DE102006003534A1 - Refining of optical glass with temperature-regulated electrodes - Google Patents
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Abstract
Description
ZusammenfassungSummary
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Elektroden und zur Verminderung von Gasblasen in einer Schmelze. Erfindungsgemäß wird dies durch Anlegen eines Gleichstroms zwischen zumindest zwei Heizelektroden und zumindest einer Gegenelektrode in einer Glasschmelz- oder Läutereinrichtung erreicht.The The invention relates to a method and a device for corrosion protection of electrodes and to reduce gas bubbles in a melt. According to the invention this is by applying a direct current between at least two heating electrodes and at least one counter electrode in a glass melting or refining device reached.
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturbeeinflussung einer Schmelze insbesondere ein Verfahren zum Läutern und/oder Reinigen von Schmelzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Temperaturbeeinflussung und/oder zum Läutern und/oder Reinigung von Schmelzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 49 sowie ein Produkt, insbesondere ein Glasprodukt, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder in der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschmolzen und/oder geläutert und/oder gereinigt und/oder hergestellt wurde.The The invention relates to a method for influencing the temperature of a Melt in particular a method for refining and / or cleaning of melts according to the preamble of claim 1. The invention also relates a device for influencing the temperature and / or for refining and / or Purification of melts according to the preamble of claim 49 as well a product, in particular a glass product, which according to the inventive method and / or melted in the device according to the invention and / or refined and / or cleaned and / or manufactured.
Im ersten Prozeßschritt bei der Herstellung von Gläsern wird die Ausgangssubstanz, das sogenannte Glasgemenge eingeschmolzen. Das Einschmelzen findet in Wannen statt und ist in der Regel aufgrund der thermischen Belastbarkeit des Wandmaterials auf Schmelztemperaturen bis 1650°C beschränkt. Nachdem das Gemenge mit ansteigender Temperatur flüssig geworden ist, beginnt im Glas ein Homogenisierungsprozess einzusetzen, das heisst es findet eine Durchmischung aller Ausgangssubstanzen statt.in the first process step in the production of glasses the starting substance, the so-called glass batch, is melted down. The smelting takes place in tubs and is usually due the thermal load capacity of the wall material at melting temperatures up to 1650 ° C limited. After the mixture has become liquid with increasing temperature is, begins to use in the glass homogenization process, the means there is a thorough mixing of all starting substances.
Nachdem das Gemenge zur Erzeugung einer Glasschmelze erhitzt worden ist, beginnt in einem zweiten Prozeßschritt die Läuterung. Diese kann in einer sogenannten Läuterkammer durchgeführt werden. In der Läuterkammer wird die Schmelze zum Verbessern der Homogenität und zum Entfernen von Blasen gründlich durchmischt und entgast. Ein wesentliches Ziel bei der Läuterung ist es, die physikalisch und chemisch in der Schmelze gebundenen Gase freizusetzen und zu entfernen.After this the mixture has been heated to produce a glass melt, begins in a second process step the purification. This can be done in a so-called fining chamber. In the refining chamber the melt will improve homogeneity and remove bubbles thoroughly mixed and degassed. An essential goal in purification it is the gases physically and chemically bound in the melt release and remove.
Der Ursprung der in der Schmelze vorkommenden Gase liegt zumeist in dem in der Glasschmelzen stets enthaltenen Wasseranteil der bei den üblichen Glasschmelztemperaturen zu einem mehr oder weniger großen Prozentsatz in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Da das für die Auskleidung von Teilen einer Glasschmelzvorrichtung verwendete Edelmetall für Wasserstoff durchlässig ist, führt die Abwanderung des Wasserstoffs an der Phasengrenzfläche zwischen Edelmetall und Glasschmelze zu einer Anreicherung von Sauerstoff, der in Form kleiner Bläschen in die Glasschmelze aufgenommen wird, wodurch die Qualität der erzeugten Glasprodukte erheblich beeinträchtigt werden kann. Weitere in dem Glas auffindbare Gase sind SO2, CO2 und N2, die ihren Ursprung in den Rohstoffen und der umgebenden Atmosphäre haben.The origin of the gases occurring in the melt is usually in the always contained in the molten glass of water at the usual glass melting temperatures is split into a more or less large percentage in hydrogen and oxygen. Since the noble metal used to coat parts of a glass melting apparatus is permeable to hydrogen, the migration of hydrogen at the phase interface between noble metal and glass melt leads to an accumulation of oxygen, which is taken up in the glass melt in the form of small bubbles, thereby increasing the quality of the produced Glass products can be significantly affected. Other gases that can be found in the glass are SO 2 , CO 2 and N 2 , which have their origin in the raw materials and the surrounding atmosphere.
Die für die Blasenbildung notwendige Triebkraft beruht auf einer temporären Übersättigung des Läutergases, der entsprechende Sauerstoff- beziehungsweise Gaspartialdruck beträgt mindestens 1 bar, je nach Art der Schmelze auch bis zu 5 bar.The for the Blistering necessary driving force is due to a temporary supersaturation the refining gas, the corresponding oxygen or gas partial pressure is at least 1 bar, depending on the type of melt and up to 5 bar.
Auslöser dieser Übersättigung ist in der Regel eine Temperaturerhöhung. Der Zustand der Übersättigung stellt sich dann je nach Schmelze, Läutermittel, Einschmelzvorgang, Scherbenanteil etc. ab einer jeweils charakteristischen Mindesttemperatur, der sogenannten Läutertemperatur, ein.Trigger this supersaturation is usually a temperature increase. The state of supersaturation then arises depending on the melt, refining agent, melting process, Shard share etc. from a respective characteristic minimum temperature, the so-called refining temperature, one.
Hieraus ergibt sich ein Prinzipielles Problem: oberhalb der Läutertemperatur ist die Schmelze instabil gegen eine spontane Neublasenbildung, diese konkurriert also beim Abbau der Übersättigung gegen die eigentlich beabsichtigte Blasenvergrößerung. Die Situation verschärft sich deshalb für Schmelzen, die einerseits stark übersättigt sind, und andererseits auch nur über eine geringe Blasenlast verfügen, wie es bei vorgeläuterten Schmelzen der Fall ist.From this there is a fundamental problem: above the refining temperature the melt is unstable against a spontaneous Neublasenbildung, So this competes with the reduction of the supersaturation against the actual intended bladder enlargement. The situation is aggravating therefore for melting, on the one hand are very oversaturated, and on the other hand only about have a low bubble load, as with pre-purified Melting is the case.
Bei der Läuterung ist es wichtig, dass allen zu läuternden Blasen rechtzeitig ein irreversibler Aufstieg zur freien Schmelzoberfläche gelingt. Einerseits wird die hierfür verfügbare Verweilzeit durch den spezifischen Durchsatz im jeweiligen Schmelzaggregat begrenzt, andererseits folgt die minimal notwendige Aufstiegszeit aus der Viskosität des Glases und den Radien der kleinsten noch zu läuternden Blasen. Bei der kontinuierlichen Produktion von Gläsern führt dies aber unter ökonomischen Randbedingungen zu einem Widerspruch, der nur aufgelöst werden kann, wenn der Blasenaufstiegsphase ein chemischer Läuterschritt vorgeschaltete werden kann. Das Grundprinzip dieses Läuterschritts ist einfach: Die Ausgangsblasen vergrößern sich durch Aufnahme der im Glas homogen gelösten Läutergase. Der Transport dieser Gase erfolgt diffusiv aus dem Gasvolumen zu den Blasenrändern. Die hierzu notwendige chemische Triebkraft beruht auf der temporären Übersättigung des Läutergases. Der entsprechende Gaspartialdruck beträgt mindestens 1 bar, eventuell auch bis zu 5 bar. Der Auslöser dieser Übersättigung ist in der Regel eine Temperaturerhöhung. Hierbei ist es wichtig, dem Läuterschritt „Blasenvergrößerung" eine Aufstiegszone nachzuschalten, die nicht nur die aufgeblähten Blasen, sondern auch die Neublasen herausfiltert.During refining, it is important that all bubbles to be cleared succeed in an irreversible ascent to the free enamel surface. On the one hand, the dwell time available for this purpose is limited by the specific throughput in the respective melting aggregate; on the other hand, the minimum necessary rise time follows from the viscosity of the glass and the radii of the smallest bubbles yet to be clarified. In the continuous production of glasses, however, this leads to a contradiction under economic boundary conditions, which can only be resolved if the blistering phase can be preceded by a chemical lautering step. The basic principle of this lautering step is simple: the starting bubbles increase in size by the inclusion of the homogeneously dissolved chewing gases in the glass. The transport of these gases takes place diffusively from the gas volume to the bubble edges. The necessary chemical driving force is based on the temporary supersaturation of the refining gas. The corresponding gas partial pressure is at least 1 bar, possibly even up to 5 bar. The trigger of this supersaturation is usually a temperature increase. In this case, it is important to follow the "Bladder Enlargement" refining step with an ascent zone that produces not only the inflated blisters but also the neoplasms filters out.
Die Bildung der Neublasen erfolgt im Bereich mäßiger Übersättigung, das heisst, bei Drücken unterhalb von 100 bar, und damit ausschließlich über den Weg heterogener Keimbildung. Als Keime sind hier alle Wände und Einbauten in den Schmelz-, Transport- und Läuteraggregaten vorstellbar. Besonders gefährdet sind jedoch Metallelektroden, da der von außen erzwungene Stoffaustausch an der Grenzfläche Elektrode/Glas durch Läuterreaktionen aktiv unterstützt werden kann.The Neolubes are formed in the region of moderate supersaturation, that is, at pressures below of 100 bar, and thus exclusively via the path of heterogeneous nucleation. As germs here are all walls and installations in the melting, transport and refining units conceivable. Particularly at risk however, are metal electrodes because of the forced mass transfer from outside at the interface Electrode / glass active by lautering reactions supports can be.
Für die Kinetik der Blasenbildung und Blasenablösung sind die Grenzflächenspannungen an der 3-Phasengrenzfläche Metall/Glas/Blase von entscheidender Bedeutung. Diese Struktur ist einerseits stark glas- und elektrodenspezifisch, andererseits läßt sich die chemische Zusammensetzung der Elektrodenoberfläche sehr stark durch Redoxprozesse steuern: So kann einerseits eine Oxidation zur Ausbildung oder Verstärkung von Metalloxid-Schichten führen. Was zur Ausbildung von passivierende MoO2-Schichten auf der Oberfläche einer Molybdän-Elektrode führt. Andererseits kann eine Reduktion zum Abbau von Oxidfilmen bis hin zur Legierungsbildung mit Glasbestandteilen, wie der Ausbildung von MoSi2-Schichten auf Molybdänelektroden führen.For the kinetics of bubble formation and bubble separation, the interfacial tensions at the 3-phase metal / glass / bubble interface are of crucial importance. On the one hand, this structure is highly glass- and electrode-specific; on the other hand, the chemical composition of the electrode surface can be controlled very strongly by redox processes. On the one hand, oxidation can lead to the formation or reinforcement of metal oxide layers. This leads to the formation of passivating MoO 2 layers on the surface of a molybdenum electrode. On the other hand, a reduction can lead to the degradation of oxide films to alloying with glass components, such as the formation of MoSi 2 layers on molybdenum electrodes.
Neben der Auswirkung auf die Blasenbildung hat dies auch großen Einfluß auf die eigentliche Korrosion der Elektroden. Die beiden prinzipiell unterschiedlichen Korrosionsmechanismen lauten: anodische Auflösung der Elektrode über die Bildung von Ionen oder deren kathodische Zerstörung durch Transformation in deren flüssige Legierungsphase. Analog zum Korrosionsschutz von Eisenlegierungen in wässrigen Medien ist auch für Elektroden das Phänomen der Passivierung bekannt. Passivierend wirken der gezielte Einbau von Legierungsbestandteilen, wie zum Beispiel Silizium oder Zirkonium in Molybdän, die kathodische Passivierung von Molybdän in (sulfatgeläuterten) Kalk-Natron-Schmelzen oder die anodische Passivierung von Molybdän in Bleiglasschmelzen.Next the effect on blistering also has a major influence on the actual corrosion of the electrodes. The two fundamentally different Corrosion mechanisms are: anodic dissolution of the electrode over the Formation of ions or their cathodic destruction by transformation into their liquid Alloy phase. Analogous to the corrosion protection of iron alloys in aqueous Media is also for Electrodes the phenomenon the passivation known. Passivating the targeted installation of alloying constituents, such as silicon or zirconium in molybdenum, the cathodic passivation of molybdenum in (sulphate-refined) Lime-soda melting or the anodic passivation of molybdenum in lead glass melts.
Letztlich ergibt sich die lokale Belastung der Elektrodenoberfläche mit anodischen oder kathodischen Strömen als Summe aus den extern angelegten Gleichströmen (Batterieschaltungen) plus den Gleichrichtungseffekten beim Durchgang der Heizströme (AC-Polarisation) plus den Gleichströmen durch interne Ausgleichsvorgänge zwischen unterschiedlich heißen Partien der Elektroden (Thermobatterien). Die Summe der Ströme bestimmt zusammen mit den stromlosen Korrosionsvorgängen die Polarisation der Elektrode und damit deren elektrochemisches Potential.Ultimately results in the local load on the electrode surface with anodic or cathodic currents as the sum of the externally applied direct currents (battery circuits) plus the rectification effects during the passage of the heating currents (AC polarization) plus the direct currents through internal balancing procedures between different names Parts of the electrodes (thermal batteries). The sum of the currents determined together with the electroless corrosion processes the polarization of the electrode and thus their electrochemical potential.
Bei Edelmetallen kennt man zudem den speziellen Mechanismus der Wechselstrom-Zerstäubung. Einer stromunterstützten Ionisierung von Oberflächenatomen folgt partiell die stromlose Reduktion der Edelmetallionen zu Edelmetallclustern. Die wichtigsten Reaktionspartner im Glas sind die reduzierenden Ionen wie beispielsweise Sn2+, As3+ oder Sb3+. Hohe Temperaturen fördern diesen Reaktionstyp, da einerseits die Schmelze mit zunehmender Ausläuterung unedler und anderseits die Edelmetallionen zunehmend edler werden. Die Reaktionen erfolgen im Takt der Heizfrequenz und aus Versuchsreihen geht hervor, dass die irreversible Auflösung von Edelmetallteilchen umso bedeutender wird, je niedriger die Heizfrequenz und je höher die Stromdichten sind. Kommt es zur Bildung feinster Edelmetallpartikel, so können diese im Falle einer Übersättigung der Schmelze in Elektrodennähe wiederum als Keime für Neublasen dienen.For precious metals, one also knows the special mechanism of AC sputtering. A current-assisted ionization of surface atoms is partially followed by the electroless reduction of the noble metal ions to noble metal clusters. The most important reaction partners in the glass are the reducing ions such as Sn 2+ , As 3+ or Sb 3+ . High temperatures promote this type of reaction because, on the one hand, the melt becomes less noble with increasing explanation and, on the other hand, the noble metal ions become increasingly noble. The reactions take place at the rate of the heating frequency and it is clear from experimental series that the lower the heating frequency and the higher the current densities, the more important the irreversible dissolution of noble metal particles becomes. If it comes to the formation of the finest precious metal particles, they can in turn serve as germs for new bubbles in the event of a supersaturation of the melt in the vicinity of the electrodes.
Edelmetallwände, speziell aus Platin-Rhodium-Legierungen, weisen im Glaskontakt weitere spezielle Blasenbildungsmechanismen auf, die auf dem Austausch von Wasserstoff zwischen dem Platin, in dem dieser atomar löslich ist, und dem Glas, in dem er als Wasser gebunden vorliegt, beruhen.Precious metal walls, specially made of platinum-rhodium alloys, have in glass contact more special Bubble formation mechanisms that rely on the exchange of hydrogen between the platinum, in which it is atomically soluble, and the glass, in to which he is bound as water.
Fängt man nämlich den im Platin gelösten Wasserstoff rückseitig mit Sauerstoff unter Bildung von Wasserdampf ab, so erzeugt man einen Wasserstofffluß im Platin, der nur von einer Wasserzersetzung an der Grenzfläche zwischen Glas und Schmelze genährt werden kann. Dies ist aber der Elementarschritt einer Sauerstoffbildung am Platin. Parallel zur Wasserzersetzung beobachtet man eine Verschiebung des elektrochemischen Potentials in anodische Richtung und sobald bei einem Sauerstoffpartialdruck von 1 bar ein kritisches Potential erreicht ist, schlägt die Sauerstoffproduktion in eine Sauerstoffblasenbildung um. Die Wasserzersetzung entspricht einer stromlosen anodischen Polarisation der Edelmetallelektrode.You catch namely the dissolved hydrogen in platinum on the back with oxygen to form water vapor, it produces a hydrogen flow in the Platinum, only from a decomposition of water at the interface between Nourished glass and melt can be. But this is the elementary step of oxygen formation on the platinum. Parallel to the decomposition of water one observes a shift of the electrochemical potential in anodic direction and as soon as at a partial pressure of oxygen of 1 bar a critical potential reached, hits the oxygen production into an oxygen bubble formation. The Water decomposition corresponds to an electroless anodic polarization the precious metal electrode.
Umgekehrt kann eine gezielte Injektion von Wasserstoff durch die Platinwand in das Glas hinein weitere Blasenbildunsreaktionen provozieren. Je nach Flußdichten bilden sich primär Wasserstoff oder Wasserblasen, die sich in Mischblasen mit beträchtlichen Anteilen an SO2, CO2 und N2 umwandeln. Derselbe Mischblasentyp lässt sich auch bei kathodischer Polarisation der Platin/Glas-Grenzfläche nachweisen.Conversely, targeted injection of hydrogen through the platinum wall into the glass can provoke further bubble formation reactions. Depending on the flux densities primarily hydrogen or water bubbles which are converted in the mixing bubbles with substantial amounts of SO 2, CO 2 and N 2 form. The same type of mixed bubble can also be detected with cathodic polarization of the platinum / glass interface.
Mit den anodischen und kathodischen Prozessen an den Platinoberflächen kann man deshalb prinzipiell ein Potential-Prozeßfenster definieren, in dem keine Blasenbildung stattfindet. Bei Temperaturen zwischen 1400°C und 1500°C liegt dies in etwa zwischen den Sauerstoffpartialdruckwerten mit 10–3 bar als unterer Grenze zur Mischblasenbildung und 10–1 bar als Obergrenze zur Sauerstoffblasenbildung.With the anodic and cathodic processes on the platinum surfaces, one can therefore in principle define a potential process window in which no blistering takes place. At temperatures between 1400 ° C and 1500 ° C, this is approximately between the oxygen partial pressure with 10 -3 bar as the lower limit for mixed bubble formation and 10 -1 bar as the upper limit for oxygen bubble formation.
Aus den vorausgehenden Ausführungen ist zu erkennen, daß die Chemie des im Glas gelösten Wassers große Parallelen zur Läutermittelchemie aufweist. Wasser ist zumindest in unmittelbarem Kontakt mit Edelmetallen, speziell mit Platinlegierungen, eine polyvalente und redoxchemisch aktive Glaskomponente. Wasserhaltige Gläser können mithin auch ohne oxidische Läutermittelzusätze redoxchemisch sehr aktiv sein.Out the previous comments it can be seen that the Chemistry of the water dissolved in the glass size Has parallels to the refining chemistry. Water is at least in direct contact with precious metals, especially with platinum alloys, a polyvalent and redoxchemical active glass component. Hydrous glasses can therefore also without oxidic Refining agent additives redoxchemical be very active.
Korrosionsvorgänge und Blasenbildung an den Oberflächen der Elektroden werden außer durch die temperaturgesteuerte Gasübersättigung zusätzlich durch die Faktoren Elektrodenmaterial, Elektrodenzusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit, Temperaturgradienten, lokale Stromdichte und Frequenz des Heizstroms, lokale Belastung mit Gleichströmen sowie Möglichkeiten für Wasserstoffflüsse in der Elektrode beeinflußt. Beim Glas spielen neben der Grundzusammensetzung der Gehalt an Wasser und Läutermitteln sowie der Redoxzustand eine wesentliche Rolle.Corrosion processes and Blistering on the surfaces the electrodes are excluded by the temperature-controlled gas supersaturation additionally by the factors electrode material, Electrode composition, surface condition, temperature gradients, local current density and frequency of the heating current, local load with direct currents as well as possibilities for hydrogen flows in the Electrode affected. When glass play in addition to the basic composition of the content of water and refining agents and the redox state an essential role.
Hochviskose Glasschmelzen, insbesondere solche vom Typ der alkalifreien Gläser, AF-Gläser, verlangen sehr hohe Läutertemperaturen. Benötigt man dabei Temperaturen oberhalb von 1700°C und will man diese durch elektrische Beheizung mittels Elektroden erzeugen, so verbietet sich der Einsatz von Pt beziehungsweise Platin-Rhodium-Legierungen, oberhalb von 1800°C entfallen auch Molybdän und Wolfram. Als Elektrodenmaterial kommt hier prinzipiell nur noch Iridium in Betracht, Sonderlegierungen sind zur Zeit nicht verfügbar.Highly viscous Glass melts, especially those of the type of alkali-free glasses, AF glasses require very high refining temperatures. One needs Temperatures above 1700 ° C and you want this by electrical Generate heating by means of electrodes, so prohibits the use of Pt or platinum-rhodium alloys, above 1800 ° C accounts also molybdenum and Tungsten. As an electrode material comes here in principle only Iridium, special alloys are currently not available.
Weiterhin erzwingen Stromdichten von deutlich über 1 A/cm2 den Einsatz von Mittelfrequenzgeneratoren mit einer Frequenz von mindestens 5 kHz.Furthermore, current densities of well above 1 A / cm 2 force the use of medium frequency generators with a frequency of at least 5 kHz.
Für die Materialkombination aus alkalifreiem Glas und einer Iridiumelektrode war bei Temperaturen oberhalb von 1700°C und lokalen Stromdichten oberhalb von 2 A/cm2 bei 8 kHz eine Neublasenbildung zu beobachten. Die Blaseninhalte in Elektrodennähe waren nicht eindeutig zu bestimmen, die resultierenden Produktblasen waren vom Typ Mischblasen, sie wiesen eine recht enge Größenverteilung um 500 pm auf. Die Analyse der aggregatspezifischen Blasenwachstums- und Blasenaufstiegsvorgänge stützt die Vermutung, daß ein nennenswerter Teil der Neublasen eine Ablösegröße unter 200 pm haben muß. Neben der Blasenbildung gab es eine minimale Korrosion unter Bildung feinster Ir-Teilchen.For the material combination of alkali-free glass and an iridium electrode at temperatures above 1700 ° C and local current densities above 2 A / cm 2 at 8 kHz Neublasenbildung observed. The bubble contents in the vicinity of the electrodes could not be clearly determined, the resulting product bubbles were of the mixed-bubble type, they had a rather narrow size distribution of around 500 μm. The analysis of the aggregate-specific bubble growth and bubble ascent processes supports the suggestion that a significant portion of the neoplasms must have a peel size below 200 pm. In addition to blistering, there was minimal corrosion to form the finest Ir particles.
Ein Ansatzpunkt, um die Läuterung der Glasschmelze zu verbessern und die erforderliche Läuterzeit zu verringern, liegt in der Verwendung möglichst hoher Läutertemperaturen. Durch eine Temperaturerhöhung wird unter anderem die Viskosität der Glasschmelze herabgesetzt und die Aufstiegsgeschwindigkeit der in der Schmelze befindlichen Blasen erhöht.One Starting point to the refining to improve the glass melt and the required refining time To reduce, lies in the use of the highest possible refining temperatures. By a temperature increase Among other things, the viscosity is the glass melt is lowered and the rate of ascent of increased in the melt bubbles.
Ein weiterer Ansatzpunkt liegt in der Verwendung sogenannter Läutermitteln. Das Prinzip dieser Läutermittel liegt darin, der Schmelze, insbesondere dem geschmolzenen Glas, Substanzen zuzusetzen, welche sich bei hohen Temperaturen unter Gasabgabe beziehungsweise Sauerstofffreisetzung zersetzen. Die von den Läutermitteln schlagartig freigesetzten Gase "sammeln" die in der Schmelze befindlichen Gase auf, wachsen hierdurch zu größeren Blasen an, welche schneller an die Oberfläche der Schmelze aufsteigen und somit in der Lage sind, die Schmelze zu verlassen.One Another starting point is the use of so-called refining agents. The principle of this refining agent lies in the melt, in particular the molten glass, Add substances which are at high temperatures below Decompose gas release or oxygen release. The of the refining agents suddenly released gases "collect" in the melt located gases, thereby grow to larger bubbles, which faster to the surface the melt rise and thus are able to melt to leave.
Die Auswahl des Läutermittels richtet sich in erster Linie nach der Temperatur der Glasschmelze während der Läuterung. Während das Läutermittel Arsenpentoxid As2O5 bereits bei Temperaturen oberhalb von 1250°C in Arsenik As2O3 und Sauerstoff zerfällt, zersetzt sich das Hochtemperaturläutermittel SnO2 erst bei Temperaturen oberhalb von 1500°C in ½ SnO und ½ O2. Die entstandenen Oxide verbleiben jedoch in der Schmelze und sind auch im Glasendprodukt nachzuweisen. Im Glasendprodukt vorhandenes Arsen ist insbesondere dann von Nachteil, wenn ökologisch unbedenkliche Gläser gewünscht sind. Ein Nachteil bei der Verwendung vom Läutermitteln wie As-, Sb, Sn-Oxid liegt darin begründet, dass diese dazu führen, dass sich Molybdän- und Wolframelektroden durch die Ausbildung von dünnen Metalloxidfilmen selbsttätig passivieren. Die hierdurch entstandenen Schutzfilme werden jedoch je nach Glaszusammensetzung merklich geschwächt und oberhalb von 1800°C sind Molybdän und Wolfram schutzlos dem korrosiven Angriff durch den im Glas gelösten Sauerstoff ausgesetzt.The choice of the refining agent depends primarily on the temperature of the molten glass during the refining. While the refining agent arsenic pentoxide As 2 O 5 decomposes into arsenic As 2 O 3 and oxygen at temperatures above 1250 ° C, the high-temperature extinguishing agent SnO 2 does not decompose at temperatures above 1500 ° C in ½ SnO and ½ O 2 . However, the resulting oxides remain in the melt and can be detected in the final glass product. Arsenic present in the final glass product is particularly disadvantageous if ecologically harmless glasses are desired. A disadvantage of using refining agents such as As, Sb, Sn oxide is that they cause molybdenum and tungsten electrodes to self-passivate through the formation of thin metal oxide films. However, the resulting protective films are significantly weakened depending on the glass composition and above 1800 ° C molybdenum and tungsten are vulnerable exposed to corrosive attack by the dissolved oxygen in the glass.
Es besteht daher Bedarf an Möglichkeiten zur Läuterung bei sehr hohen Temperaturen, das heisst bei Temperaturen oberhalb 1650°C, um die Läuterung effizienter durchführen zu können. Eine derartige Temperaturerhöhung ist jedoch nach herkömmlichen Verfahren nur und in bekannten Vorrichtungen mit großen Nachteilen, insbesondere durch verstärkte Korrosion der Metallteile der Vorrichtungen verbunden.It There is therefore a need for opportunities for purification at very high temperatures, ie at temperatures above 1650 ° C, for the purification perform more efficiently to be able to. Such a temperature increase is however after conventional Method only and in known devices with great disadvantages, especially through reinforced Corrosion of the metal parts of the devices connected.
Die Beheizung der Glasschmelze erfolgt herkömmlich durch Öl- oder Gasbrenner, die sich im Oberofen befinden. Die Wärme wird hierbei über die Glasbadoberfläche eingebracht. Als zusätzliche Beheizung findet, insbesondere bei gering absorbierenden Gläsern, eine zusätzliche elektrische Beheizung durch Elektroden statt. Dazu wird die Glasschmelze konduktiv mit Wechselstrom beheizt, das heisst sie wird direkt beheizt. Die Elektroden sind zu diesem Zwecke am Boden oder den Seitenwänden des Gefäßes befestigt und stehen mit der Glasschmelze in direktem Kontakt.The heating of the glass melt is done conventionally by oil or gas burners, which are located in the upper furnace. The heat is introduced here via the glass surface. As additional heating, in particular with low-absorbing glasses, additional electrical heating by means of electrodes takes place. For this purpose, the molten glass is conductively heated with alternating current, that is, it is heated directly. The electrodes are to this Purpose attached to the bottom or the side walls of the vessel and are in direct contact with the molten glass.
Als Elektodenmaterial finden vor allem Molybdän, Platin und Metalle der Platingruppe Verwendung. Bei der herkömmlichen Betriebsweise beziehungsweise in bekannten Vorrichtungen sind jedoch auch diese Materialien einer etwaigen Korrosion besonders durch aggressive silikatische Schmelzen ausgesetzt. Molybdänelektroden neigen daher sehr stark zur Oxidation. Sie müssen daher während des Anfahrprozesses durch eine Inertgasatmosphäre geschützt werden. Ebenfalls können in der Schmelze befindliche Reduktoren wie beispielsweise As2O5, Molybdän- oder auch Platinelektroden angreifen. Im Vergleich zu Elektroden aus Molybdän sind Platinelektroden wesentlich inerter, können aber über längere Zeiträume nur bis zu Temperaturen von 1500°C eingesetzt werden. Aufgrund der Korrosion werden die durch Korrosion zerstörten Elektroden ständig durch die Einführung neuer Elektroden in die Schmelze ersetzt. Dies bedeutet, dass einen zusätzlichen Verbrauch an teurem Elektrodenmaterial, eine hohe Belastung der Elektrodenhalter sowie eine Verringerung der Verfügbarkeit der Vorrichtung.Molybdenum, platinum and platinum group metals are mainly used as the electrode material. In the conventional mode of operation or in known devices, however, these materials are also exposed to possible corrosion, especially by aggressive silicate melts. Molybdenum electrodes therefore have a strong tendency to oxidize. They must therefore be protected during the starting process by an inert gas atmosphere. Likewise, melters such as As 2 O 5 , molybdenum or even platinum electrodes can be involved in the melt. Compared to electrodes made of molybdenum, platinum electrodes are significantly more inert, but can be used for extended periods of time only up to temperatures of 1500 ° C. Due to the corrosion, the electrodes destroyed by corrosion are constantly replaced by the introduction of new electrodes in the melt. This means that an additional consumption of expensive electrode material, a high load on the electrode holder and a reduction in the availability of the device.
In
der Druckschrift
Durch die Möglichkeit, erhöhte Läutertemperaturen einstellen zu können, oder beim Läutern besonders korrosiver Gläser ergibt sich durch einen verstärkten Angriff auf die Wand und die Elektroden des Aggregates ein erhöhter Materialeintrag in die Glasschmelze und somit auch in das Glasendprodukt. Das meist als Wand- oder Elektrodenmaterial verwendete Platin ist einerseits sehr kostenintensiv, andererseits haben Aggregate aus Platin oder Platinlegierungen den Nachteil, daß sie aufgrund der Korrosivität und Reibung der Glasschmelzen geringe Mengen an Platin oder anderen Legierungsbestandteilen der Wand und der Elektroden in die Schmelze abgeben. Diese liegen dann sowohl in ionischer Form als auch fein verteilt in elementarer Form im Glasendprodukt vor. Dieser Platineintrag an ionischem oder elementarem Metall in die Glasschmelze kann je nach Konzentration und Teilchengröße im Glasendprodukt zu einer unerwünschten Verfärbung und zu einer verminderten Transmission der elektromagnetischen Strahlung führen.By the possibility, increased refining temperatures to be able to adjust or at the refrain particularly corrosive glasses results from a reinforced Attack on the wall and the electrodes of the aggregate an increased material input in the glass melt and thus also in the final glass product. Mostly Platinum used as wall or electrode material is on the one hand very expensive, on the other hand aggregates of platinum or Platinum alloys have the disadvantage that they due to the corrosivity and friction the glass melts small amounts of platinum or other alloying ingredients the wall and the electrodes in the melt. These are then both in ionic form and finely distributed in elemental Form in glass end product. This board entry on ionic or elemental metal in the molten glass may vary depending on the concentration and particle size in the final glass product to an undesirable Discoloration and to a reduced transmission of electromagnetic radiation to lead.
In
dem Dokument
Ein Vorteil für das Schmelzens mit Hochfrequenz in derartigen Skulltiegeln besteht darin, dass Glasschmelzen auch auf Temperaturen über 1700°C erhitzt werden können, da die Temperaturbeständigkeit der Aggregatwand aufgrund der durch die Kühlung ausgebildeten Skullschicht keinen limitierenden Faktor mehr darstellt. Durch das direkte Einkoppeln der Hochfrequenz in die Glasschmelze kann die Schmelze im Randbereich des Schmelzaggregats kälter sein als in der Mitte. Durch die Skullschicht lassen sich auch hochschmelzende und stark korrosive Gläser einschmelzen und läutern.One advantage for the high frequency melting in such skull crucibles in that glass melts can be heated to temperatures above 1700 ° C, since the temperature resistance the aggregate wall due to the formed by the cooling skull layer is no longer a limiting factor. By directly coupling the High frequency in the glass melt can melt in the edge area of the smelting plant colder be as in the middle. Through the skull layer can also be high-melting and strongly corrosive glasses melt and purify.
Ein
weiterer Vorteil beim Hochfrequenzschmelzen oder Schmelzen bei hohen
Temperaturen liegt in der Verwendbarkeit sogenannter Hochtemperaturläutermittel.
Dies ermöglicht
es, auf umweltschädliche
und toxische Läutermittel
wie As2O5 oder Sb2O5, wie es in der
Druckschrift
Das Beheizen der Schmelze mit Hilfe von Hochfrequenz hat jedoch den Nachteil, dass die zu schmelzenden Gläser, Glaskeramiken, Keramiken oder Kristalle bei der Schmelztemperatur eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen müssen, damit die mit Hilfe der Hochfrequenz eingetragene Energie größer ist als die über die Skullwände abgeführte Wärmemenge. Die elektrische Leitfähigkeit von Glas- und Glaskeramikschmelzen wird, im Allgemeinen, durch den Alkaligehalt und in geringerem Maße durch die Erdalkali-Anteile dieser Schmelzen bestimmt. Obwohl der Grenzwert der erforderlichen elektrischen Leitfähigkeit auch von einer Reihe apparativer Parameter abhängt, hat es sich in der Praxis herausgestellt, dass die elektrische Leitfähigkeit der Schmelze über 10–1 Ω–1 cm–1 liegen sollte.However, the heating of the melt by means of high frequency has the disadvantage that the melting glasses, glass ceramics, ceramics or crystals must have a sufficiently high electrical conductivity at the melting temperature, so that the registered using the high frequency energy is greater than that on the skull walls dissipated amount of heat. The electrical conductivity of glass and glass ceramic melts is generally determined by the alkali content and, to a lesser extent, the alkaline earth content of these melts. Although the limit of required electrical conductivity also depends on a number of apparatus parameters, it has been found in practice that the electrical conductivity of the melt should be above 10 -1 Ω -1 cm -1 .
In Praxisversuchen hat sich jedoch herausgestellt, dass insbesondere die hochschmelzenden Gläser, für welche das Hochfrequenzschmelzen im Skulltiegel aufgrund der hohen Temperaturen besonders geeignet wäre, eine zu geringe elektrische Leitfähigkeit, insbesondere von unter 10–1 Ω–1 cm–1 aufweisen. Somit können mit der Hochfrequenzschmelztechnik eine Reihe von wichtigen technischen Gläsern nicht verarbeitet werden.In practical experiments, however, it has been found that, in particular, the high-melting glasses, for which the high-frequency melting in the skull crucible would be particularly suitable due to the high temperatures, have too low an electrical conductivity, in particular below 10 -1 Ω -1 cm -1 . Thus, with the high frequency melting technique, a number of important technical glasses can not be processed.
Zu den Gläsern mit geringer elektrischer Leitfähigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit gehören neben Gläsern, welche für Pharmaverpackungen und hochtemperaturbelastbare Lampen benötigt werden, auch Gläser, wie zum Beispiel Display-Gläser, die im weiteren Verarbeitungsprozess beschichtet werden. Bei Displaygläsern sind Alkaligehalte in den Gläsern unerwünscht, da diese Metalle leicht aus den Gläsern diffundieren können und so in die funktionellen Schichten des Displays gelangen. Auch diese Gläser besitzen aufgrund des geringen oder nicht vorhandenen Alkaligehalts eine zu geringe elektrische Leitfähigkeit, um gut genug mit der Hochfrequenz anzukoppeln.To the glasses with low electrical conductivity and high temperature resistance belong next to glasses, which for Pharmaceutical packaging and high temperature resistant lamps are needed also glasses, such as display glasses, the be coated in the further processing. With display glasses are Alkaline contents in the glasses undesirable, because these metals can easily diffuse out of the glasses and so get into the functional layers of the display. These too glasses possess due to the low or nonexistent alkali content too little electrical conductivity to be good enough with the To couple high frequency.
In der PCT/EP 03/13353 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beheizung von Schmelzen beschrieben. In dieser Apparatur wird eine Glasschmelze dadurch beheizt, indem ein Strom zwischen zumindest zwei wiederum gekühlten Elektroden fließt, wobei die Elektroden jeweils einen Bestandteil der Wandung des Schmelzgefäßes ersetzen. Die Wandung des Schmelzgefäßes ist in der beschriebenen Vorrichtung zumindest in einem Bereich gekühlt. Nachteilig ist bei der beschriebenen Vorrichtung jedoch dass die Elektroden unterhalb des oberen Randes des Skulltiegels angeordnet sind, somit muss die Energie zum Starten in tiefere Schichten des Glases geführt werden, was den Skulltiegel sehr stark belastet, und zwar sowohl thermisch als auch durch hohe elektrische Spannungen.In PCT / EP 03/13353 discloses a method and an apparatus for Heating of melts described. In this apparatus becomes a Glass melt heated by a current between at least two in turn cooled Electrodes flow, wherein the electrodes each replace a part of the wall of the melting vessel. The wall of the melting vessel is cooled in the device described at least in one area. adversely However, in the described device that is the electrodes below the upper edge of the skull crucible, thus must the energy for starting is led into deeper layers of the glass, which puts a heavy strain on the skull crucible, both thermally as well as high electrical voltages.
Zudem bestehen besonders beim Anfahren der Vorrichtung das Probleme durch Überschläge. Das vollständige Ausbilden einer Skullschicht ist zudem nicht möglich, da diese das Einkoppeln der von den als Teil der Gefäßwandung vorgesehenen Elektroden abgegebenen elektromagnetischen Energie in das Schmelzgut unterbinden würde.moreover especially when starting up the device problems caused by flashovers. The full Forming a Skullschicht is also not possible, since this is the coupling that of the as part of the vessel wall provided electrodes emitted electromagnetic energy would prevent in the melt.
In
der Offenlegungsschrift
Aus
Aus DD 139 572 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der zur Beheizung der Schmelze dienende Wechselstrom in der Weise mit einem Gleichstrom aus einer Gleichstromquelle überlagert wird, dass alle zu schützenden Elektroden ein negatives elektrisches Potential gegenüber dem Feuerfest-Material oder gegenüber einer oder mehrerer Hilfselektroden oder gegenüber dem feuerfest-Material annehmen. Dieses Verfahren ist jedoch beschränkt auf silikatische Schmelzen, die keine Ionen von Schwermetallen enthalten, deren Schmelzpunkte bei oder unterhalb der Temperatur der Schmelze liegen. Darüber hinaus wird mit diesem Verfahren erreicht, dass in der Schmelze enthaltene Schwermetallionen an den Elektroden entladen werden und dort eine Schutzschicht bilden. Damit wird die Korrosion der Elektroden durch die aggressive Schmelze verhindert. Nachteilig ist hierbei, dass durch die Schutzschicht aus Schwermetallionen die Oberfläche und die Oberflächeneigenschaften der Elektroden drastisch verändert werden.Out DD 139 572 a method is known in which the heating the melt serving AC in the manner of a DC superimposed on a DC power source that will all be protected Electrodes have a negative electrical potential compared to the Refractory material or across from one or more auxiliary electrodes or against the refractory material accept. However, this process is limited to silicate melts, which contain no ions of heavy metals, their melting points are at or below the temperature of the melt. Furthermore is achieved with this method that contained in the melt Heavy metal ions are discharged at the electrodes and there a Form protective layer. This will cause the corrosion of the electrodes prevents the aggressive melt. The disadvantage here is that through the protective layer of heavy metal ions the surface and the surface properties the electrodes changed drastically become.
Aufgabenstellungtask
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Temperaturbeeinflussung einer Schmelze, insbesondere zum Läutern und Reinigen von Schmelzen, sowie ein Produkt, welches gemäß der Erfindung geschmolzen und/oder geläutert und/oder gereinigt und/oder hergestellt wurde, zur Verfügung zu stellen, dabei die oben erwähnten Nachteile weitestgehend zu vermeiden.In front In this background, the present invention has the object underlying, a possibility for influencing the temperature of a melt, in particular for refining and Cleaning of melts, as well as a product, which according to the invention melted and / or purified and / or purified and / or manufactured available to put, while the above mentioned To avoid disadvantages as much as possible.
Insbesondere soll eine Möglichkeit zur Verfügung gestellt werden, um einerseits die Elektroden der Vorrichtung ausreichend vor Korrosion zu schützen und den Anteil an Gasblasen in der Schmelze wirksam zu minimieren.Especially should be a possibility to disposal be placed on the one hand, the electrodes of the device sufficient to protect against corrosion and to effectively minimize the fraction of gas bubbles in the melt.
Die Aufgabe umfasst das Ziel, ein Läutern der Schmelze bei Temperaturen höher als 1700°C zu ermöglichen und den Einsatz von Läutermitteln in der Schmelze zumindest zu verringern und insbesondere die Menge an Läutermitteln zu minimieren, um auf toxische Substanzen wie beispielsweise As2O5 weitgehend verzichten zu können. Auch soll trotz hoher Temperatur der Eintrag von Ionen aus der Schmelzkontaktfläche der Wand und der Elektrode der Vorrichtung minimiert werden.The object comprises the aim of enabling the melt to be refined at temperatures higher than 1700 ° C. and at least to reduce the use of fining agents in the melt and, in particular, to minimize the amount of fining agents, in order to avoid toxic substances such as, for example, As 2 O 5 to be able to do without. Also, despite high temperature, the entry of ions from the melt contact surface of the wall and the electrode of the device should be minimized.
Diese Aufgaben werden auf überraschend einfache Weise gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den jeweils zugeordneten Unteransprüchen.These Tasks become surprisingly simple Way solved by a method having the features of claim 1. Advantageous Further developments can be found in the respectively associated subclaims.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Temperaturbeeinflussung einer Schmelze in einer einen Raum zur Aufnahme einer Schmelze definierenden Anordnung, insbesondere in einer Schmelz- und/oder Läutereinheit, zur Verfügung, bei welchem zur Beheizung der Schmelze zumindest mittels Ohmscher Widerstandsbeheizung wenigstens zwei Heizelektroden im Kontakt zur Schmelze angeordnet werden, und zumindest eine Gegenelektrode bereitgestellt wird, und zumindest eine Heizelektrode gegenüber der Gegenelektrode auf ein Potential eingestellt wird, bei welchem Oberflächenreaktionen des Heizelektrodenmaterials mit Reaktionspartnern aus der Schmelze vermindert werden.The The invention provides a method for influencing the temperature of a Melt in a space defining a space for receiving a melt, in particular in a melting and / or refining unit, available which for heating the melt at least by means of ohmic resistance heating at least two heating electrodes arranged in contact with the melt be provided, and at least one counter electrode, and at least one heating electrode opposite to the counter electrode a potential is set at which surface reactions of the heating electrode material with reactants from the melt be reduced.
Durch die Anordnung der zumindest zwei Elektroden im Bereich der Schmelze ist vorteilhafterweise die elektromagnetische Energie zum Beheizen der Schmelze besonders leicht an das zu schmelzende Material ankoppelbar. Durch das Bereitstellen der Gegenelektrode und das Anlegen eines Potentials zwischen zumindest einer Heizelektrode und der Gegenelektrode werden die Elektroden ausreichend vor Korrosion geschützt. Gleichzeitig wird vorteilhafterweise der Anteil an Gasblasen in der Schmelze minimiert, indem durch das erfindungsgemäße Verfahren bereits die Blasenbildung an den Heizelektroden stark reduziert wird gegenüber der Durchführung ohne das Anlegen des Potentials.By the arrangement of the at least two electrodes in the region of the melt is advantageously the electromagnetic energy for heating the Melt particularly easily coupled to the material to be melted. By providing the counter electrode and the application of a Potential between at least one heating electrode and the counter electrode the electrodes are sufficiently protected against corrosion. simultaneously Advantageously, the proportion of gas bubbles in the melt minimized by the blistering by the inventive method already at the heating electrodes is greatly reduced compared to the implementation without the application of the potential.
Die Erfindung sieht dabei vor, das Potential durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der zumindest einen Heizelektrode und der Gegenelektrode zu erzeugen. Die Oberfläche der Heizelektroden zeigt bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere unabhängig von der Heizstrombelastung, einen hohen Glanz, geringste Rauheit und eine hohe Benetzbarkeit mit Glasschmelze. Unter Heizstrombelastung erfolgt darüber hinaus vorteilhafterweise im Wesentlichen kein Abtrag von Teilchen des Elektrodenmaterials in die Schmelze, was eine Langzeitstabilisierung der Heizelektroden zur Folge hat. Aufgrund der mit Hilfe der Erfindung realisierbaren Oberflächeneigenschaften der Heizelektrode, welche sich im Betrieb nahezu nicht ändern, wird zudem erreicht, daß erkaltete Schmelze sich leicht von den Heizelektroden löst und nicht, wie bisher häufig, an den Heizelektroden „klebt".The The invention provides for the potential by applying a DC voltage between the at least one heating electrode and the counter electrode to create. The surface the heating electrodes shows in carrying out the method according to the invention, especially independent from the heating current load, a high gloss, lowest roughness and a high wettability with glass melt. Under heating current load done over it In addition, advantageously substantially no removal of particles of the electrode material in the melt, which is a long-term stabilization the heating electrodes result. Because of with the help of the invention realizable surface properties the heating electrode, which almost does not change during operation, is also achieved that cooled Melt easily dissolves from the heating electrodes and not, as previously common the heating electrodes "sticks".
Die unveränderte Oberflächenbeschaffenheit durch den Schutz der Heizelektroden vor Korrosion bewirkt somit in vorteilhafter Weise eine signifikante Reduktion des Blasengehaltes im Bereich der Heizelektroden und in der Schmelze. Es stellte sich heraus, dass in Elektrodennähe keine eindeutig zu bestimmenden Blasen vorkamen und die nachweisbaren Blasen vom Typ Mischblasen mit Anteilen von O2, SO2, CO2 und N2 waren. Diese wiesen eine Größe mit einem Durchmesser von etwa 500 μm auf. Das Zustandekommen dieser Blasen ist durch die hohe Benetzbarkeit des Iridiums zu erklären. Die Gasblasen haften an dem Metall an, vergrößern sich durch Diffusion und steigen an die Oberfläche der Schmelze auf, sobald sie bis auf einen Durchmesser im Bereich von etwa 200 μm bis 1000 μm angewachsen sind.The unchanged surface texture by the protection of the heating electrodes from corrosion thus advantageously causes a significant reduction of the bubble content in the region of the heating electrodes and in the melt. It turned out that near the electrodes occurred not clearly be determined bubbles and the bubbles were detectable type mixing bubbles with shares of O 2, SO 2, CO 2 and N 2. These had a size with a diameter of about 500 microns. The occurrence of these bubbles can be explained by the high wettability of the iridium. The gas bubbles adhere to the metal, enlarge by diffusion and rise to the surface of the melt as soon as they have grown to a diameter in the range of about 200 microns to 1000 microns.
An ungeschützten Elektroden mit oxidierter Oberfläche lässt sich dieser Vorgang nicht beobachten. Die Glas/Metalloxid-Grenzfläche ist nur schlecht benetzbar. Blasen haften an der Oberfläche des Elektrodenmaterials nicht oder nur schlecht an und können somit nicht durch Aufnahme von kleinen, in der Schmelze befindlichen Blasen anwachsen.At unprotected Electrodes with oxidized surface let yourself do not observe this process. The glass / metal oxide interface is poorly wettable. Bubbles adhere to the surface of the electrode material not or only badly and can thus not by including small, in the melt Bubbles grow.
Darüber hinaus führt der Schutz der Elektroden vor Korrosion durch das Anlegen eines Potentials zwischen zumindest einer Heizelektrode und zumindest einer Gegenelektrode und die Verwendung von Iridium als Elektrodenmaterial zu wesentlich höheren Standzeiten der Heizelektroden aufgrund eines wesentlich geringeren Abtrags des chemisch unveränderten Elektrodenmaterials in Form seines Oxids. Darüber hinaus wird in vorteilhafter Weise sowohl die Neubildung kleinster Wasserstoffblasen an der Glas/Metallgrenzfläche durch Oxidation des Iridiums erheblich vermindert, als auch die Bildung von aufstiegsfähigen Blasen mit einem Durchmesser von 200 μm aus einzelnen kleinen, in der Schmelze befindlichen Blasen, die im Wesentlichen einen Durchmesser von 50 μm bis 80 μm aufweisen, und zu klein sind, um die Schmelze zu verlassen, gefördert. Der Abtrag des Elektrode nmaterials führt zu einem signifikanten Anstieg von Blasenbildungskeimen, wodurch die heterogene Keimbildung in der Schmelze noch zusätzlich verstärkt wird.Furthermore leads the Protecting the electrodes from corrosion by applying a potential between at least one heating electrode and at least one counter electrode and the use of iridium as the electrode material is too substantial higher Service life of the heating electrodes due to a much lower Removal of the chemically unchanged Electrode material in the form of its oxide. In addition, it will be more advantageous Perform both the regeneration of minute hydrogen bubbles at the glass / metal interface Oxidation of iridium significantly reduced, as well as the formation of salable Bubbles with a diameter of 200 μm from single small, in the melt located bubbles, which have a diameter substantially of 50 μm up to 80 μm and are too small to leave the melt promoted. The removal of the electrode material leads to a significant increase in blister nuclei, thereby the heterogeneous nucleation in the melt is further enhanced.
Indem zumindest ein Teil der Schmelze gekühlt wird, welcher beispielsweise in einem die mit dem Verfahren behandelte Schmelze umgebenden Randbereich lokalisiert sein kann, wird vorteilhafterweise die Möglichkeit geschaffen, dort, wo die Schmelze mit schmelzeführenden Bauteilen in Berührung kommen kann, die Temperatur abzusenken, so daß die Gefahr von Korrosion und/oder Eintrag von Bestandteilen derartiger Bauteile in die Schmelze vermindert werden kann. Insbesondere kann in den gekühlten Bereichen der Schmelze eine Kruste aus erstarrtem, der Schmelze arteigenem Material, einer sogenannten Skullschicht, ausgebildet werden, welche ein Gefäß bildet, in welchem die Schmelze behandelt wird. Dann befindet sich die Schmelze vorteilhafterweise in einer Umgebung aus arteigenem Material, in welcher die Gefahr von Verunreinigungen weitestgehend reduziert ist.By doing at least a portion of the melt is cooled, which for example in an edge region surrounding the melt treated by the process can be located, is advantageously the possibility created, where the melt with melt-carrying components come into contact can lower the temperature, so that the risk of corrosion and / or entry of components of such components in the melt can be reduced. In particular, in the cooled areas the melt a crust of solidified, the melt characteristic Material, a so-called Skullschicht be formed, which forming a vessel, in which the melt is treated. Then there is the melt Advantageously, in an environment of a material of its own, in which reduces the risk of contamination as much as possible is.
In dem zu schmelzenden und/oder geschmolzenen Material können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere bei erhöhter Temperatur, verschiedene Verfahrensschritte nebeneinander ablaufen. Zum einen können weitere Einschmelzvorgänge stattfinden, zum anderen kann das Läutern der Schmelze erfolgen, wobei neben Gasblasen auch die Produkteigenschaften des späteren Glases negativ beeinflussende Substanzen entfernt werden können, das heisst, dem Schmelzen und/oder Läutern kann ein Reinigungsschritt überlagert sein.In The material to be melted and / or melted can at the method according to the invention, especially at elevated Temperature, different process steps run side by side. For one thing further smelting operations on the other hand, the refining of the melt can take place, besides gas bubbles also the product properties of the later glass negative influencing substances can be removed, that is, the melting and / or lautering can be superimposed on a cleaning step be.
Die Erfindung sieht des Weiteren vor, das Verfahren derart durchzuführen, daß die Schmelze in der einen Raum zur Aufnahme einer Schmelze definierenden Anordnung, insbesondere einem Gefäß bereit gestellt wird, wobei die Anordnung zumindest bereichsweise gekühlt wird. Die Anordnung kann beispielsweise durch Leitungen, insbesondere Rohrleitungen, welche von einem Kühlmittel durchströmt werden können, gebildet werden. Der Begriff "Anordnung" umfaßt damit jeden Aufbau, welcher zumindest zeitweise die Schmelze aufnehmen kann. Dazu zählen insbesondere auch Gefäße, wie beispielsweise Läutereinheiten und/oder Schmelzwannen.The The invention further provides to carry out the method such that the melt in the arrangement defining a space for receiving a melt, in particular a vessel ready is placed, wherein the arrangement is cooled at least partially. The arrangement may, for example, by lines, in particular Pipes through which a coolant flows can, be formed. The term "arrangement" thus includes Any structure which at least temporarily absorb the melt can. These include especially vessels, such as For example, lautering units and / or melting tanks.
Im folgenden wird der Einfachheit halber der Begriff "Gefäß" verwendet, welcher jedoch, wie oben ausgeführt, nicht dahingehend zu verstehen ist, die Anordnung sei auf einen Aufbau aus zusammenhängen flächigen Bauteilen beschränkt.in the The following is used for the sake of simplicity, the term "vessel", which however, as stated above, is not to be understood that the arrangement is on one Structure out of context flat Limited components.
Durch das Anordnen der Elektroden im Bereich der Schmelze, insbesondere im Raum des Gefäßes, erhöht sich in vorteilhafter Weise die Kühlfläche der Seitenwände und somit die Kühlwirkung. Hierdurch werden während des Betriebes die gesamten Seitenwände mit einer Skullschicht bedeckt, wodurch die Gefäßwände vor einem Angriff der Schmelze, und die Schmelze selbst vor Materialeintrag von Seiten der Gefäßwand geschützt werden.By arranging the electrodes in the region of the melt, in particular in the space of the vessel, increases Advantageously, the cooling surface of the side walls and thus the cooling effect. hereby be while the operation of the entire side walls with a Skullschicht covered, causing the vessel walls in front an attack of the melt, and the melt itself before material entry protected by the vessel wall.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß zumindest eine Seitenwand und/oder zumindest ein Bereich einer Bodenplatte der Anordnung derartig gekühlt wird, daß eine Skullkruste an den Gefäßwänden ausgebildet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können daher besonders hohe Temperaturen in der Schmelze realisiert werden, wobei gleichzeitig ausreichend niedrige Temperaturen an den Gefäßwandungen sichergestellt werden können.In An advantageous development is provided that at least a side wall and / or at least a portion of a bottom plate the arrangement cooled such will that one Skullkruste formed on the vessel walls becomes. With the method according to the invention can therefore particularly high temperatures are realized in the melt, at the same time sufficiently low temperatures at the vessel walls can be ensured.
Durch das sich einstellende Temperaturprofil entsteht zudem eine vorteilhafte Konvektion im Gefäß, wodurch die in die Schmelze eingebrachte Energie gleichmäßig in das zu schmelzende beziehungsweise geschmolzene Material eingebracht wird. Somit ermöglicht die Erfindung eine energieeffiziente Beeinflussung der Temperatur einer Schmelze.By The self-adjusting temperature profile also creates an advantageous Convection in the vessel, causing The introduced into the melt energy evenly in the melting or molten material is introduced. Thus, the Invention an energy-efficient effect on the temperature of a Melt.
Vorteilhafterweise wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die elektromagnetische Energie zum Beheizen der Schmelze besonders leicht an das zu schmelzende Material angekoppelt. Dadurch können in der Schmelze besonders hohe Temperaturen realisiert werden. Dies wird möglich durch die Anordnung der zumindest zwei Elektroden im Raum des Gefäßes, wodurch sich vorteilhafterweise die Kühlfläche der Seitenwände und somit die Kühlwirkung auf die Schmelze erhöht. Hierdurch werden während des Betriebs die gesamten Seitenwände mit einer Kruste aus erstarrtem, arteigenem Material bedeckt, wodurch die Gefäßwände vor einem Angriff der Schmelze, und die Schmelze selbst vor Materialeintrag von Seiten der Gefäßwand geschützt werden. Hierdurch werden die gesamten Seitenwände mit einer Kruste aus erstarrtem, arteigenem Material bedeckt.advantageously, is according to the method of the invention the electromagnetic energy for heating the melt is particularly easy coupled to the material to be melted. This can be done in the melt particularly high temperatures can be realized. This is possible through the arrangement of the at least two electrodes in the space of the vessel, thereby Advantageously, the cooling surface of side walls and thus the cooling effect increased to the melt. This will be during operating the entire side walls with a crust of solidified, covered by its own material, whereby the vessel walls against attack of the melt, and the melt itself be protected against material entry from the side of the vessel wall. As a result, the entire side walls are solidified with a crust, covered by species-specific material.
Die sich während des Betriebs permanent erneuernde Skullschicht vermindert darüber hinaus einen Angriff auf die Wand des Aggregates und reduziert den Materialeintrag in die Glasschmelze und somit auch in das Glasendprodukt. Als Wandmaterial können wegen der Skullschicht in vorteilhafter Weise wesentlich kostengünstigere Materialien wie beispielsweise Kupfer anstelle des sonst häufig verwendeten teuren Platins verwendet werden.The while In addition, the scull layer, which permanently renews the operation, also reduces An attack on the wall of the unit and reduces the material input in the glass melt and thus also in the final glass product. As wall material can because of the Skullschicht advantageously much cheaper Materials such as copper instead of the otherwise commonly used expensive platinum used.
Infolge der besonders hohen Temperaturen im Inneren der Schmelze und der niedrigen Temperaturen im Bereich der Seitenwände bildet sich ein Strömungsprofil durch das Gefäß aus, welches vorteilhafterweise eine homogene Verteilung der eingebrachten Energie in der Schmelze ermöglicht. Weil bei den hohen Temperaturen, welche mit der Erfindung realisiert werden können, und der optimalen Strömung des zu schmelzenden Materials durch die Einrichtung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Läutern und/oder Reinigen von Schmelzen das Entfernen von Blasen und/oder anderen unerwünschten Substanzen gefördert wird, ist es zudem möglich, deutlich geringere Mengen von Läutermitteln einzusetzen.As a result of the particularly high temperatures in the interior of the melt and the low temperatures in the region of the side walls, a flow profile is formed through the vessel, which advantageously allows a homogeneous distribution of the introduced energy in the melt. Because at the high temperatures which can be realized with the invention, and the optimal flow of the material to be melted by the device by means of the inventive method for refining and / or cleaning of melts, the removal of bubbles and / or other uner If desired substances are promoted, it is also possible to use significantly smaller amounts of refining agents.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird zwischen der zumindest einen Heizelektrode und der Gegenelektrode ein zeitlich konstantes Potential angelegt, um über die gesamte Dauer dieselben Betriebsparameter einzuhalten und die Korrosion der Elektroden sicher zu vermeiden. Je nach den spezifischen Anforderungen beziehungsweise dem Ausmaß an Korrosion, welches sich ohne Einsatz der Erfindung bei den elektrochemischen Zusammenhängen zwischen Elektrodenmaterial und Bestandteilen der Glasschmelze ergeben würde, besteht im Rahmen der Erfindung jedoch auch die Möglichkeit, zwischen der zumindest einen Heizelektrode und der Gegenelektrode temporär ein zeitlich konstantes Potential anzulegen. Das bedeutet, daß über einen gewissen Zeitraum andauernd ein in diesem Zeitraum zeitlich konstantes Potential angelegt wird.According to one preferred development is between the at least one heating electrode and the counterelectrode a temporally constant potential applied to over the entire duration to maintain the same operating parameters and corrosion safely avoid the electrodes. Depending on the specific requirements or the extent of Corrosion, which is without use of the invention in the electrochemical cohere between electrode material and components of the molten glass would, exists within the scope of the invention, however, also the possibility between the at least one heating electrode and the counterelectrode are temporarily in time constant potential. That means over a period of time constantly creates a temporally constant potential in this period becomes.
Ein temporäres Anlegen eines zeitlich konstanten Potentials kommt insbesondere dann in Betracht, wenn ein „Memoryeffekt" der Heizelektroden nach dem Anlegen des Potentials existiert. Ein solcher Memoryeffekt zeigt sich beispielsweise bei Heizelektroden, welche Iridium umfassen und kathodisch polarisiert wurden, indem nach dem Aufheben des Potentials zwischen den Heizelektroden und der Gegenelektrode Korrosion der Heizelektroden, welche ansonsten ohne das Potential beobachtet werden würde, insbesondere über mehrere Tage hinweg ausbleibt.One temporary Applying a temporally constant potential comes in particular then considered when a "memory effect" of the heating electrodes after the potential exists. Such a memory effect shows For example, in heating electrodes, which include iridium and cathodically polarized by after raising the potential between the heating electrodes and the counter electrode corrosion of the Heating electrodes, which would otherwise be observed without the potential, in particular over several Stays away for days.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann insbesondere durchgeführt werden, indem zwischen der zumindest einen Heizelektrode und der Gegenelektrode ein Potential mit einem Betrag im Bereich von größer oder gleich 50 mV bis kleiner oder gleich 500 mV, besonders bevorzugt von 300 mV angelegt wird.The Method according to the invention can be done in particular be, by between the at least one heating electrode and the Counterelectrode a potential with an amount in the range of greater or equal to 50 mV to less than or equal to 500 mV, more preferably of 300 mV is applied.
Welche Werte dabei genau herangezogen werden, richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall. Für alkalifreies Glas und Heizelektroden mit Iridium als Schmelzkontaktmaterial kann ein Potential mit einem Betrag von 50 mV ausreichend sein, welcher je nach Stromfluß auch noch kleiner, beispielsweise 20 mV sein kann. Bei alkalihaltigem Fiolax-Glas und Heizelektroden mit Iridium als Schmelzkontaktmaterial kann beispielsweise ein Potential mit einem Betrag von 300 mV gewählt werden.Which Values are used exactly, depends on the respective Application. For alkali-free glass and heating electrodes with iridium as the melt contact material For example, a potential with an amount of 50 mV may be sufficient depending on current flow too even smaller, for example 20 mV can be. For alkaline Fiolax glass and Heating electrodes with iridium as a melt contact material can, for example a potential with an amount of 300 mV can be selected.
Das anzulegende Potential spiegelt die Bedingungen an der Grenzfläche zwischen Iridium und Glas mit wenig Iridium wieder. Iridium besteht zumeist aus eine Legierung, die immer deutliche Anteile an Verunreinigungen durch unedle Verbindungen wie zum Beispiel einige 100 ppm bis 1000 ppm an Molybdän, Wolfram und Zirkonium, aufweisen kann. Diese Verunreinigungen sind elektrochemisch wirksam und bestimmen das sich in einer alkalihaltigen Fiolax-Schmelze einstellende Potential. Für die Eigenschaften der Grenzfläche zwischen Iridium und Glas ist es unerheblich, ob die Auflösung oder Unterdrückung eines Iridiumoxidfilms chemisch durch ein ätzendes Alkalioxid oder elektrochemisch durch ein genügend negatives Potential erzwungen wird. Das Anlegen eines Potentials verhindert das Ausbilden einer Schicht aus Iridiumoxid an den Heizelektroden, was zur Folge hat dass die Elektroden auch von stark alkalihaltigen Schmelzen nicht angegriffen werden.The Potential to be applied reflects the conditions at the interface between Iridium and glass with little iridium again. Iridium is mostly Made of an alloy that always has significant levels of impurities by base compounds such as some 100 ppm to 1000 ppm of molybdenum, Tungsten and zirconium, may have. These impurities are electrochemically effective and determine that in an alkaline-containing Fiolax melt-adjusting potential. For the properties of the interface between Iridium and glass, it is irrelevant whether the dissolution or suppression of a Iridium oxide film chemically by a caustic alkali or electrochemical by a sufficient negative potential is enforced. The creation of a potential prevents the formation of a layer of iridium oxide on the heating electrodes, which has the consequence that the electrodes also of strongly alkaline Melting will not be attacked.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird an metallischen Bauteilen der Anordnung, insbesondere an den Heizelektroden und/oder der Gegenelektrode und/oder der Seitenwand und/oder der Bodenplatte, eine lokale Gleichstromdichte von kleiner oder gleich 100 μA/cm2, bevorzugt von kleiner oder gleich 50 μA/cm2, eingestellt und/oder gesteuert und/oder geregelt, da es sich herausgestellt hat, das dann eine Blasenbildung besonders zuverlässig verhindert werden kann.In a preferred embodiment of the invention, a local direct current density of less than or equal to 100 μA / cm 2 , preferably of smaller or equal to metallic components of the arrangement, in particular to the heating electrodes and / or the counter electrode and / or the side wall and / or the bottom plate equal to 50 uA / cm 2 , adjusted and / or controlled and / or regulated, since it has been found that then blistering can be particularly reliably prevented.
Für das erfindungsgemäße Verfahren können je nach den Anforderungen des Einzelfalls unterschiedliche Materialien als Heizelektroden verwendet werden. Beispielsweise können Elektroden eingesetzt werden, welche insbesondere als Schmelzkontaktmaterial Osmium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Platin, Iridium, Platinmetallen und/oder welche Legierungen der vorgenannten Elemente umfassen. Als Gegenelektrode kann eine Elektrode verwendet werden, welche Molybdän, Wolfram, Platin oder Legierungen der vorgenannten Elemente umfaßt.For the inventive method can different materials depending on the requirements of the case be used as heating electrodes. For example, electrodes can are used, which in particular as a melt contact material Osmium, hafnium, molybdenum, Tungsten, platinum, iridium, platinum metals and / or which alloys of the aforementioned elements. As counter electrode can a Electrode can be used, which molybdenum, tungsten, platinum or alloys the aforementioned elements.
Um metallisches Material an durch Korrosion gefährdeten Stellen zu schützen, sieht die Erfindung vorteilhafterweise vor, die Gegenelektrode in einem Überlauf und/oder Bodenablauf der Anordnung anzuordnen.Around Metallic material to protect at locations vulnerable to corrosion sees the invention advantageously before, the counter electrode in an overflow and / or floor drain of the arrangement to order.
Um sich an der Gegenelektrode bildende Blasen beziehungsweise von der Gegenelektrode abgetragene Teilchen des Elektrodenmaterials nicht in die Schmelze einzutragen, kann die Gegenelektrode vorteilhafterweise in einer Strömungstotzone der Anordnung angeordnet werden.Around at the counter electrode forming bubbles or from the Counterelectrode ablated particles of the electrode material not in To enter the melt, the counter electrode can advantageously in a flow dead zone the arrangement can be arranged.
Die Erfindung bietet verschiedene Möglichkeiten, je nach elektrochemischen Zusammenhängen zwischen den Materialien der Schmelze und der Heizelektroden sowie gegebenenfalls weiteren metallischen Bauteilen der Anordnung unterschiedlich gerichtete Potentiale anzulegen. Beispielsweise kann die Gegenelektrode als Anode geschaltet werden. Die Heizelektroden können als Kathoden geschaltet werden. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Gegenelektrode als Kathode zu schalten. Die Heizelektroden können dann als Anoden geschaltet werden.The invention offers various possibilities, depending on the electrochemical relationships between the materials of the melt and the heating electrodes and optionally further metallic components of the arrangement to apply differently directed potentials. For example, the counter electrode can be connected as an anode. The heating electrodes can be switched as cathodes. It is also within the scope of the invention to scarf the counter electrode as the cathode The heating electrodes can then be switched as anodes.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schmelze über die Heizelektroden mit Wechselstrom, bevorzugt mit einer Wechselstromfrequenz in einem Frequenzbereich von größer oder gleich 1 kHz bis kleiner oder gleich 100 kHz, besonders bevorzugt mit einer Wechselstromfrequenz von 10 kHz ± 3 kHz, insbesondere 8 kHz beheizt. Durch eine derartige Heizfrequenz kann die Blasenbildung gegenüber geringeren Heizfrequenzen deutlich reduziert werden, insbesondere kann dabei eine Reduktion um einen Faktor von mindestens 100, insbesondere von mindestens 500 erreicht werden. Dies kann weiter dadurch unterstützt werden, daß die Heizelektroden mit einer Stromdichte von oberhalb 2 A/cm2 beaufschlagt werden.In an advantageous development of the method according to the invention, the melt is heated via the heating electrodes with alternating current, preferably with an alternating current frequency in a frequency range of greater than or equal to 1 kHz to less than or equal to 100 kHz, particularly preferably with an alternating current frequency of 10 kHz ± 3 kHz, in particular 8 kHz heated. By such a heating frequency, the blistering can be significantly reduced compared to lower heating frequencies, in particular, a reduction by a factor of at least 100, in particular of at least 500 can be achieved. This can be further supported by the fact that the heating electrodes are subjected to a current density of above 2 A / cm 2 .
Dies kann weiter dadurch verbessert werden, dass die Elektroden gekühlt werden. Vorteilhafterweise werden erfindungsgemäß die Elektroden separat regelbar und/oder steuerbar und/oder einstellbar gekühlt. Somit ist eine genaue Anpassung der für die jeweilige Elektrode erforderlichen Kühlleistung an die in ihrer Umgebung herrschenden Temperaturen auf einfache Weise möglich. Des Weiteren kann zudem zumindest ein Elektrodenhalter gekühlt werden. Dies trägt vorteilhafterweise zur weiteren Schonung der Elektroden bei.This can be further improved by cooling the electrodes. Advantageously, according to the invention, the electrodes can be regulated separately and / or controllably and / or adjustably cooled. Thus, an accurate Adjustment of for the respective electrode required cooling power to those in their Environment prevailing temperatures in a simple manner possible. Of Furthermore, at least one electrode holder can also be cooled. This carries advantageously for further protection of the electrodes.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es des Weiteren vorgesehen, dass der Boden des Gefäßes zumindest in einem Bereich gekühlt wird. Dadurch bildet sich vorteilhafterweise auch auf dem Bodenbereich eine Skullkruste aus, welche die Korrosion des Bodens beziehungsweise den Eintrag von Bodenmaterial in das zu schmelzende Material verhindert.According to the inventive method is it further provided that the bottom of the vessel at least cooled in one area becomes. This advantageously forms on the floor area a skull crust, which is the corrosion of the soil or prevents the entry of soil material in the material to be melted.
Wird der Boden nur bereichweise gekühlt, entstehen Bereiche mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit in der Schmelze, welche eine entsprechende Verdrängung des elektrischen Feldes von diesen Bodenbereichen weg nach oben bedingen. Dies ist insbesondere beim Anfahren energetisch günstig, weil dadurch die einzubringende elektromagnetische Energie im oberen Bereich des Gefäßinneren eingekoppelt wird. Beginnt dort der Einschmelzvorgang, sinkt die entstandene Schmelze nach unten ab und durch die einsetzende Umwälzung wird das gewünschte Strömungsprofil durch das Gefäß in Gang gesetzt. Eine Anordnung der Elektroden in der Nähe der Oberfläche des einzuschmelzenden Materials unterstützt in dieser Phase diese Vorgänge.Becomes the soil only partially cooled, arise Areas with different electrical conductivity in the melt, which is a corresponding displacement of the electric field condition upwards from these floor areas. This is special energetically favorable when starting, because thereby the introduced electromagnetic energy in the upper Area of the vessel interior is coupled. If the smelting process begins there, the resulting sinks Melt down and through the onset of recirculation is the wished flow profile going through the vessel set. An arrangement of the electrodes near the surface of the The material to be melted supports these processes in this phase.
Die Kühlung kann gemäß der Erfindung durch Hindurchleiten eines Kühlfluids, insbesondere Luft und/oder Wasser, durch zumindest eine Elektrode und/oder zumindest einen Elektrodenhalter und/oder zumindest einen Teil der Gefäßwand und/oder des Bodens auf besonders einfach Weise erfolgen.The cooling can according to the invention by Passing a cooling fluid, in particular air and / or water, by at least one electrode and / or at least one electrode holder and / or at least one Part of the vessel wall and / or the soil done in a particularly simple manner.
Das Verfahren kann vorteilhafterweise bei besonders hohen mittleren Temperaturen der Schmelze durchgeführt werden. Erfindungsgemäß wird die Temperatur der Schmelze in zumindest einem Bereich auf mindestens 1700°C, bevorzugt auf mindestens etwa 1800°C, besonders bevorzugt auf mindestens etwa 2000°C aufgeheizt. Weil bei den hohen Temperaturen, welche mit der Erfindung realisiert werden können und der damit einher gehenden optimalen Strömung des zu schmelzenden Materials durch die Einrichtung das Entfernen von Blasen und/oder anderen unerwünschten Substanzen gefördert wird, ist es vorteilhafterweise möglich, deutlich geringere Mengen von Läutermitteln einzusetzen.The Method can advantageously be used at particularly high average Temperatures of the melt are carried out. According to the invention Temperature of the melt in at least one area to at least 1700 ° C, preferably at least about 1800 ° C, more preferably at least about 2000 ° C heated. Because at the high temperatures, which with the invention can be realized and the associated optimal flow of the material to be melted through the device removing bubbles and / or other unwanted Promoted substances is, it is advantageously possible, significantly lower amounts of refining agents use.
Zum Reduzieren der Blasenkonzentration im zu schmelzende Material sind derartig hohe Werte für die Temperatur vorteilhaft, weil sie außer einer Erhöhung der Transportgeschwindigkeiten der zu entfernenden Substanzen in der Schmelze eine Verminderung der Viskosität herbeiführen, was das Entweichen der zu entfernenden Substanzen erleichtert.To the Reducing the bubble concentration in the material to be melted are such high values for the Temperature advantageous because they except an increase in Transport speeds of the substances to be removed in the Melt cause a reduction in viscosity, which is the escape of the facilitates the removal of substances.
Eine besonders geeignete Ausbildung des Strömungsprofils im Gefäß und eine entsprechend effiziente Energieausnutzung lässt sich dadurch erzielen, dass die Temperaturdifferenz zwischen der Schmelze in einem Radbereich des Gefäßes und der Schmelze im Mittelbereich des Gefäßes auf mehr als etwa 150 K, vorzugsweise mehr als etwa 250 K eingestellt wird.A Particularly suitable design of the airfoil in the vessel and a correspondingly efficient energy utilization can be achieved by that the temperature difference between the melt in a wheel area of the vessel and the melt in the central region of the vessel to more than about 150 K, preferably more than about 250 K is set.
Um das erfindungsgemäße Verfahren auf besonders einfache Weise in die Durchführung herkömmlicher Verfahren zu integrieren und diese herkömmlichen Verfahren dadurch weiter zu entwickeln, kann das Gefäß in oben beschriebener erfindungsgemäßer Weise als Teil einer kontinuierlich betriebenen Schmelzanlage betrieben werden. Dabei kann auch dem Gefäß vorteilhafterweise kontinuierlich zu schmelzendes Gut zu- und abgeführt werden. Beispielsweise kann das zu schmelzende Gut vorteilhafterweise aus einer Schmelzwanne dem Gefäß zugeführt und im Wesentlichen in geschmolzener Form aus dem Gefäß abgeführt werden. Dadurch wird ein direktes Einkoppeln des erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Schritt des Behandlungsprozesses des einzuschmelzenden Materials vom Rohmaterial bis hin zum Endprodukt möglich.Around the inventive method to integrate in a particularly simple manner in the implementation of conventional methods and these conventional ones This process can further develop the vessel in the top described inventive way operated as part of a continuously operated melting plant become. It can also advantageously the vessel be continuously fed and discharged to be melted Good. For example can the material to be melted advantageously from a melting tank fed to the vessel and essentially be discharged in molten form from the vessel. As a result, a direct coupling of the method according to the invention as a step in the treatment process of the material to be melted from the raw material to the end product possible.
Durch Zufuhr und Abfuhr des zu schmelzenden Gutes in bzw. aus dem Gefäß wird eine Hauptfließrichtung der Schmelze definiert. Besonders effizient kann die elektromagnetische Energie zur Beheizung der Schmelze eingekoppelt werden, wenn der Heizstrom zwischen den Elektroden im Wesentlichen entlang dieser Hauptfließrichtung oder senkrecht dazu fließt.By supplying and removing the material to be melted in or out of the vessel, a main flow direction of the melt is defined. The electromagnetic energy for heating the melt can be coupled in particularly efficiently if the heating current between the electrodes is substantially the same Chen along this main flow direction or perpendicular to it flows.
Fließt der Heizstrom senkrecht zur Hauptfließrichtung der Schmelze, wird also eine sogenannte Querbeheizung durchgeführt, fließt die Schmelze definiert in das Gefäß hinein. Das Glas „stürzt" sauber in das Gefäß hinein.The heating current flows perpendicular to the main flow direction the melt, so a so-called cross-heating is performed, the melt flows defined into the vessel. The glass "falls" clean into the vessel.
Dadurch ist die Gefahr des Überströmens geringer gegenüber einer Fahrweise, bei welcher der Heizstrom entlang der Hauptfließrichtung der Schmelze fließt, also eine sogenannte Längsbeheizung durchgeführt wird. Je nach Anforderungen an den jeweiligen Anwendungsfall kann die Querbeheizung bevorzugt eingesetzt werden, die Längsbeheizung ist jedoch prinzipiell ebenfalls einsetzbar.Thereby the risk of overflow is lower across from a driving manner in which the heating flow along the main direction of flow the melt flows, So a so-called longitudinal heating carried out becomes. Depending on the requirements of the particular application can the transverse heating are preferably used, the longitudinal heating is, however, also usable in principle.
Zur Beeinflussung des Strömungsprofils der Schmelze durch das Gefäß beziehungsweise zur Beeinflussung des Temperaturprofils in der Schmelze bietet die Erfindung vorteilhafterweise weitere Möglichkeiten.to Influencing the flow profile the melt through the vessel or for influencing the temperature profile in the melt offers the Invention advantageously further possibilities.
Insbesondere können alle Elektroden mit Strom derselben Stromstärke beaufschlagt werden. Es kann des Weiteren auch zumindest ein Paar von Elektroden mit Strom einer Stärke beaufschlagt wird, welche sich von dem Wert der Stromstärke, mit welcher zumindest ein weiteres Paar von Elektroden beaufschlagt wird, unterscheidet. Ferner können die Elektroden in einer vorteilhaften Weiterbildung derart verschaltet sind, daß sich überkreuzende Heizströme, insbesondere gemäß einer Scott-Schaltung, mit einer Phasenverschiebung, erzeugt werden.Especially can all electrodes are supplied with current of the same current intensity. It Further, at least one pair of electrodes may also be powered a strength which is dependent on the value of the current, with which acts on at least one other pair of electrodes is different. Furthermore, can interconnected the electrodes in an advantageous development are that crossing one another heating currents, in particular according to a Scott circuit, with a phase shift generated.
Auf besonders einfache Weise kann das Schmelzgut durch eine Rinne mit freier Oberfläche in das Gefäß eingebracht und aus dem Gefäß abgeführt werden. Eine Durchführung des Verfahrens mit möglichst wenig Zwischenschritten zur Führung der Schmelze wird vorteilhafterweise dadurch möglich, dass das Schmelzgut durch einen Zulauf und Ablauf im Bereich der Schmelzbadoberfläche dem Gefäß zu- und aus dem Gefäß abgeführt wird. Um die Materialien insbesondere im Bereich des Ablaufes des Gefäßes durch die dort herrschenden sehr hohen Temperaturen der Schmelze zu schonen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ablaufbereich des Gefäßes zumindest teilweise gekühlt wird.On Particularly simple way, the melt through a gutter with free surface introduced into the vessel and be removed from the vessel. An implementation of the procedure with as possible few intermediate steps to the lead the melt is advantageously possible because the melt by an inlet and outlet in the area of the molten bath surface Vessel closed and is discharged from the vessel. To the materials in particular in the area of the outlet of the vessel through to preserve the very high temperatures of the melt, is provided according to the invention, that the drainage area of the vessel at least partially cooled becomes.
Eine im Hinblick auf Zeitaufwand und Effizienz der Energieausnutzung optimierte Durchführung des Verfahrens wird des Weiteren ermöglicht, indem die Verweilzeitverteilung und/oder die mittlere Verweilzeit der Schmelze im Gefäß geregelt und/oder gesteuert und/oder eingestellt wird. Ebenso kann das Strömungsprofil und/oder die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze im Gefäß geregelt und/oder gesteuert und/oder eingestellt werden. Insbesondere kann das Volumen des Gefäßes so dimensioniert werden, dass die Schmelze in dem Gefäß eine mittlere Verweilzeit von mindestens etwa 10 Minuten bis zu einer Zeitdauer von etwa 2 Stunden hat. Erfindungsgemäß ist ein Anhaltspunkt für eine entsprechende Dimensionierung des Gefäßes darin zu sehen, dass das Gefäß mit einem Volumen bereitgestellt wird, welches mindestens um den Faktor 10 kleiner ist als das Volumen einer dem Gefäß vorgeschalteten Einschmelzwanne.A in terms of time and efficiency of energy use optimized implementation of the Method is further made possible by the residence time distribution and / or the mean residence time the melt in the vessel regulated and / or controlled and / or adjusted. Likewise, the flow profile and / or the average flow velocity the melt in the vessel regulated and / or controlled and / or adjusted. In particular, the volume can of the vessel so dimensioned be that the melt in the vessel has an average residence time from at least about 10 minutes to a period of about 2 Has hours. According to the invention is a Clue for a corresponding dimensioning of the vessel can be seen therein that the Vessel with one Volume is provided which is smaller by at least a factor of 10 is the volume of a melting tank upstream of the vessel.
Um vorteilhafterweise sicherzustellen, daß die vorhandenen beziehungsweise gebildeten Blasen aus der Schmelze während des Durchlaufens des Gefäßes aus der Schmelze entweichen können, ist vorgesehen, daß die Höhe der Schmelze im Ablauf Gefäß geregelt und/oder gesteuert und/oder eingestellt wird, so daß eine auf die Aufstiegsgeschwindigkeit der kleinsten Blasen bei der vorhandenen mittleren Strömungsgeschwindigkeit abgestimmte Höhe der Schmelze, welche beim Aufsteigen der Blasen zurückgelegt werden muß, realisiert werden kann. Dem Läuterschritt der Blasenvergrößerung ist somit eine Aufstiegszone nachgeschaltet, die nicht nur die aufgeblähten Blasen, sondern auch die Neublasen herausfiltert, indem sie diesen Gelegenheit gibt aufzusteigen und die Schmelze zu verlassen.Around advantageously to ensure that the existing or formed bubbles from the melt during the passage of the Vessel out the melt can escape provided that the height of Melt regulated in the outlet vessel and / or controlled and / or adjusted so that one on the ascent rate of the smallest bubbles at the existing middle one flow rate agreed height the melt which travels as the bubbles rise must become, can be realized. The lautering step the bladder enlargement is thus followed by a rise zone, not just the bloated bubbles, but also filters out the new bubbles by giving this opportunity ascend and leave the melt.
Die Neublasenbildung erfolgt im Bereich mäßiger Übersättigung der Schmelze, das heisst bei Drücken unterhalb von 100 bar, und damit ausschließlich über den Weg der heterogenen Keimbildung. Als Keime kommen alle Wände und Einbauten der Aggregate in Betracht. Besonders gefährdet sind hier Metallelektroden mit Strombeaufschlagung, da der von außen erzwungene Stoffaustausch an der Grenzfläche Elektrode/Schmelze durch Läutermittelreaktionen noch aktiv unterstützt werden kann.The Neublasenbildung takes place in the range of moderate supersaturation of the melt, that is when pressed below 100 bar, and thus exclusively by way of heterogeneous Nucleation. As germs come all the walls and installations of the aggregates into consideration. Particularly at risk Here are metal electrodes with electricity, since the forced from outside Mass transfer at the interface Electrode / melt by refining agent reactions still actively supported can be.
Durch die Erfindung werden die Elektroden als aktive Elemente innerhalb des heißen Bereichs des zu schmelzenden Materials eingesetzt. Der Skull dagegen ist isoliert gegenüber Masse und Elektroden. Dadurch wird die Gefahr von Überschlägen, insbesondere beim Anfahren vermindert. Die Parameter der Ohmschen Widerstandsbeheizung können deshalb ohne Gefahr für die eingesetzten Materialien von Gefäß und Elektroden derart gewählt werden, dass auch niederohmige Gläser behandelt werden können. Somit wird es möglich, auch Gläser und ebenso Glaskeramiken und Keramiken zu schmelzen beziehungsweise läutern bzw. zu reinigen, welche eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Beispielsweise kann die Erfindung eingesetzt werden zur Läuterung von Alumosilikatglas, insbesondere Displayglas und Lampenglas sowie zur Läuterung von Borosilikatglas, insbesondere in der Anwendung für Pharmaverpackungen.By The invention will use the electrodes as active elements within of the hot Area of the material to be melted used. The skull against it is isolated over Mass and electrodes. This will increase the risk of rollovers, in particular reduced when starting. The parameters of the ohmic resistance heating can therefore without danger for the materials used of vessel and electrodes are chosen such that also low-resistance glasses can be treated. Thus, it becomes possible also glasses and also to melt glass ceramics and ceramics or purify or to clean, which has a low electrical conductivity exhibit. For example, the invention can be used for purification of aluminosilicate glass, in particular display glass and lamp glass as well for the purification of Borosilicate glass, in particular for use in pharmaceutical packaging.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in bevorzugter Weise derart durchgeführt werden, dass eine Schmelze mit einer elektrischen Leitfähigkeit bei der Schmelztemperatur in einem Bereich von größer oder gleich 10–3 bis kleiner oder gleich 102 Ω–1·cm–1, bevorzugt von größer oder gleich 10–2 bis kleiner oder gleich 101 Ω–1·cm–1 behandelt wird. Bei einer Leitfähigkeit in diesem bevorzugten Bereich ist das Einkoppeln der elektromagnetischen Energie mit Hilfe der Erfindung, besonders effizient möglich.The inventive method can in preferably be carried out such that a melt having an electrical conductivity at the melting temperature in a range of greater than or equal to 10 -3 to less than or equal to 10 2 Ω -1 · cm -1 , preferably from greater than or equal to 10 -2 to less or equal to 10 1 Ω -1 · cm -1 is treated. With a conductivity in this preferred range, the coupling of the electromagnetic energy by means of the invention is particularly efficient.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für unterschiedliche Schmelzen eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Schmelze eines alkalifreien Glases verwendet oder eine Fiolax-Schmelze verwendet werden.The inventive method can be for different Melting be used. For example, a melt of a alkali-free glass used or a Fiolax melt used become.
Durch die Bewegung geladener Teilchen können neben den bekannten und insbesondere mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens beherrschbaren Auswirkungen der Ladungstransporte Störströme entstehen. Um Störreaktionen aufgrund solcher potentiellen Störströme zu vermeiden, bietet die Erfindung die Möglichkeit, zumindest eine Erdungseinrichtung zum Abführen von Störströmen bereitzustellen. Insbesondere kann die gesamte Anordnung mit zumindest einer, bevorzugt zumindest zwei Erdungseinrichtungen versehen werden, um im Schmelzaggregat eine zusätzliche Erdschleife nach Art einer Spannungsteilerschaltung bereitzustellen, bei welcher durch Einstellen des jeweils zu überwindenden Widerstands das Abführen von Störströmen in den jeweiligen Bereichen der Anordnung gestaltet werden kann.By The movement of charged particles can, in addition to the known and in particular controllable with the aid of the method according to the invention Effects of cargo transports Interference currents occur. To interference reactions due to such potential interference currents, the invention offers the possibility to provide at least one grounding device for removing interference currents. Especially can the entire arrangement with at least one, preferably at least two earthing devices are provided to in the smelting unit an additional To provide ground loop in the manner of a voltage divider circuit, at which by adjusting the respective resistance to be overcome the lead away of interference in the respective areas of the arrangement can be designed.
Um durch Korrosion besonders gefährdete Bauteile wie beispielsweise Bauteile, welche Platin umfassen, zusätzlich zu schützen, sieht die Erfindung vor, die Anordnung mit zumindest einer Hilfserdungseinrichtung zu versehen. Als Hilfserdungseinrichtung kann dabei eine Erdungselektrode eingesetzt werden, welche insbesondere zwischen die Gegenelektrode und ein metallisches Bauteil der Anordnung geschaltet wird. In Frage kommen insbesondere Platinbauteile wie zum Beispiel Rinnen oder Rührer.Around by corrosion particularly vulnerable components such as components comprising platinum, in addition to protect, the invention provides, the arrangement with at least one auxiliary earthing device to provide. As an auxiliary grounding device can be a ground electrode be used, which in particular between the counter electrode and a metallic component of the device is switched. In question come in particular platinum components such as gutters or Stirrer.
Die Hilfserdungseinrichtung kann vorteilhafterweise in einem Überlauf und/oder einen Bodenablauf der Anordnung angeordnet werden. Wenn die Hilfserdungseinrichtung direkt geerdet wird, wird ein Störstrom niederohmig an den Bauteilen, insbesondere an Bauteilen mit Platin, vorbei abgeführt.The Auxiliary earthing device may advantageously be in an overflow and / or a floor drain of the arrangement are arranged. If the auxiliary earthing device is grounded directly, a noise current is low discharged at the components, in particular on components with platinum, over.
Um eine Erdung auf zuverlässige und einfache Weise zu realisieren, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, eine Erdungseinrichtung und/oder eine Hilfserdungseinrichtung bereitzustellen, welche eine Reihenschaltung von einem Gleichstromwiderstand und einem Wechselstromwiderstand umfaßt.Around a grounding on reliable and easy to implement is provided within the scope of the invention, to provide a grounding device and / or an auxiliary grounding device, which is a series connection of a DC resistor and an alternating current resistance.
Um das Anfahren vorteilhafterweise weiter erleichtern zu können, ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass ein Startvorgang durchgeführt wird, bei welchem in dem Gefäß zumindest ein Schmelzpfad mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit zwischen den Elektroden zum Einkoppeln der elektromagnetischen Energie in die Schmelze bereitgestellt wird. Dazu können die Elektroden und/oder Teile der Wandung während des Startvorganges mit einer Heizvorrichtung soweit erwärmt werden, dass deren Temperatur oberhalb des Taupunktes der Oberofenatmosphäre liegt. Ein Eintrag von Substanzen aus der Oberofenatmosphäre in die Schmelze kann somit weitgehend vermieden werden.Around to be able to facilitate the start advantageously further is according to the method of the invention provided that a starting operation is performed, wherein in the At least a melting path with sufficient electrical conductivity between the electrodes for coupling the electromagnetic energy is provided in the melt. For this purpose, the electrodes and / or Parts of the wall during the starting process with a heating device are heated as far as that their temperature is above the dew point of the upper furnace atmosphere. An entry of substances from the upper furnace atmosphere into the melt can thus be largely avoided.
Je nach den bei der zu verarbeitenden Schmelze und den eingesetzten Elektroden gegebenen elektrochemischen Verhältnissen können im Rahmen der Erfindung die Heizelektroden vor dem Anfahren elektrochemisch passiviert und dabei insbesondere in einen verglasten Zustand überführt werden. Ebenso können die Gegenelektroden vor dem Anfahren elektrochemisch passiviert und dabei insbesondere in einen verglasten Zustand überführt werden.ever according to the melt to be processed and the used Electrode given electrochemical conditions may be within the scope of the invention the heating electrodes electrochemically passivated before starting and be transferred in particular to a glazed state. Likewise, the Electrodes passivated electrochemically before starting and be transferred in particular to a glazed state.
Vorteilhafterweise können die erfindungsgemäßen Verfahren automatisiert betrieben werden. Eine Möglichkeit dazu sieht vor, dass die Regelung und/oder Steuerung der Heizleistung der Elektroden durch Regelung und/oder Steuerung und/oder Einstellung des Stromes, welcher durch die Elektroden fließt, erfolgt. Eine andere Möglichkeit liegt darin, dass die Regelung und/oder Steuerung der Heizleistung der Elektroden durch Regelung und/oder Steuerung und/oder Einstellung der aufgewendeten elektrischen Leistung erfolgt. Die Auswahl zwischen beiden Möglichkeiten kann nach den Eigenschaften des Schmelzgutes getroffen werden.advantageously, can the methods of the invention be operated automatically. One way to do that is the regulation and / or control of the heating power of the electrodes Control and / or control and / or adjustment of the current, which flowing through the electrodes, he follows. Another possibility lies in the fact that the regulation and / or control of heating power the electrodes by regulation and / or control and / or adjustment the applied electrical power takes place. The choice between both ways can be made according to the properties of the melting material.
Insbesondere bei Gläsern nimmt die elektrische Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zu. Wird die eingebrachte Leistung konstant gehalten, nimmt bei abnehmenden elektrischen Widerstand, also steigender Leitfähigkeit, die Stromaufnahme durch die Elektroden zu. Damit ist die Gefahr einer Schädigung des Elektrodenmaterials gegeben. Mit einer Stromregelung kann daher schnell auf sich aufbauende Stromfäden reagiert werden, welche durch die Gefahr der Überhitzung bei Gläsern, deren Leitfähigkeit vom Stromdurchfluss abhängt, äußerst nachteilig für die Produkteigenschaften sind.Especially with glasses takes the electrical conductivity with increasing temperature too. Will the introduced power be constant held, decreases with decreasing electrical resistance, so increasing Conductivity, the current consumption through the electrodes too. That's the danger damage to the Electrode material given. With a current control can therefore react quickly to self-building streamlines, which due to the danger of overheating in glasses, their conductivity from Current flow depends, extremely disadvantageous for the Product features are.
Eine weitere Gefahr für die Produkteigenschaften liegt im möglichen Eintrag von Material der Seitenwände und/oder des Bodens des Gefäßes in die Schmelze. Diese Gefahr ist insbesondere bei den hohen Temperaturen, welche die Erfindung ermöglicht, gegeben.A further danger for the product properties lies in the possible entry of material the side walls and / or the bottom of the vessel in the Melt. This danger is especially at high temperatures, which enables the invention given.
Um unerwünschte Substanzen, insbesondere Gasblasen, aus der Schmelze zu entfernen, kann dieser zumindest ein Hochtemperaturläutermittel, beispielsweise Zinndioxyd zugesetzt werden. Dadurch kann der Einsatz herkömmlicher Läutermittel, wie beispielsweise As2O5 reduziert werden. Diese herkömmlichen Läutermittel sind insbesondere im Hinblick auf ökologische Gläser nachteilig, denn ihre Reste im Endprodukt können eine toxische Wirkung haben. Es ist somit ein Vorteil der Erfindung, auf energieeffiziente Weise derart hohe Temperaturen erreichen zu können, dass Hochtemperaturläutermittel wie Zinndioxyd eingesetzt werden können, welche bei den bisher üblichen niedrigeren Temperaturen ihre Läuterwirkung nicht in vollem Maße entfalten können.In order to remove unwanted substances, in particular gas bubbles, from the melt, it is possible to add at least one high-temperature alkylating agent, for example tin dioxide. Thereby, the use of conventional refining agents such as As 2 O 5 can be reduced. These conventional refining agents are particularly disadvantageous with regard to ecological glasses, because their residues in the final product may have a toxic effect. It is thus an advantage of the invention to be able to achieve such high temperatures in an energy-efficient manner that high-temperature intermediates such as tin dioxide can be used, which can not fully develop their lautering effect at the usual lower temperatures.
Die oben genannten Aufgaben werden des Weiteren gelöst durch eine Vorrichtung zur Temperaturbeeinflussung einer Schmelze, welche eine zumindest einen Raum zur Aufnahme einer Schmelze definierende Anordnung, insbesondere eine Schmelz- und/oder Läutereinheit, zur Aufnahme von Schmelzgut, zumindest zwei Heizelektroden zur Ohmschen Widerstandsbeheizung einer Schmelze in dem Raum zur Aufnahme der Schmelze und wenigstens eine Gegenelektrode umfaßt, wobei die Heizelektroden zumindest während des Betriebs in die Schmelze hineinragen.The The above objects are further achieved by a device for Temperature influencing a melt, which at least one Space for receiving a melt defining arrangement, in particular a melting and / or refining unit, for receiving molten material, at least two heating electrodes for ohmic Resistance heating of a melt in the room to accommodate the Melt and at least one counter electrode, wherein the heating electrodes at least during of the operation protrude into the melt.
Um der Gefahr von Korrosion des Materials der Gefäßwandungen zu begegnen ist vorgesehen, dass zumindest eine Wand der Vorrichtung kühlbar ist. Die Wand der Vorrichtung kann an ihrer Innenseite im Betrieb der Vorrichtung eine Skullkruste umfassen, um die oben beschriebenen Vorteile im Hinblick auf die Temperaturverteilung im Gefäß, den Korrosionsschutz des Wandmaterials und den nahezu vollständig unterbundenen Eintrag von Wandmaterial in die Schmelze zu erzielen.Around the risk of corrosion of the material of the vessel walls is to be countered provided that at least one wall of the device is coolable. The wall of the device can be used on the inside during operation of the Device include a Skullkruste to those described above Advantages with regard to the temperature distribution in the vessel, the corrosion protection the wall material and the almost completely inhibited entry to achieve wall material in the melt.
Mit der Bezeichnung „Innenseite" ist hier die zur Schmelze, also zum Innenraum hin zeigende Seite der Wand gemeint.With the term "inside" is here to the Melt, so to the interior facing side of the wall meant.
Die Elektroden können unterschiedliche Geometrien und Formen aufwiesen. Insbesondere können die Heizelektroden und/oder die Gegenelektrode Platten- und/oder Knopf- und/oder Kugel- und/oder Stab- und/oder Rogowski- und/oder T- und/oder Hammer- und/oder Geländerelektroden umfassen.The Electrodes can had different geometries and shapes. In particular, the Heating electrodes and / or the counter electrode plate and / or button and / or ball and / or rod and / or Rogowski and / or T and / or hammer and / or railings electrodes include.
Form und Geometrie der Elektrode beeinflussen dabei die Effizienz des Energieeintrages in das zu schmelzende Material. Als besonders vorteilhaft beim Einbau der Elektroden, insbesondere im Boden des Gefäßes, haben sich Stabelektroden erwiesen, welche als Vollmaterial und/oder als Kappenelektroden ausgeführt sein können. Elektroden mit gezielt vergrößerter Oberfläche, wie beispielsweise als Plattenelektroden oder in Form eines Hammers, bieten den Vorteil, die Belastung der Elektrodenfläche durch zu hohe Stromdichten verringern zu können. Dazu kann weiter eine entsprechende Gestaltung der Form beitragen, bei welcher scharfe Übergänge wie insbesondere Kanten vermieden werden. Vorteilhaft haben sich abgerundete äußere Begrenzungen der Elektroden erwiesen. Durch Verrundung der Kanten können die Werte bei Stromdichtespitzen abgesenkt werden, wodurch insbesondere eine Verminderung der Blasenneubildung um den Faktor 10 erzielt werden kann.shape and geometry of the electrode thereby affect the efficiency of the Energy input into the material to be melted. As a particularly advantageous when installing the electrodes, especially in the bottom of the vessel, have Stick electrodes proved, which as solid material and / or as Cap electrodes executed could be. Electrodes with a specifically enlarged surface, such as for example, as plate electrodes or in the form of a hammer the advantage of stressing the electrode surface due to excessive current densities to be able to reduce. This can further contribute to a corresponding design of the form, where sharp transitions like especially edges are avoided. Advantageously, have rounded outer boundaries the electrodes proved. By rounding the edges, the Values at current density peaks are lowered, which in particular achieved a reduction of bladder regeneration by a factor of 10 can be.
Die Anordnung der Elektroden, insbesondere der Abstand der Elektrodenmitte von der als nächste benachbarten Wand, kann in Abhängigkeit der Leitfähigkeit der Schmelze ausgewählt werden. Durch die Verwendung von Stabelektroden wird eine Möglichkeit geschaffen, die Seitenwände des Gefäßes komplett in Skull zu halten, wodurch sich die Kühlfläche der Seitenwände erhöht und somit auch die Kühlwirkung auf die Schmelze, wodurch zudem die Konvektion unterstützt werden kann.The Arrangement of the electrodes, in particular the distance of the center of the electrode from the next one adjacent wall, depending on the conductivity the melt selected become. The use of stick electrodes becomes a possibility created the side walls of the vessel completely in Skull, which increases the cooling surface of the side walls and thus also the cooling effect on the melt, which also supports the convection can.
Durch den Abstand zu den insbesondere gekühlten Seitenwänden der Elektroden kann ein überschlag zwischen Elektrode und Seitenwand vermieden werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Eintrittspunkt der Elektrode in das Gefäß in einem relativ kalten Bereich liegt und somit entsprechend elektrisch isoliert ist. Die erfindungsgemäße Anordnung der Elektroden bringt des Weiteren den Vorteil mit sich, dass keine mit den gekühlten Tiegelwänden verbundenen gekühlten Bauteile in den Oberofenraum ragen. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Korrosion von Bauteilen durch die in der Oberofenatmosphäre vorhandenen Schwefelverbindungen vermieden werden.By the distance to the particular cooled side walls of Electrodes can overflow between the electrode and the side wall are avoided. Another Advantage is that the entry point of the electrode into the vessel in one is relatively cold area and thus electrically isolated accordingly is. The inventive arrangement of Electrodes also has the advantage that no with the chilled ones Associated with crucible walls cooled Components protrude into the upper furnace room. Advantageously, it can thereby Corrosion of components by the existing in the upper furnace atmosphere Sulfur compounds are avoided.
Entscheidend für die Einsatzmöglichkeit eines Materials als Elektrode in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass das Material bei der Betriebstemperatur der Vorrichtung nicht mit der Schmelze reagiert. Erfindungsgemäß können die Elektroden ein Schmelzkontaktmaterial aufweisen, welches Metalle wie Osmium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Iridium, Tantal, Platin, Platinmetalle und/oder deren Legierungen umfasst. Als aktives Elektrodenmaterial kommt dabei Iridium besondere Bedeutung zu.critical for the possible use a material as an electrode in the device according to the invention it is that the material at the operating temperature of the device not react with the melt. According to the invention, the electrodes may be a melt contact material which metals such as osmium, hafnium, molybdenum, tungsten, Iridium, tantalum, platinum, platinum metals and / or their alloys includes. Iridium is of particular importance as the active electrode material to.
Der Begriff „aktives" Element bezieht sich dabei auf die Mehrfachfunktion, die die Elektrode ausübt. Neben der Beheizung wird über die Elektrode auch die Strömung der Schmelze erreicht, indem sie eine Art Antrieb für die Konvektionsströmung im Gefäß bildet. Die Elektroden sind neben dem wassergekühlten Skull, welcher eine Abwärtsströmung der Schmelze im Gefäß bewirkt, ein Teil des sogenannten Konvektionsmotors. Durch die Wärmequelle, auch Quelltherme genannt, um die Elektrode bildet sich eine Aufwärtsströmung der Schmelze im Gefäß. Die Elektrode hat somit einerseits die Funktion der Beheizung und andererseits die eines Konvektionsmotors und wird daher als „aktives" Element bezeichnet.The term "active" element refers to the multiple function that the electrode exerts: In addition to the heating, the flow of the melt is also reached via the electrode, forming a kind of drive for the convection flow in the vessel Skull, which causes a downward flow of the melt in the vessel, a part of the so-called convection motor. also called thermal spring, around the electrode, an upward flow of the melt forms in the vessel. The electrode thus has, on the one hand, the function of heating and, on the other hand, that of a convection motor and is therefore referred to as an "active" element.
Die erfindungsgemäße Kombination aus Skulltiegel und Elektrode verhindert durch die vorteilhafte Gestaltung des Strömungsprofils der Schmelze durch das Gefäß das Überstömen des Tiegels. Durch den Einsatz von Iridium können dabei sehr hohe Einsatztemperaturen von bis zu 2000°C realisiert werden.The inventive combination Made of skull crucible and electrode prevented by the advantageous Design of the airfoil the melt through the vessel the overflow of the Crucible. Through the use of iridium very high operating temperatures can be achieved up to 2000 ° C will be realized.
Neben Elektroden, insbesondere Metallelektroden, aus Vollmaterial ist es erfindungsgemäß auch möglich, Elektroden einzusetzen, welche lediglich eine Schicht eines betreffenden Materials aufweisen. Dazu kann die Elektrode einen Kern, bevorzugt einen Keramikkern umfassen. Vorteilhafterweise ist es des Weiteren vorgesehen, dass zumindest eine Elektrode mit einer Schicht versehen ist, welche insbesondere Osmium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Iridium, Tantal, Platin, Platinmetalle und/oder deren Legierungen umfasst. Auch Beschichtungen mit jedem anderen geeigneten Material sind gemäß der Erfindung für den Einsatz in der Vorrichtung möglich.Next Electrodes, in particular metal electrodes, is made of solid material according to the invention, it is also possible to use electrodes to use which only a layer of a material in question exhibit. For this purpose, the electrode may have a core, preferably a ceramic core include. Advantageously, it is further provided that at least one electrode is provided with a layer which especially osmium, hafnium, molybdenum, tungsten, iridium, tantalum, Platinum, platinum metals and / or alloys thereof. Also coatings with any other suitable material according to the invention for use possible in the device.
Um auf geänderte Anforderungen an die einzusetzenden Elektroden und/oder auf Schäden an Elektroden auf einfache Weise flexibel reagieren zu können, ist erfindungsgemäß des Weiteren vorgesehen, dass zumindest eine Elektrode auswechselbar an der Vorrichtung angebracht ist.Around on changed Requirements for the electrodes to be used and / or for damage to electrodes Being able to react flexibly in a simple manner is further according to the invention provided that at least one electrode replaceable on the device is appropriate.
Um die Temperaturbelastung der Elektroden vermindern und damit besonders hohe Schmelztemperaturen realisieren zu können, kann zumindest eine Elektrode kühlbar sein. Dazu kann eine Elektrode zumindest einen Kanal zum Hindurchleiten eines Fluids umfassen.Around reduce the temperature load on the electrodes and thus especially To be able to realize high melting temperatures, at least one electrode cooled be. For this purpose, an electrode can pass at least one channel of a fluid.
Der Boden des Gefäßes kann beispielsweise aus einem schmelzgegossenen Feuerfestmaterial wie Zirkonsilikat aufweisen, was bei den hohen Betriebstemperaturen immer noch einen deutlich höheren Widerstand als die Schmelze gewährleistet. Durch die Anordnung von Kühlrohren quer zu den Elektroden kann der Boden vor Korrosion und unkontrolliertem Stromfluss geschützt werden.Of the Bottom of the vessel can for example, from a fusion cast refractory material such as Zirkonsilikat exhibit, resulting in the high operating temperatures still a much higher one Resistance as the melt ensures. By the arrangement of cooling pipes Across the electrodes, the floor can be protected from corrosion and uncontrolled Current flow protected become.
Das Gefäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in bevorzugter Ausführung einen gekühlten Boden sowie gekühlte Seitenwände aufweisen, von denen zwei sich gegenüberliegende Seitenwände den Zulauf und den Ablauf bilden. Das Gefäß kann als Skulltiegel ausgeführt sein. Die Skullwände können dabei derart ausgebildet sein, dass sie in eingebautem Zustand unterhalb der Schmelzoberfläche um einen Winkel nach außen abgewinkelt sind, wodurch ein Kragen gebildet wird. Besonders einfach herzustellen ist ein derartiger Kragen, wenn der Winkel für alle Skullwände etwa 90° beträgt. Die Seitenwände sind dann also L-förmig abgewinkelt.The Container of the device according to the invention can in a preferred embodiment a chilled one Ground as well as cooled side walls have, of which two opposing side walls the Form inlet and drain. The vessel can be designed as a skull crucible. The skull walls can do this be designed so that they are in the installed state below the melt surface around an angle to the outside are angled, creating a collar is formed. Especially easy to produce is such a collar when the angle for all Skullwände about 90 °. The side walls are then L-shaped angled.
Um die Ohmsche Widerstandsbeheizung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisieren zu können, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung von Wechselstrom, bevorzugt mit einer Wechselstromfrequenz in einem Frequenzbereich größer oder gleich 1 kHz bis kleiner oder gleich 100 kHz, besonders bevorzugt mit einer Wechselstromfrequenz von 10 kHz ± 3 kHz, insbesondere 8 kHz umfasst.Around the ohmic resistance heating in the device according to the invention to be able to realize it is provided that the device has a device for generating of alternating current, preferably with an alternating current frequency in a frequency range bigger or equal to 1 kHz to less than or equal to 100 kHz, more preferably with an AC frequency of 10 kHz ± 3 kHz, in particular 8 kHz includes.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfaßt die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung von Gleichstrom, bevorzugt zum Anlegen eines Potentials zwischen der zumindest einen Heizelektrode und der Gegenelektrode mit einem Betrag im Bereich von größer oder gleich 100 mV bis kleiner oder gleich 500 mV, bevorzugt von 300 mV.In According to an advantageous development, the device comprises a device for generating direct current, preferably for applying a potential between the at least one heating electrode and the counter electrode with an amount ranging from greater than or equal to 100 mV less than or equal to 500 mV, preferably of 300 mV.
Gemäß der Erfindung umfaßt die Vorrichtung zumindest einen Zulaufbereich und/oder zumindest einen Ablaufbereich und/oder zumindest einen Überlaufbereich. Zumindest ein Teil des Überlaufbereichs und/oder des Ablaufbereichs kann dabei als Gegenelektrode zum Anlegen der Gleichspannung ausgestaltet sein. Ferner sieht die Erfindung vor, daß die Anordnung eine Strömungstotzone aufweist, in welcher die Gegenelektrode positioniert ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest ein Teil des Überlaufbereichs und/oder des Ablaufbereichs als Kühlstrecke ausgebildet.According to the invention comprises the device at least one inlet area and / or at least one Drain area and / or at least one overflow area. At least one Part of the overflow area and / or the drainage area can be used as a counter electrode for applying the Be designed DC voltage. Furthermore, the invention provides that the arrangement a flow dead zone in which the counter electrode is positioned. In a advantageous development is at least a part of the overflow area and / or the drainage area designed as a cooling section.
Um je nach den elektrochemischen Bedingungen für die jeweilige Schmelze und die des Weiteren eingesetzten Materialien Korrosion beziehungsweise Blasenbildung verstärkt entegegenwirken zu können, können Heizelektroden und/oder eine Gegenelektrode eingesetzt werden, welche einen ursprünglichen Zustand haben, in welchem sie, insbesondere vor dem Anfahren der Vorrichtung, elektrochemisch passiviert sind und insbesondere einen Glasüberzug umfassen.Around depending on the electrochemical conditions for the particular melt and the materials further used corrosion or Blistering intensified to be able to counteract can Heating electrodes and / or a counter electrode are used, which an original one State in which they, especially before starting the Device, are electrochemically passivated and in particular a glass coating include.
Zum Ableiten von Störströmen ist vorgesehen, die Anordnung mit zumindest eine, insbesondere mit zumindest zwei Erdungseinrichtungen zu versehen. Des Weiteren kann die Anordnung zumindest eine Hilfserdungseinrichtung umfassen. Die Hilfserdungseinrichtung weist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Erdungselektrode auf, welche insbesondere zwischen der Gegenelektrode und einem metallischen Bauteil der Anordnung geschaltet ist. Die Hilfserdungseinrichtung kann beispielsweise in einem Überlauf und/oder einen Bodenablauf der Anordnung angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist die Hilfserdungseinrichtung direkt geerdet.For deriving interference currents it is provided to provide the arrangement with at least one, in particular with at least two grounding devices. Furthermore, the arrangement may comprise at least one auxiliary earthing device. In a preferred embodiment of the invention, the auxiliary grounding device has a grounding electrode, which is connected in particular between the counterelectrode and a metallic component of the arrangement. The auxiliary grounding device can be arranged, for example, in an overflow and / or a bottom drain of the arrangement. advantage Properly, the auxiliary earthing device is grounded directly.
Die Erdungseinrichtung und/oder die Hilfserdungseinrichtung können im Rahmen der Erfindung insbesondere in Form einer Reihenschaltung von einem Gleichstromwiderstand und einem Wechselstromwiderstand bereitgestellt werden. Die Erdungseinrichtung und/oder die Hilfserdungseinrichtung können dabei eine Elektrode umfassen, welche Platin und/oder Molybdän und/oder Wolfram aufweist.The Grounding device and / or the auxiliary earthing device can in Frame of the invention, in particular in the form of a series connection from a DC resistor and an AC resistor to be provided. The grounding device and / or the auxiliary grounding device can thereby an electrode comprising platinum and / or molybdenum and / or Tungsten has.
Materialien, welche mit dem einzuschmelzenden Material in Berührung kommen, werden erfindungsgemäß derart ausgewählt, dass sie gegen das einzuschmelzende Material und seine Schmelze chemisch im Wesentlichen resistent sind. Dies trifft für Elektroden und/oder die Wandungen des Gefäßes gleichermaßen zu. Als Material für das Gefäß kommen daher beispielsweise Iridium, Rhodium oder Molybdän in Frage.Materials, which come into contact with the material to be melted, according to the invention in such a way selected, that they chemically against the material to be melted and its melt are essentially resistant. This is true for electrodes and / or the walls the vessel alike too. As material for the vessel come therefore, for example, iridium, rhodium or molybdenum in question.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Gefäß auf mit einer Geometrie, welche ein möglichst geringes Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen ermöglicht, um Energieverluste über die Oberfläche weitgehend vermeiden zu können. Eine derartige Geometrie kann in Abwandlungen des Grundkörpers eines Würfels realisiert werden, insbesondere kann das Gefäß einen vieleckigen, insbesondere rechteckigen, insbesondere quadratischen oder runden, insbesondere ovalen, insbesondere kreisförmigen Grundriss aufweisen.The inventive device has a vessel with a geometry that is as small as possible relationship between surface and volume allows about energy losses over the surface to be largely avoided. Such geometry may be in modifications of the main body of a cube In particular, the vessel can be a polygonal, in particular rectangular, in particular square or round, in particular oval, in particular circular Have floor plan.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere als Bestandteil einer größeren Anlage verwendet werden. Wird in einer derartigen Anlage eine bestimmte Menge Schmelze bereitgestellt, von welcher nur ein Teil derart weiter verarbeitet werden soll, dass die mit der Erfindung verbundenen Vorteile realisiert werden können, sieht die Erfindung des Weiteren vor, dass eine Stromteilungseinrichtung zum Aufteilen eines Schmelzflusses in zumindest zwei Teilströme bereitgestellt wird, so dass zumindest eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem der Teilströme angeordnet werden kann, und der andere Teilstrom auf andere Weise weiter verarbeitbar ist. Die Vorrichtung kann als Läuter- und/oder Reinigungs- und/oder Schmelzmodul verwendet werden, welches einer folgenden Einheit vorgeschaltet werden kann, insbesondere einer Homogenisiereinheit und/oder einer Formgebungseinheit.The inventive device can be used in particular as part of a larger system. If a certain amount of melt is provided in such a plant, of which only one part is to be further processed in this way, that the advantages associated with the invention are realized can, the invention further provides that a current divider for Splitting a melt flow into at least two partial streams provided is, so that at least one device according to the invention in one of substreams can be arranged, and the other partial flow in a different way can be processed further. The device can as refining and / or Cleaning and / or melting module can be used, which is a following unit can be preceded, in particular a Homogenizing unit and / or a shaping unit.
Ebenso kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Läuter- und/oder Reinigungs- und/oder Schmelzmodul und/oder Homogenisierungsmodul eingesetzt werden, welches einer Overflow-Downdraw-Einheit vorgeschaltet sein kann. Dies wird dadurch möglich, daß die vorliegende Erfindung die Herstellung einer in höchstem Maße homogenen Schmelze ermöglicht, welche sich insbesondere als Ausgangsmaterial für die Herstellung beispielsweise von Displaygläsern in einem Overfow-Downdraw-Verfahren eignet.As well can the device of the invention as a refining and / or cleaning and / or melt module and / or homogenization module used which are upstream of an overflow downdraw unit can. This will be possible that the present invention enables the production of a highly homogeneous melt, which in particular as a starting material for the production of for example display glass in an overflow downdrawing process.
Die Erfindung kann des Weiteren als Läuter- und/oder Reinigungsmodul eingesetzt werden, welches in eine Schmelzwanne, das heißt in ein von Schmelze durchströmtes Gefäß, eingebaut wird. Die Schmelzwanne kann dazu beispielsweise in einem Bereich zu einem Läuter- und/oder Reinigungsmodul ausgebildet sein.The The invention may further be used as a refining and / or cleaning module are used, which in a melting tank, that is in a flowed through by melt Vessel, installed becomes. The melting tank can do this, for example, in one area to a refining and / or cleaning module to be formed.
Dies kann insbesondere realisiert werden, indem vom Boden der Schmelzwanne aus ein sogenannter Wall aufgebaut wird. Dieser Wall kann zum Beispiel gekühlte Wände aufweisen, die Molybdän umfassen. In den inneren Bereich des Walles kann die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert werden.This can be realized in particular by the bottom of the melting tank is built from a so-called wall. This wall can be for example chilled Have walls, which include molybdenum. In the inner region of the wall, the device of the invention to get integrated.
Insbesondere kann die Vorrichtung im Bereich ihrer Seitenwände mit den Wänden verbunden sein, die den Wall bilden.Especially the device may be connected to the walls in the region of its side walls, which form the wall.
Der Füllstand der Schmelzwanne in Strömungsrichtung gesehen vor beziehungsweise hinter dem Wall kann deutlich größer sein als der Füllstand im Bereich des Läuter- und/oder Reinigungsmoduls. Dies kann dadurch erreicht werden, das das Modul sozusagen in den Wall „eingehängt" ist und die Höhe vom Boden des Moduls bis zu seiner oberen Begrenzung deutlich geringer ist als der Abstand vom Boden der Schmelzwanne zur oberen Begrenzung des Walles.Of the level the melting tank in the flow direction seen in front of or behind the wall can be significantly larger as the level in the Area of the refining and / or cleaning module. This can be achieved by that the module is "hooked" into the wall, so to speak, and the height from the bottom of the module up to to its upper limit is significantly less than the distance from the bottom of the melting tank to the upper boundary of the wall.
Da bei einer derartigen Anordnung der Weg, welchen Blasen aus der Schmelze zum Verlassen derselben im Läuter- und/oder Reinigungsmodul zurückzulegen haben, gering ist im Vergleich zu dem entsprechenden Weg in der Schmelzwanne, ist die Läuterwirkung deutlich verbessert. Dazu trägt insbesondere die hohe Temperatur der Schmelze bei, welche mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Läuter- und/oder Reinigungsmodul erzielbar ist.There in such an arrangement, the path which bubbles out of the melt for leaving the same in the refining and / or cleaning module to cover have, is small compared to the corresponding way in the Melting tank, is the lautering effect clearly improved. Contributes to this in particular the high temperature of the melt at, which with the Device according to the invention in refining and / or cleaning module can be achieved.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben stellt die Erfindung des Weiteren ein Produkt, insbesondere ein Glasprodukt zur Verfügung, welches gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren und/oder in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschmolzen und/oder geläutert und/oder gereinigt und/oder hergestellt wurde.to solution The above-mentioned objects further provide the invention Product, in particular a glass product available, which according to the inventive method and / or in the device according to the invention melted and / or purified and / or cleaned and / or manufactured.
Derartige Produkte können beispielsweise über den Wert für das Verhältnis der Menge an Sn4+ zur Menge an Sn2+ charakterisiert werden. Bei höheren Temperaturen wird das Verhältnis in Richtung Sn2+ verschoben. Durch die hohen Temperaturen, welche mittels der Erfindung realisiert werden können, liegt der Wert für das Verhältnis der Menge an Sn4+ zur Menge an Sn2+ derart verschoben, daß zumindest 4 % bis zumindest 40 % mehr an Sn2+ im Gemisch vorhanden sind. Insbesondere weist das Produkt einen Anteil an Zinn von weniger als 0,4 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 0,2 Gew.-% und besonders bevorzugt von weniger als 0,1 Gew.-% auf.Such products can be characterized, for example, by the value of the ratio of the amount of Sn 4+ to the amount of Sn 2+ . At higher temperatures, the ratio is shifted towards Sn 2+ . Due to the high temperatures which can be realized by means of the invention, the value for the ratio of the amount is Sn 4+ to the amount of Sn 2+ shifted so that at least 4% to at least 40% more Sn 2+ are present in the mixture. In particular, the product has a content of tin of less than 0.4 wt .-%, preferably less than 0.2 wt .-% and particularly preferably less than 0.1 wt .-% to.
Da die Läuter- und/oder Reinigungswirkung, insbesondere durch die sehr hohen erzielbaren Temperaturen durch die Erfindung stark verbessert wird, ist es möglich, kostengünstigeres Ausgangsmaterial, also solches von geringerer Reinheit einzusetzen, da die erforderliche Qualität des Produkts durch die hohe Läuter- und Reinigungswirkung aufgrund der Erfindung immer noch sichergestellt werden kann. Beispielsweise werden Wasser, Schwefel und Halogene während des Läuter- beziehungsweise Reinigungsprozesses aus der Schmelze entfernt.There the refining and / or cleaning action, in particular by the very high achievable Temperatures is greatly improved by the invention, it is possible, more cost-effective To use starting material, that is to say that of lower purity, because the required quality of the product due to the high refining and cleaning effect still ensured by the invention can be. For example, water, sulfur and halogens while of the refining or cleaning process removed from the melt.
Parameter, welche minderwertige Rohstoffe charakterisieren, können ein besonders hoher Wassergehalt, ein besonders hoher Schwefelanteil, ein besonders hoher Gehalt an leicht flüchtigen Komponenten wie beispielsweise Chlorid sein. In Bezug auf den Gehalt an Eisen ist zu berücksichtigen, daß Fe zur Läuterung beiträgt und das Verhältnis der Mengen von Fe3+ zu Fe2+ wird in Richtung Fe2+ verschoben wird.Parameters that characterize inferior raw materials may be a particularly high water content, a particularly high sulfur content, a particularly high content of volatile components such as chloride. With regard to the iron content, it should be remembered that Fe contributes to the refining and the ratio of the amounts of Fe 3+ to Fe 2+ is shifted towards Fe 2+ .
Das Produkt, insbesondere das Glasprodukt gemäß der Erfindung kann zumindest ein Glas und/oder zumindest eine Glaskeramik und/oder zumindest eine Keramik aufweisen, die eine geringe elektrische Leitfähigkeit hat. Insbesondere kann das Produkt Alumosilikat-Glas, insbesondere Display-Glas oder Lampenglas umfassen. Das Produkt kann insbesondere Borosilikat-Glas, insbesondere in einer Anwendung für Pharmaverpackungen umfassen.The Product, in particular the glass product according to the invention can at least a glass and / or at least one glass ceramic and / or at least have a ceramic which has a low electrical conductivity Has. In particular, the product aluminosilicate glass, in particular Display glass or Include lamp glass. The product may in particular be borosilicate glass, especially in an application for pharmaceutical packaging.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf aggressive Gläser wie zum Beispiel Zinksilikat- oder Lanthanbratgläser, welche ansonsten nur sehr schwierig zu schmelzen sind. Auch Bleisilikatgläser können mit Hilfe der Erfindung gehandhabt werden.The The invention further relates to aggressive glasses such as For example, zinc silicate or Lanthanbratgläser, which otherwise very difficult to melt. Lead silicate glasses can also be produced by means of the invention be handled.
Im Hinblick auf die Produkte, welche mit Hilfe der Erfindung geschmolzen und/oder gereinigt und/oder geläutert und/oder hergestellt werden können, ergeben sich besondere Vorteile dadurch, dass sie besonders blasenarm und/oder besonders kleine Blasen umfassen.in the With regard to the products which are melted by means of the invention and / or purified and / or purified and / or can be produced, There are special advantages in that they are particularly low in bubbles and / or particularly small bubbles.
Durch die Verwendung von Iridium als Elektrodenmaterial beziehungsweise als Gegenelektrodenmaterial sind geringfügige Rückstände Iridium beziehungsweise Iridiumionen im Produkt nachweisbar. Das Produkt hat daher einen Anteil von Iridium von etwa 1 ppm bis etwa 500 ppm, bevorzugt von etwa 1 ppm bis etwa 100 ppm, besonders bevorzugt von etwa 2 ppm bis etwa 20 ppm.By the use of iridium as electrode material respectively as counterelectrode material are minor residues iridium or Iridium ions detectable in the product. The product therefore has one Proportion of iridium from about 1 ppm to about 500 ppm, preferably about 1 ppm to about 100 ppm, more preferably from about 2 ppm to about 20 ppm.
Der Anteil an Blasen und der Iridiumgehalt des Glases stellen hierbei wesentliche Parameter des Glases dar, das gemäß der Erfindung geschmolzen und/oder geläutert und/oder gereinigt und/oder hergestellt wurde.Of the Percentage of bubbles and the iridium content of the glass represent this essential parameters of the glass, which melted according to the invention and / or purified and / or cleaned and / or manufactured.
Durch den insgesamt nur äußerst geringen erforderlichen Einsatz von Läutermitteln sind die Rückstände von Läutermitteln im Produkt, wie beispielsweise der Zinnoxydgehalt ebenfalls sehr gering. Das Produkt hat daher einen Anteil von Zinn von weniger als 0,4 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 0,2 Gew.-%, und besonders bevorzugt von weniger als 0,1 Gew.-%.By the total required only very small Use of refining agents are the residues of refining agents in the product, such as the Zinnoxydgehalt also very low. The product therefore has a content of less tin as 0.4% by weight, preferably less than 0.2% by weight, and especially preferably less than 0.1% by weight.
Die Erfindung ermöglicht zudem die Fertigung von Gläsern mit einem geringeren Gehalt an Knoten. Knoten sind Bereiche, aus denen Substanzen wie Natrium und/oder Bor verdampfen und damit andere Festigkeitseigenschaften herbeigeführt werden. Durch derartige Knoten entstehen insbesondere Probleme beim Rohrziehen. Die Erfindung ermöglicht daher das Herstellen insbesondere von Rohren aber auch anderen Gläsern, welche im Wesentlichen keine Knoten aufweisen.The Invention allows also the production of glasses with a lower content of nodes. Nodes are areas, off which substances such as sodium and / or boron evaporate and thus others Strength properties are brought about. By such Nodes are particularly problems with pipe drawing. The invention allows Therefore, the production of particular pipes but also other glasses, which essentially have no nodes.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen beschreiben. Dieselben Bauteile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.The The invention will be described below with reference to the attached figures based on embodiments describe. The same components are in all figures with the same Reference number marked.
Es zeigen:It demonstrate:
Für die Anordnung
im Inneren des Gefäßes gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können unter
anderem Stab-Geländer-, T-
oder Plattenelektroden eingesetzt werden. In
Wird
die erfindungsgemäße Vorrichtung
wie vorgesehen als Skulltiegel betrieben, bildet sich eine Skullkruste
aus. Eine Anordnung der Vorrichtung mit dieser Skullkruste
Über der
Oberfläche
des Schmelzbades
In
Um
den Boden
Eine
Aufsicht auf das Gefäß mit an
verschiedenen Stellen angeordneten Gegenelektroden ist in den
In
Weil mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Anordnung von Heizelektroden im Inneren eines Skulltiegels besonders hohe Temperaturen der Schmelze realisiert werden können, ermöglicht die Erfindung das Schmelzen und/oder Läutern und/oder Reinigen auch schwierig zu behandelnder Gläser wie beispielsweise des Display-Glases AF37. Darüber hinaus haben die Verwendung von Hilfselektroden und das Anlegen eines Gleichstromes zwischen den Gegenelektroden und den Heizelektroden wesentliche erhöhte Standzeiten der Elektroden und geringere Blaseneinschlüsse zur Folge. Zum Behandeln des Glases AF37 kann die Vorrichtung insbesondere derart betrieben werden, dass die mittlere Aufenthaltszeit mindestens 10 min beträgt. Hieraus ergeben sich entsprechende Verhältnisse der Werte für das Volumen des Gefäßes und den Durchsatz. Ausschlaggebend sind dabei insbesondere auch die glasartabhänige Viskosität und der Volumenausdehnungskoeffizient.Because with the device according to the invention with the arrangement of heating electrodes inside a skull crucible especially high temperatures of the melt can be realized, the invention allows the melting and / or refining and / or cleaning even difficult to handle glasses such as of the display glass AF37. About that addition, have the use of auxiliary electrodes and the application a direct current between the counter electrodes and the heating electrodes essential increased Service life of the electrodes and lower bubble inclusions Episode. For treating the glass AF37, the device may in particular be such operated, that the mean residence time at least 10 min is. This results in corresponding ratios of the values for the volume of the vessel and the throughput. Decisive here, in particular, are the glasartabhänige viscosity and the volume expansion coefficient.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.It It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the above described embodiments limited is, but rather in more diverse Way can be varied. In particular, the characteristics of each embodiments also be combined with each other.
- 11
- Vorrichtung zur Temperaturbeeinflussung einer Schmelzecontraption for influencing the temperature of a melt
- 22
- Gefäßvessel
- 44
- Elektrodeelectrode
- 4444
- Elektrodenhalterelectrode holder
- 55
- Gegenelektrodecounter electrode
- 66
- Kragen des Gefäßescollar of the vessel
- 77
- Umgebung des GefäßesSurroundings of the vessel
- 88th
- Boden des Gefäßesground of the vessel
- 8181
- Kühlung des GefäßbodensCooling the vessel bottom
- 99
- Stromversorgung für Elektrodenpower supply for electrodes
- 1010
- Wand des Gefäßeswall of the vessel
- 1212
- Rohre des SkulltiegelsTube of the skull crucible
- 121121
- KühlmittelzulaufCoolant inlet
- 122122
- KühlmittelablaufCoolant flow
- 123123
- Isolierung der Skullsegmenteinsulation the skull segments
- 1414
- erstarrte Schmelzefroze melt
- 1616
- Schmelzemelt
- 1818
- Schmelzbadoberflächemelting bath
- 2020
- ZulaufIntake
- 2121
- Vorschmelzeinrichtungpremelter
- 2222
- Ablaufprocedure
- 2323
- Ablaufstreckefinal leg
- 2424
- Gasbrennergas burner
- 2525
- Tragegestell für Heizeinrichtungencarrying frame for heating devices
- 2626
- OberofenbereichUpper furnace area
- 2828
- Konvektionswalzeconvection
- 3030
- strömungsbeeinflussende Einbautenflow conditioning fixtures
- 3232
- Startelektrodenstarting electrodes
- 3434
- Stromversorgung für Startelektrodenpower supply for starting electrodes
- 3636
- Schmelzgutmelting
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