DE2220223A1

DE2220223A1 - Verfahren zur Herstellung von Float-Glas

Info

Publication number: DE2220223A1
Application number: DE19722220223
Authority: DE
Inventors: George Anthony Lower Burrell Pa. Pecoraro (V.StA.)
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1971-04-29
Filing date: 1972-04-25
Publication date: 1972-11-02
Also published as: IT948969B; ES398832A1; CA970974A; AU3709471A; GB1380448A; FR2134342A1; FR2134342B1; BE782797A; NL7201550A; ZA718362B

Description

Dr.Michael Hann

Patentanwalt

63 Giessen

Ludwigstr.67 24. April 19 72

Postfach 5524 H B-/ We (412) 4^f>.? '

PPG Industries, Inc. Pittsburgh, Pa. 15222, USA

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON FLOAT-GLAS

Priorität : USA, Ser.Nq. 138 822 vom 29:April 1972

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Flachglas hoher Qualität nach dem Float-Verfahren und im besonderen eine Verfahrensweise, bei der die im hergestellten Glas festgestellte Fehlerhäufigkeit der Tridytnit-Fehlstellen (tridymite-frost stones) auf einem niedrigen Niveau gehalten wird.

Das Float-Verfahren, wie es z;B. in der US-Patentschrift 3 083 551 beschrieben ist, wird in der Technik im großen Umfang zur Herstellung von Flachglas von hoher Qualität angewandt.Auf diesem Gebiet ist es bekannt, daß man, um ein brauchbares Handelsprodukt zu erzielen, sorgfältig und im größtmöglichen Umfang die üblichen Fehlerarten ausschließen muß, die in einem solchen Glas auftreten können, wie Keime (seeds), Blasen , Knoten (ream knots) und steinartige Fehlstol-

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len (stones).Darüberhinaus müssen die Maßnahmen für den Ausschluß oder das Vermeiden solcher Fehler so getroffen werden, daß sie keine nachteilige Auswirkung auf die optische und mechanische Qualität des Glases haben.Bei der Produktion von Glas ist es im allgemeinen nötig, Glas herzustellen, das eine Fehlerhäufigkeit (unter Berücksichtigung aller bekannten Fehlerarten) in der Größenordnung von <
hat.

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von 43 pro 100 m (4.0 per 100 square feet)»und weniger

Bei der Herstellung von Flachglas ist es bekannt, daß eine gelegentlich vorkommende Fehlerart die Tridyitiit-Fehlstellen (tridymite frost stone defect) sind.Man weiß, daß diese Fehlerart von der Einwirkung von alkali sehen. Dämpf en auf die feuerfeste Decke von Schmelzofen, die gewöhnlich aus Siliciutndioxid-Material besteht herrührt.Das Problem ist bei der Herstellung von gegossenem oder gewalztem Flachglas von verhältnismäßig geringer Bedeutung, weil solche Fehler meist durch das nachfolgende Schleifen und Polieren beseitigt werden .Beim Float-

Verfahren werden jedoch Schleifen und Polieren, die ja Kosten verursachen, vermieden, und so wird es notwendig, andere Maßnahmen zu treffe^um Schwierigkeiten mit den Tridymit-Fehlstellen zu vermeiden.

Es ist außerdem bekannt, daß solche Tridymit-Fehler während der ersten 8 bis 12 Monate eines neuen oder neuzugestellten Ofens gewöhnlich kein Problem sind.Manchmal

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entsteht dieses Problem auch später nicht.Wenn es aber auftaucht, bereitet es erhebliche Schwierigkeiten und die bisher bekannten Maßnahmen zur Beseitigung solcher Störungen führen nicht zu befriedigenden Ergebnissen.

In einem Aufsatz, betitelt "The Siliceous Scale Dropped From The Tank Furnace Crown" von N. ARAKI, wird vorgeschlagen, dieses Problem durch Anwendung von Siliciumdioxid-Bausteinen mit besonders niedrigem Kalkgehalt» zu bewältigen. Dieser Vorschlag ist aber mit dem Nachteil verbunden, daß größere Kosten für den Bau der feuerfesten Öfen erforderlich sind und daß eine Kaltreparatur notwendig wird, wenn es sich um einen in Betrieb befindlichen Ofen handelt.

In Veröffentlichungen, wie in den britischen Patents^chrif-_. ten 1 067 006; 1 035 415 und den US-Patentschriften 3 240 581; 3 238 030 wird vorgeschlagen, das Problem durch Zugabe von einer Natrium-Schwefel-Verbindung und durch Aufrechterhaltung einer chemisch reduzierenden Atmosphäre im Ofen zu lösen.Dies ist aber mit einer Reihe von Nachteilen verbunden, wie der Erfordernis, laufend die'Arbeitsbedingungen zu kontrollieren, eine mögliche Verschlechterung des feuerfesten Silikatmaterials, eine Verunreinigung des Glases und der Möglichkeit nur die Bereiche zu behandeln, die mit der Ausrüstung erreicht werden können.

Im allgemeinen haben es die Ofenkonstrukteure vermieden, für das Deckengewölbe der Raffinieröfen irgendwelche anderen feuerbeständigen Materialien zu verwenden, außer Silicium-

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dioxid.Das Siliciumdioxid wird bevorzugt wegen seiner geringen Kosten, wegen seiner verhältnismäßig geringen Dichte und vor allem wegen seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei der in der Ofendecke auftretenden Arbeitstemperatur.

In der kanadischen Patentschrift 851 103 wird vorgeschlagen, das Problem durch eine Umkonstruktion der Ofendecke zu beseitigen, bei der durch ein dauerndes Fließen von Gasen durch die Poren des feuerfesten Silikats dieses von dem Angriff von Alkalidämpfen geschützt werden soll.Folgt man diesem Vorschlag, so wird ein Außferbetriebsetzen des Ofens für eine Reparatur im kalten Zustand notwendig.Es erscheint außerdem.fraglich, ob die Menge und die Richtung des durch das feuerfeste Material fließenden Gases ausreichend und i geeignet fftr den gewünschten Effekt ist, wenn nicht speziel- j les Silikatmaterial, das poröser als üblich ist, verwendet wird; auch dann ist es noch fraglich, ob ein poröses, feuerfestes Silikatmaterial gefunden werden kann, das beides hat, die erforderliche Porosität und gleichzeitig eine ausreichende Warmfestigkeit, die es für die Konstruktion einer Ofendecke mit der erforderlichen Spannweite geeignet macht.

In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird Float-Glas in einem Verfahren hergestellt, bei dem Chargen von Glasmaterial am Vorder- oder Einsatzende eines im allgemeinen länglichen Schmelzofens eingebracht und dann zu einem Bad von geschmolzenen Glas erhitzt werden, und das Glas dann längs des Ofens in eine Raffinierzone fließt, die sich am

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zweiten oder Austrittsende des Ofens befindet,, wobei wenigstens die Raffinierzone eine Decke aus Siliciumdioxid hat.Weiterhin schließt die Erfindung die Stui'<· des mechanischen Ablösens während kurzer und in der Regel unregelmäßiger Zeiträume - wie z.B. von nicht nehr als 36 Standen Dauer und nicht häufiger als viermal in eiaea Jahr - von im wesentlichen allen leicht entfernbaren Tridyeit-Teilchen (d.h. den potentiellen Steinfehlern) ein, die an der Decke der Raffinierzone des Ofen» haften,Das mechanische Ablösen erfolgt, wenn die

Dichte der Tridyoit-Fehlstellen größer geworden ist

2 als ungefähr 3,2 pro 100 m Glas (0.3 per 100 square feet).Durch das Mechanische Ablösen wird die Dichte der

Tridyait-Fehlstellen im wesentlichen auf 0 reduziert,

2 d.h. auf nicht sehr als 0,11 pro 100 α Glas (0.01 per 100 Square feet ).Obwohl bei breiter Anwendung der Erfindung das mechanische Entfernen oder Ablösen mittels eines Stabes oder Stichels.aus hitzebeständigem Material, wie rostfreien Stahl, vorgenommen werden kann, wird es bevorzugt erreicht durch Einblasen großer Mengen eines Gases von verhältnismäßig hoher Teapeartur, wie z.B. ungefähr 1 200⁰C (2 200⁰F) gegen die Decke der Raffinierzone «it ausreichender Kraft-ungefähr 60 tn pro sek. Düsengeschwindigkeit (200 feet per second), um die Tridytnit-Partikaln dort abzulösen.Dies kann erfolgen ohne den Ofen herunterzukühlen und bevorzugt während einer geeigneten zeitlichen Pause, wie z.B. bei einem Wechsel der Schmelze oder der Dicke, so daß keine Produktion verloren geht.

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BAD OBiGSNAL

Die Erfindung ist für ei ic Herstellung vor r^ hoher Qualität nach dem Float-Verfahren von Wi cht. i d.h. einem Verfahren bei dem Chargen von Glas - £i material - am vorderen Ende eines verhältnismäiUr, Schmelzofens eingebracht und zur Bildung eines Bades von geschmolzenen Glas erhitzt werden, wobei dieses Gias dann in Längsrichtung des Ofens und in eine Raf f inierzonc· fließt, die sich beim zweiten oder Austritt sende des Of er. befindet.Danach fließt das Glas über eine Tülle auf ein Bad von geschmolzenen Zinn, wo durch die Einwirkung von Wärm· und durch auf das Glas ausgeübte Kraft dieses zu der gewünschten Dicke bei geeigneter hoher Viskosität gebracht und dann vom geschmolzenen Zinn zur nachfolgenden Weiterverarbeitung abgehoben wird.Bei solch einem Verfahren hat die Raffinierzone des Schmelzofens gewöhnlich eine Decke aus feuerfesten Siliciumdloxid-Material und, wie man weiß, ist die Entstehung von Tridymit-Fehlstellen die Folge der Reaktion zwischen Alkalidämpfen, die sich in der Schmelzkaramer aus dem Einsatzmaterial und dem Glas verflüchtigen mit dem Siliciumdioxid der Decke der Raffinierzone.

Für die Zwecke dieser Erfindung wird bei öfen, die eine Verengung haben, der Bereich vom Anfang dieser Verengung stromabwärts bis zum Eingang in den Austrittskanal als Raffinierzone des Schmelzofens betrachtet.In öfen, die keine Verengung haben, kann ale Raffinierzone der Bereich angesehen werden, der sich vom Eingang in den Austrittskanal ofenaufwärts über 10 bis 40% der Gesamtlänge des

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Ofens erstreckt.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird Mat. era al von der Decke der Raffinierzone des Schmelzofens mechanisch abgelöst.

Eine Art und Weise dies zu tun, besteht in der Verwendung eines Stichels oder Stabes aus geeignetem hitEebeständigen Material, wie z.B. nichtrostendem Stahl.Dies^kann geschehen, während der Schmelzofen in Betrieb ist, aber wenn dieser Weg gewählt wird, ist es manchmal unmöglich oder beschwerlich alle Stellen zu erreichen, die abgestoßen oder abgekratzt werden sollen, um die gewünschten oder bevorzugten Ergebnisse zu erzielen.

Es ist auch möglich, das Abstoßen oder Abkratzen während der Zeit vorzunehmen, in der der Ofen für eine Kaltreparatur außer Betrieb ist.Da eine solche Kaltreparatur gewöhnlich in ganz unregelmäßigen Zeitabständen vorgenommen wird, wie ungefähr alle 3 oder 5 Jahre^möglicherweise noch seltener, wird es sich wahrscheinlich als nicht brauchbar herausstellen, das Verfahren mit wünschenswerter Freiheit von Störungen durch Tridymitbelägen zu betreiben, wenn das Abkratzen der Decke der Raffinierzone nur während einer Kaltreparatur vorgenommen wird, da der Zeitraum für die Entwicklung von störenden Tridymitbelägen meist von der Größenordnung von 8 bis 12 Monaten ist.Wenn das mechanische Ablösen während einer Kaltreparatur vorgenommen wird, kann natürlich ein Stab oder Stichel von gewöhnlichen Material genommen werden und die Arbeit kann bequem und gründlich von einem Arbeiter innerhalb des Ofens verrichtet werden.

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QRiGtNAj-

Ein anderer Weg des mechanischen Ablösens der Partike.n von der Decke der Raffinierzone schließt die Verwendung von einem oder mehreren Gasgebläsen ein, ausgehend von einer Quelle außerhalb des Ofens.Das Gas kann kalt oder heiß sein; hat aber bevorzugt eine hohe Temperatur, z.B. von 980 bis 1 320°C (1 800 to 2 400°F).Die Zusammensetzung des verwendeten Gases soll so sein,daß es nicht nachteilig in die Ofenarbeit eingreift oder irgendeine schädliche Auswirkung auf die Lebensdauer des feuerfesten Matedals hat.In den meisten Fällen schließt dies die Verwendung von reduzierenden Gasen aus. wie z.B. Wasserstoff oder Forniergas (HNX gas, 95% Stickstoff, 5% Wasserstoff).In den meisten Fällen ist es an billigeten»Luft zu verwenden oder ein Gas, das man aus der Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes, wie Methan, mit einem Luftüberschuß von 50 bis 500% erhält.

Wie oben angegeben, können,in manchen Fällen befriedigende ι Ergebnisse bei der Anwendung von kalter Luft erhalten werden.Dies ist jedoch wegen einer Reihe von Schwierigkelten nicht zu empfehlen, wie der Gefahr des Abplatzens von der feuerfesten Decke als Folge des Temperaturechocks, der Gefahr der ungleichen Abkühlung der Decke, was zu unerwünschten Fließzeichen im darunter vorbeiziehenden Glas führen kann, und der Gefahr einer zu starken Abkühlung der ganzen Decke der Raffinierzone mit dem Ergebnis,daß das erzeugte Glas Knoten (ream) als Folge von Rayleigh-Instabilitäten zeigt.Anderer-

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BAD

seits ist kalte Luft grundsätzlich brauchbar und manchmal tatsächlich ganz befriedigend brauebar, obwohl dies für die Fachleute wegen des ProbeIms des voraussichtlichen Abplatzens und Reißens gar nicht naheliegend «ar.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das mechanische Ablösen durch Blasen von ein oder mehreren Strahlen von Verbrennungsgas der oben angegebenen Zusammensetzung gegen die Siliciumdioxid-Decke der Raffinierzone erreicht.Die Verbrennungsbedingungen werden so gewählt, daß eine theoretische Flammentemperatur von der Größenordnung von 1 150 bis 1 26O°C (2 100 to 2 300⁰F) erreicht wird.

Im Grunde bleibt das Volumen der angewandten heißen Gase und die Größe der verwendeten Düse und die Art der Betätigung - ein durch die Seitenwand des Ofens eingeführter und geeignet befestigter Brenner oder Anwendung einer handgeführten Brennerlanze - der Wahl überlassen, solange die gewünschte gründliche Ablösung in der am Gewölbe der Raffinierzone haftenden Tridymit-Partikeln erzielt wird. Der Durchmesser der Brennerdüse, von der der Strahl ausgeht, kann von 0,6 bis 30 cm (1/4 to 12 inches) variieren , und sie kann in einem Abstand von 1,2 cm (1/2 inch) bis 25,4 cm (10 inches) von der Decke angebracht werden.Es ist natürlich denkbar, daß die Geräte zur Einführung der Verbrennungsgase von solch großem Durchmesser und die Durchflußmenge so groß sein können, daß kein Ablösungseffekt erforderlich wird; a.lkalihaltige Dämpfe aus dem

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Kopfraum des Schmelzofens erreichen nicht das foueifeste Mauerwerk.Dies ist im Bereich der vorliegenden Erfindung nicht berücksichtigt, die auf das mechanisch-Ablusen des Tridymits über dem Glasband gerichtet ist, was üblicherweise und am bequemsten mit der Anwendung von Gasstrora-Geräten geschieht.In jedem Fall ist es notwendig, die Art der Ausführung, die Größe der Düse, den Düsen* abstand von der Decke und die Glasdurchflußmenge so aufeinander .abzustimmen, daß das gewünschte mechanische Ablosen erzielt wird.Am bequemsten ist jedoch, die Bedingungen so zu halten, daß die notwendige mechanische Ablösung mit ortsfesten Brennern erzielt werden kann, die durch öffnungen in der Seitenwand der Raffinierzone des Ofens eingesetzt sind.Ein befriedigendes Zusammenspiel der Bedingungen für eine Raffinierzone von 9 m Breite und 18 m Länge (30 feet wide and 60 feet long) ergibt die Anwendung von zwwi Brennern, von denen einer durch die eine Seitenwand und der andere durch die andere Seitenwand eingesetzt ist, jeder mit einem Düsendurchmesser von 30 cm (12 inches) und mit einem Abstand von ungefähr 75 cn (30 inches) vom Gwölbe, mit einem Durchsatz von Verbrennung8gasen bei etwa 1 200⁰C ( 2 200⁰F) von 5 000 m³ pro Stunde (180,000 standard cubic feet per hour), wobei etwa je die Hälfte des Gases durch jede Düse geht.

Die Gasgeschwindigkeit an der feuerfesten Decke beträgt infolgedessen ungefähr 225 km/h (140 miles per hour).Die Geschwindigkeit kann, um den Anforderungen des Verfahrens zu entsprechen, zwischen 65 km/h und 650 km'/h (40 miles per

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BAD ORIGINAL

hour to 400 miles per hour) schwanken oder sogar nocj; höher sein.

Ein Beispiel für ein geeignetes Gas ist (bei Arbeiten der Art, wie oben angegeben) das Verbrennungsprodukt von 56 m (2 000 standard cubic feet) pro Minute von Erdgas - im wesentlichen Methan - m: cubic feet) Luft pro Minute.

3 - im wesentlichen Methan - mit 560 m (20,000 standard

Um beste Ergebnisse zu -erzielen, wird im wesentlichen die ganze Deckenoberfläche der Raffinierzone des Ofens so behandelt, daß alle Tridymit-Partikeln, die so lose haften, daß sie Tridymit-Fehlstellen im erzeugten Glas verursachen können, mechanisch entfernt werden.Je.' gründlicher die Behandlung der Decke der Raffinierzone erfolgt, desto mehr nimmt die bei der Prüfung ermittelte Fehlerdichte, die den Tridymit-Fehlstellen zuzuschreiben ist, im erzeugten Glas ab.In Übereinstimmung.mit der Erfindung sollte die Behandlung wenigstens so gründlich sein, daß diese Fehlerdichte auf ein Drittel oder weniger des Wertes vor der Behandlung abnimmt.Es ist in manchen Fällen möglich, die Fehlerdichte, die den Tridymit-Fehlstellen zuzuschreiben ist, auf etwa 0,11 oder weniger pro 100 m Glas (about 0.01 or less per 100 square feet) zu verringern, d.h. in wesentlichen auf Null zu reduzieren.Dies muß mit einer Fehlerdichte vor der Behandlung gegenübergestellt werden., die dem Tridytnit zuzuschreiben ist, die von der Größen-

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Ordnung von 43 pro 100 m Glas (4.0 per 100 square feet) oder sogar noch wesentlich höher ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Die Dauer einer Behandlung kann in Abhängigkeit von solchen Faktoren, wie Ernsthaftigkeit des Problems, Größe der Decke und Art der angewandten ArbeiLswo" .· c stark schwanken, aber sie wird sich im a 11 £*:ΐπιΰηρ.>ι zwischen wenigen Stunden und ein bis zwei Tagen bewegen.

Die zeitliche Einteilung kann auch in Grenzen variiert werden, die den Erforderniesen angepaßt sind.Selbst bei einem Ofen, der eine relativ starke Neigung hat, Tridymitkrusten zu bilden, wird es nicht nötig sein, die Behandlung öfter als zweimal pro Jahr vorzunehmen oder mehr als fünf Tage pro Jahr.In den meisten Fällen genügt es, die Behandlung alle 8 bis 14 Monate vorzunehmen.Der Zeitpunkt kann durch die Überwachung der Tridymit-Fehlerdichte bestimmt werden, um die Behandlung bei nächstpassender Gelegenheit durchzuführen, nachdem die Fehlerdichte auf einen vorher festgesetzten Wert ange-

2 stiegen ist, wie z.B. auf 5,3 oder 9,7 pro 100 m Glas (0.5 or 0.9 per 100 square feet).Eine besonders geeignete Gelegenheit ist die Zeit, in der eine Veränderung der Zusammensetzung des Glases vorgenommen wird, das im Float-Verfahren hergestellt wird.Solch ein Wechsel wird manchmal "dilution change" genannt, und er erfordert in den meisten Fällen ein bis zwei Tage zur Ausführung.Ha das Glas, das während eines solchen Wechsels produziert wird, gewöhnlich verworfen wird, ist es bequem die Behandlung während eines solchen Wechsels vorzunehmon, da die Behandlung dann keinen zusätzlichen Produktionsverlust einsth,! i eßt .Eine andere passende Gelegenheit fiir die Behandlung ist die Ze't: während eines Dickonw^chsel s oiic-

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BAD ORIGINAL

während des Abziehens der Schlacke-(ream upset).

Für den Fall, daß die Durchsatzmenge des Gases, die 'iir das mechanische Ablösen der Tridymit-Partikeln ziemlich groß 1st, i«t es vorzuziehen entweder ein.Lüftungsoder Absaugegerlt in Verbindung mit der RaffInlerzone anzubringen oder eine dienliche Trennwand, die die Kopfräune der Raffinier- und Schmelzzone trennt, soweit kann das Heizen der Übertank-Brenner in der Schmelzzone empfindlich gestört werden.HochvolumengasgeblSse sind solchen von geringeren Stärken unverkennbar vorzuziehen.Das Lüften oder Absaugen kann zweckdienlich bei offenen Türen einer zweckmäßig angebrachten Anräumnische vorgenommen werden, wenn'der betreffende Ofen eine solche hat.

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'BAD'ORIGINAL

'COPY

Claims

Patentansprüche ;

) Verfahren zur Herstellung von Flachglas von hoher Qualität durch den Floatprozeß, bei dem Ausgangsstoffe für die Herstellung von Gia.< • einem ersten Ende eines im allgemeinen länglichen Schmelzofens augeführt und zur Herstellung einer Charge'von geschmolzenem Glas erwärmt werden, das Glas entlang der Längsausdehnung des Ofens in eine Raffinierzone geführt wird, die in der Nachbarschaft des Ausgangsendes des Ofens angeordnet ist und eine Decke aus feuerfesten Siliciumdioxid-Material besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man während kurzer Zeiträume von nicht mehr als 5 Tagen pro Jahr im wesentlichen alle leicht entfernbaren Tridyrait-Teilchen von der Decke der Raffinierzone mechanisch ablöst, wobei die Ablösung erfolgt, sobald die auf Tridymit-Steine zurückzuführende Fehlerdichte über etwa J,?

pro 100 m des Glases angestiegen ist und die mechanische Ablösung der Tridyrait-Teilchen in einem solchen Umfang erfolgt, daß die auf die Tridymit-Steine zurückzuführende Fehlerdichte auf 0,11 pro

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100 m des Glases oder noch weniger absinkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Ablösung der Tridytnit-Teilchen durch Blasen eines Gases gegen die Decke der Raffinierzone erfolgt.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn:⁷ i daß das Gas eine Temperatur von etwa 980 bis 1 32O°C hat.

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