WO2003031353A2 - Vorrichtung und verfahren zum kontaminationsarmen schmelzen von glas oder glaskeramik - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum kontaminationsarmen schmelzen von glas oder glaskeramik Download PDF

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WO2003031353A2
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Leopold Eichberg
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Carl-Zeiss-Stiftung
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the low-contamination melting of a substance in general and for melting in particular high-purity, aggressive and / or high-melting glass or glass ceramic in particular.
  • the crucible or the melting trough is heated from the outside, for example with a burner, and the heat is applied to the melt located inside forwarded conductively. There is direct contact between the melt and the crucible or the trough. This has a number of disadvantages.
  • the maximum melt temperature is through that
  • the melting crucible or the trough and, if appropriate, the refining channel and the homogenizing trough therefore usually consist of platinum, which has a relatively high melting temperature and relatively good corrosion resistance.
  • the platinum crucible or the platinum melting tank are attacked and corroded by the glass melt.
  • Zinc silicate or lanthanum borate glasses are extremely problematic since they literally "eat up” the crucibles or tubs.
  • a skull crucible typically consists of spaced, meandering, water-cooled metal tubes.
  • the melt located inside the skull crucible is heated via a coil arrangement arranged around the skull crucible by coupling high-frequency power into the melt.
  • the cooling of the skull crucible creates an essentially solid layer or crust of the species' own material between the skull crucible and the melt, i.e. especially made of glass. In this respect, contamination of the melt by the crucible material is significantly reduced.
  • a skull crucible is e.g. from PETROV YU.B. et al., "Continuous Casting Glass Melting in a Cold Crucible Induction Furnace", XVth International Congress on Glass 1989, Proceedings, Vol. 3a, 1989, pages 72 to 77.
  • the coupling rate of the high-frequency radiation depends on various parameters of the melt.
  • the melting performance is not only due to that of the
  • Coil arrangement emitted high-frequency power, but also limited by the melt parameters and crucible geometries.
  • the known skull melting devices can be further improved, in particular with regard to the quality and homogeneity of the melt and also with regard to the melting performance or the throughput.
  • WO 00/32525 discloses a method and a device for glazing organic waste, in particular radioactive waste, in which the oxygen used for the oxidation of the organic substances is supplied both from the surface and from the underside of a crucible. Oxygen is essentially supplied in such a way that it has a locally restricted influence. However, this only changes the redox state of the melt locally and does not result in homogenization of the entire melt.
  • Another object of the present invention is to provide known skull melters or skull To further develop melting processes and to avoid or at least reduce the disadvantages of known devices and processes.
  • the device according to the invention in particular a skull melting device for melting or melting a substance or compound, in particular for melting high-purity, aggressive and / or high-melting glass or glass ceramic, comprises a, preferably coolable, e.g. water-cooled crucible or skull crucible and a transmitting device for electromagnetic radiation, in particular a coil arrangement arranged around the crucible.
  • the transmitting device or coil arrangement emits, in particular high-frequency electromagnetic radiation, which is coupled into a melt located in the crucible, so that the melt is heated by means of the absorbed high-frequency power.
  • a mixing or homogenizing device is provided for mixing or homogenizing the melt, the mixing or homogenizing device being assigned to the crucible, e.g. are arranged on and / or in this so that the mixing or homogenization can take place in the crucible or melting crucible.
  • Mixture to be melted continuously is preferably placed from above approximately centrally on the melt and liquid melt is continuously removed from the crucible.
  • the temperature distribution of the melt is leveled.
  • a uniform distribution or mixing of different glass components which e.g. can have different melting temperatures and / or high-frequency coupling coefficients.
  • the redox state of the glass can be adjusted.
  • the device and the method according to the invention are also particularly suitable for high-melting glasses at which melt temperatures of at least 1500 ° C. or 1600 ° C. are used. Furthermore, extremely aggressive glasses, e.g. Zinc silicate or lanthanum borate glasses are melted.
  • melt is preferably set to internal movement in a targeted manner or in a predetermined manner, or an internal movement is stimulated, supported and / or maintained.
  • a predefined flow e.g. excited with a predefined flow rate and / or flow direction in the melt.
  • a convection flow by specifically generating a temperature difference in the melt, or stimulate, support or amplify an existing convection flow.
  • Mixing or homogenization can be induced or generated with or without the introduction of material into the melt.
  • a preferred form of material-introducing mixing comprises introducing batches, which are designed in such a way that a flow in the melt is already stimulated by the introduction alone.
  • a pelleted and / or coated mixture for example, in which gas bubbles are enclosed and / or which releases gas bubbles when it is melted, is used. Without these gas bubbles, the batch can also be fed in pelletized, coated and / or otherwise compacted.
  • pelleting is understood to mean bringing them together to form a stable solid, for example by means of pressing.
  • the term dragging is understood to mean a solid-like structure provided with, for example, a glass-like coating.
  • this avoids both dusting by the supply of granular and fine-granular material and, in addition, the full rate is significantly improved, since a significantly higher volume flow increased material input into the melt can take place.
  • batch components can be substituted by finer-grained material without increasing dusting, the fine-grained material resulting in an optimized melting rate by means of shortened diffusion paths.
  • the e.g. propeller-shaped rods define in particular a self-dissolving Ruhrer.
  • an external one can also be used
  • Resting device in particular made of coated metal for mechanical stirring or an immersion in the melt and, e.g. be provided by melting self-dissolving stirrers from the melt material.
  • a particularly preferred embodiment of the invention comprises a device for introducing gas or gas bubbles, e.g. into the melt by means of one or more gas nozzles.
  • the gas nozzle is preferably cooled, in particular liquid cooled, e.g. water-cooled and is preferably arranged at the bottom of the crucible.
  • the cooling of the gas nozzle can be connected to the cooling of the crucible or can be designed separately.
  • Gas nozzle at least in sections through the bottom of the crucible and extends into the interior of the crucible.
  • a tip of the gas nozzle extends up to or into the melt, so that gas emerging from the gas nozzle or tip in the form of gas bubbles into the melt rises.
  • This "bubbling" has a particularly simple effect of mixing and homogenizing the melt in the melting crucible.
  • Gas containing 0 2 is preferably used, which proves to be very advantageous in particular for lead silicate glasses. This is because at high
  • Melt temperature which is used for a high melting capacity, thermally reduces the lead. This in turn causes a similar to a platinum contamination
  • the section of the nozzle which projects into the melt is preferred, e.g. the tip made of low-contamination material, e.g. a light metal, in particular aluminum, magnesium or beryllium, or is at least coated with such a material.
  • low-contamination material e.g. a light metal, in particular aluminum, magnesium or beryllium
  • a coating with polytetrafluoroethylene (Teflon®) also appears possible.
  • the gas nozzle preferably comprises a device for piercing a solid substance or skull layer.
  • This device for piercing is in particular as a needle, for example made of high temperature resistant material such as tungsten or similar metal.
  • the needle is preferably arranged in the center of the gas nozzle, preferably in a slowly displaceable manner.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional drawing of a first one
  • FIG. 2 is a schematic plan view from above of one
  • Fig. 3 is a schematic sectional drawing of a
  • Section line A-A in Fig. 2, Fig. 4 is a schematic sectional drawing of an upper portion of the gas nozzle according to the first
  • Fig. 5 is a longitudinal section of the gas nozzle according to the first
  • FIG. 6 shows a cross section of the gas nozzle along the section line B-B in FIG. 5,
  • Fig. 7 is a schematic sectional drawing of a second
  • Fig. 8 is a schematic sectional drawing of a third
  • Fig. 9 is a schematic sectional drawing of a fourth
  • Embodiment of the invention and Fig. 10 is a schematic perspective view of a self-resolving stirrer according to a fifth
  • Embodiment of the invention and Fig. 11 is a schematic sectional drawing of the first
  • Embodiment of the invention with a Lauterrinne and a homogenization pan.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the device 1 according to the invention for melting glass with a cooled, e.g. water-cooled crucible or melting crucible 10.
  • a transmitter for electromagnetic radiation in the form of a coil arrangement 30 is arranged around the crucible 10.
  • high-frequency power is injected into a melt 40 e.g. made of lead silicate glass and thus heated the melt 40. It works with a high frequency of about 250 kHz to about 400 kHz with a transmission power of about 200 kW to about 300 kW or higher.
  • the temperature of the melt is in the range from 1200 ° C to 2000 ° C.
  • the crucible 10 comprises a water-cooled annular wall section 12 and a water-cooled bottom 14.
  • the wall section 12 and the bottom 14 together form the cooled wall of the crucible 10 and each comprise a meandering arrangement and is spaced apart from one another
  • the metal tubes 16 have a cross section of approximately 2 cm and gaps of 5 mm between the tubes 16, so that the crucible wall is initially liquid-permeable when the crucible 10 is not filled. Due to the cooling of the wall section 12 and the bottom 14, that is to say the crucible wall, a solid, closed skull layer 42 is formed in the contact area of the melt 40 and the crucible wall, which is made of a material of its own type, that is to say in this exemplary embodiment, of glass, as a result of which the arrangement of the crucible 10 and the solid Skull layer 42 becomes liquid-tight. 1 does not show the individual tubes 16 and the skull layer 42 in a schematic illustration of the crucible,
  • the melting device is operated continuously, so that batches are regularly placed on the melt through an essentially central opening 20 in a cover 18 of the crucible 10. Furthermore, melt is continuously removed via an outlet opening 22 of the crucible 10.
  • a cooled bridge 24 dips near the outlet opening 22 at least about 3 cm to 5 cm deep into the melt 40 in order to keep unmelted or undissolved batch constituents away from the outlet opening 22.
  • the device 1 further comprises two burners 26, 28 which direct flames 27, 29 through openings in the cover 18 to the contents of the crucible or a surface 41 of the melt 40.
  • the burner 26 serves to initially melt the crucible contents when the device 1 is started up, e.g. after a crucible change and the burner 28 for continuously reheating the melt 40 in the outlet opening 22.
  • a mixing or homogenizing device in the form of a gas nozzle 50 is arranged on the bottom 14 of the crucible 10.
  • the gas nozzle 50 projects in sections into the crucible and introduces the gas into the melt 40.
  • the gas nozzle 50 is arranged eccentrically, in this exemplary embodiment approximately centrally between the center and the edge of the round crucible 10 and opposite the outlet opening 22. This position has proven to be very advantageous, since a convection flow 54 that rises and falls at the edge due to the temperature difference in the melt and is centrally supported by a hot core 43 is supported and at the same time batch is placed centrally through the opening 20 by means of the gas bubbles 52 from the cold crucible wall 12 is kept away.
  • the essentially annular flow 54 advantageously brings about effective mixing and homogenization of the melt and thus ensures temperature compensation and uniform material distribution in the melt.
  • the gas bubbles contain 0 2 in order to simultaneously oxidize lead in the lead silicate glass melt 40.
  • FIG. 2 shows a schematic view from above of the crucible base 14 with the gas nozzle 50, which is arranged in an opening 15 or recess in the crucible base 14 between the meandering metal tubes 16.
  • the skull layer 42 is formed not only on the cooled bottom 14 of the crucible, but also on the cooled gas nozzle 50.
  • the escaping gas bubbles 52 ensure, however, that an opening of the gas nozzle is kept permanently free.
  • the gas nozzle comprises a needle 58, which is arranged in the direction of the arrow 59 and can be moved slowly within a channel 60 in the center of the gas nozzle. With a tip 62 of the needle 58, a section 42a of the skull layer 42 lying above the gas outlet opening 56 can thus be pierced, and the gas outlet opening 56 can thus be cleared again.
  • an upper section 51 of the gas nozzle 50 which projects into the crucible 10 and at least in sections is in direct contact with the skull layer 42, is preferably made of non-contaminating or at least low-contamination material.
  • low-contamination materials are those which essentially do not or only slightly impair the glass quality. These are especially light metals, such as Aluminum. Although aluminum enters the melt, aluminum ions or aluminum compounds have essentially no or little disadvantageous effect on the optical properties, in particular the transmission of the glass.
  • the cooling of the gas nozzle 50 ensures that the gas nozzle 50 withstands the high temperatures in the crucible 10.
  • Melting point e.g. higher than 2000 ° C, especially molybdenum, iridium, tungsten or a tungsten compound has been found to be advantageous for the needle 58.
  • the gas nozzle 50 comprises the gas outlet opening 56 and the gas channel 60, in which the needle 58 runs and is guided. By means of a displacement device 64, the needle 58 can be displaced parallel to the channel 60 within the gas nozzle 50.
  • the gas nozzle 50 further includes a gas outlet 66 and a seal 68 for the needle 58.
  • the upper section 51 of the gas nozzle 50 comprises aluminum or an aluminum-containing alloy, a lower section 53 of the gas nozzle 50 being made of brass.
  • the upper and lower sections 51, 53 are sealed against one another in a fluid-tight manner by seals 70.
  • In the lower section 53 there is a cooling water inlet 72 and a cooling water outlet 74, so that the gas nozzle can be effectively cooled by means of water flow.
  • FIG. 7 shows a second embodiment of the device 101 according to the invention with an alternative device 150 for mixing and homogenizing the melt 40.
  • a batch of glass shaped into pellets, dragées and / or balls 156 is introduced into the melt 40 through the opening 20 via a conveyor belt 154.
  • the glass spheres 156 comprise an outer edge region 158 and an inner core region 160.
  • the edge region 158 essentially comprises glass of the composition of the melt 40.
  • the core region 160 comprises a substance which releases a gas or gas bubbles 152 in the melt when the edge region 158 has melted.
  • the substance in the core region 160 can be a gas, a liquid, e.g. Water or a solid material, e.g. a salt, which in cooperation with the hot melt 40 release the gas bubbles 152.
  • FIG. 8 shows a third embodiment of the device 201 according to the invention, in which batch bodies 256 pressed in the form of rods are introduced into the melt 40 by means of a mixing and homogenization device 250.
  • the rod-shaped bodies 256 are e.g. of propeller-like shape and rotate when sinking within the melt 40 with simultaneous melting of the body 256 and thereby generate flow processes in the melt 40.
  • FIG. 9 shows a fourth embodiment of the device 301 according to the invention with a stirrer 350 which mechanically sets the melt 40 in the melting crucible 10 by rotating movement.
  • the Ruhrer 350 ' is essentially made of glass, e.g. pressed, which also forms the melt 40.
  • FIG. 11 shows the first embodiment of the device 1 according to the invention with a connected gutter 80 and an additional external homogenizing device 90.
  • Liquid glass is continuously poured out of the crucible 10 along the arrow 82 into the gutter 80 and from there further along the arrow 84 into the external homogenization device 90.
  • the external homogenization device 90 comprises a glass outlet 92 for pouring, for example into a mold and / or for further or finishing the glass to a glass product or glass ceramic product.
  • Post-homogenization in the external homogenization device 90 further improves the quality of the glass.
  • the glass quality achieved with the device according to the invention can, however, already be so high that the refining groove 80 and / or the

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontaminationsarmen Schmelzen von hochreinem, agressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik. Erfindungsgemäss wird hierzu eine Schmelze in einem Tiegel oder Einschmelz-Skulltiegel mittels Hochfrequenzeinstrahlung geheizt und in dem Einschmelztiegel gemischt oder homogenisiert. Bevorzugt ist eine Gasdüse am Boden des Tiegels vorgesehen, aus welcher Gasblasen, z.B. Sauerstoffblasen (sogenanntes O2-Bubbling) in die Schmelze entweichen. Dadurch lässt sich bereits in dem Einschmelz-Skulltiegel ein überraschender Mehrfachnutzen erzielen. Erstens wird ungeschmolzenes Gemenge, welches z.B. von oben in fester Form in die Schmelze fällt, durch erhöhte Durchmischung mit dem flüssigen Anteil der Schmelze schneller aufgeschmolzen, zweitens wird die Temperaturverteilung der Schmelze nivelliert, drittens wird eine gleichmässige Verteilung oder Durchmischung verschiedener Glasbestandteile erzielt und viertens kann der Redox-Zustand des Glases eingestellt werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum kontaminationsarmen Schmelzen einer Substanz
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontaminationsarmen Schmelzen einer Substanz im allgemeinen und zum Schmelzen von insbesondere hochreinem, aggressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik im speziellen.
In traditionellen Schmelzverfahren wird Glas kontinuierlich in einem Platintiegel oder in feurefesten Wannen geschmolzen. Nachteilig ist hierbei, dass durch das Platin Anteile an die Schmelze abgegeben wird und die feuerfesten Wannen nur kurze Standzeiten aufweisen. Die angestrebte hochreine Glasqualitat kann hierbei nicht erzielt werden.
Es sind auch -Verfahren bekannt, bei welchen Glas in Schmelzwannen kontinuierlich geschmolzen und entnommen wird. Hierbei schließen sich, um qualitativ hochwertiges Glas zu erhalten, gegebenenfalls eine Läuterrinne und eine Homogenisierungs-Einrichtung oder -wanne an die Schmelzwanne an.
Bei beiden genannten Verfahren, diskontinuierlich oder kontinuierlich, werden der Schmelztiegel bzw. die Schmelzwanne, z.B. mit einem Brenner von außen erhitzt und die Warme wird an die im Inneren befindliche Schmelze konduktiv weitergeleitet. Dabei besteht ein unmittelbarer Kontakt zwischen der Schmelze und dem Tiegel bzw. der Wanne. Dies weist eine Reihe von Nachteilen auf.
Zunächst ist die maximale Schmelzentemperatur durch das
Tiegel- bzw. Wannenmaterial begrenzt. Üblicherweise bestehen daher der Schmelztiegel bzw. die -wanne sowie gegebenenfalls die Läuterrinne und die Homogenisierungswanne aus Platin, welches eine relativ hohe Schmelztemperatur und relativ gute Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Ferner wird der Platin-Schmelztiegel bzw. die Platin- Schmelzwanne, aber auch die Läuterrinne und die Homogenisierungswanne durch die Glasschmelze angegriffen und korrodiert.
Allerdings verursacht Platin nachteiligerweise Kontaminationen oder Verunreinigungen in dem Glas, welche die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transmission verschlechtern, weshalb diese konduktiv heizenden Verfahren für hochreine Gläser höchstens beschränkt anwendbar sind. Derartige Verunreinigungen führen zu Transmissionverlusten in optischen Faser-Übertragungssystemen von bis zu 200 bis 500 dB/km.
Dies erweist sich insbesondere für das Schmelzen aggressiver Gläser, z.B. Zinksilikat- oder Lanthanboratgläser als höchst problematisch, da diese die Tiegel, bzw. Wannen regelrecht "auffressen" .
Neben den vorstehend genannten konduktiv heizenden Verfahren sind noch solche Verfahren bekannt, bei welchen Glas in einem sogenannten Skulltiegel induktiv geheizt und eingeschmolzen wird. Ein Skulltiegel besteht typischerweise aus beabstandeten, maanderartig angeordneten wassergekühlten Metallrohren. Die im Inneren des Skulltiegels befindliche Schmelze wird über eine um den Skulltiegel angeordnete Spulenanordnung mittels Einkopplung von Hochfrequenzleistung in die Schmelze geheizt.
Durch die Kühlung des Skulltiegels entsteht zwischen dem Skulltiegel und der Schmelze eine, im wesentlichen feste Schicht oder Kruste aus arteigenem Material, d.h. insbesondere aus Glas. Insofern werden Verunreinigungen der Schmelze durch das Tiegelmaterial wesentlich reduziert.
Ein Skulltiegel ist z.B. aus PETROV YU.B. et al., „Continuous Casting Glass Melting in a Cold Crucible Induction Furnace" , XV. International Congress on Glass 1989, Proceedings, Bd. 3a, 1989, Seiten 72 bis 77 bekannt.
Allerdings ergeben sich durch den komplexen Aufbau, insbesondere aufgrund der hochfrequenztechnischen Anforderungen einer induktiv geheizten Skull- Schmelzeinrichtung gegenüber den genannten konduktiv heizenden Schmelzvorrichtungen völlig neue Anforderungen und Problemstellungen. Daher ist zunächst ein übertragen aufgrund hoher Schmelztemperatur und sehr hohen Durchsätzen pro
Tiegelvolumen vieler Losungsansatze von konduktiv heizenden Vorrichtungen auf Skull- Schmelzvorrichtungen nicht ohne weiteres möglich.
Grundsatzlich sind mit einer Skull-Schmelzvorrichtung hohe Einschmelzraten und somit Durchsatze realisierbar. Dies ist zwar wünschenswert, aber andererseits kann hierdurch unter Umstanden die Qualität der Schmelze und damit des Endprodukts, z.B. durch thermische Reduktion leiden. Auch dies fuhrt zu verschlechterten Transmissionseigenschaften des Glases .
Ferner hangt die Einkopplungsrate der Hochfrequenzstrahlung von verschiedenen Parametern der Schmelze ab. Somit wird die AufSchmelzleistung nicht lediglich durch die von der
Spulenanordnung emittierte Hochfrequenzleistung, sondern auch von den Schmelzenparametern und Tiegelgeometrien beschrankt.
Folglich sind die bekannten Skull-Schmelzvorrichtungen insbesondere hinsichtlich der Qualität und Homogenitat der Schmelze als auch bezuglich der AufSchmelzleistung oder des Durchsatzes weiter verbesserungsfahig.
Aus der WO 00/32525 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verglasung organischen Abfalls, insbesondere radioaktiven Abfalls bekannt, bei welchem/r die Zufuhr von der Oxidation der organischen Substanzen dienenden Sauerstoff sowohl von der Oberflache als auch von der Unterseite eines Schmelztiegels vorgenommen wird. Die Zufuhr von Sauerstoff erfolgt im wesentlichen so, dass dieser lokal beschrankten Einfluss hat. Hierdurch wird jedoch der Redox-Zustand der Schmelze nur lokal geändert und tritt eine Homogenisierung der gesamten Schmelze nicht ein.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren, insbesondere eine Skull- Schmelzvorrichtung oder ein Skull-Schmelzverfahren zum Schmelzen einer Substanz, insbesondere von Glas oder Glaskeramik verfugbar zu machen, welche eine verbesserte Homogenitat, eine erhöhte AufSchmelzleistung, einen erhöhten Durchsatz und/oder eine hohe Substanz- bzw. Glasqualitat ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bekannte Skull-Schmelzvorrichtungen oder Skull- Schmelzverfahren weiter zu entwickeln und die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zu vermeiden oder zumindest zu mindern.
Die Aufgabe der Erfindung wird in überraschend einfacher Weise bereits durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 20 gelost.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung, insbesondere Skull- Schmelzvorrichtung zum Schmelzen oder Einschmelzen einer Substanz oder Verbindung, insbesondere zum Schmelzen vom hochreinem, aggressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik umfasst einen, bevorzugt kuhlbaren, z.B. wassergekühlten Tiegel oder Skulltiegel und eine Sendeeinrichtung für elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine um den Tiegel angeordnete Spulenanordnung. Die Sendeeinrichtung oder Spulenanordnung emittiert, insbesondere hochfrequente elektromagnetische Strahlung, welche in eine Schmelze, die sich in dem Tiegel befindet, eingekoppelt wird, so dass die Schmelze mittels der absorbierten Hochfrequenzleistung geheizt wird. Ferner ist eine Misch- oder Homogenisierungseinrichtung zum Mischen bzw. Homogenisieren der Schmelze vorgesehen, wobei die Misch- bzw. Homogenisierungseinrichtung dem Tiegel zugeordnet, z.B. an und/oder in diesem angeordnet sind, so dass das Mischen bzw. Homogenisieren in dem Tiegel oder Einschmelztiegel stattfinden kann.
Bevorzugt wird kontinuierlich aufzuschmelzendes Gemenge von oben etwa mittig auf die Schmelze aufgelegt und kontinuierlich flussige Schmelze aus dem Tiegel entnommen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass sich durch das Mischen und/oder Homogenisieren der Schmelze bereits in dem Einschmelztiegel oder Skulltiegel ein überraschender Mehrfachnutzen erzielen lasst. Erstens wird ungeschmolzenes Gemenge, welches z.B. von oben in fester Form in die Schmelze fallt, durch erhöhte Durchmischung mit dem flussigen Anteil der Schmelze schneller aufgeschmolzen. Überraschenderweise haben die Erfinder festgestellt, dass die effektive
Kontaktflache zwischen der Schmelze und dem zugefuhrten Gut stark vergrößert und somit die Schmelzleistung erhöht wird. Zweitens wird die Temperaturverteilung der Schmelze nivelliert. Drittens wird eine gleichmaßige Verteilung oder Durchmischung verschiedener Glasbestandteile, welche z.B. unterschiedliche Schmelztemperaturen und/oder Hochfrequenzankopplungs-Koeffizienten aufweisen können, erzielt. Viertens kann der Redox-Zustand des Glases eingestellt werden.
Die gefundenen Wirkmechanismen sind insbesondere in Verbindung mit der vorzugsweise verwendeten induktiven Hochfrequenzheizung relevant, da die Ankopplung oder Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung auch vom Aggregatzustand, der Temperatur und dem jeweiligen
Glasbestandteil in der Schmelze abhangig sind. Insbesondere ist die Ankopplung an unaufgeschmolzene Gemengebestandteile sehr gering.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung und das Verfahren eignen sich besonders auch für hochschmelzende Glaser, bei welchen Schmelzentemperaturen von mindestens 1500°C oder 1600°C gefahren werden. Ferner können auch hervorragend aggressive Glaser, z.B. Zinksilikat- oder Lanthanboratgläser geschmolzen werden.
Das Mischen oder Homogenisieren erfolgt bevorzugt kontaminationsfrei oder zumindest kontaminationsarm, was besonders für hochreine Glaser von großem Vorteil ist. Vorzugsweise wird die Schmelze zum Mischen oder Homogenisieren gezielt oder in vorbestimmter Weise in interne Bewegung versetzt oder es wird eine interne Bewegung angeregt, unterstutzt und/oder aufrecht erhalten.
Insbesondere wird eine vordefinierte Strömung, z.B. mit vordefinierter Stromungsgeschwindigkeit und/oder Stromungsrichtung in der Schmelze angeregt. Es kann z.B. durch gezielte Erzeugung einer Temperaturdifferenz in der Schmelze eine Konvektionsstromung verursacht, oder eine vorhandene Konvektionsstromung angeregt, unterstutzt oder verstärkt werden.
Das Mischen oder Homogenisieren kann mit oder ohne Einbringung von Material in die Schmelze induziert oder erzeugt werden.
Eine bevorzugte Form des materialeinbringenden Mischens umfasst das Einbringen von Gemenge, welches derart ausgebildet ist, dass bereits allein durch das Einbringen z.B. eine Strömung in der Schmelze angeregt wird. Zu diesem Zweck wird z.B. ein pelletiertes und/oder dragiertes Gemenge, in welches insbesondere Gasblasen eingeschlossen sind und/oder welches beim Aufschmelzen Gasblasen freisetzt, verwendet. Ohne diese Gasblasen kann auch das Gemenge pelletiert, dragiert und/oder anderweitig kompaktiert zugeführt werden. Im Sinne der Erfindung wird hierbei als Pelletieren das Zusammenbringen zu einem stabilen Festkörper, beispielsweise mittels Pressen verstanden. Als Dragieren wird eine mit einem, beispielsweise glasartigen Überzug versehende festkorperartige Struktur verstanden. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise sowohl eine Verstaubung durch das Zufuhren granulären und feingranularen Materials vermieden und darüber hinaus die Fullrate wesentlich verbessert, da bei gleichem Volumenstrom ein deutlich erhöhter Materialeintrag in die Schmelze erfolgen kann. Ferner könne Gemengebestandteile durch feinkornigeres Material substituiert werden, ohne dass es zu erhöhter Verstaubung kommt, wobei es durch das feinkornige Material mittels verkürzter Diffusionswege zu einer optimierten AufSchmelzgeschwindigkeit kommt.
Alternativ oder ergänzend wird vorzugsweise ein z.B. zu Stäben geformtes Gemenge, welches insbesondere durch rotierendes Absinken in die Schmelze ein Mischen oder
Homogenisieren bewirkt aufgelegt. Die z.B. propellerformigen Stabe definieren insbesondere einen sich selbst auflosenden Ruhrer.
Alternativ oder ergänzend kann auch eine externe
Ruhreinrichtung, insbesondere aus beschichtetem Metall zum mechanischen Ruhren oder ein in die Schmelze eintauchender und sich, z.B. durch Schmelzen selbstauflosender Ruhrer aus dem Schmelzenmaterial vorgesehen sein.
Eine besonders bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung umfasst eine Einrichtung zum Einleiten von Gas oder Gasblasen, z.B. mittels einer oder mehrerer Gasdusen in die Schmelze. Die Gasduse ist vorzugsweise gekühlt, insbesondere flussigkeitsgekuhlt, z.B. wassergekühlt und ist bevorzugt am Boden des Tiegels angeordnet. Die Kühlung der Gasduse kann mit der Kühlung des Tiegels verbunden oder separat ausgebildet sein.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform ragt die
Gasduse zumindest abschnittsweise durch den Boden des Tiegels und erstreckt sich in das Innere des Tiegels hinein. Insbesondere erstreckt sich eine Spitze der Gasduse bis an oder in die Schmelze, so dass aus der Gasduse oder Spitze austretendes Gas in Form von Gasblasen in die Schmelze aufsteigt. Dieses „Bubbling" bewirkt in besonders einfacher Weise ein Durchmischen und Homogenisieren der Schmelze in dem Aufschmelztiegel .
Vorzugsweise wird 02-enthaltendes Gas verwendet, was sich insbesondere für Bleisilikatgläser als sehr vorteilhaft erweist. In diesen wird nämlich bei hoher
Schmelzentemperatur, welche für eine hohe AufSchmelzleistung verwendet wird, das Blei thermisch reduziert. Dies wiederum bewirkt ähnlich einer Platinkontamination eine
Transmissionverschlechterung des Glases welches bis zu einer starken Verfärbung führen kann, welches das erschmolzene Glas vollständig unbrauchbar macht. Durch das Einleiten von Sauerstoff in die Schmelze wird verhindert, dass das Blei reduziert wird, so dass über die Gaseinleitung eine effektive Steuerung des Redoxzustandes des Glases erzielt wird. Dadurch kann sogar z.B. für Bleisilikatglas eine AufSchmelzleistung von etwa 500 kg/Tag, 800 kg/Tag, 1000 kg/Tag oder mehr erzielt werden und gleichzeitig eine wesentliche Transmissionverschlechterung vermieden oder zumindest gemindert werden.
Bevorzugt ist der Abschnitt der Düse, welcher in die Schmelze ragt, also z.B. die Spitze aus kontaminationsarmem Material, z.B. einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, Magnesium oder Beryllium gefertigt oder ist zumindest mit einem solchen Material beschichtet. Eine Beschichtung mit Polytetrafluorethylen (Teflon®) erscheint ebenfalls möglich.
Um nach einem „Zufrieren" der Gasdüse, d.h. nach einer
Ausbildung einer festen Substanz- oder Glasschicht über der Gasdüse, diese zu öffnen bzw. diese wieder frei zu machen, umfasst die Gasdüse vorzugsweise eine Einrichtung zum Durchstoßen einer festen Substanz- oder Skullschicht. Diese Einrichtung zum Durchstoßen ist insbesondere als Nadel, z.B. aus hochtemperaturbestandigem Material, wie Wolfram oder ahnlichem Metall, gefertigt. Vorzugsweise ist die Nadel im Zentrum der Gasduse, vorzugsweise langsverschieblich angeordnet .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren naher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ahnliche Elemente bezeichnen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittzeichnung einer ersten
Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung mit einer Gasduse, Fig. 2 eine schematische Draufsicht von oben auf einen
Ausschnitt des Tiegelsbodens gemäß der ersten Ausfuhrungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Schnittzeichnung eines
Ausschnitts des Tiegelsbodens entlang der
Schnittlinie A-A in Fig. 2, Fig. 4 eine schematische Schnittzeichnung eines oberen Abschnitts der Gasduse gemäß der ersten
Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 5 ein Längsschnitt der Gasdüse gemäß der ersten
Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 6 ein Querschnitt der Gasdüse entlang der Schnittlinie B-B in Fig. 5,
Fig. 7 eine schematische Schnittzeichnung einer zweiten
Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 8 eine schematische Schnittzeichnung einer dritten
Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 9 eine schematische Schnittzeichnung einer vierten
Ausfuhrungsform der Erfindung und Fig. 10 eine schematische perspektivische Darstellung eines selbstauflosenden Ruhrers gemäß einer fünften
Ausfuhrungsform der Erfindung und Fig. 11 eine schematische Schnittzeichnung der ersten
Ausfuhrungsform der Erfindung mit einer Lauterrinne und einer Homogenisierungswanne.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung 1 zum Einschmelzen von Glas mit einem gekühlten, z.B. wassergekühlten Tiegel oder Einschmelztiegel 10. Um den Tiegel 10 ist eine Sendeeinrichtung für elektromagnetische Strahlung in Form einer Spulenanordnung 30 angeordnet. Mittels der Spulenanordnung wird Hochfrequenzleistung in eine Schmelze 40 z.B. aus Bleisilikatglas eingekoppelt und damit die Schmelze 40 geheizt. Es wird mit einer Hochfrequenz von etwa 250 kHz bis etwa 400 kHz bei einer Sendeleistung von etwa 200 kW bis etwa 300 kW oder hoher gearbeitet. Die Temperatur der Schmelze betragt im Bereich von 1200°C bis 2000°C.
Der Tiegel 10 umfasst einen wassergekühlten ringförmigen Wandabschnitt 12 und einen wassergekühlten Boden 14. Der Wandabschnitt 12 und der Boden 14 bilden zusammen die gekühlte Wandung des Tiegels 10 und umfassen jeweils maanderartig angeordnete und voneinander beabstandete
Metallrohre 16, wie am besten in den Figuren 2 und 3 zu sehen ist. Die Metallrohre 16 weisen einen Querschnitt von etwa 2 cm und Spalten von 5 mm zwischen den Rohren 16 auf, so dass die Tiegelwandung bei ungefülltem Tiegel 10 zunächst flussigkeitsdurchlassig ist. Durch die Kühlung des Wandabschnitts 12 und des Bodens 14, also der Tiegelwandung bildet sich im Kontaktbereich der Schmelze 40 und der Tiegelwandung eine feste geschlossene Skullschicht 42 aus arteigenem Material, d.h. in diesem Ausführungsbeispiel aus Glas, wodurch die Anordnung aus dem Tiegel 10 und der festen Skullschicht 42 flüssigkeitsdicht wird. Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung des Tiegels die einzelnen Rohre 16 und die Skullschicht 42 nicht,
Weiter Bezug nehmend auf Fig. 1 wird festgehalten, dass die Schmelzvorrichtung kontinuierlich betrieben wird, so dass regelmäßig Gemenge durch eine im wesentlichen zentrale Öffnung 20 in einer Abdeckung 18 des Tiegels 10 auf die Schmelze aufgelegt wird. Ferner wird kontinuierlich Schmelze über eine Auslassöffnung 22 des Tiegels 10 entnommen.
Eine gekühlte Brücke 24 taucht in der Nähe der Auslassöffnung 22 zumindest etwa 3 cm bis 5 cm tief in die Schmelze 40 ein, um ungeschmolzene oder unaufgelöste Gemengebestandteile von der Auslassöffnung 22 fernzuhalten.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiter zwei Brenner 26, 28, welche durch Öffnungen in der Abdeckung 18 Flammen 27, 29 auf den Tiegelinhalt bzw. eine Oberfläche 41 der Schmelze 40 richten. Hierbei dient der Brenner 26 zum initialen Schmelzen des Tiegelinhalts beim Anfahren der Vorrichtung 1, z.B. nach einem Tiegelwechsel und der Brenner 28 zum kontinuierlichen Nacherhitzen der Schmelze 40 in der Auslassöffnung 22.
Am Boden 14 des Tiegels 10 ist eine Misch- oder Homogenisierungseinrichtung in Form einer Gasdüse 50 angeordnet. Die Gasdüse 50 ragt abschnittsweise in den Tiegel hinein, und leitet das Gas in die Schmelze 40 ein. Ferner ist die Gasduse 50 exzentrisch, in diesem Ausfuhrungsbeispiel etwa mittig zwischen dem Zentrum und dem Rand des runden Tiegels 10 und gegenüber der Auslassoffnung 22 angeordnet. Diese Position hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, da eine durch Temperaturdifferenz in der Schmelze ohnehin vorhandene zentral von einem heißen Kern 43 aufsteigende und am Rand abfallende Konvektionsstromung 54 unterstutzt wird und gleichzeitig zentral durch die Öffnung 20 aufgelegtes Gemenge mittels der Gasblasen 52 von der kalten Tiegelwand 12 fern gehalten wird. Die im wesentlichen ringförmige Strömung 54 bewirkt vorteilhafterweise eine effektive Durchmischung und Homogenisierung der Schmelze und sorgt damit für einen Temperaturausgleich und eine gleichmaßige Materialverteilung in der Schmelze.
In diesem Beispiel enthalten die Gasblasen 02, um gleichzeitig Blei in der Bleisilikatglasschmelze 40 zu oxidieren .
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht von oben auf den Tiegelboden 14 mit der Gasduse 50, welche in einer Öffnung 15 oder Aussparung in dem Tiegelboden 14 zwischen den maanderformig verlaufenden Metallrohren 16 angeordnet ist.
Wie weiter in Fig. 3 dargestellt ist, bildet sich die Skullschicht 42 nicht nur an dem gekühlten Boden 14 des Tiegels, sondern auch an der gekühlten Gasduse 50 aus. Die entweichenden Gasblasen 52 sorgen allerdings dafür, dass eine Öffnung der Gasduse dauerhaft freigehalten wird.
Trotzdem kann es, z.B. durch eine Unterbrechung der Gaszufuhr dazu kommen, dass sich die feste Skullschicht 42 über einer Auslassoffnung 56 der Gasduse 50 schließt, so dass kein Gas mehr aus der Düse 50 austreten kann. Dieser Zustand ist in Fig. 4 dargestellt. Um d e Öffnung 56 wieder freizumachen, umfasst die Gasduse eine Nadel 58, welche in Richtung des Pfeils 59 langsverschieblich innerhalb eines Kanals 60 im Zentrum der Gasduse angeordnet ist. Mit einer Spitze 62 der Nadel 58 kann somit ein über der Gasaustrittsόffnung 56 liegender Abschnitt 42a der Skullschicht 42 durchstoßen, und so die Gasaustrittsoffnung 56 wieder freigemacht werden.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein oberer Abschnitt 51 der Gasduse 50, welcher in den Tiegel 10 ragt und zumindest abschnittsweise in direktem Kontakt mit der Skullschicht 42 steht, bevorzugt aus nichtkontaminierendem oder zumindest kontaminationsarmem Material gefertigt ist. Als kontaminationsarm werden im Sinne der Erfindung solche Materialien angesehen, welche die Glasqualitat im wesentlichen nicht oder wenig beeinträchtigen. Dies sind insbesondere Leichtmetalle, wie z.B. Aluminium. Aluminium tritt zwar in die Schmelze ein, Aluminiumionen oder Aluminiumverbindungen wirken sich aber im wesentlichen nicht oder wenig nachteilig auf die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transmission des Glases aus. Die Kühlung der Gasduse 50 sorgt andererseits dafür, dass die Gasduse 50 den hohen Temperaturen im Tiegel 10 standhalt.
Ferner hat sich die Verwendung eines Metalls mit hohem
Schmelzpunkt, z.B. hoher als 2000° C, insbesondere Molybdän, Iridium, Wolfram oder eine Wolframverbindung als vorteilhaft für die Nadel 58 erwiesen.
Fig. 5 zeigt die Gasduse 50 in einem Längsschnitt. Die Gasduse 50 umfasst die Gasaustrittsoffnung 56 und den Gaskanal 60, in welchem die Nadel 58 verlauft und gefuhrt ist. Mittels einer Verschiebeeinrichtung 64 kann die Nadel 58 parallel zu dem Kanal 60 innerhalb der Gasduse 50 verschoben werden. Die Gasduse 50 umfasst ferner einen Gasemlass 66 und eine Dichtung 68 für die Nadel 58. Der obere Abschnitt 51 der Gasduse 50 umfasst Aluminium oder eine aluminiumhaltige Legierung, wobei ein unterer Abschnitt 53 der Gasduse 50 aus Messing gefertigt ist. Der obere und untere Abschnitt 51, 53 sind durch Dichtungen 70 fluiddicht gegeneinander gedichtet. Im unteren Abschnitt 53 befindet sich ein Kuhlwassereinlass 72 und ein Kuhlwasserauslass 74, so dass die Gasduse mittels Wasserdurchfluss effektiv gekühlt werden kann.
Bezugnehmend auf Fig. 6, welche einen Querschnitt der Düse darstellt, ist gezeigt, dass sich der untere Abschnitt 53 parallel zu einer Langsachse L der Gasduse 50 in zwei Hälften 53a, 53b, welche elektrisch gegeneinander isoliert sind, aufteilt .
Fig. 7 zeigt eine zweite Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung 101 mit einer alternativen Einrichtung 150 zum Durchmischen und Homogenisieren der Schmelze 40. Über ein Forderband 154 wird zu Pellets, Dragees und/oder Kugeln 156 geformtes Glasgemenge durch die Öffnung 20 in die Schmelze 40 eingebracht. Die Glaskugeln 156 umfassen einen äußeren Randbereich 158 und einen inneren Kernbereich 160. Der Randbereich 158 umfasst im wesentlichen Glas von der Zusammensetzung der Schmelze 40. Der Kernbereich 160 umfasst eine Substanz, welche in der Schmelze ein Gas bzw. Gasblasen 152 freisetzt, wenn der Randbereich 158 aufgeschmolzen ist. Die Substanz im Kernbereich 160 kann ein Gas, eine Flüssigkeit, z.B. Wasser oder ein festes Material, z.B. ein Salz umfassen, welche in Zusammenwirkung mit der heißen Schmelze 40 die Gasblasen 152 freisetzen.
Durch ein Absinken der Glaskugeln 156 in einem linken Abschnitt 40a der Schmelze und ein Aufsteigen der Gasblasen 152 in einem rechten Abschnitt 40b der Schmelze 40 wird eine im wesentlichen ringförmige Strömung innerhalb der Schmelze 40 erzeugt oder induziert. Es kann aber auch, wie in Fig. 1 gezeigt ist, eine ohnehin vorhandene Konvektionsstromung unterstutzt werden.
Fig. 8 zeigt eine dritte Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung 201, bei welcher mittels einer Mischungs- und Homogenisierungseinrichtung 250 stabformig gepresste Gemengekorper 256 in die Schmelze 40 eingebracht werden. Die stabformigen Korper 256 sind z.B. von propellerartiger Form und rotieren beim Absinken innerhalb der Schmelze 40 unter gleichzeitiger AufSchmelzung der Korper 256 und erzeugen dabei Stromungsvorgange in der Schmelze 40.
Fig. 9 zeigt eine vierte Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung 301 mit einem Ruhrer 350, welcher die Schmelze 40 in dem Einschmelztiegel 10 durch rotierende Bewegung mechanisch in Strömung versetzt.
Fig. 10 zeigt eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines langgestreckten Ruhrers 350' . Der Ruhrer 350' ist im wesentlichen aus dem Glas hergestellt, z.B. gepresst, welches auch die Schmelze 40 bildet. Der Ruhrer 350' wird entlang seiner Längsachse 352 z.B. ähnlich dem Ruhrer 350 in Fig. 9 von oben in die Schmelze 40 eingeführt und um seine Achse 352 gedreht. Der Ruhrer 350' umfasst drei sich vom Zentrum weg erstreckende Rührarme und lost sich selbst durch Abschmelzen in der Schmelze 40 auf. Um eine kontinuierliche Glaszugabe und Rührung zu gewahrleisten, wird der Ruhrer 350' entsprechend kontinuierlich von oben nachgefuhrt.
Fig. 11 zeigt die erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung 1 mit einer angeschlossenen Lauterrinne 80 und einer zusatzlichen externen Homogenisierungseinrichtung 90. Es wird kontinuierlich flussiges Glas aus dem Tiegel 10 entlang des Pfeils 82 in die Lauterrinne 80 und von dort entlang des Pfeils 84 weiter in die externe Homogenisierungseinrichtung 90 geführt. Die externe Homogenisierungseinrichtung 90 umfasst einen Glasauslass 92 zum Gießen, z.B. in eine Form und/oder zur Weiter- oder Endbearbeitung des Glases zu einem Glasprodukt oder Glaskeramikprodukt .
Durch ein Läutern des Glases in der Läuterrinne 80 und ein
Nachhomogenisieren in der externen Homogenisierungseinrichtung 90 wird die Qualität des Glases weiter verbessert. Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielte Glasqualitat kann aber auch bereits so hoch sein, dass die Läuterrinne 80 und/oder die
Homogenisierungseinrichtung nicht notwendig sind, so dass die Glasschmelze 40 bereits an der Auslassöffnung 22 für die
Weiter- oder Endbearbeitung zur Verfügung steht.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentanpruche :
1. Vorrichtung (1, 101, 201, 301) zum Schmelzen einer Substanz, insbesondere zum Schmelzen von hochreinem, agressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik, umfassend einen Tiegel (10) , eine Sendeeinrichtung (30) für elektromagnetische Strahlung, wobei mittels der Strahlung Energie in eine, in dem Tiegel (10) anordenbare Schmelze (40) einkoppelbar ist und eine Mischeinrichtung oder Homogenisierungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 350'), welche dem Tiegel (10) zugeordnet sind.
2. Vorrichtung (1, 101, 201, 301) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung oder Homogenisierungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 350') derart ausgebildet sind, dass ein kontaminationsfreies oder zumindest kontaminationsarmes Mischen oder Homogenisieren erfolgt.
3. Vorrichtung (1, 101, 201, 301) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der
Mischeinrichtung oder Homogenisierungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 350') die Schmelze (40) gezielt in interne Bewegung versetzbar ist.
4. Vorrichtung (1, 101, 201, 301) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Mischeinrichtung oder
Homogenisierungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 350') eine vordefinierte Strömung in der Schmelze (40) anregbar ist. Vorrichtung (1, 101, 201, 301) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Mischeinrichtung oder
Homogenisierungseinrichtung (50, 150, 250, 350' ) ein erstes Material (52, 156, 256) in die Schmelze (40) einbringbar ist, wobei mittels des ersten Materials (52, 156, 256) eine im wesentlichen vordefinierte Bewegung in der Schmelze (40) anregbar ist.
6. Vorrichtung (1, 101, 201, 301) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (10) eine Ausflussöffnung (22) für die Schmelze (40) und eine, insbesondere gekühlte Brücke (24), welche in die Schmelze (40) eintaucht, umfasst, wobei mittels der Brücke (24) ungeschmolzene Gemengeanteile von der Ausflussöffnung (22) ferngehalten werden.
7. Vorrichtung (101, 201) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemenge
(156, 256) umfasst ist, dessen Zusammensetzung oder Form derart ausgebildet sind, dass mittels eines Einbringens des Gemenges (156, 256) in die Schmelze (40) ein Mischen oder Homogenisieren der Schmelze (40) bewirkbar ist.
Vorrichtung (101, 201) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die Schmelze (40) einbringbares, pelletiertes und/oder dragiertes Gemenge (156, 256) umfasst ist.
9. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die Schmelze (40) einbringbares Gemenge (156) umfasst ist, welches beim Schmelzen ein Gas oder Gasblasen (152) freisetzt.
10. Vorrichtung (301) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Ruhreinrichtung (350, 350') umfasst, welche dem Tiegel (10) zugeordnet ist.
11. Vorrichtung (301) gemäß einem der vorstehenden Anspr che, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ruhrer
(350') umfasst ist, welcher in der Schmelze (40) auflösbar oder schmelzbar ist.
12. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (50) zum Einleiten von Gas oder Gasblasen (52) in die Schmelze (40) umfasst ist.
13. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine und/oder mehrere Gasduse (n) (50) umfasst ist (sind).
14. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasduse (n) (50) gekühlt, insbesondere flussigkeitsgekuhlt ist (sind).
15. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasduse (50) am Boden (14) des Tiegels (10) angeordnet ist.
16. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Abschnitt (51) der Gasduse (50) in das Innere des Tiegels (10) hineinragt und/oder der erste Abschnitt (51) kontaminationsarmes Material, insbesondere Leichtmetall, z.B. Aluminium umfasst.
17. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (58) zum Durchstoßen einer an der Tiegelwandung (12, 14), insbesondere am Tiegelboden (14) befindlichen festen Skullschicht (42, 42a) umfasst ist.
18. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nadel (58) zum Durchstechen einer an der Tiegelwandung (12, 14), insbesondere am Tiegelboden (14) befindlichen festen
Skullschicht (42, 42a) umfasst ist, wobei die Nadel (58) hochtemperaturbeständiges Material, insbesondere Wolfram, Molybdän und/oder Iridium enthalt.
19. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (58) im wesentlichen im Zentrum der Gasduse (50) angeordnet ist.
20. Verfahren zum Schmelzen einer Substanz, insbesondere zum Schmelzen von hochreinem, agressivem und/oder hochschmelzendem Glas oder Glaskeramik, insbesondere zum Betreiben der Vorrichtung (1, 101, 201, 301) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das Verfahren umfassend
Bereitstellen eines Tiegels (10) , Bereitstellen einer Sendeeinrichtung (30) für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Kuhlen des Tiegels (10),
Heizen einer in dem Tiegel befindlichen Schmelze mittels elektromagnetischer Strahlung, welche von der Sendeeinrichtung (30) emittiert wird und
Mischen oder Homogenisieren der Schmelze (40) in dem Tiegel (10) .
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen oder Homogenisieren der Schmelze (40) kontaminationsfrei oder zumindest kontaminiationsarm durchgeführt wird.
22. Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen oder Homogenisieren die Schmelze (40) gezielt in interne Bewegung versetzt wird.
23. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensanspruche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen oder Homogenisieren eine Strömung in der
Schmelze (40) in vorbestimmter Weise angeregt wird.
24. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensanspruche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen oder Homogenisieren ein erstes Material (52, 156, 256) in die Schmelze eingebracht wird, wobei das erste Material (52, 156, 256) eine im wesentlichen vordefinierte Fließbewegung in der Schmelze (40) verursacht oder zumindest anregt.
25. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensanspruche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tiegel (10) mit einer Ausflussoffnung (22) für die Schmelze (40) und einer, insbesondere gekühlten Brücke (24), welche in die Schmelze (40) eintaucht, bereitgestellt wird, wobei mittels der Brücke (24) ungeschmolzene Gemengeanteile von der Ausflussöffnung (22) ferngehalten werden.
26. Verfahren gemäß einem der vorstehenden
Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemenge (156, 256) in die Schmelze (40) eingebracht wird, wobei die Zusammensetzung des Gemenges (156, 256) oder die Form von Gemengebestandteilen derart ausgebildet sind, dass das Einbringen des Gemenges (156, 256) in die Schmelze (40) ein Mischen oder Homogenisieren der Schmelze (40) bewirkt.
27. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensanspruche, dadurch gekennzeichnet, dass ein pelletiertes und/oder dragiertes Gemenge (156, 256) in die Schmelze (40) eingebracht wird.
28. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensanspruche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemenge (156) in die Schmelze (40) eingebracht wird, welches beim Schmelzen ein Gas oder Gasblasen (152) freisetzt .
29. Verfahren gemäß einem der vorstehenden
Verfahrensanspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (40) zum Mischen oder Homogenisieren gerührt wird.
30. Verfahren gemäß einem der vorstehenden
Verfahrensanspruche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich selbstauflosender Ruhrer (350') in die Schmelze (40) eingebracht wird.
31. Verfahren gemäß einem der vorstehenden
Verfahrensanspruche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen oder Homogenisieren ein Gas oder Gasblasen (52) in die Schmelze eingeleitet werden.
32. Glasprodukt oder Glaskeramikprodukt, hergestellt oder herstellbar mittels der Vorrichtung (1, 101, 201, 301) gemäß einem der vorstehenden Vorrichtungsanspruche oder nach dem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Verfahrensanspruche .
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