DE3906270A1 - Glasschmelzverfahren und vorrichtung dafuer - Google Patents

Glasschmelzverfahren und vorrichtung dafuer

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas, das im geschmolzenen Zustand eine hohe reduzierende Wirksamkeit aufweist, wie z.B. Phosphatglas.
Im allgemeinen wird Glas hoher optischer Qualität, das keine Streifen, Blasen usw. aufweist, auf die folgende Weise hergestellt. Ein Schmelzgefäß aus Platin oder einer Legierung davon wird in einem Schutzgehäuse aus feuerfestem Material untergebracht. Das Schmelzgefäß und das Schutzgehäuse werden in einem Schmelzofen angeordnet. Glasrohmaterial wird in das Schmelzgefäß gegeben und durch ein SiC-Widerstandserhitzungselement oder dergleichen erhitzt, um das Glasrohmaterial zu schmelzen. Das geschmolzene Glas wird ferner entschäumt und homogenisiert.
Phosphatglas, das eine reduzierende Wirksamkeit aufweist, die besonders stark ist, wenn es geschmolzen ist, ist hoch reaktiv und neigt dazu, mit dem Platin oder der Platinlegierung des Schmelzgefäßes zu reagieren, um eine Platin-Phosphor-Legierung zu bilden. Der Schmelzpunkt der Platin-Phosphor-Legierung ist 588°C, welcher extrem niedrig ist. Wenn das Schmelzgefäß und der Rührstab, welche aus Platin oder einer Legierung davon hergestellt sind, beim Schmelzen des Phosphatglases verwendet werden, werden demzufolge die innere Wandoberfläche des Schmelzgefäßes und die äußeren Flächen des Rührstabes im Kontakt mit dem geschmolzenen Glas zu einer Platin-Phosphor-Legierung, die den niedrigen Schmelzpunkt hat. Auf diese Weise können das Schmelzgefäß und der Rührstab kurzfristig örtlich abbrechen. Zusätzlich oder alternativ dazu werden im Schmelzgefäß und am Rührstab kurzfristig örtlich Risse entstehen.
Aus diesem Grund werden Schmelzgefäße und Rührstäbe aus Platin oder Platinlegierungen beim Schmelzen von Phosphatglas mit starker reduzierender Wirksamkeit nicht verwendet. Um solche Gläser zu schmelzen, werden Töpfe oder Schmelztiegel und Rührstäbe aus Keramik, wie Ton, Quarzglas oder dergleichen, verwendet oder es wird ein Schmelzgefäß oder ein Rührstab aus Iridium oder einer Legierung davon eingesetzt, was in DE-PS 19 06 717 offenbart ist.
Wenn ein Schmelzgefäß aus Keramik, wie ein Tontiegel, Quarzglastiegel oder dergleichen, und ein Rührstab aus Keramik zum Schmelzen des Phosphatglases mit im geschmolzenen Zustand besonders starker reduzierender Wirksamkeit verwendet werden, tritt das folgende Problem auf. Der Schmelztiegel und der Rührstab werden unter der starken Erosionswirkung des geschmolzenen Phosphatglases kräftig erodiert, so daß Komponenten des Schmelzgefäßes und des Rührstabes im geschmolzenen Glas gelöst werden, was zu Streifen, Blasen usw. im Glas führt. Auf diese Weise wird die optische Qualität des geschmolzenen Glases beträchtlich verschlechtert.
Wenn ferner das Phosphatglas mit starker Reduktionswirksamkeit unter Verwendung des Schmelzgefäßes und des Rührstabes aus Iridium oder einer Legierung davon geschmolzen wird, ist es möglich, ein Glas hoher optischer Qualität zu erhalten. Es ergeben sich jedoch die folgenden Probleme. Iridium und Iridiumlegierungen sind nämlich äußerst teuer, verglichen mit Platin und Platinlegierungen. Außerdem stellen Iridium oder Legierungen davon ein hartes Material dar, und ihre Verarbeitbarkeit ist schlecht, so daß es schwierig ist, die jeweiligen Schmelzgefäße und Rührstäbe in großer und komplizierter Ausgestaltung zu erhalten.
Des weiteren besteht auch noch das folgende Problem. Iridium oder eine Legierung davon neigen nämlich dazu, oxidiert zu werden, so daß die äußere Oberfläche des Schmelzgefäßes mit einem Metall, wie Rhodium oder dergleichen, beschichtet werden muß. So bedarf es zur Herstellung des Schmelzgefäßes einer langen Zeit und eines großen Aufwandes.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas, das im geschmolzenen Zustand eine hohe Reduktionswirksamkeit aufweist, bereitzustellen, wobei Gläser hoher optischer Qualität zu niedrigen Kosten erhalten werden.
Zu diesem Zweck wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Schmelzen von Glas mit im geschmolzenen Zustand hoher reduzierender Wirksamkeit bereitgestellt, wobei man ein Schmelzgefäß mit Wänden aus Platin oder einer Platinlegierung mit einem Glasrohmaterial beschickt; das Glasrohmaterial innerhalb des Schmelzgefäßes erhitzt, um es zu schmelzen; und Sauerstoffgas an eine Außenfläche des Schmelzgefäßes bringt, um den Sauerstoffpartialdruck innerhalb einer das Schmelzgefäß umgebenden Atmosphäre zu erhöhen und auf diese Weise das Sauerstoffgas durch die Wand des Schmelzgefäßes dringen zu lassen, wobei eine Schicht des geschmolzenen Glases, die in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Wand des Schmelzgefäßes steht, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird, so daß diese Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen Glasschutzschicht wird, um die Wand des Schmelzgefäßes vor dem geschmolzenen Glas zu schützen.
Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas mit im geschmolzenen Zustand hoher Reduktionswirksamkeit geliefert, wobei die Vorrichtung ein Schmelzgefäß, das mit einem Glasrohmaterial beschickt wird, wobei das Schmelzgefäß Wände aus Platin oder einer Platinlegierung aufweist; eine Vorrichtung zum Erhitzen, um das Glasrohmaterial im Schmelzgefäß zu schmelzen; eine umgebende Vorrichtung, die angeordnet ist, um das Schmelzgefäß zu umgeben, und die mit Außenflächen der Schmelzgefäßwände im Zusammenhang steht, um einen Raum zwischen der umgebenden Vorrichtung und dem Schmelzgefäß festzulegen; und eine Versorgungsvorrichtung, um den Raum mit Sauerstoffgas zu versorgen, um den Sauerstoffpartialdruck darin zu erhöhen und so das Sauerstoffgas durch die Wand des Schmelzgefäßes dringen zu lassen, wobei eine Schicht des geschmolzenen Glases, das mit der inneren Oberfläche der Schmelzgefäßwand in Kontakt steht, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird, so daß die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen, schützenden Glasschicht wird, um die Schmelzgefäßwand vor dem geschmolzenen Glas zu schützen, umfaßt.
Wie vorstehend beschrieben, wird die erfindungsgemäße Anordnung in einer solchen Weise geschaffen, daß das Glas geschmolzen wird, während die Außenfläche des Schmelzgefäßes aus Platin oder einer Legierung davon oder der Raum zwischen der Umgebungsvorrichtung und dem Schmelzgefäß mit Sauerstoffgas versorgt wird. Mit einer solchen Anordnung wird die innere Oberfläche des Schmelzgefäßes, die in Kontakt mit dem geschmolzenen Glas steht, durch die schützende Glasschicht, die reich an Sauerstoff ist, geschützt, wobei es ermöglicht wird, das Glas, das im geschmolzenen Zustand eine hohe reduzierende Wirksamkeit aufweist, unter Verwendung des Schmelzgefäßes mit Wänden aus Platin oder Platinlegierungen zu schmelzen, was bisher nicht möglich war. Auf diese Weise kann Glas hoher optischer Qualität zu niedrigen Kosten hergestellt werden, weil es vermieden werden kann, ein keramisches Schmelzgefäß, das die optische Qualität des Glases verschlechtert, oder ein Schmelzgefäß aus Iridium oder einer Legierung davon, die teuer und schlecht zu verarbeiten sind, einzusetzen.
Die einzige Figur ist ein diagrammartiger Querschnitt einer Glasschmelzvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
Bezüglich der Permeabilität von Sauerstoff durch Platin (Pt) haben L. R. Velho und R. W. Bartlett in Metallurg. Trans. 3 (1972) 65, die Sauerstoffpermeabilität in Abhängigkeit von der Diffusion in einem Bereich von 1435 bis 1504°C mittels eines Massenspektrometers untersucht. Ferner haben R. J. Brook, W. L. Pelzman und F. A. Kröger in J. Electrochem. Soc. 118 (1971) 185, die Sauerstoffpermeabilität in einem Bereich von 500 bis 700°C mittels einer Festkörper-Elektrolytzelle untersucht. Demgemäß ist es ersichtlich, daß, falls der Sauerstoffpartialdruck innerhalb einer ein Schmelzgefäß umgebenden Atmosphäre unter einer hohen Temperatur, bei der Glas geschmolzen wird, erhöht wird, Sauerstoff in beträchtlichem Maße dazu gebracht wird, eine Schmelzgefäßwand zu durchdringen. Die Erfindung hat die Erkenntnis dieses Gesichtspunktes zur Grundlage. Insbesondere wird der Sauerstoff, wenn ein das Schmelzgefäß umgebender Raum auf eine Atmosphäre hoher Sauerstoffkonzentration gebracht wird, dazu gebracht, die Wand des Schmelzgefäßes zu durchdringen, und eine Schicht des geschmolzenen Glases, die in Kontakt mit der Innenfläche der Wand des Schmelzgefäßes aus Platin oder einer Legierung davon steht, wird reich an Sauerstoff, so daß die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer Glasschutzschicht wird, um die Wand des Schmelzgefäßes vor dem geschmolzenen Glas zu schützen. Demgemäß wird reduzierendes Phosphoroxid im geschmolzenen Glas, welches die Oxidationszahl +3 oder +4 besitzt, mit Sauerstoff aus der sauerstoffreichen Schicht des geschmolzenen Glases, das sich in der Nachbarschaft der inneren Wandoberfläche des Schmelzgefäßes befindet, versorgt, so daß das Phosphoroxid in der Schicht des geschmolzenen Glases zu Phosphoroxid mit der Oxidationszahl +5 umgewandelt wird. Da die innere Wandfläche des Schmelzgefäßes aus Platin oder einer Legierung davon durch die sauerstoffreiche Glasschicht geschützt ist, kann die innere Wandfläche des Schmelzgefäßes davon abgehalten werden, in direkten Kontakt mit dem reduzierenden Phosphoroxid gebracht zu werden. Demzufolge wird verhindert, daß das Platin oder die Legierung davon auf der inneren Wandfläche des Schmelzgefäßes an Phosphoroxid gebunden wird, um eine Platin-Phosphor-Legierung zu bilden. Auf dieses Weise kann wirksam verhindert werden, daß das Schmelzgefäß bricht oder springt.
In der Zwischenzeit ist es erforderlich geworden, daß Phosphatglas, das die Lichtabsorption durch enthaltenes Fe2+ ausnutzt, wie z.B. Hitzewellenabsorptionsglas, reduzierende Eigenschaften besitzt. Der Grund dafür ist, daß, falls es oxidierende Eigenschaften besitzt, Fe2+ zu Fe3+ wird, wodurch es unmöglich wird, eine gewünschte Lichtabsorptionskurve zu erhalten. Demgemäß sollte Schmelzen innerhalb einer oxidierenden Atmosphäre verhindert werden, vielmehr soll das Glas geschmolzen werden, wobei es seine reduzierenden Eigenschaften beibehält.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist in einer solchen Weise ausgestaltet, daß zum Schutze des Schmelzgefäßes aus Platin oder einer Platinlegierung der Sauerstoff, der dazu gebracht wird, die Schmelzgefäßwand zu durchdringen, an die Schicht des geschmolzenen Glases in der Nachbarschaft der Innenfläche der Schmelzgefäßwand gebracht wird. Obwohl die Quantität des Sauerstoffes, der die Schmelzgefäßwand durchdringt, äußerst gering ist, reicht die Quantität aus, um P3+ und P4+ innerhalb der Schicht des geschmolzenen Glases in der Nachbarschaft der Innenfläche der Schmelzgefäßwand auf P5+ anzuheben. Die Quantität reicht auch aus, um die Reaktivität des Glases zur Wand aus Platin oder einer Legierung davon zu schwächen.
Falls andererseits der Sauerstoffpartialdruck innerhalb der Atmosphäre auf der Oberfläche des geschmolzenen Glases hoch ist, wird eine viel größere Menge an Sauerstoff, jenseits derjenigen, die dazu gebracht wird, die Schmelzgefäßwand zu durchdringen, in das geschmolzene Glas durch diese Oberfläche eingeleitet. Demzufolge tritt im Falle des Fe2+ enthaltenden Hitzewellenabsorptionsglases eine unerwünschte Anhebung von Fe2+ auf Fe3+ ein. Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wird der Sauerstoffpartialdruck, wenn das Sauerstoffgas in die das Schmelzgefäß umgebende Atmosphäre gebracht wird, in der Atmosphäre innerhalb des Schmelzofens erhöht. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, daß die Öffnung des Schmelzgefäßes auf eine notwendige Minimalgröße herabgesetzt wird, um Kontakt zwischen der Atmosphäre hohen Sauerstoffpartialdruckes und dem geschmolzenen Glas zu vermeiden. Durch diese Vorgehensweise wird es, sogar wenn das zu schmelzende Glas ein Fe2+-haltiges Phosphatglas mit starker Reduktionswirksamkeit ist, durch die Erfindung möglich gemacht, das Schmelzgefäß aus Platin oder einer Legierung davon zu verwenden, um Glas hoher Qualität mit keinen Streifen und Blasen zu erzeugen, ohne daß Platin oder eine Legierung davon errodiert werden.
Mit Bezug auf die einzige Figur wird eine Vorrichtung (1) gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zum Schmelzen von Glas mit im geschmolzenen Zustand hoher reduzierender Wirksamkeit, wie z.B. Phosphatglas, im Querschnitt gezeigt. Die Glasschmelzvorrichtung (1) umfaßt einen Schmelzofen (2) aus feuerfestem Material. Der Schmelzofen (2) weist eine obere Wand, die mit einer eingefügten Öffnung (2 a) und einer Beschickungsöffnung (16) ausgestattet ist, und eine untere Wand, die mit einer Paßbohrung (2 b) ausgestattet ist, auf.
Ein Austrittsofen (3) aus feuerfestem Material ist koaxial zum Schmelzofen (2) an der Paßbohrung (2 b) in der unteren Wand des Schmelzofens (2) angebracht.
Ein Schmelzgefäß (5) aus Platin oder einer Legierung davon ist innerhalb des Schmelzofens (2) angeordnet. Das Schmelzgefäß (5) weist eine obere Wand mit einem Paar röhrenförmiger Abschnitte (5 a, 5 b) auf. Der röhrenförmige Abschnitt (5 a) bildet eine senkrechte Linie mit der Einfügungsöffnung (2 a) in der oberen Wand des Schmelzofens (2) und der röhrenförmige Abschnitt (5 b) definiert eine Beschickungsöffnung (17), die eine senkrechte Linie mit der Beschickungsöffnung (16) in der oberen Wand des Schmelzofens (2) bildet. Das Schmelzgefäß (5) weist eine untere Wand auf, die mit einer Austrittsleitung (6) verbunden ist. Die Austrittsleitung (6) ist aus Platin oder einer Legierung davon gebildet und erstreckt sich von der unteren Wand des Schmelzgefäßes (5) durch die Paßbohrung (2 b) in der unteren Wand des Schmelzofens (2) in vertikaler Richtung nach unten. Wie später beschrieben wird, wird das Schmelzgefäß (5) durch die in vertikaler Linie verbundenen Beschickungsöffnungen (16, 17) mit Glasrohmaterial, das Bruchglas enthalten kann, beschickt.
Ein umgebendes Schutzgehäuse (7) aus feuerfestem Material wird im Schmelzofen (2) untergebracht und ist so angeordnet, daß es das Schmelzgefäß (5) umgibt. Das umgebende Schutzgehäuse (7) hat eine obere Wand, die eine Bohrung (7 a) aufweist, die mit der eingefügten Öffnung (2 a) in der oberen Wand des Schmelzofens (2) eine senkrechte Linie bildet. Der röhrenförmige Abschnitt (5 a) auf der oberen Wand des Schmelzgefäßes (5) ist in die Bohrung (7 a) eingepaßt, um eine später zu beschreibende ringförmige Austrittsöffnung (15) für Sauerstoffgas zwischen einer Wandfläche der Bohrung (7 a) und einer äußeren Außenfläche des röhrenförmigen Abschnittes (5 a) festzulegen. Ferner ist die obere Wand des umgebenden Schutzgehäuses (7) mit einer Bohrung (7 b) ausgebildet, in die der röhrenförmige Abschnitt (5 b) auf der oberen Wand des Schmelzgefäßes (5) eingepaßt ist. Das Schutzgehäuse (7) hat eine untere Wand, die auf der unteren Wand des Schmelzofens (2) anliegt. Die untere Wand des Schutzgehäuses (7) ist mit einer Bohrung (7 c) ausgebildet, die mit der Paßbohrung (2 b) in der unteren Wand des Schmelzofens (2) eine senkrechte Linie bildet. Das Schutzgehäuse (7) weist eine Innenfläche auf, die mit einer Außenfläche des Schmelzgefäßes (5) im Zusammenhang steht, um eine vorbestimmte Lücke oder einen Raum (21) zwischen dem Schutzgehäuse (7) und dem Schmelzgefäß (5) festzulegen.
Ein röhrenförmiges Schutzgehäuse (8) aus feuerfestem Material weist einen oberen Teil auf, der in die Paßbohrung (2 b) in der unteren Wand des Schmelzofens (2) eingepaßt ist. Der obere Teil des röhrenförmigen Schutzgehäuses (8) weist ein Ende auf, das mit der Bohrung (7 c) in der unteren Wand des umgebenden Schutzgehäuses (7) verbunden ist. Der verbleibende Teil des röhrenförmigen Schutzgehäuses (8) ist im Austrittsofen (3) untergebracht. Die Austrittsleitung (6) erstreckt sich durch die Bohrung (7 c) in der unteren Wand des umgebenden Schutzgehäuses (7) konzentrisch zur Bohrung (7 c), sowie durch das röhrenförmige Schutzgehäuse (8) in konzentrischer Relation dazu. Die Austrittsleitung (6) weist ein unteres Ende auf, das sich durch einen Endabschluss (22) am unteren Ende des röhrenförmigen Schutzgehäuses (8) erstreckt. Das röhrenförmige Schutzgehäuse (8) steht im Zusammenhang mit der Außenfläche der Austrittsleitung (6), um eine vorbestimmte Lücke oder einen Raum (23) zwischen dem röhrenförmigen Schutzgehäuse (8) und der Austrittsleitung (6) in einer solchen Weise festzulegen, daß die Räume (21, 23) miteinander in Verbindung stehen. Die Räume (21, 23) sind mit Metalloxidpartikeln oder mit sphärischen Füllstoffen (9) aus Aluminiumoxid, das mit der Wand des Schmelzgefäßes (5) und der Wand der Austrittsleitung (6) nicht reagiert, gefüllt.
Ein SiC-Widerstandserhitzungselement (4 a) ist innerhalb des Schmelzofens (2) und um das umgebende Schutzgehäuse (7) angeordnet, um das Glasrohmaterial im Schmelzgefäß (5) zu erhitzen, um das Glasrohmaterial zu schmelzen, wodurch geschmolzenes Glas (12) gebildet wird. Ein weiteres SiC-Widerstandserhitzungselement (4 b) ist innerhalb des Austrittsofens (3) und um das röhrenförmige Schutzgehäuse (8) angeordnet, um das Glas innerhalb der Austrittsleitung (6) zu erhitzen.
Eine Versorgungsleitung (10) aus Platin, einer Platinlegierung oder einem feuerfesten Metalloxid erstreckt sich durch die Außenwand des Schmelzofens (2) und die Außenwand des umgebenden Schutzgehäuses (7). Die Versorgungsleitung (10) weist ein vorderes Ende auf, das sich in einen Teil des Raumes (21) zwischen der Wand des Schmelzgefäßes (5) und der Wand des umgebenden Schutzgehäuses (7) öffnet. Das andere Ende der Versorgungsleitung (10) steht in Verbindung mit einer Sauerstoffgasquelle (24). Auf diese Weise wird der Raum (21) mit Sauerstoffgas aus der Quelle (24) durch die Versorgungsleitung (10) versorgt.
Auf ähnliche Weise erstreckt sich eine Versorgungsleitung (11) aus Platin, einer Platinlegierung oder einem feuerfesten Metalloxid durch die Außenwand des Austrittsofens (3) und die Außenwand des röhrenförmigen Schutzgehäuses (8). Die Versorgungsleitung (11) weist ein vorderes Ende auf, das sich in einen unteren Teil des Raumes (23) öffnet. Das andere Ende der Versorgungsleitung (11) steht in Verbindung mit der Sauerstoffgasquelle (24). Auf diese Weise wird der Raum (23) mit dem Sauerstoffgas aus der Quelle (24) durch die Versorgungsleitung (11) versorgt.
Die obere Wand des Schmelzgefäßes (5) ist im wesentlichen geschlossen, mit der Ausnahme der röhrenförmigen Abschnitte (5 a, 5 b), um die Oberfläche des geschmolzenen Glases (12) vom Sauerstoffgas isoliert zu halten, durch das die Räume (21, 23) durch die jeweiligen Versorgungsleitungen (10, 11) versorgt werden.
Im Zusammenhang mit dem vorstehend Gesagten weist das Platin oder die Legierung davon, welche in der Wand des Schmelzgefäßes (5) oder der Wand der Austrittsleitung (6) verwendet werden, nur eine schwache Stärke auf und könnte bei der Schmelztemperatur des Glasmaterials im Schmelzgefäß (5), die 1000°C übersteigt, deformiert werden. Der zur Füllung der Räume (21, 23) verwendete sphärische Füllstoff (9) dient als Verstärkung für die Wände des Schmelzgefäßes (5) und der Austrittsleitung (6), welche aus Platin oder einer Legierung davon gebildet sind. Ferner dient der sphärische Füllstoff (9) auch dazu, das durch die Leitungen (10, 11) eingeleitete Sauerstoffgas mit der ganzen Außenfläche des Schmelzgefäßes (5) und der Austrittsleitung (6) einheitlich in Kontakt zu bringen.
Ein Rührstab (13) aus Platin oder einer Legierung davon ist mit dem Schmelzgefäß (5) verbunden, um das geschmolzene Glas (12) darin zu homogenisieren. Insbesondere weist der Rührstab (13) einen umgekehrt T-förmigen unteren Endteil auf, der in das geschmolzene Glas (12) eingetaucht ist. Der obere Endteil des Rührstabes (13) erstreckt sich durch den röhrenförmigen Abschnitt (5 a) in der oberen Wand des Schmelzgefäßes (5) und durch die eingefügte Öffnung (2 a) in der oberen Wand des Schmelzofens (2). Das obere Ende des Rührstabes (13) ist mit einem Antriebsmechanismus (26) verbunden, um den Rührstab (13) zu rotieren.
Der Rührstab (13) ist hohl, und der hohle Teil des Rührstabes (13) wird mit Sauerstoffgas aus der Quelle (24) versorgt. Insbesondere ist eine Versorgungsleitung (14) innerhalb des hohlen Teils des Rührstabes (13) konzentrisch dazu in einer solchen Weise angebracht, daß die Außenfläche der Versorgungsleitung (14) mit der Wand des Hohlteils des Rührstabes (13) im Zusammenhang steht, um einen ringförmigen Rückweg (27) zwischen der Versorgungsleitung (14) und der Innenwand des Rührstabes (13) festzulegen. Die Versorgungsleitung (14) weist ein oberes Ende, das mit der Sauerstoffgasquelle (24) verbunden ist, und einen umgekehrt T-förmigen unteren Teil auf. Der horizontale Abschnitt des umgekehrt T-förmigen unteren Teils weist gegenüberliegende Seiten auf, die sich zum hohlen Teil des Rührstabes (13) hin öffnen. Die Anordnung ist so gestaltet, daß das Sauerstoffgas aus der Quelle (24) die Versorgungsleitung (14) durchströmt, in den hohlen Teil des Rührstabes (13) durch die gegenüberliegenden offenen Seiten des horizontalen Abschnittes des umgekehrt T-förmigen unteren Teils eintritt und durch den Rückweg (27) austritt.
Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Glasschmelzverfahrens wird nachfolgend bezüglich des Schmelzens von Phosphatglas starker reduzierender Wirksamkeit beschrieben. Drei Arten von Glasrohmaterialien (A, B, C) wurden verwendet, von denen die Zusammensetzungen wie folgt waren:
Die in diesem Beispiel verwendete Glasschmelzvorrichtung weist dieselbe Ausgestaltung wie in der Figur auf. Die Größe des Schmelzgefäßes (5) ist so dimensioniert, daß der Außendurchmesser 170 mm, die Höhe 250 mm und das Innenvolumen 5 l betragen. Das umgebende Schutzgehäuse (7) weist einen Außendurchmesser von 250 mm, einen Innendurchmesser von 200 mm und eine Höhe von 350 mm auf. Der Schmelzofen (2) und der Austrittsofen (3) wurden zuerst durch die jeweiligen SiC-Widerstandserhitzungselemente (4 a, 4 b) so erhitzt, daß die Temperatur im Schmelzofen (2) bei 1350°C und im Durchtrittsofen (3) bei 1000°C gehalten wurde. Dann wurde Sauerstoffgas mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 0,5 l/Min. aus der Quelle (24) in den Raum (21) oder die Lücke von 15 mm zwischen dem umgebenden Schutzgehäuse (7) und dem Schmelzgefäß (5) durch die Versorgungsleitung (10) und in den Raum (23) oder die Lücke von 15 mm zwischen dem röhrenförmigen Schutzgehäuse (8) und der Austrittsleitung (6) durch die Versorgungsleitung (11) geleitet. Da die Räume (21, 23) mit dem sphärischen Aluminiumoxid-Füllstoff (9) mit einem Durchmesser von 3 mm gefüllt waren, floß das durch die Leitungen (10, 11) geleitete Sauerstoffgas durch die Lücken zwischen den Partikeln des Füllstoffes (9) und entwich durch die ringförmige Austrittsöffnung (15). Das Sauerstoffgas wurde durch den Füllstoff (9) im Durchfluß behindert, diffundierte über die ganze Außenfläche des Schmelzgefäßes (5) und wurde dazu gebracht, nach oben zu fließen. Auf diese Weise wurde der Sauerstoffdurchfluß nicht einseitig gestaltet, sondern das Sauerstoffgas floß in einheitlichem Kontakt mit der ganzen Außenfläche des Schmelzgefäßes. Darüber hinaus wurde Sauerstoffgas mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 0,1 l/Min. aus der Quelle (24) durch die Versorgungsleitung (14) in den Rührstab (13) geleitet, um einen Durchfluß des Sauerstoffgases innerhalb des Rührstabes (13) zu erzeugen.
Nachdem das Innere des Schmelzofens (12) in den vorstehend beschriebenen Zustand gebracht worden war, wurde das Schmelzgefäß (5) durch die Beschickungsöffnung (16) in der oberen Wand des Schmelzofens (2) und durch die Beschickungsöffnung (17), definiert durch den röhrenförmigen Abschnitt (5 b), auf der oberen Wand des Schmelzgefäßes (5), mit den jeweiligen Glasrohmaterialien (A, B, C) beschickt. Das eingefüllte Glasrohmaterial wurde mit Hitze aus dem SiC-Widerstandserhitzungselement (4 a) versorgt und geschmolzen und entschäumt. Die Schmelzzeit betrug 1,5 Stunden. Das geschmolzene Glas (12) wurde durch den Rührstab (13) homogenisiert. Das durch die Leitung (10) in den Raum (21) geleitete Sauerstoffgas erhöhte den Sauerstoffpartialdruck darin. Sauerstoff aus dem eingeleiteten Sauerstoffgas wurde dazu gebracht, die Wand des Schmelzgefäßes (5) zu durchdringen, wodurch eine Schicht des geschmolzenen Glases (12), die mit der Innenwand des Schmelzgefäßes (5) in Kontakt stand, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wurde. Auf diese Weise wurde die Schicht des geschmolzenen Glases (12) zu einer sauerstoffreichen, schützenden Glasschicht gebildet, um die Wand des Schmelzgefäßes (5) vor dem geschmolzenen Glas (12) zu schützen. Auf ähnliche Weise erhöhte das durch die Leitung (11) in den Raum (23) geleitete Sauerstoffgas den Sauerstoffpartialdruck darin. Das eingeleitete Sauerstoffgas wurde dazu gebracht, die Wand der Austrittsleitung (6) zu durchdringen, wodurch eine Schicht des geschmolzenen Glases (12), die mit der Innenwand der Austrittsleitung (6) in Kontakt stand, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wurde. Auf diese Weise wurde die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen, schützenden Glasschicht gebildet, um die Wand der Austrittsleitung (6) vor dem geschmolzenen Glas (12) zu schützen. Anschließend wurde das geschmolzene Glas (12) aus dem Schmelzgefäß (5) durch die Austrittsleitung (6) entnommen. Das dem Schmelzgefäß (6) entnommene geschmolzene Glas (12) wurde dann in eine vorbestimmte Form geformt.
Nachdem das geschmolzene Glas (12) aus dem Schmelzgefäß (5) genommen worden war, wurden die Oberfläche der Innenwand des Schmelzgefäßes (5) und die äußere Außenfläche der Versorgungsleitung (14) einer spektroskopischen Analyse und einer Inaugenscheinnahme unterworfen. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 1 gezeigt.
Aus Tabelle 1 ist klar ersichtlich, daß, wenn die Glasrohmaterialien (A, B, C) (entsprechend Experiment 1, 3 bzw. 5) unter Sauerstoffversorgung geschmolzen wurden, auf der Innenfläche der Wand des Schmelzgefäßes (5) und der äußeren Außenfläche der Versorgungsleitung (14) Phosphor nicht festgestellt und Sprünge nicht beobachtet wurden. Das bedeutet, daß die Versorgung mit Sauerstoff die Bildung einer Platin-Phosphor-Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt verhindert.
Tabelle 1 zeigt auch die Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn die Glasrohmaterialien (A, B, C) (entsprechend Experiment Nr. 2, 4 bzw. 6) ohne Sauerstoffversorgung geschmolzen wurden. Aus Tabelle 1 ist klar ersichtlich, daß, wenn beim Schmelzen der Glasrohmaterialien (A, B, C) Sauerstoff nicht verwendet wird, auf der Innenfläche der Wand des Schmelzgefäßes (5) und der äußeren Außenfläche der Versorgungsleitung (14) Phosphor festgestellt und Sprünge beobachtet wurden.
Tabelle 1
Es sollte klar sein, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene, spezifische Ausgestaltung beschränkt ist, sondern verschiedene Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann jede Versorgungsleitung (10, 11) durch eine Versorgungsleitung ersetzt werden, die ofenseitig ein geschlossenes Ende aufweist und mit Bohrungen oder Öffnungen von 0,5 mm in Abständen von 20 mm entlang der Versorgungsleitung ausgestaltet und um die Außenfläche des Schmelzgefäßes (5) oder der Austrittsleitung (6) gewunden ist.
Ferner sind Größen und Formen des Schmelzgefäßes (5), der Austrittsleitung (6), der Schutzgehäuse (7, 8), der Versorgungsleitungen (10, 11) usw. nicht auf die vorstehend beschriebene Ausgestaltung beschränkt.
Darüber hinaus sind die Positionen der jeweiligen Versorgungsleitungen (10, 11) nicht besonders eingeschränkt, wenn die Versorgungsleitungen (10, 11) jeweils in den unteren Teilen des Schmelzgefäßes (5) und des röhrenförmigen Schutzgehäuses (8) angebracht sind.
Außerdem kann der Füllstoff (9) aus einem Material, einer Partikelform und einer Partikelgröße sein, die sich von den vorstehend erwähnten unterscheiden. Das heißt, das Material kann Keramik, wie Quarzglas, Zirkoniumoxid oder dergleichen, zusätzlich zu Aluminiumoxid sein. Die Partikelform kann anders gestaltet sein, wenn die Lücken zwischen den Partikeln hinreichend ausgebildet sind, um den Durchfluß des Sauerstoffgases sicherzustellen, wenn der Füllstoff (9) in die Räume (21, 23) gefüllt wird. Ähnlich der Partikelform, kann die Partikelgröße eine andere sein wenn nur der Durchfluß des Sauerstoffgases hinreichend sichergestellt ist.
Ferner muß das Sauerstoffgas nicht reines Sauerstoffgas sein, sondern kann mehr oder weniger mit Inertgas vermischt sein, wie Stickstoffgas, Argongas oder dergleichen. Die Mischungsverhältnisse werden in Abhängigkeit von der Reduktionswirksamkeit des zu schmelzenden Glases bestimmt.
Schließlich sollte die Menge des Sauerstoffgases in Abhängigkeit von der Größe des Schmelzgefäßes (5) und der reduzierenden Wirksamkeit des zu schmelzenden Glases bestimmt werden.

Claims (16)

1. Verfahren zum Schmelzen von Glas, das eine hohe reduzierende Wirksamkeit aufweist, wenn es geschmolzen ist, wobei man
ein Schmelzgefäß mit Wänden aus Platin oder einer Legierung davon mit einem Glasrohmaterial beschickt;
das Glasrohmaterial im genannten Schmelzgefäß erhitzt, um es zu schmelzen; und
die Außenfläche des genannten Schmelzgefäßes mit Sauerstoffgas versorgt, um den Sauerstoffpartialdruck innerhalb der das genannte Schmelzgefäß umgebenden Atmosphäre zu erhöhen, um auf diese Weise das Sauerstoffgas dazu zu bringen, die Wand des genannten Schmelzgefäßes zu durchdringen, wodurch eine Schicht des geschmolzenen Glases, die in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Wand des genannten Schmelzgefäßes ist, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird, so daß die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen, schützenden Glasschicht wird, um die Wand des genannten Schmelzgefäßes vor dem geschmolzenen Glas zu schützen.
2. Vorrichtung zum Schmelzen von Glas mit im geschmolzenen Zustand hoher Reduktionswirksamkeit, wobei die genannte Vorrichtung umfaßt:
ein Schmelzgefäß, das mit einem Glasrohmaterial beschickt wird und Wände aus Platin oder einer Legierung davon aufweist;
eine Vorrichtung zum Erhitzen, um das Glasrohmaterial im Schmelzgefäß zu schmelzen;
eine umgebende Vorrichtung, die angeordnet ist, um das genannte Schmelzgefäß zu umgeben und mit der Außenfläche der Schmelzgefäßwand in Zusammenhang steht, um einen Raum zwischen der genannten umgebenden Vorrichtung und dem genannten Schmelzgefäß festzulegen; und
eine Versorgungsvorrichtung, um den genannten Raum mit Sauerstoffgas zu versorgen, um den Sauerstoffpartialdruck darin zu erhöhen, um so das Sauerstoffgas dazu zu bringen, die Schmelzgefäßwand zu durchdringen, wodurch eine Schicht des geschmolzenen Glases, die in Kontakt mit der Innenfläche der Wand des Schmelzgefäßes steht, mit dem durchgedrungenen Sauerstoff versorgt wird, so daß die Schicht des geschmolzenen Glases zu einer sauerstoffreichen Glasschutzschicht gebildet wird, um die Wand des genannten Schmelzgefäßes vor dem geschmolzenen Glas zu schützen.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Raum mit Metalloxidpartikeln gefüllt ist, die nicht mit der Wand des Schmelzgefäßes reagieren.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Metalloxidpartikel aus mindestens Aluminiumoxid, Quarzglas und Zirkoniumoxid gebildet sind.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte umgebende Vorrichtung aus einem umgebenden Schutzgehäuse aus feuerfestem Material zusammengesetzt ist.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, die des weiteren einen Schmelzofen umfaßt, in welchem das genannte Schmelzgefäß und das genannte umgebende Schutzgehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Versorgungsvorrichtung eine Versorgungsleitung einschließt, die sich durch die Wand des Schmelzofens und des umgebenden Schutzgehäuses erstreckt.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Versorgungsleitung aus Platin, einer Platinlegierung oder einem hochfeuerfesten Metalloxid gebildet ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner einen hohlen Rührstab zur Homogenisierung des geschmolzenen Glases im Schmelzgefäß und eine zweite Versorgungsvorrichtung zur Versorgung des hohlen Teils des genannten Rührstabes mit Sauerstoffgas umfaßt.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Rührstab aus Platin oder einer Legierung davon gebildet ist.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Versorgungsvorrichtung eine Versorgungsleitung einschließt, die innerhalb des hohlen Teils des genannten Rührstabes in der Weise angeordnet ist, daß sich die Versorgungsleitung entlang der Achse des Rührstabes erstreckt, die Außenfläche der Versorgungsleitung mit der Innenwandfläche des hohlen Rührstabes im Zusammenahng steht, um einen Rückweg zwischen der Versorgungsleitung und dem Rührstab festzulegen, und das durch die Versorgungsleitung geleitete Sauerstoffgas durch diesen Rückweg zurückgeleitet wird.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgefäß eine im wesentlichen geschlossene obere Wand aufweist, um die Oberfläche des geschmolzenen Glases vom Sauerstoffgas isoliert zu halten.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu schmelzende Glas Phosphatglas ist.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Austrittsleitung, die aus Platin oder einer Legierung davon gebildet und unten mit dem Schmelzgefäß verbunden ist, um das geschmolzene Glas aus dem Schmelzgefäß zu entleeren, ein röhrenförmiges Schutzgehäuse aus feuerfestem Material, das in einer solchen Weise angeordnet ist, daß die Austrittsleitung sich entlang der Achse des röhrenförmigen Schutzgehäuses erstreckt, wobei das röhrenförmige Schutzgehäuse Wände aufweist, die mit den Außenflächen der Austrittsleitung im Zusammenhang stehen, um einen zweiten Raum zwischen dem röhrenförmigen Schutzgehäuse und der Austrittsleitung festzulegen, und eine zweite Versorgungsvorrichtung zur Versorgung des genannten zweiten Raumes mit Sauerstoffgas umfaßt.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst genannte umgebende Vorrichtung aus einem umgebenden Schutzgehäuse aus feuerfestem Material zusammengesetzt ist, wobei das röhrenförmige Schutzgehäuse unten am umgebenden Schutzgehäuse in einer solchen Weise verbunden ist, daß der erstgenannte Raum und der genannte zweite Raum miteinander in Verbindung stehen.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Raum und der genannte zweite Raum mit Metalloxidpartikeln gefüllt sind, die nicht mit der Wand des Schmelzgefäßes und der Austrittsleitung reagieren.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner einen Schmelzofen, in welchem das Schmelzgefäß und das umgebende Schutzgehäuse untergebracht sind, wobei der Schmelzofen einen Boden mit einer Bohrung aufweist, in die der obere Teil des genannten röhrenförmigen Schutzgehäuses eingepaßt ist, und einen Austrittsofen umfasst, der außen am Boden des genannten Schmelzofens angebracht ist, wobei der verbleibende Teil des genannten röhrenförmigen Schutzgehäuses im genannten Austrittsofen untergebracht ist, wobei die erstgenannte Versorgungsvorrichtung eine Versorgungsleitung einschließt, die sich durch die Wand des Schmelzofens und des umgebenden Schutzgehäuses erstreckt, und wobei die genannte zweite Versorgungsvorrichtung eine Versorgungsleitung einschließt, die sich durch die Wand des Austrittsofens und des röhrenförmigen Schutzgehäuses erstreckt.
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