專利名稱：由玻璃熔體制備玻璃產(chǎn)物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由玻璃熔體連續(xù)制備玻璃和玻璃陶瓷產(chǎn)物的方法和裝置。
背景技術(shù)：
玻璃產(chǎn)物、例如特別是高純度玻璃和玻璃陶瓷，通常在由貴金屬(例如鉬或鉬合 金)、和由石英玻璃制成的熔體容器內(nèi)制備。然而，這些容器具有已知的缺點(diǎn)，例如由于玻璃 熔體中夾帶的離子鉬而產(chǎn)生變黃和/或在夾帶的鉬粒子處的散射效應(yīng)、以及由于石英玻璃 熔爐材料溶于玻璃熔體中而產(chǎn)生條痕和其他不勻性。另外，用于高純度玻璃和玻璃陶瓷的玻璃熔體通常對于在各情況下使用的熔爐材 料都具有非常強(qiáng)的侵蝕性。結(jié)果，發(fā)生設(shè)備的損耗和制備過程的過早結(jié)束。由DE 102 44 807 Al已知，通過使用所謂的凝殼(skull)熔融設(shè)備來彌補(bǔ)這些 缺點(diǎn)，所述裝置包括由水冷的銅管構(gòu)成的多匝線圈和凝殼熔爐，所述凝殼熔爐由這樣的管 道構(gòu)成，所述管道由金屬(CU、Al、Ni-Cr-Fe合金、或可能的Pt)制成，并且具有平行于線圈 軸的柵狀布置方式(這也稱為“指形冷卻器”)。凝殼熔爐的管道必須具有最小間隔以能 夠使施加的高頻電場透過凝殼熔爐中存在的流動性玻璃，并隨著渦流的產(chǎn)生通過直接耦合 (in-coupling)而進(jìn)一步將其加熱。在冷卻的金屬熔爐和熱玻璃之間形成固化/結(jié)晶的內(nèi) 在材料的殼。這具有如下的功能保護(hù)金屬熔爐避免受到腐蝕性玻璃侵蝕和保護(hù)玻璃避免 夾帶來自金屬的雜質(zhì)，并且形成泄露屏障和降低從玻璃至冷卻介質(zhì)的熱損失。通過所述熔融方法而實(shí)現(xiàn)這些功能。此外，可以制備具有良好質(zhì)量的玻璃產(chǎn)物。然 而，所述熔融方法具有如下缺點(diǎn)。高于1000V的高的操作電壓導(dǎo)致反復(fù)的閃絡(luò)，主要在線圈和熔爐之間、特別是在 多塵環(huán)境中導(dǎo)致閃絡(luò)。這可導(dǎo)致操作的長期中斷，并因此導(dǎo)致高的生產(chǎn)成本。高的電壓對于所述裝置的操作者產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)源。結(jié)果，特別是由于熔爐處的電壓降而產(chǎn)生總功率的10%至20%的空載功率。另外，在具有柵狀布置方式的金屬管道(其形成熔爐的側(cè)壁)和金屬底部中，能量 被吸收或反射，因此其不再可用于所述熔融方法。為了能夠通過施加的高頻電場而完全加 熱熔體，必需確保盡可能有效的能量輸入。必須最大程度地最小化屬于熔融設(shè)備的金屬材 料的損失。然而，與在熔融設(shè)備中使用陶瓷相對的是，許多玻璃和玻璃陶瓷熔體表現(xiàn)出對于 陶瓷材料的高腐蝕性。因此，如果由耐火組分制成的陶瓷用于熔融設(shè)備，則沒有足夠的泄露 保護(hù)。另外，陶瓷襯墊的溶解產(chǎn)物在玻璃中產(chǎn)生條痕、氣泡、變色和其他缺陷，這會大大損害 產(chǎn)物的質(zhì)量。通常由熔體熔爐產(chǎn)生、因此也由凝殼熔爐引起的另一個問題是，玻璃組成在連續(xù) 操作裝置中的變化。常規(guī)的方案是簡單地改變在熔融過程中引入的批料組成。這樣做時(shí)存 在如下問題在改變批料組成后制備的玻璃僅逐漸地呈現(xiàn)出期望的組成。在該情況下，對于 期望的玻璃性能而言，至少如果組成差異是明顯的，就不能使用大量具有混合組成的制備 的玻璃。另外，直至獲得所需玻璃組成時(shí)，非生產(chǎn)性的時(shí)間周期導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。
另一方面，如果冷卻熔爐，必須除去固化的玻璃殘?jiān)?。然而，它們粘附至和熔體接 觸的熔爐表面。如果敲掉玻璃，熔爐可能會受到損壞。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的問題是簡化兩種玻璃之間的改變。通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決了本發(fā)明的問題。各從屬權(quán)利要求給出了本發(fā)明有 利的實(shí)施方案和改善方式。按照本發(fā)明，提供一種用于玻璃的熔融設(shè)備，其包括_熔融熔爐，和-感應(yīng)線圈，其優(yōu)選在所述熔融熔爐周圍延伸，以通過所述感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)場 來加熱玻璃熔體，和-壁元件，其形成所述熔爐的側(cè)壁，并具有-冷卻通道，通過所述冷卻通道可輸送冷卻流體，使得所述玻璃熔體在所述側(cè)壁上 固化并且形成凝殼層(skull layer)，其中-所述壁元件的內(nèi)側(cè)至少部分由含氮化鋁的陶瓷、特別是氮化鋁陶瓷形成。因此，按照本發(fā)明，熔爐的內(nèi)側(cè)側(cè)壁的熔體接觸表面至少部分由氮化鋁陶瓷或含 氮化鋁的陶瓷形成。氮化鋁的優(yōu)點(diǎn)在于一方面該材料是電絕緣的，另一方面其也具有良好 的導(dǎo)熱性。由于良好的導(dǎo)熱性，熔爐側(cè)壁甚至可以完全由氮化鋁陶瓷制成。換句話說，由含 氮化鋁的陶瓷元件代替用于凝殼熔爐的其它常規(guī)金屬管道，使得所述熔爐具有由含氮化鋁 的陶瓷制成的壁元件。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，壁元件可被構(gòu)造為相鄰輸送管道的形式，各個所述 輸送管道的內(nèi)部形成冷卻通道，通過所述冷卻通道輸送冷卻流體?？蛇x擇地或另外地，可以提供板狀側(cè)壁元件，至少其內(nèi)側(cè)具有含氮化鋁的陶瓷。由于氮化鋁也是電絕緣的，因此感應(yīng)線圈的場根本不受壁元件影響或只受到壁元 件不明顯的影響，只要壁元件由電絕緣的材料制成、特別是完全由含氮化鋁的陶瓷制成。因 此，減少了由于凝殼熔爐的常規(guī)金屬管道構(gòu)造而引起的上述問題。由于所述材料的優(yōu)點(diǎn)，因此還可以提供熔爐的底部元件，對于該底部元件而言，至 少內(nèi)側(cè)是由含氮化鋁的材料制成的。優(yōu)選地，熔爐的冷卻是用水來進(jìn)行的。為了獲得足夠良好的導(dǎo)熱性，特別優(yōu)選的是使壁元件的內(nèi)側(cè)由含氮化鋁的陶瓷形 成，所述含氮化鋁的陶瓷含有占優(yōu)勢摩爾比例的氮化鋁。優(yōu)選地，陶瓷中氮化鋁的摩爾比例 為至少70%。則在本發(fā)明的改善方式中，如果合適的話，熔體接觸表面的含氮化鋁的陶瓷可 含有氮化硼作為另外的組分。氮化硼也具有良好的導(dǎo)熱性，盡管該導(dǎo)熱性較低。然而，氮化 硼的混合物使得材料更容易加工，這對于熔融設(shè)備的生產(chǎn)成本是有利的。無論使用純氮化鋁陶瓷還是混合物(例如和上述氮化硼的混合物)，當(dāng)在20°C下 測量時(shí)，陶瓷的導(dǎo)熱率至少為85W/m ·Κ是有利的。在純氮化鋁陶瓷或那些具有少量混合物 (例如和氮化硼的混合物)的情況下，甚至可以獲得大于130W/m · K的導(dǎo)熱率的值。為了確保電磁場幾乎不受阻礙地透過，當(dāng)含氮化鋁的陶瓷在20°C的溫度下的電導(dǎo) 率小于10_8S/m時(shí)是更有利的。例如，純氮化鋁陶瓷的電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于該值。
已經(jīng)表明，作為材料本身，氮化鋁即使在許多侵蝕性熔體中也具有高的長期穩(wěn)定 性。因此，熔融設(shè)備被特別優(yōu)選地構(gòu)造以用于玻璃的連續(xù)熔融，所述裝置具有玻璃熔體出 口，在操作過程中玻璃熔體可以通過所述出口連續(xù)排出；以及用于連續(xù)或分批投入熔融進(jìn) 料的進(jìn)料裝置。另外，作為熔體接觸材料的氮化鋁的特殊性能是玻璃不與其粘附或很難與其發(fā)生 粘附。通常，固化的玻璃熔體甚至自身與陶瓷分開。這產(chǎn)生如下特別的優(yōu)點(diǎn)在排空或冷卻 后，熔爐可以以非常簡便的方式除去玻璃殘?jiān)Ｒ虼?，這導(dǎo)致了在連續(xù)操作的熔體熔爐中可 規(guī)避復(fù)雜和成本密集的再熔融的可能性，其中第一熔融組合物在正在進(jìn)行的操作中被第二 熔融組合物代替，其中熔融玻璃的組成逐漸地改變。為此，按照本發(fā)明提供了一種用于熔融玻璃、特別是通過例如上述裝置來熔融玻 璃的方法，其中，連續(xù)或分批進(jìn)行如下步驟-將第一組合物的熔融進(jìn)料投入熔爐中，和-將熔爐中的熔融進(jìn)料熔融在已經(jīng)存在于其中的玻璃熔體中，其中所述熔體-由感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電磁場來加熱，其中-通過將冷卻流體傳輸通過冷卻通道，同時(shí)冷卻所述熔爐的側(cè)壁，使得凝殼層被保 留在所述熔爐的側(cè)壁上，-和其中連續(xù)從所述熔爐中取出熔體，以及-其中所述凝殼層所附著的所述熔爐內(nèi)側(cè)的至少一部分由含氮化鋁的陶瓷形成， 和-改變所述玻璃熔體的組成。改變所述玻璃熔體的組成還包括如下步驟-冷卻所述熔體或熔體殘?jiān)?，其中把所述冷卻的熔體從由所述含氮化鋁的陶瓷形 成的所述側(cè)壁的內(nèi)側(cè)上取下，-除去所述冷卻熔體，-澆入第二玻璃組合物的熔融進(jìn)料，-熔融所述澆入的熔融進(jìn)料的區(qū)域，-通過感應(yīng)線圈將電磁能量耦合到所述熔融進(jìn)料的熔融區(qū)域中，并進(jìn)一步加熱所 述熔融進(jìn)料，由此也使剩余熔融進(jìn)料熔融，并且在冷卻的熔爐側(cè)壁處形成新的凝殼層，和-通過連續(xù)或分批投入熔融進(jìn)料和將熔融玻璃連續(xù)排出，使得所述第二玻璃組合 物的連續(xù)熔融過程連續(xù)進(jìn)行。通常，在改變玻璃熔體的過程中，自然有利的是在熔體冷卻前或感應(yīng)線圈的交變 場關(guān)閉前排空熔爐。典型地，殘留在熔爐中的玻璃熔體可與由含氮化鋁的陶瓷制成的熔體接觸表面分 開，而無需任何進(jìn)一步處理(即，也不需要使用鑿子或類似工具)，因?yàn)榈X的低表面能 防止了玻璃的粘附。這也適用于含有氮化硼混合物的熔體接觸表面，即，適用于氮化硼-氮 化鋁陶瓷，因?yàn)榈鹨簿哂械捅砻婺?。用于根?jù)本發(fā)明的方法或根據(jù)本發(fā)明的裝置的特別合適的玻璃優(yōu)選為不含砷和 不含堿的硅酸鋁玻璃、氟磷酸鹽玻璃、和硼酸鑭玻璃。另外，氮化鋁對這些玻璃仍表現(xiàn)出良好的減摩性能。特別地，如果冷卻失敗并且凝 殼層熔融，在氮化鋁上熔體的侵蝕是低的。
相反，在一些其他玻璃的情況下(例如用于光纖的含砷的玻璃)，發(fā)生熔體的更加 強(qiáng)烈的侵蝕，同時(shí)形成大量氣泡。然而，顯而易見的是，也可以使用這些玻璃，只要確保持久 的冷卻。在任何情況下，還可以在非常多樣化的玻璃之間轉(zhuǎn)換(例如在上述類型的玻璃之 間)，而無需任何進(jìn)一步的處理，因?yàn)槿垠w殘?jiān)梢砸匀菀?、因此也是?shí)際上無殘?jiān)姆绞?從熔爐除去。在一定的操作時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)在一些玻璃(例如上述光纖的含砷玻璃、硼酸鑭玻璃 和氟磷酸鹽玻璃)的情況下，由含氮化鋁的陶瓷上的熔體產(chǎn)生結(jié)晶層。此處已表明，如同固 化的玻璃層那樣，同樣可容易地除去結(jié)晶層，而不會對陶瓷產(chǎn)生任何明顯的侵蝕。當(dāng)內(nèi)部熔爐側(cè)壁的周長朝向底部或朝向底部元件擴(kuò)大，并且底部和側(cè)壁可以分開 時(shí)，還可以特別促進(jìn)再熔融或兩種不同玻璃組成的改變、和熔爐的清潔。換句話說，由于擴(kuò) 大的周長，因此熔爐內(nèi)部側(cè)壁、至少在靠近其底部邊緣的區(qū)域具有擴(kuò)大的橫截面，或至少具 有朝向底部擴(kuò)大的橫截面積。例如，熔爐可以鐘狀或圓錐形地?cái)U(kuò)大?？砂慈缦路绞桨l(fā)生熔體組成的改變?nèi)缟纤?，首先冷卻殘留在熔爐中的熔體。然后通過沿垂直方向?qū)⒌撞亢蛡?cè)壁彼 此分開(例如通過向下移動底部或向上移動側(cè)壁)，簡單地除去冷卻熔體。作為側(cè)壁的周長 朝向底部擴(kuò)大這樣的事實(shí)的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)如下情況固化的熔體不是粘附至側(cè)壁，而是位于底 部上。然后固化的玻璃熔體殘?jiān)梢砸苑浅：唵蔚姆绞綇谋┞兜牡撞可铣?，因?yàn)槿垠w不 再被環(huán)狀側(cè)壁包圍。為此，例如，熔體可從底部被推至側(cè)面或傾倒出來。在除去后，底部和 側(cè)壁重新裝配，并且澆入第二玻璃組合物的熔融進(jìn)料。而且，已證明氮化鋁特別適用于長期操作中的較長操作時(shí)間，因?yàn)槿垠w對于冷卻 的側(cè)壁只有輕微的侵蝕。因此，在改變?nèi)垠w組成之間可以有較長的時(shí)間間隔。因此，在長期 操作中，熔爐可以具有至少兩個月的使用壽命，或在長期操作中操作至少兩個月。使用根據(jù) 本發(fā)明的熔爐，甚至明顯更長的使用壽命也是可能的。優(yōu)選地，操作時(shí)間至少為半年。例如 在該情況下，由于上述玻璃組成的改變而短暫中斷的操作也被認(rèn)為是長期操作，只要熔爐 在操作期間內(nèi)的熔融操作中工作至少85 %的時(shí)間。有利地，使用氮化物陶瓷或通常使用具有低的氧含量的含氮化鋁的陶瓷，因?yàn)榈?化鋁的導(dǎo)熱性極大地取決于氧含量。然而，氧是氮化鋁陶瓷的典型組分。隨著氧含量的增 加，導(dǎo)熱性漸進(jìn)地減小。為此，優(yōu)選使用氧含量低于2摩爾％的氮化鋁陶瓷。而且，氮化鋁相對容易被氧化，其中氧化速度隨著溫度呈線性地增加。因此，為了 防止氧化，一方面被大氣中的氧氣氧化，另一方面尤其是被熔體中的氧氧化，含有氮化鋁的 材料的充分冷卻是重要的。在該過程開始后，其產(chǎn)生自我強(qiáng)化過程增加的溫度導(dǎo)致增強(qiáng)的 氧化，并且增強(qiáng)的氧化會降低材料的導(dǎo)熱性，因此反過來導(dǎo)致增加的溫度。特別地，在本發(fā) 明的特別優(yōu)選的改進(jìn)方式中，壁元件的內(nèi)側(cè)被冷卻，使得面向所述熔體的側(cè)面上的表面溫 度、或其內(nèi)側(cè)上的表面溫度低于750°C，優(yōu)選低于500°C。相反地，如果使用具有上述低的氧 含量的氮化鋁陶瓷作為側(cè)壁材料，這種自我強(qiáng)化過程在長時(shí)間內(nèi)被有效地抑制，因此實(shí)現(xiàn) 長的使用壽命。下面將基于示例性實(shí)施方案并參照附圖來更詳細(xì)地說明本發(fā)明。此處，相同的附 圖標(biāo)記指相同或?qū)?yīng)的元件。


本發(fā)明示出圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一示例性實(shí)施方案的剖視圖，圖2是根據(jù)第二示例性實(shí)施方案的裝置的部件的圖，圖3是由氮化鋁陶瓷制成的指形冷卻器的橫截面，所述指形冷卻器用于測試陶瓷 在各種不同玻璃熔體中的性能，和圖4至6是改變?nèi)垠w組成的方法的步驟。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于玻璃的熔融設(shè)備1的剖視圖，所述熔融設(shè)備1具有 熔融熔爐10。感應(yīng)線圈3在熔融熔爐10周圍環(huán)狀延伸，以通過感應(yīng)線圈3產(chǎn)生的感應(yīng)場來加熱 玻璃熔體。熔爐10的側(cè)壁4由管道形式的壁元件5形成，所述管道5由含氮化鋁的陶瓷、優(yōu) 選由氮化鋁陶瓷制成，任選地含有氮化硼的混合物。在各管道5中延伸的是冷卻通道50，在 熔爐操作過程中通過冷卻通道50輸送冷卻水，使得玻璃熔體固化在側(cè)壁上并形成凝殼層。 冷卻通道50連接至普通供應(yīng)通道51。由含氮化鋁的陶瓷制成的管道5是電絕緣的。因此，感應(yīng)線圈3的電磁交變場可自 由地貫穿入熔體中。與用于玻璃熔體的常規(guī)凝殼熔爐(其由金屬管道構(gòu)成)的情況相反， 側(cè)壁的管道5中的場不引起電流。此外，用于管道5的含氮化鋁的陶瓷在20°C下的導(dǎo)熱率 至少為85W/m · K和電導(dǎo)率為小于10_8S/m。為此，優(yōu)選使用氧含量小于2摩爾％的氮化鋁 陶瓷。為了在熔爐操作過程中防止氮化鋁陶瓷的氧化，管道5被另外地冷卻，使得它們的表 面溫度保持低于750°C，優(yōu)選低于500°C。熔爐10的底側(cè)由底部元件7形成，其同樣通過冷卻通道71冷卻。底部元件7、至 少其內(nèi)側(cè)也優(yōu)選由含氮化鋁的陶瓷制成。如果底部元件7如同側(cè)壁那樣也是電絕緣的，則 線圈3的場可完全不受阻礙地貫穿入熔體中。按照這種方式，實(shí)現(xiàn)了熔融設(shè)備1的明顯改
善的效率。管道5的上端通過環(huán)9固定于其位置，所述環(huán)9 (例如)由Qimrzal或其他溫度穩(wěn) 定性材料制成。圖1中示出的例子中環(huán)9和底部部件7提供有供應(yīng)通道51，通過其供應(yīng)或 排出用于管道5的冷卻水。底部部件7中另外提供有排出出口 72。該出口 72 (例如)用于在連續(xù)操作過程中 通過與其連接的立管(riser pipe)進(jìn)行熔體的穩(wěn)定排出，以及用于當(dāng)玻璃組成改變時(shí)使熔 體排出?？蛇x擇地，也可以在熔體表面區(qū)域中提供排出出口用于使熔體排出。在該情況下， 有利的是在出口前面提供浸入熔體中的屏障，其防止加入的仍未熔融的熔融進(jìn)料直接進(jìn)入 出口。圖2示出根據(jù)圖1中示出的示例性實(shí)施方案的變體形式的裝置1的部件。在該變 體形式中，熔爐10的側(cè)壁由板狀元件6構(gòu)成，所述板狀元件6由含氮化鋁的陶瓷制成。板狀元件6中還提供有冷卻通道50，在操作過程中冷卻水通過冷卻通道50傳輸以產(chǎn)生凝殼 層。未示出感應(yīng)線圈和任選提供的環(huán)9。下面將描述使用氮化鋁作為上述裝置的熔體接觸材料的幾個實(shí)驗(yàn)。使用含砷的纖維玻璃(標(biāo)號PW4)、氟磷酸鹽玻璃(標(biāo)號N-PK52A)和硼酸鑭玻璃 (標(biāo)號N-LaSF31A)來測試氮化鋁陶瓷作為熔體接觸材料的適用性。制備由氮化鋁陶瓷制成 的指形冷卻器(如圖3中所示)以用于所述測試。在指21中引入兩個縱孔23、24，它們通 過末端22處的橫孔25而彼此相連通。橫孔25使用兩個塞子26密封。與縱孔23、24連接 的是銅管27，通過銅管27來供應(yīng)和排出冷卻水。流向通過縱孔23、24中的箭頭符號來表
7J\ ο指形冷卻器20在其末端22處浸入玻璃熔體中，在各測試中保持在該處約24小 時(shí)，然后取出。含砷的纖維玻璃的熔體溫度為1350°C。在指形冷卻器從熔體中取出后，發(fā)現(xiàn)約5 毫米厚的熔融材料的結(jié)晶層。然而，所述層未牢固地粘附至氮化鋁陶瓷。硼酸鑭玻璃熔體的溫度為約1400°C。在指形冷卻器上直接發(fā)現(xiàn)厚度為約1-2毫米 的玻璃層，其反過來被厚度為約6至7毫米的結(jié)晶層圍繞。這些殘?jiān)部梢耘c熔體分開而 沒有任何問題。在存放在約900°C的氟磷酸鹽玻璃熔體中后，發(fā)現(xiàn)在指形冷卻器上只有一個玻璃 層。因此，未觀察到結(jié)晶。也可以容易地使玻璃層分開。未在上述測試中觀察到熔體對于氮化鋁陶瓷的任何明顯的侵蝕。為了測試熔體引起的侵蝕，再次將指形冷卻器存放在氟磷酸鹽玻璃熔體中1星 期。即使在1星期后，也未觀察到由熔體引起的任何明顯的侵蝕。此外，使用浸入熔體中的未冷卻的氮化鋁陶瓷物來進(jìn)行測試，以測試在冷卻失敗 過程中的材料侵蝕。除了上述玻璃熔體，還測試不含砷和不含堿的硅酸鋁玻璃(標(biāo)號AF 37)熔體。在含砷的纖維玻璃的1400°C的熱熔體中觀察到強(qiáng)烈的反應(yīng)，并且在氮化鋁[陶 瓷]物處形成氣泡和熔體過度發(fā)泡，使得測試在不到15分鐘后停止。由于含砷，反應(yīng)是可 能的。因此如果期望良好的減摩性能，本發(fā)明是合適的，特別是用于無砷或至少低砷玻 璃的熔融。就本發(fā)明而言，低砷是指玻璃的As2O3含量小于0. 25重量％。如果觀察到在冷卻的陶瓷上形成結(jié)晶層，這也可明顯改善減摩性能，因?yàn)榻Y(jié)晶層 產(chǎn)生針對熔體的陶瓷屏蔽。相反，在硼酸鑭玻璃的1350°C的熱熔體中只觀察到輕微的反應(yīng)。然而，此處發(fā)現(xiàn)對 用于測試的Quarzal熔爐的強(qiáng)烈侵蝕，使得該測試在約30分鐘后停止。這證明本發(fā)明也非 常好地適用于侵蝕性熔體。起先，在氟磷酸鹽玻璃的950°C熱熔體中沒有明顯的反應(yīng)。只在一會后發(fā)現(xiàn)形成少 量氣泡。觀察到均勻的逐漸溶解。在約150分鐘后測試結(jié)束。因此，即使氮化鋁陶瓷受到 熔體的輕微侵蝕，在氟磷酸鹽玻璃的情況下也獲得了良好的減摩性能，而不會破壞具有氮 化鋁側(cè)壁的熔爐。即使在1600°C下，在不含砷和不含堿的鋁硅酸鹽玻璃的熔體中也可以觀察到類似的結(jié)果。此處也只發(fā)現(xiàn)輕微的反應(yīng)，并且形成少量氣泡，使得測試可以在約120分鐘后結(jié)束 而不會過早停止。圖4至6示出使用裝置改變玻璃熔體的方法的步驟，所述裝置示出了圖1和圖2 中示出的示例性實(shí)施方案的變體形式，并且其具有周長朝向底部擴(kuò)大的熔爐側(cè)壁。在該情 況下示意性示出裝置1的橫截面。為了簡單起見，底部元件7和側(cè)壁4中的冷卻通道并未 示出。例如，側(cè)壁4可以由管道形式的壁元件5(如圖1中所示)構(gòu)成，或者由板狀形式的 元件6(如圖2中所示)構(gòu)成。正如基于圖4可以看到的，側(cè)壁4朝向其下緣40擴(kuò)大。換 句話說，其周長朝向設(shè)置在下緣40處的底部擴(kuò)大。而且，底部元件7和側(cè)壁4保持為它們 可以分開的方式。最初，如圖4中所示，熔爐10仍然填充有第一組合物的熔體11。為了改變?nèi)垠w，通 過關(guān)閉施加至感應(yīng)線圈3的感應(yīng)電壓(其未在圖4中示出)而初始冷卻熔體11。如果需要 的話，熔爐10可以在冷卻前排空，使得只有填充的熔體殘?jiān)詺埩粼谌蹱t10內(nèi)。因此，在 圖4中還示出未完全填充的熔爐10。為了排空，可以在底部元件7中設(shè)置排出出口，如圖1 中示出的例子中那樣。然后，如圖5所示，將底部元件7和側(cè)壁4在垂直方向上拉開，因此彼此空間分開。 由于內(nèi)部側(cè)壁的含氮化鋁的陶瓷，因此固化的熔體與側(cè)壁4分開，所述熔體不是與壁內(nèi)側(cè) 粘附，而是殘留在底部元件7上。此時(shí)可從側(cè)面容易地得到底部元件7上的熔體11，并且可 以簡單的方式除去。接下來，如圖6所示，將底部元件7和側(cè)壁4放回到一起，用散裝的第二玻璃組合 物的固體熔融料12填充熔爐10，并且通過輔助加熱方式(例如燃燒器15)加熱熔爐，使得 局部形成第二玻璃組合物的熔體13。然后進(jìn)一步感應(yīng)加熱熔體13，使得剩余的散裝熔融進(jìn) 料熔融。隨后，使得所述第二玻璃組合物的連續(xù)熔融操作連續(xù)進(jìn)行，其中連續(xù)或分批投入熔 融進(jìn)料，并且連續(xù)排出。顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明不是受限于上述示例性實(shí)施方案，而是可 以在所附專利權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行各種改變。特別地，示例性實(shí)施方案的特征也可以互 相結(jié)合。因此，例如由含氮化鋁的陶瓷制成的板狀壁元件(例如如圖2中所示)可以和按 照圖1中示出的示例性實(shí)施方案的管狀壁元件結(jié)合。
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權(quán)利要求
一種用于玻璃的熔融設(shè)備(1)，包括 熔融熔爐(10)，其具有 感應(yīng)線圈(3)，其優(yōu)選在所述熔融熔爐(10)周圍延伸，以通過所述感應(yīng)線圈(3)產(chǎn)生的感應(yīng)場來加熱玻璃熔體，和 壁元件(5，6)，其形成所述熔爐(10)的側(cè)壁，并具有 冷卻通道(50)，通過所述冷卻通道可輸送冷卻流體，使得所述玻璃熔體在所述側(cè)壁上固化并且形成凝殼層，其中 所述壁元件(5，6)的內(nèi)側(cè)至少部分由含氮化鋁的陶瓷形成。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，所述熔爐(10)包括相鄰輸送管 道形式的壁元件(5)，各個所述管道的內(nèi)部形成冷卻通道(50)，通過所述冷卻通道輸送所 述冷卻流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，所述熔爐具有板狀壁元件(6)，所 述壁元件的內(nèi)側(cè)具有含氮化鋁的陶瓷。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，用水冷卻所述熔爐 (10)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其特征還在于所述熔爐的底部元件 (7)，其中，在底部元件的情況下，至少內(nèi)側(cè)是由含氮化鋁的材料形成的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，所述壁元件(5，6)由 電絕緣的材料制成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，由含氮化鋁的陶瓷制備的所述 壁元件(5,6)
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，所述壁元件(5，6)的 內(nèi)側(cè)由含氮化鋁的陶瓷形成，所述含氮化鋁的陶瓷含有摩爾比例占優(yōu)勢的，優(yōu)選為至少 70%的氮化鋁。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，所述含氮化鋁的陶瓷 含有氮化硼作為另外的組分。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其設(shè)計(jì)用于連續(xù)熔融玻璃，其中所述 設(shè)備具有玻璃熔體排出出口，在操作過程中玻璃熔體能通過所述出口被連續(xù)排出；以及 用于連續(xù)或分批投入熔融進(jìn)料的進(jìn)料裝置。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，所述含氮化鋁的陶瓷 在20°C下的導(dǎo)熱率至少為85W/m K。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，所述含氮化鋁的陶瓷 在20°C的溫度下的電導(dǎo)率小于10_8S/m。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，熔爐內(nèi)部側(cè)壁的周長 朝著底部的方向擴(kuò)大，并且所述底部和側(cè)壁可以彼此分開。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融設(shè)備，其特征還在于，所述壁元件(5，6)的 內(nèi)側(cè)至少部分由氧含量小于2摩爾％的氮化鋁陶瓷形成。
15.一種用于熔融玻璃、特別是通過根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(1)來熔 融玻璃的方法，其特征在于，連續(xù)或分批進(jìn)行如下步驟“將第一玻璃組合物的熔融進(jìn)料投入熔爐中，和-將所述熔爐(10)中的熔融進(jìn)料熔融在已經(jīng)存在于其中的玻璃熔體中，其中所述熔體-由感應(yīng)線圈⑶產(chǎn)生的電磁場來加熱，其中-通過使冷卻流體傳輸通過冷卻通道(50)，同時(shí)冷卻所述熔爐(10)的側(cè)壁，使得凝殼 層被保留在所述熔爐側(cè)壁上，-和其中連續(xù)從所述熔爐(10)中取出熔體，以及_其中所述凝殼層所附著的所述熔爐(10)內(nèi)側(cè)的至少一部分由含氮化鋁的陶瓷形成，和-改變所述玻璃熔體的組成，還包括如下步驟_冷卻所述熔體或熔體殘?jiān)?，其中把所述冷卻的熔體從由所述含氮化鋁的陶瓷形成的 所述側(cè)壁的內(nèi)側(cè)上取下，-除去所述冷卻的熔體，-澆入第二玻璃組合物的熔融進(jìn)料，-熔融所述澆入的熔融進(jìn)料的區(qū)域，-通過所述感應(yīng)線圈(3)將電磁能量耦合到所述熔融進(jìn)料的熔融區(qū)域中，并進(jìn)一步加 熱所述熔融進(jìn)料，由此也使剩余熔融進(jìn)料熔融，并且在冷卻的熔爐側(cè)壁處形成新的凝殼層， 和-通過連續(xù)或分批投入熔融進(jìn)料和將熔融的玻璃連續(xù)排出，使得所述第二玻璃組合物 的連續(xù)熔融過程連續(xù)進(jìn)行。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于，在所述熔體冷卻前，所述熔爐(10) 被排空。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于，熔融不含砷和不含堿的硅酸鋁玻 璃、氟磷酸鹽玻璃或硼酸鑭玻璃。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征還在于，所述熔爐側(cè)壁用水冷卻。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征還在于，在所述含氮化鋁的陶瓷上 形成所述玻璃熔體的結(jié)晶層。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在熔爐中熔融，對于所述熔爐而言， 熔爐內(nèi)部側(cè)壁的周長朝著底部的方向擴(kuò)大，并且所述底部和側(cè)壁可以彼此分開，和其中，在 冷卻所述熔體或所述熔體殘?jiān)牟襟E后，除去所述冷卻的熔體，隨后沿垂直方向使所述底 部和側(cè)壁彼此分開，其中固化的熔體保留在所述底部上并且在所述分開后被除去，以及其 中在除去所述熔體后，所述底部和所述側(cè)壁被重新裝配，并澆入第二玻璃組合物的熔融進(jìn) 料。
全文摘要
本發(fā)明涉及由玻璃熔體制備玻璃產(chǎn)物的方法和裝置，具體涉及由玻璃熔體連續(xù)制備玻璃和玻璃陶瓷產(chǎn)物的方法和裝置。為了簡化兩種玻璃之間的改變，本發(fā)明提供了一種用于玻璃的熔融設(shè)備，其包括熔融熔爐，和感應(yīng)線圈，其優(yōu)選在所述熔融熔爐周圍延伸，以通過所述感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)場來加熱玻璃熔體，和壁元件，其形成所述熔爐的側(cè)壁，并具有冷卻通道，冷卻流體可通過所述冷卻通道輸送，使得所述玻璃熔體在所述側(cè)壁上固化并且形成凝殼層，其中所述壁元件的內(nèi)側(cè)至少部分由含氮化鋁的陶瓷形成。
文檔編號C03B5/033GK101955313SQ20101023135
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者烏韋·科爾伯格, 安德烈亞斯·格羅斯, 恩斯特-沃爾特·謝弗, 托馬斯·基施, 西比勒·努特根斯 申請人:肖特公開股份有限公司