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DE102006050141A1 - Optical glass refining comprises use of high temperature zone, conditioning zone, homogenization zone, finishing zone, and helium recovery zone - Google Patents

Optical glass refining comprises use of high temperature zone, conditioning zone, homogenization zone, finishing zone, and helium recovery zone Download PDF

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Publication number
DE102006050141A1
DE102006050141A1 DE200610050141 DE102006050141A DE102006050141A1 DE 102006050141 A1 DE102006050141 A1 DE 102006050141A1 DE 200610050141 DE200610050141 DE 200610050141 DE 102006050141 A DE102006050141 A DE 102006050141A DE 102006050141 A1 DE102006050141 A1 DE 102006050141A1
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DE
Germany
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glass
helium
molten glass
zone
wall
Prior art date
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Ceased
Application number
DE200610050141
Other languages
German (de)
Inventor
Stefan Dr. Peter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
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Publication of DE102006050141A1 publication Critical patent/DE102006050141A1/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/42Details of construction of furnace walls, e.g. to prevent corrosion; Use of materials for furnace walls
    • C03B5/43Use of materials for furnace walls, e.g. fire-bricks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B5/225Refining

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

In a process to refine glass and remove air bubbles, helium is introduced directly to molten glass by diffusion through the walls of the surrounding crucible, followed by forming the optical glass product. The molten glass is subject to further refining, or conditioning, or cutting and shaping of the glass product, or all of these processes. The crucible is made of pure or dosed SiO2, SiO2 ceramic or SiO2 glass. The crucible wall in contact with the molten glass is a refraction metal or refraction metal alloy, a noble metal or a noble metal alloy. An independent claim is included for a helium diffusion assembly with a high temperature zone, a conditioning zone, a homogenization zone, a finishing zone, and a helium recovery zone.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Glasproduktes.The The invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a glass product.

Es ist bekannt während der Herstellung von hochwertigen Glasprodukten, die insbesondere eine geringe Anzahl an Blasen aufweisen sollen, Helium, insbesondere zum Läutern oder zur Verbesserung der Läuterung, in eine Glasschmelze einzuleiten. Von einem Glasprodukt mit einer geringen Anzahl an Blasen sprich man insbesondere dann, wenn das Glasprodukt weniger als 10 Blasen pro Kg Glas, bevorzugt weniger als 5 Blasen pro Kg Glas und bei besonders hochwertigen Glasprodukten sogar weniger als 1 Blase pro Kg Glas oder gar weniger als 0,2 Blasen pro Kg Glas enthält. Gezählt werden dabei alle Blasen, die mit dem bloßen Auge sichtbar sind und/oder eine Lichtstreuung verursachen. Für besondere Anwendungen (z.B. optische Gläser) kann es auch erforderlich sein, dass Blasen mit Durchmessern bis in den nm-Bereich mitgezählt werden.It is known during the production of high quality glass products, in particular should have a small number of bubbles, helium, in particular to the laughter or to improve the purification, into a glass melt. From a glass product with a low number of bubbles say one in particular when the glass product less than 10 bubbles per Kg of glass, preferably less than 5 bubbles per kg of glass and even less than in the case of particularly high-quality glass products 1 bubble per Kg of glass or even less than 0.2 bubbles per Kg of glass contains. counted In doing so, all the bubbles which are visible to the naked eye and / or cause a light scattering. For special applications (e.g. optical glasses) It may also be necessary for bubbles with diameters up to counted in the nm range become.

Aus der Schrift US 3,622,296 ist das Läutern von Glasschmelzen mittels NaCl und Helium bekannt. Das beste Ergebnis – geringe Anzahl an Blasen im resultierenden Glas, kurze Läuterzeit – wurde durch eine Mischläuterung aus NaCl und Helium erzielt. Die Läuterung ausschließlich mit Helium führte zu einem besseren Ergebnis als die Läuterung ausschließlich mit NaCl.From the Scriptures US 3,622,296 is the refining of glass melts using NaCl and helium known. The best result - low number of bubbles in the resulting glass, short refining time - was achieved by a mixed clarification of NaCl and helium. Purification with helium alone gave better results than purification with NaCl only.

Helium mittels eines Blasenspenders, der einen Porenkörper mit offenen Poren umfasst, in eine Glasschmelze einzuleiten ist aus der Schrift EP 1 184 343 A1 bekannt. Durch Einstellung des Druckvolumens und/oder des Arbeitsdrucks des Heliums wird ein Heliumblasendurchmesser von < 20 mm eingestellt.Helium by means of a bubble dispenser, which includes a porous body with open pores to initiate in a molten glass is from the Scriptures EP 1 184 343 A1 known. By adjusting the pressure volume and / or the working pressure of helium, a helium bubble diameter of <20 mm is set.

In Schrift EP 1 577 270 A1 wird ein Vorrichtung zur Herstellung einer Glasschmelze aus Gemengerohstoffen beschrieben. Zur Erniedrigung der Anzahl an Blasen im resultierenden Glas wird Helium und/oder Neon in die Glasschmelze eingeleitet und in dieser verteilt. Der durchschnittliche Blasendurchmeser der mittels Gaseinleitungsrohren in die Glasschmelze eingebrachten Heliumblasen ist dabei gleich oder kleiner 150 mm.In writing EP 1 577 270 A1 An apparatus for producing a molten glass from batch raw materials is described. To reduce the number of bubbles in the resulting glass helium and / or neon is introduced into the glass melt and distributed in this. The average bubble diameter of the helium bubbles introduced into the glass melt by means of gas inlet tubes is equal to or less than 150 mm.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Glasproduktes zu finden. Dabei soll, insbesondere zum Läutern oder zur Verbesserung der Läuterung und zur Verringerung der Anzahl an Blasen im resultierenden Glasprodukt, Helium in eine Glasschmelze eingeleitet werden. Auch sollen die jeweils erforderlichen Mengen Helium kostengünstig in die Glasschmelze eingebracht werden. Weiterhin soll genügend Helium in der Glasschmelze bereitgestellt werden, um die Läuterung der Glasschmelze effektiv zu unterstützen.task It is the object of the present invention to provide a method and an apparatus to find a glass product. It should, in particular to the laughter or to improve the purification and to reduce the number of bubbles in the resulting glass product, Helium be introduced into a molten glass. Also should the each required amount of helium cost-effectively introduced into the molten glass become. Furthermore, enough should Helium in the molten glass be provided to the refining to effectively support the molten glass.

Lösung der Aufgabe:Solution of the task:

Die Aufgabe wir gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Glasproduktes, das wenigstens folgende Verfahrensschritte aufweist:

  • – herstellen einer Glasschmelze aus Gemengerohstoffen,
  • – einleiten von Helium in die Glasschmelze, wobei Heliums mittels Diffusion durch eine mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung direkt in die Glasschmelze eingeleitet wird,
  • – formen der Glasschmelze zu dem Glasprodukt.
The object is achieved by a method for producing a glass product, which has at least the following method steps:
  • - producing a glass melt from vegetable raw materials,
  • Introducing helium into the molten glass, wherein helium is introduced by diffusion through a wall in contact with the molten glass directly into the molten glass,
  • - Forming the glass melt to the glass product.

Unter Diffusion wird die Helium-Durchdringung, der für die Glasschmelze undurchlässigen Wandung, von der Außenseite der Wandung (nicht mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Seite) auf die Innenseite der Wandung (mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Seite) verstanden. Helium wandert von der Außenseite mit hoher Heliumkonzentration auf die Innenseite mit niedriger Heliumkonzentration und wird so in die Glasschmelze eingebracht. Insbesondere aufgrund der Strömung der Glasschmelze, der Heliumdiffusion innerhalb der Glasschmelze und durch Rühren der Glasschmelze wird das Helium in der Glasschmelze verteilt.Under Diffusion becomes the helium penetration, the wall impermeable to the molten glass, from the outside the wall (not in contact with the molten glass) on the inside of the wall (in contact with the molten glass standing side). Helium migrates from the outside with high helium concentration on the inside with low helium concentration and is thus introduced into the molten glass. Especially because of the flow the molten glass, the helium diffusion within the molten glass and by stirring the molten glass, the helium is distributed in the molten glass.

Das Verfahren kann zusätzlich wenigstens einen der folgenden Verfahrensschritte aufweisen:

  • – läutern der Glasschmelze
  • – konditionieren der Glasschmelze
  • – homogenisieren der Glasschmelze
  • – nachverarbeiten des Glasproduktes.
The method may additionally comprise at least one of the following method steps:
  • - purify the glass melt
  • - conditioning the glass melt
  • - Homogenize the glass melt
  • - post-processing of the glass product.

Es hat sich gezeigt, dass Helium durch die mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung aus bestimmten Materialien diffundiert und so in ausreichenden Mengen in die Glasschmelze eingeleitet werden kann. Helium diffundiert besonders gut durch Wandungen die aus folgenden Materialien bestehen: reines oder dotiertes SiO2, SiO2-haltige Keramik, SiO2-haltiges Glas. Die Materialien können dabei insbesondere schmelzgegossen und/oder gesintert sein. Über Zusammensetzung und die Art des Gefüges des Materials, lässt sich die Heliumdiffusion beeinflussen. Weniger dichtes, feinkörniges Gefüge ermöglicht in der Regel eine erhöhte Heliumdiffusion. Die Diffusion von Helium (aber auch Wasserstoff oder Neon) durch Quarzglas oder Quarzgut nimmt mit steigender Temperatur zu und beträgt bei 700°C für Helium 2,1 × 10–8 cc/sec/cm2/mm/cm Hg. Durch Dotierung, z.B. mit Eisenoxid, kann die Durchlässigkeit für Helium weiter erhöht werden ( US 6,231,642 B1 ).It has been shown that helium can diffuse through the wall in contact with the glass melt made of certain materials and can be introduced in sufficient quantities in the molten glass. Helium diffuses particularly well through walls made of the following materials: pure or doped SiO 2 , SiO 2 -containing ceramic, SiO 2 -containing glass. In particular, the materials may be melt-cast and / or sintered. The composition and the type of microstructure of the material can be used to influence helium diffusion. Less dense, fine-grained structure usually allows increased helium diffusion. The diffusion of helium (but also hydrogen or neon) by quartz glass or fused quartz increases with increasing temperature and is at 700 ° C for helium 2.1 × 10 -8 cc / sec / cm 2 / mm / cm Hg. By doping, eg with iron oxide, the permeability to helium can be further increased ( US 6,231,642 B1 ).

Die Diffusionsrate von Heliumgas durch Festkörper beträgt ungefähr das Dreifache von Luft und etwa 65 % von Wasserstoff.The rate of diffusion of helium gas through solids is about three times that of air and about 65% of hydrogen.

Weiterhin hat es sich gezeigt, dass die Wandung aus im wesentlichen dem Material wie die Glasschmelze selbst bestehen kann. D.h. die Wandung weist die selbe oder eine sehr ähnliche Zusammensetzung wie die Glasschmelze auf. Insbesondere bei Glasschmelzverfahren, bei denen die erstarrte Glasschmelze in Kontakt mit der flüssigen Glasschmelze steht (z.B. Glasschmelzverfahren, die in sogenannten Skulltiegeln durchgeführt werden), kann durch die erstarrte Glasschmelze Helium in die flüssige Glasschmelze eingeleitet werden. Die erstarrte Glasschmelze dient bei solchen Verfahren als Wandung und Glaskontaktmaterial.Farther It has been shown that the wall of essentially the material how the molten glass itself can exist. That the wall faces the same or a very similar one Composition like the molten glass on. Especially in glass melting processes, in which the solidified glass melt is in contact with the liquid glass melt (e.g., glass melting processes carried out in so-called skull crucibles), Through the solidified glass melt, helium can enter the liquid glass melt be initiated. The solidified glass melt is used in such Method as a wall and glass contact material.

Die Wandung kann auch aus Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung bestehen. Edelmetalle oder Edelmetalllegierungen, z.B. Platin- und Platinlegierungen, finden eine breite Anwendung als Kontaktmaterial zur Glasschmelze (z.B. Tiegel, Rinnen, Läuterkammern, Rührer). Durch Diffusion von Helium durch Wandungen, die aus diesen Materialien bestehen, kann Helium einfach in die Glasschmelze eingebracht werden. Geeignete Edelmetalle sind insbesondere Ruthenium, Rhodium, Palladium, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin, Gold.The Wall can also be made of precious metal or a precious metal alloy consist. Precious metals or noble metal alloys, e.g. Platinum and Platinum alloys, find a wide application as contact material to the glass melt (e.g., crucibles, gutters, refining chambers, stirrer). By Diffusion of helium through walls made of these materials Helium can simply be introduced into the molten glass. Suitable noble metals are in particular ruthenium, rhodium, palladium, Rhenium, osmium, iridium, platinum, gold.

Neben Edelmetallen oder Edelmetalllegierung eignen sich grundsätzlich alle Metalle als Wandungsmaterial, die eine ausreichende Heliumdiffusion ermöglichen und auf grund des Kontaktes mit der Glasschmelze diese nicht negativ beeinflussen. Geeignete Metalle sind beispielsweise Refraktärmetalle, wie Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram, oder Refraktärmetalllegierungen.Next Precious metals or precious metal alloys are basically all suitable Metals as wall material that provide adequate helium diffusion enable and due to the contact with the molten glass, this is not negative influence. Suitable metals are, for example, refractory metals, such as Titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten, or refractory metal alloys.

Vorzugsweise ist die Wandung Teil der Wandung eines Glasschmelzaggregats. Sofern bei bestehenden Glasschmelzaggregaten ohnehin heliumdurchlässige Materialien als Wandung und Glaskontaktmaterial verwendet werden (z.B. Platinlegierungen, Quarzgut), kann Helium einfach von außen durch solche Wandungen diffundieren und direkt in die Glasschmelze eingeleitet werden. Es können aber auch heliumundurchlässige Wandungen oder Wandungen, die Helium schlecht durchlassen, durch heliumdurchlässige ersetzt werden.Preferably the wall is part of the wall of a glass melting unit. Provided helium-permeable materials in existing glass melting units anyway used as a wall and glass contact material (e.g., platinum alloys, Fused silica), helium can easily from the outside through such walls diffuse and be introduced directly into the molten glass. But it can also helium-impermeable Walls or walls that pass helium poorly are replaced by helium-permeable ones become.

Eine weitere Möglichkeit Helium in die Glasschmelze einzuleiten besteht darin, Rohre durch die Glasschmelze zu führen. Die Wandung der Rohre ist dabei durchlässig für Helium, so dass Helium durch die Wandung in die Glasschmelze diffundieren kann. Durch die Größe der mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung, kann die einleitbare Heliummenge beeinflusst werden. Je größer die Kontaktfläche, desto mehr Helium kann in die Glasschmelze eingebracht werden. Weiterhin gilt, dass durch dünne Wandungen mehr Helium eingebracht werden kann als durch dicke. Je höher die Temperatur der Wandung, desto mehr Helium kann eingeleitet werden.A another possibility Introducing helium into the molten glass is by passing pipes through to lead the glass melt. The wall of the tubes is permeable to helium, so that helium through the Wall can diffuse into the molten glass. By the size of the the glass melt in contact wall, the introductory Helium amount can be influenced. The larger the contact area, the more more helium can be introduced into the molten glass. Farther is true that through thin walls more helium can be introduced than by thick. The higher the Temperature of the wall, the more helium can be introduced.

Helium wird vorzugsweise während oder vor der Läuterung in die Glasschmelze eingeleitet. Zusätzliche kann Helium direkt in die Glasschmelze eingeleitet und/oder die Glasschmelze einer heliumhaltigen Atmosphäre ausgesetzt werden.helium is preferably during or before the purification introduced into the molten glass. Additional can helium directly introduced into the molten glass and / or the glass melt a helium-containing atmosphere get abandoned.

Neben Helium können weitere Gase mittels Diffusion durch die mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Wandung, wie Neon oder Wasserstoff, oder direkt in die Glasschmelze, wie Sauerstoff, eingeleitet werden.Next Helium can other gases by diffusion through the with the molten glass in Contact standing wall, like neon or hydrogen, or direct into the molten glass, such as oxygen, are introduced.

Von den bekannten Isotopen des Heliums sind 3He und 4He stabil. Das Mengenverhältnis der beiden stabilen Isotope variiert je nach Herkunftsort, Herstellungsart oder Heliumlieferant.From the known isotopes of helium are 3He and 4He stable. The ratio of the two stable isotopes varies depending on the place of origin, production method or helium supplier.

Zur Unterstützung der Läuterung und somit zur Verringerung der Anzahl an Blasen im Glasprodukt können ergänzend chemische Läutermethoden (z. B. Zusatz von chemischen Läutermitteln, wie polyvalente Oxide, Halogenide und/oder Sulfate zu den Gemengerohstoffen) und/oder physikalischen Läutermethoden (z. B. Hochtemperaturläuterung, Unterdruckläuterung) eingesetzt werden. Helium kann zusätzlich zur Diffusion durch die Wandung auch durch eindüsen (He-Bubbling) und/oder Einbringen durch die Oberfläche der Glasschmelze (z. B. über eine He-haltige Ofenatmosphäre) eingebracht werden.to support the purification and thus to reduce the number of bubbles in the glass product can additionally chemical Refining methods (eg. B. addition of chemical refining agents, such as polyvalent oxides, halides and / or sulfates to the batch raw materials) and / or physical refining methods (eg high-temperature explanation, Vacuum refining) be used. Helium can be used in addition to diffusion The wall also by injecting (He-bubbling) and / or introduction through the surface of the Glass melt (eg over a He-containing furnace atmosphere) be introduced.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Glasproduktes, wobei die Vorrichtung wenigstens folgende Bereiche aufweist:

  • – Einschmelzbereich, in dem aus Gemengerohstoffen eine Glasschmelze hergestellt wird,
  • – Heliumquelle,
  • – Gaseinleitungsbereich, in dem Helium mittels Diffusion durch eine mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung direkt in die Glasschmelze eingeleitet wird,
  • – Heißformgebungsbereich, in dem aus der Glasschmelze das Glasprodukt geformt wird.
Furthermore, the object is achieved by a device for producing a glass product, wherein the device has at least the following ranges:
  • - melting range, in which a glass melt is made from batch raw materials,
  • - helium source,
  • Gas introduction region, in which helium is introduced by diffusion through a wall in contact with the molten glass directly into the molten glass,
  • - Hot forming area, in which the glass product is formed from the glass melt.

Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung zur Herstellung des Glasproduktes zusätzlich wenigstens einen der folgenden Bereiche:

  • – Läuterbereich, in dem die Temperatur erhöht und die Glasschmelze geläutert wird,
  • – Konditionierbereich, in dem die Temperatur der Glasschmelze erniedrigt wird und eventuell verbleibende Restblasen vom der Glasschmelze resorbiert werden,
  • – Homogenisierbereich, in dem z.B. Schlieren aufgelöst werden,
  • – Nachverarbeitungsbereich, in dem das Glasprodukt nachverarbeitet wird, z. B. getempert, geschnitten, poliert, beschichtet, keramisiert,
  • – Heliumzurückgewinnungsbereich, in dem das aus der Glasschmelze aufsteigende Helium zurückgewonnen oder der Zurückgewinnung zugeleitet wird.
Advantageously, the device for producing the glass product additionally comprises at least one of the following ranges:
  • - refining area, where the temperature is raised and the glass melt is purified,
  • Conditioning area, in which the temperature of the molten glass is lowered and any remaining bubbles are absorbed by the molten glass,
  • Homogenizing area in which, for example, streaks are dissolved,
  • - Post-processing area where the glass pro product is processed, for. B. annealed, cut, polished, coated, ceramized,
  • - Helium recovery zone, where the helium rising from the molten glass is recovered or sent for recovery.

Der Gaseinleitungsbereich kann dem Läuterbereich vorgelagert (und dem Einschmelzbereich nachgelagert), Teil des Läuterbereichs oder der Läuterbereich selbst sein.Of the Gas inlet area can the refining area upstream (and downstream of the smelting area), part of the refining area or the refining area be yourself.

Helium wird üblicherweise von der Heliumquelle mittels möglichst heliumgasdichter Leitungen dem Gaseinleitungsbereich zugeführt. Vorteilhafterweise wird Helium in einen möglichst gegenüber der Außenatmosphäre heliumgasdichten Zwischenraum geführt, der an die mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Wandung heranreicht. Damit wird gewährleistet, das wenig Helium beim Transport von der Heliumquelle bis zur Glasschmelze verloren geht. Der Zwischenraum kann auch druckfest ausgelegt sein, damit reicht man, dass der an der mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung anliegende Heliumgasdruck gegenüber dem Atmosphärendruck erhöht werden kann und so mehr Helium in die Glasschmelze eingeleitet werden kann.helium becomes common from the helium source by means of possible Helium gas-tight lines fed to the gas inlet region. advantageously, Helium will be as possible across from the outside atmosphere helium gas-tight Space led, which comes close to the wall in contact with the molten glass. This will ensure the little helium during transport from the helium source to the molten glass get lost. The gap can also be designed pressure-resistant, so one reaches that of the one in contact with the molten glass Wall adjacent helium gas pressure relative to the atmospheric pressure can be increased and so more helium can be introduced into the molten glass.

Während oder nach der Helium-Einleitung aus der Glasschmelze austretendes Helium kann oberhalb der Glasschmelze gesammelt, ggf. aufbereitet und z. B. wieder mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder dem erfindungsgemäßen Verfahren in die Glasschmelze eingeleitet werden.While or helium escaping from the glass melt after helium initiation can be collected above the molten glass, if necessary prepared and z. B. again by means of the device according to the invention or the inventive method in the glass melt are introduced.

Vorteil der Erfindung:Advantage of the invention:

  • – Helium wird in atomarem Maßstab in die Glasschmelze eingebracht, dadurch sehr gut von der Glasschmelze aufgenommen und verteilt und steht insbesondere in ausreichenden Mengen zur Läuterung zur Verfügung. Mit kleineren oder genauso großen Heliummengen erzielt man so eine größere Wirkung als bei den bislang bekannten Verfahren.- helium will be at atomic scale introduced into the molten glass, thus very good of the molten glass recorded and distributed and is available in particular Quantities for purification to disposal. With smaller or just as big Helium amounts are thus more effective than in the past known methods.
  • – Große Heliumblasen, wie sie mittels bekannter Verfahren in die Glasschmelze eingebracht werden, werden schlecht von der Glasschmelze aufgenommen und unzureichend verteilt, ein Großteil der Heliumblasen steigt durch die Glasschmelze bis zu deren Oberfläche auf und steht so zur Läuterung nicht mehr zur Verfügung. Es müssen viel größere Mengen an Helium in die Glas schmelze in Form von Blasen eingeleitet werden um die gleich Menge an Helium in der Glasschmelze zu lösen, wie bei dem erfindungsgemäßen Einbringen mittels Diffusion. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher wirtschaftlicher und effektiver und umweltfreundlicher.- big helium bubbles, as introduced by known methods in the molten glass are poorly absorbed by the molten glass and insufficient distributed, much of the Helium bubbles rise through the molten glass to the surface and thus stands for purification no longer available. To have to much larger quantities at helium melt into the glass in the form of bubbles are introduced to dissolve the same amount of helium in the molten glass as in the introduction according to the invention by diffusion. The inventive method is therefore more economical and more effective and environmentally friendly.

Ausführungsbeispiele:EXAMPLES

Für die Glasherstellung übliche Gemengerohstoffe wurden in der Einschmelzkammer (Einschmelzbereich) eines kontinuierlich betriebenen Glasschmelzaggregat eingeschmolzen. Übliche Einschmelztemperaturen liegen im Bereich von 1000 bis 1650°C. Die Glasschmelze wurde in eine Läuterkammer (Läuterbereich) des Glasschmelzaggregats überführt. Üblicherweise wird während der Läuterung die Temperatur der Glasschmelze erhöht und so die Viskosität der Glasschmelze erniedrigt, wobei Temperaturen von bis zu 2000°C oder gar darüber erreicht werden. Aus einem Flüssigheliumtank (Heliumquelle) wurde Heliumgas der Reinheit > 99,96 % entnommen und auf die Außenseite der Läuterkammerwandung aufgebracht. Mittels Diffusion durch die mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Läuterkammerwandung wurde Helium direkt in die Glasschmelze eingeleitet (Gaseinleitungsbereich). Nach der Läuterung wurde die Glasschmelze auf die für die anschließende Heißformgebung notwendige Verarbeitungstemperatur gebracht. Mittels einer Heißformgebungseinrichtung (Heißformgebungsbereich) wurde aus der Glasschmelze Flachglas geformt.Common raw materials for glassmaking were in the Einschmelzkammer (meltdown area) of a continuous operated melted glass melted down. Typical melting temperatures are in the range of 1000 to 1650 ° C. The glass melt was in a refining chamber (Refining) of the glass melting unit transferred. Usually is during the purification Temperature of the molten glass increased and so the viscosity the glass melt is lowered, with temperatures of up to 2000 ° C or even about that be achieved. From a liquid helium tank (Helium source) helium gas of purity> 99.96% was removed and on the outside the refining chamber wall applied. By diffusion through the with the molten glass in Contact standing refining chamber wall helium was introduced directly into the molten glass (gas inlet area). After the purification was the glass melt on the for the subsequent one hot forming necessary processing temperature brought. By means of a hot forming device (Hot-forming area) was formed from the molten glass flat glass.

In mehreren Versuchsreihen innerhalb des Produktionsbetriebs und in Technikumanlegen wurden Flachgläser unterschiedlicher Zusammensetzung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.In several series of tests within the production plant and in Technikumanlegen were flat glasses different composition according to the inventive method produced.

Durch Heißformgebung der Glasschmelze auf einem flüssigen Zinnbad (Floaten) wurden alkalifreie Aluminoborosilikatgläser, die insbesondere als Displaygläser für LCD-TFT-Bildschirme Verwendung finden, hergestellt.By hot forming the molten glass on a liquid Tin baths (floats) were alkali-free aluminoborosilicate glasses, the especially as display glasses for LCD TFT screens Find use, manufactured.

Durch Heißformgebung mittels Walzen der Glasschmelze wurden Lithium-Alumino-Silikat-Grünglaser hergestellt. Solche Grüngläser lassen sich mittels Keramisierung (im Nachverarbeitungsbereich) in Glaskeramiken umwandeln und werden insbesondere ungefärbt als Kaminsichtscheiben und gefärbt als Kochflächen verwendet. Bei beiden Glasprodukten handelt es sich um hochwertige Gläser, die eine geringe An zahl an sichtbaren Blasen aufweisen müssen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Herstellung der genannten Flachgläser konnte die Anzahl der sichtbaren Blasen um den Faktor 2 bis 100 gegenüber den bislang bekannten und angewandten Herstellungsverfahren deutlich gesenkt werden.By hot forming By rolling the glass melt were lithium alumino-silicate green glass produced. Leave such green glasses by ceramization (in the post-processing area) in glass-ceramics convert and in particular are undyed as Kaminsichtscheiben and colored as cooking surfaces used. Both glass products are high quality glasses, which must have a low number of visible bubbles. by virtue of the production of the invention mentioned flat glasses could reduce the number of visible bubbles by a factor of 2 to 100 across from the previously known and applied manufacturing process clearly be lowered.

In beiden Glasprodukten wurde Helium mittels Massenspektrometrie eindeutig nachgewiesen werden. Typische Heliumkonzentrationen liegen im Bereich von 0,0001 μl bis 2 μl, insbesondere 0,01 μl bis 2 μl pro g Glas (0°C, 1 bar). Selbst das 3He/4He-Isotopenverhältnis konnte im Glasprodukt bestimmt werden. Es ist in der Regel kleiner das natürliche Isotopenverhältnis, vermutlich aufgrund von Isotopenanreicherungseffekten während der Heliumherstellung oder innerhalb der Glasschmelze.In both glass products helium was clearly detected by mass spectrometry. Typical helium concentrations are in the range of 0.0001 μl to 2 μl, in particular 0.01 μl to 2 μl per g of glass (0 ° C, 1 bar). Even the 3He / 4He isotope ratio could be determined in the glass product. It is usually smaller that way natural isotope ratio, presumably due to isotopic enrichment effects during helium production or within the glass melt.

Innerhalb des Gaseinleitungsbereichs, also dem Bereich des Glasschmelzaggregats, in dem Helium mittels Diffusion durch eine mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung direkt in die Glasschmelze eingeleitet wird, zeigte sich, dass folgende Wandungsmaterialen sich besonders im Hinblick auf die Heliumdurchlässigkeit und die Beständigkeit (Feuerfestigkeit) gegenüber der heißen und korrosiven Glasschmelze bewähren:

  • – Quarzal-Wandung (reines > 99 %, gesintertes und teilgeschmolzenes SiO2)
  • – Quarz-Wandung (reines > 99 %, geschmolzenes SiO2)
  • – Platin- bzw. Platinlegierung-Wandung
  • – Skull-Kruste mit im wesentliche Zusammensetzung der Glasschmelze als Wandung
Within the gas introduction region, ie the region of the glass melt aggregate in which helium is introduced directly into the glass melt by diffusion through a wall in contact with the glass melt, it was found that the following wall materials are particularly suitable with regard to helium permeability and resistance (fire resistance). prove against the hot and corrosive glass melt:
  • - Quarzal wall (pure> 99%, sintered and semi-molten SiO 2 )
  • - Quartz wall (pure> 99%, molten SiO 2 )
  • - Platinum or platinum alloy wall
  • - Skull crust with in the essential composition of the molten glass as a wall

Je dünner die Wandung, desto höher die Heliumdiffusion, desto mehr Helium kann in die Glasschmelze eingeleitet werden. Je größer die mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Oberfläche der Wandung im Vergleich zum Volumen der Glasschmelze im Gaseinleitungsbereich (z. B. Volumen der Glasschmelze in der Läuterkammer), desto mehr Helium kann in die Glasschmelze eingeleitet werden. Poröses, insbesondere feinporöses Wandungsmaterial unterstützt die Heliumdiffusion. Je höher die Temperatur der Wandung, desto mehr Helium kann eingeleitet werden. Die Diffusionsrate hängt stark von der Zusammensetzung und dem Gefüge des Wandungsmaterials ab. Von Vorteil ist es, wenn das Wandungsmaterial eine große Heliumdiffusion zulässt und gleichzeitig widerstandsfähig gegenüber der Glasschmelze ist.ever thinner the wall, the higher the helium diffusion, the more helium can be in the molten glass be initiated. The bigger the In comparison with the molten glass in contact surface of the wall to the volume of molten glass in the gas inlet area (eg volume of the Molten glass in the refining chamber), the more helium can be introduced into the molten glass. Porous, in particular finely porous Wall material supported the helium diffusion. The higher the temperature of the wall, the more helium can be introduced. The diffusion rate depends strongly on the composition and the structure of the wall material. It is advantageous if the wall material a large helium diffusion allows and at the same time resistant across from the glass melt is.

Wurde Helium durch die mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Wandung, die die Wandung eines Rohrs ist, eingeleitet, so haben sich Quarz-, Platin- oder Palladium-Rohre bewährt. Der Heliumgasdruck in der Rohren kann vorteilhafterweise eingestellt und geregelt werden. Dir Zuführung von Helium zu den Diffusionsrohren erfolgt auch hier durch möglichst heliumgasdichte Leitungen.Has been Helium through the wall in contact with the molten glass, which is the wall of a pipe, introduced, quartz, platinum or palladium tubes proven. The helium gas pressure in the tubes can be advantageously adjusted and be regulated. You feed from helium to the diffusion tubes also takes place here by possible helium-gas-tight lines.

Besonders die Läuterung von arsen- und/oder antimonfreien, zinnhaltigen oder -reduzierten Glasschmelzen führte zu einer Verringerung der Anzahl der Blasen im resultierenden Glasprodukt.Especially the purification of arsenic and / or antimony-free, tin-containing or -reduced Glass melts led to a reduction in the number of bubbles in the resulting glass product.

Claims (10)

Verfahren zum Herstellen eines Glasproduktes dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: herstellen einer Glasschmelze aus Gemengerohstoffen, einleiten von Helium in die Glasschmelze, wobei Heliums mittels Diffusion durch eine mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung direkt in die Glasschmelze eingeleitet wird, formen der Glasschmelze zu dem Glasprodukt.A process for the production of a glass product, characterized in that the process comprises the following process steps: producing a glass melt from mixed raw materials, introducing helium into the molten glass, whereby helium is introduced by diffusion through a wall in contact with the molten glass directly into the molten glass, forming the Glass melt to the glass product. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich wenigstens einen der folgenden Verfahrensschritte aufweist: läutern der Glasschmelze, konditionieren der Glasschmelze, homogenisieren der Glasschmelze, nachverarbeiten des Glasproduktes.Method according to claim 1, characterized in that that the procedure in addition has at least one of the following method steps: purify the Molten glass, conditioning the molten glass, homogenize the Glass melt, post-processing of the glass product. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Helium durch die mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung aus Feuerfestmaterial, insbesondere aus reinem oder dotiertem SiO2, aus einer SiO2-haltigen Keramik, aus einem SiO2-haltigen Glas oder aus im wesentlichen dem Material wie die Glasschmelze eingeleitet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that helium through the standing in contact with the molten glass wall of refractory material, in particular of pure or doped SiO 2 , from a SiO 2 -containing ceramic, from a SiO 2 -containing glass or from in essentially the material such as the molten glass is introduced. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Helium durch die mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung aus Metall, insbesondere aus Refraktärmetall oder einer Refraktärmetalllegierung, aus Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung, eingeleitet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that helium through the ones in contact with the molten glass Wall of metal, in particular of refractory metal or a refractory metal alloy, made of precious metal or a precious metal alloy is introduced. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Helium durch die mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Wandung, die Teil der Wandung eines Glasschmelzaggregats ist, eingeleitet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that helium through with the glass melt wall in contact, the part of the wall of a glass melting unit is, is initiated. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Helium durch die mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Wandung, die die Wandung eines Rohrs ist, eingeleitet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that helium through with the glass melt in contact wall, which is the wall of a pipe introduced becomes. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Helium während oder vor der Läuterung in die Glasschmelze eingeleitet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the helium during or before the refining is introduced into the molten glass. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Helium direkt in die Glasschmelze eingeleitet und/oder die Glasschmelze einer heliumhaltigen Atmosphäre ausgesetzt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that additional Helium introduced directly into the molten glass and / or the molten glass a helium-containing atmosphere is suspended. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben Helium weitere Gase mittels Diffusion durch die mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Wandung, wie Neon, oder direkt in die Glasschmelze, wie Sauerstoff, eingeleitet werden.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that in addition to helium other gases by diffusion through the wall in contact with the molten glass, such as Neon, or directly into the molten glass, such as oxygen, introduced become. Vorrichtung zur Herstellung eines Glasproduktes, gekennzeichnet durch, einen Einschmelzbereich, in dem aus Gemengerohstoffen eine Glasschmelze hergestellt wird, wenigstens eine Heliumquelle, wenigstens einen Gaseinleitungsbereich, in dem Helium mittels Diffusion durch eine mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Wandung direkt in die Glasschmelze eingeleitet wird, wenigstens einen Heißformgebungsbereich, in dem aus der Glasschmelze das Glasprodukt geformt wird.Device for producing a glass product, characterized by a meltdown region in which a glass melt is made from batch raw materials, at least one helium source, at least one gas introduction region in which helium is introduced by diffusion through a wall in contact with the glass melt directly into the glass melt, at least one hot forming region in which the glass melt the glass product is molded.
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