DE10026884A1

DE10026884A1 - Verfahren zur thermischen und chemischen Homogenisierung von Glasschmelzen im Bereich der Glaskonditionierung

Info

Publication number: DE10026884A1
Application number: DE2000126884
Authority: DE
Inventors: Heiko Hessenkemper
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-06

Abstract

Es wird ein Verfahren zur thermischen und chemischen Homogenisierung von Glasschmelzen beschrieben, das durch die Kombination verschiedener verfahrenstechnischer Maßnahmen eine Optimierung im Bereich der Glaskonditionierung bzw. im Speisekanal erreicht. DOLLAR A Die Maßnahmen sind Bubbling mit reaktiven Gasen vorzugsweise Wasserstoff-Sauerstoff, Veränderung der Hochtemperaturemissionszahl der mit der Schmelze in Kontakt stehenden Oberfläche, intelligente rückgekoppelte Rührersysteme und der Einsatz der FLOX-Brennertechnologie.

Description

Stand der Technik

Der thermischen und chemischen Homogenisierung der Glasschmelze kommt innerhalb der Glasproduktion eine entscheidende Bedeutung zu. Während Maßnahmen zur chemischen Homogenisierung schon im Bereich der Rohstoffe ansetzten mit gezielten Korngrößenverteilungen, Mischern etc., wird im Schmelzbereich durch Strömungskonvektionen, Bubblern und ähnlichen Methoden versucht, eine chemisch möglichst hohe Homogenisierung zu erreichen. Im Bereich der Glaskonditionierung und Speiserkanälen nehmen die Einflussmöglichkeiten ab und es treten neue Inhomogenitäten durch die Auflösung von Feuerfestmaterial auf, die unter dem Begriff "Cat Scratches" als Schlieren zu erheblichen Produktionsproblemen führen. Extreme Gegenmaßnahmen wie Drainagen können häufig diese Probleme nur teilweise verringern.

Den thermischen Inhomogenitäten wird gezielt meist erst in der Arbeitswanne und dem Speiserkanal versucht entgegenzuwirken. Priorität in den Maßnahmen kommt den unterschiedlichen Heizungs- und Kühleingriffen zu. Durch konstruktive und bauliche Maßnahmen wird versucht, das Heizen und Kühlen lokal zu differenzieren, wobei dies eine große Zahl technischer Entwicklungen und Versuche zur Folge hatte. Grundsätzlich sind diese Maßnahmen dadurch limitiert, das jede Art des Energietransfers bei den vorherrschenden Temperaturen von deutlich über 1000°C wesentlich durch Strahlungsprozesse beeinflusst werden mit den daraus resultierenden dickenabhängigen Problemen. Eine weitere Möglichkeit der thermischen Homogenisierung besteht folgerichtig darin, eine mechanische Homogenisierung durchzuführen, die gleichzeitig eine thermische Homogenisierung zur Folge hat. Diese z. B. durch Rührer zu realisierende Methode arbeitet mit unterschiedlichen Erfolgen, da jede Rührerkonstruktion immer optimiert auf eine spezifische Temperatur- und Viskositätsverteilung im Speiserkanal ausgelegt ist. Zustandsänderungen durch Lastschwankungen und ähnliche Störgrößen verschieben dieses mechanische Problem aus einem Optimum. Schließlich ist zu erwähnen, das auf Grund der Korrosion eine schleichende Geometrieveränderung an den Rührerwerkzeugen auftritt. Alternativen wie Bubblingtechniken stoßen bei den geringen Glasbadhöhen in den Speiserkanälen auf Probleme, u. a. auf Grund der Schwierigkeiten in den kurzen zur Verfügung stehenden Zeiten eine Blasenentfernung zu erreichen.

Schließlich sind die sehr unterschiedlichen meß- und regeltechnischen Maßnahmen zu erwähnen, wie z. B. der Einsatz von Fuzzy-Logik, Viskositätsmessungen neben Temperaturmessungen und prädiktive Regelkreise zur Temperaturhomogenisierung.

Beschreibung der Erfindung

Das neue Verfahren ist durch eine Kombination an Maßnahmen gekennzeichnet, die die dargestellten Probleme zusammengefasst lösen. Es handelt sich im einzelnen um vier zu kombinierende Maßnahmen.

Eine Veränderung der Hochtemperaturemissionszahl des Feuerfestmaterials im Kontakt mit der Schmelze führt zu einer vergleichmäßigten Temperaturverteilung in der Schmelze, insbesondere in den Randbereichen in Abhängigkeit von der optischen Dicke. Diese Emissionszahlveränderung kann durch eine Modifikation des Feuerfestmaterials durch geringe Zusätze an spektral aktiven Substanzen erfolgen, oder alternativ durch eine Auskleidung mit anderen z. B. korrosionsresistenten Metallen (Mo, Pt) oder Oberflächenbeschichtungen.

Der Einsatz von modifizierten Bubblingtechniken erzwingt eine mechanisch -thermische Vermischung. Insbesondere die Verwendung von reaktiven Gasgemischen führt zu einer raschen Vergrößerung der Blase mit entsprechend schnellem Aufstieg in der Glasschmelze und Blasenfreiheit der Schmelze. Bei Verwendung von H₂/O₂ besteht das Reaktionsprodukt in der Glasblase aus H₂O und wird zusätzlich zu einer Läuteroptimierung auf Grund des Partialdruckgefälles zur in der Glasschmelze befindlichen Restgasen führen.

Der Einsatz von optimierten intelligenten rückgekoppelten Rührersystemen aus möglichst korrosionsbeständigen Material wird eine weitere thermische-mechanische und damit auch chemische Homogenisierung ermöglichen. Diese Rührersysteme müssen verschiedene Freiheitsgrade besitzen wie eine variable Drehzahl, variable Eintauchtiefe, veränderliche Neigung gegenüber der Schmelze und eine gegenüber der Schmelze zusätzlich überlagerte Bewegung als lineare oder Exzenterbewegung. Die Anpassung an veränderte Viskositätsverteilungen in der Strömung des Speiserkanals wird durch mathematisch- physikalische Modelle im jeweilign Einzelfall entwickelt, mit empirischen Beobachtungen nachgestellt und durch eine Ergebnismessung nach dem Rührprozeß (Temperatur- Viskositätsmessung) rückgekoppelt.

Als letzter Baustein ist in der Ofenatmosphäre der Einsatz von FLOX-Brennern gedacht, die eine gezielte volumenorientierte Heizung oder Kühlung über der Ofenatmosphäre darstellen können.

Ausführungsbeispiel

Die Anlage 1 zeigt eine einfache Variante der aufgeführten Bausteine des neuen Verfahrens zur chemischen und thermischen Glaskonditionierung. Die Hintereinanderschaltung oder auch örtliche Parallelnutzung der einzelnen Komponenten ist in unterschiedlicher Reihenfolge möglich. Die Anlage 2 zeigt die Wirkung der Emissionszahlveränderung für bestimmte Randbedingungen, die in der Anlage 3 dokumentiert sind, auf die Temperaturverteilung in der Schmelze. Berücksichtigt ist die normale Wärmeleitung und die Strahlungsleitung. Die Auswirkungen auf das Viskositäts- und Strömungsprofil sind evident.

In einem einfachen Ausführungsbeispiel würde eine thermisch inhomogene Schmelze mit chemischen Inhomogenitäten z. B. Cat Sratches sich im Speiserkanal bewegen. Die abhängig vom integralen Temperaturzustand notwendige Energiezufuhr oder -Abfuhr wird dominant über die Grenzfläche Atmosphäre-Schmelze ausgetauscht, realisiert über FLOX Brenner. Die Auskleidung mit Materialien mit hoher Emissionszahl, zum Beispiel Mo mit einer sich ausbildenden dunklen Grenzschicht, führt zu einem geringeren Temperaturgradienten und einem damit optimierten Strömungsverhalten. Bubblingtechniken mit einer H₂/O₂ Reaktion durchmischen die Schmelze und heben die Schlieren in das Volumen, wobei eine zusätzliche Läuterung und eine schnelle Blasenentfernung auf Grund der thermisch bedingten großen Glasblasen auftritt. Die rückgekoppelten Rührersysteme passen sich in den freien Parametern der gemessenen Temperatur- und Viskositätsverteilung an, wobei nach dem Rührprozeß, der durch eine Rührerbatterie realisiert werden kann, das Ergebnis als Temperaturverteilung bestimmt wird und gegebenenfalls zu einer Korrektur der Rührereinstellung führt.

Claims

1. Verfahren zur Optimierung der thermischen und chemischen Glasschmelzenkonditionierung, dergestalt das die Schmelze bis zu vier unterschiedlichen kombinierbaren verfahrenstechnischen Maßnahmen unterworfen wird wie sie sich aus den Ansprüchen 2-5 ergeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dergestalt das als kombinierbare Verfahrenstechnik das Bubbeln mit reaktiven Gasen, vorzugsweise H₂/O₂ durchgeführt wird zur Erreichung einer maximalen Blasengröße in der Schmelze und Unterstützung der Restläuterung

3. Verfahren nach Anspruch 1, dergestalt, das die Oberfläche des mit der Schmelze in Kontakt stehendem Materials im Bereich der Glaskonditionierung sich durch eine gezielt hohe Emissionszahl < 0,7 bei Temperaturen < 1000°C auszeichnet, erreichbar durch eine spektrale Veränderung des Feuerfestmaterials z. B. durch Zudosierung von chromhaltigen Materialien. Alternativ sind Oberflächenbeschichtungen oder andere Materialien anzuwenden, wie Molybdän, das in industriellen Massenglasschmelzen dunkle Reaktionsschichten ausbilden kann.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dergestalt, das intelligente rückgekoppelte Rührersysteme aus korrosionsbeständigem Material zum Einsatz kommen, deren Homogenisierungswirkung durch nachgeschaltete Temperturmessungen im Vergleich zu vorgeschalteten Messungen korreliert werden mit Rückkopplungen auf die Freiheitsgrade des Systems, die sich alternativ oder ergänzend aus der Drehzahl, Neigung, Eintauchtiefe und der Überlagerung von Linearbewegungenung und /oder Exenterbewegungen des Rühersystems zur Schmelze ergibt. Hierbei sind sowohl einzelne Rührer als auch Rührerbatterien zu verstehen mit unterschiedlichen Geometrieen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dergestalt, das FLOX-Brenner im Bereich der Glaskonditionierung und Speiserkanälen zum Einsatz kommen.