JP2005504707A - 特に高純度でアグレッシブな高融点ガラスを高速溶融する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、スカル坩堝において、特に高純度でアグレッシブな、かつ／または高融点ガラスを高速溶融する方法および装置を記載する。本方法および装置では、スカル坩堝を囲むコイル機構により、高周波エネルギーが坩堝の内容物に導入されて、それにより溶融物が加熱され、バッチが置かれて、溶融ガラスが坩堝の上部領域に排出され、バッチの未溶融成分は、溶融物に少なくとも部分的に浸漬されている冷却ブリッジにより保持される。本発明によると、ガラスはコイル機構（１．３）の上方に引き上げられ、コイル領域を通って流れることなく後続処理に供給される。これには、単純な従来の構成要素を用いて、溶融ユニットを後続処理ステーションに接続することができ、かつ接続のタイプを、最適とは言えない接続技法によりガラスの品質が低下することを防ぐことができるように選択できるという利点がある。

Description

【技術分野】
【０００１】
［説明］
本発明は、スカル坩堝において特に高純度でアグレッシブな高融点ガラスを高速溶融する方法および装置に関し、当該方法および装置では、溶融物を加熱するようにスカル坩堝を囲むコイル機構（arrangement）により高周波エネルギーが坩堝の内容物に導入され、バッチが置かれて、溶融ガラスが坩堝の上部領域に排出され、バッチの未溶融成分は、上方から溶融物に少なくとも部分的に浸漬されている冷却ブリッジにより保持される。
【０００２】
最近では、高純度を有する必要があるアグレッシブなガラスは、白金坩堝で不連続に、または白金タンク炉で連続的に溶融される。溶融タンク炉および精製タンク炉ならびに均質化タンク炉はいずれも、白金から構成される。この溶融技術は、貴金属のコストが高いこと、およびこのタイプの白金設備の耐用寿命が短いことにより、不利である。特に、バッチ反応が起こる溶融領域は、かなりの腐食を受けるため、耐用寿命に関して白金タンク炉の制限的な構成要素である場合が多い。白金壁を介した加熱技術および白金の安定性により、このタイプの設備で得ることができる最大スループットは、９０ｌの溶融タンク炉または坩堝の体積の場合、１日１ｔ未満である。
【０００３】
白金溶融ユニットに加えて、スカル坩堝を用いることも既知であり、スカル坩堝は、水冷式の離間した金属管から形成され、溶融物は、高周波エネルギーが放射されることにより、坩堝を囲む誘導コイルによって加熱される。このタイプの溶融設備は、坩堝の縁領域においてガラスと同じ組成物からなる材料の保護層が必然的に形成されることにより、ガラスと同じ組成物からなる坩堝の形態で溶融物が囲まれ、不純物から保護されるようになることを、水冷手段が意図するという利点を有する。
【０００４】
PETROV, YU. B.等著「Continuous casting glass melting in a cold crucible induction furnace」（XV INTERNATIONAL CONGRESS ON GLASS 1989, PROCEEDINGS, VOL. 3a, 1989, pages 72-77）は、高純度ガラスを溶融するための上述のタイプの坩堝を開示している。この坩堝では、バッチが坩堝の上部領域に供給され、ガラスが同様に坩堝の上部領域に引き上げられる（taken off）。バッチおよび出口領域は、溶融物に深く浸漬した冷却ブリッジにより互いから離間され、それにより、バッチの未溶融成分が保持される。溶融ガラスは、コイル内部に配置された溢流チャネル（overflow channel）により坩堝の上縁でに引き上げられ、坩堝壁とコイルの内半径との間にガラスストランドの形態で降下する。
【０００５】
上記文献は、ガラスストランドが回収されて、次に後続処理（further processing）に供給される方法に関する情報は全く提供しない。しかしながら、上記の構成では、溶融ユニットを後続処理ユニットに接続する可能性が非常に限られていることは明らかである。さらに、既知の手法では、ガラスストランドのガラスの量は、時間とともに変化するため、準連続的な手法が可能であるにすぎない場合が多い。さらなる欠点は、ガラスストランドの降下高さが非常に高くなければならないことであり、これは、ガラスが、コイル外部に配置されたチャネルまたはタンク炉で回収され得る前に、少なくともコイルの全高にわたって落下しなければならないからである。結果として、溶融物に気泡が導入され、コードに関する品質が低下する可能性が高い。さらに、ガラスストランドのガラスの冷却は、高融点ガラスの場合には問題となる。この問題は、ガラスが誘導されないために跳ね返り始めることであり得る。さらに、コイルとガラスストランドとの間、またはガラスストランドと坩堝との間に、火花が生じる場合があり、これにより、コイルおよび／または坩堝が壊れる可能性がある。
【０００６】
溶融ユニットを後続処理ステーションに連結するために、できるだけ従来通りの単純な構成要素が用いられるように、また、従来技術による接続技法を無理に用いることによりガラスの品質に悪影響が及ぼされないように、既知のタイプの溶融方法または装置を改良することが、本発明の目的である。
【０００７】
この目的は、請求項１に記載の方法および請求項８に記載の装置により達成される。
【０００８】
意外にも、坩堝の内容物を均一に溶融するためには、従来技術から知られるように溶融物の全体積が誘導コイル内部に配置される（この措置は、従来技術では、溶融物の全体積にできる限り均一に高周波エネルギーが導入されると思われるものの、コイル機構により妨げられること（disruption）により、溶融坩堝が従来の構成要素を用いて下流の後続処理ユニットに接続されることができなくなることを意味する）ことが不可欠であるわけではないことが明らかとなった。
【０００９】
本発明によると、坩堝内のガラスの面高さは、少なくとも、ガラス出口がコイル機構よりも完全に上方に配置されることができるほど十分に、コイル機構の上端のはるか上方に突出している。さらに、ガラス出口の外端は、誘導コイルの外半径を超えて突出している。これは、ガラスがコイル領域を通って流れることなく、後続処理のために供給され得ることを意味する。妨害するコイルがないため、従来の構成要素を用いて溶融坩堝を次の後続処理ユニットに接続することは単純かつ安価である。後続の構成要素の選択には全く制約が課されず、したがって、適切な接続技法が選択されれば、接続のタイプにより生じ得るガラス品質に対するいかなる悪影響も最低限に抑えることができる。
【００１０】
驚くべきことに、本発明による方法および装置により、コイル領域上方の溶融物が著しく冷却されることはない。加熱のタイプと、結果として誘発される対流とが、これに関して大きな役割を果たしていると思われる。高周波加熱は、ガラスの最も熱いゾーンが溶融物の体積の中央、すなわちコイルの幾何学的形状の中心に生じることを意味する。それに対して、坩堝壁は、水冷されているために低温である。結果として、激しい対流循環が形成され、高温核（hot core）から大量の熱が溶融物体積の上部のより低温の領域へ移動すると思われる（この点に関しては図１を参照）。対流循環の形成は、さらなるバブリング（bubbling）により、さらに高めることができ、これについては以下でより詳細に説明する。
【００１１】
この効果は、冷却ブリッジを用いることによりさらになお高めることができることがわかっている。冷却ブリッジの領域を通過する溶融物は、冷却ブリッジにより冷却され、底部に向かって降下する。下向きの流れが形成され、これは、溶融物中で明らかにある種の「冷却カーテン（cooling curtain）」または「流れカーテン（flow curtain）」を生成する。この挙動は同様に、坩堝の溶融領域に位置する溶融物全体の循環を促す。溶融技術においてブリッジを用いることは本来知られており、これらのブリッジは通常、バッチの未溶融成分がガラス出口へ直接流れることを防ぐために用いられる。したがって、溶融領域と出口領域とを純粋に機械的に分離するその作用に加えて、本発明による水冷ブリッジは、上述の「冷却カーテン」または「流れカーテン」の形成により、２つの領域間の熱分離も提供する。その結果、ブリッジの分離作用は、その単純な幾何学的形状をはるかに超えてガラス体積中に及ぶ。
【００１２】
本発明では、この効果は、ブリッジの浸漬深さがほんのわずかである場合でも生じる必要がある。本発明による方法および装置では、冷却ブリッジの浸漬深さが過度に大きいと、ガラス出口の凍結が生じる。これは、溶融物体積の上部領域および同様にガラス出口が、高周波エネルギーが導入される領域より上方にあるからである。
【００１３】
本発明を、図面を参照して以下でより詳細に説明する。
【００１４】
図１は、スカル坩堝１を有する本発明による溶融装置を示す。図示の実施形態では、スカル坩堝１は、円筒状の坩堝壁１．１を備える。
【００１５】
坩堝構造の詳細を以下で説明するが、図面では明確にするために全てを示しているわけではない。
【００１６】
坩堝壁１．１は、蛇行形をなして互いの上部と底部とが接続された、鉛直方向の金属管の環から構成される。坩堝壁１．２は同様に、金属管またはセグメントからなっていてもよく、あるいは耐火材料からできていてもよい。
【００１７】
金属管は、少なくとも１つの冷却剤供給口および冷却剤排出口に接続される。用いられる冷却剤は、通常は水である。冷却剤は、金属管の配置に対応する蛇行経路を導かれる。坩堝のサイズに応じて、環の個々のセグメントを冷却する複数の冷却剤回路を設けることが可能である。最大５０ｌの体積を有する比較的小さい空間の鋼製坩堝の場合、坩堝の底部領域には、金属管が互いに離間して保持され、互いに電気的に導通するようには接続されていない。銅製坩堝の場合、離間した管を有する最大１００ｌのより大型の坩堝を設計することも可能である。この場合、電気的短絡を防ぐために、隣接する管の間に例えばマイカ板（mica platelets）が配置される。非常に大きい溶融体積を有する坩堝の場合、ＤＥ１９９ ３９ ７８０．５ Ａ１に記載されるように、管の間の電気的短絡が底部領域にもあることが好都合である。坩堝の上端では、全ての管が互いに電気的に短絡される。
【００１８】
スカル坩堝１の底部１．２は、坩堝壁１．１から電気的に絶縁されている。これは、例えば、Ｑｕａｒｚａｌまたはマイカ板により行われる。当然ながら、電気的に非導電性の他の材料をここで用いることも可能である。底部１．２は、同様に冷却され、図２に示すように、例えば蛇行状の管１．２．１または切り分けたケーキ（slices of cake）と同様に配置された金属片１．２．２を含み得る。本発明が坩堝のこれらの特定の構造に限定されないことは明らかである。本発明は、他の坩堝形状、金属管の幾何学的配置、および坩堝底部の構造も包含する。
【００１９】
るつぼ１は、坩堝壁１．１を囲んでおり坩堝の内容物に高周波エネルギーを導入することができる誘導コイル１．３により従来の方法で加熱される。ガラス溶融物１０は、坩堝１内にある。ガラス溶融物１０の表面は、図１において１０．１で示す。
【００２０】
坩堝は、バッチを供給する入口１．４と、溶融ガラスを排出する出口１．５とを有する。
【００２１】
本発明では、図１に示すように、坩堝の下側部分のみが誘導コイル１．３により囲まれる必要がある。坩堝１は、コイル１．３に対して、坩堝内部の溶融物がコイル領域から著しく突出するように、すなわち、溶融物１０の表面１０．１が誘導コイル１．３の上端より十分に上方にあるように、配置される。ガラス出口１．５は同様に、コイルの上端より上方に配置され、誘導コイルの外半径を超えて延びる。これにより、溶融物が誘導コイル１．３に包囲された領域の外に、すなわち、コイル領域を通って流れることなく引き上げられ、後続処理ユニットへ供給され得ることが確実になる。ガラス出口１．５は、接続位置が誘導コイル領域の外側であるため、従来の構成要素により任意の後続処理ユニットに単純な方法で接続することができる。
【００２２】
本発明に必要なさらなる特徴は、坩堝１の上側部分にブリッジ２を配置することである。ブリッジ２は、溶融物に少なくとも部分的に浸漬されており、それにより、バッチ領域を溢流および出口領域から分離する。序文で述べた流れカーテンを形成するには、わずかな浸漬深さでも十分である。
【００２３】
坩堝、出口、およびブリッジの正確な寸法決定（dimensioning）および互いに対するそれらの配置は、個々の場合によって異なり、当業者は、いくつかの簡単な日常的な実験により随時これらを容易に決定することができる。ブリッジ、コイル、およびガラス出口の位置決めに関する以下の値は、３０ｌの体積を有するスカル坩堝の場合に適していることがわかった。すなわち、ブリッジは、下端がガラス出口１．５の底部より約１〜２ｃｍ下方にあるような深さまで、ガラス溶融物に浸漬されることが有利であるとわかった。いずれにせよ、これにより、バッチの未溶融成分がブリッジの下を通って出口まで流れることができないことが確実になる。しかしながら、ブリッジは、誘導コイルの上方に、好ましくは約１ｃｍ上方にあることがなお有利である。より好ましくは、ブリッジの下端とコイルの上端との間の距離は、２ｃｍであるべきである。原理上、ブリッジの端部がコイル領域内に突出することも可能である。しかしながら、この場合、ブリッジがコイル領域に深く侵入するほど、高周波磁場が変位し（displaced）、その結果、磁場が導入される程度が低下し、出口領域の溶融物が凍結する可能性があることに留意されたい。
【００２４】
出口におけるガラスの面高さは、少なくとも２ｃｍでなければならない。そうでなければ、溶融物が凍結する危険性が再び生じる。
【００２５】
ガラス出口の外端は、コイルの外周より少なくとも２ｃｍ突出しているべきである。外端の突出がこの長さより短い場合、ガラス出口に隣接するシステムを電気的に絶縁する必要がある。
【００２６】
概して、ブリッジ２の幾何学的形状は変化し得る。図３は、ブリッジの３つの異なる好ましい実施形態を示す。これらの図はそれぞれ、ガラス出口１．５とブリッジ２の好ましい変形形態とを有する円筒状のスカル坩堝１の平面図を示す。ブリッジ２は、直線状断面（図３ａ）、角を有する断面（図３ｂ）、または湾曲断面（図３ｃ）を有し得る。
【００２７】
図３ａから、ブリッジ２の「直線状」実施形態では、ブリッジにより溶融領域から分離される「デッド」ゾーン１０．３として知られるものが、溶融物１０に形成されることがわかる。このようなデッドゾーン１０．３では、高周波放射により供給されるエネルギーと冷却により散逸するエネルギーとの比は、非常に好ましくないものであり、溶融物が凍結する危険性がある。さらに、この部分は溶融領域として利用可能ではなく、そのため溶融能力の損失につながる。この影響は、小型の坩堝の場合にはわずかであるため、これらの坩堝では簡略化のために依然として直線状ブリッジの使用が望ましい。より大きい（７０ｌを超える）溶融体積を用いることになる場合、これらのゾーンを溶融領域に戻す措置を取ることが適当である。可能な解決策は、図３ｂおよび図３ｃに示す円形ブリッジおよび角を有するブリッジで表される。これらの実施形態では、「デッド」ゾーン１０．３のサイズは著しく低減し、角を有する変形形態は、構造の点で実現がより簡単であるという利点をもたらす。
【００２８】
特定の実施形態に関わらず、ブリッジ２は、坩堝壁１．１全体と同様に、冷却された好ましくは金属製の構成要素からなる必要がある。図４に示すように、高周波に及ぼす影響ができるだけ最小になるように、ブリッジ２は好ましくは、冷却剤経路に関して蛇行形をなして配置され、かつ上端で互いに電気的に導通するように接続される個別の管２．２からなる。この場合、互いとスカル坩堝１自体との両方に対するブリッジ２の管２．２すなわちブリッジ部品の電気的短絡もまた、電気接点（金属接続部）を用いて行われる。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態では、溶融坩堝１およびブリッジ２は、特殊鋼、白金、銅、またはアルミニウムからできていてもよい。どの金属を便宜上用いるかは、溶融されるガラスの組成および純度のその純度に対する要求によって決まる。特殊鋼または銅製のスカル坩堝が用いられる場合、坩堝材料の耐食性も、分解温度がコーティング／溶融接触領域のコーティングの温度未満である熱安定性の高いプラスチックのコーティングを施すことにより改善することができる。安定したプラスチック材料の例としては、フッ素含有量が高いプラスチック、特にＰＴＦＥが挙げられる。この性質のコーティングは、坩堝の露出部分が、ガラス溶融物から蒸発する成分による攻撃から保護されるというさらなる利点を有する。コーティングの厚さは、金属管による冷却が、コーティングと溶融物との接触温度をプラスチックの分解温度未満に維持するのに依然として十分であるような厚さであるべきである。プラスチックでのコーティングは、コーティングされた部分にガラスが張り付くことがなく、金属坩堝管の間で火花が生じる可能性が低減するというさらなる利点を有する。耐食性が比較的低い金属でできている坩堝を、耐食性が高い金属でコーティングすることも可能である。
【００３０】
好ましい実施形態では、出口１．５は、スカル坩堝の上部領域で９０°湾曲しているスカル坩堝の冷却管により形成される。図５に示すように、これらの管は、端部において互いに電気的に導通するように接続されるため、出口領域は、出口１．５自体およびブリッジ２を囲む短絡環（short-circuiting ring）Ｉも有する。さらに、９０°湾曲している管全てを、出口１．５の下方で互いに電気的に導通するように接続し、かついずれの場合も出口を両側に画定して再び上方に向かう（delimit the outlet on both sides and lead upward again）２つの管を囲む、さらなる短絡セクションＩＩを付加的に設けることが好都合であることがわかった。このように、溢流領域の曲がった（angled-off）管とスカル坩堝壁の隣接する曲がっていない管との間で高周波火花が生じる危険性が最低限に抑えられる。
【００３１】
比較的大きい（２００ｍｌ／分を超える）ガラス溶融能力が得られる坩堝の場合、複数（２つ〜４つ）の出口を設けることも可能である。図６は、２つの出口１．５．１／１．５．２を有する実施形態を示す。この例示的な実施形態では、出口１．５．１および１．５．２は、直径方向に互いに反対に（１８０°間隔で）位置付けられる。これには、均質化ユニット６が空間に関して互いにできる限り離れて配置され得るという利点がある。例えば、互いにより近接して（例えば９０°間隔で）位置する複数の出口も可能である。これらの出口は、共通のブリッジによりバッチから遮断され得るほど互いに近接して配置され得る。複数の出口を有する坩堝は、低スループットのガラスしか処理できない複雑な熱間成形が必要である場合、所望であれば２つのラインに１つの坩堝を供給することが可能であるという利点を有する。ガラスが溶融セクションの下流でさらに精製される必要がない場合、この選択肢は特に興味深い。この場合、必要なのは第２の整形だけであり、Ｐｔを用いているために高価であるＰｔ精製室が必要ないからである。
【００３２】
良好なガラス精製には、精製ユニットでの比較的長い滞留時間が必要であり、その結果、比較的低いガラススループットしか得ることができない。ＨＦユニットの最大溶融能力は、１つの出口および１つの精製室の場合、精製室の容積が不足しているため、利用することができない。２つの出口およびそれに対応する２つの精製室が用いられる場合、この欠点はなくなるが、この解決策には、精製室の高いＰｔコストが伴う。Ｐｔ精製室ではなくさらなるＨＦユニットを用いて精製を実行することも可能であろう。
【００３３】
スループットまたは溶融能力を高めるために、溶融温度を任意の所望の程度まで事実上上昇させることが可能であるが、それは、この場合、制約的パラメータとして働く壁接触材料がないからである。さらに、特に高粘度のガラス溶融物の場合、バブリングによりもたらされる攪拌運動が、溶融能力に好ましい影響を及ぼす。この性質のバブリングは、スカル坩堝（１）において、図１に示すように上方から挿入される少なくとも１つのバブリング管により、または坩堝底部１．２に位置付けられたバブリングノズル１．６により、実行され得る。
【００３４】
溶融能力のさらなる増大は、付加的なトップヒート（top heat）を用いることにより達成され得る。図１に示すように、この目的のために、バーナー３または直接的あるいは間接的な電気加熱を用いることができる。
【００３５】
トップヒートを生成するためにバーナーが用いられる場合、ＤＥ１９９ ３９ ７７２ Ｃ２（この開示内容全体が本明細書に援用される）に記載されるように、スカル坩堝がマッシュルーム型のスカルとして設計されることが有用であり得る。この実施形態では、スカル坩堝の冷却金属管は、溶融物表面の下方の上部坩堝領域の水平面に向けて湾曲され、それにより、冷却カラー（cooled collar）を溶融物表面のすぐ下に形成するようにする。溶融物の温度は、カラーの領域の外側に向かうほど低下する。この場合、ガラス溶融物は、耐火材料の環が上部坩堝領域において坩堝壁と一続きの部分（continuation）としてカラーの縁領域に嵌まることができるのに十分な程度まで、この縁領域において冷却され得る。この構成では、冷却金属管は、ガラス溶融物に面する側が溶融物で完全に覆われるため、バーナーの排気の腐食作用および溶融物からの蒸発生成物から保護される。その代わりに、冷却管上のガラス溶融物は、炉の頂部の空間が坩堝管により冷却されすぎるのを防ぐ。
【００３６】
本発明のさらに好ましい実施形態では、溢流すなわち出口領域での溶融物の過度の冷却を防ぎ、ガラスの流れを確保するように、トップヒートがこの領域でさらに用いられる。複数の出口１．５を有する坩堝１の構造に関しては、全ての出口からガスが連続して流れることができるように、トップヒートが付加的な出口それぞれに導入されることも有利である。図１に示すように、トップヒートはバーナー４により生成される。
【００３７】
本発明のさらに好ましい実施形態では、ブリッジ２が、個々の出口１．５それぞれの前方に接続される。これらのブリッジ２は、「デッド」ゾーン１０．３全てを合わせた表面積ができる限り小さくなるように便宜上構成され、それにより、溶融物の最大限の体積に高周波が導入されて、バッチの最大限の溶融速度を確保するようにする。しかしながら、複数の出口に対して一続きのブリッジが設けられる実施形態も確実に考えられる。
【００３８】
特定の状況で最も好ましい出口の数、上部坩堝領域におけるこれらの出口の位置決め、共通のブリッジまたは複数のブリッジの使用、およびブリッジ（複数可）の幾何学的構成は、個々の状況によって異なり、いかなる進歩性も必要とせず、当業者により容易に決定され得る。
【００３９】
図７ａは、白金精製ユニット５および均質化ユニット６と組み合わせた本発明による溶融坩堝１を示す。このタイプの構成は、例えば、アグレッシブな高純度ガラスのための一続きの溶融タンクとして用いることができる。この場合、溶融坩堝１と白金精製室５との間でガラスを移動させる様々な考え得る選択肢がある。例えば、白金精製室５は、溶融坩堝１のガラス出口１．５の外端において、金属短絡環に直接フランジで取り付けて（flanged）もよい。さらに好ましい実施形態では、図７ｂに示すように、溶融物は、ガラスストランドの形態で白金精製室５へと自由に落下し、溶融坩堝１と下流の精製室５および均質化部６との間は直接接続されていない。この場合、既知の装置とは異なって妨げとなるコイル巻がないことにより、ガラスの降下高さが非常に小さいため、気泡の導入およびコードの形成を許容限度内に保つように選択することができる。
【００４０】
純度および特に白金の存在に対して極度の要求がある場合、本発明による溶融坩堝に加えて、高周波により加熱されるさらなるタンク炉、坩堝、および／またはチャネルが用いられるガラス溶融設備を用いることが望ましく、例えば、ＤＥ１９９ ３９ ７８２ Ａ１、ＤＥ１９９ ３９ ７８４ Ａ１、またはＤＥ１９９ ３９ ７８９ Ａ１に記載されるような高周波精製チャネル、あるいはＤＥ１９９ ３９ ７７２ Ｃ１から知られるような高周波精製坩堝が挙げられ、これら文献は全て、その全文が参照により本開示に援用される。
【００４１】
ガラスの内部品質（気泡、コード）に対する要求が特に大きくない場合（例えばはんだガラスの場合のように）、本発明の溶融坩堝は、さらなる付加的な構成要素（精製および均質化坩堝）なしでガラスを溶融するのに用いることができる。
【００４２】
実施例：高融点アルミノケイ酸塩ガラスの溶融
ＳｉＯ_２＝６５．０重量％；Ａｌ_２Ｏ_３＝２２．０重量％；Ｌｉ_２Ｏ＝３．７５重量％；Ｎａ_２Ｏ＝０．５重量％；ＢａＯ＝２．０重量％；ＭｇＯ＝０．５重量％；ＴｉＯ_２＝２．５重量％；ＺｎＯ＝１．７５重量％；ＺｒＯ_２＝１．７重量％；およびＶ_２Ｏ_５＝０．３重量％の組成を有するアルミノケイ酸塩ガラス（Ｐ１２８０）（ＤＥ１９９３９７７１．６）を、インコネル６００（商品名）でできた図１に示す本発明の溶融坩堝で溶融した。
【００４３】
坩堝内の有効溶融体積は、約２５ｌであった。図４または図３ａに示す実施形態による冷却ブリッジを用いた。溶融物へのブリッジの浸漬深さは、約３０ｍｍのガラス出口のガラスの面高さに対して約５０ｍｍであり、すなわち、ブリッジの底縁は、ガラス出口の底部より２０ｍｍ低かった。これにより、未溶融バッチの残渣がブリッジの下をガラス出口まで流れることができないことが確実になった。
【００４４】
溶融坩堝、ブリッジ、およびガラス出口は、図５に示す実施形態と同様に互いに電気的に短絡させた。
【００４５】
ガラスを、約２５０ｋＷの生成器電力を用いて、３８６ｋＨｚのＨＦ周波数で溶融した。さらに、バーナーおよび酸素でのバブリングにより溶融領域の溶融性能を高めた。溶融ガラスを、本発明に従って誘導コイル機構の上方に引き上げ、コイル領域を通過させずに後続処理へ供給した。これは、ガラス出口の底部を誘導コイル機構の上端より３０ｍｍ上方に置くことにより実現した。さらに、ガラス出口の外端は、コイルの外半径を約７０ｍｍ超えて突出していた。
【００４６】
このタイプのガラスの高粘度は、比較的大きい断面積およびスループットまたは比較的高い温度が溢流領域で必要であったことを意味するため、流出性能を高めるためにこの領域でバーナーを用いた。
【００４７】
上述の２５ｌの溶融体積の場合、溶融ユニットの溶融能力は、ガラス０．５〜２ｔ／日であるため、序文で述べた従来の溶融法を用いる場合（９０ｌの溶融体積に対してガラス１．０ｔ／日）よりも著しく高かった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による溶融坩堝（対流循環および高温核ゾーンを示す）の垂直断面を概略的に示す。
【図２ａ】スカル坩堝の底部の実施形態を示す。
【図２ｂ】スカル坩堝の底部の実施形態を示す。
【図３ａ】本発明による冷却ブリッジの構造および構成の好ましい実施形態の平面図を概略的に示す。
【図３ｂ】本発明による冷却ブリッジの構造および構成の好ましい実施形態の平面図を概略的に示す。
【図３ｃ】本発明による冷却ブリッジの構造および構成の好ましい実施形態の平面図を概略的に示す。
【図４】好ましい実施形態の冷却ブリッジの垂直断面を概略的に示す。
【図５ａ】出口領域の電気的短絡接続部の構成の正面図および側面図を概略的に示す。
【図５ｂ】出口領域の電気的短絡接続部の構成の正面図および側面図を概略的に示す。
【図６】２つの出口を有する本発明の溶融坩堝の、上方から見た平面図を概略的に示す。
【図７ａ】連続プロセスのために、ＨＦ溶融坩堝と白金チャネルとの間が直接接続された、タンク炉の側面図を概略的に示す。
【図７ｂ】ＨＦ溶融坩堝と白金チャネルとの間にガラスストランドが自由に落下する、タンク炉の側面図を概略的に示す。

Claims (27)

1. スカル坩堝において、特に高純度でアグレッシブな、かつ／または高融点ガラスを高速溶融する方法であって、溶融物を加熱するために、前記スカル坩堝を囲むコイル機構により、高周波エネルギーが前記坩堝の内容物に導入されて、バッチが置かれ、溶融ガラスが前記坩堝の上部領域に排出され、バッチの未溶融成分が、溶融物に浸漬されている冷却ブリッジにより保持され、前記ガラスは、前記コイル機構（１．３）の上方に引き上げられ、コイル領域を通って流れることなく後処理に供給される方法。
2. 前記ガラスは、ガラス出口（１．５）から出て、一連のプロセスにおいて前記ガラス出口（１．５）に固定接続される次の処理段階の構成要素へ流れる、請求項１に記載の方法。
3. 前記ガラスは、前記ガラス出口（１．５）で溢流し、ガラスストランドの形態で下降する、請求項１に記載の方法。
4. 前記ガラス溶融物は、溶融中に攪拌される、請求項１ないし３の少なくとも１項に記載の方法。
5. 前記ガラス溶融物は、複数の出口（１．５．１、１．５．２）を介して引き上げられる、請求項１ないし４の少なくとも１項に記載の方法。
6. バッチの領域および／または前記溢流すなわち出口領域でトップヒートがさらに用いられ、それにより前記ガラス溶融物が加熱される、請求項１ないし５の少なくとも１項に記載の方法。
7. 前記ガラスは、溶融された後に、精製および均質化されるか、または、別法として、整形ユニットに直接供給される、請求項１ないし６の少なくとも１項に記載の方法。
8. 特に高純度でアグレッシブな、かつ／または高融点ガラスを高速溶融する装置であって、
   離間して配置される複数の冷却金属管により形成されるスカル坩堝と、
   該スカル坩堝を囲み、高周波エネルギーを前記坩堝の内容物に導入するのに用いられるコイル機構と、
   上部坩堝領域に配置される、バッチを置き、溶融ガラスを排出するデバイスと、
   前記溶融物に浸漬され、前記ガラスを排出するデバイスからバッチを分離する冷却ブリッジと、
   を備え、
   前記溶融ガラスを排出するデバイスは、前記コイル機構（１．３）の上方に配置され、外端が前記誘導コイル（１．３）の外半径を超えて突出する、ガラス出口（１．５）である装置。
9. 前記ガラス出口（１．５）は、前記スカル坩堝（１）の前記冷却管により形成され、該冷却管は、前記出口の領域において外側に、好ましくは９０°湾曲しており、前記管の端部は、前記コイル機構（１．３）の外半径を超えて突出している、請求項８に記載の装置。
10. 前記ガラス出口（１．５）の前記管の端部は、前記コイル機構（１．３）の外半径を少なくとも２ｃｍ超えて突出している、請求項９に記載の装置。
11. 前記ガラス出口（１．５）の底部は、前記コイル機構（１．３）の上端より少なくとも２ｃｍ上方にある、請求項８ないし１０の少なくとも１項に記載の装置。
12. 前記ブリッジ（２）は、少なくとも１ｃｍの深さまで前記溶融物に浸漬される、請求項８ないし１１の少なくとも１項に記載の装置。
13. 前記ブリッジ（２）は、下端が、前記ガラス出口（１．５）の底部より約１〜２ｃｍ下方に、前記スカル坩堝（１）内に突出するように配置される、請求項８ないし１２の少なくとも１項に記載の装置。
14. 前記ブリッジ（２）は、冷却管（２．１）を備え、該冷却管（２．１）は、互いに並んで垂直に配置され、かつ互いの上端と下端とが接続されて、前記管（２．１）を通る冷却剤の流れが蛇行するようにする、請求項８ないし１３の少なくとも１項に記載の装置。
15. 前記ブリッジ（２）は、上方から平面図で見た場合、直線状、円形、または角形である、請求項８ないし１４の少なくとも１項に記載の装置。
16. 前記スカル坩堝（１）は、複数のガラス出口（１．５）を有し、この場合、前記出口（１．５）それぞれにブリッジ（２）が割り当てられるか、または単一の共通のブリッジ（２）が、前記複数の出口（１．５）を有する共通の出口領域を前記バッチ領域から分離する、請求項８ないし１５の少なくとも１項に記載の装置。
17. 前記スカル坩堝（１）および前記ブリッジ（２）の前記管は、金属からなる、請求項８ないし１６の少なくとも１項に記載の装置。
18. 前記ガラス出口（１．５）の前記金属管は、外端に短絡環が設けられる、請求項１７に記載の装置。
19. 前記ブリッジ（２）の前記金属管（２．１）は、上端が互いに導電接続される、請求項１７または１８に記載の装置。
20. 前記ガラス出口（１．５）と前記ブリッジ（２）との間には導電接続がある、請求項１７ないし１９の少なくとも１項に記載の装置。
21. 前記スカル坩堝（１）の前記湾曲管は、湾曲部の下方で前記ガラス出口（１．５）を形成し、互いに短絡され、いずれの場合も、第１の非湾曲管が前記ガラス出口（１．５）に隣接し、前記スカル坩堝の上方に向かっている、請求項１７ないし２０の少なくとも１項に記載の装置。
22. 設けられる攪拌デバイスが、上方から前記スカル坩堝（１）に挿入される少なくとも１つのバブリング管、および／または前記坩堝の底部（１．２）に配置されるバブリングノズル（１．６）である、請求項８ないし２１の少なくとも１項に記載の装置。
23. トップヒートを生成するデバイスが、前記バッチ領域および／または前記溢流あるいは出口領域の上部炉空間に設けられる、請求項８ないし２２の少なくとも１項に記載の装置。
24. 前記デバイスはガスバーナー（３、４）である、請求項２３に記載の装置。
25. 前記スカル坩堝（１）はマッシュルーム型坩堝として設計される、請求項２３または２４に記載の装置。
26. 精製ユニット（５）および均質化ユニット（６）、または直接、整形ユニットが、前記溶融坩堝（１）の下流に接続される、請求項８ないし２５の少なくとも１項に記載の装置。
27. 前記精製ユニット（５）および／または均質化ユニット（６）は、高周波により加熱されるスカル形チャネルとして、または高周波により加熱されるスカル坩堝として設計される、請求項２６に記載の装置。

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