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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines aus Quarz, Quarzglas oder anderen Glassorten mit einem hohen Kieselsäuregehalt bestehenden klaren Rohr- oder Stabmaterials
Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus Quarz, Quarzglas oder andern Glassorten mit einem hohen Kieselsäuregehalt bestehenden klaren Rohr- oder Stabmaterials, bei dem ein Schmelzofen verwendet wird, der mit Heizmitteln für die Schmelze und weiterhin mit einer im Ofenboden liegenden
Auslassöffnung für das geschmolzene Material versehen ist. Dieses Verfahren ist bekannt aus der deutschen Patentschrift Nr. 671626.
Beim bekannten Verfahren werden die Rohstoffe für die Schmelze an der oberen Seite eines vielfach schachtförmig ausgebildeten Ofens zugeführt und in diesem elektrisch beheizten Ofen geschmolzen. Die geschmolzene Glasmasse kann den Ofen an der unteren Seite in Form von Rohr- oder Stabglas verlassen.
Ein solcher schachtförmiger elektrisch beheizter Ofen, dessen Konstruktion einerseits relativ teuer ist, erfordert des weiteren ausgiebige Sicherheitsmassnahmen für die am Ofen arbeitenden Personen.
Bei Anwendung des bekannten Verfahrens treten im Material des gezogenen Erzeugnisses Striche auf, von denen festgestellt wurde, dass sie aus gasgefüllten Kanälen bestehen. Diese Striche beeinträchtigen die Qualität des gezogenen Erzeugnisses.
Die Erfindung bezweckt, mit einem neuen Verfahren diesen Nachteilen zu begegnen.
Das Verfahren nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Wärmezuführung zur Schmelze ausschliesslich mittels einer im Ofen oberhalb der Schmelzoberfläche annähernd parallel zu ihr angeordneten Flamme eines Brenners erfolgt und die Rohstoffe für die Schmelze in Zeitabständen in einer dünnen, vorzugsweise einfachen Schicht auf die Schmelzoberfläche, u. zw. auf deren wärmsten Teil, aufgebracht werden. Das Auftreten von Gaseinschlüssen im gezogenen Erzeugnis wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren im wesentlichen vermieden durch eine richtige Beherrschung in der Art und Weise, wie die oberhalb der Schmelze in den Ofen eingebrachten Rohstoffe mit ihr verschmelzen. Es hat sich nämlich ergeben, dass, wenn diese z.
B. aus Bruchstücken von klaren Bergkristall bestehenden Rohstoffe in einer mehr oder weniger dicken Schicht auf die Oberfläche der Schmelze gebracht werden, die in dieser Schicht zwischen den Bruchstücken des Bergkristalls befindliche Gasmenge beim Verschmelzen der Schicht mit der Schmelze in diese Schmelze gelangt. Die Gaseinschlüsse befinden sich dann als Gasblasen in der Schmelze und können wegen der beim Schmelzen auftretenden hohen Viskositäten im Glasbad schwer daraus entweichen. Sie erscheinen daher im endgültigen gezogenen Erzeugnis als sichtbare Striche.
Dadurch, dass beim Verfahren nach der Erfindung die Rohstoffe in einer vorzugsweise einfachen Schicht auf den wärmsten Teil der Schmelzoberfläche zugeführt werden, kann erreicht werden, dass sich zwischen den die Schicht bildenden Rohstoffbruchstücken nahezu keine Gaseinschlüsse befinden, bzw. die etwa vorhandenen Gaseinschlüsse leicht entweichen können. Dadurch kann diese Schicht mit der Schmelze so verschmolzen werden, dass nahezu oder überhaupt keine Gaseinschlüsse in diese gelangen. Bei diesem Verfahren wird erst eine neue dünne Schicht zugeführt, nachdem die vorige mit der Schmelzoberfläche verschmolzen ist. Die Rohstoffzuführung findet also diskontinuierlich statt.
Es ist dabei wichtig, dass sich die heisseste Stelle des Glasbades an der Oberfläche dieses Bades befindet, was dadurch erzielt wird, dass die Beheizung der Schmelze ausschliesslich mittels oberhalb der Schmelze angeordneter Flammen durcbge-
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In den Fig. 1 und 2 ist unter anderem derOfenteil einer Vorrichtung zum vertikalen Ziehen von Stab- oder Rohrgas dargestellt. Der Ofenboden 1 weist eine Öffnung 3 auf, in der sich ein sogenannter Ziehkonus 4 mit einem Dorn á befindet. Durch den Ziehkonus 4 hindurch kann eine im Ofen befindliche geschmolzene
Glasmenge 6 als Glasstrang austreten. In der Zeichnung sind schematisch die Mittel dargestellt, durch die aus diesem Glasstrang kontinuierlich Rohre oder Stäbe gezogen werden können. Dabei sind mit 7 eine
Heizspirale und mit 8 die Ziehketten einer Ziehmaschine bezeichnet. Da der Ziehkonus 4 Teile aus Molyb- dän besitzt und die Heizspirale 7 aus Wolfram hergestellt ist, dürfen diese Teile nicht mit der Atmosphäre inBerührung kommen.
Dazu ist ein Schutzgehäuse 9 vorgesehen, in dem mit Hilfe eines nichtoxydieren- den Gases eine nichtoxydierende Atmosphäre aufrechterhalten wird. Falls Rohre gezogen werden, ist es üblich, auch im Innern dieser Rohre eine nichtoxydierende Atmosphäre aufrechtzuerhalten, z. B. durch Zu- führung eines nichtoxydierenden Gases gemäss dem Pfeil 10.
Der Ofen, in dem die Rohstoffe zum Schmelzen gebracht werden, besitzt einen Bodenteil l, eine
Haube 12 und vertikale Seitenwände zwischen dem Boden und der Haube, welche in Fig. l mit 13 und 14 und in Fig. 2 mit 15 und 16 bezeichnet sind. Mit 17 ist eine Isolierschicht angedeutet. Wegen der im Ofen beim Schmelzen von z. B. Quarzglas auftretenden hohen Schmelztemperaturen von z. B. 21500C wird z. B. ein feuerfestes Material auf Basis von Zirkonoxyd verwendet. In den Seitenwänden des Ofens befinden sich zwei, bei diesem Ausführungsbeispiel einander gegenüberliegende Öffnungen 19 und 20, wobei das Ende eines Gas-Sauerstoff-Brenners 21 in der Öffnung 19 angeordnet ist und die Öffnung 20 in der gegenüberliegenden Seitenwand der Öffnung 19 gegenüberliegt.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Flamme 26 des Brenners derart eingestellt, dass sie nahezu horizontal und in kurzem Abstand über die Oberfläche 25 des Glasbades 6 streicht und weiterhin den Ofen unmittelbar durch die Öffnung 20 hindurch in Richtung des Pfeiles 24 verlassen kann.
Wenn angenommen wird, dass der Ofen wie dargestellt mit einer geschmolzenen Glasmenge 6 gefüllt ist und weiterhin auf die Oberfläche 25 eine Rohstoffschicht gebracht wird, so ist es einleuchtend, dass sich zwischen den diese Schicht bildenden Bruchstücken eine Menge von Gasen befinden. Wenn nun die Schicht zum Schmelzen gebracht wird, so befinden sich diese Gase, falls die Rohstoffschicht eine starke Schicht ist, nach dem Verschmelzen der Schicht mit der Schmelze gleichfalls als Gaseinschlüsse in der Schmelze.
Wegen der beim Schmelzen von Quarzglas auftretenden hohen Viskositäten im Glasbad können diese Gaseinschlüsse daraus schwer entweichen. Man findet sie daher im endgültigen gezogenen Rohr- oder Stabmaterial in Form von die Qualität des klaren Erzeugnisses sehr beeinträchtigenden Strichen.
Um diese Striche zu vermeiden, wird beim Verfahren nach der Erfindung dem Entstehen der genann- ten Gaseinschlüsse in der Schmelze dadurch entgegengewirkt, dass die Wärme der Schmelze mittels eines Brenners 21 zugeführt wird und weiterhin die Rohstoffe für die Schmelze auf den wärmsten Teil der Oberfläche 25 in dünner Schicht aufgebracht werden. Die Flamme des Brenners ist dabei derart eingestellt. dass die wärmste Stelle gerade über der Auslassöffnung liegt.
Dadurch, dass die Rohstoffe in einer dünnen Schicht auf diese wärmste Stelle aufgebracht werden, wird erreicht, dass einerseits die Rohstoffbruchstücke an der Unterseite der auf die Schmelze zu bringenden Schicht nach dem Berühren der Oberfläche 25 der Schmelze nahezu ohne Gaseinschlüsse an dieser Oberfläche festkleben und anderseits die an der Oberseite der Schicht befindlichen Rohstoffbruchstücke durch die Flamme unmittelbar zum Schmelzen gebracht werden. Es hat sich ergeben, dass das Entstehen von Gaseinschlüssen auf diese Weise weitgehend vermieden ist.
Wenn die Rohstoffe in einer einfachen Schicht auf die Oberfläche 25 des Glasbades 6 aufgebracht werden, u. zw. so, dass die Bruchstücke an dieser Oberfläche nicht einander berühren, kann das Entstehen von Gaseinschlüssen in der Schmelze sogar völlig vermieden werden.
Mittels des beschriebenen Verfahren wird erreicht, dass nicht nur die neben der Auslassöffnung befindliche Glasmasse, sondern auch die nahe den Seitenwänden liegenden Teile des Glasbades kaum in Strömung geraten. Wegen der im Glasbad dort herrschenden niedrigeren Temperatur sind ausserdem die Wände einer geringeren Abnutzung unterworfen. Wie aus Fig. ! ersichtlich, besitzt der Konus 4 an seinem oberen Ende einen ringförmigen Teil 27.
Hiedurch wird einerseits erreicht, dass die etwa auf dem Boden 1 sich anhäufenden Zirkonsilikate als Reaktionsprodukte der Abnutzung des feuerfesten Materials auf Basis von Zirkonoxyd und des Glasbades in ihrer Strömung durch die Bodenöffnung nach aussen gehemmt werden ; anderseits wird unter anderem durch das Aufbringen der Rohstoffe auf die wärmste Stelle des Glasbades bei 30 erreicht, dass etwa nur der in der Figur mit 31 bezeichnete Teil des Glasbades 6 zu Stäben oder Rohren weiterverarbeitet wird.
Zur Beschränkung der Zahl der Öffnungen in den senkrechten Seitenwänden des Ofens kann man die Rohstoffe auf die Oberfläche 25 der Schmelze durch dieselbe Öffnung zuführen, die für die Abführung der
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Verbrennungsgase dient. Es ist einleuchtend, dass in diesem Falle die Zuführung von Rohstoffen und die
Abführung von Verbrennungsgasen intermittierend erfolgen müssen, u. zw. in der Weise, dass während des nur verhältnismässig kurze Zeit beanspruchenden Zuführens der Rohstoffe die über das Glasbad streichen- de Flamme einige Augenblicke lang unterbrochen werden muss.
Die Mittel zum Zuführen der Rohstoffe zur Schmelze sind für ein Ausführungsbeispiel teilweise in den
Fig. 3 und 4 dargestellt. Diese Mittel bestehen aus einem, aus gegenseitig verschiebbaren Teilen 35 und 36 zusammengesetzten,wassergekühlten flachenTräger. DerTeil 35 besteht aus einem wassergekühlten Trä- ger 37 mit mehreren darauf angebrachten Schottwänden 38 und einem an ihm festgeschweissten Rohr 39.
Der Teil 36 besteht aus einer wassergekühlten Abdeckplatte 40, einem Rohr 41 und zwei an der Abdeck- platte 40 und dem Rohr 41 festgeschweissten Rohren 42 und 43. Die Bauart ist derart, dass das Rohr 39 im
Rohr 41 verschiebbar ist, so dass also auch die Abdeckplatte 40 gegenüber dem Träger 37 verschiebbar ist.
EinKühlwasseranschluss ist für den Teil 35 durch die Pfeile 45 und 46 und für den Teil 36 durch die Pfeile
47 und 48 angedeutet.
Das Arbeiten mit diesem Träger kann wie folgt stattfinden. An einer Stelle ausserhalb des Ofens wer- den, nachdem die Teile 36 und 35 zueinander verschoben worden sind, Rohstoffbiuchstücke in die mit 50 bezeichneten Räume des Teiles 35 gelegt. Darauf werden'die Teile 35 und 36 wieder in die in Fig. 3 dar- gestellte Lage zusammengeschoben und der zusammengesetzte Träger wird um 1800 um seine Längsachse gedreht, so dass der Teil 36 unten und der Teil 35 oben zu liegen kommt. Folglich kommen die Rohstoffbruchstücke gleichsam auf der Abdeckplatte 36 zur Auflage. Darauf wird der ganze.
Träger durch die Öff- nung 20 hindurch über die Auslassöffnung oberhalb der Oberfläche 25 des Glasbades gebracht ; die Teile 35 und 36 werden dann zueinander verschoben, wobei der Teil 35 ortsfest gehalten und der Teil 36 in eine Lage verschoben wird, wie sie in Fig. ! gestrichelt dargestellt ist. Dabei fallen die Rohstoffbruchstücke aus dem Träger auf das Glasbad und kommen regelmässig verteilt über den Teil 30 auf der Oberfläche 25 des
Glasbades 6 zu liegen. Der Träger wird dann als Ganzes aus dem Ofen gezogen und kann dann wieder mit Rohstoffen versehen werden.
Für solche Fälle, in denen nicht nur eine dünne, vorzugsweise einfache Rohstoffschicht gefordert wird, sondern gleichzeitig die Anforderung erfüllt werden muss, dass die auf die Oberfläche der Schmelze gebrachten Rohstoffbruchstücke in der horizontalen Ebene nicht miteinander in Berührung kommen, kann nach einer besonderen Ausführungsform nach Fig. 5 ein Träger benutzt werden, dessen Schotten mehrere mehr oder weniger viereckige Fächer 51 bilden. Die Rohstoffbruchstücke können gemäss einem in Fig. 5 dargestellten Muster in diese Fächer eingebracht werden.
PATENTANSPRÜCHE : l. Verfahren zur Herstellung eines aus Quarz, Quarzglas oder andern Glassorten mit hohem Kieselsäuregehalt bestehenden klaren Rohr- oder Stabmaterials, bei dem ein trogartiger, mit einer Haube versehener Schmelzofen verwendet wird, der mit Heizmitteln zur Bildung und Aufrechterhaltung einer Schmelze und weiterhin mit einer im Ofenboden liegenden Auslassöffnung für das geschmolzene Material versehen ist, welches von dieser Öffnung weg zu Rohren oder Stäben gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezuführung zur Schmelze ausschliesslich mittels einer im Ofen oberhalb der Schmelzoberfläche annähernd parallel zu ihr angeordneten Flamme eines Brenners erfolgt und die Rohstoffe für die Schmelze in Zeitabständen in einer dünnen, vorzugsweise einfachen Schicht auf die Schmelzoberfläche, u. zw.
auf deren wärmsten Teil aufgebracht werden.