DE10308031A1

DE10308031A1 - Vorrichtung zum Zuführen von Glasschmelze über einen Überlaufstein (Spout lip) bei der Herstellung von Floatglas

Info

Publication number: DE10308031A1
Application number: DE10308031A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Lautenschlaeger; Andreas Morstein; Klaus Schneider; Uwe Eichhorn; Steffen Mehrmann
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: DE10308031B4; TW200304431A; KR20030074208A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen von Glasschmelze über einen Überlaufstein (Spout-Lip) bei der Herstellung von Floatglas, die von einer Glasschmelzwanne über einen einstellbaren Speiserkanal dem Überlaufstein zugeführt wird und über dessen mit einer Metallschicht verkleideten Oberfläche geleitet auf die Zinnoberfläche eines Floatbades gelangt. Ist nach der Erfindung vorgesehen, dass zumindest die mit der Glasschmelze in Kontakt kommende Oberfläche des Überlaufsteines mit einer edlen, refraktären Metallschicht überzogen ist, dann wird nicht nur die Lebensdauer des Überlaufsteines wesentlich erhöht, sondern infolge der verbesserten Oberflächeneigenschaften auch die Oberflächenqualität des gefloateten Glases optimiert. Zudem kann mit der Metallschicht und dem Material des Überlaufsteines eine gute Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten erreicht werden, so dass Falten- und Rissebildung in der Metallschicht vermieden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen von Glasschmelze über einen Überlaufstein (Spout-Lip) bei der Herstellung von Floatglas, die von einer Glasschmelzwanne über einen einstellbaren Speiserkanal dem Überlaufstein zugeführt wird und über dessen mit einer Metallschicht verkleideten Oberfläche geleitet auf die Zinnoberfläche eines Floatbades gelangt.
Bei der Herstellung von Floatglas nach dem Floatglasverfahren ist es üblich, dass das Glas in einer Glasschmelzwanne erschmolzen wird, in einem Läuterteil blasenfrei "geläutert" wird, in einem Speiserkanal zwischen der Glasschmelzwanne und dem Floatbad homogenisiert und konditioniert (Einstellung einer für die Formgebung notwendigen Viskosität) wird. Die konditionierte Glasschmelze fließt am Ende des Speiserkanals über einen Überlaufstein (Spout-Lip) auf das flüssige Zinn im Floatbad auf. In dem Floatbad erfolgt die Formgebung der Glasschmelze zu einem Glasband.
Dabei sind der Abstand der Unterkante des Überlaufsteines zur Oberfläche des Zinns sowie die Oberflächeneigenschaften des Überlaufsteines entscheidend für den Formgebungsprozess im Floatbad und damit für die Qualität des gefloateten Glases.
Weist die mit der Glasschmelze in Kontakt kommende Oberfläche des Überlaufsteines Risse, Löcher oder Korrosionsprofile auf, führt dies zu Oberflächenfehlern im gefloateten Glas (Cross Distorsion).
Wird der Abstand der Unterkante des Überlaufsteines zur Oberfläche des Zinns im Floatbad infolge zunehmender Korrosion des Überlaufsteins zu groß, ändern sich die Zuführungsbedingungen der Glasschmelze in das Floatbad, wie z. B. das Verhältnis Back Flow: Front-Flow. Es entstehen dann Wet Back Bubbles.
Bei den bekannten Vorrichtungen besteht der Überlaufstein aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff. Üblicherweise wird als Material für den Überlaufstein schlickergegossene und gesinterte Kieselglaskeramik (Fused Silica) oder schmelzgegossenes Al₂O₃ verwendet. Dieses Material ist bei einer Herstellung von Kalk-Natron-Glas völlig ausreichend und bringt eine Lebensdauer für den Überlaufstein von 2 bis 3 Jahren.
Bei der Herstellung von hochschmelzenden korrosiven Gläsern, wie Borosilicatgläsern (alkaliarm und alkalifrei) und Alumino-Silicatgläsern, beträgt die Lebensdauer eines Überlaufsteines aus diesem Material aber maximal nur 6 Monate. Es ist daher schon versucht worden, durch Einsatz anderer Materialen für den Überlaufstein die Lebensdauer desselben zu erhöhen. So ist schon vorgeschlagen worden, schmelzgegossenes Material mit 85 bis 97 Gew.-% ZrO₂ zu verwenden und derartige Überlaufsteine bei der Herstellung von Borosilicatgläsern, insbesondere alkaliarmen Borosilicatgläsern, einzusetzen. Die Lebensdauer des Überlaufsteines konnte damit auf ca. 1 Jahr erhöht werden (JP 06-345467 A).
Der Nachteil der bisher bekannten Materialien für einen Überlaufstein ist die infolge der Korrosion durch die Glasschmelze begrenzte Lebensdauer mit den bekannten Folgen für die Glasqualität (Distorsion usw.). Außerdem ist jede Korrosion eines keramischen Materials mit einer Blasenbildung und dem Ablösen von Korrosionsprodukten verbunden, welche die Glasqualität ebenso verschlechtern.
Die in der JP 06-345467 A aufgeführten Materialen für einen Überlaufstein weisen zwar eine relativ gute Korrosionsbeständigkeit auf, sie sind jedoch empfindlich gegenüber Temperaturwechseln. Bei Temperaturwechseln kommt es leicht zu Abplatzungen in der Oberfläche, im Extremfall sogar zu Rissen mit den bekannten Qualitätsfehlern des Floatglases. Zudem sind diese Materialen extrem teuer.
Bei der Ausbildung des Überlaufsteines mit einer Metallschicht muss insbesondere auch auf den Schutz der Metallschicht gegen den Angriff der reduzierenden Formiergase aus dem Floatbad geachtet werden. Weiterhin muss bei der Auswahl des Materials für den Überlaufstein gewährleistet sein, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Überlaufsteins und der Metallschicht ähnlich sind.
Werden übliche Materialien für den Überlaufstein verwendet, wie Fused Silica, Al₂O₃ oder Zirkonium, dann hat der Überlaufstein einen deutlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Metallschicht. Bei Einsatztemperaturen von 1200 bis 1400°C führt dies zur Faltenbildung und zu Rissen in der Metallschicht, im Extremfall zum Ausfall des Überlaufsteines.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der der Überlaufstein eine hohe Temperaturbeständigkeit bis 1400°C, eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber verschiedenen Glasschmelzen, keine unerwünschte Wechselwirkung mit der Glasschmelze aufweist, unempfindlich gegenüber Temperaturwechseln ist und keine Korrosionsprodukte in die Glasschmelze abgibt.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass zumindest die mit der Glasschmelze in Kontakt kommende Oberfläche des Überlaufsteines mit einer edlen, refraktären Metallschicht überzogen ist.
Die Metallschicht aus edlem, refraktärem Metall bringt für die mit der Glasschmelze in Kontakt kommende Oberfläche des Überlaufsteines eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und damit eine höhere Lebensdauer für den Überlaufstein. Zudem ist ein Eintrag von Korrosionsprodukten in die Glasschmelze verhindert und für die Auswahl des Materials für den Überlaufstein ist eine günstigere Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten gegeben. So kann für die Metallschicht Platin oder eine Platinlegierung und den Überlaufstein Magnesiumaluminat-Spinell gewählt werden und so ein ähnliches thermisches Ausdehnungsverhalten erreicht werden. Falten- und Rissebildungen in der Metallschicht sind daher leicht zu vermeiden. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten liegen im Bereich von 10 bis 14 × 10^-6 K^-1.
Als Metallschicht haben sich Legierungen mit Platin und 10 Gew.-% Rhodium und Legierungen mit Platin und 5 Gew.-% Gold als gut geeignet erwiesen.
Zum Schutz des Platins gegen die reduzierende Atmosphäre aus dem Floatbad wird unter dem Überlaufstein über eine Düse gasförmiger Stickstoff mit einer Temperatur von 800 bis 1200°C eingespeist.
Die Vorrichtung ist besonders geeignet für eine Floatanlage zur Herstellung von Substratglas für Flat-Panel Display nach dem Floatverfahren.
Gerade Platin und dessen Legierungen haben gegenüber Borosilicat- und Aluminosilicatgläsern eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.
Bei Borosilicatgläsern ist eine Zusammensetzung mit
55-65 Gew.-% SiO₂
12-20 Gew.-% Al₂O₃
≥ 5 Gew.-% B₂O₃
0-5 Gew.-% BaO
3-9 Gew.-% CaO
1-5 Gew.-% MgO
1-5 Gew.-% SrO
besonders gut geeignet und der nach der Erfindung aufgebaute Überlaufstein hat eine hohe Lebensdauer bei falten- und rissefreier Oberfläche, die für eine verbesserte Oberflächenqualität des gefloateten Glasbandes von ausschlaggebender Bedeutung ist.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Floatanlage zur Herstellung von Floatglas im Übergangsbereich von der Glasschmelzwanne zum Floatbad, der einen Überlaufstein aufweist, und
Fig. 2 den Übergangsbereich mit dem Überlaufstein bei einer Floatanlage mit nur einem Sperrschieber in Einzelheiten.
Wie das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 zeigt, wird das Glas in einer Glasschmelzwanne 10 erschmolzen und einem Speiserkanal 11 zugeführt, in dem die Menge der geläuterte Glasschmelze 12 mit einer dem Überlaufstein 20 am Ende des Speiserkanals 11 zugeordneten Glasmengen-Einstelleinrichtung 14 (Front Tweel) einstellbar ist.
Dem Speiserkanal 11 ist eine Absperreinrichtung 13 (Back Tweel) zugeordnet, mit der die Zuführung der Glasschmelze 12 zum Überlaufstein 20 vollständig unterbrochen werden kann.
Wie Fig. 2 deutlicher zeigt, wird die über die Oberseite des Überlaufsteines 20 zugeführte Menge an Glasschmelze 12.1 durch Verstellen der Glasmengen- Einstellrichtung 14 (Front Tweel) dosiert. Die Oberseite des Überlaufsteines 20 ist mit einer Metallschicht 22 abgedeckt. Diese besteht vorliegend aus Platin- oder einer Platinlegierung. Sie ist mittels Platin- oder Platinlegierung-Stiften in den den Überlaufstein 20 seitlich begrenzenden Seitensteinen befestigt. Dabei können die Befestigungsstellen so gelegt werden, dass sie nicht mit der über den verkleideten Überlaufstein 20 fließenden Glasschmelze 12.1 in Kontakt kommt. An dieser Stelle sei ausdrücklich erwähnt, daß im Rahmen der Erfindung die Metallschicht 22 entweder wie vorliegend aus einem separaten Bauteil bestehen kann oder daß diese Metallschicht einteilig mit dem Überlaufstein 20 ausgebildet ist. Denkbar ist, daß die Metallschicht 22 auf den Überlaufstein 20 aufgedampft oder in sonstiger Weise beschichtet ist.
Die Glasschmelze 12.1 gelangt in das Floatbad, das mit der Anfangswand 15 und den Bodenelementen 17 angedeutet ist und flüssiges Zinn 18 aufnimmt. Die zufließende Glasschmelze 12.1 bildet über dem flüssigen Zinn 18 ein Glasband 12.1, das über Ausziehrollen aus dem Floatbad abgezogen wird.
Die Unterkante des Überlaufsteines 20 muß den richtigen Abstand zur Oberfläche des flüssigen Zinns 18 im Floatbad einnehmen. Der Überlaufstein 20 kann dabei auf der Anfangswand 15 des Floatbades angeordnet sein. Unterhalb des Überlaufsteines 20 ist eine Düse 21 angeordnet, über die gasförmiger Stickstoff mit einer Temperatur von 800 bis 1200°C dem Übergang zwischen Überlaufstein 20 und Floatbad zuführbar ist. Dadurch werden die nicht von der Glasschmelze bedeckten Teile der Platinbeschichtung gegen die reduzierende Floatbadatmosphäre geschützt.
Der Übergangsbereich zwischen dem Überlaufstein 20 und dem Floatbad ist zum Speiserkanal 11 hin mittels einer Frontabdeckung 19 abgedeckt. Das flüssige Zinn 18 bildet in dem Floatbad aus der Anfangswand 15 und den Bodenelementen 17 einen flüssigen Träger für das gefloatete Glasband 12.2, das über eine Fliese 16 von der Anfangswand 15 des Floatbades getrennt ist.
Der Überlaufstein 20 besteht aus Magnesiumaluminatspinell, der wie die Metallschicht aus Platin und 10 Gew.-% Rhodium oder aus Platin und 5 Gew.-% Gold einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 10-14. 10^-6 K^-1 aufweist. Diese angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten gewährleisten, dass bei Temperaturen von 1.200 bis 1.400°C die Metallschicht keine Falten- oder Rissebildung aufweist und so eine ausgezeichnete Oberfläche für eine verbesserte Oberflächenqualität des gefloateten Glasbandes 12.2 bildet. Auf der Unterseite des Überlaufsteines 20 wird über eine Düse 21 gasförmiger Stickstoff mit einer Temperatur von 800 bis 1.200°C eingespeist, um das Platin gegen die reduzierende Atmosphäre aus dem Floatbad zu schützen.
Die Unterseite der Metallschicht kann auch eine gasdichte Diffussionssperrschicht tragen, um die Metallschicht gegen aus dem Floatbad austretende Zinndämpfe und gegen das reduzierende Formiergas zu schützen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist besonders geeignet zur Herstellung von Glassubstraten für Flat Panel Display nach dem Floatverfahren. Das dafür verwendet Borosilicatglas weist vorzugsweise folgende Zusammensetzung auf:
55-65 Gew.-% SiO₂
12-20 Gew.-% Al₂O₃
≥ 5 Gew.-%
0-5 Gew.-% BaO
3-9 Gew.-% CaO
1-5 Gew.-% MgO
1-5 Gew.-% SrO.

Claims

1. Vorrichtung zum Zuführen von Glasschmelze über einen Überlaufstein (Spout-Lip) bei der Herstellung von Floatglas, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die mit der Glasschmelze (12.1) in Kontakt kommende Oberfläche des Überlaufsteines (20) mit einer edlen, refraktären Metallschicht (22) überzogen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht mit der Glasschmelze (12.1) in Kontakt kommende Unterseite der Metallschicht (22) mit einer gasdichten Diffussionssperrschicht versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Metallschicht (22) aus Platin oder einer Platinlegierung besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlaufstein (20) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) von 10 bis 14 × 10^-6 K^-1 besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlaufstein (20) aus Magnesiumaluminatspinell besteht, der ein thermisches Ausdehnungsverhalten aufweist, das an das thermische Ausdehnungsverhalten der Metallschicht (22) aus Platin und dessen Legierungen angepasst ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (22) aus einer Legierung mit Platin und 10 Gew.-% Rhodium oder mit Platin und 5 Gew.-% Gold besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Überlaufsteins (20) über eine Düse (21) Stickstoff vorzugsweise mit einer Temperatur von 800 bis 1200°C einleitbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei der Herstellung von Substratglas für Flat Panel Display nach dem Floatverfahren verwendet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Borosilicatglas mit folgender Zusammensetzung handelt:
55-65 Gew.-% SiO₂
12-20 Gew.-% Al₂O₃
≥ 5 Gew. % B₂O₃
0-5 Gew.-% BaO
3-9 Gew.-% CaO
1-5 Gew.-% MgO
1-5 Gew.-% SrO.