DE19746715A1 - Glass melt properties are controlled by bubbling with a steam-gas mixture - Google Patents

Glass melt properties are controlled by bubbling with a steam-gas mixture

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Abstract

The redox state, color and processability of glass melts are controlled by bubbling with a steam/gas mixture. Preferred Features: The mixture contains 1-99 vol.% steam at 70-300 deg C and 30 kPa to 7 MPa pressure and the gas at 50 kPa to 100 MPa pressure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Redox­ zustandes, der Farbe und Verarbeitbarkeit von Glasschmelzen.The invention relates to a method for controlling the redox condition, the color and processability of glass melts.

Bisher wird die Farbe und der Redoxzustand von Gläsern über die Zugabe von oxidierenden bzw. reduzierenden Komponenten zum Gemenge sowie über den Sauerstoffpartialdruck der Ofenatmos­ phäre gesteuert.So far, the color and redox condition of glasses is over the addition of oxidizing or reducing components to the Batch as well as the oxygen partial pressure of the furnace atmosphere controlled.

Wegen der großen Verweilzeiten der Glasschmelze im Schmelz­ aggregat und der geringen Oberflächen-Volumen-Verhältnisse bezüglich einer Reaktion mit der Ofenatmosphäre ist weder ein schnelles noch effektives Eingreifen in den Prozeß möglich, um Störeinflüssen entgegenzuwirken.Because of the large dwell times of the glass melt in the melt aggregate and the low surface-volume ratios regarding a reaction with the furnace atmosphere is neither quick and effective intervention in the process possible Counteract interference.

Im Zusammenhang mit dem Bubbeln mit Luft zur Unterstützung der Läuter- und Homogenisierungsprozesse wurden mehrfach Versuche unternommen, die Oberflächen-Volumen-Verhältnisse zu ver­ bessern und das Einbringen höherer Wassergehalte zu ermög­ lichen. Diese Technologien blieben aufgrund zu großer Blasen erfolglos.In connection with bubbling with air to support the Purification and homogenization processes have been tried several times undertaken to ver the surface-volume ratios improve and the introduction of higher water contents lichen. These technologies remained due to too large bubbles unsuccessful.

In vielen öl- und gasbefeuerten Schmelzwannen der Glas­ industrie nutzt man das Bubbeln, um die Konvektionswalzen zu unterstützen. Speziell bei Farbschmelzen, die die Strahlungs­ wärme aus dem Oberofen kaum nach unten weiterleiten, bringt man durch das Bubbeln das kältere Glas vom Boden zur Ober­ fläche.In many oil and gas-fired melting tanks, the glass industry uses bubbling to close the convection rollers support. Especially with color melts that reduce the radiation heat from the upper furnace hardly to pass down by blowing the colder glass from the floor to the top surface.

In DE 26 24 122 wird das Bubbeln mit Wasserdampf während der Reaktionsphase der Schmelze beschrieben, wobei sich eine höhere Produktivität bei geringerer Brennstoffzufuhr ergibt. Die Schmelzreaktionen werden beschleunigt, und die Homogenität der Schmelze wird verbessert. In DE 26 24 122 the bubbling with steam during the Reaction phase of the melt described, with one results in higher productivity with less fuel. The melting reactions are accelerated, and the homogeneity the melt is improved.  

In EP 599 403 werden in einer zusätzlichen Kammer, die sich an eine gewöhnliche Schmelzwanne anschließt, färbende Kompo­ nenten, wie Fritten, Scherben und Farboxide zugegeben. Der Mischvorgang wird mit Hilfe mehrerer Bubblingzonen verwirk­ licht.In EP 599 403 in an additional chamber, which is attached an ordinary melting tank connects, coloring compo elements such as fries, cullet and color oxides added. Of the Mixing process is carried out with the help of several bubbling zones light.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Verfahren zur Vergößerung der Oberflächen-Volumen-Ver­ hältnisse zu schaffen, das eine gezielte Steuerung des Redoxzustandes, der Farbe und Verarbeitbarkeit ermöglicht.The invention has for its object an efficient Process for enlarging the surface volume ver to create relationships, the targeted control of the Redox condition, which enables color and processability.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen der Kenn­ zeichenteile der Ansprüche gelöst.According to the invention the task with the characteristics of the characteristics Parts of the claims solved.

Das erfindungsgemäße Wasserdampf-Gas-Gemisch wird über Bubblingdüsen dem Schmelzaggregat zugeführt.The water vapor-gas mixture according to the invention is about Bubbling nozzles fed to the melting unit.

Über das Gas des Wasserdampf-Gas-Gemisches wird der Sauerstoffpartialdruck innerhalb der Blasen reguliert, der wiederum für das sich in der Schmelze einstellende Gleichge­ wicht polyvalenter Ionen verantwortlich ist. Dieses Gleichge­ wicht spiegelt den Redoxzustand wieder und läßt sich als Farbe im erkalteten Glas wiederfinden.About the gas of the water vapor-gas mixture Partial regulates oxygen pressure within the bladder again for the equilibrium that occurs in the melt important polyvalent ions. This match Important reflects the redox state and can be used as a color find in the cooled glass.

Der Wasserdampf bewirkt eine Reduzierung der Oberflächenspan­ nung und ermöglicht je nach zugegebener Menge eine Regulierung der Blasengröße. Weiterhin werden die Austauschflächen an den Blasenoberflächen durch Bildung einer Vielzahl von Mikroblasen drastisch vergrößert.The water vapor reduces the surface chip and enables regulation depending on the amount added the bubble size. Furthermore, the exchange areas at the Bubble surfaces by forming a variety of microbubbles increased dramatically.

Ebenso läßt sich der Wassergehalt der Glasschmelze beeinflus­ sen, was wiederum eine gezielte Veränderung der Verarbeitbar­ keit der Schmelze bezüglich deren Viskosität-Zeit-Verhal­ tens möglich macht.The water content of the glass melt can also be influenced sen, which in turn is a targeted change in processability speed of the melt with regard to its viscosity-time behavior makes possible.

Das Viskosität-Zeit-Verhalten ist maßgeblich für den Form­ gebungsprozeß von Hohl- und Preßglas von Bedeutung, während die Oberflächenspannung einer der Hauptparameter für die Ein­ stellung der Gleichgewichtsdicke beim Floatprozeß ist. Damit lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diese Prozesse erstmals gezielt über die Eigenschaften der Schmelze beein­ flussen.The viscosity-time behavior is decisive for the shape giving process of hollow and pressed glass of importance, while  the surface tension is one of the main parameters for the on position of the equilibrium thickness in the float process. In order to these processes can be achieved with the method according to the invention for the first time specifically influenced by the properties of the melt rivers.

Diese Effekte sind auf eine Verringerung der Oberflächenspan­ nung sowie der Viskosität der Schmelze zurückzuführen.These effects are due to a reduction in the surface chip as well as the viscosity of the melt.

Schließlich macht dieses Verfahren je nach Schmelzaggregat den Einsatz von Läutermitteln überflüssig, da die Läuterung auf­ grund der riesigen Austauschflächen mit den Blasen selbsttätig abläuft.Finally, depending on the melting unit, this process does the job Use of refining agents is superfluous because of the refining due to the huge exchange areas with the bubbles expires.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel im Labormaßstab näher erläutert werden.The invention is based on an embodiment in Laboratory scale will be explained in more detail.

Ein für die Massenglasindustrie taugliches Alkali-Erdalkali-Silicatglas (74 Gew.-% SiO2, 16 Gew.-% Na2O, 9,5 Gew.-% CaO und 0,5 Gew.-% Fe2O3) wird aus einem entsprechenden Gemenge im Mittelfrequenzofen erschmolzen. Im Zustand der Rauhschmelze wird bei Erreichen von ca. 1400°C ein Keramikröhrchen von oben in die Schmelze getaucht. Dieses ist mit einem temperatur- und druckbeständigen Schlauch mit dem Dampf­ erzeuger (druckbeständiger Spezialglaskessel mit Heizwendel und Druckmeßgerät) gekoppelt. Dem Dampferzeuger wird wiederum aus Gasflaschen über Mischventile das Gasgemisch zugeführt, wobei die Zusammensetzung das Gasgemisches über Durchfluß­ messer geregelt wird.Alkali-alkaline earth silicate glass suitable for the bulk glass industry (74% by weight SiO 2 , 16% by weight Na 2 O, 9.5% by weight CaO and 0.5% by weight Fe 2 O 3 ) melted from a corresponding batch in the medium frequency furnace. In the state of the rough melt, a ceramic tube is dipped into the melt from above when it has reached approximately 1400 ° C. This is coupled with a temperature and pressure resistant hose to the steam generator (pressure resistant special glass boiler with heating coil and pressure measuring device). The steam generator is in turn fed from gas bottles via mixing valves to the gas mixture, the composition of the gas mixture being controlled by means of a flow meter.

Mit dieser Anordnung und vordefinierten Einstellungen von Druck und Gasmischung werden zunächst aus identischen Gemengesätzen eine Vielzahl von Gläsern mit unterschiedlichen Einstellungen erschmolzen. Durch spektroskopische Messungen am kalten Glas werden anschließend die Redoxdaten und Wasser­ gehalte ermittelt. Die Korrelation zwischen Einstellungen und den Meßergebnissen erlauben im folgenden Versuch mit einer gezielten Variation der Redoxdaten und Wassergehalte im voraus auf die Einstellparameter Druck und Volumenströme Einfluß zu nehmen. With this arrangement and predefined settings from Pressure and gas mixture are initially identical Batch sets a variety of glasses with different Settings melted. By spectroscopic measurements on cold glass then becomes the redox data and water contents determined. The correlation between attitudes and allow the measurement results in the following experiment with a targeted variation of the redox data and water content in advance influence on the setting parameters pressure and volume flows to take.  

Es zeigte sich, daß die Blasengröße in erster Linie eine Funktion des Dampfdruckes ist. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Redoxgleichgewicht und der Wassergehalt einstellen, ist in erster Linie eine Funktion der Blasengröße und Aus­ tauschfläche der Blasen; daher ebenfalls eine Funktion des Dampfdruckes.It was found that the bubble size was primarily one Function of the vapor pressure is. The speed at which the redox balance and the water content are established, is primarily a function of bubble size and off exchange area of the bubbles; therefore also a function of Vapor pressure.

Außerdem ergibt sich, daß je höher der Dampfdruck ist, desto kürzer ist die notwendige Bubbelzeit.It also turns out that the higher the vapor pressure, the more the necessary bubbling time is shorter.

Das erfindungsgemäß hergestellte Glas ist extrem homogen und schlierenfrei.The glass produced according to the invention is extremely homogeneous and streak-free.

An industriellen Glasschmelzaggregaten ist es entscheidend, die Blasengröße beim Bubbeln klein zu halten, um die Aus­ tauschfläche so groß wie möglich zu halten.On industrial glass melting units, it is crucial to keep the bubble size small when blowing out to keep the exchange area as large as possible.

Je nach der Glasbadtiefe und -temperatur in der vorgesehenen Bubbelzone muß demnach ein Mindestdampfdruck eingestellt sein. Das bedeutet, daß im Regelfall ein durch die Randbedingungen gegebener Mindestwassergehalt in der Schmelze nicht unter­ schritten werden kann.Depending on the glass bath depth and temperature in the intended Bubble zone must therefore have a minimum vapor pressure set. That means that as a rule one due to the boundary conditions given minimum water content in the melt not below can be walked.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung des Redoxzustandes, der Farbe und Verarbeitbarkeit von Glasschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Bubbeln mit einem Wasserdampf-Gas-Gemisch durchgeführt wird.1. A method for controlling the redox state, the color and processability of glass melts, characterized in that the bubbling is carried out with a water vapor-gas mixture. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserdampf-Gas-Gemisch durch Temperatur, Druck, Menge und Zusammensetzung variiert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the Steam-gas mixture by temperature, pressure, quantity and Composition is varied. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf eine Temperatur von 70 bis 300°C und einen Druck von 30 kPa bis 7 MPa besitzt.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that that the water vapor has a temperature of 70 to 300 ° C and has a pressure of 30 kPa to 7 MPa. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Wasserdampfes im Wasserdampf-Gas-Gemisch 1 bis 99 Vol-% beträgt.4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the proportion of water vapor in the water vapor-gas mixture Is 1 to 99% by volume. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas einen Druck von 50 kPa bis 100 MPa besitzt.5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the gas has a pressure of 50 kPa to 100 MPa. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gase Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Argon, Helium, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Luft, Verbren­ nungsgase, Chlor, Chlorwasserstoff, Fluor, Fluorwasserstoff oder deren Gemische verwendet werden.6. The method according to claim 1, characterized in that as Gases oxygen, nitrogen, hydrogen, argon, helium, Carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur dioxide, air, burning gases, chlorine, hydrogen chloride, fluorine, hydrogen fluoride or mixtures thereof are used.
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