DE1915300A1

DE1915300A1 - Glasschmelzgefaess

Info

Publication number: DE1915300A1
Application number: DE19691915300
Authority: DE
Inventors: Mcfadden Norman Emerson; Ramge Dennis Lee; Perry Walter Merton
Original assignee: Johns Manville
Current assignee: Johns Manville
Priority date: 1968-03-22
Filing date: 1969-03-21
Publication date: 1969-12-11
Also published as: DE1915300B2; GB1251132A; FR2004570A1; JPS5221004B1; DE1915300C3; DK139775B; US3623857A; DK139775C; BR6907415D0

Description

Für diese Anmeldung wird die Priori bat der entsprechenden USA-Anmeldung Ser. No. 715 371 vom 22. März 1968 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf das Schmelzen von Glas und die Herstellung von Pasern und betrifft insbesondere ein verbessertes Glasschmelzgefäß, das in seinem Boden eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, um aus ihm das Ziehen einer Vielzahl fortlaufender Glasfasern oder -fäden zu ermöglichen.

Viele Jahre hindurch wurden Glasschmelzgefäße oder -topfe aus Platin oder Platinlegierungen hergestellt, und das Glas in ihnen mittels Induktionsheizung geschmolzen. Auch ist bekannt, Glasschmelzgefäße aus feuerfestem Ton herzusteilen, und auf Grund ihrer geringen Kosten und ihrer

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bequemen Verfügbarkeit erfreuten sich Schmelzgefäße aus Ton seiDsb bis in die letzten Jahre einer verhältnismäßig weit verbreiteten gewerblichen Verwendung. Ein weiteres Merkmal des Schmeizgefäßes aus Ton besteht darin, daß es zum Schmelzen der (j-lasmasse in dem Gefäß die Verwendung einer Gasflamme ermöglicht. Jedoch hat die verhältnismässig kurze Lebensdauer des feuerfesten Tongefäßes in Verbindung mit dem Fachmann wohlbekannten anderen praktischen Nachteilen und Mängeln zu erhöhten Anstrengungen bei der Entwicklung eines an die Stelle der üblichen feuerfesten Tongefääße zu setzenden verbesserten Schmelzgefäßes■geführt. . .

Die Herstellung eines Gefäßes zu diesem Zweck gänzlich aus Platin oder einer Platinlegierung ist nicht praktisch, da solche Gefäße einen verhältnismäßig hohen Preis haoen und das Platin auf Grund der reduzierenden Wirkung der Gas- flamme nicht mit den üblichen Gasbrennern in Berührung gebracht werden darf. Es wurden noch zahlreiche andere Vorschläge gemacht, jedoch waren sie alle mit. technischen und/oder wirtschaftlichen Mängeln behaftet, die ihre weit verbreitete wirtschaftliche Anerkennung in jeder Hinsicht verhinderten.

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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist demzufolge in der Schaffung eines verbesserten Glasschmelzgefäßes zum gleichzeitigen Ziehen einer Vielzahl von Glasfaden zu sehen, das ein Vielfaches der Lebensdauer üblicher feuerfester Tongefäße besitzt und auf Grund dieser langen Lebensdauer sowie seines Preises ein vorteilhafter Ersatz für Tongefäße dieser Art ist. In diesem Zusammenhang ist eine besondere Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines solchen Glasschmelzgefäßes, das eine Lebensdauer von einem Jahr und mehr, vielleicht sogar von mehreren Jahren hat.

Eine damit verknüpfte Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Glasschmelzgefäßes der vorerwähnten Art, das ohne jegliche Beeinträchtigung des Gefäßes oder der aus ihm gezogenen Glasfaden wiederholten Betriebsunterbrechungen, beispielsweise den bei einer gewerblichen Anlage häufig vorgenommenen Wochenend-Stillegungen, ausgesetzt werden kann und sich nach einer solchen Stillegung wieder rasch und wirksam in Gang setzen läßt.

Eine weitere verwandte Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines solchen verbesserten Schmelzgefäßes,

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mit weichem sich die Instandhaltungskosten senken lassen, und die Produktivität durch Verringerung der Häufigkeit des Gefäßauswechsels gesteigert wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines solchen Glasschmelzgefäßes, bei welchem zum Schmelzen des Glases übliche Gasbrenner verwendbar sind.

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines solchen Glasschmelzgefäßes, bei welchem es möglich ist, in ihm Öffnungen oder Löcher bei hoher Dichte auszubilden, so daß eine weitere bedeutende Produktivitätssteigerung herbeigeführt wird.

Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Glasschmelzgefäßes, das zu gleichmäs-8 igen und steuerbaren Temperaturen über die gesamte, in ihm enthaltene Glasschmelze führt und somit die Gleichmäßigkeit und die Güte der aus ihm gezogenen Glasfaden erhöht.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus ihrer nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Schnittansicht einer Glasschmelzvorrichtung mit einem Glasschmelzgefäß nach der Erfindung, jedoch unter Fortlassung der, wie in FIg. 3 gezeigt, in die Öffnungen des Bodens des Gefäßes eingesetzten Düsen,

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 einen im Maßstab vergrößerten Teilschnitt

durch die Bodenkante des Glasschmelzgefäßes nach Fig. 1 mit den in die Öffnungen seiner Bodenwand eingesetzten Düsen.

Zusammenfassend wird erfindungsgemäß ein verbessertes Glasschmelzgefäß in Vorschlag gebracht, das eine Glasschmelze enthält, die durch eine Vielzahl von Düsenöffnungen im Boden des Gefäßes hindurch zu Glasfaden gezogen werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasschmelzgefäß aus einer Legierung auf Nickel-Basis, einer Legierung auf Nickel-Chrom-Basis, einer Legierung auf Kobalt-Nickel-iasis oder aus einem rostfreien Stahl und aus einer Edelmetall-Schutzauskleidung für die Innenflächen jeder Öffnung hergestellt ist.

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In der Zeichnung ist ein Scamelzgefäß IO mit einer zylindrischen Seitenwand 10a und einer ebenen Bodenwand 1Oo in einem es umgebenden Mantel zur Herstellung von durchgehender: Glasfasern oaer -fäder, veranschaulicht. Die Seitenwand I Oa erstreckt sich von der Bodenwand 10b aus senkrecnt nach obetiund verläuft dann schräg nach innen, um an der Oberseite des Gefäßes einen senkrechten reduzier ten Einlaßhals zu bilden, durch den in die Schmelzkammer im Inneren des Gefäßes 10 Glaskugeln oaer sonstiges Glasmaterial eingebracht werden können. Gemäß der bevorzugten Aur=führungsform der Erfindung i.-t die Boderiwand 10b mit der Seitenwand 10a verschweißt. Jedoch sei bemerkt, daß Bodenwand und Seitenwand aus einem Stück gefertigt sein können. Der umgebende Mantel besteht aus einem feuerfesten zylindrischen Gehäuse 11, welches sich gemäß der Darstelung in Pig. 1 aus zwei in einem Metallaußenmantel enthaltenen Isolierschichten 11a und 11b zusammensetzt. Das feuerfeste Gehäuse 11, das so bemessen Ist, daß es um die Außenfläche des Gefäßes 10 herum einen ringförmigen Beheizungsraum oder eine Beheizungskammer bildet, ruht auf einem mit der Unterkante des Metallmantels 12 verbundenen Metallbodenring 13. Zur Aufrechterhaltung des Ringraumes zwischen dem Gefäß 10 und dem feuerfesten Gehäuse 11 ragt ein auf der Oberseite des Metallbodenringes 13 :

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ruhender feuerfester Haltering 14 über eine kurze Strecke zwischen dem Gefäß 10 und dem feuerfesten Gehäuse 11 hinein, der durch einen passenden Kitt sowohl mit dem Gefäß 10 als ΒΧ:·:Λ\ mit der inneren feuerfesten Schicht 11a verbunden i"t. Zur Stützung des Gefäßes 10 im Inneren des umgebenden Geräts erstreckt sich der Haltering 14 unter der Bodenwand des Gefäßes 10 um seinen Außenumfang herum nach innen, wobei ein mit ihm fest zusammenhängender Plansch 14a nach unten entlang der Innenkante des MetaJlbodenringen 13 so hineinpaßt, daß der Haltering 14 automatisch zentriert und das Gefäß 10 gegenüber den anderen Bestandteilen auf ihm ruhend gehalten wird.

An der Oberseite des Ganzen ruht auf der Oberkante deo feuerfesten Gehäuses 11 ein ringförmiger feuerfester Deckel 15» der sich bis in Hähe des Halsteils des Gefässes 10 nach innen erstreckt:. Zum Abdichten des kleinen Ringraumes zwischen dem Hals des Gefäßes 10 und der Innenkante des Deckels 15 ist auf den Hals des Gefäßes 10 nach unten eine isolierende Ringdichtung 16 fest anliegend gegen die Oberseite des Deckels 15 aufgeschoben.

Zum Schmelzen des in die offene Oberseite des Gefäßes 10 in Form von Glaskugeln oder dergleichen eingebrachten

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Glases ist um den "Außenumfang des Gefäßes 10 herum in der ringförmigen Heizkammer zwischen dem Gefäß und dem feuerfesten Gehäuse 11 knapp über dem Haltering 14 eine Gruppe aus vier in gleichem wechselseitigen Abstand voneinander angebrachten tangentialen Gasbrennern 17 vorgesehen. Die Flammen aus den vier Brennern 17 bewegen sich in einem Kreis um das Schmelzgefäß 10 herum, treffen jedoch nicht unmittelbar auf das Gefäß auf, wobei die entstehenden heißen Verbrennungsgase durch die Heizkammer nach oben zirkulieren, bis sie über Absaugöffnungen 18 im Deckel 15 abgeführt werden. Die Brenner sind so konstruiert, daß sie das untere Ende des Gefäßes 10 bis auf eine über dem Schmelzpunkt des in ihm enthaltenen Glases liegende Temperatur erwärmen,.während die nach oben zirkulierenden Gase den oberen Teil des Gefäßes bis auf eine zum Vorwärmen der über die obere Öffnung- eingebrachten Glaskugeln oder sonstigen Vorratsgutes geeignete Vorwärmtemperatur· erwärmen.

Zum Bilden einer Vielzahl von durchgehenden Glasfäden aus der in dem Gefäß 10 enthaltenen Glasschmelze ist die Bodenwand 10b mit einer Vielzahl von Öffnung 19 versehen, die nach Bedarf und im dargestellten Ausführungsbeispiel in drei in Nähe des Außenumfangs der Bodenwand um sie

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herum verlaufenden Kreisen angeordnet sind. Der Druck im Freiraum über der Glasschmelze in dem Gefäß 10 preßt schmelzflüssiges Glas rech unten durch die ringförmige Lochreihe, wobei die entstehenden Fäden stetig nach unten gezogen und mittels üblicher Ziehwalzen, ausgezogen und in Übereinstimmung mit irgendeinem gewünschten Verfahren bearbeitet werden. Auf Grund des Temperaturgefälles zwischen den erhitzten Seitanwänden des Gefäßes 10 und seinem Mittelteil können die Öffnungen des innersten Kreises etwas größer gemacht werden als die der äußeren Kreise, so daß die aus allen drei Kreisen gezogenen Fäden im wesentlichen von gleichmäßigem Gewicht und gleichmäßiger Größe bzw. Stärke sind.

Erfindungsgemäß ist das Glasschmelzgefäß 10 aus einer aus der aus Legierungen auf Nickel-Basis, Legierungen auf Nickel-Chrom-Basis, Legierungen auf Kobalt-Nickel-Basis und rostfreiem Stahl bestehenden Gruppe ausgewählten hochwarmfesten Nicht-Edelmetall-Legierung hergestellt und sind die die Fäden bildenden Öffnungen im Boden des Legierungsgefäßes mit aus einem oder mehreren Edelmetallen hergestellten und sich vorzugsweise bis unterhalb der Unterseite der Bodenwand des Gefäßes erstreckenden Hülsen ausgekleidet. Hier ist ferner zu bemerken, daß die

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Seitenwände des Gefäßes aus einer Legierungsart und die Bodenwand aus einer anderen, unterschiedlichen Legierung hergestellt sein können. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Gefäß gänzlich aus einer der vorerwähnten Nicht-Edeimetail-Legierungen hergestellt und in jede der Öffnungen ..1-9 ist eine Edelmetallhülse 20 (Fi₆". 5) eingepaßt, damit die gesamten Innenflächen der Öffnungen mit Edelmetall ausgekleidet sind. Die Hülsen 20 sind an ihrem oberen Ende mit einem Plansch versehen, um sie in der Bodenwand 10b zu halten, während sich ihre unteren Enden bis unterhalb der Unterseite der Bodenwahd erstrecken, so daß aus ihnen austretendes schmelzflüssiges Glas mit dem Metall der Bodenwand 10b nicht in Berührung kommt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gefäß 10 aus einer mindestens etwa 72 Gew.-$ Nickel, mindestens etwa 14 Gew.-$ Chrom und mindestens etwa 6 Gew.-$ Eisen enthaltenden Legierung, wie beispielsweise "Inconel 600" hergestellt, während die Hülsen 20 aus einer 90 $ Platin und 10 $ Rhodium enthaltenden Legierung hergestellt sind. Es wird zugegeben, daß jeder dieser als Beispiel dienenden Werkstoffe bei bisher bekannten Glasschmelzvorrichtungen individuell verwendet worden ist, jedoch beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß die Verwendung dieser Werkstoffe in

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der hier beschriebenen besonderen Kombination zn unerwarteten technischen und wirtschaftlichen Vorteilen führt, die sich bisher auf dem Fachgebiet der Glasfaserherstellung noch nicht haben erreichen lassen.

Obwohl bisher bei Behältern für schmelzflüssiges Glas die verschiedesten JTicht-Edelmetall-Legierungen verwendet und zur Verwendung als Spitzen oder Hülsen zum Auskleiden der zum Ziehen von Glasfaden aus Behältern für schmelzflüssiges Glas üblichen Öffnungen bzw. Düsen als geeignet angesehen worden sind, hat sich überraschend herausgestellt, daß diese Werkstoffe an den unteren Enden der die Fäden bildenden Öffnungen einer starken Korrosion und Abnutzung unterliegen. Im einzelnen wurde festgestellt, daß die oberen Kanten der im Boden eines Gefäßes aus Nicht-Edelmetall-Legierungen ausgebildeten Öffnungen über lange Betriebszeiträume einschließlich zwischenzeitlicher Stillegung scharf und sauber bleiben und die unteren Kanten der Öffnungen durch Korrosion und Abnutzung stark abgeschrägt werden, bis das schmelzflüssige Glas zwischen benachbarten Öffnungen die Bodenwand benetzt, eine dem Fachmann als "Kriechen" (flooding) (Zusammenlaufen des Glases an der Düse infolge zu geringen Lochabstandes) bekannte Erscheinung. Es wird angenommen, daß diese Verschlechterung durch die an den untere

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Enden der Öffnungen während des Zeiehens von Glasfaden aus ihnen bestehende Glas-Metall-Luft-GrenzfIache verursacht wird und daß zumindest bei bestimmten Legierungen eine interkristalline Korrosion auftritt, die zu einem Zerfall oder einem Abblättern des Oberflächenmaterials führt. Dieses Zundermaterial blättert allmählich ab und verunreinigt das schmelzflüssige Glas und bewirkt gleichzeitig eine Abschrägung der Öffnungskanten, wobei sich eine Verringerung der Dicke der Bodenwand des Gefäßes ergibt. Diese Verschlechterung wird noch gesteigert durch einen periodischen Betrieb von der Art, wie man ihn oft bei einer gewerblichen Produktion antrifft.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß durch Kombiniereneines aus einer ausgewählten Nicht-Edelinetall-Legierung hergestellten Gefäßes mit die die Fäden formenden Öffnungen auskleidenden Edelmetallhülsen die Lebensdauer des Gefäßes- auf ein Jahr und mehr verlängert, was im scharfen Gegensatz zu der Durchschnittsleoensdauer von 30 Tagen für die bisher üblichen Gefäße aus feuerfestem Ton steht. Die tatsächliche genaue Lebensdauervon erfindungsgemäß hergestellten Schmelzgefäßen ist noch nicht bekannt, da die frühesten in Betrieb genommenen Gefäße noch keinerlei Anzeichen einer

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bedeutenden oder nennenswerten Verschlechterung gezeigt haben. Die aus solchen Schmelzgefäßen gezogenen Glasfäden sind äußerst gleichmäßig und verändern sich mit dem Alter des Schmelzgefäßes nicht. Außerdem hat man festgestellt, daß die Kombination der Legierungsbodenwand mit der Edelmetallhülse die Temperatur in den die Faden bildenden Öffnungen senkt, so daß die Hauptglasschmelze in dem Schmelzgefäß auf einer höheren Temperatur gehalten wird, das Glas also fließfähiger und somit gleichmäßig über den Boden des Schemlzgefäßes verteilt wird und folglich aus der gesamten Öffnungsreihe gleichmäßigere Fäden erzeugt werden. Zusätzlich zu der erhöhten Lebensdauer und Gleichmäßigkeit ermöglichen die verbesserten Schmelzgefäße nach der Erfindung eine Produktivitätssteigerung, indem in der Bodenwand des Gefäßes eine verhältnismäßig hohe Lochdichte vorgesehen werden kann. Die Metallegierung hat eine solche Festigkeit, daß selbst ein kleines Metallfeld zwischen einander benachbarten Öffnungen ausreicht, um zu verhindern, daß die Bodenwand nach einem ausgedehnten Betrieb bei hoher Temperatur durchsackt. Ferner ist für den Mittelabschnitt der Bodenwand keine äußere Stütze erforderlich, da sie selbst bei einer wie in Fig. 2 veranschaulichten äußerst hohen Lochdichte gänzlich selbsttragend ist.

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Die Edeimetallhulsen sind vorzugsweise aus Platin hergestellt, jedoch sind auch andere Edelmetalle, wie Palladium sowie Edelmetallegierungen, wie Palladium-Ruthenium, Platin-Palladium und Platin-Rhodium und dergleichen brauchbar. Die bevorzugte Legierung für das Schmelzgefäß ist "Inconel 600", dessen chemische Nominalzusammensetzung gewichtsmäßig aus 76,0 $ Nickel, 15,0 i* Chrom, 7,0 # Eisen, 0,25 *$> Mangan, 0,25 $> Silizium, 0,1 % Kupfer und 0,06 % Kohlenstoff besteht. Weitere brauchbare Legierungen sind folgende:

	"Dur nickel Nr. 301"	"DuPont TD"	"DuPo nt TD Nie"
Kohlenstoff	Spuren
Mangan	Spuren
Silizium	Spuren
Chrom			20,0
Nickel	94,0	98,0	78,0
Thoriumoxid		2,0	2,0
Aluminium	4,5
Titan	0,5

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	"Stamles Nr. 310"	"Stainless Nr. 314" *	"Hastelloy Nr. 150"	"Nichrome V"
Kohlenstoff	max.0,25	max.0,25	0,08
Mangan	max.2,00		0,65
Silizium	max.1,50	1,5-3,0	0,75
Chrom	24,0-26,0	23,0-26,0	28,0	20,0
Nickel	19,0-22,0	19,0-22,0		80,0
Eisen Kobalt	Ausgl.b. 50,0	Ausgl.b. 52,0	20,0 50,2

Das Metallegierungsgefäß kann entweder aus Knet- oder Gußlegierungen hergestellt werden. Bei Knetlegierungen werden die Öffnungen in der Bodenwand durch Bohren hergestellt, während sie bei Gußlegierungen während des Gießvorgangs gebildet werden können. Wie vorstehend beschrieben, kann die Bodenwand des Schmelzgefäßes als gesonderter Bestandteil hergestellt werden, so daß sie bei Erhaltung des Seitenwandteiles des Schmelzgefäßes als gesonderte Einheit ausgewechselt werden kann, wobei sie außerdem aus einem von dem Werkstoff der Seitenwand abweichenden Werkstoff hergestellt werden kann.

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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann an der Unterseite des Mittelabschnitts der Bodenwand des Schmelzgefäßes, wie in Pig. 1 gezeigt, eine gesonderte isolierende feuerfeste Scheibe 30 angebracht werden. Diese Scheibe dient zum Stauen von Wärme in dem Mittelabschnitt des Schmelzgefäßes, so daß die Temperatur des schmelzflussigen Glases in der Mitte des Schmelzgefäßes erhöhte und das Wärmegefälle zwischen der Mitte des Schmelzgefäßes und seinen Seitenwänden verringert wird. Bei der besonderen dargestellten Ausführungaform ist die isolierende Scheibe 30 auf einen aus der Bodenwand des Schmelzgefässes herausragenden Gewindebolzen 31 aufgeschoben und mit Hilfe einer gegen eine Halterungsscheibe 33 an der Unterseite der Scheibe 30 geschraubten Flügelmutter 32 befestigt. Man hat festgestellt, daß der Mittelabschnitt der Bodenwand des Schmelzgefäßes zum Tragen des Gewichts dieser zusätzlichen Teile genügend selbsttragend ist, ohne seine lange Lebensdauer oder seine Leistungsfähigkeit nachteilig zu beeinflussen.

Obwohl die Erfindung im Vorstehenden unter spezifischer Bezugnahme auf ein Schmelzgefäß von der Art beschrieben wurde, wie sie zur Herstellung von zur Erzeugung von feinen Pasern für Isolierzwecke und dergleichen nachträglich durch Flammen ausgezogenen Primärglasfäden

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verwendet werden, leuchtet ein, daß die Erfindung auch auf andere G-lasschmelzgefäße und Tiegelarten, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Textilfasern und
dergleichen verwendet werden, anwendbar ist. Außerdem muß zugegeben werden, daß der gesamte Behälter nicht aus den vorstehend beschriebenen besonderen Legieru'igen hergestellt zu werden braucht. Es kann beispielsweise erwünscht sein, nur den Teil der Behälterwand
aus einer Nicht-Edelmetall-Legierung herzustellen, der die die Fäden bildende Vorrichtung enthält.

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Claims

Patentansprüche

/i7| Grlasschmelzgefäß für eine Glasschmelze, die durch eine Vielzahl von Öffnungen im Boden des G-efäßes zu Glasfäden gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgefäß (10) aus einer Legierung auf Nickel-Basis, einer Legierung auf Nickel-Chrom-Basis, einer Legierung auf Kobalt-Nickel-Basis oder aus einem rostfreien Stahl und aus einer Edelmetall-Schutzauskleidung (20) für die Innenflächen jeder Öffnung (19) besteht.
2. Glasschmelzgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzauskleidung (20) aus Platin, Palladium, einer Palladium-Ruthenium-Legierung oder einer Platin-Rhodium-Legierung besteht.
3. Glasschmelzgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzauskleidung eine sich bis unterhalb der Unterseite des Bodens (10b) des Schmelzgefäßes erstreckende Hülse (20) ist.

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·4· Glasschmelzgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Bodens (1Ob) innerhalb einer ringförmigen Lo ohr ei tie (19) eine isolierende feuerfeste Scheibe (30) angeordnet ist.

Patentanwälte

Seiler ü, Pfenning

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