DE10202024B4 - Apparatus and method for low-contamination melting of a substance - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1, 101, 201, 301) zum Schmelzen einer Substanz, insbesondere zum Schmelzen von hochreinem, agressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik, umfassend
einen Einschmelztiegel (10),
eine Sendeeinrichtung (30) für elektromagnetische Strahlung, wobei mittels der Strahlung Energie in eine, in dem Einschmelztiegel (10) anordenbare Schmelze (40) einkoppelbar ist und
eine Mischeinrichtung oder Homogenisierungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 350'), wobei die Mischeinrichtung oder Homogenisierungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 350') dem Einschmelztiegel (10) zugeordnet ist, wobei die Mischeinrichtung oder Homogenisierungseinrichtung eine Einrichtung zum Einleiten von Gas oder Gasblasen (52) in die Schmelze (40) mit einer oder mehreren Gasdüsen (50) umfasst, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (58) zum Durchstoßen einer an der Tiegelwandung (12, 14) über einer Auslassöffnung (56) der Gasdüse(n) (50) befindlichen festen Skullschicht (42, 42a).
Device (1, 101, 201, 301) for melting a substance, in particular for melting high-purity, aggressive and / or high-melting glass or glass-ceramic, comprising
a melting pot (10),
a transmitting device (30) for electromagnetic radiation, wherein energy can be coupled into a melt (40) which can be arranged in the melting crucible (10) by means of the radiation, and
a mixing device or homogenizing device (50, 150, 250, 350, 350 '), wherein the mixing device or homogenizing device (50, 150, 250, 350, 350') is associated with the melting crucible (10), wherein the mixing device or homogenizing device comprises a device for Introducing gas or gas bubbles (52) into the melt (40) with one or more gas nozzles (50), characterized by means (58) for piercing one of the crucible walls (12, 14) over an outlet opening (56) of the gas nozzle (n) (50) fixed skull layer (42, 42a).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontaminationsarmen Schmelzen einer Substanz im allgemeinen und zum Schmelzen von insbesondere hochreinem, aggressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik im speziellen.The The invention relates to an apparatus and a method for low-contamination Melting of a substance in general and for melting in particular high purity, aggressive and / or high melting glass or glass ceramic particularly.

In traditionellen Schmelzverfahren wird Glas kontinuierlich in einem Platintiegel oder in feuerfesten Wannen geschmolzen. Nachteilig ist hierbei, dass durch das Platin Anteile an die Schmelze abgegeben werden und die feuerfesten Wannen nur kurze Standzeiten aufweisen. Die angestrebte hochreine Glasqualität kann hierbei nicht erzielt werden.In traditional fusion, glass is continuously in one Platinum crucible or melted in refractory tubs. adversely Here is that given by the platinum shares in the melt and the refractory tubs have only short lives. The desired high-purity glass quality can not be achieved here become.

Es sind auch Verfahren bekannt, bei welchen Glas in Schmelzwannen kontinuierlich geschmolzen und entnommen wird. Hierbei schließen sich, um qualitativ hochwertiges Glas zu erhalten, gegebenenfalls eine Läuterrinne und eine Homogenisierungs-Einrichtung oder -wanne an die Schmelzwanne an.It Methods are also known in which glass in melting tanks continuously is melted and removed. This close to high quality To obtain glass, optionally a Läuterrinne and a homogenizer or trough to the melting tank.

Bei beiden genannten Verfahren, diskontinuierlich oder kontinuierlich, werden der Schmelztiegel bzw. die Schmelzwanne, z. B. mit einem Brenner von außen erhitzt und die Wärme wird an die im Inneren befindliche Schmelze konduktiv weitergeleitet. Dabei besteht ein unmittelbarer Kontakt zwischen der Schmelze und dem Tiegel bzw. der Wanne. Dies weist eine Reihe von Nachteilen auf.at both methods mentioned, discontinuous or continuous, are the crucible or the melting tank, z. B. with a Burner from the outside heated and the heat is conductively passed on to the melt located inside. There is a direct contact between the melt and the crucible or the tub. This has a number of disadvantages on.

Zunächst ist die maximale Schmelzentemperatur durch das Tiegel- bzw. Wannenmaterial begrenzt. Üblicherweise bestehen daher der Schmelztiegel bzw. die -wanne sowie gegebenenfalls die Läuterrinne und die Homogenisierungswanne aus Platin, welches eine relativ hohe Schmelztemperatur und relativ gute Korrosionsbeständigkeit aufweist.First is the maximum melt temperature through the crucible or tub material limited. Usually Therefore, consist of the crucible or the trough and optionally the lauter trough and the homogenization tray made of platinum, which is a relatively high Melting temperature and relatively good corrosion resistance having.

Ferner wird der Platin-Schmelztiegel bzw. die Platin-Schmelzwanne, aber auch die Läuterrinne und die Homogenisierungswanne durch die Glasschmelze angegriffen und korrodiert.Further is the platinum crucible or the platinum melting tank, but also the Läuterrinne and the Homogenisierungswanne attacked by the molten glass and corroded.

Allerdings verursacht Platin nachteiligerweise Kontaminationen oder Verunreinigungen in dem Glas, welche die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transmission verschlechtern, weshalb diese konduktiv heizenden Verfahren für hochreine Gläser höchstens beschränkt anwendbar sind. Derartige Verunreinigungen führen zu Transmissionverlusten in optischen Faser-Übertragungssystemen von bis zu 200 bis 500 dB/km.Indeed causes platinum disadvantageously contaminations or impurities in the glass, which has the optical properties, in particular the Transmission deteriorate, which is why these conductive heating methods for high purity Glasses at most limited are applicable. Such impurities lead to transmission losses in optical fiber transmission systems of up to 200 to 500 dB / km.

Dies erweist sich insbesondere für das Schmelzen aggressiver Gläser, z. B. Zinksilikat- oder Lanthanboratgläser als höchst problematisch, da diese die Tiegel, bzw. Wannen regelrecht ”auffressen”.This proves especially for the melting of aggressive glasses, z. As zinc silicate or Lanthanboratgläser as highly problematic, since these literally "eat" the crucibles or pans.

Neben den vorstehend genannten konduktiv heizenden Verfahren sind noch solche Verfahren bekannt, bei welchen Glas in einem sogenannten Skulltiegel induktiv geheizt und eingeschmolzen wird.Next The above-mentioned conductive heating methods are still Such methods are known in which glass in a so-called Skulltiegel inductively heated and melted.

Ein Skulltiegel besteht typischerweise aus beabstandeten, mäanderartig angeordneten wassergekühlten Metallrohren. Die im Inneren des Skulltiegels befindliche Schmelze wird über eine um den Skulltiegel angeordnete Spulenanordnung mittels Einkopplung von Hochfrequenzleistung in die Schmelze geheizt.One Skull crucible typically consists of spaced, meandering arranged water-cooled Metal pipes. The melt inside the scull crucible will over a arranged around the Skulltiegel coil assembly by means of coupling heated by high frequency power in the melt.

Durch die Kühlung des Skulltiegels entsteht zwischen dem Skulltiegel und der Schmelze eine, im wesentlichen feste Schicht oder Kruste aus arteigenem Material, d. h. insbesondere aus Glas. Insofern werden Verunreinigungen der Schmelze durch das Tiegelmaterial wesentlich reduziert.By the cooling The skull crucible is created between the skull crucible and the melt a substantially solid layer or crust of inherent material, d. H. in particular of glass. In this respect, impurities are the Melt significantly reduced by the crucible material.

Ein Skulltiegel ist z. B. aus PETROV YU. B. et al., ”Continuous Casting Glass Melting in a Cold Crucible Induction Furnace”, XV. International Congress on Glass 1989, Proceedings,
Bd. 3a, 1989, Seiten 72 bis 77 bekannt.
A skull crucible is z. From PETROV YU. Et al., Continuous Casting Glass Melting in a Cold Crucible Induction Furnace, XV. International Congress on Glass 1989, Proceedings,
Vol. 3a, 1989, pages 72 to 77.

In der DE 199 39 780 A1 wird ein Skulltiegel für das Erschmelzen oder das Läutern von Gläsern und Glaskeramiken beschrieben, bei welcher die Tiegelwandung aus einem Kranz von Metallrohren gebildet wird, die an ein Kühlmedium anschließbar sind. Die Rohre des Kranzes sind mit einem Kurzschlussring kurzgeschlossen. Durch die Wahl der Position des Kurzschlussringes kann die Temperaturverteilung der Schmelze im Tiegel beeinflusst werden.In the DE 199 39 780 A1 a Skulltiegel for the melting or refining of glasses and glass ceramics is described, in which the crucible wall is formed from a ring of metal pipes, which are connectable to a cooling medium. The tubes of the ring are short-circuited with a short-circuit ring. By choosing the position of the short-circuit ring, the temperature distribution of the melt in the crucible can be influenced.

Die DE 199 39 785 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von farbigen Gläsern. Die sich aufgrund der großen Temperaturgradienten in einem Skulltiegel bildenden Konvektionsströme werden dazu genutzt, den Farbstoff für das Glas schnell in der Schmelze zu verteilen.The DE 199 39 785 A1 describes a method and apparatus for making colored glasses. The convection currents forming in a skull crucible due to the large temperature gradients are used to rapidly disperse the dye for the glass in the melt.

Weiterhin wird in der DE 101 38 109 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von optischen Gläsern beschrieben. Um der Glasschmelze Wasser zu entziehen, wird vorgeschlagen, mit einem gekühlten Platinrohr Chlorgas oder ein Chlor-Sauerstoff-Gemisch in die Schmelze einzuleiten.Furthermore, in the DE 101 38 109 A1 a method and an apparatus for producing optical glasses described. In order to extract water from the molten glass, it is proposed to introduce chlorine gas or a chlorine-oxygen mixture into the melt with a cooled platinum tube.

Allerdings ergeben sich durch den komplexen Aufbau, insbesondere aufgrund der hochfrequenztechnischen Anforderungen einer induktiv geheizten Skull-Schmelzeinrichtung gegenüber den genannten konduktiv heizenden Schmelzvorrichtungen völlig neue Anforderungen und Problemstellungen. Daher ist zunächst ein Übertragen aufgrund hoher Schmelztemperatur und sehr hohen Durchsätzen pro Tiegelvolumen vieler Lösungsansätze von konduktiv heizenden Vorrichtungen auf Skull-Schmelzvorrichtungen nicht ohne weiteres möglich.However, due to the complex structure, in particular due to the high-frequency technical requirements of an inductively heated Skull-melting device compared to said conductive heating melting devices completely new requirements and problems. Therefore, first, a transfer is due to high Melting temperature and very high throughput per pot volume of many solutions of conductive heating devices on skull melting devices not readily possible.

Grundsätzlich sind mit einer Skull-Schmelzvorrichtung hohe Einschmelzraten und somit Durchsätze realisierbar. Dies ist zwar wünschenswert, aber andererseits kann hierdurch unter Umständen die Qualität der Schmelze und damit des Endprodukts, z. B. durch thermische Reduktion leiden. Auch dies führt zu verschlechterten Transmissionseigenschaften des Glases.Basically with a skull melting device high melting rates and thus throughputs realizable. While this is desirable, but on the other hand, this may possibly the quality of the melt and thus the final product, eg. B. suffer from thermal reduction. This too leads to deteriorated transmission properties of the glass.

Ferner hängt die Einkopplungsrate der Hochfrequenzstrahlung von verschiedenen Parametern der Schmelze ab. Somit wird die Aufschmelzleistung nicht lediglich durch die von der Spulenanordnung emittierte Hochfrequenzleistung, sondern auch von den Schmelzenparametern und Tiegelgeometrien beschränkt.Further depends on that Coupling rate of high-frequency radiation of various parameters the melt from. Thus, the melting performance is not only by the high-frequency power emitted by the coil arrangement, but also limited by the melt parameters and crucible geometries.

Aus der DE 199 39 780 A1 ist ein Skulltiegel für das Erschmelzen oder das Läutern von Gläsern oder Glaskeramiken bekannt, welcher mit einem Kurzschlussring versehen ist. Mittels des Kurzschlussrings wird das Hochfrequenzfeld z. B. in den Bodenbereich gedrückt, wobei eine Konvektion der Schmelze erzeugt wird.From the DE 199 39 780 A1 is a Skulltiegel for the melting or refining of glasses or glass ceramics known, which is provided with a short-circuit ring. By means of the short-circuit ring, the high-frequency field z. B. pressed into the bottom area, wherein a convection of the melt is generated.

Ferner ist aus der DE 199 39 785 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von farbigen Gläsern bekannt. Hierbei wird die Schmelze im Zuge einer Weiterverarbeitung in einer Skulleinrichtung zugeführt, in welcher die Schmelze einer Konvektion unterworfen ist. Diese Skulleinrichtung ist hinter einer Einschmelzstation angeordnet.Furthermore, from the DE 199 39 785 A1 a method and an apparatus for producing colored glasses known. Here, the melt is fed in the course of further processing in a scarfing device, in which the melt is subjected to convection. This Skulleinrichtung is located behind a smelting station.

Die bekannten Skull-Schmelzvorrichtungen sind jedoch insbesondere hinsichtlich der Qualität und Homogenität der Schmelze als auch bezüglich der Aufschmelzleistung oder des Durchsatzes weiter verbesserungsfähig.The However, known skull melting devices are particularly in terms of the quality and homogeneity the melt as well as in terms of Melting power or throughput can be further improved.

Aus der WO 00/32525 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verglasung organischen Abfalls, insbesondere radioaktiven Abfalls bekannt, bei welchem/r die Zufuhr von der Oxidation der organischen Substanzen dienenden Sauerstoff sowohl von der Oberfläche als auch von der Unterseite eines Schmelztiegels vorgenommen wird. Die Zufuhr von Sauerstoff erfolgt im wesentlichen so, dass dieser lokal beschränkten Einfluss hat. Hierdurch wird jedoch der Redox-Zustand der Schmelze nur lokal geändert und tritt eine Homogenisierung der gesamten Schmelze nicht ein.From the WO 00/32525 For example, there is known a method and apparatus for glazing organic waste, in particular radioactive waste, in which the supply of oxygen serving for the oxidation of the organic substances is carried out both from the surface and from the underside of a crucible. The supply of oxygen is essentially such that it has locally limited influence. As a result, however, the redox state of the melt is changed only locally and does not occur a homogenization of the entire melt.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren, insbesondere eine Skull- Schmelzvorrichtung oder ein Skull-Schmelzverfahren zum Schmelzen einer Substanz, insbesondere von Glas oder Glaskeramik verfügbar zu machen, welche eine verbesserte Homogenität, eine erhöhte Aufschmelzleistung, einen erhöhten Durchsatz und/oder eine hohe Substanz- bzw. Glasqualität ermöglichen.Therefore It is an object of the present invention to provide a device and a method, in particular a skull melting device or a skull fusion method for melting a substance, in particular glass or glass ceramic available which has improved homogeneity, increased melting performance, one increased Throughput and / or a high substance or glass quality allow.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bekannte Skull-Schmelzvorrichtungen oder Skull-Schmelzverfahren weiter zu entwickeln und die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zu vermeiden oder zumindest zu mindern.A Another object of the present invention is known skull melting devices or Skull Fusion continue to develop and the disadvantages of known devices and Avoid or at least mitigate procedures.

Die Aufgabe der Erfindung wird in überraschend einfacher Weise bereits durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 20 gelöst.The The object of the invention is surprising simple way already by the subject of claims 1 and 20 solved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere Skull-Schmelzvorrichtung zum Schmelzen oder Einschmelzen einer Substanz oder Verbindung, insbesondere zum Schmelzen vom hochreinem, aggressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik umfasst einen, bevorzugt kühlbaren, z. B. wassergekühlten Tiegel oder Skulltiegel und eine Sendeeinrichtung für elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine um den Tiegel angeordnete Spulenanordnung. Die Sendeeinrichtung oder Spulenanordnung emittiert, insbesondere hochfrequente elektromagnetische Strahlung, welche in eine Schmelze, die sich in dem Tiegel befindet, eingekoppelt wird, so dass die Schmelze mittels der absorbierten Hochfrequenzleistung geheizt wird. Ferner ist eine Misch- oder Homogenisierungseinrichtung zum Mischen bzw. Homogenisieren der Schmelze vorgesehen, wobei die Misch- bzw. Homogenisierungseinrichtung dem Tiegel zugeordnet, z. B. an und/oder in diesem angeordnet sind, so dass das Mischen bzw. Homogenisieren in dem Tiegel oder Einschmelztiegel stattfinden kann.The device according to the invention, in particular skull melting device for melting or melting a substance or compound, in particular for melting of high-purity, aggressive and / or high-melting Glass or glass ceramic comprises a, preferably coolable, z. B. water-cooled crucible or Skulltiegel and a transmitting device for electromagnetic radiation, in particular a coil arrangement arranged around the crucible. The transmitting device or coil arrangement emits, in particular high-frequency electromagnetic Radiation, which is in a melt, which is in the crucible, is coupled, so that the melt absorbed by the High frequency power is heated. Further, a mixing or homogenizing device intended for mixing or homogenizing the melt, wherein the Mixing or homogenizing associated with the crucible, z. B. on and / or are arranged in this, so that the mixing or Homogenizing can take place in the crucible or crucible.

Bevorzugt wird kontinuierlich aufzuschmelzendes Gemenge von oben etwa mittig auf die Schmelze aufgelegt und kontinuierlich flüssige Schmelze aus dem Tiegel entnommen.Prefers is continuously melted mixture from above approximately in the middle placed on the melt and continuously liquid melt from the crucible taken.

Die Erfinder haben festgestellt, dass sich durch das Mischen und/oder Homogenisieren der Schmelze bereits in dem Einschmelztiegel oder Skulltiegel ein überraschender Mehrfachnutzen erzielen lässt. Erstens wird ungeschmolzenes Gemenge, welches z. B. von oben in fester Form in die Schmelze fällt, durch erhöhte Durchmischung mit dem flüssigen Anteil der Schmelze schneller aufgeschmolzen. Überraschenderweise haben die Erfinder festgestellt, dass die effektive Kontaktfläche zwischen der Schmelze und dem zugeführten Gut stark vergrößert und somit die Schmelzleistung erhöht wird. Zweitens wird die Temperaturverteilung der Schmelze nivelliert. Drittens wird eine gleichmäßige Verteilung oder Durchmischung verschiedener Glasbestandteile, welche z. B. unterschiedliche Schmelztemperaturen und/oder Hochfrequenzankopplungs-Koeffizienten aufweisen können, erzielt. Viertens kann der Redox-Zustand des Glases eingestellt werden.The inventors have found that by mixing and / or homogenizing the melt already in the crucible or skull crucible a surprising multiple benefits can be achieved. First, unmelted mixture, which z. B. falls from above in solid form in the melt, melted faster by increased mixing with the liquid portion of the melt. Surprisingly, the inventors have found that the effective contact area between the melt and the supplied Good greatly increased and thus the melting performance is increased. Second, the temperature distribution of the melt is leveled. Third, a uniform distribution or mixing of different glass components, which z. B. different melting temperatures and / or Hochfrequenzankopplungs coefficients, achieved. Fourth, the redox state of the glass can be adjusted.

Die gefundenen Wirkmechanismen sind insbesondere in Verbindung mit der vorzugsweise verwendeten induktiven Hochfrequenzheizung relevant, da die Ankopplung oder Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung auch vom Aggregatzustand, der Temperatur und dem jeweiligen Glasbestandteil in der Schmelze abhängig sind. Insbesondere ist die Ankopplung an unaufgeschmolzene Gemengebestandteile sehr gering.The found mechanisms of action are particularly in connection with the preferably used inductive high-frequency heating relevant because the coupling or coupling of the electromagnetic radiation also of the physical state, the temperature and the respective glass component in dependent on the melt are. In particular, the coupling to unmelted batch constituents is very low.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren eignen sich besonders auch für hochschmelzende Gläser, bei welchen Schmelzentemperaturen von mindestens 1500°C oder 1600°C gefahren werden. Ferner können auch hervorragend aggressive Gläser, z. B. Zinksilikat- oder Lanthanboratgläser geschmolzen werden.The inventive device and the method are particularly suitable for high-melting glasses, in which melt temperatures of at least 1500 ° C or 1600 ° C driven become. Furthermore, can also excellent aggressive glasses, z. As zinc silicate or Lanthanboratgläser be melted.

Das Mischen oder Homogenisieren erfolgt bevorzugt kontaminationsfrei oder zumindest kontaminationsarm, was besonders für hochreine Gläser von großem Vorteil ist.The Mixing or homogenization is preferably carried out without contamination or at least low in contamination, which is especially high purity Glasses of great Advantage is.

Vorzugsweise wird die Schmelze zum Mischen oder Homogenisieren gezielt oder in vorbestimmter Weise in interne Bewegung versetzt oder es wird eine interne Bewegung angeregt, unterstützt und/oder aufrecht erhalten. Insbesondere wird eine vordefinierte Strömung, z. B. mit vordefinierter Strömungsgeschwindigkeit und/oder Strömungsrichtung in der Schmelze angeregt. Es kann z. B. durch gezielte Erzeugung einer Temperaturdifferenz in der Schmelze eine Konvektionsströmung verursacht, oder eine vorhandene Konvektionsströmung angeregt, unterstützt oder verstärkt werden.Preferably is the melt for mixing or homogenizing targeted or in predetermined way into internal movement or it will be a Encouraged, supported and / or sustained internal movement. In particular, a predefined flow, e.g. B. with predefined flow rate and / or flow direction in the melt excited. It can, for. B. by targeted generation of a Temperature difference in the melt causes a convection flow, or an existing convection flow stimulated, supported or reinforced become.

Das Mischen oder Homogenisieren kann mit oder ohne Einbringung von Material in die Schmelze induziert oder erzeugt werden.The Mixing or homogenizing can be done with or without incorporation of material be induced or generated in the melt.

Eine bevorzugte Form des materialeinbringenden Mischens umfasst das Einbringen von Gemenge, welches derart ausgebildet ist, dass bereits allein durch das Einbringen z. B. eine Strömung in der Schmelze angeregt wird. Zu diesem Zweck wird z. B. ein pelletiertes und/oder dragiertes Gemenge, in welches insbesondere Gasblasen eingeschlossen sind und/oder welches beim Aufschmelzen Gasblasen freisetzt, verwendet. Ohne diese Gasblasen kann auch das Gemenge pelletiert, dragiert und/oder anderweitig kompaktiert zugeführt werden. Im Sinne der Erfindung wird hierbei als Pelletieren das Zusammenbringen zu einem stabilen Festkörper, beispielsweise mittels Pressen verstanden. Als Dragieren wird eine mit einem, beispielsweise glasartigen Überzug versehende festkörperartige Struktur verstanden. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise sowohl eine Verstaubung durch das Zuführen granularen und feingranularen Materials vermieden und darüber hinaus die Füllrate wesentlich verbessert, da bei gleichem Volumenstrom ein deutlich erhöhter Materialeintrag in die Schmelze erfolgen kann. Ferner können Gemengebestandteile durch feinkörnigeres Material substituiert werden, ohne dass es zu erhöhter Verstaubung kommt, wobei es durch das feinkörnige Material mittels verkürzter Diffusionswege zu einer optimierten Aufschmelzgeschwindigkeit kommt.A preferred form of material-introducing mixing comprises introduction of mixtures, which is designed so that alone by introducing z. B. a flow in the melt is excited becomes. For this purpose, z. B. a pelleted and / or sugar-coated Mixture in which in particular gas bubbles are enclosed and / or which releases gas bubbles during melting used. Without these Gas bubbles may also be pelleted, sugar coated and / or otherwise mixed supplied compacted become. For the purposes of the invention is in this case as pelleting the Bringing together a stable solid, for example by means of Pressing understood. As a dragging one with one, for example glassy coating solid-like Structure understood. This is in a particularly advantageous manner both a dusting by feeding granular and fine granular Materials avoided and above addition, the fill rate significantly improved because at the same volume flow a clear increased Material entry can take place in the melt. Furthermore, batch components by fine-grained Substituted material without causing increased dustiness comes, passing it through the fine-grained material by means of shortened Diffusion paths to an optimized melting speed comes.

Alternativ oder ergänzend wird vorzugsweise ein z. B. zu Stäben geformtes Gemenge, welches insbesondere durch rotierendes Absinken in die Schmelze ein Mischen oder Homogenisieren bewirkt aufgelegt. Die z. B. propellerförmigen Stäbe definieren insbesondere einen sich selbst auflösenden Rührer.alternative or in addition is preferably a z. B. shaped rods to bars, which in particular by rotating into the melt, mixing or homogenizing causes hung up. The z. B. propeller-shaped rods define in particular a self-dissolving one Stirrer.

Alternativ oder ergänzend kann auch eine externe Rühreinrichtung, insbesondere aus beschichtetem Metall zum mechanischen Rühren oder ein in die Schmelze eintauchender und sich, z. B. durch Schmelzen selbstauflösender Rührer aus dem Schmelzenmaterial vorgesehen sein.alternative or in addition can also be an external stirring device, in particular of coated metal for mechanical stirring or a immersed in the melt and, for. B. by melting self-dissolving stirrer be provided the melt material.

Gemäß der Erfindung ist außerdem eine Einrichtung zum Einleiten von Gas oder Gasblasen mittels einer oder mehrerer Gasdüsen in die Schmelze vorgesehen. Die Gasdüse ist vorzugsweise gekühlt, insbesondere flüssigkeitsgekühlt, z. B. wassergekühlt und ist bevorzugt am Boden des Tiegels angeordnet. Die Kühlung der Gasdüse kann mit der Kühlung des Tiegels verbunden oder separat ausgebildet sein.According to the invention is also a device for introducing gas or gas bubbles by means of a or more gas nozzles provided in the melt. The gas nozzle is preferably cooled, in particular liquid cooled, z. B. water cooled and is preferably located at the bottom of the crucible. The cooling of the gas nozzle can with the cooling of the crucible connected or formed separately.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ragt die Gasdüse zumindest abschnittsweise durch den Boden des Tiegels und erstreckt sich in das Innere des Tiegels hinein. Insbesondere erstreckt sich eine Spitze der Gasdüse bis an oder in die Schmelze, so dass aus der Gasdüse oder Spitze austretendes Gas in Form von Gasblasen in die Schmelze aufsteigt. Dieses ”Bubbling” bewirkt in besonders einfacher Weise ein Durchmischen und Homogenisieren der Schmelze in dem Aufschmelztiegel.According to one particularly preferred embodiment sticks out the gas nozzle at least in sections through the bottom of the crucible and extends into the interior of the crucible. In particular, extends a tip of the gas nozzle up to or into the melt, leaving the gas nozzle or Tip escaping gas in the form of gas bubbles rises in the melt. This "bubbling" causes in a particularly simple manner mixing and homogenizing the melt in the crucible.

Vorzugsweise wird O2-enthaltendes Gas verwendet, was sich insbesondere für Bleisilikatgläser als sehr vorteilhaft erweist. In diesen wird nämlich bei hoher Schmelzentemperatur, welche für eine hohe Aufschmelzleistung verwendet wird, das Blei thermisch reduziert. Dies wiederum bewirkt ähnlich einer Platinkontamination eine Transmissionverschlechterung des Glases welches bis zu einer starken Verfärbung führen kann, welches das erschmolzene Glas vollständig unbrauchbar macht. Durch das Einleiten von Sauerstoff in die Schmelze wird verhindert, dass das Blei reduziert wird, so dass über die Gaseinleitung eine effektive Steuerung des Redoxzustandes des Glases erzielt wird. Dadurch kann sogar z. B. für Bleisilikatglas eine Aufschmelzleistung von etwa 500 kg/Tag, 800 kg/Tag, 1000 kg/Tag oder mehr erzielt werden und gleichzeitig eine wesentliche Transmissionverschlechterung vermieden oder zumindest gemindert werden.O 2 -containing gas is preferably used, which proves to be very advantageous, in particular, for lead silicate glasses. In fact, in these, the lead is thermally reduced at high melt temperature, which is used for a high Aufschmelzleistung. This, in turn, causes transmission degradation of the glass similar to platinum contamination which can lead to severe discoloration affecting the molten glass completely unusable. By introducing oxygen into the melt, the lead is prevented from being reduced so that effective control of the redox state of the glass is achieved via the introduction of gas. This can even z. B. for lead silicate glass melting performance of about 500 kg / day, 800 kg / day, 1000 kg / day or more can be achieved and at the same time a significant transmission deterioration avoided or at least mitigated.

Bevorzugt ist der Abschnitt der Düse, welcher in die Schmelze ragt, also z. B. die Spitze aus kontaminationsarmem Material, z. B. einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, Magnesium oder Beryllium gefertigt oder ist zumindest mit einem solchen Material beschichtet. Eine Beschichtung mit Polytetrafluorethylen (Teflon®) erscheint ebenfalls möglich.Preferably, the portion of the nozzle which projects into the melt, so z. B. the tip of low-contamination material, eg. B. a light metal, in particular aluminum, magnesium or beryllium or is coated at least with such a material. A coating with polytetrafluoroethylene ( Teflon® ) also appears possible.

Um nach einem ”Zufrieren” der Gasdüse, d. h. nach einer Ausbildung einer festen Substanz- oder Glasschicht über der Gasdüse, diese zu öffnen bzw. diese wieder frei zu machen, umfasst die Gasdüse eine Einrichtung zum Durchstoßen einer festen Substanz- oder Skullschicht. Diese Einrichtung zum Durchstoßen ist insbesondere als Nadel, z. B. aus hochtemperaturbeständigem Material, wie Wolfram oder ähnlichem Metall, gefertigt. Vorzugsweise ist die Nadel im Zentrum der Gasdüse, vorzugsweise längsverschieblich angeordnet.Around after a "freezing" of the gas nozzle, d. H. after formation of a solid substance or glass layer over the gas nozzle, to open these or to make them free again, the gas nozzle includes a Device for puncturing a solid substance or skull layer. This device is to pierce especially as a needle, z. B. of high temperature resistant material, like tungsten or similar Metal, made. Preferably, the needle is in the center of the gas nozzle, preferably longitudinal displacement arranged.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente bezeichnen.in the The invention is based on preferred embodiments and with reference to the figures, wherein like reference numerals same or similar Designate elements.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Schnittzeichnung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Gasdüse, 1 a schematic sectional view of a first embodiment of the device according to the invention with a gas nozzle,

2 eine schematische Draufsicht von oben auf einen Ausschnitt des Tiegelsbodens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, 2 a schematic plan view from above of a section of the crucible bottom according to the first embodiment of the invention,

3 eine schematische Schnittzeichnung eines Ausschnitts des Tiegelsbodens entlang der Schnittlinie A-A in 2, 3 a schematic sectional view of a section of the crucible bottom along the section line AA in 2 .

4 eine schematische Schnittzeichnung eines oberen Abschnitts der Gasdüse gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, 4 a schematic sectional view of an upper portion of the gas nozzle according to the first embodiment of the invention,

5 ein Längsschnitt der Gasdüse gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, 5 a longitudinal section of the gas nozzle according to the first embodiment of the invention,

6 ein Querschnitt der Gasdüse entlang der Schnittlinie B-B in 5, 6 a cross section of the gas nozzle along the section line BB in 5 .

7 eine schematische Schnittzeichnung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, 7 a schematic sectional view of a second embodiment of the invention,

8 eine schematische Schnittzeichnung einer dritten Ausführungsform der Erfindung, 8th a schematic sectional view of a third embodiment of the invention,

9 eine schematische Schnittzeichnung einer vierten Ausführungsform der Erfindung und 9 a schematic sectional view of a fourth embodiment of the invention and

10 eine schematische perspektivische Darstellung eines selbstauflösenden Rührers gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung und 10 a schematic perspective view of a self-resolving stirrer according to a fifth embodiment of the invention and

11 eine schematische Schnittzeichnung der ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Läuterrinne und einer Homogenisierungswanne. 11 a schematic sectional view of the first embodiment of the invention with a Läuterrinne and a Homogenisierungswanne.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Einschmelzen von Glas mit einem gekühlten, z. B. wassergekühlten Tiegel oder Einschmelztiegel 10. Um den Tiegel 10 ist eine Sendeeinrichtung für elektromagnetische Strahlung in Form einer Spulenanordnung 30 angeordnet. Mittels der Spulenanordnung wird Hochfrequenzleistung in eine Schmelze 40 z. B. aus Bleisilikatglas eingekoppelt und damit die Schmelze 40 geheizt. Es wird mit einer Hochfrequenz von etwa 250 kHz bis etwa 400 kHz bei einer Sendeleistung von etwa 200 kW bis etwa 300 kW oder höher gearbeitet. Die Temperatur der Schmelze beträgt im Bereich von 1200°C bis 2000°C. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention 1 for melting glass with a cooled, z. As water-cooled crucible or crucible 10 , To the crucible 10 is a transmitting device for electromagnetic radiation in the form of a coil arrangement 30 arranged. By means of the coil arrangement, high-frequency power is converted into a melt 40 z. B. from lead silicate glass and thus the melt 40 heated. It is operated at a high frequency of about 250 kHz to about 400 kHz with a transmission power of about 200 kW to about 300 kW or higher. The temperature of the melt is in the range of 1200 ° C to 2000 ° C.

Der Tiegel 10 umfasst einen wassergekühlten ringförmigen Wandabschnitt 12 und einen wassergekühlten Boden 14. Der Wandabschnitt 12 und der Boden 14 bilden zusammen die gekühlte Wandung des Tiegels 10 und umfassen jeweils mäanderartig angeordnete und voneinander beabstandete Metallrohre 16, wie am besten in den 2 und 3 zu sehen ist. Die Metallrohre 16 weisen einen Querschnitt von etwa 2 cm und Spalten von 5 mm zwischen den Rohren 16 auf, so dass die Tiegelwandung bei ungefülltem Tiegel 10 zunächst flüssigkeitsdurchlässig ist.The crucible 10 includes a water-cooled annular wall section 12 and a water-cooled floor 14 , The wall section 12 and the ground 14 together form the chilled wall of the crucible 10 and each comprise meandering and spaced metal tubes 16 how best in the 2 and 3 you can see. The metal pipes 16 have a cross section of about 2 cm and 5 mm gaps between the tubes 16 on, so that the crucible wall with unfilled crucible 10 initially liquid permeable.

Durch die Kühlung des Wandabschnitts 12 und des Bodens 14, also der Tiegelwandung bildet sich im Kontaktbereich der Schmelze 40 und der Tiegelwandung eine feste geschlossene Skullschicht 42 aus arteigenem Material, d. h. in diesem Ausführungsbeispiel aus Glas, wodurch die Anordnung aus dem Tiegel 10 und der festen Skullschicht 42 flüssigkeitsdicht wird. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung des Tiegels die einzelnen Rohre 16 und die Skullschicht 42 nicht.By cooling the wall section 12 and the soil 14 , So the crucible wall is formed in the contact area of the melt 40 and the crucible wall a tight closed skull layer 42 made of material of inherent material, ie in this embodiment of glass, whereby the arrangement of the crucible 10 and the solid skull layer 42 becomes liquid-tight. 1 shows a schematic representation of the crucible, the individual tubes 16 and the skull layer 42 Not.

Weiter Bezug nehmend auf 1 wird festgehalten, dass die Schmelzvorrichtung kontinuierlich betrieben wird, so dass regelmäßig Gemenge durch eine im wesentlichen zentrale Öffnung 20 in einer Abdeckung 18 des Tiegels 10 auf die Schmelze aufgelegt wird. Ferner wird kontinuierlich Schmelze über eine Auslassöffnung 22 des Tiegels 10 entnommen.Further referring to 1 it is noted that the melter is operated continuously so that blends through a generally central orifice regularly occur 20 in a cover 18 of the crucible 10 is placed on the melt. Furthermore, there is continuous melt over an outlet opening 22 of the crucible 10 taken.

Eine gekühlte Brücke 24 taucht in der Nähe der Auslassöffnung 22 zumindest etwa 3 cm bis 5 cm tief in die Schmelze 40 ein, um ungeschmolzene oder unaufgelöste Gemengebestandteile von der Auslassöffnung 22 fernzuhalten.A cooled bridge 24 dives near the outlet 22 at least about 3 cm to 5 cm deep in the melt 40 one to unmelted or undissolved batch ingredients from the outlet port 22 keep.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiter zwei Brenner 26, 28, welche durch Öffnungen in der Abdeckung 18 Flammen 27, 29 auf den Tiegelinhalt bzw. eine Oberfläche 41 der Schmelze 40 richten. Hierbei dient der Brenner 26 zum initialen Schmelzen des Tiegelinhalts beim Anfahren der Vorrichtung 1, z. B. nach einem Tiegelwechsel und der Brenner 28 zum kontinuierlichen Nacherhitzen der Schmelze 40 in der Auslassöffnung 22.The device 1 further includes two burners 26 . 28 passing through openings in the cover 18 Flames 27 . 29 on the crucible contents or a surface 41 the melt 40 judge. This serves the burner 26 for initial melting of the crucible contents when starting the device 1 , z. B. after a crucible change and the burner 28 for continuous reheating of the melt 40 in the outlet opening 22 ,

Am Boden 14 des Tiegels 10 ist eine Misch- oder Homogenisierungseinrichtung in Form einer Gasdüse 50 angeordnet. Die Gasdüse 50 ragt abschnittsweise in den Tiegel hinein, und leitet das Gas in die Schmelze 40 ein.On the ground 14 of the crucible 10 is a mixing or homogenizing device in the form of a gas nozzle 50 arranged. The gas nozzle 50 projects sectionwise into the crucible, and passes the gas into the melt 40 one.

Ferner ist die Gasdüse 50 exzentrisch, in diesem Ausführungsbeispiel etwa mittig zwischen dem Zentrum und dem Rand des runden Tiegels 10 und gegenüber der Auslassöffnung 22 angeordnet. Diese Position hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, da eine durch Temperaturdifferenz in der Schmelze ohnehin vorhandene zentral von einem heißen Kern 43 aufsteigende und am Rand abfallende Konvektionsströmung 54 unterstützt wird und gleichzeitig zentral durch die Öffnung 20 aufgelegtes Gemenge mittels der Gasblasen 52 von der kalten Tiegelwand 12 fern gehalten wird. Die im wesentlichen ringförmige Strömung 54 bewirkt vorteilhafterweise eine effektive Durchmischung und Homogenisierung der Schmelze und sorgt damit für einen Temperaturausgleich und eine gleichmäßige Materialverteilung in der Schmelze.Further, the gas nozzle 50 eccentric, in this embodiment approximately centrally between the center and the edge of the round crucible 10 and opposite the outlet opening 22 arranged. This position has proved to be very advantageous, since a temperature difference in the melt anyway present centrally of a hot core 43 ascending and descending convective flow 54 supported and at the same time centrally through the opening 20 Applied mixture by means of gas bubbles 52 from the cold crucible wall 12 kept away. The substantially annular flow 54 advantageously causes effective mixing and homogenization of the melt and thus ensures a temperature balance and a uniform distribution of material in the melt.

In diesem Beispiel enthalten die Gasblasen O2, um gleichzeitig Blei in der Bleisilikatglasschmelze 40 zu oxidieren.In this example, the gas bubbles contain O 2 to simultaneously lead in the lead silicate glass melt 40 to oxidize.

2 zeigt eine schematische Ansicht von oben auf den Tiegelboden 14 mit der Gasdüse 50, welche in einer Öffnung 15 oder Aussparung in dem Tiegelboden 14 zwischen den mäanderförmig verlaufenden Metallrohren 16 angeordnet ist. 2 shows a schematic view from above on the bottom of the crucible 14 with the gas nozzle 50 which is in an opening 15 or recess in the crucible bottom 14 between the meandering metal pipes 16 is arranged.

Wie weiter in 3 dargestellt ist, bildet sich die Skullschicht 42 nicht nur an dem gekühlten Boden 14 des Tiegels, sondern auch an der gekühlten Gasdüse 50 aus. Die entweichenden Gasblasen 52 sorgen allerdings dafür, dass eine Öffnung der Gasdüse dauerhaft freigehalten wird.As in further 3 is shown, the Skullschicht forms 42 not only on the cooled floor 14 of the crucible, but also on the cooled gas nozzle 50 out. The escaping gas bubbles 52 However, ensure that an opening of the gas nozzle is kept permanently.

Trotzdem kann es, z. B. durch eine Unterbrechung der Gaszufuhr dazu kommen, dass sich die feste Skullschicht 42 über einer Auslassöffnung 56 der Gasdüse 50 schließt, so dass kein Gas mehr aus der Düse 50 austreten kann. Dieser Zustand ist in 4 dargestellt. Um die Öffnung 56 wieder freizumachen, umfasst die Gasdüse eine Nadel 58, welche in Richtung des Pfeils 59 längsverschieblich innerhalb eines Kanals 60 im Zentrum der Gasdüse angeordnet ist. Mit einer Spitze 62 der Nadel 58 kann somit ein über der Gasaustrittsöffnung 56 liegender Abschnitt 42a der Skullschicht 42 durchstoßen, und so die Gasaustrittsöffnung 56 wieder freigemacht werden.Nevertheless, it can, for. B. by an interruption of the gas supply come to the fact that the solid Skullschicht 42 above an outlet opening 56 the gas nozzle 50 closes, leaving no gas from the nozzle 50 can escape. This condition is in 4 shown. Around the opening 56 To free up again, the gas nozzle comprises a needle 58 pointing in the direction of the arrow 59 longitudinally displaceable within a channel 60 is arranged in the center of the gas nozzle. With a tip 62 the needle 58 thus one can over the gas outlet opening 56 lying section 42a the skull layer 42 pierced, and so the gas outlet opening 56 be released again.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein oberer Abschnitt 51 der Gasdüse 50, welcher in den Tiegel 10 ragt und zumindest abschnittsweise in direktem Kontakt mit der Skullschicht 42 steht, bevorzugt aus nichtkontaminierendem oder zumindest kontaminationsarmem Material gefertigt ist. Als kontaminationsarm werden im Sinne der Erfindung solche Materialien angesehen, welche die Glasqualität im wesentlichen nicht oder wenig beeinträchtigen. Dies sind insbesondere Leichtmetalle, wie z. B. Aluminium. Aluminium tritt zwar in die Schmelze ein, Aluminiumionen oder Aluminiumverbindungen wirken sich aber im wesentlichen nicht oder wenig nachteilig auf die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transmission des Glases aus. Die Kühlung der Gasdüse 50 sorgt andererseits dafür, dass die Gasdüse 50 den hohen Temperaturen im Tiegel 10 standhält.The inventors have found that an upper section 51 the gas nozzle 50 which is in the crucible 10 protrudes and at least partially in direct contact with the skull layer 42 is preferably made of nichtkontaminierendem or at least low contamination material. For the purposes of the invention, such materials are considered to be low in contamination and do not affect the glass quality substantially or only slightly. These are in particular light metals, such as. As aluminum. Although aluminum enters the melt, aluminum ions or aluminum compounds have essentially no or little negative effect on the optical properties, in particular the transmission of the glass. The cooling of the gas nozzle 50 on the other hand ensures that the gas nozzle 50 the high temperatures in the crucible 10 withstand.

Ferner hat sich die Verwendung eines Metalls mit hohem Schmelzpunkt, z. B. höher als 2000°C, insbesondere Molybdän, Iridium, Wolfram oder eine Wolframverbindung als vorteilhaft für die Nadel 58 erwiesen.Furthermore, the use of a high melting point metal, e.g. B. higher than 2000 ° C, in particular molybdenum, iridium, tungsten or a tungsten compound as advantageous for the needle 58 proved.

5 zeigt die Gasdüse 50 in einem Längsschnitt. Die Gasdüse 50 umfasst die Gasaustrittsöffnung 56 und den Gaskanal 60, in welchem die Nadel 58 verläuft und geführt ist. Mittels einer Verschiebeeinrichtung 64 kann die Nadel 58 parallel zu dem Kanal 60 innerhalb der Gasdüse 50 verschoben werden. Die Gasdüse 50 umfasst ferner einen Gaseinlass 66 und eine Dichtung 68 für die Nadel 58. Der obere Abschnitt 51 der Gasdüse 50 umfasst Aluminium oder eine aluminiumhaltige Legierung, wobei ein unterer Abschnitt 53 der Gasdüse 50 aus Messing gefertigt ist. Der obere und untere Abschnitt 51, 53 sind durch Dichtungen 70 fluiddicht gegeneinander gedichtet. Im unteren Abschnitt 53 befindet sich ein Kühlwassereinlass 72 und ein Kühlwasserauslass 74, so dass die Gasdüse mittels Wasserdurchfluss effektiv gekühlt werden kann. 5 shows the gas nozzle 50 in a longitudinal section. The gas nozzle 50 includes the gas outlet opening 56 and the gas channel 60 in which the needle 58 runs and is guided. By means of a displacement device 64 can the needle 58 parallel to the channel 60 inside the gas nozzle 50 be moved. The gas nozzle 50 further includes a gas inlet 66 and a seal 68 for the needle 58 , The upper section 51 the gas nozzle 50 includes aluminum or an aluminum-containing alloy, with a lower section 53 the gas nozzle 50 made of brass. The upper and lower sections 51 . 53 are through seals 70 fluid-tight sealed against each other. In the lower section 53 there is a cooling water inlet 72 and a cooling water outlet 74 , so that the gas nozzle by means of water flow can be effectively cooled.

Bezugnehmend auf 6, welche einen Querschnitt der Düse darstellt, ist gezeigt, dass sich der untere Abschnitt 53 parallel zu einer Längsachse L der Gasdüse 50 in zwei Hälften 53a, 53b, welche elektrisch gegeneinander isoliert sind, aufteilt.Referring to 6 showing a cross section of the nozzle, it is shown that the lower section 53 parallel to a longitudinal axis L of the gas nozzle 50 in two halves 53a . 53b , which are electrically isolated from each other, divides.

7 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 101 mit einer alternativen Einrichtung 150 zum Durchmischen und Homogenisieren der Schmelze 40. Über ein Förderband 154 wird zu Pellets, Dragees und/oder Kugeln 156 geformtes Glasgemenge durch die Öffnung 20 in die Schmelze 40 eingebracht. Die Glaskugeln 156 umfassen einen äußeren Randbereich 158 und einen inneren Kernbereich 160. Der Randbereich 158 umfasst im wesentlichen Glas von der Zusammensetzung der Schmelze 40. Der Kernbereich 160 umfasst eine Substanz, welche in der Schmelze ein Gas bzw. Gasblasen 152 freisetzt, wenn der Randbereich 158 aufgeschmolzen ist. Die Substanz im Kernbereich 160 kann ein Gas, eine Flüssigkeit, z. B. Wasser oder ein festes Material, z. B. ein Salz umfassen, welche in Zusammenwirkung mit der heißen Schmelze 40 die Gasblasen 152 freisetzen. 7 shows a second embodiment of the device according to the invention 101 with an alternative device 150 for mixing and homogenizing the melt 40 , About a conveyor belt 154 becomes pellets, dragées and / or balls 156 shaped glass batch through the opening 20 in the melt 40 brought in. The glass balls 156 include an outer edge area 158 and an inner core area 160 , The border area 158 essentially comprises glass of the composition of the melt 40 , The core area 160 comprises a substance which in the melt is a gas or gas bubbles 152 releases when the edge area 158 is melted. The substance in the core area 160 may be a gas, a liquid, eg. As water or a solid material, for. B. include a salt, which in cooperation with the hot melt 40 the gas bubbles 152 release.

Durch ein Absinken der Glaskugeln 156 in einem linken Abschnitt 40a der Schmelze und ein Aufsteigen der Gasblasen 152 in einem rechten Abschnitt 40b der Schmelze 40 wird eine im wesentlichen ringförmige Strömung innerhalb der Schmelze 40 erzeugt oder induziert. Es kann aber auch, wie in 1 gezeigt ist, eine ohnehin vorhandene Konvektionsströmung unterstützt werden.By lowering the glass balls 156 in a left section 40a the melt and an increase of the gas bubbles 152 in a right section 40b the melt 40 becomes a substantially annular flow within the melt 40 generated or induced. But it can also, as in 1 is shown, an already existing convection flow are supported.

8 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 201, bei welcher mittels einer Mischungs- und Homogenisierungseinrichtung 250 stabförmig gepresste Gemengekörper 256 in die Schmelze 40 eingebracht werden. Die stabförmigen Körper 256 sind z. B. von propellerartiger Form und rotieren beim Absinken innerhalb der Schmelze 40 unter gleichzeitiger Aufschmelzung der Körper 256 und erzeugen dabei Strömungsvorgänge in der Schmelze 40. 8th shows a third embodiment of the device according to the invention 201 in which by means of a mixing and homogenizing device 250 rod-shaped pressed mixture body 256 in the melt 40 be introduced. The rod-shaped body 256 are z. B. of propeller-like shape and rotate when descending within the melt 40 with simultaneous melting of the body 256 and thereby generate flow processes in the melt 40 ,

9 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 301 mit einem Rührer 350, welcher die Schmelze 40 in dem Einschmelztiegel 10 durch rotierende Bewegung mechanisch in Strömung versetzt. 9 shows a fourth embodiment of the device according to the invention 301 with a stirrer 350 which is the melt 40 in the melting pot 10 mechanically rotated by rotating motion.

10 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines langgestreckten Rührers 350'. Der Rührer 350' ist im wesentlichen aus dem Glas hergestellt, z. B. gepresst, welches auch die Schmelze 40 bildet. Der Rührer 350' wird entlang seiner Längsachse 352 z. B. ähnlich dem Rührer 350 in 9 von oben in die Schmelze 40 eingeführt und um seine Achse 352 gedreht. Der Rührer 350' umfasst drei sich vom Zentrum weg erstreckende Rührarme und löst sich selbst durch Abschmelzen in der Schmelze 40 auf. Um eine kontinuierliche Glaszugabe und Rührung zu gewährleisten, wird der Rührer 350' entsprechend kontinuierlich von oben nachgeführt. 10 shows a preferred embodiment of an elongated agitator 350 ' , The stirrer 350 ' is essentially made of glass, for. B. pressed, which is also the melt 40 forms. The stirrer 350 ' becomes along its longitudinal axis 352 z. B. similar to the stirrer 350 in 9 from above into the melt 40 introduced and around its axis 352 turned. The stirrer 350 ' comprises three stirring arms extending away from the center and dissolves itself by melting in the melt 40 on. To ensure continuous glass addition and stirring, the stirrer becomes 350 ' accordingly continuously tracked from above.

11 zeigt die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer angeschlossenen Läuterrinne 80 und einer zusätzlichen externen Homogenisierungseinrichtung 90. Es wird kontinuierlich flüssiges Glas aus dem Tiegel 10 entlang des Pfeils 82 in die Läuterrinne 80 und von dort entlang des Pfeils 84 weiter in die externe Homogenisierungseinrichtung 90 geführt. Die externe Homogenisierungseinrichtung 90 umfasst einen Glasauslass 92 zum Gießen, z. B. in eine Form und/oder zur Weiter- oder Endbearbeitung des Glases zu einem Glasprodukt oder Glaskeramikprodukt. 11 shows the first embodiment of the device according to the invention 1 with an attached lauter trough 80 and an additional external homogenizer 90 , It is continuously liquid glass from the crucible 10 along the arrow 82 into the lauter trough 80 and from there along the arrow 84 further into the external homogenizer 90 guided. The external homogenizer 90 includes a glass outlet 92 for casting, z. B. in a form and / or for further or finishing of the glass to a glass product or glass ceramic product.

Durch ein Läutern des Glases in der Läuterrinne 80 und ein Nachhomogenisieren in der externen Homogenisierungseinrichtung 90 wird die Qualität des Glases weiter verbessert. Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielte Glasqualität kann aber auch bereits so hoch sein, dass die Läuterrinne 80 und/oder die Homogenisierungseinrichtung nicht notwendig sind, so dass die Glasschmelze 40 bereits an der Auslassöffnung 22 für die Weiter- oder Endbearbeitung zur Verfügung steht.By refining the glass in the lautering channel 80 and post-homogenizing in the external homogenizer 90 the quality of the glass is further improved. However, the glass quality achieved with the device according to the invention can already be so high that the Läuterrinne 80 and / or the homogenizing device are not necessary, so that the molten glass 40 already at the outlet opening 22 is available for further or final processing.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.It It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the above described embodiments limited is and in more diverse Way can be varied without departing from the spirit of the invention.

Claims (18)

Vorrichtung (1, 101, 201, 301) zum Schmelzen einer Substanz, insbesondere zum Schmelzen von hochreinem, agressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik, umfassend einen Einschmelztiegel (10), eine Sendeeinrichtung (30) für elektromagnetische Strahlung, wobei mittels der Strahlung Energie in eine, in dem Einschmelztiegel (10) anordenbare Schmelze (40) einkoppelbar ist und eine Mischeinrichtung oder Homogenisierungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 350'), wobei die Mischeinrichtung oder Homogenisierungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 350') dem Einschmelztiegel (10) zugeordnet ist, wobei die Mischeinrichtung oder Homogenisierungseinrichtung eine Einrichtung zum Einleiten von Gas oder Gasblasen (52) in die Schmelze (40) mit einer oder mehreren Gasdüsen (50) umfasst, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (58) zum Durchstoßen einer an der Tiegelwandung (12, 14) über einer Auslassöffnung (56) der Gasdüse(n) (50) befindlichen festen Skullschicht (42, 42a).Contraption ( 1 . 101 . 201 . 301 ) for melting a substance, in particular for melting high-purity, aggressive and / or high-melting glass or glass ceramic, comprising a melting crucible ( 10 ), a transmitting device ( 30 ) for electromagnetic radiation, whereby by means of the radiation energy in a, in the melting pot ( 10 ) can be arranged melt ( 40 ) and a mixing device or homogenizing device ( 50 . 150 . 250 . 350 . 350 ' ), wherein the mixing device or homogenizing device ( 50 . 150 . 250 . 350 . 350 ' ) the melting pot ( 10 ), wherein the mixing device or homogenizing device comprises a device for introducing gas or gas bubbles ( 52 ) in the melt ( 40 ) with one or more gas nozzles ( 50 ), characterized by a device ( 58 ) for piercing one on the crucible wall ( 12 . 14 ) above an outlet opening ( 56 ) of the gas nozzle (s) ( 50 ) fixed skull layer ( 42 . 42a ). Vorrichtung (1, 101, 201, 301) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschmelztiegel (10) eine Ausflussöffnung (22) für die Schmelze (40) und eine, insbesondere gekühlte Brücke (24), welche in die Schmelze (40) eintaucht, umfasst, wobei mittels der Brücke (24) ungeschmolzene Gemengeanteile von der Ausflussöffnung (22) ferngehalten werden.Contraption ( 1 . 101 . 201 . 301 ) according to claim 1, characterized in that the crucible ( 10 ) an outflow opening ( 22 ) for the melt ( 40 ) and a, in particular cooled bridge ( 24 ), which in the melt ( 40 ), wherein by means of the bridge ( 24 ) unmelted batch portions from the outflow opening ( 22 ) are kept away. Vorrichtung (301) gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Rühreinrichtung (350, 350') umfasst, welche dem Einschmelztiegel (10) zugeordnet ist.Contraption ( 301 ) according to one of the two preceding claims, characterized in that the device comprises a stirring device ( 350 . 350 ' ), which the melting pot ( 10 ) assigned. Vorrichtung (301) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rührer (350') umfasst ist, welcher in der Schmelze (40) auflösbar oder schmelzbar ist.Contraption ( 301 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a stirrer ( 350 ' ), which in the melt ( 40 ) dissolvable or meltable. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse(n) (50) gekühlt, insbesondere flüssigkeitsgekühlt ist(sind).Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas nozzle (s) ( 50 ) is cooled, in particular liquid-cooled (are). Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse (50) am Boden (14) des Einschmelztiegels (10) angeordnet ist.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas nozzle ( 50 ) on the ground ( 14 ) of the melting pot ( 10 ) is arranged. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Abschnitt (51) der Gasdüse (50) in das Innere des Einschmelztiegels (10) hineinragt und/oder der erste Abschnitt (51) kontaminationsarmes Material, insbesondere Leichtmetall, z. B. Aluminium umfasst.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least a first section ( 51 ) of the gas nozzle ( 50 ) into the interior of the melting pot ( 10 ) and / or the first section ( 51 ) Contaminationsarmes material, in particular light metal, z. B. aluminum includes. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (58) im Zentrum der Gasdüse (50) angeordnet ist.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the needle ( 58 ) in the center of the gas nozzle ( 50 ) is arranged. Verfahren zum Schmelzen einer Substanz, insbesondere zum Schmelzen von hochreinem, agressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik, insbesondere zum Betreiben der Vorrichtung (1, 101, 201, 301) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das Verfahren umfassend Bereitstellen eines Einschmelztiegels (10), Bereitstellen einer Sendeeinrichtung (30) für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Kühlen des Einschmelztiegels (10), Heizen einer in dem Einschmelztiegel befindlichen Schmelze mittels elektromagnetischer Strahlung, welche von der Sendeeinrichtung (30) emittiert wird und Mischen oder Homogenisieren der Schmelze (40), dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen oder Homogenisieren der Schmelze (40) in dem Einschmelztiegel (10) stattfindet und zum Mischen oder Homogenisieren über eine oder mehrere Gasdüsen (50) ein Gas oder Gasblasen (52) in die Schmelze eingeleitet werden, wobei eine sich an der Tiegelwandung (12, 14) über einer Auslassöffnung 56 der Gasdüse(n) (50) befindliche feste Skullschicht (42, 42a) mittels einer Einrichtung (58) durchstoßen wird.Method for melting a substance, in particular for melting highly pure, aggressive and / or high-melting glass or glass ceramic, in particular for operating the device ( 1 . 101 . 201 . 301 ) according to one of the preceding claims, the method comprising providing a melting crucible ( 10 ), Providing a transmitting device ( 30 ) for electromagnetic radiation, in particular cooling of the melting crucible ( 10 ), Heating a melt contained in the crucible by means of electromagnetic radiation, which from the transmitting device ( 30 ) and mixing or homogenizing the melt ( 40 ), characterized in that the mixing or homogenization of the melt ( 40 ) in the crucible ( 10 ) and for mixing or homogenizing via one or more gas nozzles ( 50 ) a gas or gas bubbles ( 52 ) are introduced into the melt, with one at the crucible ( 12 . 14 ) over an outlet opening 56 the gas nozzle (s) ( 50 ) is a solid skull layer ( 42 . 42a ) by means of a device ( 58 ) is pierced. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen oder Homogenisieren die Schmelze (40) gezielt in interne Bewegung versetzt wird.A method according to claim 9, characterized in that for mixing or homogenizing the melt ( 40 ) is purposefully put into internal movement. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen oder Homogenisieren eine Strömung in der Schmelze (40) in vorbestimmter Weise angeregt wird.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that for mixing or homogenizing a flow in the melt ( 40 ) is excited in a predetermined manner. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen oder Homogenisieren ein erstes Material (52, 156, 256) in die Schmelze eingebracht wird, wobei das erste Material (52, 156, 256) eine im wesentlichen vordefinierte Fließbewegung in der Schmelze (40) verursacht oder zumindest anregt.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that for mixing or homogenizing a first material ( 52 . 156 . 256 ) is introduced into the melt, wherein the first material ( 52 . 156 . 256 ) a substantially predefined flow movement in the melt ( 40 ) or at least stimulates. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tiegel (10) mit einer Ausflussöffnung (22) für die Schmelze (40) und einer, insbesondere gekühlten Brücke (24), welche in die Schmelze (40) eintaucht, bereitgestellt wird, wobei mittels der Brücke (24) ungeschmolzene Gemengeanteile von der Ausflussöffnung (22) ferngehalten werden.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that a crucible ( 10 ) with an outflow opening ( 22 ) for the melt ( 40 ) and a, in particular cooled bridge ( 24 ), which in the melt ( 40 ) is provided, whereby by means of the bridge ( 24 ) unmelted batch portions from the outflow opening ( 22 ) are kept away. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemenge (156, 256) in die Schmelze (40) eingebracht wird, wobei die Zusammensetzung des Gemenges (156, 256) oder die Form von Gemengebestandteilen derart ausgebildet sind, dass das Einbringen des Gemenges (156, 256) in die Schmelze (40) ein Mischen oder Homogenisieren der Schmelze (40) bewirkt.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that a mixture ( 156 . 256 ) in the melt ( 40 ), the composition of the mixture ( 156 . 256 ) or the form of batch ingredients are designed such that the introduction of the batch ( 156 . 256 ) in the melt ( 40 ) mixing or homogenizing the melt ( 40 ) causes. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein pelletiertes und/oder dragiertes Gemenge (156, 256) in die Schmelze (40) eingebracht wird.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that a pelleted and / or sugar-coated mixture ( 156 . 256 ) in the melt ( 40 ) is introduced. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemenge (156) in die Schmelze (40) eingebracht wird, welches beim Schmelzen ein Gas oder Gasblasen (152) freisetzt.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that a mixture ( 156 ) in the melt ( 40 ) is introduced, which on melting a gas or gas bubbles ( 152 ) releases. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (40) zum Mischen oder Homogenisieren gerührt wird.Method according to one of the preceding method claims, characterized that the melt ( 40 ) is stirred for mixing or homogenizing. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich selbstauflösender Rührer (350') in die Schmelze (40) eingebracht wird.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that a self-dissolving stirrer ( 350 ' ) in the melt ( 40 ) is introduced.
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