DE10231847B4

DE10231847B4 - Verfahren zum Erzeugen einer blasenarmen oder blasenfreien Glasschmelze

Info

Publication number: DE10231847B4
Application number: DE10231847A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Muschick; Hildegard Dr. Römer; Stefan Schmitt; Andreas Sprenger
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2022-07-13
Also published as: DE10231847A1

Abstract

Verfahren zum Erzeugen einer blasenarmen oder blasenfreien Glasschmelze mit den folgenden Verfahrensschritten:
1.1 es wird aus Scherben und/oder Gemenge eine Schmelze (5) hergestellt;
1.2 es wird ein aus Edelmetall bestehender geschlossener Hohlkörper 6, der einen Einlass (6.1) und einen Auslass (6.2) aufweist, in ein Bad der Schmelze (5) eingebracht, wobei sich der Einlass (6.1) und der Auslass (6.2) außerhalb des Bades befinden, und der Hohlkörper (6) allseitig in direktem Kontakt mit Schmelze (5) steht, um eine Diffusion von H-Ionen durch seine Wandung hindurch zuzulassen;
1.3 aus dem Auslass (6.2) wird Wasserstoff abgeführt;
1.4 die Schmelze (5) wird einer Läuterung unterworfen.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Herstellens von Glasschmelzen. Sie befasst sich insbesondere mit der Läuterung solcher Schmelzen.

Die Herstellung von hochwertigen Spezialgläsern erfordert nach dem Einschmelzen den Prozessschritt der Läuterung, um Restblasen aus der Schmelze zu entfernen. Es ist bekannt, die Läuterung von Glasschmelzen durch Zugabe von Läutermitteln, wie Redox-Läutermitteln oder Verdampfungsläutermitteln zu begünstigen. Man spricht hierbei von der chemischen Läuterung. Hierbei werden Gase aus der Schmelze freigesetzt, um vorhandene kleine Blasen aufzublähen und damit den Blasenaufstieg zu erleichtern. Siehe DE 100 41 757 C1 .

Neben der chemischen Läuterung ist auch die physikalische Läuterung bekannt. Hierbei wird beispielsweise Zentrifugalkraft eingesetzt – siehe US 389 38 36 , oder die Badtiefe wird gering gehalten, um ein Aufsteigen der Blasen an die Schmelzoberfläche zu begünstigen – siehe DE 197 10 351 C1 .

Ein besonderes Problem ist das Bilden von Sekundärblasen. Dies tritt dann auf, wenn die Schmelze in Behältern aus Edelmetall eingeschlossen ist, beispielsweise in Tiegeln, Wannen, Rinnen oder dergleichen.

Glasschmelzen enthalten im allgemeinen einen gewissen Anteil an Wasser. Bei den üblichen hohen Schmelztemperaturen wie auch hohen Läutertemperaturen kommt es zu einer Dissoziation des Wassers zu Wasserstoff und Sauerstoff. Edelmetall ist für Wasserstoff durchlässig. Dies führt zu einem Wandern des Wasserstoffs durch die Wand aus Edelstahl hindurch. Es gelangt somit Wasserstoff auf jene Seite der Edelmetallwand, die der Schmelze abgewandt ist. Zurück bleiben O₂-Gasblasen. Es wird somit in der Schmelze Sauerstoff angereichert, der in Form kleiner Bläschen von der Glasschmelze aufgenommen wird.

Um diese Erscheinung zu unterbinden, ist es bekannt, die betreffenden Wände aus Edelmetall mit anderen Stoffen zu beschichten, beispielsweise mit Zirkonoxid.

DE 199 55 827 A1 empfiehlt, das Problem dadurch zu lösen, dass die Bildung von O₂-Gasblasen an der Kontaktfläche zwischen dem Edelmetall und der Glasschmelze zu unterdrücken. Dies wird durch Anlegen eines elektrischen Potentials erreicht.

DE 199 39 781 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen einer blasenarmen oder blasenfreien Glasschmelze. Dabei wird ein aus Edelmetall bestehender geschlossener Hohlkörper mit einem Einlaß und einem Auslaß in das Schmelzebad eingebracht, und aus dem Auslaß Wasserstoff abgeführt und die Schmelze einer Läuterung unterworfen. Der Hohlkörper dient dazu, während des Einschmelzens und Läuterns Kühlluft zu führen. Die resultierende Kühlung führt zur Ausbildung einer festen Glasschicht und somit zur Trennung der Oberfläche der Edelstahl-Oberfläche und dem schmelzschlüssigen Bereich.

Alle diese Verfahren und Vorrichtungen haben nicht voll befriedigt. Sie waren entweder zu aufwendig oder haben nicht den gewünschten Erfolg erzielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit sich auf einfache und kostengünstige Weise Glasschmelzen blasenarm oder blasenfrei machen lassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die Erfinder sind dabei folgenden Weg gegangen:
Sie haben sich die Eigenschaft der Dissoziierung von Wasser in H-Ionen und O₂-Ionen zunutze gemacht. Demgemäß wird Wasserstoff aus der Schmelze bewusst und gewollt herausgeholt, indem man ihn in einen eigens in das Schmelzbad eingebrachten Hohlkörper hineindiffundieren lässt und aus diesem abführt. Die O₂-Gasblasen bleiben zwar in der Schmelze zurück. Jedoch lassen sie sich nunmehr forciert durch die üblichen Läutermaßnahmen austreiben. Ganz wichtig ist hierbei, dass der genannte, erfindungsgemäße Vorgang zu einem frühen Zeitpunkt stattfinden kann und stattfinden sollte, das heißt in einem Prozessstadium, das genügend weit vor einer Verarbeitungsstation der Glasschmelze liegt, beispielsweise eine oder mehrere Stationen vor dem Einbringen der Glasschmelze in eine Glaszieheinrichtung wie beispielsweise eine sogenannte Danner-Pfeife oder eine ähnliche Zieheinrichtung.

Das Reboil-Problem wird somit gemäß der Erfindung auf ein frühes Prozessstadium gelegt und dort gelöst, so dass es in einem späteren Stadium kein Unheil mehr anrichten kann.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt eine Anlage zum Erschmelzen, Läutern und Konditionieren von Glas in einer schematischen Darstellung, wobei sich die Erfindung anwenden lässt.
2 zeigt eine Läuterwanne, die gemäß der Erfindung gestaltet ist.
Die in 1 gezeigte Anlage umfasst einen Schmelztiegel A, einen Läutertiegel B sowie eine Rührvorrichtung C.
In den Schmelztiegel A werden in üblicher Weise sogenanntes Gemenge oder Glasscherben oder beides eingetragen, und darin erschmolzen. Die Schmelze wird sodann mittels einer Rinne 1 zum Läutertiegel B überführt, und von dort über eine Rinne 2 zur Rührvorrichtung C. Die Rührvorrichtung dient dem Homogenisieren, Konditionieren und Beseitigen von Schlieren. Sie umfasst einen Rührbehälter 3 und einen Rührer 4.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann im Läutertiegel B eingebaut sein. Sie ist hier nicht dargestellt.
2 zeigt eine Läuterwanne B. Diese enthält ein Schmelzbad 5 mit einem Schmelzespiegel 5.1.
Das Schmelzbad ist von einem Rohr 6 durchzogen, das als meanderförmige Rohrschlange ausgebildet ist. Das Rohr weist einen Einlass 6.1 und einen Auslass 6.2 auf. Das Rohr 6 ist allseitig von Schmelze 5 umschlossen. Der Innenraum des Rohres 6 ist aber frei von Schmelze.
Das Rohr besteht im vorliegenden Falle aus Platin. Es kann auch aus einem anderen Edelmetall bestehen, beispielsweise aus Gold, Silber oder Rhenium. Es kommen sämtliche anderen Metalle der Platingruppe in Betracht sowie die Legierungen der genannten Metalle, ferner die genannten Metalle und andere Legierungen in dispersionsoxidverstärkter Form.
An den Grenzflächen zwischen Platin und Schmelzen findet eine Dissoziierung des in der Schmelze 5 enthaltenen Wassers statt. Zufolge dieser Dissoziierung treten H-Ionen in die Rohrwand des Rohres 6 ein, durch diese Wand hindurch und gelangen in den Innenraum des Rohres 6. In der Schmelze 5 bleibt O₂ zurück.
Zum Abführen des Wasserstoffs aus dem Rohr 6 kann das Rohr bespült werden. Hier kommt beispielsweise Sauerstoff in Betracht, der am Einlass 6.1 in das Rohr 6 eingeleitet wird. Im Rohr 6 bildet sich Wasser, das am Auslass 6.2 aus dem Rohr 6 abgeführt wird.
Zum Entfernen des Wasserstoffes kommt auch in Betracht, ein Vakuum am Auslass 6.2 anzulegen. Dies kann kontinuierlich oder intermittierend geschehen. Auch kommt ein Spülen des Rohres 6 mit Inertgasen wie Stickstoff oder Edelgas in Betracht.
Die Dissoziierung des in der Schmelze 5 enthaltenen Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff kann durch Anlegen elektrischer Potentiale gesteuert werden. Auch kommt eine gesteuerte Erwärmung des Rohres 6 in Betracht. Dies kann – mit oder ohne elektrischem Potential – die Zersetzung des Wassers unterstützen.
Im Vorliegenden ist zwar ein Rohr dargestellt. Jedoch kann dieses durch andere Arten von Hohlkörpern ersetzt werden. Dabei kann der betreffende Hohlkörper an die jeweilige Gestalt der Läuterwanne B angepasst sein. Der Hohlkörper wird im allgemeinen ein langgestreckter Körper sein – so wie die hier gezeigte Rohrschlange 6. Dabei ist es zweckmäßig, den Hohlkörper derart in der Wanne zu verlegen, dass er quer zur Strömung der Schmelze in der Wanne liegt.
Statt eines einzigen Hohlkörpers wie hier die Rohrschlange 6 kommen auch mehrere solcher Hohlkörper in Betracht. Wie auch immer sie gestaltet sind, so dienen sie in jedem Falle als Kanal für die Abfuhr von Wasserstoff.
Die genaue Lage der Hohlkörper in einer Anlage gemäß 1 richtet sich nach den Prozesserfordernissen der Schmelze 5. Die Hohlkörper sollten aber weit genug von der Verarbeitungsstelle entfernt liegen – beispielsweise von einer Rohrziehpfeife oder einer anderen Verarbeitungsstation, damit alle durch den Hohlkörper in der Schmelze erzeugten Sauerstoffblasen genügend Zeit haben, aufzusteigen, und damit kleinere Restblasen durch Resorption eliminiert werden können, so dass sie keinen nachteiligen Einfluss auf die Qualität des fertigen Glases mehr haben.
Die erfindungsgemäßen Hohlkörper können somit ganz pauschal ausgedrückt im Einschmelzteil, im Läuterteil oder danach angeordnet sein. Auch kann eine besondere Wanne vorgesehen werden, die irgendwo im Prozessablauf liegt, und die mit den erfindungsgemäßen Hohlkörpern bestückt ist.
Alternativ zu Platineinbauten könnte auch hinter dem Einschmelzteil einer Wanne eine Platinrinne mit Sauerstoffbegasung geschaltet werden hinter der ein Abstehteil zur Blasenentfernung durch Auftrieb und Resorption folgt. Bei vollelektrischen Wannen mit Läuterkammer könnte das Verbindungselement wie der Steigkanal aus Platin gebaut werden, oder mit den oben beschriebenen Platinhohlkörpern versehen werden.

A: Schmelztiegel
B: Läutertiegel
C: Rührvorrichtung
1: Rinne
2: Rinne
3: Rührbehälter
4: Rührer
5: Schmelzbad
5.1: Schmelzspiegel
6: Rohrschlange
6.1: Einlass
6.2: Auslass

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer blasenarmen oder blasenfreien Glasschmelze mit den folgenden Verfahrensschritten: 1.1 es wird aus Scherben und/oder Gemenge eine Schmelze (5) hergestellt; 1.2 es wird ein aus Edelmetall bestehender geschlossener Hohlkörper 6, der einen Einlass (6.1) und einen Auslass (6.2) aufweist, in ein Bad der Schmelze (5) eingebracht, wobei sich der Einlass (6.1) und der Auslass (6.2) außerhalb des Bades befinden, und der Hohlkörper (6) allseitig in direktem Kontakt mit Schmelze (5) steht, um eine Diffusion von H-Ionen durch seine Wandung hindurch zuzulassen; 1.3 aus dem Auslass (6.2) wird Wasserstoff abgeführt; 1.4 die Schmelze (5) wird einer Läuterung unterworfen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (6) durch ein am Einlass (6.1) eingeleitetes Spülmedium durchgespült wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülmedium O₂ verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (6) in der Läuterstufe (B) in das Schmelzbad (5) eingebracht wird.