JP2001080921A - ガラスあるいはガラスセラミックスを精製する装置及び方法 - Google Patents

ガラスあるいはガラスセラミックスを精製する装置及び方法

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JP2001080921A JP2000249518A JP2000249518A JP2001080921A JP 2001080921 A JP2001080921 A JP 2001080921A JP 2000249518 A JP2000249518 A JP 2000249518A JP 2000249518 A JP2000249518 A JP 2000249518A JP 2001080921 A JP2001080921 A JP 2001080921A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラスあるいはガラスセラミックスを精製す
る装置及び方法を提供する。 【解決手段】 本発明によれば、この装置は溶融装置
と、その溶融装置の出口端部に接続された少なくとも2
個の精製装置とを具備し、その精製装置の少なくとも1
個が、スカル原理に従って、一部として冷却剤接続体を
構成する複数の金属管から、そして高周波エネルギ−を
溶融装置の内容物に誘導結合するための高周波装置から
作られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスあるいはガ
ラスセラミックスを精製する(ガラス製造技術では、
「ロイテルン」=「to plain」=「気泡及び/
又は他の欠陥を除去すること」、すなわち「ロイテル
ン」は、精製、洗浄、純化も可能である)装置及び方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融装置(建浴槽、連続ガラス溶融炉)
は融点範囲と、精製範囲と、持続及び均質化範囲を有す
るガラスの連続精製のために操作される。ガラス溶融物
の実際の脱ガスは、通常、精製ゾ−ンで発生する。酸化
還元反応あるいは蒸発効果が生じると、それが気泡の生
成や、その気泡の膨張につながる。精製ゾ−ンの温度
は、気泡が溶融物の表面まで迅速に上昇でき、その溶融
物に気泡が無くなるように、できるだけ高温になるよう
に選択される。それで、典型的な端部(溶融装置、建浴
槽)は、概して耐熱性セラミックスあるいは白金あるい
は白金合金からなる壁材料のために、1650℃の精製
範囲内の最大許容温度に制限される。ガラスを溶融ある
いは精製できる無数の装置が知られている。例えばEP
0,528,025B1を参照。その装置は所謂冷却る
つぼ壁付きスカルるつぼに関連している。このるつぼ壁
は、相互間隔を示し、冷媒が流れる垂直金属管のクラウ
ンから作られる。このるつぼには誘導コイルが巻かれ、
このコイルにより高周波エネルギ−をるつぼ内容物に連
結することができる。このようにして、るつぼ内容物を
3000℃迄に達する極端な高温に上げることができ
る。
【0003】精製プロセスは特に高温を必要とする。溶
融温度が上昇するにつれて気泡の上昇率(速度)が明ら
かに増大することが試験で分かった。従って、高温精製
は、精製時間を劇的に短縮するか、大きな精製用気泡を
生成するための精製手段(剤)の添加を排除する可能性
を生み出す。むしろ高い(より高い)精製温度が高融点
ガラスの場合には特に望ましいだろう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、精製プロセ
スが強化されるように、冒頭で説明したタイプに応じて
装置と方法をさらに開発する課題を有している。
【0005】
【課題を解決するための手段】この課題は独立クレーム
の特徴により解決される。この発明は以下の点を認識し
た。すなわち、この精製プロセスが1個の装置で行なわ
れるのでなく、連続して(直列で)接続された少なくと
も2個の装置で行なわれれば、かなり有効になるように
設計することができる。また、ガラスの品質は、ガラス
溶融物が第一精製装置で非常に高温まで加熱され、その
後、冷却されるばかりでなく、むしろ第二装置で再加熱
され、それから冷却されれば明らかに改善される。ま
た、2個の精製ゾーンを連続して接続することにより、
そこで生じている二つの精製プロセスが違った条件で生
じる可能性と、それにより別の精製手段を別の場所で使
用する可能性もある。精製装置は立設スカルるつぼある
いは溝(流路)とすることができる。この立設スカルる
つぼは、溝と併用することもできる。この溝はスカルる
つぼの要領で同様に設計することができる。この溝はい
ずれの場合でも冷媒に接続される金属管のクラウンから
作られる。精製装置は、いずれの場合でもHFコイル巻
線で完全に囲まれる。その溝の冷却金属管が水平に走っ
ていれば、HFコイルの巻線は、るつぼ軸が水平に走る
ようにその冷却金属管の周囲に配置されることになる。
しかしながら、冷却金属管が立設して配置されると、H
Fコイルの巻線は、るつぼ中心軸が略垂直に走るように
冷却金属管の周囲に配置される。本発明を後に説明する
図面に従って詳細に説明する。
【0006】
【発明の実施の形態】4つの事例の全てにおいて、溶融
装置1がセラミック材料から成る壁で仕切られた端部
(建浴槽)である。接続管2は溶融装置1と産出側に接
続された精製装置3との間の導電接続を構成している。
明かなように、接続管2は溶融装置1のその底部から出
て、第一精製装置3の底部に入り込む。その第一精製装
置3はスカルるつぼの様に設計される。この装置はここ
では詳細に図示していない垂直、液冷金属管のクラウン
により作られる。その金属管のクラウンは、高周波装置
の巻線3.1によって囲まれている。上記のような接続
管2の配置は、図1及び図2による実施形態では以下の
利点となる。すなわち、溶融物は溶融装置1の底部で比
較的低温である。スカルるつぼ3の底部にその溶融物が
入った後、その溶融物はHF装置3.1で加熱され、上
昇する。その後、溶融物はその上部で非常に高温となる
ので、溶融物の低粘度のために気泡が破け、出る可能性
がある。
【0007】図1による実施形態では、溝4の形態の第
二精製装置が第一精製装置3の産出側に接続されてい
る。このように横たわっている(水平)精製装置4が立
設の精製装置に続いている。溝4がまたスカルるつぼの
様に設計されている。従って、その溝4は形状が円形に
できる水平に走る金属管のクラウンから構成される。こ
の金属管のクラウンは、またHFコイルの巻線4.1で
囲まれる。そのため、コイル巻線の巻線軸も水平に走
る。スカルるつぼ3からスカル溝4へ溶融物を移す方法
はここでは図示しない。この溶融物はスカル溝4の上端
縁部を超えて、例えばダムを超えて流れるか、スカル溝
4の下端縁部を超えて、例えば接続管を通して同様に流
れることが可能である。気泡の形態の酸素(所謂、酸素
泡立て)を2個の精製装置3、4の間(矢印5を参照の
こと)に導入することになる可能性がある。また、上記
の代わり、あるいは、それに付加する形で活性精製剤を
導入する(矢印6を参照のこと)ことになる可能性があ
る。
【0008】スカル溝4には冷却溝7が続く。冷却溝7
には攪拌器8.1と排出管8.2を備えた状態調節装置
8が続く。図1の装置でのプロセスは以下再度詳細に説
明する。そこで第一精製装置3を「ポット」(ドイツ語
「Topf」=装置、るつぼ、但し、これらの概念を上
では別のドイツ語で表現した)と呼び、第二精製装置4
は「溝」と呼ぶ。ポットの温度範囲でのガスの最大放出
を伴う適宜選択された酸化還元あるいは蒸発精製剤によ
る化学精製と、物理精製効果との併用により、高温で低
粘度に基づいて気泡の高速上昇や高伝達が行なわれるこ
とになる。ガラスの本来の物理精製は同等の温度で溝内
で起き、その物理精製が強力な伝達と低い浴深さの組み
合わせによりここでは特に有効である。同等の精製温度
をポットと溝で使用すると、第一精製ステップの最後
に、気泡がHF精製前より小さい約1/1000にな
る。他の脱ガス処理が第二精製室で(を介して)生じ、
その脱ガス処理は、第一ゾーンによる精製剤の消耗によ
り約1/10ないし1/100だけに気泡数を減少させ
るが、高融点温度と低粘度で重要な役割を果たす物理精
製を積極的効果としてなお含んでいる。
【0009】この二重配置の精製効果が、第一のの精製
剤がポットで温度T(1)で活性化し、第二の精製剤が
溝で、T(1)がT(2)より低いT(2)の温度で活
性化される2種類の違った精製剤の添加によりさらに増
大する。このための実施例がアルミノ珪酸塩ガラスへの
酸化錫と酸化チタンの添加である。酸化錫の最適な精製
温度は約1800ないし1900℃である。この温度範
囲では酸化チタン(TiO)からのガス放出はまだな
い。酸化チタンは2000ないし2100℃で精製す
る。精製温度が1850℃までの第一精製部分で、そし
て2100℃までの第二精製部分で調節されれば、化学
精製と物理精製に関して直列に接続された両方の精製個
別装置(ユニット)を最適な方法で利用することができ
る。
【0010】溶融るつぼ、あるいはその溶融るつぼの複
数の部分が精製反応に好適な温度レベルにあり、それで
溶融装置1がカスケード精製の第一段階とすでに考えら
れれば、基本的には精製効果は低粘度のガラスの場合、
溶融装置1ですでに発生するだろう。しかし、この装置
は好適でなく、2種類以上の真の精製個別装置付き装置
は以下の理由により溶融るつぼから離された。すなわ
ち、流れの状態(バッチ装入(固体混合物チャージ)、
ガラス排出(ドレイン))により、ガラス塊の動きが気
泡の上昇運動に対して作用し、そして上昇する気泡を再
三下げる。さらに、この場合、気泡は低温バッチ面の突
き抜けが必要で、それは通常うまくゆかず、またあるい
は、溶融精製(クリーンで、清浄化され、精製される)
するのにしばらく時間がかかり、それが高い処理量に反
し、従って不経済である。高粘度のガラスの場合、浴深
さが高粘度のガラスの気泡が上昇するのにはあまりにも
深く、そのため低上昇速度となるため、良好な精製はい
ずれの場合でも期待することができない。
【0011】二重るつぼ方式での精製の改善は、溶融物
が第二精製段階に入る前に還元された精製剤を高原子価
に酸化することによっても行なわれる。この改善は例え
ば酸素中での泡立てで行なうことが可能である。高い原
子価への酸化時にガラス溶融物の温度が第二精製段階に
再度上昇する前に、より低い温度に下がれば有利であ
る。さらに第二精製段階の開始前に活性精製剤を溶融物
中に供給することによっても可能である。この場合、第
二精製段階において第一精製段階の場合と同じ気泡の減
少が見られる。すなわち、気泡の数が、同じ率で2回減
少されると、これは例えば、1つの精製部分で1/10
の倍率での減少では、気泡数の総減少が1/10
意味する。図2に係る装置では、第二精製装置4もまた
スカルるつぼである。ここでも酸素泡立ての可能性−矢
印5、あるいは活性精製剤の添加‐矢印6、の可能性が
ある。冷却溝がここでも備えられ、さらに、攪拌器8.
1と排出管8.2付き状態調節装置も備えられている。
【0012】図3は興味ある変形装置を示している。図
では溶融装置1に同じスカル設計の第二精製溝3ばかり
でなくスカル設計付き第一精製溝4が続いている。他の
個別装置は図1と図2に係る装置と略同様である。活性
精製剤の供給は、図1ないし図3で示したように、高含
有量の活性精製剤を備えた適切なガラスがその場で製造
され直接供給されるるつぼによって行なわれる。勿論、
ガラスは、先ず、るつぼの代わりに溶融物内の同じ場所
に吊るすことが可能な棒、あるいは、他の適切な形態で
注入し、そして連続的に供給することができる。精製用
ガラスにかけられる要件は以下の通りである。
【0013】*精製用ガラスに存在する活性精製剤は、
酸化還元精製剤(As、Sb 、SnO
TiO及びその他)あるいは蒸発精製剤(NaCl、
BaCl、ZnO及びその他)でよい。*精製用ガラ
スは、精製されるガラスにも含有されているか、または
その中で問題を起こさない成分を含有していてもよい。
1:20ないし1:100の希釈率で精製用ガラスが、
精製されるガラスに供給されるために、完成品の特性に
それ程影響を与えない濃度で完成品内に存在しようか
ら、少数の成分が絶対的に許容されうることになる。*
精製用ガラスは、射出温度で精製されるガラスと混和さ
れる必要がある。*高温は一般に精製剤の好ましくない
早期消耗を招くために、精製用ガラスが低温で溶ける必
要がある。これは、とりわけ、高い比率のアルカリ酸化
物、酸化硼素あるいは弗素でもたらされる。特にアルカ
リ酸化物は、AsとSbの場合、高原子価酸化状態を安
定化させる他の利点があり、弗素は蒸発精製の他の利点
がある。
【0014】この種のガラスの実施例を以下に示す。 実施例1: B 6.6% Al 5.5% CaO 27% BaO 23.0% KO 1% As 23.4% F2‐O 13.5% 必要ならAsをSbに代えることができる。しかしなが
ら、必要ならば他の成分を再調整しなければならない。
【0015】実施例2(個々の酸化物の濃度が変化する
同じ系からのガラスの幾つかがここでは整理されてい
る。示された範囲は、具体的な種類の組成からのもので
あり、何ら基本的な制約を示すものではない。): SiO 45〜54% B 14〜20% Al 1〜3% ZnO 0〜5% NaO 0〜3% KO 5〜13% Sb 19〜22%
【0016】実施例3: SiO 1〜3% B 0〜3% BaO 36〜38% La 0〜2% ZrO 4〜8% TiO 50〜54% 引用されたガラスは、単なる典型的な実施形態と理解さ
れよう。他の複数のガラスも、この方法に何ら基本的な
変更を加えることなく引用されたガラスの代わりに使用
できると考えられる。ガラス品質がそう要求すれば、一
連のいずれか望ましい数の精製るつぼが考えられ、望ま
れる程の多くの良好なガラス品質の調整がこのように可
能である。他の全ての精製段階が品質の改良を行なうだ
けでなく、それに伴う費用がかかるため、ここでは最適
要因は費用効果率である。しかし、いづれの要求特性も
精製カスケ−ドの考え方で調節することができる。
【0017】上記全ての場合では、精製個別装置壁が、
10kHzないし5MHzの周波数範囲の電磁線に対し
て通過性であるような性質を有する液冷金属管、あるい
は空冷セラミック部品から作られる。精製ゾーンは高周
波エネルギーを溶融物に照射することにより加熱され
る。この種のガラスと個別装置(集成装置)の大きさに
よれば、適切な周波数範囲が10kHzないし5MHz
の範囲にある。50ないし600リットルの精製体積で
試験したガラスに対しては、100kHzないし1MH
zの周波数範囲が好ましい範囲であることが分かった。
【0018】図4の実施態様は溶融装置1を再度示して
いる。精製溝3が溶融装置1に接続されている。精製溝
はHFコイルの巻線3.1で囲まれている。この実施形
態の独特の特徴は、溶融装置に配置されたバッチ(固形
混合物)がブリッジ壁10で保持されることである。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶融装置、立設精製るつぼ1及び精製溝2を備
えた装置を示す図である。
【図2】溶融装置と2個の立設精製るつぼを備えた装置
を示す図である。
【図3】溶融装置と2本の精製溝を備えた装置を示す図
である。
【図4】溶融装置とそれに接続された精製溝を備えた装
置を示す図である
【符号の説明】
1…溶融装置、2…接続ライン、3…精製装置、4…
溝、7…冷却溝、8…状態調節装置、8.1…攪拌器、
8.2…排出管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒルデガルト レーマー ドイツ、61184 カルベン、ハイデガッセ 9 (72)発明者 ウーヴェ コルベルク ドイツ、55252 マインツ−カステル フ レッサー ヴェーク 1 (72)発明者 シュテファン シュミット ドイツ、55271 シュタデッケン−エルシ ャイム モーツァルトシュトラーセ 35

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融装置(1)と、 前記溶融装置(1)の出口端部に接続された少なくとも
    2個の精製装置(3,4)とを具備し、 前記精製装置の少なくとも1個が、スカル原理に従っ
    て、冷却剤接続体を含む複数の金属管から、および高周
    波エネルギ−を前記溶融装置の内容物に誘導結合するた
    めの高周波装置から作られることを特徴とするガラスと
    ガラスセラミックスを精製する装置。
  2. 【請求項2】 前記精製装置(3,4)の少なくとも1
    個が立設スカルるつぼであることを特徴とする請求項1
    に記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記溶融装置(1)とそれに続く精製装
    置(3)との間の接続管(2)は、前記それに続く精製
    装置(3)の底部に入り込むことを特徴とする請求項1
    に記載の装置。
  4. 【請求項4】 連続する2個の精製装置(3,4)間の
    接続管が、上流精製装置(3)の上部に接続され、次の
    上流精製装置(4)の底部に入り込むことを特徴とする
    請求項1ないし3のいずれか1項に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記精製装置(3,4)の少なくとも1
    個は、横たわる(水平)溝として設計されることを特徴
    とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の装置。
  6. 【請求項6】 スカル溝(3,4)として設計された前
    記精製装置の少なくとも1個の高周波コイルの巻線
    (3.1,4.1)は、水平巻線軸を有することを特徴
    とする請求項5に記載の装置。
  7. 【請求項7】 物質を先ずメルトダウンし、 精製が二段階以上からなる精製カスケードで行なわれ、
    その精製は、高周波エネルギーで照射することにより溶
    融物を誘導加熱を用いてスカル原理に従ってこれらの段
    階の少なくとも一段階で生じることを特徴とするガラス
    あるいはガラスセラミックスの精製方法。
  8. 【請求項8】 前記精製は、1600℃ないし2800
    ℃の範囲、好ましくは1800℃ないし2400℃の範
    囲の温度で、個々の精製装置で生じることを特徴とする
    請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記精製は、溶融物が下から上方に流れ
    るスカルるつぼで生じることを特徴とする請求項7ある
    いは8に記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記精製はスカル原理に従って第一精
    製段階で実施され、溶融物が下から上方に流れ、次に、
    その溶融物が第二精製段階で高周波エネルギーで加熱さ
    れた水平スカル精製溝を流れることを特徴とする請求項
    7ないし9のいづれか1項に記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記溶融物は、2本の連続接続精製溝
    を誘導されることを特徴とする請求項7あるいは8に記
    載の方法。
  12. 【請求項12】 酸化還元精製手段を高原子価に酸化
    し、後続の精製段階のためにそれを(それらを)再活性
    するために、酸素泡立てが個々の精製段階時あるいはそ
    の間で行われることを特徴とする請求項7ないし11の
    いづれか1項に記載の方法。
  13. 【請求項13】 活性精製手段が前記個々の精製段階時
    あるいはその間で供給されることを特徴とする請求項7
    ないし12のいづれか1項に記載の方法。
  14. 【請求項14】 2種類の別の精製手段AとBが溶融物
    に供給され、 精製手段Aが前記第一精製段階で活性化され、 精製手段Bが前記第二精製段階で活性化され、 Aからの精製ガスの放出がBの場合より低温度で生じ、 前記第一精製段階が、Aからの精製ガスの最大放出の温
    度範囲で行なわれ、 前記第二精製段階が、Bからの精製ガスの最大放出の温
    度範囲で行なわれることを特徴とする請求項7ないし1
    2のいづれか1項に記載の方法。
JP2000249518A 1999-08-21 2000-08-21 ガラスあるいはガラスセラミックスを精製する装置及び方法 Pending JP2001080921A (ja)

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