CN103153886B - 高能效的高温精炼 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造玻璃和/或玻璃陶瓷的玻璃熔体的高能效精炼。根据本发明的装置包含如下组件：精炼坩埚，该精炼坩埚至少由侧壁形成，所述侧壁具有在内侧面上的金属内衬作为熔体接触表面，使得至少在所述精炼坩埚中形成由底表面、顶表面和侧表面限定的熔体精炼体积；至少一个加热装置，该加热装置用于通过在所述内衬中的电流传导加热所述内衬，使得可通过已加热的内衬加热所述熔体，其中所述加热装置和所述内衬通过输入线彼此连接。所述输入线以如下方式与所述内衬接触，所述方式为至少在所述内衬的部分中能够产生从所述顶表面到所述底表面或者从所述底表面到所述顶表面运行的电流。

Description

高能效的高温精炼
技术领域
本发明涉及用于精炼玻璃熔体的方法以及装置。
背景技术
目前，对于光学和/或技术玻璃和/或玻璃陶瓷的质量有高的要求。一方面，希望这些玻璃尽可能均匀并且不含气泡和条纹。另一方面，希望所述玻璃是所谓的“生态玻璃”，其应当尽可能不含任何有毒的或环境有害的物质，例如砷或锑。
最终的玻璃和/或最终的玻璃陶瓷的质量主要受精炼所述玻璃熔体的质量影响。改进所述精炼质量的一个途径基于使用高精炼温度，因为所述精炼温度的提高导致所述熔体的粘度降低，并因此导致在所述熔体中的气泡的上升速度增加，从而可以更好地从所述熔体中除去存在的或产生的气泡。
另外，对于提高的精炼温度，特别是超过1700℃的温度，所谓的高温精炼剂是可用的。高温精炼剂的例子是SnO2。SnO2是生态无害的，但只能在高于1500℃的精炼温度下使用。这使得可能排除了生态成问题的精炼剂，例如As2O5，其在高于1250℃的温度下就已经可以使用。
在高温范围内的精炼，特别是在高于1700℃温度范围内的精炼描述在例如文献DE102006003521A1中。将所述熔体使用放置在所述熔体中的电极进行加热。然而，其中描述的教导内容不仅仅旨在提高所述温度。其中的必要特征是在所述精炼容器中形成稳定的对流翻滚，其是通过在所述熔体中产生大的温度差异实现的。在所述熔体的内部体积区域和所述熔体的周围区域之间存在温度差异。以此方式，所述精炼坩埚的侧壁被冷却。它们被冷却到如下程度，该程度为所述熔体在冷却的侧壁上固化。因此形成了固有材料的保护层。形成了所谓的“凝壳坩埚”。所描述的教导内容的基本观点所基于的是如下假设：为了形成对流翻滚，必须通过所述冷却的侧壁冷却在所述周围区域中的熔体，并且同时使用所述电极加热在所述精炼容器内部中的熔体。其中示出的装置适合用于制造“生态玻璃”。然而，所述冷却产生了非常高的能量成本。引入到所述熔体中用于加热所述熔体的能量通过所述冷却的侧壁从所述熔体中被“直接”带走。另外，必须使电源尺寸合适以能够提供所需的电能。同样，对于所述侧壁必须提供充分的冷却。因为所述侧壁的冷却基于的是输水铜管，所述冷却在任何情况下都不能失败，因为这将导致整个系统的崩溃。因此，必须提供合适的紧急冷却系统，其涉及另外的复杂性和成本。
发明内容
鉴于上述背景，本发明的目的是提供用于制造玻璃和/或玻璃陶瓷和/或用于精炼玻璃熔体的方法和装置，其中至少缓和了现有技术的缺点。
特别地，希望降低建造和操作精炼系统的财务成本。优选地，希望降低用于精炼的能量需求。然而，应当至少获得所述玻璃的良好质量，例如采用上述系统获得的良好质量。另外，还应当可能制造“生态玻璃”。
这些目的已经通过根据本发明独立权利要求的装置和方法实现。根据本发明的方法和装置的有利实施方案在各个从属权利要求中阐述。
一般性地，本发明建议将所述的现有技术的凝壳壁替换为“热的”、温度稳定的金属壁，例如Ir壁，使得不需要外部主动冷却，以及传导加热和任选另外感应加热不再被固化的熔体覆盖的侧壁，优选局部地加热，使得所述熔体通过所述侧壁被间接加热。
首先，本发明提供用于精炼无机非金属熔体的装置。所述装置优选适合用于连续精炼。所述熔体优选是用于制造玻璃和/或玻璃陶瓷的玻璃熔体。
所述装置包含如下组件：
—精炼坩埚，其具有上侧和下侧，所述坩埚至少由侧壁限定，所述侧壁具有在其内表面上的金属内衬作为熔体接触表面；
—至少一个加热构件，该加热构件用于通过在所述内衬中的电流传导加热所述内衬，使得可通过已加热的内衬加热所述熔体，其中所述加热构件和所述内衬通过输入构件彼此连接，其中
—所述输入构件通过至少一个上连接头和至少一个下连接头以如下方式与所述内衬接触，所述方式为至少在所述侧壁的内衬中，至少在其部分中，能够产生从所述上侧到所述下侧或从所述下侧到所述上侧运行的电流。
包含如下组分的器件也可以描述如下：
—精炼坩埚，其至少由侧壁限定，所述侧壁具有在其内表面上的金属内衬作为熔体接触表面，使得至少在所述精炼坩埚中形成用于精炼所述熔体的体积，该体积由底表面、顶表面和周围表面限定，
—至少一个加热构件，该加热构件用于通过在所述内衬中的电流传导加热所述内衬，使得通过已加热的内衬能够加热所述熔体，其中所述加热构件和所述内衬通过输入构件彼此连接，其中
—所述输入构件以如下方式与所述内衬接触，所述方式为至少在所述内衬的部分中，能够产生从所述顶表面到所述底表面或从所述底表面到所述顶表面运行的电流。
另外，用于制造玻璃和/或玻璃陶瓷的方法也在本发明的范围内。所述方法包括如下步骤：
—熔融批料以提供玻璃熔体；
—通过提高至少在与侧壁，至少与其部分相邻的体积或精炼体积中的玻璃熔体的温度精炼所述玻璃熔体，其中至少所述侧壁，至少在其部分中，通过电流进行传导加热；
—其中在所述侧壁中以如下方式提供电势差，所述方式为在所述侧壁中的电流流动方向或者是从顶部到底部或者是从底部到顶部；
—均质化和/或调整已精炼的玻璃熔体；
—成形和/或冷却和/或热处理已均质化和/或调整的玻璃熔体，使得能够提供玻璃和/或玻璃陶瓷。
包含如下步骤的方法也可以描述如下：
—熔融批料以提供玻璃熔体；
—通过提高至少在由底表面、顶表面和周围表面限定的体积中的玻璃熔体的温度精炼所述玻璃熔体，其中所述周围表面与侧壁相邻，所述侧壁，至少在其部分中，通过电流进行传导加热；其中
—在所述侧壁中以如下方式或者能够以如下方式提供电势差，所述方式为在所述侧壁中的电流流动方向或者是从所述顶表面到所述底表面或者是从所述底表面到所述顶表面；
—均质化和/或调整已精炼的玻璃熔体；
—成形和/或冷却和/或热处理已均质化和/或调整的玻璃熔体，使得能够提供玻璃和/或玻璃陶瓷。
在所述方法的优选实施方案中，所述侧壁包含在其内表面上的内衬，使得所述体积或所述周围表面与所述内衬相邻，和在所述内衬中提供电势差，和通过所述内衬能加热所述熔体。
另外，根据本发明的装置或用于实施本发明的方法也可以描述如下。所述装置包含如下组件：
—精炼坩埚，该精炼坩埚具有上侧和下侧，并且至少由侧壁限定，所述侧壁优选具有在其内表面上的金属内衬作为熔体接触表面；
—至少一个加热构件，该加热构件用于通过在所述侧壁中，优选在所述内衬中的电流传导加热所述侧壁，优选所述内衬，使得通过已加热的侧壁，优选通过所述内衬能加热所述熔体，所述加热构件和所述侧壁，优选所述内衬，通过输入构件彼此连接，其中
—所述输入构件通过至少一个上连接头和至少一个下连接头与所述侧壁，优选与所述内衬接触，所述输入构件包含用于接触所述侧壁，优选所述内衬的至少一个上连接部件和至少一个下连接部件。所述方法可以在对应于各个器件特征的方法步骤中进行确切阐述。
特别地，所述方法可以使用根据本发明的装置实施。根据本发明的装置尤其适合于实施根据本发明的方法。优选地，根据本发明的方法能够连续实施。
传导加热根据本发明的侧壁和优选根据本发明的侧壁的内衬是电阻加热所述侧壁。此处相关的是在所述侧壁中产生的电流流动方向。就是说，所述电流从顶部流到底部，或者反之。基本上在整个侧壁中的电流或者是从上侧或顶表面到所述下侧或底表面，或者反之。优选地，所述电流流动围绕所述侧壁的整个周围从所述顶表面到所述底表面或者从所述上侧到所述下侧延伸，或者反之。然而这并不意味着在整个侧壁中电流流动方向是平行的和/或垂直的和/或直的。
已传导加热的内衬覆盖所述侧壁的部分或者整个内表面。优选地，所述内衬完全提供所述精炼坩埚的熔体接触表面。所述内衬由片状金属提供。所述内衬具有的厚度例如在0.2mm至3mm量级，优选0.5mm至2mm量级。在本发明的一个实施方案中，所述内衬具有在其部分中改变的截面，使得在所述具有改变的截面的部分中，可以通过改变的电流密度而选择性调节所述温度。
在一个实施方案中，所述内衬形成卡圈，该卡圈覆盖所述侧壁的部分或者全部上表面。优选地，所述卡圈能够完全地或者在其部分中被传导加热。
在本发明的另一个实施方案中，所述精炼坩埚具有底部，其至少由所述内衬形成。所述底部提供所述下侧。所述底表面邻近所述底部。优选地，所述底部或者仅在其部分中不能被传导加热，因为通常，所述精炼坩埚的底部处于相同的电势或者所述底部被设定为相同的电势。然而，取决于所述实施方案，在所述底部中也可能具有电流，例如当使用在一侧布置的单独的加热构件时。在本发明的一个实施方案中，所述侧壁相对于所述精炼坩埚的底部是倾斜的。
将所述熔体加热到所述熔体的精炼温度。用于精炼所述熔体的温度取决于玻璃的各类型。通常，进入所述精炼坩埚或所述精炼区的熔体的最高温度比在所述精炼坩埚或精炼区内的熔体的最高温度低至少约200℃，并且优选低不超过约600℃，优选低约400℃。然而通常，将所述熔体加热到超过1500℃，优选超过1700℃，最优选超过1800℃的温度。
所述精炼坩埚和尤其是所述内衬不被主动冷却。不提供用于选择性大面积或整体冷却所述精炼坩埚和尤其是其内衬的冷却构件。
优选地，这通常导致在所述侧壁，优选所述内衬的熔体接触表面和所述熔体之间的温度差不超过50℃，优选不超过10℃。
使所述侧壁，优选所述内衬的加热，和/或在所述精炼坩埚中的熔体的生产能力，和/或通过所述精炼坩埚的壁或侧壁的热传递彼此适合，使得在供应的能量和放出的能量之间达到平衡，并且因此不发生所述壁材料的过热。
然而，必要的是用于构造所述精炼坩埚的材料表现出适当的耐温性。例如，所述侧壁，优选所述内衬具有至少1500℃，优选至少1700℃，最优选至少1800℃的适当的温度稳定性。
对于在低于1700℃范围内的实施温度，如下金属可用于构造所述侧壁，优选所述内衬。所述金属是至少一种选自Pt、Rh、Ir、Ta、Mo、W和Nb的金属。
对于在特别优选的高于1800℃范围内的实施温度，如下金属可用于构造所述侧壁，优选所述内衬。所述金属是至少一种选自Ir、Ta、Mo、W和Nb的金属。
优选地，所述内衬是铱内衬，并且由铱或铱合金形成。这种铱内衬具有大于约50重量%，优选大于约90重量%，最优选大于约99重量%的铱含量。例如，在所述铱内衬的情况下，如上指出的优选的温度是可行的。
除了耐温性材料外，还优选如下的材料，该材料显示出尽可能低的导热性以具有最低可能的到环境中的能量损失。因为通常难于意识到使用单独的材料，因此在优选的实施方案中，所述侧壁具有多层结构。
在一个实施方案中，所述侧壁包括至少第一层和第二层，所述第一层优选与所述内衬相邻。所述第一层具有与所述第二层相比更高的温度稳定性或耐热性。所述第二层具有与所述第一层相比更低的导热性。所述第一层基本上提供所述系统的稳定性。所述第一层具有与所述第二层相比增加的支承强度。所述第二层基本上提供所述系统的绝热性。优选地，所述第一层具有基本上L形的截面，并且其一条腿向外延伸超过所述第二层。
在另一个实施方案中，所述侧壁包括布置在所述第一层和所述内衬之间的第三层。优选地，所述第三层包含织物。例如，所述第三层使得当热膨胀时所述内衬能够在所述第一层上滑动，并且其可能导致对于所述第一和/或第二层的第一热跳跃或热调节。
所述第一层由尖晶石组成或包含尖晶石。所述第一层优选具有2W/mK至4W/mK的导热性。所述第二层包含绝缘材料，优选绝缘砖。其由FL30组成或包含FL30。所述第二层优选具有小于1W/mK的导热性。特别地，所述第一层的导热性除以所述第二层的导热性的比例为至少2。所述第三层可以包含氧化锆非织造物。
所述绝缘或通过单独层的热流动以如下方式进行调节，所述方式为在所述侧壁的所有层中，各自的临界温度都实质上不突出或不突出过多以至于所述层或所述侧壁会崩溃。根据各自的要求，例如精炼体积、生产能力、所述熔体的温度等，对单独材料和/或单独层的尺寸和/或几何形状和/或侧壁和/或用于精炼的装置进行选择。
不仅所述精炼坩埚的结构是相关的，而且另外相关的是分别用于传导加热所述侧壁或所述内衬的连接到所述侧壁或所述内衬的连接头或电流输入构件的设计，其应当特别提供所述熔体的逐渐加热。
所述输入构件与所述侧壁，优选所述内衬通过用于所述内衬的至少一个上连接头和至少一个下连接头接触。所述上和下连接头提供了从所述输入构件到所述内衬的接合。在所述上连接头和所述下连接头之间，施加电压以提供用于传导加热的电流。优选地，所施加的电压是交变电压，使得在所述侧壁，优选在所述内衬中的电流是交变的。所述上连接头与所述上侧结合，和所述下连接头与所述下侧结合。然而，这并不意味着所述上连接头必须在空间上布置在所述下连接头之上（一个实例示于图6.o中）。相反，其含义为通过所述上连接头，将电流直接地（参见例如图6.e）或间接地（参见例如图6.a）供应到所述侧壁的内衬，或者从所述侧壁的内衬中引导出来，于是所述电流在所述侧壁的内衬中从所述上侧运行到所述下侧或者从所述下侧运行到所述上侧，并然后通过所述下连接头引导出来或被供应。
在本发明的一个实施方案中，所述输入构件包含用于与所述内衬接触的至少一个上连接部件和至少一个下连接部件。在这种情况下，所述上连接部件与所述侧壁和/或所述内衬的卡圈结合。所述下连接部件与所述内衬的底部结合。所述上和下连接部件中的每个都是导电的，特别至少在其部分中是导电的。所述上和下连接部件中的每个是金属组件或包含金属。
在一个实施方案中，将所述上连接部件形成为护套，其围绕所述侧壁周围的部分或完全围绕所述侧壁周围延伸，并优选靠于所述侧壁的外表面。
在一个实施方案中，将所述下连接部件形成为板或片，其围绕所述底表面和/或底部的周围的部分或完全围绕所述底表面和/或底部的周围延伸，并优选邻接所述底表面和/或底部的外边缘。所述下连接部件延伸例如穿过所述侧壁或者在所述侧壁的下方延伸到外面，特别是以在所述精炼坩埚的外面是可接触的方式延伸。
在本发明的另一个实施方案中，所述输入构件包含用于将所述内衬与所述加热构件优选通过所述上和/或下连接部件电连接的上接合构件和下接合构件。
在这种情况下，在一个实施方案中，所述上接合构件围绕所述精炼坩埚的周围的部分或完全围绕所述精炼坩埚的周围延伸，优选围绕所述上连接部件延伸。在一个实施方案中，另一方面，所述下接合构件围绕所述精炼坩埚的周围的部分或完全围绕所述精炼坩埚的周围延伸，优选围绕所述下连接部件延伸。
优选地，将所述上和/或下接合构件形成为金属板或片状金属，使得所述上和/或下连接部件和/或所述内衬可以被二维接触。优选地，其厚度范围为约1mm至约50mm，更优选约2mm至约20mm。在本发明的一个优选变体中，所述输入构件，优选所述上连接头和所述下连接头，具有与所述内衬相比扩大的截面，使得在所述内衬中的电流密度相对于在所述输入构件中的电流密度是增加的。然而，在所述内衬中或内产生的电流密度基本上相同。然而，还可以通过更改所述内衬的截面而选择性改变在所述内衬中的温度。
本发明的一个实施方案包含用于冷却的构件，该用于冷却的构件与所述输入构件接合，使得所述输入构件，至少在其部分中，是可冷却的。这使得可以降低例如到环境的不希望的热排放，和/或所使用的材料的过热。
在一个实施方案中，使所述加热构件适合于供应在10至100Hz频率下的电流，优选在50Hz下的电流。这导致所述精炼装置的震动，并促进了在所述熔体中气泡的上升。
在一个实施方案中，将所述加热构件设计为变压器。在本申请中可以使用的加热构件的具体设计取决于要实现的各自的要求，例如精炼体积、生产能力、所述熔体的温度等。在本发明的一个实施方案中，在所述侧壁，优选在所述内衬中可获得高达20A/mm2，优选高达30A/mm2的电流密度。通常，施加到所述侧壁，优选所述内衬上的电势差的量级可以为1V至50V，和/或总的电流的量级可以为5kA直至100kA。所述电压例如是AC电压，其具有10Hz至10kHz范围的频率。
在本发明的另一个实施方案中，提供用于感应加热所述内衬的构件，使得所述熔体至少其部分还优选被感应加热。
在另一个实施方案中，提供气体输入构件或供应线，其以如下方式延伸穿过所述侧壁或穿过所述精炼坩埚的壁，所述方式为在所述内衬背对所述熔体的一侧可提供限定的气氛，优选非氧化性流体的气氛。在一个实施方案中，将所述流体作为气体提供，所述气体优选包含氮气、氩气、氦气和/或合成气体（Formiergas）。
最后，同样在本发明范围内的是玻璃制品，优选光学和/或技术玻璃，和/或玻璃陶瓷，其可以通过本发明的方法制造或者已经通过本发明的方法制造。
附图说明
现在将通过以下示例性实施方案详细描述本发明。为此目的，参照所附的附图。在不同的附图中使用的相同的附图标记指代相同的部件。
图1.a和1.b以平面图（图1.a）和侧视图（图1.b）示意性地举例说明了在玻璃制造中单独的步骤或组件。
图2.a和2.b显示了在根据本发明的精炼坩埚中获得的熔体的温度分布，所述坩埚例如具有在所述底部中的入口（“底部进料”/图2.a），或者在上部区域中的侧向入口（“顶部进料”/图2.b），并且每个都具有侧向出口。
图2.c显示了对于所述熔体在所述精炼坩埚中的停留时间的模拟结果，在所述停留时间期间，所述熔体暴露于超过1750℃的精炼温度。
图3.a和3.b示意性地说明了精炼坩埚的第一和第二示例性实施方案，其分别具有单层和双层的壁。
图4.a至4.d示意性说明了精炼坩埚的第三个示例性实施方案，其具有三层壁，在垂直截面中不具有电接合构件（图4.a）和具有电接合构件（图4.b），在平面图中（图4.c），和在水平截面中（图4.d）。
图5.a至5.c显示了在图4.a中所示的根据本发明的实施方案的修正方案。
图6.a至6.o说明了所述精炼坩埚的多种实施方案，所述精炼坩埚具有用于电源的不同布置的触点或上和下连接头。
图7是图4.a的圆圈Z1中的细节的示意图，其具有气体供应线。
图8.a和8.b是图4.a的圆圈Z2中的细节的示意图，其说明了所述交界区域的第一和第二示例性实施方案。
发明详述
图1.a和1.b说明了所述制造玻璃的单独步骤和根据本发明构造的并且根据本发明操作的精炼坩埚3的两个可能位置。为了示例性的目的，说明了用于熔融、精炼、调整、均质和成形玻璃熔体1的系统，以及因此说明了用于制造玻璃的系统。
在所述玻璃制造中的第一个工艺步骤是在熔融槽2中熔融起始材料，即批料。例如，显示了开放的熔融坩埚2，其具有开放的熔体表面1a。一旦所述批料变得粘稠，就在熔融槽2中开始所述熔体1的第一次预精炼。
为了在所述熔体1中实现均匀性和气泡消失的最大化，需要充分混合和脱气所述玻璃熔体1。因此，所述熔融之后是在精炼区3中进行的玻璃熔体1的精炼。所述精炼区3也被称为精炼室3，或精炼坩埚3。精炼的主要目的是从熔体1中除去物理和化学束缚在所述熔体中的气体。
显示了两个根据本发明构造和操作的用于精炼坩埚3的可能位置。
一方面，根据本发明的精炼坩埚3可以被紧接或直接布置在坩埚2下游，并且可以被设计为在所述底部具有入口和在所述上侧具有侧向出口的精炼坩埚3（参见图2.a中所示的温度分布）。在该变体中，精炼坩埚3分别由侧壁10或周围表面32限定。其具有开放的底表面33和开放的顶表面31。底表面33还可以被称为底部或下侧。顶表面31还可以被称为上侧（参见图3.b中的另外的图）。
然而，另外可能的是，首先将一种通道布置在熔融坩埚2和精炼坩埚3之间，该通道在这种情况下更确切地是侧向入口，通过该入口所述熔体1被供应到精炼坩埚3中。在这种情况下，后者可以被形成为在精炼坩埚3的上部区域中具有侧向入口3a和侧向出口3b（参见图2b中所示的温度分布）。
均质化是指所有组分的溶解和均匀分布以及指消除条纹。调整熔体意思是尽快和尽可能精确地调节所述熔体1的温度。这例如在所述熔融和精炼工艺完成并且所述玻璃要达到理想的模制温度时，在玻璃熔融炉的通道系统中完成。
精炼坩埚3之后是通道4，其在熔体1的流动方向中处于熔体1的下游，在该通道中完成了所述熔体1的调整。因此，通道4还可以被称为调整构件4。通过后者，所述熔体1被供应到均质化构件5，所述均质化构件5包含布置在槽中的搅动装置5a，其用于均质化所述熔体1以及用于从熔体1中除去条纹。均质化玻璃熔体1之后是所述玻璃的成形6。通常，最终的玻璃总是经历成形处理。取决于产物，将所述玻璃成形为不同的形状。对于在塑性状态中加工玻璃，存在五种基本方法：铸塑、吹塑、牵拉、压制和滚动。成形或者在缓慢、完全固化所述玻璃料团之后开始，或者在所述玻璃的半液体的，仍粘稠状态中开始，或者甚至在所述玻璃料团的高温下和在高度液体状态中已经开始。特别地，为了制造玻璃陶瓷，需要另外的热处理，其被称为陶瓷化。
图2.a和2.b显示了在每种情况下，在根据本发明的精炼坩埚3中作为模拟结果的熔体1的温度分布。对于如图2.b中所示出的温度分布，根据本发明的精炼坩埚3的明确示例性实施方案示于图3.a、3.b、4.a和5.a至5.c中。在这些实施方案中，在所述精炼坩埚3中，在熔体1上部形成空间或体积。这意味着，在每种情况下，提供了开放的熔体表面1a。
首先，图2.a显示了首先在图1说明中提及的根据本发明的精炼坩埚的实施方案和定位。所述坩埚具有用于所述熔体1的入口，其布置在精炼坩埚3的底部中。相反，所述出口布置在精炼坩埚3的上部区域中。因此，精炼坩埚3构成了一种容器，其在其末端面处，即在底表面33和顶表面31处，或者在其上侧和底侧处，是开放的。精炼坩埚3可以在其部分中具有如下形状：直的或倾斜的截锥体。在精炼坩埚3的内表面处，布置有内衬50作为熔体接触表面，其可以被传导加热，并且任选除此以外还可以被感应加热。
通常，进入精炼坩埚3的熔体1的最大温度为比在精炼坩埚3或精炼区3中的熔体1的最大温度低至少约200℃，并且优选不超过约400℃。例如，熔体1在约1500℃至约1600℃的温度下进入到精炼坩埚3中的高温精炼区中，其特别具有最优选在高于1800℃范围内的温度。熔体1通过已加热的内衬50被逐渐地间接加热，并上升。在精炼坩埚3的末端或者在精炼坩埚的上边缘的区域中，即在精炼坩埚3的出口处，所述熔体1具有其最高的温度并且因此具有其最低的粘度。在这种情况下，所述最大的温度的范围为约1850℃至约1900℃。另外，在该区域中，距所述熔体表面1a的距离是最短的。任何存在于所述熔体1中或者已经在所述熔体1中产生的气泡从熔体表面1a离开。
在内衬50中主导的温度高于与内衬50接触的熔体1中的温度。然而，其处于与熔体1中的温度类似的量级上。所述熔体1与内衬50接触的部分的温度和在内衬50内的温度的差不超过100℃，优选不超过50℃。
图2.b显示了根据本发明设计的精炼坩埚3的第二个实施方案。其具有用于熔体1的入口3a，该入口3a布置在精炼坩埚3的上部区域中。出口3b也布置在精炼坩埚3的上部区域中，但在相对于入口3a的相对侧。精炼坩埚3是一种容器，在其上端面或顶表面31或上侧是开放的，并且在其下侧或底表面33处是被底部封闭的。精炼坩埚3可以在其部分中具有直的或倾斜的截椎体的形状。在精炼坩埚3的内表面处，布置内衬50作为熔体接触表面，其被传导加热和任选地除此以外被感应加热。熔体1从上部侧向进入到精炼坩埚3中。熔体1在约1500℃至约1600℃的温度下进入精炼坩埚3。首先，熔体1在精炼坩埚3内向下降。其沿着已加热的内衬50流动。通过已加热的内衬50，其被逐渐加热并在精炼坩埚3的对侧向上升。在精炼坩埚3的末端处或在精炼坩埚3的上边缘区域中，即在精炼坩埚3的输出口或出口3b处，熔体1具有其最高的温度，并因此具有其最低的粘度。所述最高的温度，在这种情况下，范围为约1850℃至约1900℃。另外，在该区域中，距所述熔体表面1a的距离是最短的。在所述熔体1中存在的或已经产生的气泡从熔体表面1a离开。在内衬50中主导的温度大于在与所述内衬50接触的熔体1中的温度。然而，其与在所述熔体1中的温度处于类似的量级。熔体1的与内衬50接触的部分的温度和在内衬50中的温度的差不超过100℃，优选不超过50℃。
模拟结果（参见图2.c）显示，在根据本发明的精炼坩埚3中的熔体1的如下停留时间与现有技术中描述的体系（参见本说明书的引言部分）相比增加了，在所述停留时间期间所述熔体暴露于超过1750℃的精炼温度。所谓的短路流被防止了。熔体1的短路流是指熔体1的流或部分在精炼室3中仅具有短的停留时间，使得对于所述流或所述部分仅能实现不充分的精炼。令人惊奇地，已经发现，在所述精炼室3中不必提供大的温度梯度，例如目前通过使用冷却的壁所做的那样（参见本说明书的引言部分）。采用没有任何主动冷却的根据本发明构造的精炼坩埚3能够获得的温度分布将足以产生稳定的对流翻滚。
根据本发明，不使用任何主动冷却的壁或表面，其特别具有超过约1700℃的温度。相反，使用充分绝缘的壁，使得所述壁材料或绝缘材料没有过度的应力。这是因为所述壁或所述壁的第一和/或第二层至少与通过所述内衬间接接触的玻璃一样热。将所述绝缘进行调整或者调节充分的热流，使得一方面所述壁和绝缘材料没有过度的应力，和另一方面鉴于经济效能，穿过所述壁的热流被降低，优选被最小化。这通过适当选择所述壁材料和所述壁或所述各个层的厚度来实现。
根据本发明的精炼坩埚3的明确实施例在下文中给出。
图3.a示意性说明了精炼坩埚3的第一个示例性实施方案的截面。
所述精炼室3具有单层结构。精炼室3的侧壁10和底部23各自由壁11形成。所述侧壁10和底部23一起限定了精炼室3的内部。它们限定了所述精炼区3的底表面33、周围表面32和顶表面31（参见图3.b）。侧壁10和底部23由耐火材料构造。精炼室3的内部或熔体接触区域用金属材料50，优选片状金属加衬。精炼室3的内表面被所述金属内衬50覆盖。
内衬50优选完全提供精炼坩埚3的熔体接触表面。内衬50覆盖精炼坩埚3的底部23和侧壁10。另外，内衬50延伸超过精炼坩埚3的内部上边缘或其侧壁10的内部上边缘。所述内衬靠在侧壁10的上表面10a上，从而优选完全将其覆盖。因此，内衬50形成卡圈51。卡圈51相对于侧壁10是倾斜的。卡圈51因此被称为“弯曲件”。其与侧壁10形成约45°至135°的角度，在本情况下为约90°。另外，内衬50或内衬50的卡圈51还延伸超过精炼坩埚3或其侧壁10的外部上边缘。该部分靠在精炼坩埚3的外表面并覆盖其侧壁10的上部。一方面，卡圈51至少充分地延伸到该侧，使得所述侧壁10的临界温度在侧壁10处不突出或至少不显著突出。另一方面，卡圈51的宽度受到对于所述坩埚的侧向溢流的增加倾向所限。优选地，对卡圈51的宽度和/或长度进行选择以使得能够基本上避免短路流。
在侧壁10的外表面处向下延伸的内衬50的部分形成用于加热构件的上连接头60和61。在本实施例中，第一加热构件71和第二加热构件72用于传导加热所述内衬50。为此目的，可以提供用于所述第一加热构件71的第一上连接头60（在该图中没有示出附图标记）和用于所述第二加热构件72的第二上连接头61。第一上连接头60和第二上连接头61彼此相对布置（还参见图6.a至6.g）。形成精炼室3的底部53的内衬50的部分提供另外的，在本情况下，用于加热构件71和72的下连接头62和63。可以提供用于所述第一加热构件71的第一下连接头62（在该图中没有示出附图标记）和用于所述第二加热构件72的第二下连接头63。
所述第一和第二加热构件71和72中的每个优选包含变压器。借助于所述两个变压器，内衬50被传导加热。然而，所述熔体1还可以仅通过单独的加热构件被传导加热，在本情况下，由所述两个加热构件71和72中的一个传导加热。因此，基本上不将所述熔体1自身加热，而是通过已传导加热的内衬50将其间接加热。关于根据本发明的加热的基本原则的另外细节将在图4.a至4.d的说明中给出解释。
可以使用另外的加热器，其优选用于直接加热所述熔体1，例如借助于布置在所述熔体1中的电极，或者借助于辐射加热器，例如使用燃烧器或电加热的热辐射器。
例如，在图3.a中，如果需要，将任选的燃烧器41布置在熔体表面1a上方的区域中，在所谓的上部炉40中，从而防止所述熔体表面1a的冷却。与燃烧器41一起，所述上部炉40由顶壁43和侧壁42限定。顶壁43和侧壁42由耐火材料制备，所述耐火材料例如（富硅陶瓷）、莫来石和/或HZFC（高氧化锆熔铸料）。侧壁42向下延伸超过精炼坩埚3的上边缘或超过其侧壁10的上边缘。
在上部炉40和精炼坩埚3之间的过渡区域中提供间隙，其特别是为了容许热膨胀。如上所述的，内衬50也延伸进入到该区域中。在该过渡区域中，布置用于冷却，优选水冷却的构件81，例如输水管，其特别是为了将由精炼坩埚3和上部炉40限定的内部空间与环境密封隔离。也流到所述过渡区域中的熔体1在那里冻结并密封所述过渡区域。形成了所谓的玻璃窗卡圈80。以此方式，可以防止所述内衬50与环境中存在的氧气接触。这在例如所述内衬50由铱形成时是特别重要的，铱在高温下不耐受氧化。玻璃熔体1覆盖整个内衬50或整个卡圈51，使得没有3相边界。玻璃窗卡圈80的更多的细节和进一步的改进示于图8.a和8.b中。
形成所述底部53的内衬50的部分靠在壁23上，壁23给所述底部提供稳定性。这种壁23提供了一种用于所述底部的基础。为了有效地保护所述精炼坩埚3免受环境影响，所述基础23由气密箱24封闭。
总之，图3.a显示了一种精炼坩埚3，其包括具有单层结构的壁10和23。壁10的单层11为所述精炼坩埚3提供了机械强度或稳定性，尤其在所述熔体1中温度超过约1700℃的情况下。另外，这种单层11表现出充分低的导热性，使得产生的热保留在所述系统中并且不排放到环境中。如在图3.a中所示的，底部23和侧壁10可以一体地形成，即可以由单独的组件提供。
图3.b说明了一种用于精炼的体积，该体积由底表面33、顶表面31和周围表面32限定。所述精炼体积不需要被限定到所描述的体积，而是还可以包括在卡圈51上的体积。另外，图3.b显示了在图3.a中所示的体系3的变体。侧壁10不再具有单层结构，而是具有双层结构。与所述内衬50相邻的第一层11具有与所述内衬50的温度稳定性相似的温度稳定性，并且为坩埚3提供必要的稳定性。优选地，第一层11表现出高达约2000℃的温度稳定性。在一个示例性实施方案中，第一层11由耐火陶瓷材料制备，所述耐火陶瓷材料优选基于ZrO2和/或尖晶石。
第二层12具有与第一层11相比更低的温度稳定性。然而，反过来，第二层12具有比第一层11更低的导热性。因此，第二层12提供了主要的绝热性，从而所产生的热保留在所述系统中，并且不排放到环境中。例如，第二层12可以由FL30制成。第二层12具有约1600℃至约1700℃的温度稳定性。
第一层11具有L形截面。其一条腿向外延伸超过第二层12，从而形成第二层12的卡圈。以此方式，所述第二层12不与已加热的内衬50直接热接触。
所述底部23或所述底部的基础23具有高达约2000℃的温度稳定性。例如，底部23是由耐火陶瓷材料制成的壁，所述耐火陶瓷材料优选基于ZrO2和/或尖晶石。
图4.a至4.d示意性说明了精炼坩埚3的第三个实施方案，其具有三层壁10。首先，图4.a显示了精炼坩埚3的水平截面，所述精炼坩埚3不具有接合到所述加热构件对71和72（此处未示出）的电接合构件66和68。
精炼坩埚3具有所谓的“顶部进料”，即从上部的入口3a。所述熔体1的流动方向1b由箭头表示。所述熔体1侧向流动，在本情况下从左侧沿着侧壁10的上表面进入到坩埚3中，并在已经通过所述边缘后向下流动。通过在坩埚3内由已加热的壁10或内衬50连续加热，所述熔体1再次向上升，上升高于侧壁10的上边缘，并然后向外侧向，在本实施例中向右侧流动。所述熔体1平行于所述两个加热构件71和72的连接线流动或者沿着所述两个加热构件71和72的连接线流动。在本发明的一个变体中，所述熔体还可以垂直于或横向于该连接线流动。例如，将所述连接部件66和68或法兰相对于所述熔体1的流动方向1b旋转90°。在图4.b和4.c中，示出了熔体1的流动方向1b可以或者从图像平面向外延伸或者在所述图像平面内延伸。
在左侧显示的卡圈51限定了用于所述玻璃熔体1的入口3a。在右侧显示的卡圈51限定了用于所述玻璃熔体1的出口3b。由于所述内衬50被充分“能量化”或者传导加热，因此所述熔体1不仅在坩埚3的内部空间被加热，而且在所述左侧卡圈51上就已经被加热，并且在所述右侧卡圈上还仍被加热。
精炼坩埚3的内部或内体积形成所述精炼空间，该精炼空间由底表面33、顶表面31和周围表面32限定。所述精炼体积不需要被限定到所描述的体积，而是还可以包括在卡圈51上的体积。周围表面32由侧壁10或侧壁10的内表面10b界定或限定，或者由侧壁10的内衬50界定或限定。底表面33由内衬50的底部53限定或定义。顶表面31例如由坩埚3的上部开口限定。
壁10的结构类似于在图3.b中显示的结构。作为第一个区别，将另外的第三层13布置在为坩埚3提供主要机械稳定性的第一层11和内衬50之间。通常，第三层13是耐温性，优选高达约2100℃的织物。织物的一个例子是毛毡。所述材料的一个例子是ZrO2。在优选的实施方案中，第三层13包含ZrO2毛毡。所述第三层13实现了例如在安装过程中，机械保护所述第一层11免受所述内衬50的影响。另外，在热相关的膨胀或收缩过程中，内衬50可以在第三层13上滑动。另外，第三层13起到了一种捕获从所述内衬中散出的颗粒的捕集器的作用。第三层13覆盖侧壁10的上表面10a和内表面10b。其形成一种第二内衬。
熔体1通过由电流传导加热内衬50的侧壁52，至少在其部分中，被加热。在本实施例中，整个内衬50被传导加热。这是因为电力在内衬50的上部外边缘处，和在其中侧壁52并入底部53中的下部内边缘处被提供。
通过施加电压U1和U2从而在所述内衬中产生电势差，当U1≠U2时，产生电流。对于U1>U2，在所述内衬50中电流流动的方向由箭头表示（参见图4.b）。
在该说明的实施例中，在所述内衬50的侧壁52中以如下方式提供电势差，所述方式为在侧壁52中的电流流动方向是从所述顶表面31到所述底表面33，或者从所述上侧3c到所述下侧3d。由于内衬50的卡圈51也被加热，电流的方向是从卡圈51的外侧向内朝向侧壁52，并且在侧壁52中从所述顶表面31到所述底表面33。底部53通常不被传导加热，或者至少在两个加热构件71和72的情况下不被传导加热，因为其处于均一电势下，并且因此没有电流流动。没有电流从左侧的卡圈51流动到右侧的卡圈51，即不从入口3a朝向出口3b流动，或者反之。
在该实施方案中，使用两个加热构件71和72实现加热。电力供应不是通过点实现的，而是宁愿通过面实现的。为此，参照图4.b至4.d。
内衬50可以作为单独的组件提供。其优点是没有或者仅有很少的边缘必须被密封。然而，在本实施例中，内衬50被形成为两个部分。内衬50的侧壁52和卡圈51由第一个优选单片组件提供。内衬50的底部53由第二组件提供。侧壁52的下表面靠在底部53上。优选地，将侧壁52和底部53焊接在一起。
在优选的实施方案中，提供内衬50的底部53的组件的表面积大于精炼区3的底表面33（参见图4.d）。为了更好说明，这可类比为坐落在垫盘上的杯子。所述垫盘通常比所述杯子的底部具有更大的表面或更大的直径。因此，形成一种延伸或卡圈。这提供了如下优点：可以容易地建立与这种卡圈的触点，并且因此容易地建立与所述底部53的接触点。优选地，该区域要被形成得比所述底表面33更厚，使得此处焦耳加热可以保持为最小。
内衬50的底部53使用下连接部件65接触（也参见图4.d）。后者接触下连接头62和63（参见图6.a至6.g）。将下连接部件65与所述底部53结合。优选地，下连接部件65是环状法兰65，优选圆形法兰。环状法兰65可以如所示那样啮合底部53的外边缘。但也可以提供延伸元件64作为中间片，以允许补偿长度方面的热变化（参见图3.a和3.b中的延伸板64）。优选地，将环状法兰65焊接到底部53上。所述环65优选完全围绕底部53的周围延伸。环65由金属制成，例如构成镍法兰65。环65延伸穿过侧壁10或在侧壁10的下侧延伸到外侧。连接部件65提供了在内衬50和加热构件对71和72之间的两个电连接头中的一个，特别是通过下接合构件66实现（参见图4.d）。
内衬50的卡圈51通过上连接部件67接触（也参见图4.c）。在此，使上连接部件67与侧壁52和卡圈51结合。其接触内衬50的上部。上连接部件67啮合侧壁10的外表面10c。其构成护套，例如圆筒状护套，所述护套优选完全围绕坩埚3的周围或围绕其侧壁10的外表面10c延伸。护套67由金属制成，例如构成镍法兰67。上连接部件67提供了在内衬50和加热构件71和72之间的两个电连接头中的另一个，特别是通过上接合构件68实现。
图4.b类似于图4.a。在此另外示出了接合到加热构件71和72的接合构件66和68。图4.c显示了平面视图的图4.b的系统。图4.d显示了沿着截面线A-A的截面中的图4.b的系统。
接合构件66和68建立了在内衬50和加热构件71和72之间的电连接头。将接合构件66和68形成为板，将该板电接合到法兰65和67上，优选通过与其邻接实现。接合构件66和68和法兰65和67分别还可以被整体形成，或者被整件形成。
接合构件66和68向外辐射状延伸。如在图4.c和4.d中所示的，它们完全围绕精炼坩埚3的周围延伸。这导致更均匀的电流分布并因此导致更均匀的内衬50的加热。
例如，此处使用两个加热构件71和72。将由所述两个加热构件71和72产生的电流从相对侧，并因此在彼此约180°的角度下供应到内衬50。加热的理想情况是围绕内衬50的周围供应均匀的电流。一个实例是旋转对称电源。为了接近该理想情况，可以使用多个加热构件71和72和/或多个电源区域。优选地，所述多个加热构件71和72和/或所述多个电源区域被布置为彼此具有大约相同的角空间。例如，两个连接头间隔180°，如已示出的那样，或者三个连接头间隔120°的角度，四个连接头间隔90°的角度，以此类推。
下连接部件65和结合的下接合构件66以及上连接部件67和结合的上接合构件68一起形成用于内衬50的电力输入构件，并且因此用于加热所述内衬。一个或多个下连接头62和/或63具有与其结合的下连接部件65和下接合构件66。一个或多个上连接头60和/或61具有与其结合的上连接部件67和上接合构件68。优选地，用于内衬50的输入构件65至68比内衬50具有更大的截面。因此，在输入构件65至68中的电流密度降低。因此，在输入构件65至68中不产生热，而是在所述内衬50中产生热，从而降低了不希望的例如到环境中的热消散。
在一个实施方案中，将用于内衬50的输入构件65至68冷却，至少在其部分中冷却。这使得因为输入构件65至68的电阻降低而可以降低不希望的热损失，尤其是到环境中的热损失。例如，在侧壁和底部之间的邻接边缘的区域配备冷却装置。这使得进入到该区域中的熔体冻结并且提供密封（参见例如在图3.a和3.b中在延伸部件64附近的冷却构件81）。
图5.a至5.c说明了在图4.a中表示的精炼坩埚3的变体。
首先，图5.a显示了其中所述内衬50不仅仅被传导加热的实施方案。在一部分中，内衬50被另外感应加热。例如，卡圈51被另外感应加热。优选地，形成用于所述熔体1的出口3b的卡圈51被另外加热。为此目的，将线圈73布置在出口3b的区域中。以此方式，如果必要，所述熔体1的温度可以在精炼的末端处上升，并且因此可以促进所述熔体1的精炼。使感应器的几何形状和震荡电路的频率适合于精炼坩埚3的相应几何形状。
图5.b显示了一个实施方案，其中选择性改变内衬50的厚度，特别是其部分中的厚度，从而影响在内衬50中要产生的温度分布并因此还影响熔体1的温度分布。例如，将形成所述卡圈51和此处形成用于熔体1的出口3b的内衬50的厚度选择为大于在侧壁10上的内衬50和52的厚度。这导致在出口3b处降低的电流密度和因此降低的温度。以此方式，例如，过度加热和结合的熔体组分的“蒸发”能够被降低或防止。
图5.c显示了精炼坩埚3的一个实施方案，其在出口3b的区域中与用于熔体1的入口3a相比具有扩大的卡圈51。这使得已加热的熔体1可以移动延长的距离，在这里，所述熔体水平低并因此气泡需要较少时间逃逸。以此方式，可以改进精炼。同时，所述熔体1可以冷却，使得当随后接触装置3下游时，预计没有或仅有轻微的不关键的侵蚀。选择出口3b或在出口3b处的卡圈51或定义其尺寸，特别是其长度，使得熔体1可以被冷却到如下温度，该温度不实质性影响或损害在精炼装置3下游的单元的材料，例如耐火材料。
本发明的一个方面基于如下事实：至少精炼坩埚3的侧壁10，优选内衬50的侧壁53，优选至少在其部分中或完全地被传导加热。实施所述传导加热使得在精炼坩埚3的侧壁10中，优选在内衬50的侧壁52中，以如下方式提供电势差，所述方式为在侧壁10或52中的电流流动的方向为从所述顶表面31到所述底表面33，或者从所述底表面33到所述顶表面31。在内衬50中或在内衬50的侧壁52中的电流从精炼坩埚3的上侧3c运行到下侧3d，或者从下侧3d运行到上侧3c。
关于这一点，图6.a至6.h显示了精炼坩埚3的简化的截面，更准确地讲精炼坩埚3的内衬50的简化的截面，其分别具有不同布置的用于输入所述电流或用于施加电压的连接头。为了更好理解的目的，在此示出了连接头60至63。它们指定了其中所述电流要被输入到内衬50中的区域。这些被布置在内衬50的不同区域中。电压再次被称为U1和U2。例如，U1具有的正值，其中U1>0V。相反，U2处在地电势，例如其中U2=0V。示出的箭头指出电流的方向。
图6.a显示了如已经在图4.a中显示的连接头或电力输入方案。在这种情况下，所述电力输入方案被设计为用于两个加热构件71和72。提供两个上连接头60和61和两个下连接头62和63。在精炼坩埚3的内部下边缘处布置所述两个下连接头62和63，其中所述侧壁52并入到内衬50的底部53中。由于形成所述底部53的内衬50处在相同的电势U2下，所述底部53将不被传导加热。在形成所述卡圈51的内衬50的各自外部上边缘处布置所述两个上连接头60和61。
在随后的图中，对用于所述两个上和所述两个下连接头的附图标记60至63和用于内衬50的部分的附图标记51至53和用于所述上侧和下侧的附图标记3c和3d的指示已经被省略。
图6.b显示了如已经在图5.c中显示的电力输入方案。出口3b与所述熔体1的入口3a相比是扩大的。另外，卡圈51在侧壁10的外表面11c上向下延伸。这已经示于图3.a和3.b中。因此，将连接头60和61布置在所述外表面10c处。否则，连接头62和63与图6.a中显示的连接头62和63相同。为了避免重复，附图标记与如上所述相同。
图6.c显示了其中只提供单独的加热构件71的电力输入方案。尽管这样的电力供应确实是完全不对称的，但这种类型的电力供应可充分用于精炼，因为沿着U1和U2之间的最短路径的局部加热将导致沿着该最短路径的电阻增加，从而由于在较不热的区域中的电阻较低，所述电流将逐渐“扩张”到或“取其道”穿过所述周围。这由虚线箭头指示。在本发明的这个变体中，由于这种单侧布置的加热构件71，电流可能甚至在底部53中流动。
图6.d显示了一种电力输入方案，其中首先不将所述上连接头60和61布置在卡圈51的外边缘处，而是例如布置在卡圈51的中间。同样，所述下连接头62和63不再位于角落中。它们被布置在底部53自身中。在该实施方案中，电流将也流经所述底部53的一些部分，其将与侧壁52一起被部分加热。
将示于图6.a至6.d中的实施方案的内衬50的侧壁52直立地或垂直于底部53布置。相反，图6.e至6.h说明了一些实施方案，其中所述侧壁52相对于所述垂线或直立方向倾斜，这产生了梯形截面。这种倾斜降低了气泡在侧壁52上的粘附性，因为在与侧壁52相互影响的区域内存在的气泡通常垂直向上升，而非沿着倾斜的侧壁52上升。优选地，在侧壁52和所述垂线或直立方向之间形成的角度的范围为1°至15°。所述气泡可能已经包括在所述熔体1中和/或可能通过所述精炼已经产生。
气泡的粘附性可以另外通过在10至100Hz的频率（供电频率）下将电流从加热构件71和/或72输入到所述内衬50中而降低。在本发明的简化实施方案中，将对于各个国家有代表性的供电频率输入。例如在欧洲，这是约50Hz，而在美国，为约60Hz。结果是装置3的震动。由于所述高电流密度，所述气泡从所述内衬50上被“震掉”。通过使用更高的频率，例如高达约10kHz的频率，气泡的形成可以被至少降低，或者避免。为此目的，加热构件71和/或72可以包括变频器。
图6.e显示了基本上类似于图6.a中所示方案的电力输入方案。为了避免重复，参照如上与图6.a相关的描述。然而，在这种情况下，所述内衬50具有2-部件结构，其由作为内衬50的第一部件的侧壁52和作为内衬50的第二部件的底部53组成。所述底部53延伸超过与侧壁52邻接的邻接边缘。也就是说，底部在所述侧面处突出。因此，形成一种延伸或卡圈。所述两个下连接头62和63在该延伸处啮合。这种构造允许容易连接到未示于此处的下连接部件65（参见图4.d）。
图6.f显示了基本上对应于图6.b中所示方案的电力输入方案。除了壁52的倾斜，该构造的另一个差异是其不具有在所述入口3a处的卡圈。
图6.g显示了在所述底表面33中具有入口3a的精炼坩埚3中的电力输入方案。例如，所述电源的极性和因此在所述内衬50中的电流流动方向已经反转。
另外，图6.h显示了一种电力输入方案，其中将连接头60至63以如下方式布置在侧壁52处，所述方式为既不放置在所述边缘处，也不在所述角部，而是在它们之间的范围中。上连接头60和61和下连接头62和63被布置在侧壁52上。因此，侧壁52仅在其部分中被传导加热。
图6.i显示了其中所述底部不再具有平面形状而是曲面的实施方案。同样，在该实施方案中，所述精炼体积可以具有与其结合的底表面33，该底表面33在这种情况下是弯曲的。
图6.j，相反，显示了具有基本上三角形截面的实施方案。在此，基底33由所述三角形的下部点形成。另外，下连接头62和63重合在一个点或在很小的区域中。
图6.k显示了具有完全曲线构造的实施方案。作为进一步的发展，图6.l显示了在这种情况下由两个弯曲的表面形成的变体。
图6.m和6.n显示了其中所述电流部分地垂直于实际的电流流动方向或甚至与实际的电流流动方向相反的方向运行的实施方案。在此重要的是，从整体考虑，所述电流仍从底部运行到顶部。
最后，图6.o显示了其中所述内衬50在所述外表面处向下延伸的实施方案，其向下延伸如此远以至于当考虑空间时，所述上连接头60和61在所述下连接头62和63下面。然而，重要的是所述电流仍以如下方式供应到所述内衬50，所述方式为在侧壁10的内衬52中的电流流动方向从顶部延伸到底部。
在所有示出的实施方案中，对在侧壁52中的电势差进行选择以使得在侧壁52中的电流流动方向为从所述顶表面31到所述底表面33（图6.a至6.f和6.h至6.o），或者反之，从所述底表面33到所述顶表面31（图6.g）。因此，所述电流从所述上侧流动到所述下侧，或者反之。因此可见所述电流将不流动，使得在与所述熔体1接触的侧壁52中的电流流动方向被反转或完全反转，因此在一个侧壁52中的电流流动例如将从所述顶表面31到所述底表面33，而在相对侧的侧壁52中是从所述底表面33到所述顶表面31。
图7显示了图4.a的细节Z1的示意图。在侧壁52中，布置或引入气体供应线90。以此方式，可以在所述背侧或内衬50或53背对所述熔体的侧面处应用限定的气氛。优选地，施加非氧化性流体的气氛。优选地，所述流体作为气体提供。所述气体是至少一种选自氮气、惰性气体和氢气的气体。这使得能够对所述内衬50或53提供抗氧化的有效保护，特别是对于由铱制成的内衬50或53，因为铱在高温下不耐受氧化，特别是关于环境中的氧气。不需要通常实施起来复杂的完全气密的结构。优选地，所限定的气氛不构成流动体系，而是基本上静态的体系，其没有稳定的流体交换。以此方式，能够降低在高温下金属内衬50的挥发，因为在所述固体和所述气体或液体相之间将达到热力学平衡。
图8.a和8.b说明了图4.a的细节Z2的视图，其具有第一和第二示例性实施方案的过渡区域，其中一方面建立连接到所述内衬50或51的连接头，和其中完成了到相邻装置4或到上部炉40的过渡。所述过渡区域被设计为所谓的玻璃窗卡圈80。
图8.a显示了根据本发明的玻璃窗卡圈80的第一实施方案。内衬50的卡圈51延伸超过侧壁10的外边缘，向下“弯曲”并啮合连接部件67或用于加热所述内衬50的法兰。以此方式，建立了电连接头。优选地，内衬50或内衬51的末端有弹性地啮合连接部件67，使得可以补偿热线性膨胀。为此目的，优选地，内衬50的末端边缘被“弯曲”。在所述内衬50、连接部件67的头部端和由例如Pt片44覆盖的耐火材料42之间，形成中间空间，其可以被所述熔体1填充。连接部件67具有L形。在其上水平腿下，布置冷却构件81，例如输水管道。这使得流动到所述中间空间的熔体1冻结以形成固有材料的保护性护套并且封闭所述过渡区域，优选气密性封闭。
图8.b显示了根据本发明的玻璃窗卡圈80的第二个实施方案。所述内衬50和卡圈51沿着侧壁10的外表面延伸的区域类似于关于图8.a描述的区域。为了避免重复，因此参照如上图8.a的描述。现在，所述连接部件67向上延伸超过内衬50的末端或边缘。连接部件67具有一种坐落在所述L形上的延伸部或延长部。优选地，所述延伸部一直延伸到侧壁10的上边缘。因此，中间空间形成在内衬50和连接部件67之间，其可以被所述熔体1填充。在所述连接部件67的延伸部中或延伸部处，布置冷却系统或冷却构件81。同样，冷却构件81的一个可能的实施方式是输水管道系统81。以此方式，流到所述中间空间中的熔体1可以冻结以形成固有材料的保护性护套并且封闭所述过度区域，优选气密性封闭。
本发明的一个优点例如是，与现有技术的装置（参见DE102006003521A1）相比，能量消耗降低60至80%。另外，不需要另外的故障保险冷却塔。最后，该技术不取决于所用的玻璃的导电性。这提供了高度的灵活性。例如，当从硼硅酸盐玻璃改变到玻璃陶瓷或改变到无碱玻璃时，不需要改变。
对于本领域技术人员显而易见的是，所描述的实施方案应被理解为实施例。本发明不限于这些示例性实施方案，而是可以在不偏离本发明主旨的情况下以多种方式变化。
各个实施方案的特征以及在说明书一般部分中提及的特征可以彼此组合。
附图标记列表
1   熔体或玻璃熔体
1a  熔体表面或自由熔体表面
1b  熔体的流动方向
2   熔融槽或熔融单元
3   精炼坩埚或精炼区
3a  精炼坩埚的入口
3b  精炼坩埚的出口
3c  精炼坩埚的上侧
3d  精炼坩埚的下侧
4   通道或调整构件
5   均质化构件
5a  搅动器构件
6   成形构件
10  侧壁或周围表面
10a 侧壁的上表面
10b 侧壁的内表面
10c 侧壁的外表面
11  第一层
12  第二层
13  第三层
23  精炼坩埚的底部或基础
24  箱或气密箱
31  顶表面
32  周围表面
33  底表面
40  上部炉
41  燃烧器
42  上部炉的侧壁
43  上部炉的顶壁
44  片状金属或铂片
50  内衬
51  内衬的卡圈
52  内衬的侧壁
53  内衬的底部
60  第一上连接头
61  第二上连接头
62  第一下连接头
63  第二下连接头
64  延伸元件或延伸板
65  下连接部件，尤其是用于底部的，或者法兰或镍法兰
66  下连接部件和加热构件之间的下接合构件
67  用于侧壁和/或卡圈或法兰或镍法兰的上连接部件
68  在上连接部件和加热构件之间的上接合构件
69  在所述两个接合构件之间的绝缘
71  第一加热构件或第一变压器
72  第二加热构件或第二变压器
73  感应线圈
80  玻璃窗卡圈
81  冷却构件或输送流体的管或管系统
90  气体供应

Claims (32)

1.用于精炼无机非金属熔体的装置，该装置包含：
—精炼坩埚(3)，其具有上侧(3c)和下侧(3d)，所述坩埚至少由侧壁(10)限定，所述侧壁(10)具有在其内表面(10b)上的金属内衬(50，52)作为熔体接触表面，其中所述侧壁包括至少第一层(11)和第二层(12)，和其中所述内衬完全提供所述精炼坩埚(3)的熔体接触表面；
—至少一个加热构件(71，72)，该加热构件用于通过在所述内衬(50，52)中的电流传导加热所述内衬(50，52)，使得通过已加热的内衬(50，52)能够加热所述熔体，其中所述加热构件(71，72)和所述内衬(50，52)通过输入构件彼此连接，其中
—所述输入构件通过至少一个上连接头(60，61)和至少一个下连接头(62，63)以如下方式与所述内衬(50，52)接触，所述方式为至少在所述侧壁(10)的内衬(50，52)中，至少在其部分中，能够产生从所述上侧(3c)到所述下侧(3d)或从所述下侧(3d)到所述上侧(3c)运行的电流。
2.如权利要求1所请求保护的装置，其中所述内衬(50)形成至少部分覆盖所述侧壁(10)的上表面(10a)的卡圈(51)。
3.如权利要求1所请求保护的装置，其中所述输入构件包含用于接触所述内衬(50，51，52，53)的至少一个上连接部件(67)和至少一个下连接部件(65)。
4.如权利要求3所请求保护的装置，其中将所述上连接部件(67)与侧壁(10，52)或所述内衬(50)的卡圈(51)结合，和将所述下连接部件(65)与所述下侧(3d)或所述精炼坩埚(3)的底部(53)结合。
5.如权利要求3所请求保护的装置，其中将所述上连接部件(67)形成为护套，该护套围绕所述侧壁(10)的周围延伸，至少围绕其部分延伸。
6.如权利要求5所请求保护的装置，其中所述上连接部件(67)啮合所述侧壁(10)的外表面(10c)。
7.如权利要求3所请求保护的装置，其中将所述下连接部件(65)形成为板，该板围绕所述下侧(3d)或所述底部(53)的周围延伸。
8.如权利要求7所请求保护的装置，其中所述下连接部件(65)与所述下侧(3d)或所述底部(53)的外边缘邻接。
9.如权利要求7所请求保护的装置，其中所述下连接部件(65)穿过所述侧壁(10)或者在所述侧壁(10)的下方延伸到外部。
10.如权利要求9所请求保护的装置，其中所述下连接部件(65)在所述精炼坩埚(3)的外部是能连接的。
11.如权利要求1所请求保护的装置，其中所述输入构件包含用于将所述内衬(50，51，52，53)与所述加热构件(71，72)电连接的上接合构件(68)和下接合构件(66)。
12.如权利要求11所请求保护的装置，其中所述输入构件包含用于通过所述上或下连接部件(65，67)将所述内衬(50，51，52，53)电连接的上接合构件(68)和下接合构件(66)。
13.如权利要求11所请求保护的装置，其中所述上接合构件(68)围绕所述精炼坩埚(3)的周围延伸，和其中所述下接合构件(66)围绕所述精炼坩埚(3)的周围延伸。
14.如权利要求13所请求保护的装置，其中所述上接合构件(68)围绕所述上连接部件(67)延伸，和其中所述下接合构件(66)围绕所述下连接部件(65)延伸。
15.如权利要求1所请求保护的装置，其中所述输入构件具有与所述内衬(50，51，52，53)相比扩大的截面。
16.如权利要求1所请求保护的装置，其包含至少一个用于冷却的构件(81)，该用于冷却的构件(81)与所述输入构件结合，使得所述输入构件至少在其部分中是可冷却的。
17.如权利要求1所请求保护的装置，其包含用于感应加热所述内衬(50，51)从而使得所述熔体(1)至少部分地能被另外感应加热的构件(73)。
18.如权利要求1所请求保护的装置，其中所述内衬(50，51，52，53)在其部分中具有改变的截面。
19.如权利要求1所请求保护的装置，其中所述侧壁(10)相对于所述精炼坩埚(3)的下侧(3d)或底部(53)是倾斜的。
20.如权利要求1所请求保护的装置，其中所述侧壁(10)具有多层结构。
21.如权利要求1所请求保护的装置，其中所述侧壁(10)包括至少第一层(11)和第二层(12)；其中所述第一层(11)与所述第二层(12)相比具有更高的温度稳定性，和所述第二层(12)与所述第一层(11)相比具有更低的导热性。
22.如权利要求21所请求保护的装置，其中所述侧壁(10)包含第三层(13)，该第三层(13)布置在所述第一层(11)和所述内衬(50，51，52，53)之间，和其中所述第三层(13)包含织物。
23.如权利要求21所请求保护的装置，其中所述第一层(11)具有基本上L形的截面，和其中其一条腿向外延伸超过所述第二层(12)。
24.如权利要求1所请求保护的装置，其包含气体供应线(90)，该气体供应线(90)延伸穿过所述侧壁(10)，使得在所述内衬(50，51，52，53)背对所述熔体(1)的一侧可提供限定的气氛。
25.如权利要求1所请求保护的装置，其中使所述加热构件(71，72)适合于供应在10Hz至10kHz频率下的电流。
26.如权利要求1所请求保护的装置，其中所述第一层(11)与所述内衬(50，52)相邻。
27.如权利要求2所请求保护的装置，其中所述卡圈(51)是可传导加热的。
28.如权利要求24所请求保护的装置，其中所述限定的气氛是非氧化性流体的气氛。
29.如权利要求3所请求保护的装置，其中将所述下连接部件(65)形成为板，该板至少围绕所述下侧(3d)或所述底部(53)的部分延伸。
30.如权利要求11所请求保护的装置，其中所述上接合构件(68)至少围绕所述精炼坩埚(3)的部分延伸，和其中所述下接合构件(66)至少围绕所述精炼坩埚(3)的部分延伸。
31.如权利要求13所请求保护的装置，其中所述上接合构件(68)至少围绕所述上连接部件(67)的部分延伸，和其中所述下接合构件(66)至少围绕所述下连接部件(65)的部分延伸。
32.制造玻璃或玻璃陶瓷的方法，该方法包括：
—熔融批料以提供玻璃熔体(1)，
—通过提高至少在与侧壁(10，50，52)，至少与其部分相邻的体积中的玻璃熔体(1)的温度精炼所述玻璃熔体(1)，其中至少所述侧壁(10，50，52)，至少在其部分中，通过电流进行传导加热，
—其中在所述侧壁(10，50，52)中以如下方式提供电势差，所述方式为在所述侧壁(10，50，52)中的电流流动方向或者是从顶部到底部或者是从底部到顶部；
—均质化或调整已精炼的玻璃熔体(1)，
—成形或冷却或热处理已均质化或调整的玻璃熔体(1)，使得能够提供玻璃或玻璃陶瓷。
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