DE3211392C2 - - Google Patents
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
- C03B5/167—Means for preventing damage to equipment, e.g. by molten glass, hot gases, batches
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Extrudieren von Glas aus einer Glasschmelze nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt (US-PS 24 95 956 und 41 95 982),
geschmolzenes Glas unter Anwendung von Gasdruck zu extrudie
ren. Man benutzt eine beheizte zylindrische Kammer mit
Düsenöffnungen am unteren Ende und einer Druckgaszuführung
am oberen Ende. Der Glasnachschub wird in Form einer abge
dichteten Stange der Aufschmelzzone zugeführt. Über der
Glasschmelzzone ist deshalb ein größerer Bereich abfallender
Temperatur.
Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß
sich in diesen Bereichen abfallender Temperatur Dämpfe
niederschlagen können, was zu einer Änderung der Zusammen
setzung der Schmelze führt.
Die Erfindung löst die Aufgabe, eine Vorrichtung
zum Extrudieren von Glas zu schaffen, wobei die Schmelze
ihre Zusammensetzung im wesentlichen beibehält.
Mit der Erfindung wird vermieden, daß ein Teil
des verdampften oder durch den Dampf mitgerissenen Materials
sich an der Innenseite des oberen, kühleren Kammerbereichs
niederschlägt. Deshalb kann über längere Zeit extrudiert
werden, ohne daß es zu schädlichen Krustenbildungen kommt.
Solche Krusten könnten im übrigen auch Stoffe aus der
Kammerwand oder der gasförmigen Umgebung aufnehmen und durch
Schuppenbildung in die Schmelze fallen, was zu einer schlech
ten Qualität des hergestellten Glasprodukts führen würde.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist in den An
sprüchen 1 und 2 enthalten.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen be
schrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Glasextrusionsein
richtung zur Erläuterung der Problemstellung,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform,
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform und
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Glasextrusionseinrichtung.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Extrusionsein
richtung 10 mit Gaskopf dargestellt. Die Einrichtung 10
besteht aus sogenanntem TZM-Material, d. h. einer Legierung
aus ungefähr 0,5% Titan, 0,1% Zirkon, 0,02% Kohlenstoff
und als Rest und Hauptbestandteil Molybdän. Die Einrich
tung 10 ist aus einer zylindrischen Kammer 11 mit einer
Kappe 12 am oberen Ende und einem Ringspalt 13 am Boden
14 aufgebaut. Der Ringspalt 13 kann durch Einfügung eines
Kerns 15 in eine Öffnung 16 des Bodens 14 gebildet werden,
wie dies im einzelnen in der US-PS 41 95 982 beschrieben
ist. In der Kappe 12 ist ein Rohr 17 angebracht, welches
in das Kammerinnere führt. Eine elektrische Spule 18 um
gibt den unteren Teil der Kammer 11.
Im Betrieb wird die Kappe 12 entfernt und ein fester Glas
klotz, z. B. erschmolzenes Siliciumglas, oder Glasstücke
werden in den unteren Teil der Kammer 11 eingebracht, und
die Kammer wird mit der Kappe geschlossen. Durch die
Spule 18 wird elektrischer Strom geleitet, um den unteren
Teil der Kammer 11 induktiv zu erhitzen und eine Heizzone
19 zu bilden. Der Klotz oder die Glasstücke werden auf
eine Temperatur von etwa 2000°C gebracht, wodurch das
Glas erweicht und in einen geschmolzenen Glaskörper 21
mit einer Viskosität von ungefähr 105 Poise übergeht. Der
Glasfluß führt zu einer wirksamen Abdichtung des engen
Ringspaltes 13, wenn ein Gas, z. B. Argon, Helium oder
dergleichen, in die Kammer 11 über das Rohr 17 geleitet
wird und einen Druck von ungefähr 7 bar erzeugt. Der Gas
druck führt zur Extrusion des Glaskörpers 21 durch den
Ringspalt 13, wodurch ein Glasrohr 26 gebildet wird.
Das beschriebene Verfahren hat sich zur Extrusion von Glas
rohren 26 als wirksam erwiesen, jedoch wurde festgestellt,
daß ein wesentlicher Betrag von Kieselerde oder Silicium
dioxid aus der Schmelze 21 verdampft. Die Kammer 11 steht
unter nicht-isothermischen Bedingungen und enthält fremde
Gasbestandteile infolge des Gasdruckkopfes oberhalb der
Schmelze 21. Der gesamte Gleichgewichtsdampfdruck einer
Siliciumdioxd-Schmelze bei 1777°C beträgt etwa 10-4 bar
und etwa 10-3 bar bei 2070°C. Dieser Gesamtdruck bei 2070°C
setzt sich aus folgenden Teildrücken für folgende gas
förmige Elemente und Moleküle zusammen:
- SiO ungefähr 10-3 bar
- O2 ungefähr 8 × 10-4 bar
- O ungefähr 10-4 bar
- SiO2 ungefähr 6 × 10-5 bar
- Si2O2 ungefähr 10-9 bar
Wenn der Fremdgas-Druckkopf oberhalb der Schmelze verwen
det wird, tritt ein Verlust an SiO2 über Verdampfung in
folge der offensichtlichen Nichtgleichgewichtsbedingungen
in der Kammer 11 während der Extrusion des Glasrohres 26
auf. Ein feines Pulver 27 schlägt sich auf der Innenseite
der kühleren oberen Region 28 der Kammer 11 ab. Die Pfeile
vermitteln eine Andeutung über die Fließrichtung des ver
dampften Materials. Das Pulver wurde durch Analyse mit
Rasterelektronenmikroskop als vor allem Si enthaltend
festgestellt. Solche Niederschläge von Pulver 27 können
zu bedeutsamen Verlusten an SiO2 führen, wenn Glasrohre
26 während längerer Zeit extrudiert werden. Zusätzlich
kann das Pulver 27 schädliche Bestandteile aus der Kammer
wandung sowie der gasförmigen Umgebung aufnehmen und in
die Schmelze 21 zurückfallen, so daß ein Rohr 26 schlech
ter Qualität extrudiert wird.
Es wurde festgestellt, daß mit der Anordnung von minde
stens einer ebenen Abschirmung 29 (Fig. 2) in enger Nach
barschaft zur Oberfläche der Schmelze 21 die Bildung von
niedergeschlagenem Pulver 27 auf der Innenseite der Kam
merwandung 11 bei im wesentlichen den gleichen Temperatu
ren, Drücken und der beschriebenen gasförmigen Umgebung
vermieden werden kann. In Fig. 2 ist eine Mehrzahl von
parallelen, im Abstand zueinander angeordneten Abschir
mungen 29-29 vorgesehen, die an Stangen 31 aufgehängt
sind, wobei die unterste Abschirmung einen gewissen Ab
stand von der Schmelze 21 einhält. Obzwar die Erfindung
unter Verwendung einer einzelnen Abschirmung 29 reali
siert werden kann, sorgt die Anwendung von der Vielfach
abschirmanordnung für eine isolierende Schicht zwischen
den einzelnen Abschirmungen, die auch zur Herabsetzung
des Wärmeverlustes zum oberen Teil 28 der Kammer 11 führt.
In einer speziellen Ausführungsform bestanden die Ab
schirmungen 29-29 aus kreisförmigen Molybdänscheiben zwi
schen 0,13 und 0,25 mm Dicke, die einen Abstand von etwa
3 mm von der inneren Wandung der Kammer 11 einnehmen. Die
Abschirmungen 29-29 werden über Stangen 31-31 gehalten,
die beispielsweise aus Wolfram bestehen und von der Kappe
12 herabhängen.
Obzwar die Ursache nicht völlig geklärt ist, scheinen die
Abschirmungen 29 die Oberfläche der Schmelze effektiv ab
zuschirmen und so den Verlust infolge Verdampfung der
Schmelze 21 gering zu halten. Es werden nahezu Gleichge
wichtsbedingungen aufrechterhalten, wie dies grob durch
Pfeile angedeutet ist. Das Gleichgewicht zwischen SiO2
(flüssig) und dem Dampfdruck dieser Flüssigkeit wird er
zielt, die aus folgenden Bestandteilen besteht:
SiO, O2, O, SiO2 und Si2O2. Der gesamte Dampfdruck von SiO2 bei 2000°C beträgt ungefähr 10-3 bar. Wegen der hohen Temperatur der Abschirmung 29 schlagen sich nur gering fügige Beträge der verdampften Schmelze darauf ab.
SiO, O2, O, SiO2 und Si2O2. Der gesamte Dampfdruck von SiO2 bei 2000°C beträgt ungefähr 10-3 bar. Wegen der hohen Temperatur der Abschirmung 29 schlagen sich nur gering fügige Beträge der verdampften Schmelze darauf ab.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wobei
die Abschirmungen 29 a-29 a sich vom Rand aus nach innen
zu einer zentralen Öffnung 32 neigen. Die Abschirmungen
sind also als umgekehrter Kegel gestaltet und ermöglichen
Glasstücken 33, in die Glasschmelze 21 über die zueinander
ausgerichteten Öffnungen 32-32 zu fallen. Die Glasstücke
33 können entweder als Ursprungsladung im oberen Teil 28
oberhalb der oberen Abschirmung 29 eingebracht worden sein
und bis zum Aufbrauchen der Ladung kontinuierlich gefördert
werden, oder die Glasstücke können später in den oberen
Bereich der Kammer 11 über einen nicht gezeigten Druck
einlaß kontinuierlich zugeführt werden.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
bei welcher eine feste Glasstange 35 in Richtung des Pfeiles F kontinuierlich in
die Heizzone 19 zur Ergänzung der Schmelze 21 gefördert
wird. Der Querschnitt der Stange 35 ist etwas kleiner als
der Innenquerschnitt der Kammer 11, so daß der Gasdruck
kopf auf die Schmelze 21 einwirken kann, während gleich
zeitig die Gesamtoberfläche, von welcher aus die Schmelze
verdampfen kann, möglichst klein gehalten wird. Bei dieser
Ausführungsform wirken die nicht geschmolzenen Teile der
Stange zur Abschirmung der Oberfläche der Schmelze, wobei
eine wesentliche Verdampfung des geschmolzenen Materials
verhindert wird. Zusätzlich wird durch die kontinuier
liche Zuführung der Stange 35 in die Schmelze 21 die An
zahl der erzeugten Blasen weitgehend verringert. In einer
speziellen Ausführungsform wurde eine feste erschmolzene
Stange 35 aus Siliciumdioxid mit einem Durchmesser von
etwa 3,3 cm in die Kammer 11 eingeführt, welche einen
Innendurchmesser von ungefähr 3,54 cm aufwies. Eine Ab
dichtung 34 in der Kappe 12 dichtet gegenüber der Stange
35 ab. Das Druckgas wird seitlich zugeführt, wie bei 17
dargestellt.
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Extrudieren von Glas aus einer
Glasschmelze (21),
mit einer Kammer (11), in welcher die Schmelze (21) enthalten ist,
mit einer Heizeinrichtung (19), die das Glas in der Kammer (11) in geschmolzenem Zustand hält, und
mit einer Druckgaszuführeinrichtung (17) zur Aufrechterhaltung eines Gasdrucks in der Kammer (11) zum Extrudieren eines Teils der Schmelze (21),
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Anordnung aus einer oder mehreren Abschirmungen (29, 29 a) nahe oberhalb der Schmelze (21)
oder eine Glasstange (35) zur Ergänzung der Schmelze (21) sich soweit über den örtichen Querschnitt der Kammer (11) erstrecken, daß der Restspalt zur Kammerwand (11) ausreichend eng ist, die Verdampfungsverluste aus der Glasschmelze (21) infolge Niederschlag im oberen Kammerbereich gering zu halten, während andererseits sich der Gasdruck bis zur Oberfläche der Schmelze (21) fortpflanzen kann.
mit einer Kammer (11), in welcher die Schmelze (21) enthalten ist,
mit einer Heizeinrichtung (19), die das Glas in der Kammer (11) in geschmolzenem Zustand hält, und
mit einer Druckgaszuführeinrichtung (17) zur Aufrechterhaltung eines Gasdrucks in der Kammer (11) zum Extrudieren eines Teils der Schmelze (21),
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Anordnung aus einer oder mehreren Abschirmungen (29, 29 a) nahe oberhalb der Schmelze (21)
oder eine Glasstange (35) zur Ergänzung der Schmelze (21) sich soweit über den örtichen Querschnitt der Kammer (11) erstrecken, daß der Restspalt zur Kammerwand (11) ausreichend eng ist, die Verdampfungsverluste aus der Glasschmelze (21) infolge Niederschlag im oberen Kammerbereich gering zu halten, während andererseits sich der Gasdruck bis zur Oberfläche der Schmelze (21) fortpflanzen kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung oder Abschirmungen
(29 a) sich nach innen zu einer zentralen Öffnung (32) neigen
und einen Zuführtrichter für Glasstücke (33) bilden, welche der
Schmelze zugeführt werden und dabei die Verdampfungsverluste
der Schmelze kompensieren.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/250,466 US4372771A (en) | 1981-04-02 | 1981-04-02 | Methods and apparatus for extruding articles |
Publications (2)
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DE3211392A1 DE3211392A1 (de) | 1982-10-21 |
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- 1982-03-27 DE DE19823211392 patent/DE3211392A1/de active Granted
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- 1982-04-02 JP JP57054001A patent/JPS57179042A/ja active Pending
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