JP5822443B2 - 溶融物を連続的に溶融又は精製する方法及び装置 - Google Patents
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Description
溶融物原料又はプレ溶融物(pre-melt)をインダクタ坩堝へ供給する工程、
高周波交番磁界によって、インダクタ坩堝内で溶融物を所定の温度まで加熱する工程、
なお、インダクタ坩堝の壁は導電性インダクタを備え、底部は非導電性であるが熱伝導性の材料からなり、底部の導電率は、20℃の温度で10−3S/m未満、好ましくは10−8S/m未満であり、及び
所定の温度まで加熱した溶融物を連続的に排出する工程、
からなり、
坩堝の内側にスカル層が形成されるように側壁及び底部を冷却し、
インダクタ坩堝の側壁は、高周波電磁界を印加するコイルを備えるか又は形成し、且つ
長期間の作業において、坩堝は、少なくとも2ヶ月の耐用年数、すなわち長期間の作業において少なくとも2ヶ月動作する。本発明による坩堝を用いて、耐用年数を相当に長くすることも可能である。好ましくは、動作期間は少なくとも半年である。この場合、坩堝が溶融作業において動作期間の少なくとも85%動作する場合、短期間の中断を挟む作業も長期間の作業としてみなされる。
溶融物原料を供給するか又はプレ溶融物を供給する手段、
溶融物を所定の温度まで加熱するインダクタ坩堝、
なお、インダクタ坩堝の壁は1回巻を有する導電性インダクタを備えるのが好ましく、インダクタ坩堝の底部は非導電性であるが熱伝導性の材料からなり、
側壁及び底部を冷却する手段、及び
所定の温度まで加熱した溶融物を連続的に排出する手段、
からなる。
B2O3が15mol%〜75mol%で存在し、
SiO2が0mol%〜40mol%で存在し、
Al2O3、Ga2O3、In2O3が0mol%〜25mol%で存在し、
ΣM(II)O、M2(III)O3が15mol%〜85mol%で存在し、
ΣM(IV)O2、M2(V)O5、M(VI)O3が0mol%〜20mol%で存在し、
ΣM(I)2Oが0.50mol%未満で存在し、且つ、
X(B2O3)が0.50よりも多く、
X(B2O3)=B2O3/(B2O3+SiO2)、
M(I)=Li、Na、K、Rb、Cs、
M(II)=Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Pb、Cu、
M(III)=Sc、Y、57La、71Lu、Bi、
M(IV)=Ti、Zr、Hf、
M(V)=Nb、Ta、
M(VI)=Mo、W
を有するホウ酸の含有量が高いホウケイ酸ガラス又はホウ酸塩ガラスである。
B2O3のモル比が28mol%〜70mol%、
B2O3+SiO2のモル比が50mol%〜73mol%、
Al2O3、Ga2O3、InO3のモル比が0mol%〜10mol%、
ΣM(II)O、M2(III)O3のモル比が27mol%〜50mol%であり、且つ
X(B2O3)が0.55よりも大きい
組成範囲が特に有利である。
B2O3が36mol%〜66mol%で存在し、
SiO2が0mol%〜40mol%で存在し、
B2O3+SiO2が55mol%〜68mol%で存在し、
Al2O3、Ga2O3、In2O3が0mol%〜2mol%で存在し、
ΣM(II)O、M2(III)O3が27mol%〜40mol%で存在し、
ΣM(IV)O2、M2(V)O5、M(VI)O3が0mol%〜15mol%で存在し、且つ
X(B2O3)が0.65よりも大きい
ように選択されるのが特に好ましい。
B2O3のモル比が45mol%〜66mol%、
SiO2のモル比が0mol%〜12mol%、
B2O3+SiO2のモル比が55mol%〜68mol%、
Al2O3、Ga2O3、In2O3のモル比が0mol%〜0.5mol%、
ΣM(II)Oのモル比が0mol%〜40mol%、
ΣM2(III)O3のモル比が0mol%〜27mol%、
ΣM(II)O、M2(III)O3のモル比が27mol%〜40mol%、且つ
ΣM(IV)O2、M2(V)O5、M(VI)O3のモル比が0mol%〜15mol%
であるように選択される。この場合、B2O3及びSiO2のモル比は、X(B2O3)が0.78よりも大きくなるようにさらに選択される。
B2O3が30mol%〜75mol%で存在し、
SiO2が1mol%未満存在し、
Al2O3、Ga2O3、In2O3が0mol%〜25mol%で存在し、
ΣM(II)O、M2(III)O3が20mol%〜85mol%で存在し、且つ
ΣM(IV)O2、M2(V)O5、M(VI)O3が0mol%〜20mol%で存在するように選択され、また、ホウ酸塩及び酸化ケイ素のモル比の比率が、X(B2O3)が0.90よりも大きくなるように選択される場合、例えば、ホウ酸塩ガラスの他に、例えば特にガラスセラミクス等の結晶化ホウ素含有作用材料も、本発明による方法のこの実施の形態によって製造することができる。
B2O3のモル比が20mol%〜50mol%、
SiO2のモル比が0mol%〜40mol%、
Al2O3、Ga2O3、In2O3のモル比が0mol%〜25mol%、
ΣM(II)O、M2(III)O3のモル比が15mol%〜80mol%、且つ
ΣM(IV)O2、M2(V)O5、M(VI)O3のモル比が0mol%〜20mol%であり、
ここでX(B2O3)が0.52よりも大きくなるように選択される。
ΣM(II)Oのモル比が15mol%〜80mol%、
M2(III)O3のモル比が0mol%〜5mol%であり、且つ
X(B2O3)が0.60よりも大きい場合に、さらに改善することができる。
B2O3のモル比が20mol%〜50mol%、
SiO2のモル比が0mol%〜40mol%、
Al2O3のモル比が0mol%〜3mol%、
ΣZnO、PbO、CuOのモル比が15mol%〜80mol%、
Bi2O3のモル比が0mol%〜1mol%であり、且つ
ΣM(IV)O2、M2(V)O5、M(VI)O3のモル比が0mol%〜0.05mol%である装填材料の組成が選択される。この実施の形態ではさらに、X(B2O3)が0.65よりも大きくなるように選択される。
B2O3が20mol%〜50mol%、
SiO2が0mol%〜40mol%、
Al2O3が0mol%〜3mol%、
ΣZnO、PbO、CuOが15mol%〜80mol%、
Bi2O3が0mol%〜1mol%、且つ
ΣM(IV)O2、M2(V)O5、M(VI)O3が0mol%〜0.05mol%。この場合、ホウ酸塩及び酸化ケイ素のモル比は、X(B2O3)が0.65よりも大きくなるように選択されるのが有利である。
Claims (34)
- 溶融物から製品を連続的に製造する方法であって、
溶融物原料又はプレ溶融物をスカル坩堝へ供給する工程、
高周波交番磁界によって、前記スカル坩堝内で前記溶融物を所定の温度まで加熱する工程、及び
所定の温度まで加熱した前記溶融物を連続的に排出する工程、
からなり、
前記スカル坩堝の側壁が導電性インダクタを備え、底部は、非導電性であるが熱伝導性の材料からなり、20℃の温度で、前記底部の導電率は10−3S/m未満であり、熱伝導率は少なくとも20W/m・Kであり、前記底部に含まれるのは、酸素含有量が2mol%未満である窒化セラミックであり、
前記坩堝の内側にスカル層が形成されるように前記側壁及び前記底部を冷却し、
前記底部を、前記溶融物に面する内側の表面温度が750℃未満であるように冷却し、
前記スカル坩堝の前記側壁は同時に、高周波電磁界を印加するコイルを備え、及び
長期間の作業において、前記スカル坩堝は少なくとも2ヶ月間動作することができることを特徴とする、方法。 - 前記側壁は1回巻のインダクタを形成し、該インダクタによって前記高周波交番磁界が発生する、請求項1に記載の方法。
- 前記インダクタは、70kHz〜2MHzの範囲の交流周波数を有する交流電流で動作する、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記インダクタは、最大で90kHzの周波数で動作する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記入力電力の少なくとも40%が熱エネルギーとして前記溶融物に導入される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記スカル坩堝は、750Vの電圧で動作する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 粘度曲線において、107.6dPa・s〜103dPa・sという粘度値に対し、最大500℃の温度差を有する勾配で、ガラスを溶融又は精製する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 構成成分として少なくとも1種の金属酸化物を含み、その金属イオンが二価以上であり、モル比が少なくとも25mol%であり、前記装填材料中のホウ酸塩に対する二酸化ケイ素のモル比の割合が0.5以下である、ホウ酸塩含有ガラスを溶融及び/又は精製する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記溶融物を、前記坩堝の前記底部に連結されるセラミック又は貴金属のパイプを通して連続的に排出する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記溶融物を、前記スカル坩堝の前記導電性の側壁を通して連続的に排出することをさらに特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 溶融物から製品を連続的に製造する装置であって、
溶融物原料を供給するか又はプレ溶融物を供給する手段、
前記溶融物を所定の温度まで加熱するスカル坩堝であって、該スカル坩堝の側壁が導電性インダクタを備え、前記スカル坩堝の底部が、20℃の温度で、導電率が10−3S/m未満であり、熱伝導率が少なくとも20W/m・Kである材料からなり、前記底部に含まれるのは、酸素含有量が2mol%未満である窒化セラミックである、スカル坩堝、
前記側壁及び前記底部を冷却する手段であって、前記底部を、前記溶融物に面する内側の表面温度が750℃未満であるように冷却する、手段、及び
所定の温度まで加熱した前記溶融物を連続的に排出する手段、
からなる、装置。 - 1回巻のインダクタ坩堝を有する、請求項11に記載の装置。
- 溶融及び/又は精製アセンブリとして設計された、請求項11又は12に記載の装置。
- 70kHz〜1400kHzの範囲の周波数を有する交流電流で前記インダクタが動作するように設計された、請求項11〜13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記スカル坩堝の前記底部は、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム含有セラミック、窒化チタン又は窒化ホウ素を含有する、請求項11〜14のいずれか1項に記載の装置。
- 前記スカル坩堝の前記底部は、窒化セラミックからなる複数の構成要素を備える、請求項11〜15のいずれか1項に記載の装置。
- 前記底部の個々の構成要素は、相互に係合する要素によって連結される、請求項16に記載の装置。
- 前記底部の材料は、1MHzの周波数で8未満の誘電率を有する、請求項11〜17のいずれか1項に記載の装置。
- 前記底部の熱伝導率は、20℃の温度で85W/m・Kより大きい、請求項11〜18のいずれか1項に記載の装置。
- 前記坩堝の内側が絶縁コーティングされている、請求項11〜19のいずれか1項に記載の装置。
- 坩堝の側壁が酸化アルミニウムコーティングされている、請求項11〜20のいずれか1項に記載の装置。
- インダクタギャップの領域が絶縁コーティングされている、請求項20又は21に記載の装置。
- 入力電力の少なくとも40%が熱エネルギーとして前記溶融物に導入されるような効率を有する、請求項11〜22のいずれか1項に記載の装置。
- 溶融温度が2500℃より大きいように設計された、請求項11〜23のいずれか1項に記載の装置。
- 前記スカル坩堝が、少なくとも15リットルの容量を有する、請求項11〜24のいずれか1項に記載の装置。
- 前記坩堝の内径が、前記坩堝の深さの少なくとも1.5倍である、請求項11〜25のいずれか1項に記載の装置。
- 第1の溶融物伝達要素及び該第1の溶融物伝達要素に接続される第2の溶融物伝達要素を有する、前記スカル坩堝に取り付けられる調整機構を有し、前記第1の溶融物伝達要素はセラミックパイプ又はセラミックチャネルであり、前記第1の溶融物伝達要素のセラミックは窒化アルミニウムを含有し、前記第2の溶融物伝達要素は貴金属パイプ又は貴金属チャネルである、請求項11〜26のいずれか1項に記載の装置。
- 溶融物を送込み且つ流出させる装置を有するスカル坩堝であって、
導電性インダクタ及び高周波電磁界を印加するコイルを備える、側壁、及び、
底部であって、非導電性であるが熱伝導性の材料からなり、20℃の温度で、導電率は10−3S/m未満であり、熱伝導率は少なくとも20W/m・Kであり、酸素含有量が2mol%未満である窒化セラミックが含まれ、前記底部は、溶融物に面する内側の表面温度が750℃未満であるように冷却される、底部、
からなる、スカル坩堝。 - さらに、20℃の温度で、導電率が10−3S/m未満であり、熱伝導率が20W/m・Kより大きい材料からなる接続要素を備える、請求項28に記載のスカル坩堝。
- 前記接続要素が窒化アルミニウム含有セラミック材料からなる、請求項28又は29に記載のスカル坩堝。
- 前記接続要素が冷却される、請求項28〜30のいずれか1項に記載のスカル坩堝。
- 前記接続要素は、セラミック又は貴金属からなるパイプ又はチャネルの領域を少なくとも部分的に囲む、請求項28〜31のいずれか1項に記載のスカル坩堝。
- 前記パイプ又は前記チャネルは前記溶融物内に突出し、前記冷却される接続要素は、前記溶融物内に突出する前記パイプ又は前記チャネルを冷却する、請求項32に記載のスカル坩堝。
- 前記接続要素が、前記スカル坩堝の前記底部又は前記側壁を貫通する、請求項28〜33のいずれか1項に記載のスカル坩堝。
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