CH420502A

CH420502A - Melting device for the production of bubble-free and contamination-free quartz glass

Info

Publication number: CH420502A
Application number: CH224264A
Authority: CH
Inventors: Puell Werner Von
Original assignee: Puell Werner Von
Priority date: 1964-02-21
Filing date: 1964-02-21
Publication date: 1966-09-15

Description

  

      Schmelzeinrichtung        zur    Herstellung von blasen- und     verunreinigungsfreiem    Quarzglas    Zum Schmelzen von Bergkristall zu     Quarz-Klar-          glasrohren    sind verschiedene     Schmelzeinrichtungen     bekannt, die aber alle aus einem Schmelzgefäss,  einem am Boden angebrachten Ziehring und einem in  der Mitte befindlichen Ziehdorn bestehen. Die für  den Schmelzvorgang erforderliche Wärme wird dem  Tiegel bzw. der     Tiegelwandung    elektrisch, entweder  durch Widerstands- oder Induktionsheizung zuge  führt.

   Bei dieser Wärmezuführung von der Aussen  wand des Tiegels, bilden sich an der Innenwand des  Tiegels, infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit  des Quarzes, örtliche     überhitzungen,    die an diesen  Stellen den geschmolzenen Quarz sehr leicht zum  Verdampfen bringen. Der Schmelzpunkt bzw. die  Temperatur, die erforderlich ist, um den geschmolze  nen Quarz in Viskosität zu bringen, damit der Quarz  sich überhaupt ziehen lässt, liegt sehr nahe an dem  Punkt, an welchem der     geschmolzene    Quarz bereits  anfängt zu verdampfen. Diese bei leichter Überhit  zung des Tiegels entstehenden Quarzdämpfe steigen  als weisser Rauch im Ofen nach oben und setzen sich  an den kälteren Ofenteilen als eine weisse, schwamm  artige Masse fest.

   Besonders leicht setzen sich diese  Quarzdämpfe am oberen Teil des Ziehdornes fest,  der an dieser Stelle in einer Fassung gehalten wird  und durch die damit bedingte Wärmeableitung kälter  ist als in und in der Nähe der Schmelze selbst.  



  Durch die periodisch oder beim kontinuierlichen  Schmelzen und Ziehen erforderliche Zugabe von  Quarzstücken oder gebrochenem Quarz, wird der an  gesetzte schwammartige Quarzdampf zum Teil     ab-          und    damit in die Schmelze hineingerissen. Dieser  kondensierte, schwammartige Quarzdampf löst sich  in der Schmelze nicht mehr auf und verursacht grosse       Verunreinigungen,    die zum Teil Schlieren und zum  Teil Blasen im Quarzglas bilden. Dies ergibt eine    ganz erhebliche Qualitätsverschlechterung der gezo  genen Rohre, somit Ausschuss und eine erhebliche  Verteuerung.  



  Bisher war es nicht möglich, diesem allgemein  beobachteten     übelstand    wirksam zu begegnen.  



  Nach der vorliegenden Erfindung soll dieser  Mangel gänzlich behoben werden.  



  Zur grösstmöglichen Vermeidung des Entstehens  von Quarzdämpfen ist es erforderlich, dass das zu  schmelzende Quarz nicht nur von der     Tiegelwandung     aus, sondern auch vom Innern der Schmelze bzw. des  Tiegels aus erhitzt und zum Schmelzen gebracht     wird.     Dies ist umso mehr erforderlich, je grösser das  Schmelzgefäss ist, da ja Quarz ein sehr schlechter  Wärmeleiter ist und eine bestimmte Zeit erforderlich  ist, bis die von der     Tiegelwand    zugeführte Wärme  nach dem Innern des Tiegels bis zum     Ziehdorn    wei  ter geleitet wird und dann den Ziehdorn noch mit er  wärmen soll.  



  Um nun diesen Umstand zu vermeiden und zu  erreichen, dass die     Schmelze    gleichzeitig von aussen  und von innen aufgeheizt werden kann, wird     erfin-          dungsgemäss    eine Schmelzeinrichtung verwendet, die  sich dadurch auszeichnet, dass der Ziehdorn als zu  sätzlicher Heizkörper verwendet, in der Mitte zum  Zwecke der Strom-Zu und -Abführung geteilt und  teilweise je nach der erwünschten     Heizlänge    als Rohr  geformt ist, und dass die untere ringförmige Strom  brücke den eigentlichen Ziehdorn bildet, dass ferner  das Schutz- oder     Spülgas    über die Dornfassung dem  Ziehdorn so zugeleitet wird,

   dass es durch die  Schlitze oder Löcher im Ziehdorn über der Schmelze  austreten kann und entstandene Quarzdämpfe mit  nach oben abführt.  



  In beiliegender Zeichnung ist in den     Abb.    1 und 2  ein Beispiel der     Schmelzeinrichtung    dargestellt.      Der rohrförmige     Ziehdorn    ist auf die     gewünschte     Länge L, auf die er geheizt werden soll, als Rohr ge  formt und von oben bis zu einem unteren     ringbilden-          den    Teil a     geschlitzt.    Die Halterung bzw.

   Aussparung  c ist, wie aus     Abb.    2 ersichtlich,     schwalbenschwanz-          förmig        ausgeführt,    wodurch ein leichtes und schnelles  Auswechseln ermöglicht     wird    und ein guter Strom  übertrag gesichert ist. Der     Ziehdornhalter    g selbst ist  geteilt, wobei die Teile durch eine dazwischengelegte  Isolierschicht d verbunden sind, wodurch der Strom  über die     Einspannung    b zu dem Ziehdorn und über  die     ringförmige    Ausbildung am unteren Teil des       Ziehdornes,    nach der anderen Einspannung e abge  führt wird.

   Die Höhe a der     ringförmigen        Ausbildung     richtet sich nach dem Querschnitt des     Ziehdornes.     Die Länge L der rohrförmigen Ausbildung des     Zieh-          dornes,    die     in    dieser Länge zum     Glühen    kommt,     kann     beliebig gross gehalten werden; in jedem Fall so     lang,     als wie es erforderlich ist, die Schmelze in ganzer  Höhe von innen heraus zu     erhitzen,    wodurch der       Schmelze    eine beträchtliche Wärmemenge zugeführt  wird.

   Ganz abgesehen von der Wirtschaftlichkeit die  ser Art der     Wärmezuführung,    da überhaupt keine  Strahlungsverluste entstehen können, bringt dies  noch den Vorteil mit sich, dass sich an dem sehr  heissen     Ziehdorn    keine Quarzdämpfe ansetzen und  daran kondensieren können.  



  Um weiterhin doch noch auf der Oberfläche der       Schmelze    sich bildende     Quarzdämpfe    zu     entfernen     bzw. zu verhindern, dass diese sich am oberen Ofen  teil kondensieren, von wo sie auf die     Schmelze    zu  rückfallen können, wird das Schutz- oder     Spülgas     von aussen durch eine Zuführung über den Zieh  dornhalter g dem Ziehdorn     zugeführt    und tritt sowohl  beidseitig des: Ziehdornes durch Schlitze in diesen  über der     Schmelze    in den Ofen nach oben abziehend  aus.

   Es wird dabei erreicht, dass ganz unabhängig  von der Höhe der Schmelze im Tiegel das einströ  mende Gas immer über der     Schmelze    ein und nach  oben strömt und dabei eventuelle Quarzdämpfe mit  nimmt und diese nach oben führt, wobei sie sich dort  an geeigneten Kühlblechen niederschlagen und von  Zeit zu Zeit     entfernt    werden können. Diese ganze  Ausführung und Anordnung hat sich bei den Versu  chen bereits bestens bewährt.  



  Die Qualität der auf diese     Art    hergestellten    Quarzrohre wurde ganz erheblich verbessert und der  bisher dadurch entstandene Ausschuss vollständig  vermieden.



      Melting device for the production of bubble-free and contamination-free quartz glass Various melting devices are known for melting rock crystal into quartz-clear glass tubes, but they all consist of a melting vessel, a drawing ring attached to the bottom and a drawing mandrel in the middle. The heat required for the melting process is electrically supplied to the crucible or the crucible wall, either by resistance or induction heating.

   With this supply of heat from the outer wall of the crucible, local overheating forms on the inner wall of the crucible due to the poor thermal conductivity of the quartz, which very easily cause the molten quartz to evaporate at these points. The melting point or the temperature that is required to bring the molten quartz into viscosity so that the quartz can be drawn at all is very close to the point at which the molten quartz already begins to evaporate. These quartz vapors, which arise when the crucible is slightly overheated, rise as white smoke in the furnace and settle on the colder parts of the furnace as a white, sponge-like mass.

   These quartz vapors settle particularly easily on the upper part of the mandrel, which is held in a holder at this point and, due to the resulting heat dissipation, is colder than in and near the melt itself.



  The addition of pieces of quartz or broken quartz, which is required periodically or during continuous melting and drawing, means that the spongy quartz vapor that is set is partially removed and thus torn into the melt. This condensed, spongy quartz vapor no longer dissolves in the melt and causes large amounts of impurities, some of which form streaks and some of which form bubbles in the quartz glass. This results in a very significant deterioration in the quality of the drawn pipes, thus rejects and a considerable increase in price.



  So far it has not been possible to effectively counter this commonly observed malady.



  According to the present invention, this deficiency should be completely eliminated.



  In order to avoid the formation of quartz vapors as much as possible, the quartz to be melted is not only heated from the crucible wall, but also from the inside of the melt or the crucible and is brought to melt. The larger the melting vessel, the more necessary this is, since quartz is a very poor conductor of heat and a certain amount of time is required before the heat supplied by the crucible wall is passed inside the crucible to the mandrel and then the mandrel nor with he should warm.



  In order to avoid this circumstance and to achieve that the melt can be heated from the outside and the inside at the same time, a melting device is used according to the invention, which is characterized in that the drawing mandrel is used as an additional heating element, in the middle for the purpose the current supply and discharge is divided and partly shaped as a tube depending on the desired heating length, and that the lower annular flow bridge forms the actual drawing mandrel, that furthermore the protective or purging gas is fed to the drawing mandrel via the mandrel socket,

   that it can escape through the slots or holes in the mandrel above the melt and that the resulting quartz vapors are carried upwards with it.



  In the accompanying drawing, FIGS. 1 and 2 show an example of the melting device. The tubular drawing mandrel is formed as a tube to the desired length L, to which it is to be heated, and slotted from above to a lower ring-forming part a. The bracket or

   As can be seen from Fig. 2, recess c is designed in the shape of a dovetail, which enables quick and easy replacement and ensures good power transmission. The mandrel holder g itself is divided, the parts being connected by an interposed insulating layer d, whereby the current over the clamping b to the drawing mandrel and over the annular formation on the lower part of the drawing mandrel, after the other clamping e leads down.

   The height a of the annular design depends on the cross section of the mandrel. The length L of the tubular design of the drawing mandrel, which comes to glow in this length, can be kept as large as desired; in any case as long as it is necessary to heat the melt from the inside out to the full height, whereby a considerable amount of heat is supplied to the melt.

   Quite apart from the economic efficiency of this type of heat supply, since no radiation losses can occur at all, this has the advantage that no quartz vapors can accumulate and condense on the very hot drawing mandrel.



  In order to continue to remove quartz vapors that are still forming on the surface of the melt or to prevent them from condensing on the upper part of the furnace, from where they can fall back onto the melt, the protective or purging gas is supplied from the outside through a supply The drawing mandrel holder g is fed to the drawing mandrel and exits on both sides of the drawing mandrel through slots in these, pulling upwards over the melt into the furnace.

   It is achieved that regardless of the height of the melt in the crucible, the inflowing gas always flows in and up above the melt, taking any quartz vapors with it and leading them upwards, where they are deposited on suitable cooling plates and from Can be removed from time to time. This whole design and arrangement has already proven its worth in the trials.



  The quality of the quartz tubes manufactured in this way has been considerably improved and the resulting rejects have been completely avoided.

Claims

PATENT CLAIM Melting device for the production of bubble and contamination-free quartz glass, characterized in that the drawing mandrel is used as an additional heating element, is divided in the middle for the purpose of power supply and discharge and is partially shaped as a tube depending on the desired heating length, and that the lower ring-shaped current bridge forms the actual drawing mandrel, that furthermore the protective or purging gas is fed to the drawing mandrel via the mandrel socket,

that it can escape through the slots or holes in the mandrel above the melt and that the resulting quartz vapors are carried upwards with it. SUBClaims 1. Melting device according to claim, characterized in that the drawing mandrel has recesses at the upper end, which are used for fast and secure fastening and for the purpose of a good current transition by means of clamping plates.

2. Melting device according to claim as characterized in that the cross section of the un direct annular part of the mandrel in relation to the cross section of the upper pull mandrel half is dimensioned so that at this point a slightly higher temperature is created to facilitate the drawing process than at the rest of the length of the drawing mandrel, which also serves to heat the entire melt. 3.

Melting device according to patent claim, characterized in that inclined cooling plates are attached above the drawing mandrel or the drawing mandrel socket for attaching the quartz vapor so that the sponge-like quartz vapor attachment cannot fall onto or into the melt itself if it falls down. 4. Melting device according to claim, characterized in that the drawing mandrel is made of kerami Shem, electrically conductive material at high temperature.