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Schachtofen zum Schmelzen von Quarz Zur Herstellung von Stäben oder
Rohren aus Quarz oder quarzähnlichen Gläsern sind Vorrichtungen bekanntgeworden,
bei denen ein gas- oder elektrisch beheizter trogartiger :SOhmelzhehälter verwendet
wurde, der in seinem Boden mit einer ringförmigen Zichdü.se versehen war. Als Baustoff
für den Schmelzbehälter und die Ziehdüse verwendete man geeignete feuerfeste Stoffe,
und zwar insbesondere Kohle oder Graphit. Befriedigende Ergebnisse wurden hierbei
jedoch bisher nicht erzielt,einesteils, weil der Schmelzbehälter und die Ziehdüse
:durch den schmelzflüssigen Quarz stark angegriffen und demgemäß schnell verbraucht
wurden, rund andierentei:ls, weil die unvexmeidbar @entstehenden, leicht zu einer
Trübung der Außen- und insbesondere der Innenwandung des Quaxzrohres führenden Quarzdämpfe
nicht genügend ,abgeführt bzw. unschädlich gemacht wurden. Außerdem führte der Baustoff
des Schm.elzhehälters und der Ziehdüse auch oft zu einer unerwünschten Reduktion
des schmelzflüssigen Quarzes.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird zum Schmelzen von Quarz oder hochkvesielsäfurehaltigen
quarzähnlichen Gläsern ein Schachtofen mit ,am Boden des. Schmelzbehälters, angebrachter
ringförmiger Ziehdüse zum fortlaufenden Abziehen von Rohren verwendet, welcher einen
,aus schwer schmelzbarem Metall, wie Tantal, Wolfram oder insbesondere @M;olyb@dän,
bestehenden roh.rförmigen Schmelzbehälter, einen diesen mit geringem Abstand umschließenden
elektrisch beheizten Mantel, ein in der Bodenöffnung des Behälters axial angeordnetes
und mit ihm z,us;ammen ,die Ringdüse bildendes, ebenfalls paus .einem schwer
schmelzbaren
Metall, wie Tant-al, ' Wolfram oder insbesondere Molybdän, bestehendes Kernrohr
und ferner noch drei voneinander..: getrennte Schutzgaszufühningen besitzt. Von.
diesen Schutzgaszuführungen mündet die erste in das Kernrohr, die zweite in den
Oberteil des Schmelzbehälters und die dritte in den zwischen dem Schmelzbehälter
und dem umschließenden Heizmantel gebildeten oben geschlossenen und unten offenen
Ringraum, so daß das in diesen eingeführte Schutzgas unten frei austreten und die
am gezogenen Quarz-oder Glasrohr entstehenden Dämpfe am Zutritt zu den heißen Ofenteilen
und dem entstehenden Rohr behindern kann.
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Durch die Herstellung des Schm,elzbehälters und Düsenkernrohres aus
schwerschmelzbaren Meta:ll:en wird der Verschleiß dieser Bauteile des Ofens erheblich
herabgesetzt und die Gefahr einer Carbidbildung des geschmolzenen Quarzes vollkommen
beseitigt. Da bei der Erhitzung des Schmelzbehälters durch den umschließendien elektrisch
b,eh;izten Mantel keine Abgase wie z. B. bei Verwendung von gasbeheizten, ölen entstehen,
kann das in Entstehung befindliche Quarzrohr auch nicht durch Abgaswirkung schädlich
beeinflußt werden. Die Schutzgasströme haben endlich die Wirkung, schädliche Einflüsse
der Luft sowohl auf den geschmolzenen Quarz als: ,auch auf die Ofenbauteile Au unterdrücken,
und sie haben außerdem zusätzlich die sehr wesentliche Wirkung, Reaktionen zwischen
Quarzdämpfen und den heißen metallschen Ofenteilen unmöglich zu machen. Durch das.
in das Kernrohr der Ringdüse eingeleitete Schutzgas hat der im Schmelzbehälterentstehende
Quarzdampf zudemkeine Gelegenheit, in das. Quarzrahreinzudringen und sich an der
Innenwandung desselbein festzusetzen. Der unterhalb der Düse im Kopfteil des Quarzrohres
entstehende Quarzdampf kann sich gleichfalls nicht in diesem festsetzen, da er mit
dem Schutzgas zusammen nach unten aus dem Quarzrohr herausgeführt wird. Zufolge
der rohrförmigen Gestalt des Schmelzbehälters ist beim Schmelzvorgang die Oberfläche
des Schmelzgutes stets mit noch urgeschmolzenen Körnern bedeckt, so daß Quarzdämpfe
kaum Gelegenheit haben, in den nicht mit Quarzgut .angefüllten oberen Schmelzbehälterteil
überzutreten. Soweit Quarzdämpfe -trotzdem frei werden, werden sie durch das in
den Schmelzbehälter "fingeführte Schutzgas, das gleichzeitig auch eine schädliche
Oxydation des Schmelzbehälters verhindert, unschädlich gemacht. Durch das in den
Ringraum zwischen Schmelzbehälter und innerer Ofenwandung eingeführte Schutzgas
wird .endlich nicht nur der Schmelzbehälter und die Hekdrahtwicklung des Ofens vor
schädlicher Oxydation geschützt, sondern zusätzlich noch, da der Ringraum oben geschlossen
und unten offen ist, der außen an 'der Ziehdüse und an der äußeren Quarzrohrwändung
sich bildende Quarzdampf fortgespült, so daß er sich weder schädlich an der Rohrwand
niederschlagen noch in das Ofeninnere gelangen und die Heizdrahtwicklung des Ofens
beschädigen kann.
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Man hat zwar bereits vorgeschlagen, bei solchen Rohrzieheinriclitungen,
bei denen sich oberhalb eines elektrisch beheizten trogartigen Schmelzbehälters
eine Ziehdüse befand, durch die hindurch mittels einer hebbaren Blaspfeife ein Rohrstrang
aus der Schmelze ausgehoben wurde, den Trog und auch die Ziehdüse aus schwer schmelzbarem
Metall herzustellen. Abgesehen davon, daß mit einer derartigen Einrichtung nur verhältnismäßig
kurze Rohrstücke absatzweise gezogen werden können, bestand hierbei der Nachteil,
daß die entstehenden Quarzdämpfe, und zwar insbesondere die im Innern des Rohres
entstehenden Dämpfe, nicht abgeführt werden können.
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Auch hat man bereits vorgeschlagen, ,aus Metall bestehende Ofenbauteile
durch Zufuhr eines Schutzgases gegen chemische Ein «rirku:ngen zu schützen. Bei.
öfen für die ununterbrochene- Herstellung von Quarzrohren genügt es jedoch nicht;
nur die Oxydation der Metallteile durch ein Schutzgas zu verhüten, es müssen vielmehr
:auch die entstehenden Quarzdämpfe abgeführt werden. Um im Rohrinnern ein Absetzen
von Quarzdampf zu verhindern, hat man schon von einem rohrförmigen Ziehdorn Gebrauch
gemacht und den im Innein desselben entstehenden natürlichen Luftzug zur- Beseitigung
der Quarzdämpfe auszunutzen gesucht. Der Luftzug reicht jedoch, wie sich gezeigt
hat, bei weitem nicht aus, um die Quarzdämpfe genügend schnell und sicher wegzuspülen.
Zudem kommt der Luftzug nur allenfalls im Rohrinnern, nicht aber an der Rohrau ßenwandung
zur Wirkung, wo gleichfalls schädliche Quarzdämpfe entstehen.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel - eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Schachtofens in senkrechtem Schnitt schematisch dargestellt.
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Der Schmelzbehälter besteht aus dem aus schwer schmelzbarem Metall,
insbesondere aus Molybdän bestehenden rohrförmigen Teil i und der ,aus gleichem
Metall bestehenden ringförmigen Bodenplatte a. Letztere umschließt mit Abstand das
untere verstärkte Ende q. des von oben in den Schmelzbehälter i eingeführten, zur
Zuleitung eines indifferenten oder reduzierenden Sdhutzgases dienenden Rohres 3,
das vom
Boden des etwas hervortritt. Zweckmäßig wird durch dieses
Rohr Stickstoff oder aber ,auch ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff zugeleitet.
Auch dieses Rohr besteht aus schwer schmelzbarem Metall, insbesondere Molybdän.
Der Innendurchmesser der ringförmigen Bodenplatte 2 und der Außendurchmesser des
Rohrendteiles q. sind so bemessen, daß ein die Ziehdüse bildender Ringraum 5 verbleibt.
Zur axialen Zentrierung des in die ringförmige Bodenplatte eingreifenden Rohrendes
q. sind oberhalb der Bodenplatte zwischen dem. Rohrende:q. und der Wandung ides
Schmelzbehälters i Querstreben 6 vorgesehen. Der Schmelzbehälter wird von einem
elektrisch beheizten Mantel umschlossen, der Baus dem feuerfesten zylindrischen
Körper 7 und dem äußeren wassergekühlten Mantel 8 besteht. An der Innenwandung des
feuerfesten, etwa aus gestampfter Zirkonoxydmassie bestehenden Körpers 7 ist eine
Heizdrahtwicklung oder ein Heizgitter 9 aus Molybdän- oder Wolframdrähten angeordnet.
An seinem oberen und unteren Ende ist der Ofen durch je ein,-wassergekühlte deckelartige
Kappe i o, i i verschlossen, die gleichzeitig als Stromzuführung für die Heizdrahtwicklung
dienen. 12 ist ein durch die obere Kappe hindurchgeführte.s Rohr zum Einleiten von
reduzierendem oder indifferentem Schutzgas in den Ringraum zwischen Schmelzbehälter
und Ofenwandung bzw. Heizdrahtwicklung. Das vom.unteren offenen Ende des Ringraumes
aus@tretenle Schutzgas kann z. B. aus Wasserstoff oder auch aus einem Gemisch von
z. B. 2o% Wasserstoff und 8oo/o Stickstoff bestehen.
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Auf die obere deckelartige Kühlklappe i o ist noch ein wassergekühlter
Ringdeckel 13 aufgeschraubt, der den Ringratun zwischen Heizmantel und Schmelzbehälter
nach oben abdichtet und an dem gleichzeitig der Schmelzbehälter i befestigt ist.
Schließlich ist auf den oberen Rand des Schmelzbehälters i noch ein rohrförmiger
Stutzen 14 aufgesetzt, der zum Einfüllen des zu schmelzenden Quarzgutes dient und
der mit dem Decke115 verschließbar ist. Das seitlich von diesem Stutzen in den Schmelzbehälter
i eingeführte und bis in die Bodenaussparung einmündende Rohr 3 ist an seinem oberen
Ende außerhalb des Schmelzbehälters mit einem Dreiwegehahn 16 versehen, dessen eine
Zuführung 17 mit einer Schutzgasleitung und dessen andere Rohrzuführung 18 mit der
Außenluft in Verbindung steht. Zum Einleiten des Schutzgases in das Schmelzbehälterinnere
ist schließlich das in den Einfüllstu.tzen 14. seitlich eingeführte Rohr 19 vorgesehen.
Auch das durch das Rohr i9 zugeführte Schutzgas kann aus einem indifferenten oder
reduzierenden Gas bestehen. Vorzugsweise wird Stickstoff oder ein Gemisch von Stickstoff
und Wasserstoff in. das Schmelzbehälterinnere eingeleitet.
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Das durch den Schacht eingeworfene Schmelzgut läuft, nachdem es im
Schmelzbehälter geschmolzen ist, durch die Ringdüse des Behälters nach unten in
Rohrform weg und wird durch die unterhalb des. Ofens angeordneten Rollen 2o geradlinig
geführt und danach von den Ziehbändern 2 i .einer Zielima.schine erfaßt und nach
unten ;abgezogen. Bei Beginn der Rohrbildung wird zunächst das Schutzgas für die
Innenwandung des zu ziehenden Quarzrohres von oben her durch die Zuleitung 17 eingeführt.
Sobald das in Ziehung begriffene Quarzrohrende unterhalb der Ziehbänder gelangt
ist, kann gegebenenfalls das Rohrende ,an ein Mundstück 22 angesetzt werden, das
mit einer Schutzgas_ zuführung 23 in Verbindung steht. Unter Umschaltung des oberen
Dreiwegehalmes 16 wird das Schutzgas nunmehr in entgegengesetzter Richtung von unten
nach oben durch das, zu ziehende Quarzrohr geschickt. Unbedingt notwendig ist .es
aber reicht, das Schutzgas entgegengesetzt zur Ziehrichtung in das in Entstehung
befindliche Quarzrohr einzublasen. Nachdem eine gewünschte Rohrlänge gezogen ist,
wird das. Rohr abgeschnitten und während dieser Zeit der Dreiwegehahn umgeschaltet,
damit mindestens für die Zeit der Anfangsbildung des neu zu ziehenden Rohres wieder
Schutzgas durch das Düsenrohr und das in Entstehung begriffene Quarzrohr von. oben
nach unten hindurchgeschickt werden kann.
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Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung fortlaufend erzeugten
Quarzrohre zeichnen sich durch sehr gleichmäßige Wandstärke und völlige Blasenfreiheit
aus und sind glasklax; vor allem werden durch die neuartige Schutzgasführung Niederschläge
van verdampfendem Quarz auf der Außen- und Innenwandung des gezogenen Quarzrohres
und die damit verbundene Oberflächentrübung wirkungsvoll verhindert.