DE102005053641B3

DE102005053641B3 - Verfahren zur Herstellung von Flachglas, insbesondere von in Glaskeramik umwandelbarem Floatglas

Info

Publication number: DE102005053641B3
Application number: DE102005053641A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Löffelbein; Andreas Dr. Langsdorf; Christian Dipl.-Ing. Kunert; Frank-Thomas Dr. Lentes; Ulrich Dr. Lange; Wolfgang Dr. Schmidbauer
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: FR2893021B1; US20070101765A1; KR20070050361A; JP2007131523A; CN1962500A; FR2893021A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Flachglas, insbesondere von in Glaskeramik umwandelbarem Floatglas beschrieben, bei dem zwischen dem Wetback-Tile und gegebenenfalls den Restrictor-Tiles und dem Glasstrom ein Flüssigkeitsfilm, insbesondere aus dem Metall des Floatbades erzeugt wird. Vorzugsweise sind die Tiles aus porösem Material, durch dessen Poren die Flüssigkeit zur Erzeugung des Films gedrückt werden.

Description

Das Verfahren zur Herstellung von Floatglas ist seit Jahrzehnten wohlbekannt. In den üblichen Verfahren lässt man das flüssige Glas über eine Einlauf-Lippe (spout lip) kontinuierlich auf das geschmolzene Metall des Floatbades fließen. Dort breitet es sich auf dem Floatbad aus, bis es seine Gleichgewichtsdicke von etwa 7 mm erreicht hat, danach wird das Glasband auf dem Floatbad weiter ausgezogen, um die gewünschte Dicke von 0,5 bis etwa 5 mm für das Glasband zu erzeugen.

An der Stelle, an der das flüssige Glas auf das Floatbad trifft, bildet sich ein Absatz („Zwiebel", „Ferse"). Der überwiegende Teil des flüssigen Glases fließt vorwärts in Richtung auf den Ausgang des Floatbades, ein Teil fließt aber auch nach hinten und von dort seitwärts. Diesen Teil der Floatwanne, in dem das Glas nach hinten fließt, nennt man den Wetback-Bereich. Der Wetback-Bereich des Floatglases ist annähernd trichterförmig gebaut und öffnet sich in Richtung auf den Ausgang der Floatwanne. Die beiden Schenkel des Trichters bestehen üblicherweise aus Keramiksteinen, den Restrictor-Tiles. Die Schmalseite des Trichters bildet die Vorderwand der Floatwanne oder ein ihr vorgelagerter Keramikstein, den man Wetback-Tile nennt.

Der nach hinten strömende Teil des Glasflusses stößt an die Wetback- und Restrictor-Tiles, wird von ihnen umgelenkt und fließt mit der Hauptmasse des Glases in Richtung Ausgang der Floatwanne.

Es wurde bereits früh erkannt, dass der im Wetback-Bereich auftretende Glasstau zu Fehlern im Glas führen kann. In dem Glasstau hat das Glas eine längere Verweilzeit auf dem Floatbad als das Glas, das direkt zum Ausgang strömt. Das kann zu einer anderen Viskosität führen, weil das Glas sich stärker abkühlt, es können aber auch Entglasungs- oder Zersetzungserscheinungen auftreten.

Es ist daher bereits bekannt, die Randstreifen des Glasbandes im Wetback-Bereich durch Durchleiten von elektrischem Strom zu erwärmen (z. B. DE-PS 1 596 590), um in diesem Bereich die Viskosität wieder zu erniedrigen.

Ein anderer Weg ist aus der DE-A-2 218 275 bekannt, wo im Wetback-Bereich mittels einer besonderen Formgebung des gesamten Leitkörpers die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Glases verbessert werden soll. Weiterhin kann gemäß dieser Schrift im Wetback-Bereich zwischen Glas und Formstein ein Gaskissen zur Abstützung des Glases vorgesehen sein. Allerdings kann dabei auch Gas unter das Glas gelangen und zu Störungen sowohl im Glasband als auch zu unerwünschten Turbulenzen im Floatbad führen.

Führt man die aufgeführten Verfahren mit kristallisierbaren Glassorten durch, erhält man in der Regel Erzeugnisse, die gehobenen Ansprüchen nicht genügen. In dem Temperaturbereich, in dem zum Zwecke des Ausziehens des Glasbandes mit verhältnismäßig geringen Abkühlungsgeschwindigkeiten gearbeitet werden muss, findet nämlich bereits auch eine Kristallisation statt, so dass die spätere Keramisierung des Glases, d. h. seine Umwandlung in eine Glaskeramik, bei der das Glas zunächst zur Keimbildung bei einer genau definierten Temperatur eine genau bestimmte Zeit gehalten wird, um danach bei einer höheren Temperatur aus den gebildeten Kristallkeimen die Kristalle wachsen zu lassen, durch die während des Ausziehens des Glasbandes in unerwünschter Weise gebildeten Kristalle negativ beeinflusst wird.

Die Wetback- und Restrictor-Tiles können als heterogene Keime wirken, die infolge der langen Verweilzeit im Wetback-Bereich zu einer störenden Kristallbildung in der Borte führen können. Das wiederum führt bei der späteren Keramisierung zu Ungleichmäßigkeiten, insbesondere zu starken Verspannungen im Glasband, die zum Bruch des Glases im Kühlofen führen können.

Dieses Problem ist bisher auf zwei Wegen angegangen worden. Einmal wurden Glassorten entwickelt, die für diese Ausbildung von Störstellen weniger anfällig sind, zum anderen wird durch gezielte Erzeugung einer Strömung in dem Badmetall der ungewollten Kristallisation bzw. Keimbildung entgegengewirkt.

Gemäß US-A-3,684,475 wird mittels einer Umwälzpumpe ein laminarer, der Geschwindigkeit des Glasbandes auf dem Metallbad entsprechender Fluss des Badmetalls erzeugt, durch den ungleichmäßige Geschwindigkeit des Badmetalls im Randbereich und damit verbunden eine ungleichmäßige Kristallisation, insbesondere im Randbereich vermieden werden soll. Gemäß WO 2005/0 731 38 A1 wird ebenfalls im Wetback-Bereich ein Strom aus Badmetall eingeführt, der die Ausbreitung der „Zwiebel" nach hinten so weit vermindern soll, dass das Glas am Wetback-Tile keinen Fixpunkt mehr bilden kann. Durch das Fehlen eines Fixpunktes ist es jedoch schwierig, die Glasbandlage stabil zu halten und eine definierte Formgebung des Glasbandes wird erschwert. Weiterhin wird dadurch auch verhindert, dass von der Spout Lip stammende Verunreinigungen durch die Strömungsverhältnisse in den Bortenbereich geführt werden und damit nicht in das Produkt gelangen können.

Ein ähnliches Verfahren ist aus EP 0 850 888 A1 bekannt. Hier wird in dem Floatbad im Bereich der Ränder des Glasbandes eine vertikale Strömung erzeugt, mittels derer die Lage des Randes des Glasbandes auf dem Floatbad kontrolliert werden soll.

GB 1,158,958 A beschreibt ein Verfahren, bei dem die Restrictor-Tiles aus einem gasdurchlässigen Material bestehen, aus dem Druckgas gegen das Glas geblasen wird, um die Reibung an den Restrictor-Tiles zu vermindern. Insbesondere nachteilig an diesem Verfahren ist der Umstand, dass Gas unter die Glasoberfläche gelangen kann, was der Erzeugung eines hochwertigen Glasbandes entgegensteht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfach durchzuführendes Floatverfahren zu finden, das auch bei dem Floaten von kristallisationsfreudigen Gläsern (z. B. Grüngläsern für die Herstellung von Glaskera mikscheiben) unerwünschte Entglasungen in den Bortenbereichen so weitgehend verhindert, dass weder verstärkte Spannungen im Glasband noch Bruch im Kühlofen auftreten. Dabei sollen, insbesondere zur sicheren Formgebung des Glasbandes, die bewährten Wetback- und Restrictor-Tiles im Wetback-Bereich weiter Verwendung finden können, um die konstante Lage des Glasbandes im Wetback-Bereich sicherstellen zu können.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch Erzeugung eines Flüssigkeitsfilms aus Floatbadmetall auf den mit dem flüssigen Glas in Berührung kommenden Begrenzungswänden im Wetback-Bereich die Geschwindigkeit, mit der das Glas an den Begrenzungswänden entlang geleitet wird, derart gesteigert werden kann, dass die Bildung von Kristallkeimen bzw. Kristallen im weiteren Verlauf des Floatprozesses weitestgehend unterbleibt bzw. so gering ist, dass davon keine störenden Effekte mehr ausgehen. Weiterhin wird durch den Flüssigkeitsfilm der direkte Kontakt zu den Wetback-Tiles und den Restrictor-Tiles unterbunden, so dass diese keine Initialisierung einer Kristallisation hervorrufen können.

In DE 1 212 690 wird ein Floatverfahren zur Herstellung von Dickglas beschrieben, d. h. einem Glas, das dicker als die Gleichgewichtsdicke von ca. 7 mm ist. Bei diesem Verfahren wird der natürlichen Ausbreitung des Glases dadurch entgegengewirkt, dass das Glas an den seitlichen Wandungen der Floatwanne gestaut wird. Zur Verminderung der Reibung des Glases an den seitlichen Wänden wird zwischen Wand und Glas ein Schmierfilm aus geschmolzenem Oxid oder Metall erzeugt. Das überschüssige Metall läuft über den Wannenrand in eine Auffangrinne. Das ist aber nur deshalb möglich, weil das Glas eine Dicke hat, die größer als die Gleichgewichtsdicke ist. Dieses Verfahren kommt bei der Herstellung von Flachglas mit einer Dicke unterhalb der Gleichgewichtsdicke nicht in Frage, weil erstens das Glas nicht mit den Seitenwänden der Floatglaswanne in Kontakt kommt und zweitens auch ein Überlauf des Metalls über den Wannenrand aufgrund der zu geringen Dicke nicht möglich wäre.

Je nach den Verfahrensbedingungen, unter denen der Floatprozess betrieben wird, kommt das Glas im Wetback-Bereich nur mit der Stirnwand bzw. einem vor der Stirnwand angebrachten Formstück, dem Wetback-Tile in Kontakt. Deutlich häufiger sind jedoch Verfahrensweisen, bei denen zusätzlich zu dem Wetback-Tile noch zwei sich in Fließrichtung der Glasschmelze erweiternde Formstücke (Restrictor-Tiles) vorhanden sind, die die Glasschmelze im Wetback-Bereich und auch noch in Strömungsrichtung des Glases gesehen ein kurzes Stück darüber hinaus leiten. Alle mit dem flüssigen Glas in Berührung kommenden Begrenzungsflächen müssen mit dem Flüssigkeitsfilm versehen erhitzt werden, damit an ihnen eine Kristall(-keim-)bildung nicht einsetzen kann. Unter Begrenzungsflächen werden alle Flächen, Formstücke und dergleichen verstanden, an denen die Glasschmelze anstößt. Die Flächen müssen nicht aus Keramik bestehen, sondern können auch aus einem geeigneten Metall gefertigt sein oder es können Keramik-Formstücke mit einem Metallüberzug verwendet werden. In der Regel werden jedoch aus Kostengründen Formstücke aus einer Feuerfest-Keramik eingesetzt.

Der Flüssigkeitsfilm zwischen Glas und Begrenzungsfläche lässt sich am günstigsten erzeugen, wenn man für den die Begrenzungsfläche bildenden Körper ein offenporiges Material benutzt oder zumindest an deren dem Glas zugewandten Oberfläche eine Schicht aus einem solchen Material vorsieht, durch deren Poren die Flüssigkeit bzw. das flüssige Metall zur Erzeugung des Flüssigkeitsfilms zugeführt wird.

Die Zufuhr der Flüssigkeit erfolgt von der Rückseite her.

Da die Flüssigkeit aus dem Metall des Floatbades besteht und damit ein hohes spezifisches Gewicht und auch eine relativ hohe Viskosität besitzt, sind die Porosität und die Porengröße nicht so kritisch.

Bevorzugt verwendet man ein offenporiges Material mit einer Porosität von 30 bis 70 Prozent und einer Porengröße von 0,02 bis 1,0 mm. Es ist natürlich auch möglich, statt eines porösen Materials ein Material zu verwenden, das mit einer Vielzahl von Bohrungen oder Schlitzen versehen ist, durch die der Oberfläche das filmbildende flüssige Metall zugeführt werden kann.

Der Druck, unter welchem die Flüssigkeit zugeführt werden kann, ist relativ niedrig und liegt, natürlich in Abhängigkeit von der Porengröße und der Dicke bzw. dem Druckabfall innerhalb des zu durchströmenden Materials bei 0,05 bis 1,0 bar.

Als poröses Material kann jedes Material benutzt werden, das gegenüber der Flüssigkeit, der umgebenden Atmosphäre und gegenüber der herrschenden Temperatur inert ist. Bevorzugt sind poröse Keramiken, z. B. Al₂O₃, ZrO₂, Alumosilikate, aber auch poröse Metalle, z. B. Sintermetall aus Wolfram, poröser Graphit und ähnliche Materialien sind gut geeignet.

Da die filmbildende Flüssigkeit aus dem Badmetall des Floatbades besteht, kann man den abfließenden Flüssigkeitsfilm ohne Probleme in das Floatbad zurückfließen lassen und auch die zur Erzeugung des Flüssigkeitsfilms benötigte Flüssigkeit dem Floatbad entnehmen. Zweckmäßigerweise wird eine Filterung der Flüssigkeit vorgenommen, um feste Partikel zu entfernen. Die Zirkulation der Badflüssigkeit von dem Bad durch die Reinigungseinrichtung zu dem porösen Material kann mit üblichen Pumpen vorgenommen werden, z. B. elektromagnetischen Flüssigkeitmetall-Pumpen, wie sie auch bei der Zirkulation des Floatbad-Metalls Verwendung finden.

Die Temperatur der filmbildenden Flüssigkeit soll in der Regel der Temperatur des Floatbades im Wetback-Bereich entsprechen, d. h. sie soll im Bereich von ca. 1000° C bis 1300° C liegen. Es kann aber von Vorteil sein, wenn die Temperatur, mit der die filmbildende Flüssigkeit durch das poröse Material gedrückt wird, die Floatbad-Temperatur im Wetback-Bereich um bis zu 150° C übersteigt. Damit kann die mit der filmbildenden Flüssigkeit in Kontakt kommende Glasschicht länger heiß gehalten werden, was der Kristall(-Keim-)Bildung besonders wirksam entgegenwirkt.

Anhand der Abbildungen wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch den Wetback-Bereich einer Floateinrichtung gemäß der Erfindung,
2 eine Draufsicht auf den Wetback-Bereich einer Floatwanne mit Wetback- und Restrictor-Tiles.
In 1 ist schematisch die Einlaufzone (Wetback-Bereich) einer Floatglaseinrichtung dargestellt. Das flüssige Glas 1 fließt über eine Gießlippe 2 (spout lip) auf das Metallbad, 3, das in einer Wanne 4 gehalten wird. Man erkennt, dass das auf das Bad auftreffende Glas eine Ferse 6 bildet, die an eine durch einen Keramik-Stein 7 (Wetback-Tile) gebildete Wand 8 anstößt. Die Wand 8 ist porös und durch sie wird mittels der Pumpe P flüssiges Badmetall 9 gedrückt, das zwischen der Wand 8 und der Ferse 6 einen Film bildet, der verhindert, dass das Glas der Ferse 6 direkten Kontakt zu dem Keramikstein 7 (Wetback-Tile) erhält.
In dem Keramikstein 7 ist ein Verteilerkanal 10 angeordnet, der innerhalb des Keramiksteins für eine gleichmäßige Verteilung des geschmolzenen Metalls sorgt.
2 zeigt eine Draufsicht auf den Wetback-Bereich, wobei die Spout Lip der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist. Man erkennt das Wetback-Tile 7 mit der Zufuhrleitung 11 für das flüssige Badmetall und dem innerhalb des Wetback-Tiles angeordneten, gestrichelt dargestellten Verteilerkanal 10. An das Wetback-Tile 7 schließen sich beiderseits die sich trichterförmig in Strömungsrichtung des Glases erweiternden Restrictor-Tiles 12 und 12' an, die ebenfalls noch mit dem geschmolzenen Glas in Kontakt stehen und die ebenfalls über Zuleitungen 13, 13' und Verteilerkanäle 14, 14' mit flüssigem Metall versorgt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen von leicht kristallisierendem Flachglas, bei dem in einer Floatglasanlage in an sich bekannter Weise flüssiges Glas kontinuierlich auf ein Metallbad aufgegossen und dort zu einem Band gewünschter Breite und Dicke geformt wird und wobei der Glasstrom im Bereich der Aufgießzone an ein Wetback-Tile und/oder Restrictor-Tiles anstößt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wetback-Tile und/oder den Restrictor-Tiles und dem Glasstrom im Bereich der Aufgießzone ein Film aus Floatbadmetall erzeugt wird, der den direkten Kontakt zwischen dem flüssigen Glas und dem Wetback-Tile und/oder den Restrictor-Tiles verhindert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als flüssiges Glas ein Vorläuferglas für eine Glaskeramik aufgegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens eine Begrenzungswand ein Keramikstein verwendet wird, der aus offenporigem Material besteht oder an seiner dem Glas zugewandten Seite eine Schicht aus einem offenporigem Material besitzt, wobei die Flüssigkeit zur Erzeugung des Flüssigkeitsfilms durch die Poren des Materials gedrückt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei Begrenzungswände verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Begrenzungsstein ein Verteilerkanal für die Flüssigkeit angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mit einer Temperatur zwischen der Temperatur des Badmetalls in der Aufgießzone und einer Temperatur, die bis zu 150° C höher ist, verwendet wird.