DE804605C - Verwendung einer Legierung fuer mit geschmolzenem Glas in Beruehrung kommende Apparateteile - Google Patents
Verwendung einer Legierung fuer mit geschmolzenem Glas in Beruehrung kommende ApparateteileInfo
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Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 26. APRIL 1951
p 4020 VI a140 b B
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Apparateteilen,
welche bei der Erzeugung und Verarbeitung von Glas in direkte Berührung mit geschmolzenem
Glas kommen.
Bei der Herstellung von Glas und Glaserzeugnissen bei hohen Temperaturen verwendet man häufig
metallische Teile oder Vorrichtungen, um sonst übliche keramische Teile zu schützen oder zu ersetzen.
Man tut dies überall dort, wo sich das Glas in hocherhitztem Zustand und unter solchen Bedingungen
befindet, daß es die Anlage chemisch oder mechanisch unverhältnismäßig stark angreift.
So hat man beispielsweise zur Verarbeitung der Glasschmelze das Schmelzgut durch Düsen oder
Buchsen aus hochwiderstandsfähigen Metallen, wie 1 Matin oder Legierungen von Platin mit Rhodium
oder Iridium oder Nickel u. dgl., ausgestoßen, um den Nachteil einer vorzeitigen Verschlechterung
der keramischen Ausflußöffnungen zu vermeiden. Zu dem gleichen Zwecke hat man Platin und Platinlegierungen
für andere bei der Glasherstellung benötigte Vorrichtungen und Geräte, wie Plunger,
Rührwerke u. dgl., ja sogar als Ausfütterung von Wannen, Vorherden und anderen Teilen der für
die Herstellung und die Verarbeitung des Glasflusses erforderlichen Anlagen verwendet.
Das Hauptziel bei der Herstellung von Glas und Glaserzeugnissen ist die Gewinnung eines Erzeugnisses,
welches in seiner Struktur und in seinen Massen durchgehend gleichmäßig ist. Aus diesem
Grunde ist es außerordentlich wichtig, den Glasfluß während der Endstufe der Verarbeitung, wie beispielsweise
bei dem Ausstoßen aus dem Schmelzofen, bei hoher Temperatur durch seine ganze Masse
hindurch so gleichmäßig wie möglich zu halten und das Glas durch einen Auslaß auszustoßen, welcher
eine bestimmte Zeit lang seine Dimensionen möglichst lange beibehält. Je höher die Temperatur
innerhalb des erwünschten Bereiches ist, um so
ίο schneller erfolgt der gleichmäßige Ausstoß, was natürlich
ebenfalls sehr wünschenswert ist, abgesehen davon, daß höhere Temperaturen größere Fließbarkeit
und geringere Spannungen innerhalb des Glases bedeuten. Außerdem erfordern viele Schmelzen,
deren Enderzeugnis hochwertige Eigenschaften aufweist, ganz besonders hohe Mindesttemperaturen
für ihre Bearbeitung. Derartige Schmelzen müssen demnach bei sehr hohen Temperaturen verarbeitet
werden, um sie auf genügender Fließbarkeit zu
ao halten. Dies gilt beispielsweise für die Herstellung von Glasfäden und allgemein für die Verarbeitung
von Borsilicatgläsern.
Die Erfindung hat Vorrichtungen oder Teile von solchen zum Gegenstand, die mit geschmolzenem
Glas, insbesondere mit fließendem Schmelzgut, in Berührung kommen und die gegenüber dem chemischen
und physikalischen Angriff eines solchen Glasflusses hochwiderstandsfähig sind und die Handhabung
und Verarbeitung einer derartigen Glasschmelze bei so hohen Temperaturen erlauben, daß
diese die gewünschte optimale Konsistenz hat.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise Ausfütterungen für Austrittsöffnungen oder Düsen zum
Ausstoßen des geschmolzenen Glases, wie es beispielsweise beschrieben ist in den amerikanischen
Patenschriften 2031 083 (Charles A. Weller) oder 2190296 (H. K. Richardson) oder
2361578 (M. B. Vilenski) und der britischen
Patentschrift 471 838 für die Behandlung von fließendem Schmelzgut, das geeignet ist, die Metalloberfläche
der Apparateteile zu benetzen. Hierzu gehören weiterhin alle anderen Teile der Ausrüstung,
die bei den charakteristischen hohen Temperaturen mit fließendem Schmelzgut in Berührung kommen,
wie Nadeln oder Plunger, Rührer (sowohl röhrenwie schraubenförmige) und andere derartige Teile.
Die Erfindung bezieht sich auch auf Ausfütterungen, insbesondere der Wanne und des Vorherdes, und
zwar an den Stellen, an denen der Angriff besonders stark ist und das keramische Material infolgedessen
einer unverhältnismäßig großen Korrosion ausgesetzt ist. So bezieht sich die Erfindung beispielsweise
auch auf die Schmelzbehälter für die Rohglasmasse oder Häfen.
In den rein schematischen Zeichnungen sind als Beispiel einige Teile der zur Glasherstellung benötigten
Ausrüstung dargestellt, auf welche sich die Erfindung bezieht.
Abb. ι stellt einen Schnitt durch den Speiseapparat
einer Glasverformungsvorrichtung und
Abb. 2 die Abbildung einer zum Ausstoßen des Glases dienenden Düse oder Buchse dar.
Die Abbildungen beziehen sich im wesentlichen auf die Art von Vorrichtungen, wie sie in den oben angegebenen Patentschriften beschrieben sind. Sie sind nur als ein Beispiel für die Apparateteile angeführt, auf die sich die Erfindung ganz allgemein bezieht, ohne auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt zu sein.
Die Abbildungen beziehen sich im wesentlichen auf die Art von Vorrichtungen, wie sie in den oben angegebenen Patentschriften beschrieben sind. Sie sind nur als ein Beispiel für die Apparateteile angeführt, auf die sich die Erfindung ganz allgemein bezieht, ohne auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt zu sein.
In Abb. ι bezeichnet 1 den keramischen Körper.
Die ringförmige Ausstoßöffnung ist mit einer metallischen Verkleidung oder Buchse 2 ausgestattet.
Innerhalb des Vorherdes und in nächster Nähe des Auslasses ist eine Nadel oder Plunger 3 und ein
rotierendes Rührrohr 4 aus Metall abgebildet. Kolben 3 und Rohr 4 sind mit einer Metallverkleidung
3' bzw. 4' bedeckt, und zwar in beiden Fällen mindestens so weit, wie diese mit der Schmelze in Berührung kommen. In
Abb. 2 ist eine verlängerte trogartig ausgebildete Buchse 5 aus Metall mit einer bei 6 angedeuteten
Mehrzahl von Austrittsöffnungen abgebildet. Die Buchse kann elektrisch beheizt werden, wie es
durch die üblichen Sammelschienen 7 und die üblichen Hitzeverteiler 8 angedeutet ist.
Die Erfindung besteht in der Herstellung derartiger Apparateteile aus einem neuen Werkstoff.
Wie oben festgestellt, wurden derartige Teile, wie das Futter 2 und die Buchse 5, bisher aus Platin und
Legierungen von Platin mit Iridium, Rhodium oder Nickel hergestellt. Apparateteile aus derartigen
Metallen bzw. Legierungen sind indessen nicht genügend widerstandsfähig bei den hohen Temperaturen,
bei denen das Schmelzgut, insbesondere Borsilicatglas, eine optimale Fließbarkeit hat, um einwandfreie
und homogene Glaserzeugnisse, beispielsweise Glasfasern, besonders vorteilhaft zu ergeben.
Gemäß der Erfindung werden derartige Apparateteile aus einer Legierung hergestellt, die im wesentlichen
Rhodium enthält, das mit einer geringen Menge eines oder mehrerer der Metalle Platin,
Palladium, Kobalt oder Nickel legiert oder sonstwie innig verbunden ist. Der Rhodiumgehalt beträgt
mindestens 85 °/o und der Rest mindestens 0,5 °/o. Man kann demnach Legierungen mit einem Gehalt
von 0,5 bis 15% Platin, Palladium, Kobalt und Nickel einzeln oder zu mehreren, Rest 85 bis 99,5 °/o
Rhodium, venvenden, wobei der Rhodiumgehalt vorzugsweise 90 bis 97,5 °/o beträgt. Innerhalb dieser
Legierungen können diejenigen mit 85 bis 99,5 °/o Rhodium, Rest Platin, als besonders empfehlenswert
bezeichnet werden. In vielen Fällen ist es nicht nötig, das ganze Formstück aus dieser Legierung
herzustellen. In Abb. 2 beispielsweise kann man für die Auslaßnippel 6 die erfindungsgemäße
Rhodiumlegierung und für die übrigen Teile der Buchse ein anderes Metall, beispielsweise Platin
oder eine Platin-Rhodium-Legierung, nehmen. Man kann aber auch das ganze Bodenstück der Buchse
mit den Auslaßöffnungen 6 aus der erfindungsgemäßen Rhodiumlegierung herstellen und diesen Teil
mit dem aus einem anderen Metall bestehenden übrigen Teil der Buchse verschweißen oder in sonst
geeigneter Weise verbinden. In Abb. 1 kann die Düse i, die Nadel 3 und der Rührer 4 aus der erfindungsgemäßen
Rhodiumlegierung bestehen, oder
aber man verwendet Ausfütterungen oder Verkleidungen 2, 3' und 4' aus dieser Legierung.
Rhodium ist an sich ein sehr hartes und schwer schmelzbares Metall, das sich außerordentlich
schwierig bearbeiten läßt. In reinem Zustand wäre es ungeeignet für die in der Glastechnik benötigten
Apparateteile, da es bei seinem hohen Schmelzpunkt nur schwierig in die zum Teil komplizierten und
notwendigerweise dünnen Teile der Formstücke verarbeitet werden kann. Außerdem hat man zumindest
für Platin-Rhodium-Legierungen von etwa 90%) Platin und io°/o Rhodium angenommen, daß
sich das Rhodium im praktischen Betrieb aus der Legierung zu stark verflüchtigt, um die Glasindustrie
voll befriedigen zu können.
Die Praxis hat indessen gezeigt, daß bei hohem Rhodiumgehalt, und zwar von mindestens 85 Gewichtsprozenten,
die Be- und Verarbeitbarkeit besser ist als die von reinem Rhodium.
ao Die erhöhte Duktilität dieser Legierungen im Vergleich zu der geringen Duktilität des Rhodiums
selbst ist sehr überraschend, da im allgemeinen die Duktilität durch Zusatz anderer Elemente ungünstig
beeinflußt wird. Es wird angenommen, daß die bessere Duktilität im Falle der erfindungsgemäßen
Legierungen auf einer Strukturänderung beruht. Es ist eine Erfahrungstatsache, daß Metalle bzw. Legierungen
von einer derartigen Härte praktisch nicht bearbeitet werden können, so daß die günstigen
Duktilitätseigenschaften der neuen Legierungen ohne Zweifel mit der Entwicklung einer Faser-,
struktur während des Bearbeitens zusammenhängen, ehe der normale Härtezustand erreicht ist, in welchem
sich die Legierung nicht mehr bearbeiten läßt.
Die gute Verarbeitbarkeit derartiger Legierungen lassen die folgenden Beispiele erkennen. So kann
man eine Legierung aus 95% Rhodium und 5°/0 Platin nach einer Wärmebehandlung bei 7500C von
3,18 mm bis auf 0,56 mm Dicke ohne Bruch kalt walzen, was einer Querschnittverminderung um über
80 % entspricht. Rhodium selbst kann unter den gleichen Bedingungen nur von 3,18 mm auf 1,30 mm
Dicke gewalzt werden, was einer Querschnittverminderung von weniger als 60% entspricht.
Nach der Wärmebehandlung bei 12000C beträgt
die Rockwellhärte (30 T Skala) in diesem Falle 54. Die Legierung aus 95 °/o Rhodium und
5 °/o Nickel hat dagegen nach der gleichen Wärmebehandlung eine Rockwellhärte (30 T Skala) von67.
Nach dem Ausglühen bei 14000 C ist die Härte der
Rhodium-Platin-Legierung 50 und die der Rhodium-Nickel-Legierung 62.
Die aus den erfindungsgemäßen Rhodiumlegierungen hergestellten Apparateteile können bei
extrem hohen Temperaturen, bis zu 15400 C und
höher, lange Zeit verwendet werden, ohne daß eine Verschlechterung oder eine wesentliche Änderung
der Dimensionen eintritt. Das ist natürlich bei Auslaß- oder Ausstoßöffnungen von großer Bedeutung,
weil es auf diese Weise möglich ist, die Glasschmelze in optimaler Fließbarkeit und mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit und gleichbleibendem Volumen hindurch- und abfließen zu lassen. Da infolge
der Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischem und mechanischem Angriff keine wesentliche Verschlechterung
der Legierung stattfindet, wird außerdem eine Verunreinigung des Glases vermieden.
Die Erfindung läßt sich natürlich auch bei Schmelzen von Natronkalkgläsern anwenden, von
besonderem Vorteil aber erweist sie sich gegenüber den bisher hierfür bekannten Metallen bzw. Legierungen
bei der Verarbeitung von Borsilicatschmelzen u. dgl., welche Temperaturen von 1310 bis
15400C und mehr erfordern, d.h. Gläsern, die
einen Kieselsäuregehalt von etwa 70 °/o oder mehr aufweisen.
Die besondere Eignung dieser Legierung für den gekennzeichneten Verwendungszweck in der Glastechnik
beruht, zusammenfassend, auf dem hohen Schmelzpunkt des Rhodiums, welcher trotz der
Anwesenheit der anderen Legierungsbildner praktisch seine Höhe beibehält, der großen Härte bei
hohen Temperaturen sowie der großen Beständigkeit gegenüber der Korrosion durch das fließende
Schmelzgut.
Claims (5)
1. Verwendung einer Rhodiumlegierung, bestehend aus 0,5 bis 15 Gewichtsprozenten eines
oder mehrerer Metalle aus der Gruppe Platin, Palladium, Kobalt und Nickel, Rest Rhodium,
zur Herstellung solcher Apparateteile, welche bei der Erzeugung und Verarbeitung von Glas
in direkte Berührung mit geschmolzenem Glas kommen.
2. Verwendung einer Rhodiumlegierung gemäß Anspruch i, bestehend aus 2,5 bis 10 °/o
eines oder mehrerer Metalle aus der Gruppe Platin, Palladium, Kobalt und Nickel, Rest
Rhodium, für Zwecke nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer Rhodiumlegierung gemäß Anspruch 1, bestehend aus 0,5 bis 15 °/o
Platin, Rest Rhodium, für Zwecke nach Anspruch i, insbesondere zur Herstellung von
Düsen zum Ausstoßen von fließendem Schmelzgut. _ ■
4. Verwendung einer Rhodiumlegierung gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen
Platingehalt von 2,5 bis 10 °/o, für Zwecke nach Anspruch 3.
5. Verwendung einer Rhodiumlegierung gemäß Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet durch
einen Platingehalt von 5%, für Zwecke nach Anspruch 3 mit der Maßgabe, daß das Schmelzgut einen Mindestgehalt an Kieselsäure von
etwa 70 °/o hat.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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