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Elektrischer Ofen zum Erschmelzen von Quarzglas.
Es ist bereits bekannt, die Mischung von Zirkonil1moxyd. Thoriumoxyd und Lanthanoxyd als Auskleidungsmasse für Schmelzschacht- und Sammelgefäss bei elektrischen Schmelzofen zur Herstellung von Quarzut, Glas und dgl. mittels unmittelbarer Widerstandserhitzung zu verwenden.
Die Erfahrung hat gelehrt, dass einesteils durch den tieferen Schmelzpunkt des Lanthanoxyds auch die beiden anderen Erden ungünstig beeinflusst werden können. wenn der Prozentsatz des Lanthanoxyds zu hoch genommen wird ; anderenteils gehört auch bei einer Mischung dieser drei Erden noch eine gewisse Vorwärmung dazu. um die elektrische Leitfähigkeit herzustellen.
Wenn man die Oxyde von Scandium. Samarium, Yttrium und Ytterbium dem obengenannten Gemisch heisetzt oder das eine Oxyd oder Gruppen derselben durch die hinzugenannteu Oxyde vertauscht, so erhalt man eine Erhöhung der Schmelzpunkte der Mischungen unter Wahrung deselben Leitfähigkeit. Vorzüglich günstig gestaltet sich die Verbindung Zirkonoxyd. Yttrium oxyd und Thoriumoxvd mit und ohne Lanthanoxyd. die schon leitfähig für den elektrischen Strom ist, wenn die Erwärmung bis zur Rotglut erfolgt. Es lässt sich also das Yttriumoxyd
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schemattsch dargestellt.
Die linke Hälfte zeigt die äussere Ansicht des Ofens der aus den Abtedungen I, II, III auf- gebaut ist, welche durch kräftige Verschraubungen zusammengehalten werden. Der Ofenmantel besteht aus Ton oder Schamottmasse. er wird oben durch einen Deckel abgeschlossen und unten von Füssen 22 getragen, die eventuell als Ohsolatoren ausgebildet sein können.
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und ist bei 8 hinterfüllt mit Sand. Ton. Magnesia oder Asbestmasse oser dgl,, welche den Zweck hat. diesem freistehenden, als Vorwärmerraum dienenden Teil einen festen Rückenhalt zu bieten.
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eingehen, was für das Schmelzen des Quarzes von ganz besonderer Bedeutung ist. Namentlich sind die hochschmelzenden Oxyde von Scandium, Samarium.
Lanthan, Zirkon, Thorium usw. ganz besonders zu nennen, die sowohl einzeln als auch in verschiedener Vereinigung zu verwenden sind.
Die Konstruktion des Schmelzraumes ist nach der Zeichnung durch die drei Schichten 5, 6 und 7 gekennzeichnet, indem die aus edlen Erden bestehende Auskleidung J die Kohlenwand 6 überdeckt, so dass eine direkte Berührung zwischen dieser und dem Quarze oder Bergkristall unmöglich ist. Die Schicht 7 ist aus Borkarbid, Karborundum oder einem ähnlichen Borat oder Silikat gebildet, welches die Eigenschaft hat, im kalten Zustand, wenn auch nur gering, stromleitend zu sein ; sie ist also in der Lage, die dünne Kohlenwand in ihrer Heizwirkung zu unterstützen, wenn durch irgend einen Umstand die Wirkung der Kohlenwandung allein beeinträchtigt oder ganz besondere Ansprüche bezüglich der Stromstärke an dieselbe gemacht werden sollten.
Wird schliesslich die ganze aus den Lagen J, 6,7 zusammengesetzte Wandung leitungsfähig, so ist dies auch die im Innern erschmelzende Quarzmasse geworden, so dass sich der Strom nach dem Gesetze des geringsten Widerstandes den geraden Weg zur Schmelze quer durch die Wandung hindurch wählen wird. Diese sich gegenseitig durch ihre verschiedenen Charaktereigenschaften unterstützenden Schichten sind für die Arbeitsfähigkeit des Ofens von ganz besonderer Bedeutung und ein sehr wichtiger Teil der Gesamtkonstruktion.
Der Zwischenraum 9 zwischen Schmelztrichter und Mantelwandung des Ofens ist durch
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desselben und können dann. wie dies auch bei 8 notwendig ist. abgedichtet werden, z. B. durch eingekittete oder konisch gelformte S hamottedeckel. Im letzteren Falle würde man um die Mitte der Aussenwand des Ofenkörpers II einen verschraubbaren Bleehring legen, der diese konischen Stücke fest anschliesst.
Von ganz besonderer Gestaltung ist der untere Samn. elraum 777. der durch Querwände
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raum iule bewegen muss. Dadurch, dass die Masse diese Bewegung ausführen muss und durch die sich eng gegenüberstehenden Widerstände hochgradig und gründlich erhitzt wird, geschieht dasselbe, was der Glasmacher nut Läutern bezeichnet. Diese Widerstände 76 und 17 machen die Masse mcht nur dünnflüssig, sondern sie bringen sie in einen so hohen Hitzgrad, dass sie kurz vor ihrem Siedepunkt steht. Darum wird die Masse in dem Raum IIIc ohne weitere Beheizung gelassen und der Verarbeitung zugeführt.
Man hat es nun in der Hand, ob man die Masse unter heisser Druckluft in glühenden Formen von edlen Erden mit Kohlenmantel verblasen. oder ob
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verkühlenden Quarz versetzt wird. erforderlich. diesen Ausfluss il noch einmal durch einen Heizwiderstand zu armieren, um stets oder nur im Falle des Bedarfes durch den Strom eine örtliche Behandlung vornehmen zu können.
Soll aber der geschmolzene Quarz direkt aus IIIc geschöpft werden, so sind die punktiert
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von Reparaturen usw. der angedeutete obere Deckel Anwendung findet.
Wenn man sich die ganze Anzahl der im Ofen angewendeten Heizwiderstände hintereinander geschaltet denkt, so erhält man einen Gesamtwiderstand, welchem durch die Spannung des Arbeitsstromes Rechnung zu tragen ist ; sind dagegen diese Widerstände gruppenweise oder überhaupt parallel geschaltet, dann ist eine niedere Spannung und eine grössere Stromstärke erforderlich.
Da nun aber alle Leiter zweiter Klasse, zu denen nicht nur die edlen Erden, sondern auch der Quarz und die im Glassatz anwesenden StoSe selbst gehören, von einem gewissen Temperaturgrade an auch stromleitend werden und diese Leistungsfähigkeit in dem Masse wächst, wie die Temperatur von der Rot- zur Weissglut steigt. so liegt es klar, dass man durch eine gewisse Mischung der edlen Erden und Bevorzugung gewisser, besonders günstiger Stoffe diese elektrische Leit- fähigkeit möglichst steigert, damit dem Arbeitsstrome schliesslich die Möglichkeit geboten ist, vum Eintritt in den Ofen bis zu seinem Austritt aus demselben sich direkt in der Schmelze selbst und unter Umgehung aller Heizwiderstände seinen Weg zu bahnen.
Ist demnach der Ofen in seinem Inneren so heiss geworden, dass der Schmelztriehter mit weissglühendem Quarze und der
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Sammler mit flüssigem Material gefüllt ist, dann wird der Augenblick gekommen sein, dass der grösste Teil des Arbeitsstromes sich auf dem kÜrzesten Wege durch die Schmelze hindurch seinen Weg sucht, während die Heizwiderstände nur noch einen unbedeutenden Nebenschluss darstellen.
In dem Augenblick dieser Stromteilung sinkt der Widerstand so bedeutend, dass die Stromstärke rapid anwächst und dass damit die kontinuierliche Arbeit des Ofens eingetreten ist.
Es versteht sich von selbst, dass die Stromquelle einerseits diesem Anwachsen der Intensität Rechnung tragen muss und dass die Schalt-und Reguliervorrichtungen andererseits ein ganz wesentlicher Teil der Ofen. armatur sind. Um allen Schaltungen und allen Regulierarbeiten die günstigsten Verhältnisse zu bieten, hat jeder Heizwiderstand seine besonderen Anschlüsse, die ausserhalb des Ofens jederzeit zugänglich und durch besondere Vorrichtungen versetz-oder umschaltbar sind, so dass zur Bedienung des Ofens nur ein einzige Person erforderlich ist, da sich die Füllarbeit ebenso als das Regulieren automatisch und durch den Arbeitsstrom selbst besorgen lässt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Ofen mit reiner Widerstandserhitzung zum Einschmelzen von Quarzgut und dgl., bei welchem die der 8chmelzmasse zugewendeten Seiten des Schmelzraumes und des Sammelbehälters mit einer Schicht schwer schmelzbarer Edelerden ausgekleidet sind. dadurch gekennzeichnet, dass den bekannterweise zum Auskleiden der Wände dienenden Oxyden von
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oder in Gruppen beigemengt werden.