DE202021004202U1

DE202021004202U1 - Glas-Redox-Steuerung beim Schmelzen mit Tauchverbrennung

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Publication number: DE202021004202U1
Application number: DE202021004202.4U
Authority: DE
Original assignee: Owens Brockway Glass Container Inc
Current assignee: Owens Brockway Glass Container Inc
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2021-02-11
Publication date: 2023-05-31
Anticipated expiration: 2031-02-12
Also published as: ZA202208822B; CA3167635A1; WO2021163321A1; BR112022016088A8; US20230278905A1; US20210246062A1; EP4103524A1; PE20221703A1; US11667555B2; CO2022011357A2; CL2022002152A1; BR112022016088A2; AU2021218407A1; MX2022009847A

Abstract

Glasbehälter, hergestellt in einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
Einbringen eines zu einem Glas schmelzbaren Gemenges (30) in eine sich in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindlichen Glasschmelze (22), wobei die Tauchverbrennungsschmelzwanne einen oder mehrere Tauchbrenner (62) umfasst, die mit einem brennbaren Gasgemisch (G) versorgt werden, das Brennstoff und Sauerstoff umfasst, wobei die Glasschmelze ein Redoxverhältnis aufweist, das als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist;
Verbrennen des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, um Verbrennungsprodukte (68) zu erzeugen, und Abgeben der Verbrennungsprodukte von dem einen oder den mehreren Tauchbrennern direkt in die Glasschmelze, um Wärme auf die Glasschmelze zu übertragen und sie zu bewegen;
Einstellen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze und (3) einem Glasfluss durch die Glasschmelze; und
Ziehen von geschmolzenem Glas (36) aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne aus der Glasschmelze;
Läutern des geschmolzenen Glases, um Blasen aus dem geschmolzenen Glas zu entfernen und ein geläutertes geschmolzenes Glas mit einer Dichte zu erzeugen, die größer ist als die Dichte des aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne abgezogenen geschmolzenen Glases;
thermisches Konditionieren des geläuterten geschmolzenen Glases, um konditioniertes geschmolzenes Glas zu erzeugen; und
Formen des konditionierten geschmolzenen Glases zu dem Glasbehälter.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Herstellung von Glas mit Hilfe der Tauchverbrennungstechnologie und insbesondere auf Verfahren zum Einstellen des Redoxverhältnisses der in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne befindlichen Glasschmelze.
Hintergrund
Glas ist ein starrer amorpher Feststoff mit zahlreichen Anwendungen. Kalk-Natron-Silicat-Glas wird beispielsweise in großem Umfang zur Herstellung von Flachglasartikeln wie Fenstern, Hohlglasartikeln, einschließlich Behältern wie Flaschen und Gläsern, sowie von Geschirr und anderen Spezialartikeln verwendet. Kalk-Natron-Silicat-Glas umfasst ein ungeordnetes und räumlich vernetztes ternäres Oxidnetzwerk aus Na₂O-CaO-SiO₂. Die Siliziumdioxidkomponente (SiO₂) bildet den größten Gewichtsanteil und ist der primäre Netzwerkbilder von Kalk-Natron-Silicat-Glas. Die Na₂O-Komponente wirkt als Flussmittel, das die Schmelz-, Erweichungs- und Glasübergangstemperatur des Glases im Vergleich zu reinem Quarzglas herabsetzt, und die CaO-Komponente wirkt als Stabilisator, der bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften des Glases verbessert, darunter seine Härte und chemische Beständigkeit. Durch die Einbeziehung von Na₂O und CaO in die Chemie von Kalk-Natron-Silicat-Glas wird die kommerzielle Herstellung von Glasartikeln einfacher und weniger energieintensiv, während gleichzeitig noch immer akzeptable Glaseigenschaften erzielt werden. Kalk-Natron-Silicat-Glas weist im Allgemeinen eine Zusammensetzung auf, die bezogen auf das Gesamtgewicht des Glases 60 bis 80 Gew.-% SiO₂, 8 bis 18 Gew.-% Na₂O und 5 bis 15 Gew.-% CaO enthält.
Zusätzlich zu SiO₂, Na₂O und CaO kann die glaschemische Zusammensetzung von Kalk-Natron-Silicat-Glas andere Oxid- und Nicht-Oxid-Materialien enthalten, die als Netzwerkbildner, Netzwerkwandler, Farbstoffe, Entfärbungsmittel, Redoxmittel oder andere Mittel wirken, die die Eigenschaften des fertigen Glases beeinflussen. Einige Beispiele für diese zusätzlichen Materialien sind Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Kaliumoxid (K₂O), Kohlenstoff, Sulfate, Nitrate, Fluor, Chlor und/oder elementare oder oxidische Formen von Eisen, Arsen, Antimon, Selen, Chrom, und Barium, Selen, Chrom, Barium, Mangan, Kobalt, Nickel, Schwefel, Vanadium, Titan, Blei, Kupfer, Niob, Molybdän, Lithium, Silber, Strontium, Cadmium, Indium, Zinn, Gold, Cer, Praseodym, Neodym, Europium, Gadolinium, Erbium und Uran. Aluminiumoxid ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien, das in der Regel in einer Menge von bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Glases, enthalten ist, da es die chemische Beständigkeit des Glases verbessert und die Entglasungsneigung senkt. Unabhängig davon, welche anderen Oxid- und/oder Nichtoxid-Materialien neben SiO₂, Na₂O und CaO im Kalk-Natron-Silicat-Glas vorhanden sind, beträgt die Gesamtsumme dieser zusätzlichen Materialien vorzugsweise 10 Gew.-% oder weniger, oder genauer gesagt 5 Gew.-% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kalk-Natron-Silicat-Glases.
Kalk-Natron-Silicat-Glas wird seit langem in einem kontinuierlichen Schmelzofen hergestellt. Beim Betrieb eines solchen Ofens wird ein zu einem Glas schmelzbares Gemenge - so zusammengesetzt, dass es Glas mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung und damit verbundenen Eigenschaften ergibt - in einer Schmelzkammer des Ofens auf ein großes Glasschmelzbad mit einem im Allgemeinen konstanten Niveau aufgelegt. Das Glasschmelzbad wird auf einer Temperatur von etwa 1450 °C oder höher gehalten, so dass das zugeführte Gemenge schmelzen, reagieren und mehrere Übergangsschmelzphasen durchlaufen kann, bevor es chemisch in das Glasschmelzbad integriert wird, während sich das Bad durch die Schmelzkammer des Ofens zu einer Läuterkammer bewegt, die stromabwärts der Schmelzkammer gelegen ist. In der Läuterkammer werden Blasen und andere gasförmige Einschlüsse aus dem Glas entfernt, um eine chemisch homogenisierte und geläuterte Glasschmelze zu erhalten, die die für die weitere Verarbeitung benötigt wird. Die zur Aufrechterhaltung des Glasschmelzbades in der Schmelzkammer benötigte Wärme wird üblicherweise von über der Schmelze angeordneten Brennern geliefert, die ein Gemisch aus Brennstoff und Luft/Sauerstoff in einer offenen Verbrennungszonenatmosphäre über der Glasschmelze verbrennen. Die Brenner befinden sich in Brenneröffnungen an gegenüberliegenden Seitenwänden des feuerfesten Aufbaus, der die Verbrennungszone teilweise begrenzt (kreuzbefeuerter Ofen), oder in einer Rückwand des feuerfesten Aufbaus (endöffnungsbefeuerter Ofen). Bei einem herkömmlichen Glasschmelz- und Läuterprozess dauert es typischerweise 24 Stunden oder länger, bis das Gemenge aufgeschmolzen und durchreagiert ist, bevor es die Schmelzwanne als homogene Glasschmelze verlässt.
Die Farbe des fertigen Glasartikels - z. B. eines Behälters, eines Flachglaserzeugnisses oder eines Tafelgeschirrs - hängt von einer Reihe von Variablen ab. So können bestimmte Bestandteile des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges (z. B. Sand, Kalkstein, Dolomit, Recyclingglas usw.) Eisenverunreinigungen enthalten. Das Eisen kann in zweierlei Form in der Glasschmelze vorhanden sein: (1) im zweiwertigen oder reduzierten Zustand (Fe²⁺ als FeO) oder (2) im dreiwertigen oder oxidierten Zustand (Fe³⁺ als Fe₂O₃). Eisen im Fe²⁺-Zustand verleiht der Glasschmelze eine blaugrüne Farbe, Eisen im Fe³⁺-Zustand eine gelbe Farbe. Das Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen (Fe²⁺+Fe³⁺) in der Glasschmelze bestimmt das Redoxverhältnis des Glases und gibt einen allgemeinen Hinweis darauf, ob die blau-grüne Farbe oder die gelbe Farbe visuell dominieren wird. Zu diesem Zweck muss das Redoxverhältnis der Glasschmelze zum Erzielen der gewünschten Glasfärbung oft kontrolliert werden. So kann beispielsweise Flintglas (Weißglas) aus einer oxidierten Glasschmelze mit einem Redoxverhältnis von 0,4 oder weniger gewonnen werden, Grünglas aus einer stärker reduzierten Glasschmelze mit einem Redoxverhältnis von 0,4 bis 0,6 und Braunglas aus einer noch stärker reduzierten Glasschmelze mit einem Redoxverhältnis zwischen 0,6 und 0,8.
In einem herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofen wird das Redoxverhältnis des Glasschmelzbades traditionell über die Zusammensetzung des dem Ofen zugeführten zu einem Glas schmelzbaren Gemenges eingestellt. Die Zusammensetzung des Gemenges kann die Menge der Redoxmittel im Glasschmelzbad bestimmen und/oder den Gesamteisengehalt im Glasschmelzbad durch die Verwendung von Rohstoffen mit niedrigem Eisengehalt begrenzen. Redoxmittel sind Verbindungen, die eine oxidierende oder reduzierende Wirkung auf die Glasschmelze haben und daher das Fe²⁺/Fe³⁺-Gleichgewicht in Richtung des Fe³⁺-Zustandes bzw. des Fe²⁺-Zustandes verschieben können, wodurch sich das Redoxverhältnis des Glasschmelzbares ändert und das Glas beim Erstarren eher eine entweder gelbe oder blau-grüne Farbe annimmt. Ein übliches oxidierendes Redoxmittel, das das Redoxverhältnis nach unten verschieben kann, sind Sulfate (SO₃), die dem Glasschmelzbad aus einer Vielzahl von Zusatzstoffen zugeführt werden können, die im zu einem Glas schmelzbaren Gemenge enthalten sind, z. B. Salzkuchen, während ein übliches Reduktionsmittel, das das Redoxverhältnis erhöhen kann, Kohlenstoff ist. Darüber hinaus kann die Zugabe einer beträchtlichen Menge an Flintglasscherben (d. h. recyceltem Flintglas) zum Gemenge die im Gemenge enthaltenen Eisenverunreinigungen verdünnen und die Notwendigkeit, bei der Herstellung von Glas einer bestimmten Farbe bestimmte Redoxmittel zu verwenden, verringern oder ganz beseitigen.
Dem Glasschmelzbad können auch verschiedene Farbstoffe, Entfärbungsmittel oder eine Kombination aus beidem zugesetzt werden, um bei einem bestimmten Redoxverhältnis unterschiedliche Glasfarben zu erzielen. Farbstoffe und Entfärbungsmittel sind Verbindungen, die sichtbares Licht bei bestimmten Wellenlängen absorbieren bzw. durchlassen, um bestimmte Farben im Glas zu kaschieren und/oder zu betonen. Einige bekannte Beispiele für Farbstoffe und Entfärbungsmittel sind Selen, Kobaltoxid, Chromoxid und Mangan. Dementsprechend kann die aus einem herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofen gewonnene Glasschmelze ein Redoxverhältnis aufweisen, das die Bildung von Glasartikeln mit einer gewünschten Farbe unterstützt, und zwar auf der Grundlage von Gemengespezifikationen, die einen bestimmten Anteil an Flintglasscherben und/oder eine bestimmte Menge an sekundären Zusatzstoffen einschließlich Redoxmitteln, Farbstoffen und/oder Entfärbungsmitteln vorschreiben können. Die verschiedenen Betriebsbedingungen eines kontinuierlichen Schmelzofens werden größtenteils aus Gründen ausgewählt und gesteuert, die nichts mit der Farbe des hergestellten Glases zu tun haben.
Das Schmelzen mittels Tauchverbrennung (TV) ist eine Schmelztechnologie, mit der auch Glas, einschließlich Kalk-Natron-Silicat-Glas, hergestellt werden kann und die sich in letzter Zeit zu einer potenziell brauchbaren Alternative zum Schmelzverfahren in einem herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofen entwickelt hat. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schmelzverfahren wird beim TV-Schmelzen ein brennbares Gasgemisch, das einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel enthält, direkt in und unter die Oberfläche einer in einer Schmelzwanne befindlichen Glasschmelze einspritzen, in der Regel durch Tauchbrenner, die im Boden oder in den Seitenwänden der Schmelzwanne angebracht sind. Das Oxidationsmittel kann Sauerstoff, Luft oder ein anderes Gas sein, das einen gewissen Anteil an Sauerstoff enthält. Das brennbare Gasgemisch entzündet sich selbst, und die dabei entstehenden Verbrennungsprodukte verursachen heftiges Rühren und Turbulenzen, wenn sie durch die Glasschmelze ausgestoßen werden. Die intensiven Scherkräfte zwischen den Verbrennungsprodukten und der Glasschmelze bewirken eine schnelle Wärmeübertragung und Partikelauflösung in der gesamten Glasschmelze, verglichen mit der langsameren Kinetik eines herkömmlichen Schmelzofens, in dem die Glasschmelze hauptsächlich mit Strahlungswärme von oben liegenden, nicht eingetauchten Brennern erhitzt wird. Auch wenn die SV-Technologie das zu einem Glas schmelzbare Gemenge relativ schnell schmelzen und in die Glasschmelze integrieren kann, neigt die Glasschmelze dazu, schaumig/stark blasig zu sein und eine relativ geringe Dichte zu besitzen, obwohl sie beim Austritt aus der Schmelzwanne chemisch homogenisiert ist. In der Tat kann die Glasschmelze in einer TV-Schmelzwanne zwischen 30 Vol.-% und 60 Vol.-% an mitgerissenen Gasblasen enthalten.
Die relativ hohe Wärmeübertragungs- und Mischeffizienz der TV-Schmelzwanne ermöglicht ein grundlegend anderes Schmelzwannendesign als das eines herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofens. Abgesehen von den Unterschieden in der Brennerkonstruktion und - anordnung kann eine TV-Schmelzwanne, bezogen auf das Fassungsvermögen in Tonnen an Glasschmelze im Dauerbetrieb, um 50 % bis 90 % kleiner sein als ein herkömmlicher kontinuierlicher Schmelzofen. Durch die geringere Größe einer TV-Schmelzwanne ist eine externe Kühlung sowohl technisch als auch wirtschaftlich machbar. Die geringere Größe einer TV-Schmelzwanne und die Tatsache, dass sie extern gekühlt werden kann, ermöglicht es, die Schmelzwanne schnell und effizient herunterzufahren und abzulassen und dann wieder anzufahren, wenn dies aufgrund von Produktionsplänen oder anderen Erwägungen erforderlich ist. Diese Art von Betriebsflexibilität ist bei einem herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofen nicht möglich. Darüber hinaus kann die TV-Schmelzwanne über der Glasschmelze nicht eingetauchte Brenner enthalten, die die turbulente Oberfläche der Glasschmelze während des Betriebs der TV-Schmelzwanne beheizen und optional darauf auftreffen, um die Schaumbildung zu unterdrücken, während ein herkömmlicher kontinuierlicher Schmelzofen nur nicht eingetauchte Brenner für die Strahlungswärmeübertragung verwendet.
In der Vergangenheit wurde das TV-Schmelzen nicht im kommerziellen Maßstab zum Herstellen von Behälter- und Floatglasartikeln eingesetzt. In dieser Hinsicht gab es wenig bis gar kein Interesse an der Anpassung von TV-Schmelzverfahren zum Herstellen von Glas, insbesondere von Kalk-Natron-Silicat-Glas, das die strengen Farbspezifikationen durchgängig erfüllen kann. Und die Anpassung einer TV-Schmelzwanne zum Herstellen von Kalk-Natron-Glasartikeln ist nicht unbedingt eine einfache Aufgabe, da sich die bisherigen, auf das Erzeugen einer bestimmten Glasfarbe zugeschnittenen Gemengezusammensetzungen nicht gut auf das TV-Schmelzen übertragen lassen. Der Grund für diese Diskrepanz liegt vermutlich in der grundlegend anderen Art und Weise, in der das zu einem Glas schmelzbare Gemenge in einer turbulenten Glasschmelze in einer TV-Schmelzwanne aufgeschmolzen wird. Beim TV-Schmelzen werden, wie oben erläutert, die Verbrennungsprodukte aus den Tauchbrennern direkt in die turbulente Glasschmelze abgegeben, während bei herkömmlichen Verfahren die Verbrennungsprodukte in eine offene Atmosphäre über einem viel ruhigeren Glasschmelzbad abgegeben werden. Eine Glasherstellungsstrategie, die es ermöglicht, das Redoxverhältnis der in einer TV-Schmelzwanne befindlichen Glasschmelze einzustellen, ohne dass zwangsläufig Änderungen an der Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges erforderlich sind, würde dazu beitragen, den Glasherstellungsbetrieb in einer TV-Schmelzwanne zu verbessern und sicherzustellen, dass Glasartikel einer bestimmten Farbe zuverlässig hergestellt werden können.
Zusammenfassung der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Verfahren zum Einstellen des Redoxverhältnisses einer Glasschmelze, die in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne hergestellt wird. Das offengelegte Verfahren beinhaltet das Steuern von mindestens einer von drei Betriebsbedingungen der TV-Schmelzwanne, die als Einflussfaktoren für das Redoxverhältnis der Glasschmelze identifiziert wurden. Zu den besonderen Betriebsbedingungen der TV-Schmelzwanne gehören (1) das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des von jedem der Tauchbrenner eingespritzten brennbaren Gasgemisches, (2) die Verweilzeit der Glasschmelze und (3) der Gasfluss durch die Glasschmelze. Das Redoxverhältnis der Glasschmelze gilt als „eingestellt“, wenn das Redoxverhältnis gegenüber dem verschoben wird, was ansonsten von Natur aus auf die Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges zurückzuführen ist, wenn die Betriebsbedingungen nicht gesteuert werden. Die Möglichkeit, das Redoxverhältnis der Glasschmelze durch Steuern der Betriebsbedingungen anzupassen, kann dazu beitragen, bestimmte Glasfärbungen mit geringerer Abhängigkeit von der Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges zu erreichen, kann schnelle Änderungen des Redoxverhältnisses ermöglichen und Modifikationen der Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges erlauben, die sonst nicht möglich wären.
Das Redoxverhältnis der Glasschmelze kann je nach gewünschtem Ergebnis auf verschiedene Weise eingestellt werden, indem eine, eine beliebige Kombination von zwei oder von allen drei der oben genannten Betriebsbedingungen gesteuert wird. Das Redoxverhältnis kann je nach Farbe des herzustellenden Glases nach oben (mehr reduziertes Glas) oder nach unten (mehr oxidiertes Glas) verschoben werden, um die Notwendigkeit zu minimieren, bestimmte Redoxmittel in das zu einem Glas schmelzbare Gemenge einzubringen. Das Redoxverhältnis kann auch erhöht werden, um die Glasschmelze in einen stärker reduzierten Zustand zu versetzen, oder es kann verringert werden, um die Glasschmelze in einen stärker oxidierten Zustand zu versetzen, um den Übergang zwischen den Glasfärbungen zu erleichtern, ohne notwendigerweise die Menge an Redoxmitteln ändern zu müssen, die in dem zu einem Glas schmelzbaren Gemenge enthalten sind, das der Tauchverbrennungsschmelzwanne zugeführt wird. Darüber hinaus kann das Redoxverhältnis auf einem Zielwert innerhalb akzeptabler Toleranzen gehalten werden, auch wenn die Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges verändert wird, was andernfalls dazu führen könnte, dass das Redoxverhältnis über das für eine bestimmte Glasfärbung akzeptable Maß hinaus schwankt. Die Fähigkeit, diesen unerwünschten Schwankungen des Redoxverhältnisses entgegenzuwirken oder sie zu neutralisieren, kann den zulässigen Zusammensetzungsbereich des für eine bestimmte Glasfarbe verwendeten Gemenges erweitern, was im Falle der alleinigen Einstellung des Redoxverhältnisses durch die Zusammensetzung des Gemenges nicht möglich wäre.
Die vorliegende Offenbarung umfasst eine Reihe von Aspekten, die einzeln oder in Kombination miteinander umgesetzt werden können, um ein Verfahren zum Herstellen von Glas bereitzustellen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen von Glas unter Verwendung des Tauchverbrennungsschmelzens das Einbringen eines zu einem Glas schmelzbaren Gemenges in eine in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne befindlichen Glasschmelze. Die Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst einen oder mehrere Tauchbrenner, die mit einem brennbaren Gasgemisch versorgt werden, das Brennstoff und Sauerstoff umfasst, und die darin enthaltene Glasschmelze weist ein Redoxverhältnis auf, das als Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist. Das Verfahren umfasst ferner das Verbrennen des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemischs, um Verbrennungsprodukte zu erzeugen, und das Abgeben der Verbrennungsprodukte von dem einen oder den mehreren Tauchbrennern direkt in die Glasschmelze, um Wärme auf die Glasschmelze zu übertragen und diese zu bewegen. Weiterhin erfordert das Verfahren das Einstellen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze und (3) einem Gasfluss durch die Glasschmelze.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen von Glas unter Verwendung des Tauchverbrennungsschmelzens das Einbringen eines zu einem Glas schmelzbaren Gemenges in eine in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne befindlichen Glasschmelze. Die Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst einen oder mehrere Tauchbrenner, die mit einem brennbaren Gasgemisch versorgt werden, das Brennstoff und Sauerstoff umfasst, und die darin befindliche Glasschmelze weist ein Redoxverhältnis auf, das als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist. Das Verfahren umfasst ferner das Verbrennen des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemischs, um Verbrennungsprodukte zu erzeugen, und das Abgeben der Verbrennungsprodukte von dem einen oder den mehreren Tauchbrennern direkt in die Glasschmelze, um Wärme auf die Glasschmelze zu übertragen und diese zu bewegen. In einem weiteren Schritt sieht das Verfahren vor, das Redoxverhältnis der Glasschmelze zu erhöhen durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemischs, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze und (3) einem Gasfluss durch die Glasschmelze. Insbesondere umfasst der Schritt des Steuerns der einen oder mehreren Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne mindestens einen der folgenden Schritte: (1) Erhöhen des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemischs, (2) Verringern der Verweilzeit der Glasschmelze, oder (3) Verringern des Gasflusses durch die Glasschmelze.
Gemäß einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Herstellen von Glas unter Verwendung des Tauchverbrennungsschmelzens das Einbringen eines zu einem Glas schmelzbaren Gemenges in eine in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne befindlichen Glasschmelze. Die Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst einen oder mehrere Tauchbrenner, die mit einem brennbaren Gasgemisch versorgt werden, das Brennstoff und Sauerstoff umfasst, und die darin befindliche Glasschmelze weist ein Redoxverhältnis auf, das als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist. Das Verfahren umfasst ferner das Verbrennen des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemischs, um Verbrennungsprodukte zu erzeugen, und das Abgeben der Verbrennungsprodukte von dem einen oder den mehreren Tauchbrennern direkt in die Glasschmelze, um Wärme auf die Glasschmelze zu übertragen und diese zu bewegen. In einem weiteren Schritt sieht das Verfahren vor, das Redoxverhältnis der Glasschmelze durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne zu verringern, durch Steuern der einen oder mehreren Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemischs, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze und (3) einer Gasströmung durch die Glasschmelze. Insbesondere umfasst der Schritt des Steuerns der einen oder mehreren Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne mindestens einen der folgenden Schritte: (1) Verringern des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, (2) Erhöhen der Verweilzeit der Glasschmelze, oder (3) Erhöhen des Gasflusses durch die Glasschmelze.
Figurenliste
Die Offenbarung, zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen, Vorteilen und Aspekten davon, kann am besten anhand der folgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in denen:

1 eine seitliche Querschnittsdarstellung einer Tauchverbrennungsschmelzwanne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine Querschnittsansicht der in 1 dargestellten Tauchverbrennungsschmelzwanne entlang der Schnittlinie 2-2;
3 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Glasschmelze in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne und anschließendem Formen von Glasbehältern aus der Glasschmelze gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 ein Diagramm der Redoxverhältnisse verschiedener Proben einer Glasschmelze (hergestellt aus einem zu einem Glas schmelzbaren Gemenge für Flintglas), das zeigt, wie das Redoxverhältnis der Glasschmelze durch Ändern des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, beeinflusst wurde;
5 ein Diagramm der Redoxverhältnisse verschiedener Proben einer Glasschmelze (hergestellt aus einem zu einem Glas schmelzbaren Gemenge für Braunglas), das zeigt, wie das Redoxverhältnis der Glasschmelze durch Ändern des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, beeinflusst wurde;
6 ein Diagramm der Redoxverhältnisse verschiedener Proben einer Glasschmelze (hergestellt aus einem zu einem Glas schmelzbaren Gemenge für Flintglas), das den Einfluss auf das Redoxverhältnis der Glasschmelze beim Umstellen des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches von einem höheren Verhältnis zu einem niedrigeren Verhältnis zeigt;
7 ein Diagramm der Redoxverhältnisse für einen Teil der in 6 aufgezeichneten Proben sowie der Blasenzahl der Glasschmelze über denselben Zeitraum, in dem das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches von einem höheren Verhältnis auf ein niedrigeres Verhältnis umgestellt wurde;
8 ein Diagramm der Redoxverhältnisse für verschiedene Proben einer Glasschmelze (hergestellt aus einem zu einem Glas schmelzbaren Gemenge für Flintglas) sowie der Verweilzeit der Glasschmelze während des Zeitraums der Probennahme, wobei die Verweilzeit durch Änderung des Massendurchsatzes des die Tauchverbrennungsschmelzwanne verlassenden geschmolzenen Glases variiert wurde;
9 ein Diagramm des verbliebenen Sulfatgehalts (ausgedrückt als SO₃) für dieselben Proben, die in 8 bewertet wurden, sowie der Verweilzeit der Glasschmelze während des Zeitraums der Probennahme; und
10 ein Diagramm der Redoxverhältnisse für verschiedene Proben einer Glasschmelze (hergestellt aus einem zu einem Glas schmelzbaren Gemenge für Flintglas) sowie der Verweilzeit der Glasschmelze während des Zeitraums der Probennahme, wobei die Verweilzeit durch Ändern des Gewichts der Glasschmelze in der Tauchverbrennungsschmelzwanne variiert wurde.

Detaillierte Beschreibung
Eine beispielhafte Tauchverbrennungsschmelzwanne (TV-Schmelzwanne) 10 ist in den 1-2 dargestellt, um die Anwendung des offenbarten Verfahrens zum Herstellen von Glas und zum Steuern des Redoxverhältnisses einer in der TV-Schmelzwanne 10 hergestellten Glasschmelze 22 zu zeigen. Die TV-Schmelzwanne 10 umfasst eine Einhausung 12, die ein Dach 14, einen Boden 16 und eine umlaufende aufrechte Wand 18 aufweist, die das Dach 14 und den Boden 16 verbindet. Die umlaufende aufrechte Wand 18 umfasst ferner eine vordere Stirnwand 18a, eine hintere Stirnwand 18b, die der vorderen Stirnwand 18a gegenüberliegt und von ihr beabstandet ist, sowie zwei gegenüberliegende seitliche Seitenwände 18c, 18d, die die vordere Stirnwand 18a und die hintere Stirnwand 18b verbinden. Zusammen bilden das Dach 14, der Boden 16 und die umlaufende aufrechte Wand 18 eine innere Reaktionskammer 20 der Schmelzwanne 10, die der sich die Glasschmelze 22 befindet, wenn die Schmelzwanne 10 in Betrieb ist. Das Dach 14, der Boden 16 und die umlaufende aufrechte Wand 18 können so ausgebildet sein, dass sie den hohen Temperaturen und der korrosiven Natur der Glasschmelze 22 widerstehen. Beispielsweise kann jede dieser Strukturen 14, 16, 18 aus einem Feuerfestmaterial oder aus einer oder mehreren fluidgekühlten Platten, die ein innenliegendes Feuerfestmaterial mit einer an Ort und Stelle gebildeten erstarrten Glasschicht (nicht dargestellt) in Kontakt mit der Glasschmelze 22 tragen, ausgebildet sein.
Die Einhausung 12 der TV-Schmelzwanne 10 weist einen Einlass 24 für Gemenge, einen Glasschmelzenauslass 26 und eine Abluftöffnung 28 auf. Vorzugsweise ist der Einlass 24 für Gemenge im Dach 14 der Einhausung 12 in der Nähe der vorderen Stirnwand 18a und der Glasschmelzenauslass 26 in der hinteren Stirnwand 18b der Einhausung 12 oberhalb des Bodens 16 angeordnet, wie bestmöglich in 1 dargestellt, obwohl andere Stellen für den Einlass 24 für Gemenge und den Glasschmelzenauslass 26 durchaus möglich sind. Der Einlass 24 für Gemenge dient als Eingang in die innere Reaktionskammer 20 für die Zufuhr eines zu einem Glas schmelzbaren Gemenges 30. Ein Gemengeeinspeiser 32, der so ausgebildet ist, dass er eine dosierte Menge des Gemenges 30 in die innere Reaktionskammer 20 einbringt, kann mit der Einhausung 12 verbunden werden. Der Gemengeeinspeiser 32 kann beispielsweise eine rotierende Schnecke (nicht abgebildet) enthalten, die sich in einem Zuführungsrohr 34 mit etwas größerem Durchmesser dreht, das mit dem Einlass 24 für Gemenge in Verbindung steht, um das Gemenge 30 aus einem Gemengetrichter mit kontrollierter Geschwindigkeit in die innere Reaktionskammer 20 einzuspeisen.
Der Glasschmelzenauslass 26 ist ein Ausgang aus der inneren Reaktionskammer 20 für den Austritt von blasiger Glasschmelze 36 aus der TV-Schmelzwanne 10. Die austretende blasige Glasschmelze 36 kann, wie dargestellt, direkt ein Abstehgefäß 38 eingeleitet werden, falls gewünscht. Das Abstehgefäß 38 umfasst eine Einhausung 40, die einen Aufnahmeraum 42 definiert. Der Aufnahmeraum 42 nimmt die blasige Glasschmelze 36 auf, die aus der inneren Reaktionskammer 20 der TV-Schmelzwanne 10 durch den Glasschmelzenauslass 26austritt, und hält Zwischenreservoir 44 der Glasschmelze mit einem konstanten, gleichmäßigen Volumen (d. h. ± 5 Vol. %) aufrecht. In der Einhausung 40 des Abstehgefäßes 38 können ein oder mehrere Aufprall- oder Nichtaufprallbrenner 46 angebracht sein, um das Zwischenreservoir 44 der Glasschmelze zu erwärmen und/oder Schaum zu unterdrücken oder zu zerstören, der sich oben auf dem Reservoir 44 der Glasschmelze ansammeln kann. Ein konstanter oder intermittierender Strom 48 geschmolzenen Glases kann aus dem Reservoir 44 geschmolzenen Glases, das sich im Aufnahmeraum 42 befindet, und aus dem Abstehgefäß 38 durch einen an der Einhausung 40 angebrachten Ausguss 50 abgegeben werden. Am Ausguss 50 kann ein hin- und hergehenden Kolben 52 angebracht sein, der den Strom 48 geschmolzenen Glases kontrolliert durch eine Blende 54 abgibt, so dass eine nachgeschaltete Anlage, z. B. eine Glasveredelungsmaschine, mit einer kontrollierten Zufuhr geschmolzenen Glases versorgt wird. Eine ausführlichere Beschreibung eines Abstehgefäßes, das die abgegebene blasige Glasschmelze 36 aufnehmen kann, ist in der US-Anmeldung Nr. 16/590,068 des Rechtsnachfolgers der vorliegenden Erfindung offenbart, die durch Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird. Natürlich kann in anderen Ausführungsformen auf das das Abstehgefäß 38 verzichtet werden und die blasige Glasschmelze 36, die aus der inneren Reaktionskammer 20 der TV-Schmelzwanne 10 austritt, kann direkt in einen Glasfeiner oder an anderer Stelle eingebracht werden.
Die Abluftöffnung 28 ist vorzugsweise im Dach 14 der Einhausung 12 zwischen der vorderen Stirnwand 18a und der hinteren Stirnwand 18b an einer Stelle stromabwärts des Einlasses 24 für Gemenge angeordnet. Ein Abluftkanal 56 steht mit der Abluftöffnung 28 in Verbindung und ist so ausgebildet, dass er gasförmige Verbindungen aus der inneren Reaktionskammer 20 entfernt. Die durch den Abluftkanal 56 abgezogenen gasförmigen Verbindungen können je nach Bedarf behandelt, recycelt oder anderweitig aus der TV-Schmelzwanne 10 abgeleitet werden. Um den Verlust eines Teils des Gemenges 30 durch die Abluftöffnung 28 als unbeabsichtigten Gemengeverlust zu verhindern oder zumindest zu minimieren, kann eine Trennwand 58, die vom Dach 14 der Einhausung 12 nach unten ragt, zwischen dem Einlass 24 für Gemenge und der Abluftöffnung 28 angeordnet sein. Die Trennwand 58 kann ein unteres freies Ende 60 aufweisen, das, wie dargestellt, in die Glasschmelze 22 eintaucht, oder sie kann in der Nähe, aber oberhalb der Glasschmelze 22 angeordnet sein. Die Trennwand 58 kann ähnlich aufgebaut sein wie das Dach 14, der Boden 16 und die umlaufende aufrechte Wand 18, dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
Die TV-Schmelzwanne 10 umfasst einen oder mehrere Tauchbrenner 62. Jeder des einen oder der mehreren Tauchbrenner 62 ist in einer Öffnung 64 angebracht, die im Boden 14 (wie dargestellt) und/oder der umlaufenden aufrechten Wand 18 an einer von der Glasschmelze 22 überfluteten Stelle ausgebildet ist. Jeder der Tauchbrenner 62 spritzt durch eine Austrittsdüse 66 ein brennbares Gasgemisch G in die Glasschmelze 22 ein. Das brennbare Gasgemisch G umfasst Brennstoff und Sauerstoff. Der Brennstoff, der dem oder den Tauchbrenner(n) 62 zugeführt wird, ist vorzugsweise Methan oder Propan, und der Sauerstoff kann als reiner Sauerstoff zugeführt werden, wobei es sich bei dem oder den Brenner(n) 62 um oxy-fuel-Brenner (Sauerstoff-Brennstoff-Brenner), handelt, oder als Bestandteil von Luft oder eines mit Sauerstoff angereicherten Gases, das mindestens 20 Vol.-% und vorzugsweise mindestens 50 Vol.-% O₂ enthält. Nach dem Einspritzen in die Glasschmelze 22 entzündet sich das brennbare Gasgemisch G sofort selbst und erzeugt Verbrennungsprodukte 68 - nämlich CO₂, CO, H₂O und nicht verbrannte Brennstoffe, Sauerstoff und/oder andere Gasverbindungen wie Stickstoff -, die in und durch die Glasschmelze 22 abgegeben werden. Typischerweise sind in der TV-Schmelzwanne 10 zwischen fünf und dreißig Tauchbrenner 62 installiert, obwohl je nach Größe und Schmelzkapazität der Schmelzwanne 10 durchaus mehr oder weniger Brenner 62 eingesetzt werden können.
Das brennbare Gasgemisch G wird jedem der Tauchbrenner 62 mit einem Massendurchsatz MD_Mix zugeführt und von diesem eingespritzt. Der Massendurchsatz MD_Mix des brennbaren Gasgemischs G an jedem Brenner 62 setzt sich aus einem Massendurchsatz von Sauerstoff MD_Ox und einem Massendurchsatz von Brennstoff MD_Brenn, bei dem es sich um einen Massendurchsatz von Methan MD_Meth oder einen Massendurchsatz von Propan MD_Prop handeln kann, sowie Massendurchsätze anderer Gase wie Stickstoff oder eines anderen Inertgases, wenn der Sauerstoff über Luft oder ein mit Sauerstoff angereichertes Gas zugeführt wird, zusammen. Im Hinblick auf die Versorgung des/der Tauchbrenner(s) 62 mit dem brennbaren Gasgemisch G mit dem geeigneten Gesamtmassendurchsatz MD_Mix sowie dem geeigneten Gemisch aus Sauerstoff- und Brennstoffdurchsätzen MD_Ox, MD_Brenn kann jeder der Brenner 62 mit einem Oxidationsmittel (Sauerstoff, sauerstoffangereichertes Gas oder Luft) und einem Brennstoffversorgungsverteiler über eine Durchflussleitung verbunden sein, die mit Sensoren und Ventilen ausgestattet ist, um eine präzise Steuerung der Massendurchsätze MD_Mix, MD_Ox, MD_Brenn zu dem/den Brenner(n) 62 zu ermöglichen, die durch die Brennerdüse(n) 66 eingespritzt werden. Diese Massendurchsätze MD_Mix, MD_Ox, MD_Brenn können zwar in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren variieren - unter anderem von der Anzahl der Tauchbrenner 62, dem Gewicht der Glasschmelze 22, und der Durchflussrate der blasigen Glasschmelze 36 durch den Glasschmelzenauslass 26. In vielen Fällen liegt der Massendurchsatz MD_Mix des brennbaren Gasgemischs G an jedem Brenner 62 im Bereich von 22 kg/h bis 280 kg/h (etwa 20 Normkubikfuß/Stunde (NCFH) bis 175 NCFH), wobei der Massendurchsatz von Sauerstoff MD_Ox im Bereich von 20 kg/h bis 180 kg/h (ca. 16 NCFH bis 125 NCFH) und der Massendurchsatz des Brennstoffs MD_Brenn im Bereich von 2 kg/h bis 40 kg/h für Methan oder 5 kg/h bis 100 kg/h für Propan (ca. 4 NCFH bis 50 NCFH) als Teil des Massendurchsatzes MD_Mix des brennbaren Gasgemischs G.
Während des Betriebs der TV-Schmelzwanne 10 gibt jeder des einen oder der mehreren Tauchbrenner 62 einzeln Verbrennungsprodukte 68 direkt in und durch die Glasschmelze 22 ab. Bei der Glasschmelze 22 handelt es sich um ein Volumen geschmolzenen Glases, das häufig zwischen 1 US-Tonne (1 US-Tonne = 2.000 Ibs) und 100 US-Tonnen wiegt und im Allgemeinen während des Dauerbetriebs der TV-Schmelzwanne 10 konstant gehalten wird. Da die Verbrennungsprodukte 68 in und durch die Glasschmelze 22 ausgestoßen werden, was zu komplexen Strömungsmustern und starken Turbulenzen führt, wird die Glasschmelze 22 stark bewegt und erfährt eine rasche Wärmeübertragung und starke Scherkräfte. Die Verbrennungsprodukte 68 entweichen schließlich aus der Glasschmelze 22 und werden zusammen mit anderen gasförmigen Verbindungen, die sich aus der Glasschmelze 22 verflüchtigen können, durch die Abluftöffnung 28 aus der inneren Reaktionskammer 20 entfernt. Zusätzlich können unter Umständen ein oder mehrere nicht als Tauchbrenner ausgeführte Brenner (nicht dargestellt) im Dach 14 und/oder der umlaufenden aufrechten Wand 18 an einer Stelle oberhalb der Glasschmelze 22 angebracht werden, um der Glasschmelze 22 Wärme zuzuführen, entweder direkt durch Flammenaufprall oder indirekt durch Strahlungswärmeübertragung, und um auch die Schaumunterdrückung und/oder -zerstörung zu erleichtern.

Während der eine oder die mehreren Tauchbrenner 62 in der Glasschmelze 22 befeuert werden, wird das zu einem Glas schmelzbare Gemenge 30 durch den Einlass 24 für Gemenge kontrolliert in die innere Reaktionskammer 20 eingebracht. Das in die innere Reaktionskammer 20 eingebrachte zu einem Glas schmelzbare Gemenge 30 ist so zusammengesetzt, dass es in die Glasschmelze 22 integriert wird und die Schmelze 22 beim Aufschmelzen eine vorbestimmte glaschemische Zusammensetzung aufweist. Beispielsweise kann die glaschemische Zusammensetzung der Glasschmelze 22 die eines Kalk-Natron-Silicat-Glases sein. In diesem Fall kann das das zu einem Glas schmelzbare Gemenge 30 ein physikalisches Gemisch aus neuen Rohstoffen und gegebenenfalls Scherben (d. h. recyceltem Glas) sein als Quelle für SiO₂, Na₂O und CaO in den richtigen Anteilen, zusammen mit jedem beliebigem der anderen unten in Tabelle 1 aufgeführten Stoffe, einschließlich, am häufigsten, Al₂O₃. Die genauen Bestandteile des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges 30 können stark variieren, wobei noch immer die in der Glasindustrie allgemein bekannte chemische Zusammensetzung von Kalk-Natron-Silicat-Glas erreicht werden kann.

Tabelle 1: Glaschemische Zusammensetzung von Kalk-Natron-Silicat-Glas
Komponente	Gew.-%	Rohstoff
SiO₂	60-80	Quarzsand
Na₂O	8-18	Natriumcarbonat
CaO	5-15	Kalk
Al₂O₃	0-2	Nephelinsyenit, Feldspat
MgO	0-5	Magnesit
K₂O	0-3	Pottasche
Fe₂O₃ + FeO	0-0,08	Eisen ist eine Verunreinigung
MnO₂	0-0,3	Mangandioxid
SO₃	0-0,5	Salzkuchen, Schlacke
Se	0-0,0005	Selen
F	0-0,5	Fluoride sind eine Verunreinigung

Damit die Glasschmelze 22 die chemische Zusammensetzung eines Kalk-Natron-Silicat-Glases aufweist, kann das Gemenge 30 beispielsweise Primärrohstoffe wie Quarzsand (kristallines SiO₂), Natriumcarbonat (Na₂CO₃) und Kalk (CaCO₃) in den zum Erzielen der erforderlichen Anteile an SiO₂, Na₂O bzw. CaO nötigen Menge enthalten. Dem zu einem Glas schmelzbaren Gemenge 30 können auch andere Rohstoffe zugesetzt werden, um eines oder mehrere der Elemente SiO₂, Na₂O, CaO und möglicherweise andere Oxid- und/oder Nichtoxid-Materialien in die Glasschmelze 22 einzubringen, on Abhängigkeit von der gewünschten chemischen Zusammensetzung des Kalk-Natron-Silicat-Glases und der Farbe der daraus hergestellten Glasartikel. Zu diesen anderen Rohstoffen können Feldspat, Dolomit und Calumit-Schlacke gehören. Darüber hinaus kann das zu einem Glas schmelzbare Gemenge 30 sekundäre Rohstoffe oder Nebenbestandteile enthalten, die die chemische Zusammensetzung des Kalk-Natron-Silicat-Glases mit eventuell benötigten Farbstoffen, Entfärbungsmitteln und/oder Redoxmitteln versorgen und darüber hinaus eine Quelle für chemische Läuterungsmittel darstellen, die bei der nachgeschalteten Blasenentfernung helfen. Das zu einem Glas schmelzbare Gemenge 30 kann sogar bis zu 80 Gew.-% Scherben enthalten, abhängig von einer Vielzahl von Faktoren.
Das zu einem Glas schmelzbare Gemenge 30 bildet keinen auf der Glasschmelze 22 aufliegenden Gemengekuchen, wie es in einem herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofen üblich ist, sondern wird schnell aufgelöst und von der turbulenten Glasschmelze 22 aufgenommen. Das verteilte zu einem Glas schmelzbare Gemenge 30 ist in der gesamten Glasschmelze 22 einer intensiven Wärmeübertragung und einer raschen Partikelauflösung ausgesetzt, was auf die starke Schmelzbewegung und die Scherkräfte zurückzuführen ist, die durch den/die Tauchbrenner 62 verursacht werden. Dadurch wird das Gemenge 30 schnell vermischt, reagiert und wird chemisch in die Glasschmelze 22 integriert. Die Bewegung und das Rühren der Glasschmelze 22 durch den Austritt der Verbrennungsprodukte 68 aus dem (den) Tauchbrenner(n) 62 fördert jedoch auch die Blasenbildung innerhalb der Glasschmelze 22. Folglich ist die Glasschmelze 22 von Natur aus stark blasig und weist eine homogene Verteilung von mitgerissenen Gasblasen auf. Die mitgerissenen Gasblasen können 30 bis 60 Vol.-% der Glasschmelze 22 ausmachen, wodurch die Dichte der Glasschmelze 22 relativ gering ist und typischerweise im Bereich von 0,75 g/cm³ bis 1,5 g/cm³ bzw. im engeren Bereich von 0,99 g/cm³ bis 1,3 g/cm³ für Kalk-Natron-Silicat-Glas liegt. Die in der Glasschmelze 22 mitgerissenen gasförmigen Einschlüsse variieren in ihrer Größe und können verschiedene Gase enthalten, darunter CO₂, H₂O (Dampf), N₂, SO₂, CH₄, CO und flüchtige organische Verbindungen (VOCs).
Die blasige Glasschmelze 36, die aus der TV-Schmelzwanne 10 durch den Glasschmelzenauslass 26 austritt, wird von der Glasschmelze 22 abgezogen, ist aber chemisch bereits auf die gewünschte chemische Zusammensetzung des Glases homogenisiert, beispielsweise der chemischen Zusammensetzung eines Kalk-Natron-Silicat-Glas, allerdings mit derselben relativ geringen Dichte und demselben mitgerissenen Volumen an Gasblasen wie die Glasschmelze 22. Die blasige Glasschmelze 36 wird schließlich - mit oder ohne vorheriges Sammeln im Haltebereich 42 des Abstehgefäßes 38 - zu weiteren nachgeschalteten Anlagen geleitet, z. B. zu einer Maschine zur Formung einzelner Abschnitte, wie sie bei Glasbehältern zur weiteren Verarbeitung zu Glasartikeln eingesetzt werden. Je nach den gewünschten Eigenschaften der zu formenden Glasartikel, insbesondere der Farbe des Glases, kann es erforderlich sein, dass die Glasschmelze 22 und die aus der Glasschmelze 22 abgezogene blasige Glasschmelze 36 ein Redoxverhältnis innerhalb eines bestimmten Bereichs aufweisen. Bei der Herstellung von Flint- oder farblosem Glas (Weißglas) sollte das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 beispielsweise bei 0,4 oder darunter liegen. Bei der Herstellung von Braunglas hingegen sollte das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 zwischen 0,6 und 0,8 liegen. Bei der Herstellung von grünem Glas wiederum sollte das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 zwischen 0,4 und 0,6 liegen. Natürlich können in der chemischen Zusammensetzung der Glasschmelze 22 bestimmte Farbstoffe oder Entfärbungsmittel enthalten sein, die in Verbindung mit dem Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 die gewünschte Glasfarbe in den fertigen Glasartikeln bewirken.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren für den Betrieb eines kontinuierlichen Schmelzofens kann im Betrieb der TV-Schmelzwanne 10 das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 eingestellt werden, und damit auch das des blasigen geschmolzenen Glases 36, das durch den Glasschmelzenauslass 26 abgegeben wird, da dieser Strom blasigen geschmolzenen Glases direkt aus der Glasschmelze 22 abgezogen wird. Die Einstellung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze 22 kann durch das Steuern mindestens einer der folgenden Betriebsbedingungen der TV-Schmelzwanne 10 erfolgen, ohne dass die Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges 30 geändert werden muss: (1) das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des von jedem des einen oder der mehreren Tauchbrenner 62 eingespritzten brennbaren Gasgemisches G; (2) die Verweilzeit der Glasschmelze 22; oder (3) der Gasfluss durch die Glasschmelze 22. Vorzugsweise und in vielen Fällen kann zur Einstellung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze 22 eine Regelung einer beliebigen Kombination von zwei der drei Betriebsbedingungen oder von allen drei Betriebsbedingungen erfolgen. Die Einstellung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze 22 kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Insbesondere kann das Redoxverhältnis verschoben werden, um die Herstellung von Glas einer bestimmten Farbe zu unterstützen, beispielsweise erhöht oder erniedrigt, um den Übergang zwischen der Herstellung von Gläsern unterschiedlicher Farbe zu erleichtern, oder es kann auf einem Zielwert innerhalb eines Toleranzbereichs gehalten werden, wenn das Redoxverhältnis andernfalls absichtlich oder unabsichtlich infolge von Änderungen der Zusammensetzung des zur einem Glas schmelzbaren Gemenges 30 abweichen könnte.
Das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des brennbaren Gasgemischs G bezieht sich für jeden des einen oder der mehreren Tauchbrenner 62 auf das Verhältnis des Massendurchsatzes von Sauerstoff MD_Ox (unabhängig davon, ob es sich dabei um einen Durchsatz von reinem Sauerstoff oder einen Durchsatz von Sauerstoff in einem sauerstoffhaltigen Gas wie Luft handelt) zum Massendurchsatz von Brennstoff MD_Brenn innerhalb des Massendurchsatzes MD_Mix des brennbaren Gasgemischs G relativ zur Stöchiometrie, wie in Gleichung (1) dargestellt. $S a u e r s t o f f - B r e n n s t o f f - V e r h \ddot{a} l t n i s = \frac{M D_{O x}}{M D_{B r e n n}}$
Stöchiometrie ist definiert als der Sauerstoffmassendurchsatz MD_Ox und der Brennstoffmassendurchsatz MD_Brenn, die theoretisch erforderlich sind, um jeden der Sauerstoff- und Brennstoffströme in der Verbrennungsreaktion vollständig zu verbrauchen, ohne dass ein Überschuss eines der Bestandteile entsteht. Beispielhaft müsste bei der Verwendung von Methan als Brennstoff zum stöchiometrischen Umsatz der Massendurchsatz von Sauerstoff MD_Ox und der Massendurchsatz von Methan MD_Meth im brennbaren Gasgemisch G zusammen die Bedingung MD_Ox = 4,0(MD_Meth) erfüllen. Würde aber beispielsweise Propan als Brennstoff verwendet, müssten für den stöchiometrischen Umsatz der Massendurchsatz des im Brennergasgemisch kombinierten Sauerstoffs MD_Ox und der des Propans MD_Prop die Bedingung MD_Ox = 3,63(MD_Prop) erfüllen. Das von jedem der Tauchbrenner 62 eingespritzte brennbare Gasgemisch G kann stöchiometrisch sein oder bezogen auf das stöchiometrische Verhältnis einen Sauerstoffüberschuss (mager) oder einen Brennstoffüberschuss (fett) aufweisen.
Bei der Versorgung des/der Tauchbrenner(s) 62 mit überschüssigem Sauerstoff oder überschüssigem Brennstoff kann das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis als Prozentsatz über (oder oberhalb) der Stöchiometrie ausgedrückt werden. In Bezug auf die vorstehenden Beispiele würde der Betrieb der Tauchbrenner 62 mit einem Sauerstoffüberschuss von 10 % beispielsweise bedeuten, dass der Sauerstoffmassendurchsatz MD_Ox an jedem der Brenner 62 im Falle des Brennstoffs Methan MD_Ox = 4,4(MD_Meth) beträgt, und MD_Ox = 3,99(MD_Prop) im Falle des Brennstoffs Propan, während der Betrieb der Brenner 62 mit einem Brennstoffüberschuss von 10 % bedeuten würde, dass der Sauerstoffmassendurchsatz MD_Ox im Falle des Brennstoffs Methan an jedem der Brenner 62 MD_Ox = 3,63(MD_Meth) wäre, und MDOx = 3,30(MDProp) im Falle des Brennstoffs Propan. Das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner 62 zugeführten brennbaren Gasgemischs G, kann durch Einstellen der Durchsätze des den Brennern 62 zugeführten Sauerstoffs und/oder Brennstoffs gesteuert werden. Dieses Einstellen kann mittels bekannter automatische Steuersysteme oder manuell erfolgen. Im Allgemeinen und in Abhängigkeit vom gewünschten Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 kann das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des von jedem Tauchbrenner 62 eingespritzten brennbaren Gasgemisches G zwischen 30 % Brennstoffüberschuss relativ zur Stöchiometrie und 30 % Sauerstoffüberschuss relativ zur Stöchiometrie liegen.
Das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des brennbaren Gasgemisches G an jedem der Tauchbrenner 62 kann das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 beeinflussen, indem es die Chemie der Schmelze 22 verändert. Wenn das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des von dem/den Tauchbrenner(n) 62 eingespritzten brennbaren Gasgemisches G stöchiometrisch ist, enthalten die in und durch die Glasschmelze 22 abgegebenen Verbrennungsprodukte 68 nur CO₂ und H₂O (und möglicherweise nicht umgesetzte Inertgase wie N₂, wenn der/die Brenner 62 mit Luft gespeist wird/werden) zusammen mit nicht mehr als einer vernachlässigbaren Menge anderer Nebenproduktverbindungen. Wird das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis über die Stöchiometrie hinaus erhöht, wird überschüssiger Sauerstoff in den Verbrennungsprodukten 68 vorhanden sein und durch die Glasschmelze 22 abgegeben. Wird dagegen das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis auf einen Wert unterhalb der Stöchiometrie gesenkt, so werden überschüssige kohlenstoffreiche Verbindungen wie CO, Ruß, zusätzlicher Brennstoff und/oder Brennstoffreste in den Verbrennungsprodukten 68 vorhanden sein und durch die Glasschmelze 22 abgegeben werden. Da die von jedem Tauchbrenner 62 abgegebenen Verbrennungsprodukte 68 durch engen Scherkontakt Wärme und Impuls auf die Glasschmelze 22 übertragen, kann eine Änderung der Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte 68, die durch eine Änderung des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des dem/den Tauchbrenner(n) 62 zugeführten brennbaren Gasgemisches G eingeleitet wird, das Redoxverhältnis der Schmelze 22 verschieben.
Das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des Brenngasgemisches G und das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 stehen in umgekehrter Beziehung zueinander. Eine Erhöhung des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des von dem/den Tauchbrenner(n) 62 eingeblasenen brennbaren Gasgemischs G hat eine oxidierende Wirkung auf die Glasschmelze 22 und senkt folglich das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22, indem die Menge an Fe²⁺ im Verhältnis zu Fe³⁺ verringert wird. Dies liegt daran, dass der in den Verbrennungsprodukten 68 vorhandene überschüssige unverbrauchte Sauerstofffrei mit den Reduktionsmitteln in der Glasschmelze 22 reagieren und diese neutralisieren kann. Der überschüssige Sauerstoff kann mit FeO (Fe²⁺) unter Bildung von Fe₂O₃ (Fe³⁺), mit Sulfiden unter Bildung von Sulfiten oder Sulfaten, mit Kohlenstoff unter Bildung von CO und/oder CO₂ sowie mit anderen ggf. in der Glasschmelze vorhandenen Reduktionsmitteln reagieren. Alle diese Reaktionen verschieben das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 entweder direkt oder indirekt zu niedrigeren Werten. Im Gegensatz dazu wirkt sich eine Verringerung des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des von dem/den Tauchbrenner(n) 62 eingeblasenen Brenngasgemischs G reduzierend auf die Glasschmelze 22 aus und erhöht folglich das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22, indem die Menge an Fe³⁺ relativ zu Fe²⁺ verringert wird, weil in den Verbrennungsprodukten 68 vorhandene überschüssige kohlenstoffreiche Verbindungen mit Oxidationsmitteln in der Glasschmelze 22 reagieren und diese neutralisieren können. Die überschüssigen kohlenstoffreichen Verbindungen können mit Fe₂O₃ (Fe³⁺) reagieren, um FeO (Fe²⁺) zu bilden, mit Sulfaten, um Sulfite oder Sulfide zu bilden, und sie können sogar anderen Verbindungen in der Glasschmelze 22 Sauerstoff entziehen, um die Verbrennung der kohlenstoffreichen Verbindungen zu fördern. All diese Reaktionen verschieben das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 entweder direkt oder indirekt zu höheren Werten.
Die Verweilzeit der Glasschmelze 22 bezeichnet die theoretische mittlere Zeitspanne, die eine Gewichtseinheit der Glasschmelze 22 in der inneren Reaktionskammer 22 verbringt, bevor sie als blasiges geschmolzenes Glas 36 aus der TV-Schmelzwanne 10 abgegeben wird. Die Verweilzeit ist ein grober Anhaltspunkt dafür, wie lange eine Gewichtseinheit des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges 30 benötigt, um chemisch in die Glasschmelze 22 integriert zu werden und in dieser zu zirkulieren, und zwar von dem Zeitpunkt des Einbringens der Gemengeeinheit in die innere Reaktionskammer 20 bis zum Zeitpunkt der Abgabe der entsprechenden Menge an blasigem geschmolzenen Glas aus der Kammer 20. Zur Berechnung der Verweilzeit der Glasschmelze 22 wird das Gewicht der in der inneren Reaktionskammer 20 enthaltenen Glasschmelze 22 (G_Glasschmelze) durch den Massendurchsatz des durch den Glasschmelzenauslass 26 austretenden blasigen geschmolzenen Glases 36 (MD_abgegebenes Glas) geteilt, wie in Gleichung (2) dargestellt. $V e r w e i l z e i t = \frac{G_{G l a s s c h m e l z e}}{M_{D a b g e g e b e n e s G l a s}}$
Die Verweilzeit der Glasschmelze 22 kann durch Erhöhen oder Verringern des Massendurchsatzes der blasigen, aus der TV-Schmelzwanne 10 abgegebenen Glasschmelze 36 und/oder durch Erhöhen oder Verringern des Gewichts der in der inneren Reaktionskammer 20 befindlichen Glasschmelze 22 eingestellt werden. Im Allgemeinen und abhängig vom gewünschten Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 kann die Verweilzeit der Glasschmelze 22 im Bereich von 1 Stunde bis 12 Stunden oder, enger gefasst, von 1,5 Stunden bis 8 Stunden oder von 2 Stunden bis 6 Stunden liegen.
Die Verweilzeit der Glasschmelze 22 kann das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 beeinflussen, da sie Einfluss auf die Verflüchtigung flüchtiger Verbindungen in der Schmelze 22 hat. Geschmolzenes Glas enthält im Allgemeinen eine Reihe flüchtiger Verbindungen, darunter vor allem Sulfate, die sich mit der Zeit zu Gasen verflüchtigen. Die Verflüchtigung findet in der Regel an den Grenzflächen zwischen Schmelze und Gas statt. In einem herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofen verflüchtigen sich die meisten flüchtigen Verbindungen an der Oberfläche des Glasschmelzbades oder in unmittelbarer Nähe der im Glasbad enthaltenen Blasen infolge von Lufteinschlüssen in oder Reaktionen mit dem Gemenge. Der Mechanismus der Verflüchtigung ist beim Tauchverbrennungsschmelzen gänzlich anders und viel schneller. Nicht nur, dass die Verbrennungsprodukte 68 aus dem/den Tauchbrenner(n) 62 direkt in und durch die Glasschmelze 22 abgegeben werden, auch die Menge der in der Glasschmelze 22 mitgeführten Blasen ist im Vergleich zu einem Glasschmelzbad in einem herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofen viel größer. Infolgedessen verflüchtigen sich flüchtige Verbindungen in der Glasschmelze 22 der TV-Schmelzwanne 10 schneller als in einem herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofen und reagieren viel empfindlicher auf Änderungen der Verweilzeit.
Die Verweilzeit der Glasschmelze 22 ist direkt proportional zum Ausmaß der Verflüchtigung von in der Glasschmelze 22 vorhandenen flüchtigen Verbindungen, insbesondere Sulfaten. Mit zunehmender Verweilzeit nimmt das Ausmaß der Verflüchtigung der flüchtigen Verbindungen zu, sodass ein geringerer Anteil flüchtiger Verbindungen in der Glasschmelze 22 und dem daraus hergestellten Glas verbleibt. Im Falle von Sulfaten beispielsweise führt eine Erhöhung der Verweilzeit der Glasschmelze 22 zu einer verstärkten Verflüchtigung der Sulfate und folglich zu einer Abnahme der Menge an in der Glasschmelze 22 verbleibenden Sulfaten, ausgedrückt als SO₃. Aufgrund der Wirkung von SO₃ als Oxidationsmittel führt eine Abnahme der Menge an in der Glasschmelze 22 verbleibenden Sulfaten zu einer stärkeren Reduktion und damit zu einer Erhöhung des Redoxverhältnisses der Schmelze 22. Umgekehrt nimmt bei einer Verkürzung der Verweilzeit das Ausmaß der Verflüchtigung der flüchtigen Verbindungen ab, sodass mehr flüchtige Verbindungen in der Glasschmelze und dem daraus hergestellten Glas verbleiben werden. Wiederum bezogen auf den Fall der Sulfate bewirkt eine Verringerung der Verweilzeit der Glasschmelze eine geringere Verflüchtigung der Sulfate und damit eine Zunahme der Menge der in der Glasschmelze verbleibenden Sulfate. Dadurch wird die Glasschmelze 22 stärker oxidiert und das Redoxverhältnis der Schmelze 22 sinkt.
Der Gasfluss durch die Glasschmelze 22 bezieht sich auf den Volumendurchsatz der durch die Glasschmelze 22 abgegebenen Verbrennungsprodukte 68 unter Berücksichtigung der Austragsrate (MD_{abgegebenes Glas}) der blasigen Glasschmelze 36 aus der TV-Schmelzwanne 10. Zur Berechnung des Gasflusses durch die Glasschmelze 22 wird die Summe der Volumendurchsätze (VD_Komb) der Verbrennungsprodukte 68 aus den Tauchbrennern 62 durch das Produkt aus dem Gewicht der Glasschmelze 22 (G_Glasschmelze) und der Verweilzeit (VZ_Glasschmelze) der Glasschmelze 22 geteilt, wie unten in Gleichung (3) dargestellt. Die Summe der Volumendurchsätze (VD_Komb) der von den Tauchbrennern 62 abgegebenen Verbrennungsprodukte 68 kann berechnet werden durch (i) ermitteln des molaren Durchsatzes des jedem der Brenner 62 zugeführten brennbaren Gasgemisches G (abgeleitet aus dem Massendurchsatz MD_Mix des jedem der Brenner 62 zugeführten brennbaren Gasgemisches G oder dem entsprechenden Volumendurchsatz), (ii) Umwandeln des molaren Durchsatzes des jedem der Brenner 62 zugeführten brennbaren Gasgemisches G in einen molaren Durchsatz der von jedem der Brenner 62 abgegebenen Verbrennungsprodukte 68, wie aus der bekannten Verbrennungsreaktion bestimmt, (iii) Umwandeln des molaren Durchsatzes der von jedem der Brenner 62 abgegebenen Verbrennungsprodukte 68 in den Volumendurchsatz VD_Summe der von jedem der Brenner 62 abgegebenen Verbrennungsprodukte 68, unter Verwendung des idealen Gasgesetzes, und (iv) Summieren der Volumemdurchsätze VD_Komb. $Gasfluss durch die Glasschmelze = \frac{\sum V D_{K o m b}}{(G_{G l a s s c h m e l z e}) (V Z_{G l a s s c h m e l z e})}$
Der Glasfluss durch die Glasschmelze 22 kann bei konstanter Verweilzeit der Glasschmelze 22 z. B. durch Änderung der Durchsätze des dem/den Tauchbrenner(n) 62 zugeführten brennbaren Gasgemischs G eingestellt werden. Die Verweilzeit der Glasschmelze 22 kann konstant gehalten werden, indem die Durchsätze des dem/den Tauchbrenner(n) 82 zugeführten brennbaren Gasgemischs G durch eine gleichzeitige gegenläufige Einstellung des Gewichts der Glasschmelze 22 und/oder des Durchsatzes der blasigen, aus dem Glasschmelzenauslass 26 der TV-Schmelzwanne 10 austretenden Glasschmelze 36 angepasst werden. Im Allgemeinen und in Abhängigkeit vom gewünschten Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 kann der Gasfluss durch die Glasschmelze 22 zwischen 0,01 Standardkubikmeter pro Kilogramm und Stundenquadrat (SKM/(kg*hr²)) und 0,08 SKM/(kg*hr²) liegen.
Der Gasfluss durch die Glasschmelze 22 kann durch seine Auswirkung auf die Verflüchtigung flüchtiger Verbindungen in der Glasschmelze 22 das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 beeinflussen, wenn auch auf eine etwas andere Weise als die Verweilzeit der Glasschmelze 22. Insbesondere werden beim Durchströmen der Glasschmelze 22 mit den von den Tauchbrennern 62 abgegebenen Verbrennungsprodukten 68 flüchtige Verbindungen verflüchtigt und aus der Glasschmelze 22 extrahiert, und weniger flüchtige Verbindungen verbleiben in der Glasschmelze 22 und dem daraus hergestellten Glas. Der Gasfluss durch die Glasschmelze 22 ist somit direkt proportional zum Ausmaß der Verflüchtigung von in der Glasschmelze 22 vorhandenen flüchtigen Verbindungen, insbesondere Sulfaten, da ein höherer Volumenstrom der Verbrennungsprodukte 68 pro Masseneinheit der Glasschmelze 22 tendenziell eine größere Menge an flüchtigen Verbindungen verflüchtigt. Im Falle von Sulfaten beispielsweise führt eine Erhöhung des Gasflusses durch die Glasschmelze 22 zu einer erhöhten Verflüchtigung von Sulfaten und folglich zu einer Verringerung der Menge an in der Glasschmelze 22 verbleibenden Sulfaten, ausgedrückt als SO₃. Dadurch wird die Schmelze 22 stärker reduziert und somit das Redoxverhältnis der Schmelze 22 erhöht. Umgekehrt führt eine Verringerung des Gasflusses durch die Glasschmelze 22 zu einer geringeren Verflüchtigung der Sulfate und damit zu einem Anstieg der Menge an in der Glasschmelze verbleibenden Sulfaten. Dadurch wird die Glasschmelze 22 stärker oxidiert, und das Redoxverhältnis der Schmelze 22 sinkt.
Angesichts ihres Einflusses auf das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 können das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner 62 zugeführten brennbaren Gasgemischs G, die Verweilzeit der Glasschmelze 22 und der Gasfluss durch die Glasschmelze 22 zur Verbesserung des Glasherstellvorgangs geregelt werden, wobei gleichzeitig die Notwendigkeit, zur Erzielung reproduzierbarer Resultate auf die Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges 30 angewiesen zu sein, minimiert wird. Diese Prozessflexibilität kann dazu beitragen, den Betrieb der TV-Schmelzwanne 10 kosten- und energieeffizienter zu machen, den Betrieb der TV-Schmelzwanne 10 zu vereinfachen, die Zeit für die Umwandlung der Farbe des in der TV-Schmelzwanne 10 hergestellten Glases zu verkürzen und Rohstoffe einzusparen. Jede der einen oder mehreren Betriebsbedingungen der TV-Schmelzwanne 10 kann sich spürbar auf das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 auswirken, insbesondere, weil die aus dem/den Tauchbrenner(n) 62 abgegebenen Verbrennungsprodukte 68 direkt in die Glasschmelze 22 eingefeuert werden. Da ein herkömmlicher kontinuierlicher Schmelzofen keine derartigen Tauchbrenner enthält, kann diese Methodik nicht auf diese herkömmliche Schmelztechnologie übertragen werden.
In einer besonderen Ausführung des hier vorgestellten Verfahrens können eine, zwei oder alle drei Betriebsbedingungen so geregelt werden, dass das Redoxverhältnis in Abhängigkeit von der Farbe des glasigen Endprodukts oder dem Fehlen einer solchen auf einen bestimmten Zielwert eingestellt wird. Beispielsweise liegt das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 bei der Herstellung von Flintglas vorzugsweise unter 0,4, und daher kann es sinnvoll sein, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des den Brennern 62 zugeführten Brenngasgemisches G zu erhöhen, die Verweilzeit der Glasschmelze 22 zu verkürzen und/oder den Gasfluss durch die Glasschmelze 22 zu verringern, um ein entsprechend niedriges Redoxverhältnis zu unterstützen. Wenn die Glasschmelze 22 auf diese Weise oxidiert wird, kann die Menge an Oxidationsmitteln, wie z. B. Sulfaten im zu einem Glas schmelzbaren Gemenge reduziert werden, da die Betriebsbedingungen dieselbe Funktion erfüllen können, was wiederum zur Senkung der Gemengekosten, der Einsparung von Rohstoffen und der Senkung der SO_x-Emissionen aus der TV-Schmelzwanne 10 führen kann. Ein weiteres Beispiel: Das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 liegt bei der Herstellung von Braunglas vorzugsweise zwischen 0,6 und 0,8, und unter diesen Umständen kann es sinnvoll sein, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des den Brennern 62 zugeführten Brenngasgemisches G zu verringern, die Verweilzeit der Glasschmelze 22 zu erhöhen und/oder den Gasfluss durch die Glasschmelze 22 zu steigern, um ein entsprechend hohes Redoxverhältnis zu stabilisieren. Durch eine solche Reduktion der Glasschmelze 22 kann die Menge an Reduktionsmitteln, wie z. B. Kohlenstoff, die dem zu einem Glas schmelzbaren Gemenge 30 zugesetzt werden muss, verringert werden, da die Betriebsbedingungen dieselbe Funktion erfüllen können, was eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Gemengekosten und zur Einsparung von Rohstoffen bietet.
In einer anderen Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens können eine, zwei oder alle drei Betriebsbedingungen so geregelt werden, dass das TV-Schmelzwanne 10 flexibler betrieben werden kann. Anstatt die Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges 30 zu verändern, um das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 zu ändern - was relativ langsam erfolgen kann, da sich die Änderung der Zusammensetzung des Gemenges 30 nicht unmittelbar in der glaschemischen Zusammensetzung der Schmelze 22 niederschlägt -, können das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des den Brennern 62 zugeführten Brenngasgemischs G, die Verweilzeit der Glasschmelze 22 und/oder der Gasfluss durch die Glasschmelze 22 so geregelt werden, dass die Glasschmelze zu oxidiert oder zu reduziert und somit das Redoxverhältnis je nach Bedarf zu verringert oder zu erhöht wird, um eine Änderung der Glasfarbe zu unterstützen. Und Änderungen einer oder aller dieser Betriebsbedingungen können das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 schneller verändern als die Änderung der Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges 30 durch Hinzufügen oder Entfernen von Redoxmitteln. So kann das Überführen der Glasschmelze 22 in der TV-Schmelzwanne 10 von einer chemischen Zusammensetzung mit einer Farbe zur chemischen Zusammensetzung einer anderen Farbe relativ schnell erfolgen, wodurch die Menge des Übergangsglases, das recycelt oder entsorgt werden muss, minimiert wird. Da das Redoxverhältnis der Glasschmelze 22 durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der TV-Schmelzwanne 10 eingestellt werden kann, können die mit Farbänderungen am glasigen Endprodukt einhergehenden Veränderungen am zu einem Glas schmelzbaren Gemenge 30 außerdem geringer ausfallen als in der Vergangenheit, und in einigen Fällen kann dieselbe Zusammensetzung für mehrere verschiedene Glasfarben verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens können eine, zwei oder alle drei Betriebsbedingungen so geregelt werden, dass unerwünschte Abweichungen im Redoxverhältnis der Glasschmelze 22, die aus einer Änderung der Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges 30 zur Unterstützung anderer Aspekte des Glasherstellprozesses, wie z. B. die Fähigkeit, die aus der TV-Schmelzwanne 10 austretende blasige Glasschmelze 36 zu läutern, resultieren können, neutralisiert werden. In dieser Hinsicht kann ein breiteres Spektrum an Zusammensetzungen für das zu einem Glas schmelzbare Gemenge 30 zur Verfügung stehen, was andernfalls nicht möglich wäre, wenn das Redoxverhältnis ausschließlich über die Zusammensetzung des Gemenges 30 gesteuert wird.
Wie bereits erwähnt, kann die aus der TV-Schmelzwanne 10 austretende blasige Glasschmelze 36 unabhängig von ihrer Farbe und Chemie stromabwärts der TV-Schmelzwanne 10 weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann die blasige Glasschmelze 36 eine chemische Zusammensetzung entsprechend Kalk-Natron-Silicat-Glas aufweisen und zu Glasbehältern geformt werden (vgl. 3). In 3 beinhaltet der Schritt des Herstellens von geschmolzenem Glas mit einer solchen chemischen Zusammensetzung, Schritt 80, das Verwenden und den Betrieb der TV-Schmelzwanne 10, wie oben beschrieben, um das abgegebene blasige geschmolzene Glas 36 für die weitere Verarbeitung bereitzustellen, unabhängig davon, ob das abgegebene blasige geschmolzene Glas 36 nach dem Verlassen der TV-Schmelzwanne 10 vorübergehend im Abstehgefäß 38 gehalten wird oder nicht. Als nächstes wird in Schritt 82 das aus der TV-Schmelzwanne 10 abgegebene blasige geschmolzene Glas 36 zu mindestens einem, vorzugsweise zu mehreren Glasbehältern geformt. Der Formungsschritt 82 umfasst einen Läuterschritt 84, einen thermischen Konditionierungsschritt 86 und einen Formungsschritt 88. Diese verschiedenen Teilschritte 84, 86, 88 des Formgebungsschritts 82 können mit jeder geeigneten Methode durchgeführt werden, einschließlich der Verwendung herkömmlicher Ausrüstung und Techniken.
Im Läuterschritt 84 werden Blasen, Keime (seeds) und andere gasförmige Einschlüsse aus der blasigen Glasschmelze 36 entfernt, so dass die daraus geformten Glasbehälter nicht mehr als eine kommerziell akzeptable Menge an optischen Glasfehlern enthalten. Zur Durchführung eines solchen Läuterns kann die blasige Glasschmelze (36) in ein Glasschmelzbad eingebracht werden, das sich in einer Läuterkammer einer Läuterwanne befindet. Das Glasschmelzbad fließt von einem Einlassende der Wanne zu einem Auslassende und wird auf diesem Weg mit einer Vielzahl von Brennern erhitzt - insbesondere mit Flachflammenbrennern, Seitenwandbrennern, Prallbrennern usw. -, um die Viskosität der Glasschmelze zu erhöhen, was wiederum das Aufsteigen und Zerplatzen der mitgerissenen Blasen fördert. In vielen Fällen wird das Glasschmelzbad in der Läuterkammer auf eine Temperatur zwischen 1400°C und 1500°C erhitzt. Zusätzlich können chemische Läutermittel, sofern sie im zu einem Glas schmelzbaren Gemenge 30 enthalten sind, die Blasenentfernung im Glasschmelzbad weiter erleichtern. Zu den üblicherweise verwendeten Läutermitteln gehören Sulfate, die sich unter Bildung von O₂ zersetzen. Das O₂ steigt dann leicht durch das Glasschmelzbad auf und sammelt auf seinem Weg kleinere mitgerissene Blasen. Infolge des in der Läuterwanne ablaufenden Läuterprozesses hat das Glasschmelzbad am Auslassende der Läuterwanne typischerweise eine Dichte von 2,3 g/cm³ bis 2,5 g/cm³ für Kalk-Natron-Silicat-Glas, wodurch das abfließende blasige geschmolzene Glas 36 zu einem geläuterten geschmolzenen Glas geläutert wird.
Die in der Läuterwanne geläuterte Glasschmelze wird anschließend im thermischen Konditionierungsschritt 86 thermisch konditioniert. Dabei wird die geläuterte Glasschmelze mit kontrollierter Geschwindigkeit auf eine für die Glasformung geeignete Temperatur und Viskosität abgekühlt, wobei gleichzeitig ein gleichmäßigeres Temperaturprofil innerhalb der geläuterten Glasschmelze erhalten wird. Die geläuterte Glasschmelze wird vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 1050°C und 1200°C abgekühlt, sodass eine konditionierte Glasschmelze erhalten wird. Die thermische Konditionierung der geläuterten Glasschmelze kann in einem separaten Vorherd durchgeführt werden, der die geläuterte Glasschmelze vom Auslassende der Läuterwanne aufnimmt. Ein Vorherd ist eine langgestreckte Struktur, die einen ausgedehnten Kanal definiert, entlang dessen oben und/oder an der Seitenwand montierte Brenner die fließende, geläuterte Glasschmelze gleichmäßig und sanft gekühlt wird. In einer anderen Ausführungsform können jedoch der Läuter- und der Konditionierungsschritt 84, 86 in einem einzigen Aufbau durchgeführt werden, in der sowohl das Läutern der blasigen Glasschmelze 36 als auch deren thermisches Konditionieren erfolgen kann.
Aus der konditionierten Glasschmelze werden dann im Formgebungsschritt 88 Glasbehälter geformt oder gegossen. Bei einem Standardverfahren zur Herstellung von Behältern wird die konditionierte Glasschmelze aus einem Glasspeiser am Ende der Läuterwanne/ des Vorherds in Form von Glasschmelzeströmen oder -ausläufern entnommen. Die geschmolzenen Glasausläufer werden in einzelne Tropfen mit einem bestimmten Gewicht zerteilt. Jeder Tropfen fällt in ein Tropfenspeisesystem und wird in eine Vorform einer Glasbehälterformmaschine geleitet. In der Vorform wird der geschmolzene Glastropfen bei einer Temperatur zwischen 1050 °C und etwa 1200 °C zu einem Vorformling gepresst oder geblasen, der eine röhrenförmige Wand aufweist. Der Vorformling wird dann aus der Rohform in eine Blasform der Formmaschine zur endgültigen Formgebung in einen Behälter überführt. Sobald der Vorformling in die Blasform eingelegt ist, wird die Blasform geschlossen und der Vorformling mit Hilfe eines Druckgases, z. B. Druckluft, schnell in die endgültige Behälterform geblasen, die der Kontur des Formhohlraums entspricht. Neben den Press- und Blasformverfahren können natürlich auch andere Verfahren zur Herstellung von Glasbehältern angewandt werden, z. B. Kompressions- oder andere Formgebungsverfahren.
Der in der Blasform geformte Behälter hat einen axial geschlossenen Boden und eine umlaufende Wand. Die umlaufende Wand erstreckt sich vom axial geschlossenen Boden bis zu einer Mündung, die eine Öffnung zu einem durch den axial geschlossenen Boden und die umlaufende Wand definierten Aufnahmeraum bildet. Der geformte Glasbehälter wird abgekühlt, während er in Kontakt mit den Formwänden steht, und dann aus der Blasform entnommen und auf ein Förderband oder eine andere Transportvorrichtung gestellt. Anschließend wird der Glasbehälter in einem Kühlofen mit kontrollierter Geschwindigkeit wieder erwärmt und abgekühlt, um thermisch bedingte Spannungen abzubauen und innere Spannungspunkte zu beseitigen. Das Kühlen des Glasbehälters umfasst das Erhitzen des Glasbehälters auf eine Temperatur oberhalb des oberen Kühlpunktes von Kalk-Natron-Silicat-Glas, der normalerweise im Bereich von 510 °C bis 550 °C liegt, gefolgt von einer langsamen Abkühlung des Behälters mit einer Geschwindigkeit von 1 °C/min bis 10 °C/min auf eine Temperatur unterhalb des unteren Kühlpunktes von Kalk-Natron-Silicat-Glas, der normalerweise im Bereich von 470 °C bis 500 °C liegt. Der Glasbehälter kann schnell abgekühlt werden, nachdem er auf eine Temperatur unterhalb des unteren Kühlpunkts abgekühlt wurde. Darüber hinaus kann die Oberfläche des Glasbehälters aus verschiedenen Gründen entweder vor (Beschichtungen am heißen Ende) oder nach (Beschichtungen am kalten Ende) dem Kühlen mit einer beliebigen Beschichtung versehen werden.
Beispiele
Die folgenden Beispiele sollen zeigen, wie sich die oben beschriebenen Betriebsbedingungen einer Schmelzwanne mit Tauchverbrennung auf das Redoxverhältnis einer in der Schmelzwanne hergestellten Glasschmelze auswirken können. Diese Beispiele stellen keine erschöpfende Auflistung aller Möglichkeiten zum Steuern der Betriebsbedingungen zur Einstellung des Redoxverhältnisses dar. Dem Fachmann auf dem Gebiet der Glasherstellung ist ersichtlich, dass es unzählige Möglichkeiten gibt, das Redoxverhältnis der Glasschmelze unter Verwendung einer oder mehrerer der drei hier beschriebenen Betriebsbedingungen einzustellen, und er wird ebenfalls wissen, wie auf der Grundlage der Lehren der vorliegenden Offenbarung eine geeignete Steuerungsstrategie erfolgt. Jedes der unten aufgeführten Beispiele wurde in Bezug auf die Herstellung eines Glases mit einer für die Herstellung von Glasbehältern geeigneten chemischen Zusammensetzung entsprechend Kalk-Natron-Silicat-Glas durchgeführt. Die in den Beispielen gezeigten Ergebnisse und Abhängigkeiten zwischen den Betriebsbedingungen und dem Redoxverhältnis sind jedoch nicht notwendigerweise nur auf die genannte Klasse chemischer Glaszusammensetzungen beschränkt.
Beispiele 1-3: Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des brennbaren Gasgemischs
Um die Auswirkungen des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des den einzelnen Tauchbrennern zugeführten und von diesen eingespritzten brennbaren Gasgemisches auf das Redoxverhältnis einer Glasschmelze aufzuzeigen, wurden mehrere Experimente durchgeführt. Die Experimente fokussieren insbesondere auf das Einstellen des Redoxverhältnisses für eine vorteilhafte Herstellung bestimmter farbiger Gläser sowie zum Ermöglichen einer schnellen Änderung des Redoxverhältnisses, um das Umstellen zwischen unterschiedlichen Produktionsprozesszyklen unterschiedlich gefärbter Gläser zu erleichtern.
In einem ersten Versuch (Beispiel 1) wurde ein zur Herstellung von Flintglas mit 50 Gew.-% Flintglasscherben formuliertes Gemenge in eine Tauchverbrennungsschmelzwanne eingebracht. Aus dem Gemenge wurde eine Glasschmelze hergestellt und ein brennbares Gasgemisch, das als Brennstoff Propan sowie reinen Sauerstoff enthielt, wurde den Tauchbrennern zugeführt. Das Gewicht der Glasschmelze, der Massendurchsatz der aus der Schmelzwanne austretenden blasigen Glasschmelze und die Massendurchsätze des von den Tauchbrennern eingespritzten Brenngasgemisches wurden jeweils konstant gehalten. Zusätzlich wurde die aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne abgegebene blasige Glasschmelze durch einen Vorherd geleitet, um das geschmolzene Glas zu läutern und thermisch zu konditionieren. Von der aus dem Vorherd austretenden Glasschmelzen wurde zu verschiedenen Zeitpunkten Proben entnommen, um das Redoxverhältnis des Glases zu bestimmen, das in allen in der Praxis relevanten Punkten mit dem Redoxverhältnis der Glasschmelze übereinstimmen sollte.
Das Redoxverhältnis jeder ausgewerteten Probe der Glasschmelze ist in 4 dargestellt. Während der Periode A enthielt das den Tauchbrennern zugeführte Brenngasgemisch einen Sauerstoffüberschuss von 20 % im Vergleich zur Stöchiometrie (d. h. ein Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis von 4,36 für Propan). Das Redoxverhältnis der Glasschmelze hatte im Zeitraum A einen Durchschnittswert von 0,19. Um zu veranschaulichen, wie sich das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des Brenngasgemischs auf das Redoxverhältnis auswirken kann, wurde das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des den Brennern zugeführten brennbaren Basisgemischs auf einen Sauerstoffüberschuss von 10 % gegenüber der Stöchiometrie gesenkt (d. h. auf ein Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis von 3,99 für Propan) während des auf Zeitraum A folgenden Zeitraums B. Das Einstellen des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses zu niedrigeren Werte führte zu einem stärker reduzierten Zustand im Glas, sodass, wie gezeigt, Durchschnittswerts des Redoxverhältnisses der Glasschmelze während des Zeitraums B auf 0,3 stieg. Sollte es erwünscht sein, das Redoxverhältnis wieder auf den in Zeitraum A beobachteten Durchschnittswert zu senken und dabei das in Zeitraum B verwendete Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis beizubehalten, müssten dem Einsatzmaterial zusätzliche Oxidationsmittel (z. B. Sulfate) zugesetzt werden.
In einem zweiten Versuch (Beispiel 2) wurde ein zur Herstellung von Braunglas mit 50 Gew.-% Braunglasscherben formuliertes Gemenge in eine Schmelzwanne mit Tauchverbrennung eingebracht. Aus dem Gemenge wurde eine Glasschmelze hergestellt und ein brennbares Gasgemisch, das Propan als Brennstoff und reinen Sauerstoff enthielt, wurde den Tauchbrennern zugeführt. Das Gewicht der Glasschmelze, der Massendurchsatz der aus der Schmelzwanne austretenden schaumigen Glasschmelze und die Massendurchsätze des von den Tauchbrennern eingespritzten Brenngasgemisches wurden jeweils konstant gehalten. Außerdem wurde die blasige aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne abgegebene Glasschmelze wie zuvor durch einen Vorherd geleitet, um die Glasschmelze zu läutern und thermisch zu konditionieren. Von der aus dem Vorherd austretenden Glasschmelzen wurde zu verschiedenen Zeitpunkten Proben entnommen, um das Redoxverhältnis des Glases und damit das Redoxverhältnis der Glasschmelze zu bestimmen.
Das Redoxverhältnis jeder ausgewerteten Probe der Glasschmelze ist in 5 dargestellt. Hier wurde das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des brennbaren Gasgemisches von 10 % Sauerstoffüberschuss relativ zur Stöchiometrie (d. h. ein Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis von 3,99 für Propan) während des Zeitraums A bis zu 4 % Sauerstoffüberschuss relativ zur Stöchiometrie (d. h. ein Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis von 3,78 für Propan) während des auf den Zeitraum A folgenden Zeitraums B und schließlich bis zu 20 % Sauerstoffüberschuss relativ zur Stöchiometrie (d. h. auf ein Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis von 4,36 für Propan) während des auf Zeitraum B folgenden Zeitraums C. Wie gezeigt, war der Durchschnittswert des Redoxverhältnisses der Glasschmelze in Periode B am größten (-0,78), während das in den Perioden A und C erreichte erhöhte Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis die Glasschmelze in einen stärker oxidierten Zustand versetzte und eine entsprechende Abnahme des Redoxverhältnisses bewirkte. Infolge dieser Schwankungen des Redoxverhältnisses zeigte die Glasschmelze in der Periode B einen hellen Bernsteinfarbton, während in den Perioden A und C, in denen ein höheres Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis verwendet wurde, die erwartete Bernsteinfarbe größtenteils ausblieb.
In einem dritten Versuch (Beispiel 3) wurde die Möglichkeit untersucht, schnelle Änderungen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze einzustellen. Bei diesem Versuch wurde ein für die Herstellung von Flintglas formuliertes Gemenge, in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne geschmolzen. Aus dem Gemenge wurde eine Glasschmelze hergestellt und ein brennbares Gasgemisch, das Methan als Brennstoff und reinen Sauerstoff enthielt, wurde den Tauchbrennern zugeführt. Während des gesamten Versuchs wurde die Zusammensetzung des Gemenges unverändert gelassen. Die aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne austretende blasige Glasschmelze wurde erneut durch einen Vorherd geleitet, um sie zu läutern und thermisch zu konditionieren. Von der aus dem Vorherd abgegebenen Glasschmelzen wurde zu verschiedenen Zeitpunkten Proben entnommen, um das Redoxverhältnis des Glases und damit das der Glasschmelze zu bestimmen.
Wie in 6, in der die Redoxverhältnisse der bewerteten Proben aufgetragen sind, dargestellt, wurde das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten Brenngasgemisches über drei aufeinander folgende Zeiträume variiert. Zu Beginn des Versuchs, im Zeitraum A, enthielt das den Tauchbrennern zugeführte Brenngasgemisch einen Sauerstoffüberschuss von 20 % im Vergleich zur Stöchiometrie (d. h. ein Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis von 4,8 für Methan). Daraus ergab sich ein Redoxverhältnis zwischen 0,3 und 0,5, das in der Nähe des typischerweise für Flintglas erhaltenen Wertes lag. In der nächsten Phase B wurde das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des Brenngasgemischs über einen Zeitraum von acht Stunden schrittweise verringert, bis es einen Sauerstoffüberschuss von 10 % im Vergleich zur Stöchiometrie erreichte (d. h. ein Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis von 4,4 für Methan). Das den Tauchbrennern zugeführte Brenngasgemisch wurde dann während des Zeitraums C bei 10 % Sauerstoffüberschuss relativ zur Stöchiometrie gehalten. Als Reaktion auf das Einstellen des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses auf einen niedrigeren Wert änderte sich das Redoxverhältnis der Glasschmelze von den Zeiträumen A bis C erheblich und überschritt schließlich in Zeitraum C den Wert von 0,8 und damit den für Braunglas typischen Bereich. Vermutlich hätte eine solche Änderung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze noch schneller erreicht werden können, wenn das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis direkt von 20 % Sauerstoffüberschuss auf 10 % Sauerstoffüberschuss relativ zur Stöchiometrie eingestellt worden wäre, anstatt diesen Übergang über einen Zeitraum von acht Stunden zu vollziehen.
Darüber hinaus hat die Änderung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze durch die Anpassung des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des Brenngasgemischs die Qualität des Glases nicht beeinträchtigt, wie aus 7 hervorgeht, in der die Blasenanzahl (gekennzeichnet durch die Referenznummer 100) entsprechend den Redoxverhältnissen für einen Teil der Proben aus den Zeiträumen A bis C in 6 grafisch dargestellt ist. Wie in 7 dargestellt, blieb die in der Glasschmelze beobachtete Blasenanzahl 100 beim Übergang von Periode A zu Periode B zu Periode C im Wesentlichen unverändert und lag deutlich unter dem üblichen Zielwert von 0,5 Blasen pro Gramm Glas. Ohne Beschränkung auf eine bestimmte Theorie wird angenommen, dass der Grund für die während der Änderung des Redoxverhältnisses unveränderte Blasenzahl mit der Art Tauchverbrennungsschmelzens zusammenhängt. Die Tatsache, dass sich in der Glasschmelze infolge des direkten Abgebens von Verbrennungsprodukten in die Schmelze eine erhebliche Anzahl an Blasen bildet, sowie die turbulente Vermischung, die in der Schmelze auftritt, heben wahrscheinlich jegliche Auswirkungen auf, die eine plötzliche Änderung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze auf die Anzahl der Glasblasen haben könnte. Dies ist ein großer Unterschied zu einem herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofen, in dem Änderungen des Redoxverhältnisses des ruhigeren Glasschmelzbades langsam vorgenommen werden müssen, indem die Sulfat- oder Kohlenstoffkonzentration des in den Ofen eingebrachten Gemenges schrittweise geändert wird. Werden Änderungen am Gemenge zu schnell vorgenommen, entsteht im Ofen aufgrund von Reaktionen zwischen Sulfaten, Kohlenstoff und geschmolzenem Glas bei Änderungen des Redoxverhältnisses eine beträchtliche Menge an Schaum, wodurch die Glasqualität merklich leiden kann.
Wie aus den in den 6 und 7 gezeigten Daten hervorgeht, kann das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemischs so eingestellt werden, dass rasche Änderungen des Redoxverhältnisses in der Glasschmelze induziert werden und somit die Umstellung der Glasfärbung unterstützt wird, während die Menge des erzeugten Umschmelzglases minimiert wird. Wenn beispielsweise eine Tauchverbrennungsschmelzwanne von der Produktion von Braunglas (einem reduzierten Glas) auf die Produktion von smaragdgrünem Glas (einem oxidierten Glas) umgeschmolzen werden soll, werden in der Regel zwei primäre Maßnahmen ergriffen: (1) das Redoxverhältnis der Glasschmelze wird von 0,6-0,8 auf 0,4-06 gesenkt und (2) die Zusammensetzung des Gemenges wird zur Erhöhung von dessen Chromgehalt geändert. Sobald feststeht, dass das Gemenge mit (aufgrund des Chromzusatzes) der Zusammensetzung für smaragdgrünes Glas der Schmelzwanne zugeführt wird, kann die Änderung des Redoxverhältnisses relativ schnell durch eine Erhöhung des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des den Tauchbrennern zugeführten Brenngasgemischs erzielt werden, ohne dass der Zusammensetzung des Gemenges Sulfate zugesetzt werden müssen. Der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt beim Umstellen von Glasfarben ist in diesem Beispiel die Änderung des Chromgehalts der Glasschmelze, im Gegensatz zum Betrieb eines herkömmlichen kontinuierlichen Schmelzofens, bei dem die Änderung des Redoxverhältnisses in der Regel der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt ist, da, wie oben erläutert, Änderungen des Redoxverhältnisses langsam durchgeführt werden müssen, um eine Verschlechterung der Glasqualität zu vermeiden.
Beispiele 4 - 5: Verweilzeit der Glasschmelze
Es wurden mehrere Versuche durchgeführt, um die Auswirkungen zu demonstrieren, die die Verweilzeit der Glasschmelze aufgrund von Änderungen der Sulfatverflüchtigung auf das Redoxverhältnis einer Glasschmelze haben kann. In einem ersten Versuch (Beispiel 4) wurde ein zur Herstellung von Flintglas mit 50 Gew.-% Flintglasscherben formuliertes Gemenge in eine Tauchverbrennungsschmelzwanne eingebracht. Aus dem Gemenge wurde eine Glasschmelze erhalten und ein brennbares Gasgemisch, das Propan als Brennstoff und reinen Sauerstoff enthielt, wurde den Tauchbrennern zugeführt. Der Massendurchsatz des blasigen geschmolzenen Glases aus der Schmelzwanne wurde von anfänglich 1200 Pfund pro Stunde (Ibs/hr) auf 600 Ib/hr variiert und dann wieder erhöht, um die Verweilzeit der Glasschmelze zu variieren. Das Gewicht der Glasschmelze wurde konstant gehalten, und es wurden keine Änderungen an der Zusammensetzung des Gemenges oder an anderen Prozessparametern vorgenommen, die das Redoxverhältnis während des Versuchs beeinflussen könnten. Die aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne abgegebene blasige Glasschmelze wurde durch einen Vorherd geleitet, um das geschmolzene Glas zu läutern und thermisch zu konditionieren. Von der aus dem Vorherd austretenden Glasschmelzen wurde zu verschiedenen Zeitpunkten Proben entnommen, um das Redoxverhältnis des Glases und damit das Redoxverhältnis der Glasschmelze sowie die im Glas verbliebenen Sulfate, ausgedrückt als SO₃, zu bestimmen.
Das Redoxverhältnis und der verbliebene Sulfatgehalt jeder untersuchten Probe ist in 8 bzw. 9 jeweils in Verbindung mit der Verweilzeit der Glasschmelze (gekennzeichnet durch die Referenznummer 102) dargestellt. In 8 stellen die Kreise die Redoxverhältnisse der Glasproben dar, während in 9 die Dreiecke die in den Glasproben verbliebenen Sulfate darstellen. Aus 8 ist ersichtlich, dass die Verringerung des Massendurchsatzes der aus der Schmelzwanne austretenden blasigen Glasschmelze von 1200 Ibs/h auf 600 Ibs/h zu einer Verlängerung der Verweilzeit 102 der Glasschmelze führte, was wiederum einen Anstieg des Redoxverhältnisses der Glasschmelze um bis zu 50 % bewirkte, da die Schmelze stärker reduziert wurde. Der Grund für den Anstieg des Redoxverhältnisses ist aus 9 ersichtlich, die zeigt, dass der verbliebene Sulfatgehalt des Glases mit zunehmender Verweilzeit 102 der Glasschmelze im gleichen Zeitraum abnahm. Wenn weniger Sulfate im Glas verbleiben (weil sich mehr Sulfate verflüchtigen, wenn die Verweilzeit erhöht wird), steigt das Redoxverhältnis, da Sulfate als Oxidationsmittel wirken. Als der Massendurchsatz der aus der Schmelzwanne austretenden blasigen Glasschmelze später von 600 Ibs/h erhöht wurde, verringerte sich die Verweilzeit 102 der Glasschmelze und das Redoxverhältnis der Schmelze sank ebenfalls aufgrund einer größeren Menge an im Glas verbliebenen Sulfaten.
In einem zweiten Versuch (Beispiel 5) wurde ein zur Herstellung von Flintglas mit 50 Gew.-% Flintglasscherben formuliertes Gemenge in eine Tauchverbrennungsschmelzwanne eingebracht. Aus dem Gemenge wurde eine Glasschmelze hergestellt und ein brennbares Gasgemisch, das Propan als Brennstoff und reinen Sauerstoff enthielt, wurde den Tauchbrennern zugeführt. Dabei wurde das Gewicht der Glasschmelze in der Tauchverbrennungsschmelzwanne von 2800 Ibs auf 4000 Ibs und zurück auf 2800 Ibs variiert, um die Verweilzeit der Glasschmelze zu verändern. Der Massendurchsatz der blasigen Glasschmelze aus der Schmelzwanne wurde konstant gehalten, und es wurden keine Änderungen an der Zusammensetzung des Gemenges oder an anderen Prozessparametern vorgenommen, die das Redoxverhältnis während des Versuchs beeinflussen könnten. Die aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne abgegebene blasige Glasschmelze wurde wieder durch einen Vorherd geleitet, um die Glasschmelze zu läutern und thermisch zu konditionieren. Von der aus dem Vorherd austretenden Glasschmelzen wurde zu verschiedenen Zeitpunkten Proben entnommen, um das Redoxverhältnis des Glases und damit das Redoxverhältnis der Glasschmelze zu bestimmen. Wie in 10 zu sehen ist, in der das Redoxverhältnis jeder ausgewerteten Probe in Verbindung mit der Verweilzeit der Glasschmelze (gekennzeichnet durch die Referenznummer 102) aufgetragen ist, führte eine Verringerung der Verweilzeit der Glasschmelze zu einem Anstieg des Redoxverhältnisses der Schmelze und umgekehrt, und zwar aus denselben allgemeinen Gründen, die sich auf die Sulfatretention im Glas beziehen, wie oben im Zusammenhang mit den 8 und 9 erörtert.
Auf der Grundlage der obigen Daten kann die Verweilzeit der Glasschmelze ähnlich wie das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des Brenngasgemisches zur Optimierung des Glasherstellungsprozesses verwendet werden. Einstellungen der Verweilzeit der Glasschmelze können in der Tat vorgenommen werden, ohne dass die Zusammensetzung des Gemenges durch Hinzufügen oder Entfernen von Redoxmitteln verändert werden muss; vielmehr kann der Massendurchsatz des aus der Schmelzwanne abgegebenen blasigen geschmolzenen Glases und/oder das Gewicht der Glasschmelze recht schnell angepasst werden, in der Regel schon nach wenigen Stunden. Zu diesem Zweck kann die Verweilzeit der Glasschmelze in Abhängigkeit von der Farbe des herzustellenden Glases auf das gewünschte Redoxverhältnis abgestimmt werden. Bei der Herstellung eines reduzierten Glases, wie z. B. Braunglas, kann die Verweilzeit der Glasschmelze erhöht werden, um das Glas in einen stärker reduzierten Zustand zu bringen. Dadurch könnte die Notwendigkeit, Kohlenstoff und/oder andere Reduktionsmittel in das Gemenge einzubringen, die andernfalls zur Reduktion der Glasschmelze erforderlich wären verringert werden. Umgekehrt kann bei der Herstellung eines oxidierten Glases, wie z. B. Flintglas, die Verweilzeit der Glasschmelze verringert werden, um das Glas in einen stärker oxidierten Zustand zu bringen. Dies könnte die Notwendigkeit Sulfate und/oder andere Oxidationsmittel in das Gemenge einzubringen, die andernfalls zur Oxidation der Glasschmelze benötigt würden, verringern.
Auf diese Weise wurde ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Glas unter Verwendung der Technologie des Tauchverbrennungsschmelzens offenbart, das eine oder mehrere der zuvor in der Offenbarung dargelegten Aufgaben und Ziele erfüllt. Das geschmolzene Glas kann zu Glasartikeln weiterverarbeitet werden, z. B. zu Glasbehältern. Die Offenbarung wurde in Verbindung mit mehreren beispielhaften Ausführungsformen vorgestellt, und es wurden zusätzliche Modifikationen und Variationen diskutiert. Andere Modifikationen und Variationen sich dem Durchschnittsfachmann in Anbetracht der vorangegangenen Ausführungen ohne weiteres ersichtlich sein. So wird zum Beispiel der Gegenstand jeder der Ausführungsformen durch Bezugnahme in jede der anderen Ausführungsformen aufgenommen. Die Offenbarung umfasst in diesem Sinne alle Modifikationen und Variationen, die unter den Geist und den breiten Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 16590068 [0019]

Claims

Glasbehälter, hergestellt in einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte: Einbringen eines zu einem Glas schmelzbaren Gemenges (30) in eine sich in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindlichen Glasschmelze (22), wobei die Tauchverbrennungsschmelzwanne einen oder mehrere Tauchbrenner (62) umfasst, die mit einem brennbaren Gasgemisch (G) versorgt werden, das Brennstoff und Sauerstoff umfasst, wobei die Glasschmelze ein Redoxverhältnis aufweist, das als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist; Verbrennen des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, um Verbrennungsprodukte (68) zu erzeugen, und Abgeben der Verbrennungsprodukte von dem einen oder den mehreren Tauchbrennern direkt in die Glasschmelze, um Wärme auf die Glasschmelze zu übertragen und sie zu bewegen; Einstellen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze und (3) einem Glasfluss durch die Glasschmelze; und Ziehen von geschmolzenem Glas (36) aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne aus der Glasschmelze; Läutern des geschmolzenen Glases, um Blasen aus dem geschmolzenen Glas zu entfernen und ein geläutertes geschmolzenes Glas mit einer Dichte zu erzeugen, die größer ist als die Dichte des aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne abgezogenen geschmolzenen Glases; thermisches Konditionieren des geläuterten geschmolzenen Glases, um konditioniertes geschmolzenes Glas zu erzeugen; und Formen des konditionierten geschmolzenen Glases zu dem Glasbehälter.
Glasbehälter nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze das Steuern einer beliebigen Kombination von zwei der Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasbehälter nach Anspruch 1, bei dem das Einstellen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze das Steuern aller drei Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einstellung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze die Erhöhung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze umfasst, ohne eine Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges durch Hinzufügen oder Entfernen von Redoxmitteln zu verändern.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einstellung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze das Verringern des Redoxverhältnisses der Glasschmelze umfasst, ohne die Zusammensetzung des zu einem Glas schmelzbaren Gemenges durch Hinzufügen oder Entfernen von Redoxmitteln zu verändern.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Glasschmelze eine glaschemische Zusammensetzung aufweist, die 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% SiO₂, 8 Gew.-% bis 18 Gew.-% Na₂O und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% CaO umfasst.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend: Überführen der Glasschmelze von einer glaschemischen Zusammensetzung, die für eine Glasfarbe formuliert ist, zu einer glaschemischen Zusammensetzung, die für eine andere Glasfarbe formuliert ist.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das brennbare Gasgemisch reinen Sauerstoff und entweder Methan oder Propan als Brennstoff enthält.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei, falls geregelt, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, auf einen Wert zwischen 30 % Brennstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie und 30 % Sauerstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie geregelt wird, die Verweilzeit der Glasschmelze auf einen Wert zwischen 1 Stunde und 12 Stunden geregelt wird und/oder der Gasfluss durch die Glasschmelze auf einen Wert zwischen 0,01 SKM/(kg*hr²) und 0,08 SKM/(kg*hr²) geregelt wird.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 9, wobei das Einstellen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze die Erhöhung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze umfasst, um die Glasschmelze stärker zu reduzieren.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 9, wobei die Einstellung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze eine Verringerung des Redoxverhältnisses der Glasschmelze umfasst, um die Glasschmelze stärker zu oxidieren.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Schritte des Läuterns des geschmolzenen Glases und des thermischen Konditionierens des geläuterten geschmolzenen Glases Folgendes umfassen: Läutern des geschmolzenen Glases bei einer Temperatur zwischen 1400°C und 1500°C, um Blasen aus dem geschmolzenen Glas zu entfernen und geläutertes geschmolzenes Glas herzustellen; und thermisches Konditionieren des geläuterten geschmolzenen Glases bei einer Temperatur zwischen 1050°C und 1200°C, um konditioniertes geschmolzenes Glas herzustellen.
Glasbehälter, hergestellt durch ein Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst: Einbringen eines zu einem Glas schmelzbaren Gemenges (30) in eine in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindliche Glasschmelze (22), wobei die Tauchverbrennungsschmelzwanne einen oder mehrere Tauchbrenner (62) umfasst, die mit einem brennbaren Gasgemisch (G) versorgt werden, das Brennstoff und Sauerstoff umfasst, wobei die Glasschmelze ein Redoxverhältnis aufweist, das als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist; Verbrennen des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, um Verbrennungsprodukte (68) zu erzeugen, und Abgeben der Verbrennungsprodukte von dem einen oder den mehreren Tauchbrennern direkt in die Glasschmelze, um Wärme auf die Glasschmelze zu übertragen und sie zu bewegen; Erhöhen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des brennbaren Gasgemisches, das jedem der Tauchbrenner zugeführt wird, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze und (3) einem Gasfluss durch die Glasschmelze, wobei das Steuern der einen oder mehreren Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: (1) Erhöhen des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, (2) Verringern der Verweilzeit der Glasschmelze, oder (3) Verringern des Gasflusses durch die Glasschmelze; Ziehen von geschmolzenem Glas (36) aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne aus der Glasschmelze; Läutern des geschmolzenen Glases, um Blasen aus dem geschmolzenen Glas zu entfernen und ein geläutertes geschmolzenes Glas zu erzeugen, das eine Dichte aufweist, die größer ist als die Dichte des aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne gezogenen geschmolzenen Glases; thermisches Konditionieren des geläuterten geschmolzenen Glases, um konditioniertes geschmolzenes Glas zu erzeugen; und Formen des konditionierten geschmolzenen Glases zu dem Glasbehälter.
Glasbehälter nach Anspruch 13, wobei das Erhöhen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze das Steuern einer beliebigen Kombination von zwei der Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasbehälter nach Anspruch 13, wobei das Erhöhen des Redox-Verhältnisses der Glasschmelze das Steuern aller drei Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei, falls geregelt, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, auf einen Wert zwischen 30 % Brennstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie und 30 % Sauerstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie geregelt wird, die Verweilzeit der Glasschmelze auf einen Wert zwischen 1 Stunde und 12 Stunden geregelt wird und/oder der Gasfluss durch die Glasschmelze auf einen Wert zwischen 0,01 SKM/(kg*hr²) und 0,08 SKM/(kg*hr²) geregelt wird.
Glasbehälter, hergestellt in einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte: Einbringen eines zu einem Glas schmelzbaren Gemenges (30) in eine in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindlichen Glasschmelze (22), wobei die Tauchverbrennungsschmelzwanne einen oder mehrere Tauchbrenner (62) umfasst, denen ein brennbares Gasgemisch (G) zugeführt wird, das Brennstoff und Sauerstoff umfasst, wobei die Glasschmelze über ein Redoxverhältnis verfügt, das als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist; Verbrennen des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, um Verbrennungsprodukte (68) zu erzeugen, und Abgeben der Verbrennungsprodukte von dem einen oder den mehreren Tauchbrennern direkt in die Glasschmelze, um Wärme auf die Glasschmelze zu übertragen und sie zu bewegen; und Verringern des Redoxverhältnisses der Glasschmelze durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze und (3) einem Gasfluss durch die Glasschmelze, wobei das Steuern der einen oder mehreren Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: (1) Verringern des Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisses des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, (2) Erhöhen der Verweilzeit der Glasschmelze, oder (3) Erhöhen des Gasflusses durch die Glasschmelze; Ziehen von geschmolzenem Glas (36) aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne aus der Glasschmelze; Läutern des geschmolzenen Glases, um Blasen aus dem geschmolzenen Glas zu entfernen und ein geläutertes geschmolzenes Glas zu erzeugen, das eine Dichte aufweist, die größer ist als die Dichte des aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne gezogenen geschmolzenen Glases; thermisches Konditionieren des geläuterten geschmolzenen Glases, um konditioniertes geschmolzenes Glas zu erzeugen; und Formen des konditionierten geschmolzenen Glases zu dem Glasbehälter.
Glasbehälter nach Anspruch 17, wobei das Verringern des Redoxverhältnisses der Glasschmelze das Steuern einer beliebigen Kombination von zwei der Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasbehälter nach Anspruch 17, wobei das Verringern des Redox-Verhältnisses der Glasschmelze das Steuern aller drei Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei, falls geregelt, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches, auf einen Wert zwischen 30 % Brennstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie und 30 % Sauerstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie geregelt wird, die Verweilzeit der Glasschmelze auf einen Wert zwischen 1 Stunde und 12 Stunden geregelt wird und/oder der Gasfluss durch die Glasschmelze auf einen Wert zwischen 0,01 SKM/(kg*hr²) und 0,08 SKM/(kg*hr²) geregelt wird.
Glasartikel, hergestellt in einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte: Einstellen eines Redoxverhältnisses einer sich in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindlichen Glasschmelze (22), durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis eines jedem der Tauchbrenner (62) zugeführten brennbaren Gasgemisches (G), die das brennbare Gasgemisch verbrennen, um Verbrennungsprodukte (68) zu erzeugen, die direkt in die Glasschmelze abgegeben werden, (2) eine Verweilzeit der Glasschmelze, und (3) einen Gasfluss durch die Glasschmelze, wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist; und Formen des Glasartikels aus geschmolzenem Glas (36), das aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne aus der Glasschmelze gezogen wird.
Glasartikel nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Einstellens des Redox-Verhältnisses der Glasschmelze das Erhöhen des Redox-Verhältnisses der Glasschmelze umfasst.
Glasartikel nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Einstellens des Redox-Verhältnisses der Glasschmelze das Verringern des Redox-Verhältnisses der Glasschmelze umfasst.
Glasartikel nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Einstellens des Redoxverhältnisses das Neutralisieren von Abweichungen im Redoxverhältnis umfasst, um das Redoxverhältnis der Glasschmelze auf einem Zielwert zu halten.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das Verfahren ferner den Übergang einer Farbe der Glasschmelze von einer Farbe zu einer anderen Farbe umfasst, und wobei der Schritt des Einstellens des Redoxverhältnisses der Glasschmelze durch Erhöhen oder Verringern des Redoxverhältnisses beim Übergang der Farbe der Glasschmelze erfolgt.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei der Glasartikel ein Glasbehälter ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze 0,4 oder weniger beträgt und der Glasartikel ein Flintglasartikel ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze 0,4 bis 0,6 beträgt und der Glasartikel ein Grünglasartikel ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze 0,6 bis 0,8 beträgt und der Glasartikel ein Braunglasartikel ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 21 bis 29, wobei das Einstellen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze das Steuern aller drei Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 21 bis 30, wobei die Glasschmelze eine glaschemische Zusammensetzung aufweist, die 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% SiO₂, 8 Gew.-% bis 18 Gew.-% Na₂O und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% CaO umfasst.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 21 bis 31, wobei, falls geregelt, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches auf einen Wert zwischen 30 % Brennstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie und 30 % Sauerstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie geregelt wird, die Verweilzeit der Glasschmelze auf einen Wert zwischen 1 Stunde und 12 Stunden geregelt wird und/oder der Gasfluss durch die Glasschmelze auf einen Wert zwischen 0,01 SKM/(kg*hr²) und 0,08 SKM/(kg*hr²) geregelt wird.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 21 bis 32, wobei der Schritt des Formens des Glasartikels aus dem geschmolzenen Glas umfasst: Läutern des geschmolzenen Glases, um Blasen aus dem geschmolzenen Glas zu entfernen und ein geläutertes geschmolzenes Glas herzustellen, das eine Dichte aufweist, die größer ist als die Dichte des geschmolzenen Glases, das aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne gezogen wird; thermisches Konditionieren des geläuterten geschmolzenen Glases, um konditioniertes geschmolzenes Glas zu erzeugen; und Formen des konditionierten geschmolzenen Glases zu dem Glasartikel.
Glasartikel, hergestellt in einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte: Erhöhen eines Redoxverhältnisses einer sich in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindlichen Glasschmelze (22) durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis eines jedem der Tauchbrenner (62) zugeführten brennbaren Gasgemisches (G), die das brennbare Gasgemisch verbrennen, um Verbrennungsprodukte (68) zu erzeugen, die direkt in die Glasschmelze abgegeben werden, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze, und (3) einem Gasfluss durch die Glasschmelze, wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist; und Formen des Glasartikels aus geschmolzenem Glas (36), das aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne aus der Glasschmelze gezogen wird.
Glasartikel nach Anspruch 34, wobei das Verfahren ferner den Übergang einer Farbe der Glasschmelze von einer Farbe zu einer anderen Farbe umfasst, und wobei der Schritt des Erhöhens des Redoxverhältnisses der Glasschmelze beim Übergang der Farbe der Glasschmelze erfolgt.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 34 bis 35, wobei der Glasartikel ein Glasbehälter ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 34 bis 36, wobei das Erhöhen des Redoxverhältnisses der Glasschmelze das Steuern aller drei Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 34 bis 37, wobei die Glasschmelze eine glaschemische Zusammensetzung aufweist, die 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% SiO₂, 8 Gew.-% bis 18 Gew.-% Na₂O und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% CaO umfasst.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 34 bis 38, wobei, falls geregelt, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches auf einen Wert zwischen 30 % Brennstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie und 30 % Sauerstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie geregelt wird, die Verweilzeit der Glasschmelze auf einen Wert zwischen 1 Stunde und 12 Stunden geregelt wird und/oder der Gasfluss durch die Glasschmelze auf einen Wert zwischen 0,01 SKM/(kg*hr²) und 0,08 SKM/(kg*hr²) geregelt wird.
Glasartikel, hergestellt in einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte: Verringern eines Redoxverhältnisses einer sich in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindlichen Glasschmelze (22) durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis eines jedem der Tauchbrenner (62) zugeführten brennbaren Gasgemisches (G), um Verbrennungsprodukte (68) zu erzeugen, die direkt in die Glasschmelze abgegeben werden, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze, und (3) einem Gasfluss durch die Glasschmelze, wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist; und Formen des Glasartikels aus geschmolzenem Glas (36), das aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne aus der Glasschmelze gezogen wird.
Glasartikel nach Anspruch 40, wobei das Verfahren ferner den Übergang einer Farbe der Glasschmelze von einer Farbe zu einer anderen Farbe umfasst, und wobei der Schritt des Verringerns des Redoxverhältnisses der Glasschmelze beim Übergang der Farbe der Glasschmelze erfolgt.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 40 bis 41, wobei der Glasartikel ein Glasbehälter ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 40 bis 42, wobei das Verringern des Redoxverhältnisses der Glasschmelze das Steuern aller drei Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 40 bis 43, wobei die Glasschmelze eine glaschemische Zusammensetzung aufweist, die 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% SiO₂, 8 Gew.-% bis 18 Gew.-% Na₂O und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% CaO umfasst.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 40 bis 44, wobei, falls geregelt, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches auf einen Wert zwischen 30 % Brennstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie und 30 % Sauerstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie geregelt wird, die Verweilzeit der Glasschmelze auf einen Wert zwischen 1 Stunde und 12 Stunden geregelt wird und/oder der Gasfluss durch die Glasschmelze auf einen Wert zwischen 0,01 SKM/(kg*hr²) und 0,08 SKM/(kg*hr²) geregelt wird.
Glasartikel, hergestellt in einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte: Aufrechterhalten eines Redoxverhältnisses einer sich in einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindlichen Glasschmelze (22) durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne, ausgewählt aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis eines jedem der Tauchbrenner (62) zugeführten brennbaren Gasgemisches (G), die das brennbare Gasgemisch verbrennen, um Verbrennungsprodukte (68) zu erzeugen, die direkt in die Glasschmelze abgegeben werden, (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze, und (3) einem Gasfluss durch die Glasschmelze, wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist; und Formen des Glasartikels aus geschmolzenem Glas (36), das aus der Tauchverbrennungsschmelzwanne aus der Glasschmelze gezogen wird.
Glasartikel nach Anspruch 46, wobei das Verfahren ferner den Übergang einer Farbe der Glasschmelze von einer Farbe zu einer anderen Farbe umfasst, und wobei der des Aufrechterhaltens des Redoxverhältnisses der Glasschmelze beim Übergang der Farbe der Glasschmelze erfolgt.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 46 bis 47, wobei der Glasartikel ein Glasbehälter ist.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 46 bis 48, wobei das Aufrechterhalten des Redoxverhältnisses der Glasschmelze das Steuern aller drei Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne umfasst.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 46 bis 49, wobei die Glasschmelze eine glaschemische Zusammensetzung aufweist, die 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% SiO₂, 8 Gew.-% bis 18 Gew.-% Na₂O und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% CaO umfasst.
Glasartikel nach einem der Ansprüche 46 bis 50, wobei, falls geregelt, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches auf einen Wert zwischen 30 % Brennstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie und 30 % Sauerstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie geregelt wird, die Verweilzeit der Glasschmelze auf einen Wert zwischen 1 Stunde und 12 Stunden geregelt wird und/oder der Gasfluss durch die Glasschmelze auf einen Wert zwischen 0,01 SKM/(kg*hr²) und 0,08 SKM/(kg*hr²) geregelt wird.
Glasbehälter, umfassend: einen axial geschlossenen Boden; eine umlaufende Wand, die sich vom axial geschlossenen Boden zu einer Öffnung erstreckt, die eine Öffnung zu einem Einschließungsraum definiert, der durch den axial geschlossenen Boden und die umlaufende Wand definiert ist; wobei der Glasbehälter aus geschmolzenem Glas (36) gebildet ist, das aus einer sich in einer inneren Reaktionskammer (20) einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindlichen Glasschmelze (22) gezogen wird, in der Verbrennungsprodukte (68) von einem oder mehreren Tauchbrennern (62) direkt in die Glasschmelze abgegeben werden, und wobei ein Redoxverhältnis der Glasschmelze, das als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist, durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne eingestellt wird, die ausgewählt sind aus (1) einem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis eines jedem der Tauchbrenner, die das brennbare Gasgemisch (G) zum Erzeugen der Verbrennungsprodukte verbrennen; zugeführten brennbaren Gasgemisches (G), (2) einer Verweilzeit der Glasschmelze und (3) einem Gasfluss durch die Glasschmelze.
Glasbehälter nach Anspruch 52, wobei das Redox-Verhältnis der Glasschmelze durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne erhöht wird.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 52, wobei das Redox-Verhältnis der Glasschmelze durch Steuern eines oder mehrerer Betriebszustände der Tauchverbrennungsschmelzwanne verringert wird.
Glasbehälter nach Anspruch 52, wobei Abweichungen im Redoxverhältnis der Glasschmelze neutralisiert werden, um das Redoxverhältnis der Glasschmelze auf einem Zielwert zu halten.
Glasbehälter nach Anspruch 52, wobei das Verfahren ferner den Übergang einer Farbe der Glasschmelze von einer Farbe zu einer anderen Farbe umfasst, und wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze durch Steuern der einen oder mehreren Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne beim Übergang der Farbe der Glasschmelze erhöht oder verringert wird.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 52 bis 56, wobei der Glasbehälter ein Flintglas-Behälter ist.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 52 bis 56, wobei der Glasbehälter ein Grünglasbehälter ist.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 52 bis 56, wobei der Glasbehälter ein Braunglasbehälter ist.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 52 bis 59, wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze durch Steuern aller drei Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne eingestellt wird.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 52 bis 60, wobei die Glasschmelze eine glaschemische Zusammensetzung aufweist, die 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% SiO₂, 8 Gew.-% bis 18 Gew.-% Na₂O und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% CaO umfasst.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 52 bis 61, wobei, falls geregelt, das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des jedem der Tauchbrenner zugeführten brennbaren Gasgemisches auf einen Wert zwischen 30 % Brennstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie und 30 % Sauerstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie geregelt wird, die Verweilzeit der Glasschmelze auf einen Wert zwischen 1 Stunde und 12 Stunden geregelt wird und/oder der Gasfluss durch die Glasschmelze auf einen Wert zwischen 0,01 SKM/(kg*hr²) und 0,08 SKM/(kg*hr²) geregelt wird.
Glasbehälter, umfassend: einen axial geschlossenen Boden; eine umlaufende Wand, die sich von der axial geschlossenen Basis zu einer Öffnung erstreckt, die eine Öffnung zu einem Einschließungsraum definiert, der durch den axial geschlossenen Boden und die umlaufende Wand definiert ist; wobei der Glasbehälter aus geschmolzenem Glas (36) gebildet ist, das aus einer Glasschmelze (22) gezogen wird, die sich in einer inneren Reaktionskammer (20) einer Tauchverbrennungsschmelzwanne (10) befindet, in der Verbrennungsprodukte (68) von einem oder mehreren Tauchbrennern (62) direkt in die Glasschmelze abgegeben werden, wobei die Glasschmelze eine chemische Glaszusammensetzung aufweist, die 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% SiO₂ umfasst, 8 Gew.- % bis 18 Gew.-% Na₂O und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% CaO umfasst, wobei der eine oder die mehreren Tauchbrenner ein brennbares Gasgemisch (G) verbrennen, das Brennstoff und Sauerstoff umfasst, wobei ein Redox-Verhältnis der Glasschmelze, das als ein Verhältnis von Fe²⁺ zum gesamten Eisen in der Glasschmelze definiert ist, eingestellt wird, indem eines oder mehrere der folgenden Elemente gesteuert werden: (1) ein Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis des brennbaren Gasgemisches im Bereich von 30 % Brennstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie bis 30 % Sauerstoffüberschuss bezogen auf die Stöchiometrie, (2) eine Verweilzeit der Glasschmelze, die zwischen 1 Stunde und 12 Stunden aufrechtzuerhalten ist, und (3) ein Gasfluss durch die Glasschmelze zwischen 0,01 SKM/(kg*hr²) und 0,08 SKM/(kg*hr²) .
Glasbehälter nach Anspruch 63, wobei das Redox-Verhältnis der Glasschmelze durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne erhöht wird.
Glasbehälter nach Anspruch 63, bei dem das Redoxverhältnis der Glasschmelze durch Steuern einer oder mehrerer Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne verringert wird.
Behälterartikel nach Anspruch 63, wobei Abweichungen im Redoxverhältnis der Glasschmelze neutralisiert werden, um das Redoxverhältnis der Glasschmelze auf einem Zielwert zu halten.
Behälterartikel nach einem der Ansprüche 63, wobei das Verfahren ferner den Übergang einer Farbe der Glasschmelze von einer Farbe zu einer anderen Farbe umfasst, und wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze durch Steuern der einen oder mehreren Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne beim Übergang der Farbe der Glasschmelze erhöht oder verringert wird.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 63 bis 67, wobei der Glasbehälter ein Flintglas-Behälter ist.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 63 bis 67, wobei der Glasbehälter ein Grünglasbehälter ist.
Der Glasbehälter nach einem der Ansprüche 63 bis 67, wobei der Glasbehälter ein Braunglasbehälter ist.
Glasbehälter nach einem der Ansprüche 63 bis 70, wobei das Redoxverhältnis der Glasschmelze durch Steuern aller drei Betriebsbedingungen der Tauchverbrennungsschmelzwanne eingestellt wird.