JP2004525844A - 負圧装置を用いてガラス溶融物を精製する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は負圧装置を用いてガラス溶融物を負圧精製する方法と装置に関し、負圧装置にてガラス溶融物が上昇管を介して精製ベンチに供給されかつ下降管を介して精製ベンチから再び排出され、精製ベンチにてガラス流の上に負圧が生ぜしめられるようになっており、上昇管及び／又は下降管及び／又は精製ベンチがガラス接触材料として少なくとも不反応金属及び／又は不反応金属合金から成る少なくとも１つの構成部分を有していることを特徴としている。

Description

【０００１】
本発明は、負圧装置を用いてガラス溶融物を精製する方法及び装置であって、前記負圧装置においてガラス溶融物が上昇管を介して精製ベンチに供給されかつ下降管を介して前記精製ベンチから再び導出させられ、前記精製ベンチにおけるガラス流の上に負圧が発生させられる形式のものに関する。
【０００２】
ガラス溶融物の精製、つまりガラス溶融物からの気泡の除去は、無気泡性を達成するために役立つ。ガラス溶融物からの気泡の上昇は坩堝溶融物が小さい場合にはすでに負圧をガラス溶融物の上に作用させることで加速される。
【０００３】
冒頭に述べた形式の負圧装置を用いてガラス溶融物を負圧精製する装置は例えば文献ＵＳ１，５９８，３０８号、ＥＰ０９０８４１７Ａ２号及びＪＰ２−２２１１２２９Ａ号により公知である。最初の２つの文献にはガラス接触材料としてセラミック耐火材料の使用が示され、最後の文献にはガラス接触材料としてプラチナもしくはプラチナ合金を用いることが示されている。
【０００４】
セラミック耐火材料の使用にも、プラチナ及びプラチナ合金の使用にも一連の欠点がある。
【０００５】
例えばセラミック耐火材料はガラス溶融物との接触で、プラチナ及びプラチナ合金と比較して強い摩耗と高い腐蝕とに晒される。これは一方では当該設備のわずかな稼働時間及び高い保守及び修理費用をもたらし、他方では高いガラス欠陥形成ポテンシャル（縞の形成、封入物、特に下降管における気泡）を伴う。さらに電気的に直接的に加熱できないか劣悪にしか加熱できないガラス溶融物の場合は問題がある。
【０００６】
ガラス欠陥の形成に関してはプラチナもしくはプラチナ合金の使用が有利ではあるが、これに伴う費用はきわめて高価である。
【０００７】
したがって本発明の課題はガラス溶融物を負圧精製するために、前述の欠点が克服される装置と方法を提供することである。
【０００８】
本発明によれば前記課題は請求項１に記載したように、前記上昇管及び／又は前記下降管及び／又は前記精製ベンチがガラス接触材料として少なくとも１つの不反応金属及び／又は不反応金属合金から成る少なくとも１つの構成部分を有していることによって解決された。
【０００９】
本発明の方法は有利には請求項１から２０までのいずれか１項に記載した装置で実施される。
【００１０】
ガラス溶融物を負圧装置において負圧精製するための本発明の方法ではガラス溶融物は上昇管を介して精製ベンチに供給されかつ下降管を介し精製ベンチから再び導出させられる。その際、上昇管及び／又は下降管及び／又は精製ベンチはガラス接触材料として少なくとも１つの不反応金属及び／又は不反応金属合金から成る少なくとも１つの構成部分を有している。
【００１１】
上昇管及び／又は下降管及び／又は精製ベンチが、ガラス接触材料として少なくとも１つの不反応金属及び／又は不反応金属合金から成る少なくとも１つの構成部分を有していることにより、課題で述べた前記要求が充たされた。
【００１２】
この場合にはモリブデン、タングステン、タンタル又はハフニウムあるいはこれらの不反応金属の少なくとも１つを含む合金から成る構成部分が、負圧精製するための装置に対する前記要求を特に良好に充たすことが確認された。特にタンタル及びハフニウムもしくはその合金はわずかな蒸発圧で酸化防止層を形成する。
【００１３】
構成部分を保護するため−不反応金属とその合金は、酸素が存在していると通常は５００℃の上側の温度で著しく酸化する−には、構成部分はガス溶融物とは反対側にて、有利には保護ガス（例えば窒素、貴ガス）又は形成ガス（水素／窒素、貴ガス）で洗われるか又はガラス溶融物とは反対側にてガラス化により、例えば構成部分の背後に意図的にガラス溶融物を流すことによって酸化防止されている。前記構成部分のガラス溶融物と接触している側は装置の稼働中に十分に溶融物で保護される。保護ガスで洗うためには少なくとも該構成部分は保護もしくは形成ガスの供給部と相応する排出部とを有するケーシング内に位置している。この場合、形成ガスの水素含有量は１００％まで可能である。
【００１４】
装置の好適な稼働を保証するためには、構成部分は真空密に構成され、有利には圧力差に対しても機械的に安定性を有するように構成されている。
【００１５】
装置の特に有利な実施態様においては、構成部分はフランジ結合又はねじ結合で互いに結合されている複数の単個区分、特に管区分から成っている。管区分は簡単にかつ費用的に有利に不反応金属又はその合金で製造しかつ後続加工することができる。この場合、管区分の結合は、切断エッジで特に簡単にガス密に行なわれる。付加的なシール作用は互いに結合された管区分が１０００℃よりも高い温度で焼きなましされることで達成される。その際接触個所は互いに溶着されるかもしくは焼結される。
【００１６】
切断エッジシールは、シール材料を使用しない、静的な結合である。圧着力を高めるためには結合しようとする管対のそれぞれ一方においてシール面（平面側の接触面）は縮小され、同心的に循環するＶ字形の切断エッジが形成されている。結合個所を締付けると切断エッジにおける圧着力は、必要である場合には、材料が流れるようになるまで高められる。
【００１７】
前記構成部分は既に述べたように有利にはケーシング内に、特にガス密なケーシング内に位置している。この場合、ケーシングに対する前記構成部分の熱的な膨脹は、例えば有利にはケーシングの部分であるばねで支えられた折畳みベローによって補償される。ガラス溶融物を案内する、内部にある構成部分は周囲の構成部分よりも高い温度に晒され、その結果、より強く膨脹する。
【００１８】
ケーシングにおけるガス圧は大気圧に対して軽く高めておきたい。ケーシング内に負圧が発生していると、漏れ個所を通って空気が吸い込まれることで、形成ガスとの急激な混合が可能である。同様に空気の吸込みにより前記構成部分の裏面側に強い酸化がもたらされるものと考えられる。しかしこれは前記構成部分が、圧力差（外側の軽い過圧、内側の軽い負圧）に耐えることができるためには、付加的に高い機械的な安定性を有していなければならないことを意味する。同様にすべての結合個所はガス密に構成されていなければならない。ガス室内では軽い負圧で作業されるので、保護ガス内がガラス溶融物内に達してはならない。保護ガスがガラス溶融物内に達するとガラス欠陥（ガラスにおける気泡形成、水素含有性の保護ガスの場合にはガラス成分の還元）につながる。
【００１９】
さらに前記構成部分が加熱可能であると有利である。特にガラス溶融物の容積に対する表面積が大きいかもしくは流れがわずかで、ひいては周囲への熱放出が高いガラス溶融物を負圧精製するための装置の場合には、ガラス溶融物を付加的に加熱することが必要である。この場合の１つの可能性は放射加熱体（不反応金属又はその合金、例えばモリブデン、タングステン、タンタル又はハフニウムから成るネット）を用いることである。放射加熱体は必要である場合−放射加熱体は運転に際して２２００℃までの表面温度に達成するので−前記構成部分と同じように保護ガスもしくは形成ガスで洗うか又はガラス化によって酸化防止される。
【００２０】
さらに加熱は誘導的にも又は前記構成部分に周波数の高い交流を直接的に流すことを介して行なうことができる。又、中央の棒形電極と前記構成部分を対応電極として使用してガラス溶融物に電流を直接的に流すことによる加熱は、ガラス溶融物が十分な導電性を有していると特に有利である。
【００２１】
特に圧力上昇もしくはガラス溶融物柱の下降に際し、前記構成部分の内側−もはやガラス溶融物で覆われていない内側−をも酸化防止するためには、装置は少なくとも部分的に保護ガスで溢流可能である。この場合には特に、装置を保護ガスで溢流する保護ガスリザーバとの接続、特に自動的な接続、例えば必要な場合に自動的に開放する弁が設けられていると有利である。
【００２２】
図１には負圧装置でガラス溶融物を負圧精製する本発明の装置の１部分が示されている。負圧装置においてはガラス溶融物２が上昇管を介して精製ベンチに供給されかつ下降管を介して再び精製ベンチから導出される。この場合、精製ベンチにおけるガラス流の上には負圧が発生させられかつ上昇管及び／又は下降管及び／又は精製ベンチは、ガラス接触材料としての、少なくとも１つのの不反応金属又は不反応金属合金から成る少なくとも１つの構成部分を有している。
【００２３】
管状に構成された前記構成部分１、有利にはモリブデン、タングステン又は適当な合金から成る前記構成部分は例えば鋼、アルミニュウム又はプラスチックから成るケーシングにより取囲まれている。ケーシング内には保護もしくは形成ガスのための供給部３と排出部４が存在している。構成部分１はガラス溶融物とは反対側にて保護もしくは形成ガスで洗われることで酸化防止されている。同様に放射加熱体５も保護されている。放射加熱体５とケーシングとの間には耐火性材料６がある。耐火性材料の任務は一方では熱損失を最少にすることであり、他方ではケーシング材料が損傷しないように温度を下げることである。事情によってはこのためには個々の領域に冷却装置、例えば水冷却装置が設けられることができる。耐火材料内には構成部分と放射加熱体への保護ガスの供給もしくは排出を可能にする導通部（図示せず）が設けられている。放射加熱体は該放射加熱体が直接当該構成部分に放熱できるかもしくは当該構成部分を加熱できるように当該構成部分を取囲んで配置されている。放射加熱体への電気的な供給装置は高い温度に対して保護（例えば水冷及び放射線の遮蔽により保護）されている。
【００２４】
図２には同様に詳細な側面図で本発明の別の実施例が示されている。この場合にも耐火材料６が管状の構成部分を巡って取付けられている。この場合、当該構成部分と絶縁体との間にはギャップが残されており、このギャップを通って保護ガスもしくは形成ガスが流れることができる。場合によっては水冷されかつ／又は付加的に断熱された、当該構成部分を誘導加熱するための誘導コイル８はケーシングと絶縁体との間の比較的に温度の低い領域に取付けられている。
【００２５】
図３には同様に詳細な側面図で本発明の装置の１部分が示されている。この場合にはガラス溶融物２の加熱は中央の棒形電極１２と対抗電極としての当該構成部分１とを有する直接的な電気的加熱装置を用いて行われる。この実施例においてはガラス溶融物内を電流が流されることで加熱は行われる。しかしこの場合には電気加熱回路のスタンダードな構造とは異なって、中央の棒形電極と対応電極としての当該構成部分との配置に基づき、加熱回路長さはきわめて短く、したがって導電性の悪いガラス溶融物もまだ受入れられる電圧で加熱されることができる。
【００２６】
ケーシングに対する当該構成部分の熱的な膨張は図４によればばね１５で支えられた、ケーシングの一部である折畳みベロー１４によって補償される。
【００２７】
金属の電気的な抵抗がわずかであることに基づき、本発明にしたがって設けられた当該構成部分を、普通のネット周波数（５０もしくは６０Ｈｚ）の交流電流で直接的に電気的に加熱することは、必要な電流が高いことに基づき実際的ではない。しかし、交流周波数が高い場合にはいわゆるスキン効果が発生する。このスキン効果は管の外縁にて薄い層内でしか電流が流れないようにする。この結果、電気的な抵抗が高められるので、必要とされる電流は相応に小さくなる。したがって管の直接的な電気加熱は再び実際的になる。
【００２８】
このような直接的な電気的な加熱装置の構造は図２に示された構造から誘導コイルを取った構造に相応するかもしくは図３に示された構造から棒形電極をとった構造に相応している。３００ｍｍの外径を有する管状の構成部分ための直流に対する電気的な抵抗は、１０ｋＨｚの交流周波数の場合には約ファクタ２１だけかつ１００ｋＨｚの交流周波数の場合にはファクタ６７だけ増大する。
【００２９】
構成部分の酸化防止は設備の始動に際しても非常状態に際しても確実に行われなければならない。はじめて運転を開始する場合には構成部分は商業的に得られる酸化物防止層で内側にてコーティングされて組込まれることができる（例えば、Ｆａ，ＰＬＡＮＳＥＥのＳＩＢＯＲ）。この層は運転に際してガラス溶融物へ溶解する。別の可能性は設備の空容積をイナートガス（貴ガス、窒素）又は還元する雰囲気（例えば水素の添加による）で充たすことである。
【００３０】
精製ベンチにて圧力上昇（予期しないか又は意図的に惹起された圧力上昇）が発生し、構成部分がガラス溶融物で酸化防止されなくなるまでガラス柱が下降させられると、構成部分を保護するためには他の手段が作用させられなければならない。これはイナートガス又は他の還元する雰囲気で溢流設備をさせることで行うことができる。意識的に生ぜしめられた圧力上昇の場合にはこの圧力上昇は直接保護ガスの入口を介して制御されることができる。予期せぬ圧力上昇（例えばポンプの故障による圧力上昇）の場合には、例えば自動的に開放しかつ精製ベンチを保護ガスリザーバに接続する電磁弁を介して設備を保護ガスで溢流することが必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
放射加熱体を有する本発明による負圧精製装置の側面図。
【図２】
誘導加熱装置を有する本発明による負圧精製装置の側面図。
【図３】
ガラス溶融物が直接電気的加熱される本発明による負圧精製装置の側面図。
【図４】
熱的な膨張を補償するばねで支えられた折畳みベローを有する、本発明による負圧精製装置の側面図。
【符号の説明】
１ 不反応金属及び／又は不反応金属合金から成る構成部分、 ２ ガラス溶融物、 ３ 供給部、 ４ 排出部、 ５ 放射加熱体、 ６ 耐火材料、 ８ 誘導コイル、 １２ 棒形電極、 １４ 折畳みベロー、 １５ ばね

Claims (21)

1. 負圧装置を用いてガラス溶融物を精製する装置であって、前記負圧装置においてガラス溶融物が上昇管を介して精製ベンチに供給されかつ下降管を介して前記精製ベンチから再び導出させられ、前記精製ベンチにおけるガラス流の上に負圧が発生させられる形式のものにおいて、前記上昇管及び／又は前記下降管及び／又は前記精製ベンチがガラス接触材料として少なくとも１つの不反応金属及び／又は不反応金属合金から成る少なくとも１つの構成部分を有していることを特徴とする、負圧装置を用いてガラス溶融物を精製する装置。
2. 前記構成部分がモリブデン、タングステン、タンタル又はハフニウムあるいは前記不反応金属の少なくとも１つを含む合金から成っている、請求項１記載の装置。
3. 前記構成部分がガラス溶融物とは反対側にて保護ガスもしくは形成ガスによる洗いにより酸化に対し保護されている、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記構成部分がガラス溶融物とは反対側でガラス化により酸化に対し保護されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記構成部分が真空密に構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記構成部分が圧力差に対し機械的に安定している、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記構成部分が、フランジ結合又はねじ結合によって互いに結合された単個管区分から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 前記結合が切断エッジでガス密に構成されている、請求項７記載の装置。
9. 互いに結合された前記単個管区分が高温で焼きなましされており、接触個所の溶着もしくは焼結が発生している、請求項７又は８記載の装置。
10. 前記構成部分がケーシング内、特にガス密なケーシング内に存在している、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 前記ケーシングに対する前記構成部分の膨脹が、特に前記ケーシングの一部である、ばねで支えられた折畳みベローで補償されている、請求項１０記載の装置。
12. 前記構成部分を加熱する加熱装置が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 前記加熱装置が放射加熱体を備えている、請求項１２記載の装置。
14. 前記放射加熱体が保護ガスもしくは形成ガスにより洗うことで酸化防止されている、請求項１３記載の装置。
15. 前記放射体がガラス化によって酸化防止されている、請求項１３記載の装置。
16. 誘導加熱装置が設けられている、請求項１２記載の装置。
17. 前記加熱が高周波の交流を前記構成部分に直接的に流すことで行なわれる、請求項１２記載の装置。
18. 前記加熱が中央の棒形電極と対応電極として前記構成部分とを使用して前記ガラス溶融物に直接的に電流を流すことで行われている、請求項１２記載の装置。
19. 前記構成部分の内側が圧力上昇もしくはガラス溶融物柱の降下に際して当該装置が保護ガスで洗われることにより酸化防止可能である、請求項１から１８までのいずれか１項記載の装置。
20. 当該装置を保護ガスで洗うために保護ガスリザーバとの結合、特に自動的な結合、例えば自動的に開放する弁が設けられている、請求項１９記載の装置。
21. 負圧装置にてガラス溶融物を上昇管を介して精製ベンチに供給しかつ下降管を介して精製ベンチから再び導出し、その際、精製ベンチ内のガラス流の上に負圧を発生させ、負圧装置を用いて溶融ガラスを負圧精製する方法において、前記上昇管及び／又は下降管及び／又は精製ベンチがガラス接触材料として少なくとも１つの不反応金属及び／又は不反応金属合金から成る少なくとも１つの構成部分を有していることを特徴とする、負圧装置を用いてガラス溶融物を精製する方法。

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