäßes aus
Platin oder einer Legierung davon durch die sauerstoffreiche
Glasschicht geschützt ist, kann die innere Wandfläche des
Schmelzgefäßes davon abgehalten werden, in direkten
Kontakt mit dem reduzierenden Phosphoroxid gebracht zu
werden. Demzufolge wird verhindert, daß das Platin oder
die Legierung davon auf der inneren Wandfläche des
Schmelzgefäßes an Phosphoroxid gebunden wird, um eine
Platin-Phosphor-Legierung zu bilden. Auf dieses Weise kann
wirksam verhindert werden, daß das Schmelzgefäß bricht
oder springt.
In der Zwischenzeit ist es erforderlich geworden, daß
Phosphatglas, das die Lichtabsorption durch enthaltenes
Fe2+ ausnutzt, wie z.B. Hitzewellenabsorptionsglas,
reduzierende Eigenschaften besitzt. Der Grund dafür ist,
daß, falls es oxidierende Eigenschaften besitzt, Fe2+ zu
Fe3+ wird, wodurch es unmöglich wird, eine gewünschte
Lichtabsorptionskurve zu erhalten. Demgemäß sollte
Schmelzen innerhalb einer oxidierenden Atmosphäre verhindert
werden, vielmehr soll das Glas geschmolzen werden, wobei
es seine reduzierenden Eigenschaften beibehält.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist in einer solchen Weise
ausgestaltet, daß zum Schutze des Schmelzgefäßes aus
Platin oder einer Platinlegierung der Sauerstoff, der dazu
gebracht wird, die Schmelzgefäßwand zu durchdringen, an
die Schicht des geschmolzenen Glases in der Nachbarschaft
der Innenfläche der Schmelzgefäßwand gebracht wird. Obwohl
die Quantität des Sauerstoffes, der die Schmelzgefäßwand
durchdringt, äußerst gering ist, reicht die Quantität aus,
um P3+ und P4+ innerhalb der Schicht des geschmolzenen
Glases in der Nachbarschaft der Innenfläche der
Schmelzgefäßwand auf P5+ anzuheben. Die Quantität reicht
auch aus, um die Reaktivität des Glases zur Wand aus
Platin oder einer Legierung davon zu schwächen.
Falls andererseits der Sauerstoffpartialdruck innerhalb
der Atmosphäre auf der Oberfläche des geschmolzenen Glases
hoch ist, wird eine viel größere Menge an Sauerstoff,
jenseits derjenigen, die dazu gebracht wird, die
Schmelzgefäßwand zu durchdringen, in das geschmolzene
Glas durch diese Oberfläche eingeleitet. Demzufolge tritt
im Falle des Fe2+ enthaltenden Hitzewellenabsorptionsglases
eine unerwünschte Anhebung von Fe2+ auf Fe3+ ein. Bei der
Durchführung der vorliegenden Erfindung wird der
Sauerstoffpartialdruck, wenn das Sauerstoffgas in die
das Schmelzgefäß umgebende Atmosphäre gebracht wird, in
der Atmosphäre innerhalb des Schmelzofens erhöht. Aus
diesem Grund ist es bevorzugt, daß die Öffnung des
Schmelzgefäßes auf eine notwendige Minimalgröße
herabgesetzt wird, um Kontakt zwischen der Atmosphäre hohen
Sauerstoffpartialdruckes und dem geschmolzenen Glas zu
vermeiden. Durch diese Vorgehensweise wird es, sogar wenn
das zu schmelzende Glas ein Fe2+-haltiges Phosphatglas mit
starker Reduktionswirksamkeit ist, durch die Erfindung möglich
gemacht, das Schmelzgefäß aus Platin oder einer Legierung
davon zu verwenden, um Glas hoher Qualität mit keinen
Streifen und Blasen zu erzeugen, ohne daß Platin oder eine
Legierung davon errodiert werden.
Mit Bezug auf die einzige Figur wird eine Vorrichtung (1)
gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zum
Schmelzen von Glas mit im geschmolzenen Zustand hoher
reduzierender Wirksamkeit, wie z.B. Phosphatglas, im
Querschnitt gezeigt. Die Glasschmelzvorrichtung (1) umfaßt
einen Schmelzofen (2) aus feuerfestem Material. Der
Schmelzofen (2) weist eine obere Wand, die mit einer
eingefügten Öffnung (2 a) und einer Beschickungsöffnung (16)
ausgestattet ist, und eine untere Wand, die mit einer
Paßbohrung (2 b) ausgestattet ist, auf.
Ein Austrittsofen (3) aus feuerfestem Material ist koaxial
zum Schmelzofen (2) an der Paßbohrung (2 b) in der unteren
Wand des Schmelzofens (2) angebracht.
Ein Schmelzgefäß (5) aus Platin oder einer Legierung davon
ist innerhalb des Schmelzofens (2) angeordnet. Das
Schmelzgefäß (5) weist eine obere Wand mit einem Paar
röhrenförmiger Abschnitte (5 a, 5 b) auf. Der röhrenförmige
Abschnitt (5 a) bildet eine senkrechte Linie mit der
Einfügungsöffnung (2 a) in der oberen Wand des Schmelzofens
(2) und der röhrenförmige Abschnitt (5 b) definiert eine
Beschickungsöffnung (17), die eine senkrechte Linie mit der
Beschickungsöffnung (16) in der oberen Wand des Schmelzofens
(2) bildet. Das Schmelzgefäß (5) weist eine untere Wand
auf, die mit einer Austrittsleitung (6) verbunden ist. Die
Austrittsleitung (6) ist aus Platin oder einer Legierung
davon gebildet und erstreckt sich von der unteren Wand
des Schmelzgefäßes (5) durch die Paßbohrung (2 b) in der
unteren Wand des Schmelzofens (2) in vertikaler Richtung
nach unten. Wie später beschrieben wird, wird das
Schmelzgefäß (5) durch die in vertikaler Linie verbundenen
Beschickungsöffnungen (16, 17) mit Glasrohmaterial, das
Bruchglas enthalten kann, beschickt.
Ein umgebendes Schutzgehäuse (7) aus feuerfestem Material
wird im Schmelzofen (2) untergebracht und ist so
angeordnet, daß es das Schmelzgefäß (5) umgibt. Das
umgebende Schutzgehäuse (7) hat eine obere Wand, die eine
Bohrung (7 a) aufweist, die mit der eingefügten Öffnung (2 a)
in der oberen Wand des Schmelzofens (2) eine senkrechte
Linie bildet. Der röhrenförmige Abschnitt (5 a) auf der
oberen Wand des Schmelzgefäßes (5) ist in die Bohrung
(7 a) eingepaßt, um eine später zu beschreibende ringförmige
Austrittsöffnung (15) für Sauerstoffgas zwischen einer
Wandfläche der Bohrung (7 a) und einer äußeren Außenfläche
des röhrenförmigen Abschnittes (5 a) festzulegen. Ferner ist
die obere Wand des umgebenden Schutzgehäuses (7) mit einer
Bohrung (7 b) ausgebildet, in die der röhrenförmige Abschnitt
(5 b) auf der oberen Wand des Schmelzgefäßes (5) eingepaßt
ist. Das Schutzgehäuse (7) hat eine untere Wand, die auf
der unteren Wand des Schmelzofens (2) anliegt. Die untere
Wand des Schutzgehäuses (7) ist mit einer Bohrung (7 c)
ausgebildet, die mit der Paßbohrung (2 b) in der unteren
Wand des Schmelzofens (2) eine senkrechte Linie bildet. Das
Schutzgehäuse (7) weist eine Innenfläche auf, die mit einer
Außenfläche des Schmelzgefäßes (5) im Zusammenhang steht,
um eine vorbestimmte Lücke oder einen Raum (21) zwischen
dem Schutzgehäuse (7) und dem Schmelzgefäß (5) festzulegen.
Ein röhrenförmiges Schutzgehäuse (8) aus feuerfestem Material
weist einen oberen Teil auf, der in die Paßbohrung (2 b)
in der unteren Wand des Schmelzofens (2) eingepaßt ist.
Der obere Teil des röhrenförmigen Schutzgehäuses (8) weist
ein Ende auf, das mit der Bohrung (7 c) in der unteren Wand
des umgebenden Schutzgehäuses (7) verbunden ist. Der
verbleibende Teil des röhrenförmigen Schutzgehäuses (8) ist
im Austrittsofen (3) untergebracht. Die Austrittsleitung
(6) erstreckt sich durch die Bohrung (7 c) in der unteren
Wand des umgebenden Schutzgehäuses (7) konzentrisch zur
Bohrung (7 c), sowie durch das röhrenförmige Schutzgehäuse
(8) in konzentrischer Relation dazu. Die Austrittsleitung
(6) weist ein unteres Ende auf, das sich durch einen
Endabschluss (22) am unteren Ende des röhrenförmigen
Schutzgehäuses (8) erstreckt. Das röhrenförmige Schutzgehäuse
(8) steht im Zusammenhang mit der Außenfläche der
Austrittsleitung (6), um eine vorbestimmte Lücke oder einen
Raum (23) zwischen dem röhrenförmigen Schutzgehäuse (8)
und der Austrittsleitung (6) in einer solchen Weise
festzulegen, daß die Räume (21, 23) miteinander in
Verbindung stehen. Die Räume (21, 23) sind mit
Metalloxidpartikeln oder mit sphärischen Füllstoffen (9)
aus Aluminiumoxid, das mit der Wand des Schmelzgefäßes
(5) und der Wand der Austrittsleitung (6) nicht reagiert,
gefüllt.
Ein SiC-Widerstandserhitzungselement (4 a) ist innerhalb
des Schmelzofens (2) und um das umgebende Schutzgehäuse (7)
angeordnet, um das Glasrohmaterial im Schmelzgefäß (5) zu
erhitzen, um das Glasrohmaterial zu schmelzen, wodurch
geschmolzenes Glas (12) gebildet wird. Ein weiteres
SiC-Widerstandserhitzungselement (4 b) ist innerhalb des
Austrittsofens (3) und um das röhrenförmige Schutzgehäuse
(8) angeordnet, um das Glas innerhalb der Austrittsleitung
(6) zu erhitzen.
Eine Versorgungsleitung (10) aus Platin, einer Platinlegierung
oder einem feuerfesten Metalloxid erstreckt sich durch die
Außenwand des Schmelzofens (2) und die Außenwand des
umgebenden Schutzgehäuses (7). Die Versorgungsleitung (10)
weist ein vorderes Ende auf, das sich in einen Teil des
Raumes (21) zwischen der Wand des Schmelzgefäßes (5)
und der Wand des umgebenden Schutzgehäuses (7) öffnet. Das
andere Ende der Versorgungsleitung (10) steht in Verbindung
mit einer Sauerstoffgasquelle (24). Auf diese Weise wird
der Raum (21) mit Sauerstoffgas aus der Quelle (24) durch
die Versorgungsleitung (10) versorgt.
Auf ähnliche Weise erstreckt sich eine Versorgungsleitung
(11) aus Platin, einer Platinlegierung oder einem
feuerfesten Metalloxid durch die Außenwand des
Austrittsofens (3) und die Außenwand des röhrenförmigen
Schutzgehäuses (8). Die Versorgungsleitung (11) weist
ein vorderes Ende auf, das sich in einen unteren Teil des
Raumes (23) öffnet. Das andere Ende der Versorgungsleitung
(11) steht in Verbindung mit der Sauerstoffgasquelle (24).
Auf diese Weise wird der Raum (23) mit dem
Sauerstoffgas aus der Quelle (24) durch die
Versorgungsleitung (11) versorgt.
Die obere Wand des Schmelzgefäßes (5) ist im wesentlichen
geschlossen, mit der Ausnahme der röhrenförmigen Abschnitte
(5 a, 5 b), um die Oberfläche des geschmolzenen Glases (12)
vom Sauerstoffgas isoliert zu halten, durch das die Räume
(21, 23) durch die jeweiligen Versorgungsleitungen (10, 11)
versorgt werden.
Im Zusammenhang mit dem vorstehend Gesagten weist das
Platin oder die Legierung davon, welche in der Wand des
Schmelzgefäßes (5) oder der Wand der Austrittsleitung
(6) verwendet werden, nur eine schwache Stärke auf und
könnte bei der Schmelztemperatur des Glasmaterials im
Schmelzgefäß (5), die 1000°C übersteigt, deformiert werden.
Der zur Füllung der Räume (21, 23) verwendete sphärische
Füllstoff (9) dient als Verstärkung für die Wände des
Schmelzgefäßes (5) und der Austrittsleitung (6), welche
aus Platin oder einer Legierung davon gebildet sind. Ferner
dient der sphärische Füllstoff (9) auch dazu, das durch
die Leitungen (10, 11) eingeleitete Sauerstoffgas mit der
ganzen Außenfläche des Schmelzgefäßes (5) und der
Austrittsleitung (6) einheitlich in Kontakt zu bringen.
Ein Rührstab (13) aus Platin oder einer Legierung davon
ist mit dem Schmelzgefäß (5) verbunden, um das geschmolzene
Glas (12) darin zu homogenisieren. Insbesondere weist der
Rührstab (13) einen umgekehrt T-förmigen unteren Endteil
auf, der in das geschmolzene Glas (12) eingetaucht ist. Der
obere Endteil des Rührstabes (13) erstreckt sich durch
den röhrenförmigen Abschnitt (5 a) in der oberen Wand des
Schmelzgefäßes (5) und durch die eingefügte Öffnung (2 a)
in der oberen Wand des Schmelzofens (2). Das obere Ende
des Rührstabes (13) ist mit einem Antriebsmechanismus (26)
verbunden, um den Rührstab (13) zu rotieren.
Der Rührstab (13) ist hohl, und der hohle Teil des Rührstabes
(13) wird mit Sauerstoffgas aus der Quelle (24) versorgt.
Insbesondere ist eine Versorgungsleitung (14) innerhalb
des hohlen Teils des Rührstabes (13) konzentrisch dazu in
einer solchen Weise angebracht, daß die Außenfläche der
Versorgungsleitung (14) mit der Wand des Hohlteils des
Rührstabes (13) im Zusammenhang steht, um einen ringförmigen
Rückweg (27) zwischen der Versorgungsleitung (14) und der
Innenwand des Rührstabes (13) festzulegen. Die
Versorgungsleitung (14) weist ein oberes Ende, das mit
der Sauerstoffgasquelle (24) verbunden ist, und einen
umgekehrt T-förmigen unteren Teil auf. Der horizontale
Abschnitt des umgekehrt T-förmigen unteren Teils weist
gegenüberliegende Seiten auf, die sich zum hohlen Teil des
Rührstabes (13) hin öffnen. Die Anordnung ist so gestaltet,
daß das Sauerstoffgas aus der Quelle (24) die
Versorgungsleitung (14) durchströmt, in den hohlen Teil des
Rührstabes (13) durch die gegenüberliegenden offenen Seiten
des horizontalen Abschnittes des umgekehrt T-förmigen
unteren Teils eintritt und durch den Rückweg (27) austritt.
Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Glasschmelzverfahrens
wird nachfolgend bezüglich des Schmelzens von Phosphatglas
starker reduzierender Wirksamkeit beschrieben. Drei Arten
von Glasrohmaterialien (A, B, C) wurden verwendet, von denen
die Zusammensetzungen wie folgt waren:
Die in diesem Beispiel verwendete Glasschmelzvorrichtung
weist dieselbe Ausgestaltung wie in der Figur auf. Die
Größe des Schmelzgefäßes (5) ist so dimensioniert, daß
der Außendurchmesser 170 mm, die Höhe 250 mm und das
Innenvolumen 5 l betragen. Das umgebende Schutzgehäuse (7)
weist einen Außendurchmesser von 250 mm, einen
Innendurchmesser von 200 mm und eine Höhe von 350 mm auf.
Der Schmelzofen (2) und der Austrittsofen (3) wurden
zuerst durch die jeweiligen SiC-Widerstandserhitzungselemente
(4 a, 4 b) so erhitzt, daß die Temperatur im Schmelzofen
(2) bei 1350°C und im Durchtrittsofen (3) bei 1000°C gehalten
wurde. Dann wurde Sauerstoffgas mit einer
Durchflußgeschwindigkeit von 0,5 l/Min. aus der Quelle (24)
in den Raum (21) oder die Lücke von 15 mm zwischen dem
umgebenden Schutzgehäuse (7) und dem Schmelzgefäß (5)
durch die Versorgungsleitung (10) und in den Raum (23) oder
die Lücke von 15 mm zwischen dem röhrenförmigen
Schutzgehäuse (8) und der Austrittsleitung (6) durch die
Versorgungsleitung (11) geleitet. Da die Räume (21, 23)
mit dem sphärischen Aluminiumoxid-Füllstoff (9) mit einem
Durchmesser von 3 mm gefüllt waren, floß das durch die
Leitungen (10, 11) geleitete Sauerstoffgas durch die
Lücken zwischen den Partikeln des Füllstoffes (9) und
entwich durch die ringförmige Austrittsöffnung (15). Das
Sauerstoffgas wurde durch den Füllstoff (9) im Durchfluß
behindert, diffundierte über die ganze Außenfläche des
Schmelzgefäßes (5) und wurde dazu gebracht, nach oben zu
fließen. Auf diese Weise wurde der Sauerstoffdurchfluß
nicht einseitig gestaltet, sondern das Sauerstoffgas floß
in einheitlichem Kontakt mit der ganzen Außenfläche des
Schmelzgefäßes. Darüber hinaus wurde Sauerstoffgas mit
einer Durchflußgeschwindigkeit von 0,1 l/Min. aus der
Quelle (24) durch die Versorgungsleitung (14) in den
Rührstab (13) geleitet, um einen Durchfluß des
Sauerstoffgases innerhalb des Rührstabes (13) zu erzeugen.
Nachdem das Innere des Schmelzofens (12) in den vorstehend
beschriebenen Zustand gebracht worden war, wurde das
Schmelzgefäß (5) durch die Beschickungsöffnung (16) in
der oberen Wand des Schmelzofens (2) und durch die
Beschickungsöffnung (17), definiert durch den röhrenförmigen
Abschnitt (5 b), auf der oberen Wand des Schmelzgefäßes
(5), mit den jeweiligen Glasrohmaterialien (A, B, C)
beschickt. Das eingefüllte Glasrohmaterial wurde mit Hitze
aus dem SiC-Widerstandserhitzungselement (4 a) versorgt
und geschmolzen und entschäumt. Die Schmelzzeit betrug
1,5 Stunden. Das geschmolzene Glas (12) wurde durch den
Rührstab (13) homogenisiert. Das durch die Leitung (10)
in den Raum (21) geleitete Sauerstoffgas erhöhte den
Sauerstoffpartialdruck darin. Sauerstoff aus dem
eingeleiteten Sauerstoffgas wurde dazu gebracht, die Wand
des Schmelzgefäßes (5) zu durchdringen, wodurch eine
Schicht des geschmolzenen Glases (12), die mit der
Innenwand des Schmelzgefäßes (5) in Kontakt stand, mit
dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wurde. Auf diese
Weise wurde die Schicht des geschmolzenen Glases (12) zu
einer sauerstoffreichen, schützenden Glasschicht gebildet,
um die Wand des Schmelzgefäßes (5) vor dem geschmolzenen
Glas (12) zu schützen. Auf ähnliche Weise erhöhte das
durch die Leitung (11) in den Raum (23) geleitete
Sauerstoffgas den Sauerstoffpartialdruck darin. Das
eingeleitete Sauerstoffgas wurde dazu gebracht, die Wand
der Austrittsleitung (6) zu durchdringen, wodurch eine
Schicht des geschmolzenen Glases (12), die mit der Innenwand
der Austrittsleitung (6) in Kontakt stand, mit dem
durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wurde. Auf diese Weise
wurde die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer
sauerstoffreichen, schützenden Glasschicht gebildet, um
die Wand der Austrittsleitung (6) vor dem geschmolzenen
Glas (12) zu schützen. Anschließend wurde das
geschmolzene Glas (12) aus dem Schmelzgefäß (5) durch
die Austrittsleitung (6) entnommen. Das dem Schmelzgefäß
(6) entnommene geschmolzene Glas (12) wurde dann in eine
vorbestimmte Form geformt.
Nachdem das geschmolzene Glas (12) aus dem Schmelzgefäß
(5) genommen worden war, wurden die Oberfläche der
Innenwand des Schmelzgefäßes (5) und die äußere
Außenfläche der Versorgungsleitung (14) einer
spektroskopischen Analyse und einer Inaugenscheinnahme
unterworfen. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 1
gezeigt.
Aus Tabelle 1 ist klar ersichtlich, daß, wenn die
Glasrohmaterialien (A, B, C) (entsprechend Experiment 1, 3
bzw. 5) unter Sauerstoffversorgung geschmolzen wurden, auf
der Innenfläche der Wand des Schmelzgefäßes (5) und der
äußeren Außenfläche der Versorgungsleitung (14) Phosphor
nicht festgestellt und Sprünge nicht beobachtet wurden. Das
bedeutet, daß die Versorgung mit Sauerstoff die Bildung
einer Platin-Phosphor-Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt
verhindert.
Tabelle 1 zeigt auch die Ergebnisse, die erhalten wurden,
wenn die Glasrohmaterialien (A, B, C) (entsprechend
Experiment Nr. 2, 4 bzw. 6) ohne Sauerstoffversorgung
geschmolzen wurden. Aus Tabelle 1 ist klar ersichtlich,
daß, wenn beim Schmelzen der Glasrohmaterialien (A, B, C)
Sauerstoff nicht verwendet wird, auf der Innenfläche der
Wand des Schmelzgefäßes (5) und der äußeren Außenfläche
der Versorgungsleitung (14) Phosphor festgestellt und
Sprünge beobachtet wurden.
Es sollte klar sein, daß die Erfindung nicht auf die
vorstehend beschriebene, spezifische Ausgestaltung beschränkt
ist, sondern verschiedene Abänderungen und Modifikationen
vorgenommen werden können. Beispielsweise kann jede
Versorgungsleitung (10, 11) durch eine Versorgungsleitung
ersetzt werden, die ofenseitig ein geschlossenes Ende
aufweist und mit Bohrungen oder Öffnungen von 0,5 mm in
Abständen von 20 mm entlang der Versorgungsleitung
ausgestaltet und um die Außenfläche des Schmelzgefäßes
(5) oder der Austrittsleitung (6) gewunden ist.
Ferner sind Größen und Formen des Schmelzgefäßes (5),
der Austrittsleitung (6), der Schutzgehäuse (7, 8), der
Versorgungsleitungen (10, 11) usw. nicht auf die vorstehend
beschriebene Ausgestaltung beschränkt.
Darüber hinaus sind die Positionen der jeweiligen
Versorgungsleitungen (10, 11) nicht besonders eingeschränkt,
wenn die Versorgungsleitungen (10, 11) jeweils in den
unteren Teilen des Schmelzgefäßes (5) und des röhrenförmigen
Schutzgehäuses (8) angebracht sind.
Außerdem kann der Füllstoff (9) aus einem Material, einer
Partikelform und einer Partikelgröße sein, die sich von
den vorstehend erwähnten unterscheiden. Das heißt, das
Material kann Keramik, wie Quarzglas, Zirkoniumoxid oder
dergleichen, zusätzlich zu Aluminiumoxid sein. Die
Partikelform kann anders gestaltet sein, wenn die Lücken
zwischen den Partikeln hinreichend ausgebildet sind, um
den Durchfluß des Sauerstoffgases sicherzustellen, wenn
der Füllstoff (9) in die Räume (21, 23) gefüllt wird.
Ähnlich der Partikelform, kann die Partikelgröße eine
andere sein wenn nur der Durchfluß des Sauerstoffgases
hinreichend sichergestellt ist.
Ferner muß das Sauerstoffgas nicht reines Sauerstoffgas
sein, sondern kann mehr oder weniger mit Inertgas
vermischt sein, wie Stickstoffgas, Argongas oder dergleichen.
Die Mischungsverhältnisse werden in Abhängigkeit von der
Reduktionswirksamkeit des zu schmelzenden Glases bestimmt.
Schließlich sollte die Menge des Sauerstoffgases in
Abhängigkeit von der Größe des Schmelzgefäßes (5) und
der reduzierenden Wirksamkeit des zu schmelzenden Glases
bestimmt werden.
Claims (16)
1. Verfahren zum Schmelzen von Glas, das eine hohe
reduzierende Wirksamkeit aufweist, wenn es geschmolzen
ist, wobei man
ein Schmelzgefäß mit Wänden aus Platin oder einer Legierung davon mit einem Glasrohmaterial beschickt;
das Glasrohmaterial im genannten Schmelzgefäß erhitzt, um es zu schmelzen; und
die Außenfläche des genannten Schmelzgefäßes mit Sauerstoffgas versorgt, um den Sauerstoffpartialdruck innerhalb der das genannte Schmelzgefäß umgebenden Atmosphäre zu erhöhen, um auf diese Weise das Sauerstoffgas dazu zu bringen, die Wand des genannten Schmelzgefäßes zu durchdringen, wodurch eine Schicht des geschmolzenen Glases, die in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Wand des genannten Schmelzgefäßes ist, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird, so daß die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen, schützenden Glasschicht wird, um die Wand des genannten Schmelzgefäßes vor dem geschmolzenen Glas zu schützen.
ein Schmelzgefäß mit Wänden aus Platin oder einer Legierung davon mit einem Glasrohmaterial beschickt;
das Glasrohmaterial im genannten Schmelzgefäß erhitzt, um es zu schmelzen; und
die Außenfläche des genannten Schmelzgefäßes mit Sauerstoffgas versorgt, um den Sauerstoffpartialdruck innerhalb der das genannte Schmelzgefäß umgebenden Atmosphäre zu erhöhen, um auf diese Weise das Sauerstoffgas dazu zu bringen, die Wand des genannten Schmelzgefäßes zu durchdringen, wodurch eine Schicht des geschmolzenen Glases, die in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Wand des genannten Schmelzgefäßes ist, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird, so daß die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen, schützenden Glasschicht wird, um die Wand des genannten Schmelzgefäßes vor dem geschmolzenen Glas zu schützen.
2. Vorrichtung zum Schmelzen von Glas mit im geschmolzenen
Zustand hoher Reduktionswirksamkeit, wobei die genannte
Vorrichtung umfaßt:
ein Schmelzgefäß, das mit einem Glasrohmaterial beschickt wird und Wände aus Platin oder einer Legierung davon aufweist;
eine Vorrichtung zum Erhitzen, um das Glasrohmaterial im Schmelzgefäß zu schmelzen;
eine umgebende Vorrichtung, die angeordnet ist, um das genannte Schmelzgefäß zu umgeben und mit der Außenfläche der Schmelzgefäßwand in Zusammenhang steht, um einen Raum zwischen der genannten umgebenden Vorrichtung und dem genannten Schmelzgefäß festzulegen; und
eine Versorgungsvorrichtung, um den genannten Raum mit Sauerstoffgas zu versorgen, um den Sauerstoffpartialdruck darin zu erhöhen, um so das Sauerstoffgas dazu zu bringen, die Schmelzgefäßwand zu durchdringen, wodurch eine Schicht des geschmolzenen Glases, die in Kontakt mit der Innenfläche der Wand des Schmelzgefäßes steht, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird, so daß die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen Glasschutzschicht gebildet wird, um die Wand des genannten Schmelzgefäßes vor dem geschmolzenen Glas zu schützen.
ein Schmelzgefäß, das mit einem Glasrohmaterial beschickt wird und Wände aus Platin oder einer Legierung davon aufweist;
eine Vorrichtung zum Erhitzen, um das Glasrohmaterial im Schmelzgefäß zu schmelzen;
eine umgebende Vorrichtung, die angeordnet ist, um das genannte Schmelzgefäß zu umgeben und mit der Außenfläche der Schmelzgefäßwand in Zusammenhang steht, um einen Raum zwischen der genannten umgebenden Vorrichtung und dem genannten Schmelzgefäß festzulegen; und
eine Versorgungsvorrichtung, um den genannten Raum mit Sauerstoffgas zu versorgen, um den Sauerstoffpartialdruck darin zu erhöhen, um so das Sauerstoffgas dazu zu bringen, die Schmelzgefäßwand zu durchdringen, wodurch eine Schicht des geschmolzenen Glases, die in Kontakt mit der Innenfläche der Wand des Schmelzgefäßes steht, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird, so daß die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen Glasschutzschicht gebildet wird, um die Wand des genannten Schmelzgefäßes vor dem geschmolzenen Glas zu schützen.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der genannte Raum
mit Metalloxidpartikeln gefüllt ist, die nicht mit der
Wand des Schmelzgefäßes reagieren.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die genannten
Metalloxidpartikel aus mindestens Aluminiumoxid,
Quarzglas und Zirkoniumoxid gebildet sind.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die genannte
umgebende Vorrichtung aus einem umgebenden Schutzgehäuse
aus feuerfestem Material zusammengesetzt ist.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, die des weiteren einen
Schmelzofen umfaßt, in welchem das genannte Schmelzgefäß
und das genannte umgebende Schutzgehäuse untergebracht
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
genannte Versorgungsvorrichtung eine
Versorgungsleitung einschließt, die sich durch die Wand
des Schmelzofens und des umgebenden Schutzgehäuses
erstreckt.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die genannte
Versorgungsleitung aus Platin, einer Platinlegierung
oder einem hochfeuerfesten Metalloxid gebildet ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ferner einen
hohlen Rührstab zur Homogenisierung des geschmolzenen
Glases im Schmelzgefäß und eine zweite
Versorgungsvorrichtung zur Versorgung des hohlen Teils
des genannten Rührstabes mit Sauerstoffgas umfaßt.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der genannte
Rührstab aus Platin oder einer Legierung davon gebildet
ist.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die genannte zweite
Versorgungsvorrichtung eine Versorgungsleitung
einschließt, die innerhalb des hohlen Teils des
genannten Rührstabes in der Weise angeordnet ist, daß
sich die Versorgungsleitung entlang der Achse des
Rührstabes erstreckt, die Außenfläche der
Versorgungsleitung mit der Innenwandfläche des hohlen
Rührstabes im Zusammenahng steht, um einen Rückweg
zwischen der Versorgungsleitung und dem Rührstab
festzulegen, und das durch die Versorgungsleitung
geleitete Sauerstoffgas durch diesen Rückweg zurückgeleitet
wird.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schmelzgefäß
eine im wesentlichen geschlossene obere Wand aufweist,
um die Oberfläche des geschmolzenen Glases vom
Sauerstoffgas isoliert zu halten.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das zu schmelzende
Glas Phosphatglas ist.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ferner eine
Austrittsleitung, die aus Platin oder einer Legierung
davon gebildet und unten mit dem Schmelzgefäß verbunden
ist, um das geschmolzene Glas aus dem Schmelzgefäß zu
entleeren, ein röhrenförmiges Schutzgehäuse aus
feuerfestem Material, das in einer solchen Weise
angeordnet ist, daß die Austrittsleitung sich entlang
der Achse des röhrenförmigen Schutzgehäuses erstreckt,
wobei das röhrenförmige Schutzgehäuse Wände aufweist,
die mit den Außenflächen der Austrittsleitung im
Zusammenhang stehen, um einen zweiten Raum zwischen
dem röhrenförmigen Schutzgehäuse und der Austrittsleitung
festzulegen, und eine zweite Versorgungsvorrichtung
zur Versorgung des genannten zweiten Raumes mit
Sauerstoffgas umfaßt.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die zuerst genannte
umgebende Vorrichtung aus einem umgebenden Schutzgehäuse
aus feuerfestem Material zusammengesetzt ist, wobei das
röhrenförmige Schutzgehäuse unten am umgebenden
Schutzgehäuse in einer solchen Weise verbunden ist,
daß der erstgenannte Raum und der genannte zweite Raum
miteinander in Verbindung stehen.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der erstgenannte
Raum und der genannte zweite Raum mit Metalloxidpartikeln
gefüllt sind, die nicht mit der Wand des Schmelzgefäßes
und der Austrittsleitung reagieren.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ferner einen
Schmelzofen, in welchem das Schmelzgefäß und das
umgebende Schutzgehäuse untergebracht sind, wobei der
Schmelzofen einen Boden mit einer Bohrung aufweist,
in die der obere Teil des genannten röhrenförmigen
Schutzgehäuses eingepaßt ist, und einen Austrittsofen
umfasst, der außen am Boden des genannten Schmelzofens
angebracht ist, wobei der verbleibende Teil des
genannten röhrenförmigen Schutzgehäuses im genannten
Austrittsofen untergebracht ist, wobei die erstgenannte
Versorgungsvorrichtung eine Versorgungsleitung
einschließt, die sich durch die Wand des Schmelzofens
und des umgebenden Schutzgehäuses erstreckt, und
wobei die genannte zweite Versorgungsvorrichtung eine
Versorgungsleitung einschließt, die sich durch die
Wand des Austrittsofens und des röhrenförmigen
Schutzgehäuses erstreckt.
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Ipc: C03B 5/43 |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition |