用于生产具有高硅酸成分的玻璃体的竖直坩埚拉制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过从长型的基本圆柱形坩祸抽吸软化玻璃团(glass mass)来生产具有高硅酸含量的玻璃体(glass body)的方法，其中S12颗粒从上方供给到坩祸中，S12颗粒被加热到软化温度，从而形成包括熔融表面的软化玻璃团，软化玻璃团经由坩祸的底部开口抽出从而形成玻璃原丝(glass strand)，且玻璃原丝被切割成段以获得玻璃体，其中由于S12颗粒的供给形成部分地覆盖熔融表面同时留出熔融边缘的块堆，且其中熔融表面被光学检测。
【背景技术】
[0002]在本发明的含义内具有高硅酸含量的玻璃具有按重量至少90%的S12含量。为了简单起见在下文也称作“石英玻璃”的此玻璃的熔融，通常地在所谓的坩祸拉制方法中被加工成圆柱形玻璃原丝并且最终成为石英玻璃部件，尤其以任何期望横截面轮廓的管和杆的形式。这里特别地关注防止抽出玻璃原丝中的不均匀性。
[0003]DE 22 17 725 A公开了前述类型的方法，其建议使用坩祸，二氧化硅颗粒形式的原材料借助于自动供给器在坩祸中从上方连续地供给并且随后熔化。形成粘稠均匀的石英玻璃团，其在坩祸的下部中经由设置在坩祸底部区域中的抽吸喷嘴而以石英玻璃管的形式向下地抽出。抽吸喷嘴连接到气体入口管以使气体直接地供给到成形区域中。气体入口管从抽吸喷嘴开始向上引导通过整个坩祸。提供从上方通过开口突出进入坩祸并且其下端在粘稠玻璃团的表面(在下文中被称为“熔融表面”)上方终止的料斗以便供给颗粒原材料。提供用于检测粘稠玻璃团的高度的视觉检测设备。3102颗粒由于重力而落在料斗的出口管外并进入坩祸中，并且在此过程中从浮动在熔融表面上的颗粒S12原材料形成块锥。
[0004]在坩祸中的S12颗粒的此块堆具有范围从理想的圆锥形状到或多或少的平坦圆顶形状或者具有波浪横截面轮廓的形状的不同的几何形状。此颗粒块堆的不同形式在下文中归入术语“块锥”或“块堆”之下。它们可以对S12颗粒的熔化表现具有影响。例如，DE38 15 974 Cl公开了延伸直到坩祸内壁的块锥。在此情形中，抽吸喷嘴紧固到向上延伸通过坩祸并且通过用于3102原材料的供给喷嘴的保持杆。
[0005]通过JP 10-287435A已知类似的方法。这里，经由突出到坩祸中的上部区域中的排放料斗以重量受控方式供给3102原材料。与DE 38 15 974 Cl类似，通过向上延伸通过坩祸的保持杆保持抽吸喷嘴。原材料在此保持杆周围形成块锥。
【发明内容】
[0006]发明目的
已经发现以或多或少不受控的方式形成此块锥，尤其关于块锥的基部区域的直径。S12颗粒可以不规则地分布在熔融表面上方，这导致根据时间与位置不均匀的向上的热辐射，并且促使在坩祸的内壁上形成所谓的“烧结壳”。烧结壳由不完全熔化的原材料颗粒以及从熔融物蒸发以及在坩祸的内壁上凝结或再升华的杂质构成。此烧结壳的部分可以不时地断裂，由此杂质可以经过多个阶段并且以不受控制的量进入玻璃熔融物中。这导致熔融条件的变化并且由此还改变了拉出石英玻璃部件的质量。
[0007]因此本发明的目的指示用于通过从熔融物抽吸而由具有高硅酸含量的玻璃生产均匀玻璃体的低廉的方法，所述方法抑制或者共同防止烧结壳的形成，由此改善颗粒的熔化表现。
[0008]根据本发明从上述方法开始实现了上述目的，其中在所述熔融表面的光学检测期间，通过所述3102颗粒的供给速率连贯地确定所述熔融边缘的至少一个子部段的宽度并且将所述宽度设定为目标宽度范围内的值。
[0009]在根据本发明的方法中，熔融边缘的当前宽度被连贯地确定，并且保持在预定限值内的值处。仅在周围熔融边缘的环部段中检测宽度就足够了。
[0010]熔融边缘宽度取决于多个参数，尤其是温度、每单位时间抽出的石英玻璃的质量(生产量)以及S12颗粒的供给速率。最后提及的参数根据本发明用作用于熔融边缘宽度的调节变量。
[0011]“连贯地(consecutively)”，即连续地或者不时地(非连续地)执行熔融表面的光学检测，其中对于非连续的检测，过程控制的越准确，连续测量之间的时间间隔就被选择的越短。对于熔融表面的光学检测来说从上面观察到熔融边缘的至少一个子部段。限定为块锥的边缘距离坩祸的内壁的距离的熔融边缘的宽度在这里被确定。对于此确定来说，当测量位置距离坩祸的内壁的距离是已知时，就足以光学检测块锥边缘的位置。
[0012]根据熔融边缘的实际尺寸，S12颗粒的供给速率被改变以便微调从而获得在目标宽度范围内的尺寸。这里目标宽度范围可以是具体的预定值。然而优选的是较大的值范围，使得仅在熔融边缘宽度的实际尺寸偏离值的范围时才需要干预，即颗粒供给速率的改变。在实际宽度太小的情形中，颗粒的供给减少，并且反过来，在过大熔融边缘宽度的情形中颗粒的供给增加。
[0013]根据本发明的S12颗粒的供给量这里控制为使得块锥不与坩祸的内壁接触，而且形成具有在目标宽度范围内的宽度的周围熔融边缘，所述范围优选地在0.5cm与4cm之间并且尤其优选地在Icm与2cm之间。
[0014]当熔融边缘变成小于0.5cm时，存在烧结壳扩展的风险，烧结壳可能朝向坩祸壁形成桥并且将意味着关于现有技术描述的缺点。如果熔融边缘比4cm宽，那么自由熔融表面以及从熔融物蒸发的风险很大，这可能不仅导致熔融条件的改变以及与此一起的抽出玻璃体的质量的改变，而且还导致能量损失以及使熔融边缘的光学检测复杂化的蒸汽的形成。
[0015]可以通过光学检测的方式不困难地测量上述量级的大体环形的熔融边缘。然而在单个环部段中的测量是优选的，因为由此避免了控制难度；当熔融边缘的形状与理想环形形状不同时这些困难可能产生，使得在一个环部段中的熔融边缘宽度在目标值以下而在另一个环部段中在目标值以上。
[0016]由于来自具有高硅酸含量的供给的颗粒的块锥不触碰坩祸的内壁，因此防止或者减缓了烧结壳的形成。与此同时熔融表面基本上被块堆覆盖，从而获得了稳定的熔融条件。
[0017]已经发现当熔融表面的光学检测包括温度测量时是有利的。
[0018]由于另外测量了熔融边缘的区域中的熔融表面的温度，因此即使在将会使单纯光学控制复杂化的增加的蒸汽形成的情形中也能够获得关于块锥的当前延伸部以及熔融边缘的宽度的信息。
[0019]有利地，借助于指向块堆的边缘上的位置的至少一个高温计执行温度测量。
[0020]未熔化的3102颗粒定位在块堆/块锥的边缘上，使得在那里检测到比熔融表面的区域中更低的温度。由此可以以局部准确的方式检测从S12颗粒到熔融物的过渡，使得熔融边缘的宽度同时地由温度测量跟随。
[0021]通过使用例如朝向块锥的侧表面指向的其它高温计，由于颗粒层比块锥的基部区域的边缘上的更厚，因此检测到甚至更低的温度，并且可以由此得出关于块锥的静止的角度的结论并且这些结论可能有助于优化S12颗粒的供给。高温计可以装配有可以被用于坩祸内部的温度的高温计检测光纤并且可以通过其检测熔融表面与S12颗粒的温度。
[0022]此外，已经发现当熔融表面的光学检测包括借助于至少一个照相机对熔融边缘进行成像时是有用的。
[0023]至少一个照相机记录熔融边缘，通过这些记录，熔融边缘的宽度变得清楚。任选地，照相机直接装配有自动地检测或者计算与记录熔融边缘的宽度的相应的测量设备。
[0024]对于该设备来说，已经发现对熔融表面进行光学检测使成像检测与温度测量结合是有用的，其中照相机与高温计一起使用。
[0025]两个功能(成像检测与温度测量)结合在通常在热处理的检测中使用的所谓的热成像照相机中。由于温度的额外测量，因此实现了特别准确的过程控制。作为高温计温度检测的替代方案，还能够使用可以被直接地引导直到熔融表面或者还到S12颗粒的块锥的热电偶。
[0026]当照相机指向块堆的边缘上的位置时根据本发明的方法是尤其有利的。
[0027]由于与块堆/块锥的边缘上的精确位置的对准，因此同时获得距离坩祸的壁的距离以及由此的熔融边缘的宽度。通过此设定不需要照相机的成像的特定估测。当照相机与温度检测结合时，与在块锥的边缘上的位置的对准也是有利的，因为就在此位置处熔融表面的温度对于S12颗粒的熔融表现特别重要。使用多个照相机，任选地还与用于温度测量的设备结合使用以便在不同位置处的熔融边缘的光学检测可以改进处理控制。
[0028]根据本发明的方法的另一个有利构造在于，经由在所述块堆上方居中地终止的单个填充管供给S12颗粒，并且在填充管的端部与块堆之间设定范围从5cm到20cm的距离。
[0029]该距离通过沿着竖直方向定位填充管而被事先设定并且在需要的情形中在抽拉过程中修正。通过填充管的此布置确保了块锥居中地在熔融表面上积累在坩祸中，这促进了围绕块锥的均匀周围熔融边缘的形成。这里块堆与填充管隔开。在小于5厘米的距离处，存在填充管与块堆可能相互触碰的风险，从而填充管被填充并且在填充管与块堆之间形成烧结层，烧结层完全覆盖块堆并且使其不可控制。然而此距离不应该超过20cm，因为否则的话由于坩祸的上方区域中普遍的气流条件而存在离开填充管的颗粒被部分地驱离的风险；这导致S12颗粒的不规则沉积以及由此导致不可再现的块堆几何形状。这甚至可以到达其中S12颗粒传送直到坩祸的壁的点，然后在此处将形成不期望的烧结壳。
[0030]已经进一步发现当通过振动动作调节3102颗粒的供给速率时是有用的。
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