专利名称：连续熔化和提纯无机化合物尤其是玻璃或玻璃陶瓷的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于连续熔化和提纯无机化合物，尤其是玻璃或玻璃陶瓷的设备。但也可考虑用于熔化和提纯其他物质。
已公知许多设备，借助它们可熔化或提纯所述材料。例如参见DE3316546 C1，其中涉及的是一种具有冷却坩埚壁的所谓渣壳坩埚(Skulltiegel)，此外它还具有一个感应线圈，它围绕着坩埚并可通过感应线圈将高频能量耦合到坩埚的内容物中。借此可将坩埚内容物置于特别高的温度，此温度高达3000℃。
高频加热的优点在于坩埚壁能比玻璃熔体冷得多。坩埚壁的冷却可通过热辐射或通过主动的空气冷却或水冷却进行。在渣壳坩埚中，在壁的区域内形成由特有(arteigenen)材料构成的冷的外壳。这种外壳由于较低的温度所以有很低的电导率。因此它不吸收高频能量并构成一种稳定的特有坩埚。由此有可能达到几乎任意高的熔体温度；这只须通过足够的冷却来保证维持特有壁。例如参见EP 0079266。
通常在熔化过程后必须连接提纯过程。在这里，提纯的目的是从熔化的玻璃中除去物理和化学结合的气体。提纯过程借助于特殊的提纯剂、例如NaCl完成。提纯剂的作用是生成足够大的气泡，残留气体可从熔体扩散到气泡中。
近来，越来越多地要求连续地运行熔化过程和提纯过程。WO 9215531介绍了一种设备，其中，熔化和提纯在同一个坩埚内进行。这两个过程彼此不能独立控制，这有损于玻璃质量。
这种设备只能用于生产质量要求较低的玻璃。此外，在此设备中提纯不太有效，因为在熔液的表面区不断补充冷的原材料以及此表面始终是坩埚内最冷的部分。
US 4780121介绍了一种设备，其中设第一容器，混合物在容器中熔化，以及设第二容器，已熔化的玻璃液在其中实施提纯。在熔化坩埚内生成的玻璃熔液从上方输入提纯容器内。在这里，陶瓷的提纯容器被感应线圈围绕，高频能量可借助于感应线圈耦合到提纯容器内。基于该陶瓷制提纯坩埚，限制了在提纯容器内高温的形成。在此设备内提纯的结果是不令人满意的。在提纯后仍有气体留在玻璃熔液内，而且余留的量以不恰当的方式损害到成品的质量。
此设备的另一个缺点如下为了使设备能连续运行，通过熔化容器的流量必须正好与通过提纯容器的流量一样大。但是在这两个容器内过程的进行有不同的参数。例如在提纯容器内的温度必须与提纯过程相匹配。因此这一温度不能自由选择。采用此设备所实施的方法存在的缺点是，不可能调整玻璃液流。仅仅通过改变在熔化机组中的排出口才能影响玻璃液位。与提纯温度无关地调整或仅仅控制从高频区向搅拌槽的玻璃液流是不可能的。流出速度取决于坩埚高频区内的温度。若改变高频区内的温度，由于熔体粘度较低而提高了流出量。因此对于温度的变化可能性采取了严格的限制。在提纯区内的较高温度充其量可结合流量的增加来调整。因此通过提高温度改善提纯的优点由于更短的停留时间而丧失。此外，玻璃自由下落到提纯的高频部分内时是有缺点的，在这种情况下气泡可能被打破。这种被打破的空气气泡含有高的氮气成分并因而很难纯化。这一问题在从高频区到均匀化区的过渡区内更加严重。在这里，破裂的气泡不再能离开熔体，因为不再进行提纯。
本发明的目的在于提供一种设备，其中，熔化和提纯分别在自己的容器内实施，此外设备可连续运行，并且在此设备中尤其能获得完美的提纯效果，也就是说导致在相当大程度上的除气。
本发明的目的通过权利要求1所述的特征来达到。
本发明人有下列认识如上面已阐明的那样，在按US 4780121的设备中，提纯容器设在熔化容器的下游，而且在这里它设在熔化容器的下方。因此，液态的熔体自由下落地流入提纯容器。流入的熔体比较冷。所以提纯容器内容物的表面不断地由随后流入的冷的熔体构成。这种冷的并因而较重的玻璃熔液的大部分在提纯坩埚的中央迅速流向其出口。另一方面在提纯容器底部区内进行除气，因为在那里通过感应线圈的加热比表面区有效得多。因此在底部区内生成气泡，气泡向上升。但由于在液位区内冷的层有比较高的粘度，所以气泡在那里的上升和离开熔体受阻。这意味着气体以不希望的程度留在处于提纯容器中的熔体内。
本发明避免了这些缺点。比较冷的熔体在熔窑的下部区流出，在提纯罐的底部引入提纯罐内并在那里通过高频能量加热。在这里由包含在熔体内的气体形成气泡，气泡向上升起。因为熔体的上层比较热并因而粘度小，所以气泡可以顺利地离开熔体。
通过应用本发明，有可能将没有陶瓷内坩埚的高频加热式渣壳坩埚的内容物置于数量级为2400至2600℃的温度，甚至达3000℃。这对于提纯是极其重要的。在这种情况下将玻璃中物理和化学结合的气体除去。在传统的玻璃熔化过程中提纯过程借助于提纯剂，如Na2SO4、As2O3、Sb2O3或NaCl。这些提纯剂在提纯温度下分解或蒸发并形成气泡，残留气体可从熔体扩散到气泡中。提纯气泡必须足够大，以便在经济和合理的时间内在玻璃熔液内向表面升起并在那里破裂。在所述的通过本发明达到的高温下，上升速度很高。例如，当温度从1600℃提高到2400℃时，上升速度增加100倍。因此直径0.1mm的气泡在温度为2400℃时的上升速度，与直径1mm温度为1600℃的气泡的上升速度一样快。
通过提高提纯温度，对于大多数气体降低了物理和化学的溶解度并因而附加地有助于高温提纯。
按另一种可选择的方案，为了提高气泡的上升速度并因而缩短提纯时间，允许或大或小的程度取消添加提纯剂。但前提条件是，上升的气体能到达表面以及处于表面的气泡破裂和不形成泡沫。
不过按本发明的原理有另一个优点通过使熔体从下方流入提纯罐底部区内，使提纯罐外表面基本上没有接头。因此感应线圈可无阻碍和在空间上没有任何顾忌地设置为，按要求围绕着提纯罐的外表面，例如以高频能量最佳耦合为追求的原则。
下面借助附图
进一步说明本发明。
由图可见一熔窑1。它设计为用陶瓷材料制的砖砌熔池。一根连接管道2用于将在熔窑1内产生的玻璃熔液输送给一个提纯罐3。为提纯罐3配设有一感应线圈5。该感应线圈5按这样的方式围绕着提纯罐3，即，使线圈5的各圈基本上同心地围绕着提纯罐3的垂直轴线。
在提纯罐3上连接一水平槽4。它用于冷却熔体。在这里从例如在2400至3000℃范围内的高温冷却到温度1600℃。冷却槽可以或者由石槽或者由陶瓷槽构成，并由空气或水来冷却，所述冷却槽也可由高频加热的渣壳槽构成。在冷却槽内可进行再提纯和残留气泡的再吸收。
在冷却槽端部有一个带搅拌器6.1的搅拌坩埚6，用于熔体的均匀化。熔体经一个给料器6.2从搅拌坩埚6取出，以供往成形过程。为槽4配设一玻璃液位测量计7，借助它可测得槽4内玻璃熔液液位的测地学高度(geodatische Hoehe)。
在熔窑1内的熔化既可用电也可用燃烧器或组合这两种措施进行。在熔窑的范围内完成所谓的粗熔。
连接管道2要么由一根电阻加热的铂管要么由耐火材料制成。若连接管道2由耐火材料制成，则玻璃熔液通过使用电极被直接加热。按另一种替换形式，也可以从外部对玻璃熔液进行加热。
从图中可以看到，连接管道2连接在熔窑1下部区内。它通过提纯罐3的底部3.1进入提纯罐。在这种情况下在连接点处的熔融玻璃熔液的密封性通过环形设置的水冷却装置或空气冷却装置达到。这种通常用铂制成的密封装置同时还用作高频屏蔽装置。因此它要接地。由此防止可能通过连接管道2和通过电极从高频区发出高频散射，以及避免在那里干扰对其他电气部件的调节和控制。在需要时，玻璃密封装置和电的接地装置也可以彼此分开构成。
提纯罐3本身是模块化的并因而能非常灵活地建造。它由多个具有弯曲延伸的水冷式铜管或不锈钢管的分段组成。这些分段在底部区电短路，以免在熔体温度很高的情况下在分段之间形成电弧。例如当特有材料的绝缘外壳很薄时便可能发生这种情况。在提纯罐3的上部区内也可设想是短路的。但此时高频场移入提纯罐的下部区内是有缺点的，因为这会导致冷却熔体表面。
在提纯温度达到1650℃时，提纯罐也可以用陶瓷材料制造。但在陶瓷材料内不允许耦合高频，因为要不然罐会被高频熔化。陶瓷罐的缺点是，通过热辐射可能将在罐与高频线圈之间的空气加热到导致产生飞弧。对于超过1650℃的提纯温度，渣壳坩埚通常是有利的，因为在这里渣壳壁可通过水冷或风冷金属管被强烈地冷却。采用渣壳坩埚几乎可以达到任意高的提纯温度，因为最高提纯温度不因坩埚腐蚀而受限制。
提纯罐3的熔体容积选择为，针对所要求的提纯结果正好有足够的停留时间。由能量方面的观点看应避免有任何过大的尺寸。因为否则必须通过附加的高频功率来补偿导致更大壁面损失的冷却。例如对于铝硅酸盐玻璃业已证明，为了提纯，当提纯温度例如为2200℃时停留时间为30-60分钟便足矣。
如上面所阐明的那样，熔窑由耐火材料砖砌而成。也可以代之以渣壳坩埚。于是它具有如这里已说明的、具有用于将高频能量耦合到罐内容物中的感应线圈的提纯罐同样的结构。
通过按连通管的原理来构造，玻璃液位的控制非常简单。玻璃液位的测量在槽的按常规的熔体区内(在搅拌器前不远处)进行。因为所有的部件互相连接，所以在整个熔化机组内玻璃的液位都是已知的。在槽端的测量参数可以应用于控制从熔窑经高频提纯罐直至冷却槽的整个玻璃液位。
玻璃液位的这种简单的控制是可能的，因为在这里成功做到了将高频提纯部分作为相连的构件组合在槽的系统中。流量可以完全独立于在提纯机组内的高频提纯温度和粘度来调整。
在冷却槽的末端为了熔体的均匀化设有一搅拌坩埚6。玻璃经给料器7由坩埚中取出并被供给成形过程。
为防止由高频装置产生的电磁场辐射，熔窑1和/或提纯罐3可布置在一个导电的笼子内部。
权利要求
1.一种连续熔化和提纯无机化合物、尤其是玻璃或玻璃陶瓷的设备，它具有1.1一个熔窑(1)；1.2一个提纯罐(3)；1.3为提纯罐(3)配设一感应线圈(5)，它用于将高频能量耦合到罐的内容物中并且它围绕着提纯罐(3)的壁；1.4一连接管道(2)，它用于将熔体从熔窑(1)传送到提纯罐内；1.5连接管道(2)在熔窑(1)的底部从熔窑引出并在提纯罐的底部进入提纯罐。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征为连接管道(2)从熔窑(1)的底部(1.1)侧向引出并通过提纯罐(3)的底部(3.1)进入提纯罐。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为在提纯罐(3)下游连接一冷却槽(4)。
4.按照权利要求3所述的设备，其特征为在冷却槽(4)下游连接一搅拌坩埚(6)。
5.按照权利要求1至4之一所述的设备，其特征为整个熔化机组(1)按模块化结构方式建造。
6.按照权利要求1至5之一所述的设备，其特征为熔窑(1)和/或提纯罐(3)布置在一个导电的屏蔽网内部。
7.按照权利要求1至6之一所述设备的运行方法，其特征为熔体连续地从熔窑(1)下方供往提纯罐(3)，并在上部区经冷却槽(4)流入一个澄清部分(6)。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征为在熔窑(1)、提纯窑(3)、冷却槽(4)以及在澄清部分(6)内的熔体液位通过相互用管路连通而处于同一个水平位置上。
9.按照权利要求7或8所述的方法，其特征为熔窑(1)用陶瓷的砖石材料、用铂或用铂合金建造。
10.按照权利要求7至9之一所述的方法，其特征为熔窑(1)由一个所谓的渣壳坩埚构成；以及，玻璃熔液在熔窑(1)内借助高频被加热。
11.按照权利要求7至10之一所述的方法，其特征为熔窑(1)与提纯罐(3)之间的连接管道(2)由一根可加热的铂管或由可加热的石槽构成。
12.按照权利要求7至11之一所述的方法，其特征为提纯罐(3)由陶瓷坩埚构成；并且，在提纯罐(3)内的熔体借助高频被加热。
13.按照权利要求7至12之一所述的方法，其特征为在提纯罐(3)内的熔体被加热到从1300℃到1700℃(优选地从1400℃到1650℃)的温度。
14.按照权利要求7至13之一所述的方法，其特征为提纯罐(3)由渣壳坩埚构成；并且，提纯罐(3)内的熔体借助高频被加热。
15.按照权利要求7至14之一所述的方法，其特征为渣壳坩埚在底部区内电短路。
16.按照权利要求7至15之一所述的方法，其特征为在提纯罐内的熔体被加热到从1400℃到3000℃、优选地从1650℃到2500℃的温度。
17.按照权利要求7至16之一所述的方法，其特征为在冷却槽(4)内的熔体在澄清部分(6)由铂制成的情况下从在提纯罐(3)内的提纯温度冷却到1500℃至1550℃，或者在澄清部分(6)由陶瓷材料制成的情况下被冷却到1500℃至1650℃。
18.按照权利要求7至17之一所述的方法，其特征为要提纯的玻璃电导率在1600℃时大于0.01Ω-1×10cm-1。
19.按照权利要求7至18之一所述的方法，其特征为要提纯的玻璃不用有毒性的提纯剂，如AS2O3或SbO3。
20.按照权利要求7至19之一所述的方法，其特征为要提纯的玻璃不同附加的提纯剂。
全文摘要
本发明涉及一种连续熔化和提纯无机化合物、尤其是玻璃碎片或混合物的设备,它具有一熔窑(1)和一个提纯罐(3);为提纯罐(3)配设一个感应线圈(5),用于将高频能量耦合到罐的内容物中,以及感应线圈围绕着提纯罐的壁;所述设备还具有一根连接管道(2),用于将熔体从熔窑(1)传送到提纯罐(3)内。按本发明,连接管道(2)在熔窑(1)底部区(1.1)从熔窑引出,并在提纯罐(3)的底部区(3.1)进入提纯罐。
文档编号C03B5/00GK1370135SQ00811727
公开日2002年9月18日 申请日期2000年8月8日 优先权日1999年8月21日
发明者沃尔夫冈·施米德鲍尔, 希尔德加德·罗默, 吉多·雷克, 沃纳·基弗, 迈克尔·科尔, 弗兰克－托马斯·伦蒂斯 申请人:舱壁玻璃公司