EP4114803A1 - Verfahren und vorrichtung zum einschmelzen von glas - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum einschmelzen von glas

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EP4114803A1
EP4114803A1 EP21702386.0A EP21702386A EP4114803A1 EP 4114803 A1 EP4114803 A1 EP 4114803A1 EP 21702386 A EP21702386 A EP 21702386A EP 4114803 A1 EP4114803 A1 EP 4114803A1
Authority
EP
European Patent Office
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melting
microwave radiation
microwave
batch
melt
Prior art date
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Pending
Application number
EP21702386.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Ohmstede
Michael Hahn
Günter Weidmann
Hildegard RÖMER
Peter Franke
Frank-Thomas Lentes
Wolfgang Schmidbauer
Rainer Erwin Eichholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of EP4114803A1 publication Critical patent/EP4114803A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/023—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by microwave heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/126—Microwaves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/027—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by passing an electric current between electrodes immersed in the glass bath, i.e. by direct resistance heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/027—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by passing an electric current between electrodes immersed in the glass bath, i.e. by direct resistance heating
    • C03B5/03—Tank furnaces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for melting down glass, in particular for converting a batch into a glass melt, using microwave radiation.
  • glass melting tanks are heated in a conventional manner, usually using burner technologies.
  • gas and / or oil are used in the respective burners, thereby releasing CO2 and, if air is used, NOx as exhaust gas.
  • WO 200200063 A describes a crucible in a microwave resonator. Heating with a microwave enables improved chemical homogeneity of the glass melt. The chemical homogeneity is due to hotspots (thermal inhomogeneities) in the volume of the melt.
  • the melt is heated in a cooled cavity with tunable microwave radiation.
  • the melt is located in a “closed” skull, with a plasma torch being used or graphite being added to enable improved coupling of the microwave radiation.
  • the thin-film melt-down module consists of a double-walled tube which, in a variant, can be heated from the outside using a susceptor with microwave radiation. Low-melting eutectics and special raw material preparations are to be melted down. A direct coupling of the microwave to the mixture is not disclosed. The microwave radiation is coupled into a susceptor, which in turn heats the mixture.
  • an overflow pan which is heated with microwave radiation.
  • a standing wave is created inside a pipe in a drain pan or a V- or U-shaped pipe.
  • the microwave power is homogenized by modulating the standing wave. The advantage is a good homogenization of the melt due to a large volume mixing effect.
  • JP 19800125514 describes a drainage crucible in a closed resonator into which microwave energy is coupled. In this document, too, there is no mention of focussing in the noise melting range, but rather the microwave energy is coupled into the molten glass in which the particulate components to be melted are distributed.
  • CN 204224428 U discloses a gas-fired melting tank in which microwave radiation is coupled into a storage tube below the insert.
  • US 20140255417 describes a method for producing small portions of glass in a continuous oven. In addition to various heating methods, microwave heating is also claimed. However, this is not a melting tank. The energy is coupled into pellets made from raw material.
  • CN 203128388 U and CN 201210552723 describe a burner-heated glass melting tank with microwave transmitters in the vault, which are used to destroy foam.
  • the second specification also claims that the microwave has a heating function. However, no pure microwave top heat is used. Furthermore, there is no description regarding the release of energy between the batch and the noise melt.
  • US 2004056026 A describes a cascade tub with several crucibles connected in series, which are located in series-connected microwave resonators, which are heated by means of microwave radiation.
  • the company GYROTRON TECHNOLOGY INC. offers the topic of melting glass using microwave technology.
  • the main feature is the use of gyrotrons in the frequency range from> 30 GHz to over 100 GHz.
  • Gyrotrons are tubes, when used, the efficiency of microwave generation is low and the investment for such a system is very high.
  • Magnetrons are the economical solution, but they are not available for these high frequencies.
  • ohmic heating is understood to mean heating in which an electrical current conducted through the melt generates heat at the ohmic resistance of the glass melt, which heat is introduced into the glass melt for heating.
  • the invention is based on the object of developing previous melting processes and devices in such a way that greater efficiency is achieved in the use of the energies used for heating and, preferably, the environmental impact during the melting of glass, in particular when converting a batch into a glass melt Reduce.
  • microwave radiation is used for at least part of the energy supplied for melting, the microwave radiation used covering at least part of the transition between batch and noise melt.
  • the microwave radiation is coupled into the upper area directly below the mixture cover, thus into the meltdown reaction zone, and here increases the temperature and accelerates the melting, in particular compared to or in comparison to an otherwise identical method without the use of microwave radiation.
  • a large part of the microwave energy is advantageously absorbed precisely in this bubbly, noise-melting region of the first liquid phases, as will be explained in more detail below.
  • the zone between the batch cover, also referred to as batch carpet, on the glass melt and the glass melt is thus preferably heated over the entire surface.
  • Coupling is understood here to be the interaction of the microwave radiation with the first molten phase, both when this is present in a mixture as a solid in this first melt phase and when it is present in liquid form.
  • the combination of heating with microwave radiation in particular with electrical, ohmic heating, can lead to a global equalization of the large-scale horizontal temperature gradients in the meltdown area and thus to a slower flow in some of the embodiments disclosed in the presently disclosed embodiment in the zone between the batch cover and the noise melt. Heat is dissipated via the batch cover, which comes from the deeper melt pool via convection of the melt.
  • the microwave booster generates heat directly in the zone of heat dissipation, so it has a reducing or equalizing effect on the heat dissipated from the melt pool, or even out the vertical temperature gradient below the batch carpet.
  • the batch cover covers the glass melt flat in such a way that its surface is completely covered in the area of the radiated microwave radiation or the part of the batch batch covering the glass melt even extends beyond the area into which the microwave radiation is radiated on the surface the Glass melt extends, because then it can be ensured that the largest part, in particular more than 90% of the radiated microwave power is used for the conversion of the mixture, which is initially a solid body, into its liquid state, in particular without coupling the microwave power into the melt surface adjacent to the mixture cover .
  • a closed batch cover is considered to be a two-dimensional, abutting particulate accumulation of added batch components, which floats on the melt and covers the surface of the melt, in particular at least in the area of the radiated microwave radiation, preferably opaque.
  • An opaque cover is considered to be a cover that is so complete that the irradiated microwave radiation at each location from its irradiation initially passes through mixture constituents before remaining portions of this, if not yet complete absorption, in particular in the area of the noise melt, in particular in the Melting reaction zone, has taken place, meets the glass melt.
  • this mixed layer can develop like a carpet lying on the molten glass, whereby the height and lateral area of the surface can be determined by the amount of mixture supplied per unit of time and the radiation power of the microwave radiation.
  • the size of the batch carpet that results when the batch is fed in as a batch insert, as well as its associated height and lateral extent on the glass melt, can be achieved with constant power of the supplied microwave radiation and with constant energy supplied to the glass melt, which can, for example, also be supplied by means of electrical ohmic heating , controlled by the amount of batch added per unit of time and thus adjusted to the desired values in each case.
  • a throughput of, for example, 0.5 t / d this is approximately 20.8 kg / h of added batch.
  • the amount of batch constituents supplied also roughly corresponds to the final glass composition of the respective melting tank, since the discharge of volatile constituents is strongly suppressed.
  • the calming of the convection is advantageous, in particular laterally uniform heating by means of the supplied microwave radiation and avoidance of fast flow paths from the mixture to the outlet of the tub due to the slower flow.
  • Advantages of the invention are an optimization of the meltdown reactions and a more homogeneous melt.
  • the upper furnace as such remains colder than the molten glass, no combustion gas is used and therefore no CO2 is released from combustion.
  • Another advantage compared to a gas-fired top furnace is that this heating means that the mixture is colder in the upper area than in contact with the melt and thus the gas released when the raw materials are melted can be removed very efficiently through the porous, gas-permeable, relatively cold mixture cover. Further advantages are less dust build-up in the batch during melting, because the melting reaction does not take place in a room with high gas velocities, and a reduction in the evaporation of the volatile components directly from the batch cover, in particular borates in borosilicate glasses. In contrast to the gas-fired surface, with microwave heating there is no glazing of the batch cover and thus the released gases can escape, are not included in the melt and do not have to be expelled again in subsequent, energy-intensive refining steps. The volatile constituents rising up from the bottom of the batch, such as components containing B or Cl, can recondense in the cool batch carpet, so that the proportion of substances released into the environment or to the upper furnace is kept low.
  • the discharge from the melt of B- or Cl-containing components could be reduced by more than 50% in the presently disclosed embodiments, especially if in fully electrically operated melting tanks the entire energy supplied to the batch for conversion into a glass melt comprises microwave radiation.
  • the cold upper side of the batch carpet prevents the conversion of the refining agent on this side; For the same reason, there is essentially no decomposition of individual raw materials, such as nitrates or carbonates.
  • the cold top of the mixture in borosilicate glasses reduces borate evaporation, which is advantageous for achieving the target composition and reducing dust.
  • the starting bubble content of the microwave-heated noise melt is significantly lower than the starting bubble content of a batch melt heated with a burner.
  • the gas load of the microwave-heated noise melt is significantly lower than the gas load of a batch melt heated with a burner.
  • the melting kinetics is determined by the sand grain dissolution. As long as this is not completed, bubbles will continue to be generated.
  • a fully electrically operated melting tank supported by a microwave delivers sufficiently good glass for many product requirements.
  • Another disadvantage of conventional, purely electrically heated tubs through the ohmic resistance of the glass is that the electrical heating with electrodes can be limited by excessively high temperatures in the contact area of the glass with the refractory material of the walls.
  • Another advantage of heating microwave radiation is that the contact-free introduction of the electrical power can take place in the area directly under the mixture and thus "far away from the refractory material of the walls" and thus this material of the walls can become considerably more durable.
  • microwave or microwave radiation used in the context of the present disclosure is initially, without any further clarifying definition, a trivial name for io electromagnetic waves with a frequency that was stated in the older literature as ranging from 1 to 300 GHz, which corresponds to a wavelength of about 30 cm to 1 mm in a vacuum.
  • Other, more recent references in the literature give even broader limits for the frequency range, for example from 300 MHz to about 1 THz.
  • microwaves are understood to be, by definition, electromagnetic waves corresponding to more recent literature references which have a frequency of 300 MHz to approximately 1 THz.
  • microwave radiation and microwave are used synonymously and each denote the same electromagnetic waves defined above.
  • the components of the subsequently melted glass which are present as solids before they are placed in the glass melt, and the melted melt, the melted mixture that has not yet been subjected to further refinement, in particular fine refinement, are understood as a batch.
  • the mixture can have glass ceramic and / or also BS glass types, in particular borosilicate glass types, and cullet contents of 20% to 50%.
  • Rauschmelze is a technical term from glass technology and describes the melt before refining. It is the first molten phase in which all raw materials have passed into the liquid state, but still contain bubbles.
  • melting as a generic term also includes the process of melting and melting.
  • Melting is the process of melting at least parts of a mixed body present as a solid, which in this case changes from its solid aggregate state to a liquid aggregate state, as described in more detail below and defined for the purposes of the present disclosure. Melting is understood to mean the complete transfer of a mixture body, which is initially a solid body, into its liquid state, in particular its transfer into the noise melt of the glass melt.
  • heating is carried out in the area of the batch insert by means of the microwave radiation.
  • An increase in the melting rate can also be brought about in tubs with ohmic electrical heating.
  • a melting reaction zone is understood to be a spatial boundary or transition area in which the mixture is still present in the form of a solid on one side of this boundary and melting or melting is already occurring on the other side of this boundary or transition area Mixture in particular passes into a liquid state.
  • the first liquid phases are formed by the melting salts, e.g. Na2C03, B2O3, at their respective melting point, in which they reactively dissolve the other mixture components.
  • the first reactions begin in the solid state between partners (e.g. alkali / alkaline earth carbonates such as Na2C03 and S1O2) when the temperatures for the formation of eutectic phases (e.g. Na20-Si02) are reached.
  • partners e.g. alkali / alkaline earth carbonates such as Na2C03 and S1O2
  • eutectic phases e.g. Na20-Si02
  • the so-called noise melt is then present, in which molten alkali-silicate compounds with remaining residual quartz grains and other poorly soluble components are present.
  • the remaining quartz grains and the other poorly soluble components dissolve at higher temperatures and more accordingly Dwell time in the already existing silicate melt gradually increases and the final glass composition is created.
  • microwaves When using microwaves, they couple in when the first eutectic phases occur and accelerate the reactions, since the microwave radiation is absorbed by this alkali-rich and thus highly conductive phase.
  • the depth of the meltdown reaction zone is generally a few millimeters and can, preferably depending on the type of glass, extend over a range of approximately 1 mm to 100 mm in the direction of the microwave radiation.
  • the meltdown reaction zone does not have to be located on the outside of the respective body of the mixture, but can also completely capture a respective mixture component or mixture body, which is initially present as a solid body, even as the temperature rises, especially if its temperature increases overall and is thus initially brought overall by heating from a temperature Tg-5k to a temperature Tg + 50K or, in particular, to higher temperatures.
  • a temperature Tg-5k to a temperature Tg + 50K or, in particular, to higher temperatures.
  • This case occurs in particular in the case of a small-body or powdery mixture with a size in the range of the size of the melt-down reaction zone.
  • the microwave radiation is preferably radiated in from the direction of the upper furnace by sources emitting microwaves.
  • MW radiation is not diffuse, but can be introduced in a directional or partially directional manner with suitable measures such as protective FF walls. Directed beams that are generated, for example, by using Vivaldi antennas or trumpet radiators, are advantageous. The rays are directed via antennas in the upper furnace onto the basin or the Batch surface introduced.
  • the upper furnace as such remains colder than the molten glass, no combustion gas is used and therefore no CO2 is released from combustion.
  • At least 10% of the energy supplied to the mixture for conversion into a glass melt preferably comprises microwave radiation.
  • the energy supplied for conversion into molten glass is understood to mean the entire energy used to heat the glass, which is supplied to the batch until it is molten, in particular as a rush melt, thus all of the energy used for heating up to its refinement or refinement.
  • the noise melt is heated up to a viscosity of the glass of less than or equal to 10 3 dPas, but at least 10 2 dPas in total. From this viscosity value, the molten glass, in particular also for lower viscosity values, is assumed to be molten or liquid in the context of the present disclosure.
  • the entire energy supplied to the mixture for conversion into a glass melt comprises microwave radiation.
  • microwave energy can be irradiated from an upper furnace on which microwave-emitting sources, in particular microwave radiators, are arranged, and preferably the microwave energy in a zone between the mixture and a noise melt for heating, in particular for absorption of the microwave radiation, are irradiated.
  • a CO 2 -neutral melting process for glass in which the energy input into the melting zone with a combination of electrical, in particular ohmic, heating and Microwave irradiation takes place and the electrical energy used for melting is provided with electrical current, which has an at least neutral CCh balance
  • a CCh-neutral melting process for glass is a process in which the total amount of CC present is not increased by the melting process.
  • a generation of electrical power in which the generation of the electrical power does not increase the total amount of CO2 present is regarded as a neutral CCh balance.
  • Electricity generated by solar, wind, water and / or nuclear power is therefore regarded as electricity with a neutral C02 balance.
  • Biofuels obtained through biological processes which are generically referred to as biofuels, or substances obtained through chemical reactions, which are obtained with the help of solar energy, for example methanol, also known as methanol solar fuel, are then classified as a neutral C02 - viewed as having a balance, if they do not lead to an overall increase in the CCh content in the atmosphere during production and its subsequent use.
  • biofuels can be used within the scope of the present disclosure for burners which have a neutral CO 2 balance and can, for example, also be used in the lautering area in the present method and the device described here.
  • Processes are disclosed here, in particular melting processes, in which the microwave radiation is coupled into a region of a melting tank in which no upper furnace firing is carried out by means of burners.
  • the presently disclosed embodiments require neither vacuums nor negative pressures to implement them and are also not dependent on cooled walls, as is necessary, for example, in skull crucibles.
  • Another advantage of the presently disclosed embodiments is that they do not necessarily have to include several troughs coupled to one another, such as cascade troughs, since the very efficient coupling of the microwave radiation already results in a complete conversion of the mixture into its molten state below the mixture carpet within a melting tank can be done.
  • the generation of the microwave radiation can be carried out by at least one magnetron and / or by at least one semiconductor-based generator of microwave radiation.
  • microwave radiation with a frequency of higher than 500 MHz and lower than 6 GHz is preferably provided.
  • the microwave radiation can also be provided at a frequency of less than 3 GHz, preferably less than or equal to 2.45 GHz or less than or equal to 915 MHz.
  • the throughput of the molten glass is more than 0.5 t / d or at least 0.5 t / d.
  • the device comprises a melting plant with a melting tank, which has walls, within which both that to be melted Batch and the molten batch can be absorbed as glass melt, with at least one microwave-emitting source, in particular at least one microwave emitter, being arranged above the batch and the glass melt.
  • the at least one microwave-emitting source is preferably arranged on an upper furnace of the melting tank. This results in a surface distribution of the microwave radiation the mixture carpet ensured.
  • the microwave radiation of the microwave-emitting source is directed onto the melt-down reaction zone between the batch and the noise melt.
  • one device or more devices for ohmic electrical heating of the melt can be provided.
  • the microwave radiation used can cover the entire melting reaction zone, including the complete volume of the meltdown reaction zone.
  • this can also be the case if further energy sources are made available for heating for the melting process, but this then does not necessarily have to be the case.
  • the local area covered by microwave radiation can also be up to about 10% or less of the locally recorded spatial volume of the melting reaction zone, or this can also be 20%, 40% or 60% of the locally recorded volume of the meltdown reaction zone.
  • a defined flow regime can then also be set by means of a targeted local energy input by means of the microwave radiation, for example by introducing locally limited temperature inhomogeneities, in particular also due to local gas release / bubbles, microturbulences at local positions that are advantageous for the melting process, which already prepares a subsequent refining process can support.
  • the at least one source for emitting microwave radiation is coupled into a region of the melting tank in which no upper furnace firing is carried out by means of burners or in which no burners for upper furnace firing are arranged.
  • FIG. 1 shows a comparison of the electrical conductivities of different glasses as a function of the temperature of the respective glass
  • FIG. 2 tan (delta), with which the coupling of the microwave into glasses is described, which was measured for some typical special glasses, with values of the tan (delta) for different glasses being shown as a function of the temperature indicated in ° C.
  • FIG. 6 shows the source term p determined in the course of a simulation (FlexPDE simulation) for an exemplary glass, which was determined to fall to almost 0 over a layer thickness of 4 mm in the x direction of 20 MW / m 3 ,
  • FIG. 7 shows a device for melting down glass, in particular for converting a batch into a glass melt, a first preferred embodiment
  • FIG. 8 shows a device for melting down glass, in particular for converting a batch into a glass melt, a second preferred embodiment as well as a vertical temperature profile Tmw resulting in this device compared to the vertical temperature profile Th of a conventional melting tank without Upper furnace heating and the temperature profile Tob of a conventional melting tank with upper furnace heating.
  • microwave radiation as a heating method in the volume
  • the temperature and material-dependent absorption behavior of microwave radiation can be used to guide microwave radiation as almost absorption-free radiation through cold areas of the mix then, as soon as it hits a hot glass melt, it is completely absorbed in a very short zone and converted into thermal energy.
  • This zone can be, for example, the meltdown reaction zone described in the context of the present disclosure.
  • the glass melt is continuously melted and the microwave heating, thus the microwave radiation used for heating, is used to or essentially only to melt the mixture at the interface
  • Glass melt which in the following is also essentially referred to as a meltdown reaction zone, serves and is aimed at this zone between the batch and the noise melt.
  • the microwave can advantageously be used as heating from “above” in the meltdown area of a melt that is electrically heated below the batch.
  • the microwave radiation can replace the burner and upper furnace firing that is customary in technical tanks.
  • the invention also makes advantageous use of the coupling behavior of microwave radiation, thus the microwave energy coupled into glass melts by absorption, which in classic microwave applications leads to the negative and undesirable effect of hotspot formation.
  • the microwave radiation couples very little into the material in the mixture carpet at low mixture temperatures. This means that the material is transparent or semitransparent for microwave radiation in this temperature range and thus has only a low absorption for this.
  • FIG. 1 shows a comparison of the electrical conductivities as a function of temperature for different glasses.
  • glass A denotes an alkali-free glass
  • glasses B, C and D denote borosilicate glasses with different boron contents
  • glasses E, F and G denote various aluminosilicate glasses.
  • the coupling of the microwave into glasses can be described with tan (delta), which is proportional to the absorption of the microwave radiation, in particular its irradiated power and was measured for some typical special glasses and is shown in the graph in FIG.
  • the delta is the loss angle, which indicates the angle between the complex dielectric constant and its real part.
  • the resulting penetration depths of the microwave field of the microwave radiation are calculated in the following for two glasses as an example.
  • the depth of penetration of the microwave energy into a material is described by D, a quantity which indicates the distance within which the power has fallen to 1 / e relative to the value on the material surface on which the microwave radiation strikes.
  • the penetration depth D is in the range 0.1 m to 1 m, depending on the type of glass - that is, through a cold mixture / raw material mixture, the microwaves described here radiate through it without being weakened.
  • the penetration depth is a few centimeters, i.e. with typical melt bath depths of 50-100 cm, it is completely absorbed in the upper melting area under the mixture cover and converted into thermal energy.
  • FIG. 3 describes the behavior in the case of glass A and FIG. 4 for the material glass B.
  • the material of the glass can, for example, be a composition which can be converted into a glass ceramic This heat is preferably generated in the hot zone facing the melt, in particular in the meltdown reaction zone, and leads there at least to an acceleration of the meltdown or even to the entire melting and / or melting process.
  • the microwave absorption is therefore also dependent on whether the material is a solid or in powder form.
  • the present measurements have shown that powdery bodies or particles, in the present case with an average diameter of less than 50 mhi, show a coupling or volume-related absorption that is a factor of 3 lower than solid bodies or particles, which in the present case have an average diameter of several mm, due to the lower bulk and the volume factor.
  • This effect helps to place the energy in exactly the right place - namely not in the loose mix area of the mix cover, but only in the liquid becoming or liquid present compact phase of the melt-down reaction zone.
  • Advantageous process parameters are the bulk density of the mixture and the proportion of bubbles in the melting mixture.
  • the powder measurements shown in FIG. 5 also clearly show the temperature behavior of the dielectric parameters that is typical for glasses.
  • the real and imaginary parts of the dielectric constant can be determined experimentally for a given frequency and a certain material, so that the penetration depth D can be calculated from them. These values depend not only on the composition of the batch or glass, but also on the temperature and the degree of conversion of the batch into glass.
  • the penetration depth is small compared to the dimensions of a mixed body or particle, only an outer zone can be heated directly with the MW radiation. The case is different if the penetration depth is large compared to the dimensions of the mixed body. In this case only a small part of the MW energy is absorbed in the body or particle, the rest shines through the mixed body like visible light through a transparent glass.
  • solid real perm each give the real part of the dielectric constant according to the DKE-IEV 121-12-13 standard for solids and “solid Imag Perm” the imaginary part of the dielectric constant according to the DKE-IEV 121-12 standard -13 for solids.
  • solid tan d gives the combination of imaginary and Real part determined value of tan (delta) for the corresponding solids. The value of tan (delta) results from the quotient of the imaginary part relative to the real part of the respective measured dielectric constant.
  • the microwave radiation is preferably coupled into a mixture of glass raw materials with a grain size, thus a maximum lateral extension in the range 10 mhi to 500 mhi, this mixture initially forming lower-melting primary phases in which the higher-melting raw material grains are then dissolved.
  • cullet with a larger lateral extension of up to a few mm can also be added to the mixture.
  • Tg glass transformation temperature
  • the effective conductivity or the imaginary part of the dielectric constant is made up of two parts, as described in detail in textbooks.
  • the ohmic component predominates, which in typical glass melts does not yet reach saturation even at 2000 ° C.
  • the power is absorbed at a depth of the meltdown reaction zone of a few millimeters. An example of this is given below.
  • the source term p (FlexPDE simulation), which indicates the calculated power absorbed per volume in W / m 3 , is 20 MW / m over a layer thickness of 4 mm in the x direction 3 determined as falling to almost 0 and shown in this accordingly.
  • thermoelectric in a thin layer, for example 4 mm thick, already deposited very high power densities and almost completely, this means that up to more than 90% of the energy radiated in microwave radiation is absorbed and provided as energy for heating can be.
  • Preferred temperatures for coupling in the microwave radiation are in the range from 50.degree. C. to> 1400.degree.
  • FIG. 7 shows a device for melting down glass, in particular for converting a batch into a glass melt, provided overall with the reference number 1.
  • This device comprises, viewed in the flow direction of the molten glass 2, a melting system 3 and a refining system 4.
  • the melting plant 3 includes, even if not explicitly shown above, all supply devices necessary for melting glass, in particular also electrical supply devices which can supply electrical current with a neutral CO 2 balance.
  • This device 1 is suitable for carrying out the methods described here, in particular for carrying out the method according to the invention.
  • the melting plant 3 comprises a melting tank 5, which has walls 6 made of refractory material, within which both the batch 7 to be melted and the molten batch are received as molten glass 2 and thus as molten glass 2.
  • the glass In the area of the melting plant 3, the glass is in each case as a batch 7 in solid form or, after it has melted into the glass melt 2, becoming more liquid and liquid.
  • the batch 7 and the glass melt 2 which extends from the bottom of the melting tank 5 to a level Hg molten in the melting tank 5, there is at least one microwave-emitting source 8, in particular at least one microwave radiator 9, which is a magnetron or a semiconductor-based generator of microwave radiation includes, arranged.
  • the area above the glass melt 2, which forms the roof or vault 10 of the melting tank 5, is referred to as the upper furnace 11.
  • the microwave radiation is radiated in such a way that it is absorbed in the meltdown reaction zone 13, that is to say is coupled into it and thereby leads to its heating.
  • the melting reaction zone 13 is arranged directly below the batch cover 17 formed by the inlay of the batch 7 and extends in the vertical direction between the glass melt 2 and the batch 7, which is still present as a solid.
  • the vertical direction is understood to be the Z direction indicated in FIG. 8, which extends upward perpendicular to a horizontal plane, for example the surface of an uncovered, flow-free glass melt 2.
  • the terms “above” or “below” as well as “above” or “below” are also related to this vertical direction, insofar as this relates to spatial information.
  • the penetration depth D of the microwave radiation 18 decreases sharply, which according to the illustration in FIG already in the range of 4 mm thickness, very high power densities deposited and almost completely, this means up to more than 90% of the energy radiated in microwave radiation is absorbed and provided as energy for heating in particular the particles of the mixture 7.
  • the energy of the microwave radiation is converted exactly in the area where it is required for a high specific melting power, in the melting reaction zone 13.
  • the melt 2 becomes significantly hotter almost only in this zone due to the microwave radiation and the melting processes can take place much faster in the reaction zone without the entire melt 2 being significantly increased in temperature.
  • the higher melting rates can be achieved without a marked increase in temperature of the entire melt volume, this means that the corrosion of the walls 5 and the electrodes 14 is not increased.
  • the microwave radiation is generated, for example, by one or more magnetrons (915 MHz and / or 2.45 GHz) which are arranged in the upper furnace 11.
  • the upper furnace 11 consists of ceramic material with low microwave absorption, for example S1O2 , or comprises this and is surrounded by a microwave-shielding metallic shell 12.
  • the batch 7 is inserted via screw inserts known to those skilled in the art or through a “microwave-tight” opening, each of which is designed so that it cannot emit any microwave energy to the outside.
  • the power can be radiated through one or more magnetrons.
  • heating with gyrotrons and magnetrons as well as other microwave frequencies would also be possible.
  • the insertion channel can be viewed as a waveguide, which can be dimensioned in such a way that it is operated far below its cut-off frequency for the MW frequency used, taking into account the mixture dielectricity. This means that no wave propagation is possible and waves that want to run outwards from the area above the glass melt are exponentially attenuated therein.
  • the lower area of the melting tank 5 can be heated by an additional electrical heater (EZH) which has electrodes 14, 15 which provide electrical current for ohmic electrical heating of the melt 2.
  • EZH additional electrical heater
  • the EZH can be operated with 50 Hz or 10 kHz, for example.
  • Electrode materials are possible as electrode materials for the electrodes 14, 15.
  • the melted glass 2 is transferred to a refining area 16 of the refining system 4 and then for shaping.
  • the energy input into the melting tank 5 is preferably only carried out by means of electrical resistance heating and microwave energy.
  • a preferred microwave frequency is 915 MHz, but 2.45 GHz or 5.8 GHz are also possible. In this frequency range, magnetrons in power ranges up to 100 kW are available as standard.
  • service entries are:
  • VE means fully electrically operated tub with ohmic electrical heating and VE + microwave fully electrically operated tub with ohmic electrical heating and microwave radiation.
  • Microwave [kW] denotes the radiated microwave power in kW
  • EW EZH [kW] the electrical power of the electrical auxiliary heating in kW
  • the gas consumption specified in the table above is essentially the gas consumption in the refining bath area, for which biofuel can also be used as an alternative.
  • the fully electrically operated melting tank 5 (thus a melting tank operated without the input of non-electrical power or energy) results in a batch carpet of batch 7 resting on the glass melt, for example at a throughput of 20 t / d, with an ohmic power for heating the glass melt of 800 kW and a microwave power, which is radiated into the batch 7 of the batch carpet from above, of 200 kW.
  • the melting tank 5 is operated with a surface load of 2 t / m 2 , this means that the weight of the glass 2 and the mixture 7 acting on the bottom of the melting tank is approximately 2 t / m 2 per area.
  • a batch of batch 7 lying on top of the glass melt could, for example, with a throughput of 30t / d, with an ohmic power for heating the glass melt of 1000 kW and a microwave power which radiated into the batch of batch carpet from above 300kW will also be provided with a corresponding batch of batches lying on the glass melt.
  • the melting tank was operated with a surface load of about 3 t / m 2 , which means that the weight acting on the bottom of the melting tank was about 3 t / m 2 per area.
  • the microwave radiation 18 was coupled in such that it only covered the batch carpet itself and the melt-down reaction zone located below it, but not the other surface of the glass melt that was exposed next to the batch carpet.
  • the microwave radiation 18 can also cover only half or a third of the area with which the mixed cover or the mixed carpet 13 extends flat, in particular opaque, on the molten glass 2. In this case, that flat area is considered to be covered by the microwave radiation, up to which the intensity of the microwave radiation has decreased from its maximum to the value 1 / e, where 1 / e denotes the reciprocal of Euler's number e in the context of the present disclosure.
  • 1 / e denotes the reciprocal of Euler's number e in the context of the present disclosure.
  • the vertical profile of the temperature Tmw in the glass 2 and in the batch 7 that results in this device is shown, in which it can be seen that the temperature Tmw is at the level of the electrodes 14 and 15 starting from the bottom of the melting tank 5 initially increases upwards, but then decreases slightly with increasing height and already increases slightly again before the meltdown reaction zone 13, in order to then pass into a strongly pronounced maximum in the meltdown reaction zone 3, which extends approximately over the entire meltdown reaction zone 13 thus extends over a distance Se in the Z direction, which corresponds approximately to the penetration depth D of the microwave radiation 18 radiated in from above.
  • the vertical profile of the temperature Th from a conventional melting tank without upper furnace heating and the profile of the temperature Tob from a conventional melting tank with upper furnace heating are also shown by way of example.
  • a trumpet radiator is used for the microwave radiator 9, in particular the magnetron or the semiconductor-based generator of microwave radiation, as described in Kraus, J.D. Antennas, McGraw-Hill, see for example https://archive.org/details/Antennas2ndbviohnD.Kraus1988/paqe/n677.
  • the required radiation characteristic determines the overall length R thus the length of the side surfaces of the antenna of the microwave-emitting source 8.
  • the area in which heat is required for melting, in particular for melting the mixture and its further melting into a noise melt is due to the arrangement of the microwave-emitting source, in particular Magnetrons or semiconductor-based generators of microwave radiation, and the defined local emission of microwave radiation, which by absorption locally defines heat to the mixture as well as melts from this and part of the noise melt, can be a defined distance from the walls, in particular walls made of refractory material Melting tank are adhered to.
  • the devices described above are more durable than when using burners, since the place at which the microwave emitting source, in particular the magnetron or semiconductor-based generator of microwave radiation, is arranged, in particular the upper furnace of the melting tank, does not have to be heated when the microwave radiation is emitted.
  • Further field and thus temperature-homogenizing measures can be that the MW frequency is not fixed, but is “modulated through” by the microwave source, or that a mode stirrer is positioned over the melt to flomogenize the field distribution, or that a stirrer is used in the batch is positioned, which ensures an equalization of the MW field and at the same time equalizes the temperature in the mixture.
  • the emission of volatile constituents such as alkali borate, boron, fluorine, CI, etc. can be significantly reduced through the targeted release of energy in the glass formation zone below the batch carpet when using less or no upper furnace heating in the melting area.
  • An evaporation-condensation cycle is created in the mixture analogous to a cold top.
  • microwave radiation in particular a magnetron or semiconductor-based

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von Glas, bei welchem für die Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze für zumindest einen Teil der zum Schmelzen zugeführten Energie Mikrowellenstrahlung verwendet wird, wobei die verwendete Mikrowellenstrahlung zumindest einen Teil des Übergangs zwischen Gemenge und Rauschmelze erfasst, sowie eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Glas, insbesondere für die Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, umfassend ein Schmelzaggregat mit einer Schmelzwanne, welche Wände aufweist, innerhalb derer sowohl das zu schmelzende Gemenge als auch das geschmolzene Gemenge als Glasschmelze aufnehmbar ist, wobei oberhalb des Gemenges sowie der Glasschmelze zumindest eine Mikrowellen emittierende Quelle, insbesondere zumindest ein Mikrowellenstrahler, angeordnet ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einschmelzen von Glas
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Glas, insbesondere zur Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze, mit Verwendung von Mikrowellenstrahlung.
Glasschmelzwannen werden in industriellem Maßstab in herkömmlicher Weise in der Regel mit Brennertechnologien beheizt. Zur Verbrennung werden dabei in den jeweils entsprechenden Brennern Gas und/oder Öl verwendet und dadurch CO2 und darüber hinaus bei Einsatz von Luft auch NOx als Abgas freigesetzt.
Die bei einem Teil des Standes der Technik adressierten Technologien beschreiben diskontinuierliche Tiegelschmelzen und adressieren eine Beheizung mit Mikrowellen.
In WO 200200063 A wird ein Tiegel in einem Mikrowellenresonator beschrieben. Die Beheizung mit Mikrowelle ermöglicht eine verbesserte chemische Homogenität der Glasschmelze. Die chemische Homogenität ist dabei auf Hotspots (thermische Inhomogenitäten) im Volumen der Schmelze zurückzuführen.
In WO 199700119 A wird die Schmelze in einer gekühlten Kavität mit einer durchstimmbaren Mikrowellenstrahlung beheizt. Die Schmelze befindet sich in einem „geschlossenen“ Skull, wobei ein Plasmabrenner verwendet oder Graphit beigegeben wird, um eine verbesserte Einkoppelung der Mikrowellenstrahlung zu ermöglichen.
DE 19541133 beschreibt das Schmelzen von Phosphatglas in einem mikrowellenbeheizten Tiegel, ohne jedoch Angaben zur Einkoppelung der Mikrowellenstrahlung sowie deren Eigenschaften zu machen. Bei einem weiteren Teil des Standes der Technik werden kontinuierliche Schmelzverfahren mit einer Mikrowellen-Zusatzbeheizung durchgeführt. Diese sind beispielsweise in den folgenden Schriften beschrieben:
In DE 200910025905 wird ein Schmelzverfahren offenbart, welches ein Einschmelzen von Gemenge mittels Dünnschichteinschmelzen beansprucht. Das Dünnschichteinschmelzmodul besteht aus einem doppelwandigen Rohr, das in einer Variante von außen über einen Suszeptor mit Mikrowellenstrahlung beheizt werden kann. Es sollen niedrigschmelzende Eutektika und spezielle Rohstoffaufbereitungen eingeschmolzen werden. Eine direkte Ankopplung der Mikrowelle an das Gemenge wird nicht offenbart. Die Mikrowellenstrahlung wird in ein Suszeptor eingekoppelt, der wiederum das Gemenge erwärmt.
In FR 19960005084 A wird ein Überlauftiegel beschrieben, der mit Mikrowellenstrahlung beheizt wird. In einem Ablauftiegel oder einem v- oder u-förmigen Rohr wird eine stehende Welle innerhalb eines Rohrs erzeugt. Die Mikrowellenleistung wird durch Modulation der stehenden Welle homogenisiert. Der Vorteil ist eine gute Homogenisierung der Schmelze durch eine großvolumige Mischwirkung.
DE 10 2016 205 845 A1 offenbart für eine Vorreaktion von Gemenge unter anderem auch eine Mikrowellenheizung. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass die Mikrowellenstrahlung gerade in diesem Temperaturbereich nur sehr wenig von dem Gemenge absorbiert wird und die Heizleistung hierbei sehr ineffizient ist.
JP 19800125514 beschreibt einen Ablauftiegel in einem geschlossenen Resonator, in den Mikrowellenenergie eingekoppelt wird. Auch in diesem Dokument ist keine Fokussierung in den Rauschmelzbereich erwähnt, sondern wird die Mikrowellenenergie in das geschmolzene Glas eingekoppelt, in welchem zu schmelzende partikuläre Bestandteile verteilt angeordnet sind.
In DE 10 2016 200 697 A1 wird eine kontinuierlich betriebene Wanne beansprucht, die mit verschiedenen Verfahren beheizt werden kann - unter anderem auch Mikrowelle. Eine Fokussierung auf die Lokalisierung der Mikrowellenenergie wird nicht beschrieben.
CN 204224428 U offenbart eine gasbefeuerte Schmelzwanne, bei welcher Mikrowellenstrahlung unterhalb der Einlage in ein Einlagerohr eingekoppelt wird.
In US 20140255417 wird ein Verfahren zur Herstellung kleiner Glasportionen in einem Durchlaufofen beschrieben. Neben diversen Beheizungsverfahren wird auch eine Mikrowellenbeizung beansprucht. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine Schmelzwanne. Die Energie wird in Presslinge aus Rohstoff eingekoppelt.
In CN 203128388 U und CN 201210552723 wird eine brennerbeheizte Glasschmelzwanne mit Mikrowellensendern im Gewölbe beschrieben, die zur Zerstörung von Schaum eingesetzt werden. In der zweiten Schrift wird auch beansprucht, dass die Mikrowelle eine Heizfunktion hat. Es ist allerdings keine reine Mikrowellen-Oberhitze beansprucht. Des Weiteren gibt es keine Beschreibung bzgl. Energiefreisetzung zwischen Gemenge und Rauschmelze.
In WO 2006 059576 A wird eine mikrowellenunterstütze Unterdruckläuterkammer beansprucht.
In US 2004056026 A wird eine Kaskadenwanne mit mehreren Tiegeln hintereinandergeschaltet, die in hintereinander geschalteten Mikrowellenresonatoren stehen, beschrieben, welche mittels Mikrowellenstrahlung beheizt werden.
Die Firma GYROTRON TECHNOLOGY INC. bietet das Thema Schmelzen von Glas mittels Mikrowellen-Technik an. Hauptmerkmal ist die Verwendung von Gyrotrons im Frequenzbereich von > 30 GHz bis über 100 GHz. Gyrotrons sind Röhren, bei deren Einsatz die Effizienz der Mikrowellenerzeugung gering ist und die Investitionen für solch ein System sehr hoch sind. Magnetrons sind die wirtschaftliche Lösung, die aber für diese hohen Frequenzen nicht verfügbar ist.
Diese hohen Frequenzen (> 30 GHz) sind nicht gewünscht, da die Eindringtiefe extrem klein ist und das Überhitzungsrisiko zu hoch ist. Bei Mikrowellen im Bereich um 2 GHz hingegen ist das Risiko viel geringer. Der Wirkungsgrad von HighPower Gyrotrons ist heute mit denen von Magnetrons vergleichbar, da es viele Entwicklungen im Bereich Plasmaphysik/Kernfusion gibt. In allen vorbekannten Fällen wirkt die Mikrowelle auf das Gesamtschmelzvolumen und es erfolgt im Wesentlichen keine gerichtete Beheizung. Entscheidend ist die im Schmelzgut dissipierte Leistungsdichte (W/m3).
Darüber hinaus ist der Durchsatz von vollelektrischen Wannen, welche eine ohmsche Beheizung aufweisen, generell limitiert, da der Leistungseintrag pro Schmelzfläche begrenzt ist durch die maximal zulässige Stromdichte an den Elektroden. Die Abhängigkeit der Stromdichte vom Glastyp führt bei einigen Gläsern dazu, dass die ohmsche Beheizung mit Werten < 10 % des Gesamtenergiebedarfs begrenzt ist. Als ohmsche Beheizung wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Beheizung verstanden, bei welcher ein durch die Schmelze geleiteter elektrischer Strom an dem ohmschen Widerstand der Glasschmelze Wärme erzeugt, welche zur Beheizung in die Glasschmelze eingeleitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bisherige Schmelzverfahren und -Vorrichtungen dahingehend weiterzubilden, dass eine höhere Effizienz bei der Nutzung der zur Erwärmung verwendeten Energien erreicht wird und vorzugsweise die Umweltbelastung während des Einschmelzen von Glas, insbesondere bei der Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze, zu vermindern.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst.
Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Einschmelzen von Glas für die Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze für zumindest einen Teil der zum Schmelzen zugeführten Energie Mikrowellenstrahlung verwendet, wobei die verwendete Mikrowellenstrahlung zumindest einen Teil des Übergangs zwischen Gemenge und Rauschmelze erfasst.
Die Mikrowellenstrahlung koppelt dabei in den oberen Bereich direkt unter der Gemengedecke, somit in die Einschmelzreaktionszone, ein und erhöht hier die Temperatur und beschleunigt das Abschmelzen, insbesondere gegenüber oder im Vergleich zu einem ansonsten gleichen Verfahren ohne Verwendung von Mikrowellenstrahlung. Gerade in diesem blasigen Rauschmelzbereich der ersten flüssigen Phasen wird ein großer Teil der Mikrowellenenergie vorteilhaft absorbiert, wie nachfolgend noch detaillierter ausgeführt werden wird. t.
Die Zone zwischen der auch als Gemengeteppich bezeichneten Gemengedecke auf der Glasschmelze und der Glasschmelze wird somit vorzugsweise flächig erwärmt.
Als Einkoppeln wird hierbei die Wechselwirkung der Mikrowellenstrahlung mit der ersten schmelzflüssigen Phaseverstanden, sowohl wenn dieses im Gemenge als Festkörper in dieser ersten Schmelzphase vorliegt als auch wenn dieses in flüssiger Form vorliegt.
Die Kombination der Beheizung mit Mikrowellenstrahlung, insbesondere mit einer elektrischen, ohmschen Beheizung, kann bei manchen der vorliegend offenbarten Ausführungsformen in der Zone zwischen Gemengedecke und Rauschmelze zu einer globalen Vergleichmäßigung der großräumigen horizontalen Temperaturgradienten im Einschmelzbereich und somit zu einer langsameren Strömung führen. Über die Gemengedecke wird Wärme abgeführt, die über Konvektion der Schmelze vom tieferen Schmelzbad kommt.
Der Mikrowellenbooster erzeugt Wärme direkt in der Zone der Wärmeabführung, wirkt also bezüglich der vom Schmelzbad abgeführten Wärme vermindernd bzw. vergleichmäßigt den vertikalen Temperaturgradienten unterhalb des Gemengeteppichs.
Bisher wurde bei Einkoppelung der Mikrowellenstrahlung bei herkömmlichen Schmelzwannen diese nicht so effizient für die Umwandlung des als Festkörper vorliegenden Gemenges in den schmelzflüssigen Zustand genutzt, da keine auf die zwischen der Gemengedecke und dem geschmolzenen Glas ausgebildete Einschmelzreaktionszone gerichtete Absorption der Mikrowellenstrahlung stattfand.
Es ist vorteilhaft, wenn die Gemengedecke die Glasschmelze flächig so bedeckt, dass deren Oberfläche im Bereich der eingestrahlten Mikrowellenstrahlung vollständig bedeckt ist oder sich der die Glasschmelze bedeckende Teil der Gemengedecke sogar noch über den Bereich, in welchen die Mikrowellenstrahlung eingestrahlt wird, hinausgehend auf der Oberfläche der Glasschmelze erstreckt, denn dann kann sichergestellt werden, dass der größte Teil, insbesondere mehr als 90% der eingestrahlten Mikrowellenleistung für die Umwandlung des zunächst als Festkörper vorliegenden Gemenges in dessen flüssigen Zustand verwendet wird, insbesondere ohne dabei die Mikrowellenleistung in die der Gemengedecke benachbarte Schmelzoberfläche einzukoppeln.
Als geschlossene Gemengedecke wird eine flächig ausgedehnte, aneinander anliegende partikuläre Häufung von zugeführten Gemengebestandteilen angesehen, welche auf der Schmelze aufliegend schwimmt und die Oberfläche der Schmelze, insbesondere zumindest im Bereich der eingestrahlten Mikrowellenstrahlung, vorzugsweise blickdicht, bedeckt. Als blickdichte Bedeckung wird hierbei eine Bedeckung angesehen, welche so vollständig vorliegt, dass die eingestrahlte Mikrowellenstrahlung an jedem Ort von deren Einstrahlung zunächst durch Gemengebestandteile tritt, bevor verbleibende Anteile von dieser, falls noch keine vollständige Absorption, insbesondere im Bereich der Rauschmelze, insbesondere in der Einschmelzreaktionszone, stattgefunden hat, auf die Glasschmelze trifft.
Diese Gemengedecke kann sich beim Einlegen des Gemenges wie ein auf dem schmelzflüssigen Glas liegender Teppich, Gemengeteppich, ausbilden, wobei die durch die Menge an zugeführtem Gemenge pro Zeiteinheit sowie die Strahlungsleistung der Mikrowellenstrahlung dessen Höhe und seitliche flächige Erstreckung bestimmbar ist.
Die Größe des sich bei Zufuhr des Gemenges als Gemengeeinlage ergebenden Gemengeteppichs sowie seine damit einhergehende Höhe und laterale Erstreckung auf der Glasschmelze kann bei konstanter Leistung der zugeführten Mikrowellenstrahlung sowie bei konstanter, der Glasschmelze weiter zugeführten Energie, welche beispielsweise zusätzlich mittels elektrischer ohmscher Beheizung zugeführt werden kann, durch die Menge an zugeführtem Gemenge pro Zeiteinheit gesteuert und somit zu jeweils gewünschten Werten eingestellt werden. Bei einem Durchsatz von beispielsweise 0,5 t/d sind dies etwa 20,8 kg / h an zugeführtem Gemenge.
Da die aus der Einschmelzreaktionszone austretenden Gase der sich bildenden Schmelze zum größten Teil durch Abkühlen am Gemengeteppich der Gemengeeinlage wieder kondensieren, somit rekondensieren, entspricht bei einer gemäß der vorliegenden Offenbarung betriebenen Schmelzwanne die Menge an zugeführtem Gemengebestandteilen in etwa auch der finalen Glaszusammensetzung der jeweiligen Schmelzwanne, da ein Austrag flüchtiger Bestandteile stark unterdrückt wird.
Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen werden weitere Beispiele hierzu noch detaillierter erläutert.
Vorteilhaft ist die Beruhigung der Konvektion durch eine insbesondere lateral gleichmäßige Beheizung mittels der zugeführten Mikrowellenstrahlung und einer Vermeidung von schnellen Strömungspfaden vom Gemenge zum Auslass der Wanne aufgrund der langsameren Strömung. Vorteile der Erfindung sind eine Optimierung der Einschmelzreaktionen und eine homogenere Schmelze.
Es ist generell vorteilhaft, genau in der Einschmelzreaktionszone zwischen Gemenge und Rauschmelze eine Temperaturerhöhung und damit eine Erhöhung der Abschmelzrate herbeizuführen, indem mittels Mikrowellenstrahlung an der Grenze zwischen Gemenge und Rauschmelze Energie deponiert wird.
Dies kann insbesondere durch Einkopplung von Mikrowellenstrahlung aus der Richtung des Oberofens durch Mikrowellen emittierende Quellen erreicht werden. Der Oberofen als solcher bleibt dabei kälter als die Glasschmelze, es wird kein Verbrennungsgas eingesetzt und damit kein CO2 aus einer Verbrennung frei.
Ein weiterer Vorteil gegenüber einem gasbefeuerten Oberofen besteht darin, dass das Gemenge durch diese Beheizung im oberen Bereich kälter ist als im Kontakt zur Schmelze und damit das beim Einschmelzen von Rohstoffen freiwerdende Gas durch die poröse, gasdurchlässige, relativ kalte Gemengedecke sehr effizient abgeführt werden kann. Weitere Vorteile sind weniger Verstaubung des Gemenges beim Einschmelzen, weil die Einschmelzreaktion nicht in einem Raum mit hohen Gasgeschwindigkeiten stattfindet, und Reduzierung der Verdampfung der leicht flüchtigen Komponenten direkt aus der Gemengedecke, insbesondere Borate bei Borosilikatgläsern. Im Gegensatz zur gasbefeuerten Oberfläche erfolgt bei der Mikrowellenbeheizung keine Verglasung der Gemengedecke und damit können die freiwerdenden Gase austreten, werden nicht in die Schmelze eingeschlossen und müssen nicht in anschließenden energieaufwendigen Läuterschritten wieder ausgetrieben werden. Die von der Gemengeunterseite nach oben aufsteigenden flüchtigen Bestandteile, wie B- oder Cl-haltige Komponenten, können im kühlen Gemengeteppich rekondensieren, so dass der Anteil von in die Umwelt oder an den Oberofen abgegebenen Stoffen gering gehalten wird.
Der Austrag aus der Schmelze von B- oder Cl-haltigen Komponenten konnte bei den vorliegen offenbarten Ausführungsformen um mehr als 50 % reduziert werden, insbesondere wenn in vollelektrisch betriebenen Schmelzwannen die gesamte, dem Gemenge zur Umwandlung in eine Glasschmelze zugeführte Energie Mikrowellenstrahlung umfasst.
Die kalte Oberseite des Gemengeteppichs verhindert die Umsetzung des Läutermittels auf dieser Seite; aus dem gleichen Grund findet im Wesentlichen keine Zersetzung einzelner Rohstoffe, wie z.B. von Nitraten oder Carbonaten statt. Darüber hinaus verringert die kalte Oberseite des Gemenges bei Borosilkatgläsern die Boratverdampfung, was vorteilhaft für die Erreichung der Zielzusammensetzung und die Verminderung der Verstaubung ist.
Die Startblasigkeit der mikrowellenbeheizten Rauschmelze ist wesentlich geringer als die Startblasigkeit einer mit Brenner beheizten Gemengeschmelze. Die Gaslast der mikrowellenbeheizten Rauschmelze ist wesentlich geringer als die Gaslast einer mit Brenner beheizten Gemengeschmelze.
. Die Einschmelzkinetik wird durch die Sandkorn-Auflösung bestimmt. Solange diese nicht abgeschlossen ist, werden weiterhin Blasen erzeugt. Derjenige Bereich, in welchem beim Einschmelzen noch Festkörper, bereits geschmolzenes Glas sowie die Oberofenatmosphäre, beispielsweise auch mit aus der Schmelze austretenden Gasen vorliegt, somit der Bereich mit festen, flüssigen und gasförmigen Bestandteilen, entspricht im Rahmen der vorliegenden Offenbarung dem Bereich der Sandkornauflösung und steht im Kontakt mit der unterströmenden Glasschmelze. Im Idealfall kann sogar durch dieses Einschmelzverfahren auf eine Nachläuterung verzichtet werden. Eine mittels Mikrowelle unterstützte vollständig elektrisch betriebene Schmelzwanne liefert ausreichend gutes Glas für viele Produktanforderungen.
Unter Verwendung von Strom mit einer neutralen CCh-Bilanz kann damit auch das Ziel eines „CCMreien Schmelzverfahrens“ erreicht werden.
Abhängig von der Glaschemie konnten bei höheren Stromdichte bei herkömmlichen Verfahren an den Elektroden Sekundäreffekte auftreten, die zu einem für Spezialglas nicht tolerablen Eintrag von Elektrodenmaterial in die Schmelze führten und auch die Betriebsdauer der Elektroden begrenzten. Dieser Eintrag zeichnet sich durch winzige - im mhi Bereich liegende - Partikel aus, die wiederum sehr störend bis hin zum kompletten Produktionsausfall führen können. Wie groß der Ausfall ist, hängt sehr von der Spezifikation der Gläser ab. Typische Kontaminationen bei Molybdänelektroden sind Werte im Bereich 5 bis 100 ppm wobei bei einigen Anwendungen 30 ppm schon intolerabel sind. Jedoch haben bei bestimmten Spezialgläsern auch bereits Kontaminationen von > 10 ppm zu intolerablen Problemen geführt.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher rein elektrisch durch den ohmschen Widerstand des Glases beheizter Wannen besteht auch darin, dass die elektrische Beheizung mit Elektroden limitiert sein kann durch zu hohe Temperaturen im Kontaktbereich des Glases mit dem Feuerfestmaterial der Wände. Ein weiterer Vorteil der Beheizung Mikrowellenstrahlung besteht darin, dass das kontaktfreie Einbringen der elektrischen Leistung im Bereich direkt unter dem Gemenge und somit „weit weg vom Feuerfestmaterial der Wände“ erfolgen kann und somit dieses Material der Wände erheblich dauerbetriebsfester werden kann.
In Abgrenzung zur Elektrodenbeheizung wird durch die kälteren Temperaturen unter der Gemengedecke der Strom bei ohmscher Beheizung in Bereiche wärmerer Temperaturen geleitet. Dies bedeutet, dass bei rein ohmscher Beheizung keine Energie direkt unter die Gemengezone kommt. Dieser gravierende Nachteil kann mit der vorliegenden offenbarten technischen Weiterentwicklung gegenüber herkömmlichen Schmelzens umgangen werden.
Der im Rahmen der vorliegenden Offenbarung verwendete Begriff der Mikrowelle oder der Mikrowellenstrahlung ist zunächst, somit ohne weitere klärende Definition, ein Trivialname für io elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz, die in der älteren Literatur als von 1 bis 300 GHz reichend angegeben wurde, welches einer Wellenlänge von etwa 30 cm bis 1 mm im Vakuum entspricht. Andere, jüngere Referenzen geben in der Literatur noch weiter gefasste Grenzen des Frequenzbereichs an, beispielsweise von 300 MHz bis etwa 1 THz. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden als Mikrowellen per Definition elektromagnetische Wellen entsprechend jüngerer Literaturangaben, welche eine Frequenz von 300 MHz bis etwa 1 THz aufweisen, verstanden.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden die Begriffe der Mikrowellenstrahlung sowie der Mikrowelle synonym gebraucht und bezeichnen jeweils dieselben, vorstehend definierten elektromagnetischen Wellen.
Als Gemenge werden in fachüblicher Weise die vor deren Einlegen in die Glasschmelze als Festkörper vorliegenden Bestandteile des nachfolgend geschmolzenen Glases verstanden und als Rauschmelze das geschmolzene Gemenge, welches noch nicht einer weiteren Läuterung, insbesondere Feinläuterung unterzogen wurde.
Beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann das Gemenge Glaskeramik und/oder auch BS-Glastypen, insbesondere Borosilikatglas-Glastypen, und Scherbengehalte von 20% bis 50% aufweisen.
Rauschmelze ist ein Fachbegriff aus der Glastechnologie und bezeichnet die Schmelze vor der Läuterung. Es ist die erste schmelzflüssige Phase, in der alle Rohstoff in den flüssigen Zustand übergegangen sind, aber noch Blasen enthalten.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Begriff des Schmelzens als Oberbegriff auch den Vorgang des Abschmelzens und des Einschmelzens.
Als Abschmelzen wird der Vorgang des Schmelzens von zumindest Teilen eines als Festkörper vorliegenden Gemengekörpers verstanden, welcher hierbei von seinem festen Aggregatzustand in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht, wie dies nachfolgend noch detaillierter beschrieben und für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung definiert wird. Als Einschmelzen wird die vollständige Überführung eines zunächst als Festkörper vorliegenden Gemengekörpers in dessen flüssigen Zustand verstanden, insbesondere dessen Überführung in die Rauschmelze der Glasschmelze.
Generell hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mittels der Mikrowellenstrahlung ein Beheizen im Bereich der Gemengeeinlage vorgenommen wird.
Hierbei kann auch in Wannen mit ohmscher elektrischer Beheizung eine Erhöhung der Abschmelzrate herbeigeführt werden.
Als Einschmelzreaktionszone wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein räumlicher Grenz- oder Übergangsbereich verstanden, in welchem das Gemenge auf der einen Seite dieser Grenze noch in Form eines Festkörpers vorliegt und auf der anderen Seite dieses Grenz- oder Übergangsbereichs bereits ein Abschmelzen oder Abschmelzungen auftreten und das Gemenge insbesondere in einen flüssigen Zustand übergeht. Die ersten flüssigen Phasen werden durch die aufschmelzenden Salze, z.B. Na2C03, B2O3, bei ihrem jeweiligen Schmelzpunkt gebildet, in welchen sie reaktiv die anderen Gemengekomponenten lösen.
Es laufen verschiedene chemische Reaktionen ab, die zu einer silikatischen Schmelze führen. Die ersten Reaktionen beginnen im festen Zustand zwischen Partnern (z.B. Alkali- /Erdalkalicarbonate wie Na2C03 und S1O2), wenn die Temperaturen zur Bildung eutektischer Phasen (z.B. Na20-Si02) erreicht werden. Es bilden sich erste, niedrigschmelzende Alkali- Silikatverbindungen. Zeitglich mit der Umwandlung der Alkali- und Erdalkali-Carbonate bzw. Hydroxide werden Gase frei, die durch die offene Gemengedecke den Prozess verlassen können. Durch weitere Temperaturerhöhung erreichen niedrig-schmelzende Rohstoffe ihre Schmelztemperatur. Erst durch das Auftreten einer flüssigen Phase wird die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich erhöht. Es liegt dann die sogenannte Rauschmelze vor, in der geschmolzene Alkali-Silikatverbindungen mit verbliebenden Restquarzkörnern und anderen schwerlöslichen Komponenten vorhanden sind. Die Restquarzkörner und die anderen schwerlöslichen Komponenten lösen sich bei höheren Temperaturen und entsprechender Verweilzeit in der bereits vorhandenen silikatischen Schmelze nach und nach auf und es entsteht die finale Glaszusammensetzung. Bei Einsatz von Mikrowellen koppeln diese schon beim Auftreten der ersten eutektischen Phasen ein und beschleunigen die Reaktionen, da die Mikrowellenstrahlung von dieser alkalireichen und damit hochleitfähigen Phase absorbiert wird.
Je mehr Restquarz und die restlichen schwerlöslichen Komponenten sich in der Rauschmelze lösen, desto weniger Mikrowellenenergie wird absorbiert. D.h., die Mikrowelle unterstützt gezielt den Einschmelzprozess insbesondere bei den ersten schmelzflüssigen Phasen.
Die Tiefe der Einschmelzreaktionszone beträgt in der Regel wenige Millimeter und kann sich, vorzugsweise je nach Glastyp, über einen Bereich von etwa 1 mm bis 100 mm in Strahlungsrichtung der Mikrowellenstrahlung erstrecken.
Da die Mikrowellenstrahlung in ein Volumen strahlt, muss sich die Einschmelzreaktionszone nicht an der Außenseite der jeweiligen Körper des Gemenges befinden, sondern kann auch bei voranschreitender Temperatur einen jeweiligen, zunächst als Festkörper vorliegenden Gemengebestandteil oder Gemengekörper vollständig erfassen, insbesondere wenn dieser insgesamt in seiner Temperatur erhöht wird und somit insgesamt durch Erwärmung zunächst von einer Temperatur Tg-5k bis zu einer Temperatur Tg+50K oder insbesondere zu höheren Temperaturen gebracht wird. In diesem Fall muss sich keine scharfe lokale Grenze innerhalb eines Gemengekörpers ausbilden, sondern wird als Einschmelzzone dann der gesamte Ort des Gemengekörpers verstanden, an welchem sich dessen lokale Bereiche bei einer Temperatur von Tg-5K und Abschmelzungen mit einer Temperatur Tg+50K und insbesondere höheren Temperaturen befinden. Dieser Fall tritt insbesondere bei kleinkorpuskulärem oder pulverförmigem Gemenge mit einer Größe im Bereich der Größe der Einschmelzreaktionszone auf.
Bevorzugt wird die Mikrowellenstrahlung aus der Richtung des Oberofens durch Mikrowellen emittierende Quellen eingestrahlt. Die MW-Strahlung ist im Unterschied zur thermischen Strahlung nicht diffus, sondern kann mit geeigneten Maßnahmen, wie Schutz FF-Wände, gerichtet bzw. teilweise gerichtet eingebracht werden. Vorteilhaft sind gerichtete Strahlen, die beispielsweise durch die Verwendung von Vivaldi-Antennen oder Trompeten-Strahlern erzeugt werden. Die Strahlen werden über Antennen im Oberofen gerichtet auf das Becken bzw. die Gemengeoberfläche eingebracht.
Der Oberofen als solcher bleibt dabei kälter als die Glasschmelze, es wird kein Verbrennungsgas eingesetzt und damit kein CO2 aus einer Verbrennung frei.
Bevorzugt umfasst bei den vorliegend offenbarten Ausführungsformen mindestens 10% der dem Gemenge zur Umwandlung in eine Glasschmelze zugeführten Energie Mikrowellenstrahlung.
Als zur Umwandlung in eine Glasschmelze zugeführte Energie wird hierbei die gesamte zur Erwärmung des Glases verwendete Energie verstanden, welche dem Gemenge zugeführt wird, bis dieses schmelzflüssig, insbesondere als Rauschmelze vorliegt, somit die gesamte zur Erwärmung verwendete Energie bis vor dessen Läuterung oder Feinläuterung.
Die Rauschmelze wird bis zu einer Viskosität des Glases von kleiner oder gleichl 03 dPas, zumindest jedoch 102 dPas insgesamt erwärmt. Ab diesem Wert der Viskosität wird das geschmolzene Glas, insbesondere auch für kleinere Viskositätswerte, im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als schmelzflüssig oder flüssig vorliegend angenommen.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst jedoch die gesamte, dem Gemenge zur Umwandlung in eine Glasschmelze zugeführte Energie Mikrowellenstrahlung.
Alternativ kann auch, insbesondere zur Steigerung der Ab- oder Einschmelzleistung, zusätzlich zu einer ohmschen elektrischen Beheizung der Schmelze die Einstrahlung von Mikrowellenenergie von einem Oberofen ausgehend erfolgen, an welchem Mikrowellen emittierende Quellen, insbesondere Mikrowellenstrahler, angeordnet sind, und bevorzugt die Mikrowellenenergie in einer Zone zwischen dem Gemenge und einer Rauschmelze zur Beheizung, insbesondere zur Absorption der Mikrowellenstrahlung, eingestrahlt werden.
Es kann bei den vorliegend offenbarten Ausführungsformen ein C02-neutrales Einschmelzverfahren von Glas bereitgestellt werden, bei welchem der Energieeintrag in der Einschmelzzone mit einer Kombination aus elektrischer, insbesondere ohmscher, Beheizung und Mikrowelleneinstrahlung erfolgt und die zum Einschmelzen verwendete elektrische Energie mit elektrischem Strom bereitgestellt wird, weicher eine zumindest neutrale CCh-Bilanz aufweist
Als ein CCh-neutrales Einschmelzverfahren von Glas wird ein Verfahren bezeichnet, bei welchem die insgesamt vorhandene CC -Menge durch das Einschmelzverfahren nicht erhöht wird.
Als neutrale CCh-Bilanz wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung entsprechend eine Erzeugung von elektrischem Strom angesehen, bei welcher durch die Erzeugung des elektrischen Stroms die Menge an insgesamt vorhandenem CO2 nicht erhöht wird.
Als Strom mit neutraler C02-Bilanz werden folglich durch Solarenergie, Wind-, Wasser- und/oder Atomkraft gewonnener Strom angesehen.
Auch durch biologische Prozesse gewonnene Treibstoffe, welche oberbegrifflich auch als Biofuels bezeichnet werden, oder durch chemische Reaktionen gewonnene Stoffe, welche beispielsweise mittels Solarenergie unterstützt gewonnen werden, wie beispielsweise bei der Methanolgewinnung das auch als Methanol Solar Fuel bezeichnete Methanol, werden dann als eine neutrale C02-Bilanz aufweisend angesehen, wenn diese während der Herstellung und ihrer nachfolgenden Nutzung insgesamt nicht zu einer Erhöhung des CCh-Anteils in der Atmosphäre führen. Derartige Biofuels können im Rahmen der vorliegenden Offenbarung für Brenner verwendet werden, welche eine neutrale C02-Bilanz aufweisen und beispielswese auch bei dem vorliegenden Verfahren und der hier beschriebenen Vorrichtung im Läuterbereich eingesetzt werden können.
Vorliegend werden Verfahren offenbart, insbesondere Schmelzverfahren, bei welchen die Mikrowellenstrahlung in einem Bereich einer Schmelzwanne eingekoppelt wird, in welchem keine Oberofenbefeuerung mittels Brennern vorgenommen wird.
Besonders vorteilhaft ist für die vorliegend offenbarten Ausführungsformen, dass diese weder Vakua noch Unterdrück zu deren Verwirklichung bedürfen und auch nicht auf gekühlte Wände angewiesen sind, wie dies beispielsweise bei Skull-Tiegeln nötig ist. Ein weiterer Vorteil besteht bei den vorliegend offenbarten Ausführungsformen auch darin, dass diese nicht mehrere unbedingt aneinander gekoppelte Wannen, wie beispielsweise Kaskadenwannen, umfassen müssen, da durch die sehr effiziente Einkoppelung der Mikrowellenstrahlung bereits eine vollständige Umwandlung des Gemenges in dessen schmelzflüssigen Zustand unterhalb des Gemengeteppichs innerhalb einer Schmelzwanne erfolgen kann.
Die Erzeugung der Mikrowellenstrahlung kann durch zumindest ein Magnetron und/oder durch zumindest einen halbleiterbasierten Erzeuger von Mikrowellenstrahlung vorgenommen werden.
Bei der Erzeugung der Mikrowellenstrahlung wird bei dem vorliegend offenbarten Verfahren sowie mit der vorliegend offenbarten Vorrichtung bevorzugt eine Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von höher als 500 MHz und niedriger als 6 GHz bereitgestellt.
Die Mikrowellenstrahlung kann bei dem vorliegend offenbarten Verfahren sowie mit der vorliegend offenbarten Vorrichtung auch mit einer Frequenz von niedriger als 3 GHz, vorzugsweise niedriger als oder gleich 2,45 GHz oder niedriger als oder gleich 915 MHz bereitgestellt werden.
Bei dem vorliegend offenbarten Verfahren beträgt der Durchsatz des geschmolzenen Glases mehr als 0,5 t/d oder zumindest 0,5 t/d.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einschmelzen von Glas, insbesondere für die Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens, wie dieses vorliegend offenbart ist, umfasst die Vorrichtung eine Schmelzanlage mit einer Schmelzwanne, welche Wände aufweist, innerhalb derer sowohl das zu schmelzende Gemenge als auch das geschmolzene Gemenge als Glasschmelze aufnehmbar ist, wobei oberhalb des Gemenges sowie der Glasschmelze zumindest eine Mikrowellen emittierende Quelle, insbesondere zumindest ein Mikrowellenstrahler, angeordnet ist.
Bevorzugt ist die zumindest eine Mikrowellen emittierende Quelle an einem Oberofen des Schmelzwanne angeordnet. Hierdurch ist eine Flächenverteilung der Mikrowellenstrahlung auf dem Gemengeteppich sichergestellt.
Bei den Ausführungsformen der vorliegend offenbarten Vorrichtung ist die Mikrowellenstrahlung der Mikrowellen emittierenden Quelle auf die Einschmelzreaktionszone zwischen Gemenge und Rauschmelze gerichtet.
Zusätzlich können bei der vorliegend offenbarten Vorrichtung bei weiteren Ausführungsformen eine Einrichtung oder mehrere Einrichtungen zur ohmschen elektrischen Beheizung der Schmelze vorgesehen sein.
Bei der Durchführung des Verfahrens kann bei alleiniger Verwendung von Mikrowellenstrahlung - ohne weiteren Energieeintrag aus anderen Energiequellen zum Schmelzen - somit zum Ab- und Einschmelzen von Gemenge, insbesondere bei der Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze, die verwendete Mikrowellenstrahlung die gesamte Einschmelzreaktionszone, somit auch das gesamte Raumvolumen der Einschmelzreaktionszone, vollständig erfassen.
Alternativ kann dies auch der Fall sein, falls weitere Energiequellen zur Beheizung zur Verfügung für den Schmelzvorgang gestellt werden, dies muss dann jedoch nicht zwingend der Fall sein.
Werden weitere Energiequellen für die Beheizung, beispielsweise ohmsche elektrische Energiequellen, für den Schmelzvorgang bereitgestellt, kann der von Mikrowellenstrahlung erfasste lokale Bereich auch bis auf etwa 10 % oder weniger des lokal erfassten Raumvolumens der Einschmelzreaktionszone betragen, oder kann dieser auch 20%, 40% oder 60% des lokal erfassten Raumvolumens der Einschmelzreaktionszone betragen.
Ferner kann dann auch durch einen gezielten lokalen Energieeintrag mittels der Mikrowellenstrahlung ein definiertes Strömungsregime eingestellt werden, indem beispielswiese an für den Schmelzvorgang vorteilhaften lokalen Positionen örtlich begrenzte Temperatur- Inhomogenitäten, insbesondere auch durch lokale Gasfreisetzung/Blasen Mikroturbulenzen eingetragen werden, welche bereits einen nachfolgenden Läutervorgang vorbereitend unterstützen können. Bei den bevorzugten Ausführungsformen koppelt jedoch die zumindest eine Quelle zum Emittieren von Mikrowellenstrahlung in einen Bereich der Schmelzwanne ein, in welchem keine Oberofenbefeuerung mittels Brennern vorgenommen ist oder in welchem keine Brenner zur Oberofenbefeuerung angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Es zeigen
Figur 1 einen Vergleich der elektrischen Leitfähigkeiten verschiedener Gläser als Funktion der Temperatur des jeweiligen Glases,
Figur 2 tan(delta), mit welchem die Einkopplung der Mikrowelle in Gläser beschrieben werden, der für einige typische Spezialgläser vermessen wurde, wobei Werte des tan(delta) für verschiedene Gläser als Funktion der in °C angegebenen Temperatur dargestellt sind, Figur 3 sowohl die Eindringtiefe (- Penetration Depth -) D in mhi als auch die eingestrahlte Leistung (- Power Input -) P in W/cm3 bei E= 10 KV/m als Funktion der in °C angegebenen Temperatur für das Glas A,
Figur 4 sowohl die Eindringtiefe (- Penetration Depth -) D in mhi als auch die eingestrahlte Leistung (- Power Input -) P in W/cm3 bei E= 10 KV/m als Funktion der in °C angegebenen Temperatur für Glas B,
Figur 5 tan(delta) und die Dieelektrizitätskonstante für verschiedene Pulvergrößen als Funktion der in °C angegebenen Temperatur,
Figur 6 den im Rahmen einer Simulation ermittelten Quellterm p (FlexPDE-Simulation) für ein beispielhaftes Glas, welcher auf einer Schichtdicke von 4 mm in x-Richtung von 20 MW/m3 als auf nahe 0 abfallend ermittelt wurde,
Figur 7 eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Glas, insbesondere für die Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze, einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
Figur 8 eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Glas, insbesondere für die Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze, einer zweiten bevorzugten Ausführungsform sowie ein sich in dieser Vorrichtung ergebender vertikaler Temperaturverlauf Tmw im Vergleich zu dem vertikalen Temperaturverlauf Th einer herkömmlichen Schmelzwanne ohne Oberofenbeheizung und dem Temperaturverlauf Tob einer herkömmlichen Schmelzwanne mit Oberofenbeheizung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und deren Ausführunqsformen
Bei der nachfolgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren jeweils gleiche oder gleichwirkende Bestandteile oder Funktionselemente. Um eines besseren Verständnis willen sind die Figuren jedoch nicht maßstabsgerecht dargestellt, soweit es sich dabei nicht um die diagrammartige zweidimensionale Darstellung von jeweiligen Datenmengen handelt.
Alle beim Stand der Technik vorstehend beschriebenen Verfahren nutzen Mikrowellenstrahlung zwar als Beheizungsverfahren im Volumen aus, es wurde jedoch nicht erkannt, dass das temperatur- und materialabhängige Absorptionsverhalten von Mikrowellenstrahlung nutzbar ist, um durch kalte Bereiche der Gemengedecke Mikrowellenstrahlung als nahezu absorptionsfreie Strahlung zu leiten, welche dann, sobald diese auf eine heiße Glasschmelze trifft, in einer sehr kurzen Zone vollständig absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt wird.
Diese Zone kann beispielsweise die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschriebene Einschmelzreaktionszone sein.
Dieser Effekt der temperaturabhängigen Absorption wird in vielen Schriften als Problem erkannt und mit der dabei auftretenden entsprechenden Hot-Spotbildung beschrieben. Es wurde aber bisher nicht erkannt, dass man sich diesen bisher als nachteilig und schädlich angesehenen Effekt im Bereich des Gemengeeinschmelzens zu Nutze machen kann.
Bisher wurde in keiner Schrift des Standes der Technik beschrieben, dass wie im vorliegend beanspruchten Verfahren die Glasschmelze kontinuierlich geschmolzen wird und dabei die Mikrowellenbeheizung, somit die zur Beheizung verwendete Mikrowellenstrahlung, zum oder im Wesentlichen nur zum Abschmelzen des Gemenges an der Grenzfläche zur heißen Glasschmelze, welche nachfolgend im Wesentlichen auch als Einschmelzreaktionszone bezeichnet wird, dient und auf diese Zone zwischen Gemenge und Rauschmelze gerichtet ist.
Vorteilhaft kann zudem die Mikrowelle im Einschmelzbereich einer unter dem Gemenge elektrisch beheizten Schmelze als Heizung von „oben“ eingesetzt werden.
Dies bedeutet, dass bei bestimmten vorliegend offenbarten Ausführungsformen die Mikrowellenstrahlung die in technischen Wannen übliche Brenner-Oberofenbefeuerung ersetzen kann.
Damit kann ein bisheriger Nachteil von voll-elektrisch beheizten Schmelzwannen, welche auch als VE-Wannen bezeichnet werden, bezüglich Qualität, Durchsatzlimitierung und Strömungsinstabilität aufgrund der vertikalen Temperaturgradienten mit den vorliegend offenbarten Ausführungsformen umgangen werden.
Die Erfindung macht sich auch das Einkoppelverhalten von Mikrowellenstrahlung, somit der durch Absorption eingekoppelten Mikrowellenenergie in Glasschmelzen vorteilhaft zunutze, das bei klassischen Mikrowellenanwendungen zu dem negativen und unerwünschten Effekt der Hotspotbildung führt.
Die Mikrowellenstrahlung koppelt nämlich, wie nachfolgend insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 8 detaillierter beschrieben, im Gemengeteppich bei niedrigen Gemengetemperaturen nur sehr wenig in das Material ein. Das heißt, dass das Material in diesem Temperaturbereich transparent bzw. semitransparent für Mikrowellenstrahlung ist und somit nur eine geringe Absorption für diese aufweist.
Nachdem die Mikrowellenstrahlung das Gemenge durchdrungen hat, trifft diese Strahlung auf die erste auf deren Weg liegende Zone der heißen Rauschmelze. Dort steigt die Mikrowellenabsorption stark an und die gesamte Energie wird in einer sehr kurzen Strecke von wenigen Millimetern oder Zentimetern - je nach Glassynthese - im Wesentlichen in dieser Zone, welche vorliegend auch als Einschmelzreaktionszone bezeichnet wird, zwischen Gemenge und Schmelzoberfläche der Rauschmelze absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt. Figur 1 zeigt einen Vergleich der elektrischen Leitfähigkeiten als Funktion der Temperatur für verschiedene Gläser. Hierbei, sowie im weiteren Verlauf der vorliegenden Offenbarung bezeichnet Glas A ein alkalifreies Glas, bezeichnen die Gläser B, C und D Borosilikatgläser mit verschiedenen Borgehalten und die Gläser E, F und G verschiedene Alumosilikat-Gläser.
Die Einkopplung der Mikrowelle in Gläser kann mit tan(delta) beschrieben werden, der proportional zur Absorption der Mikrowellenstrahlung, insbesondere deren eingestrahlter Leistung ist und für einige typische Spezialgläser vermessen wurde sowie in der Graphik der Figur 2 dargestellt ist. Als delta dabei der Verlustwinkel bezeichnet, welcher den Winkel zwischen der komplexen Dielektrizitätskonstanten und deren Realteil angibt. Die sich daraus ergebenden Eindringtiefen des Mikrowellenfeldes der Mikrowellenstrahlung sind im Folgenden exemplarisch für zwei Gläser berechnet. Die Eindringtiefe der Mikrowellenenergie in ein Material wird dabei durch D beschrieben, eine Größe, welche die Strecke angibt, innerhalb derer die Leistung relativ zum Wert an der Materialoberfläche, auf welche die Mikrowellenstrahlung trifft, auf 1/e abgefallen ist.
Bei Temperaturen unter 400°C liegt die Eindringtiefe D je nach Glasart im Bereich 0,1 m bis 1 m - wird also durch ein kaltes Gemenge-/Rohstoffgemisch recht ungeschwächt von den vorliegend beschriebenen Mikrowellen durchstrahlt.
Im Bereich der Schmelztemperatur der Gläser liegt die Eindringtiefe bei wenigen Zentimetern, wird also bei typischen Schmelzbadtiefen von 50 - 100 cm in dem oberen Schmelzbereich unter der Gemengedecke vollständig absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt.
Siehe hierzu beispielsweise auch Figur 3 und Figur 4, welche jeweils sowohl wie in diese Figuren angegeben die Eindringtiefe D (- Penetration Depth -) in m als auch die eingestrahlte Leistungsdichte P (- Power Input -) in W/cm3 bei E= 10 KV/m als Funktion der in °C angegebenen Temperatur darstellen.
Figur 3 beschreibt das Verhalten bei dem Glas A und Figur 4 für das Material Glas B. Das Material des Glases kann beispielsweise eine Zusammensetzung sein, die in eine Glaskeramik umwandelbar ist Diese Wärme wird bevorzugt in der der Schmelze zugewandten heißen Zone, insbesondere in der Einschmelzreaktionszone, erzeugt und führt dort zumindest zu einer Beschleunigung des Einschmelzens oder sogar zum gesamten Ab- und/oder Einschmelzvorgang.
Die Mikrowellenabsorption ist somit auch davon abhängig, ob das Material ein Festköper oder pulverförmig ist. Die vorliegenden Messungen haben gezeigt, dass pulverförmige Körper oder Partikel, vorliegend mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 50 mhi eine um den Faktor 3 geringere Einkopplung oder volumenbezogene Absorption zeigen als feste Körper oder Partikel, welche vorliegend etwa einen mittleren Durchmesser von mehreren mm aufwiesen, bedingt durch die geringere Schüttung und den Volumenfaktor. Dieser Effekt hilft dabei, die Energie genau an der richtigen Stelle - nämlich nicht im lockeren Gemengebereich der Gemengedecke, sondern erst in der flüssig werdenden oder flüssig vorliegenden kompakten Phase der Einschmelzreaktionszone - zu platzieren. Vorteilhafte Prozess-Parameter sind die Schüttdichte des Gemenges und der Blasenanteil des aufschmelzenden Gemenges.
An den in Figur 5 dargestellten Pulvermessungen ist auch das für Gläser typische Temperaturverhalten der dielektrischen Kenngrößen gut zu erkennen. Der Real- und Imaginärteil der Dielektrizitätskonstante kann für eine gegebene Frequenz und ein bestimmtes Material jeweils experimentell ermittelt werden, so dass daraus die Eindringtiefe D berechnet werden kann. Diese Werte hängen nicht nur von der Zusammensetzung des Gemenges bzw. Glases ab, sondern auch von der Temperatur und dem Umwandlungsgrad des Gemenges in Glas.
Ist die Eindringtiefe klein gegenüber der Dimension eines Gemengekörpers oder -partikels, kann mit der MW-Strahlung nur eine äußere Zone direkt beheizt werden. Anders liegt der Fall, falls die Eindringtiefe groß ist im Vergleich zur Dimension des Gemengekörpers. In diesem Fall wird nur ein kleiner Teil der MW-Energie in dem Körper oder Partikel absorbiert, der Rest durchstrahlt den Gemengekörper wie sichtbares Licht ein transparentes Glas.
Hierbei geben in Figur 5 die Bezeichnungen „solid Real Perm“ jeweils den Realteil der Dielektrizitätskonstanten entsprechend der Norm DKE-IEV 121-12-13 für Festkörper und „solid Imag Perm“ jeweils den Imaginärteil der Dielektrizitätskonstanten entsprechend der Norm DKE- IEV 121-12-13 für Festkörper an. Die Bezeichnung „solid tan d“ gibt den aus Imaginär- und Realteil ermittelten Wert von tan(delta) für die entsprechenden Festkörper an. Der Wert von tan(delta) ergibt sich aus dem Quotienten des Imaginärteils relativ zum Realteil der jeweils gemessenen Dielektrizitätskonstanten.
Bevorzugt wird die Mikrowellenstrahlung in ein Gemisch aus Glasrohstoffen mit einer Körnung, somit einer maximalen lateralen Erstreckung im Bereich 10 mhi bis 500 mhi eingekoppelt, wobei dieses Gemenge zunächst niedrigschmelzendere Primär-Phasen bildet in denen dann die höherschmelzenden Rohstoffkörner aufgelöst werden. Alternativ oder zusätzlich können dem Gemenge auch Scherben mit einer größeren lateralen Erstreckung von bis zu einigen mm beigegeben werden.
Bis Tg (Glas-Transformationstemperatur) steigen die dielektrischen Verluste stetig an. Im Bereich von Tg ist ein sehr starker Anstieg der Verluste zu beobachten, da hier die Bindungen „gelockert“ werden und die Beweglichkeit der Ionen wesentlich größer wird. Für die Verwendung von Mikrowelle im Bereich der Gemengezone egalisiert sich der „Hotspot-Effekt“, da das Glas zwar beim Aufschmelzen zur Hotspot-Bildung neigt, wenn es erweicht ist, aber die Absorption die starke Temperaturabhängigkeit verliert und der Thermal Run-away-Effekt intrinsisch gemildert wird.
Die effektive Leitfähigkeit bzw. der Imaginärteil der Dielektrizitätszahl setzt sich, wie in Lehrbüchern ausführlich beschrieben, aus zwei Anteilen zusammen.
Bei hohen Temperaturen von ca. > 1400 °C überwiegt der ohmsche Anteil, der bei typischen Glasschmelzen selbst bei 2000 °C noch nicht in die Sättigung geht.
Beispiel: s = 20 S/m iOf0e" = 0,14 S/m bei 2.45 GHz und e" = 1
Allerdings tritt dann die Absorption durch elektrische Leitfähigkeit in diesem Bereich in den Vordergrund, die für eine vollständige Absorption der Mikrowellenstrahlung innerhalb von wenigen Millimeter sorgt. Siehe beispielsweise Figur 1 sowie die vorstehende Beschreibung zu dieser. Man erkennt anhand der Darstellung von Figur 1, dass die ohmsche Leitfähigkeit keinem Grenzwert zustrebt. Um eine lokale Überhitzung zu vermeiden, kann aber auch eine Leistungsregelung bezüglich der Mikrowellenstrahlung für die Glasschmelzen vorteilhaft sein, da sich die Eindringtiefe hierbei ebenfalls verringert.
Im Bereich des Übergangs zur Rauschmelze sind auf Basis der Kenndaten Leistungseinträge von 10 bis 100 W/cm3 (10 W/cm3 = 10.000.000 W/m3 = 10.000 kW/m3) bei den vorliegend beschriebenen Ausführungen des Verfahrens und insbesondere mit der vorliegend offenbarten Vorrichtung jeweils problemlos möglich.
Die Absorption der Leistung erfolgt dabei in einer Tiefe der Einschmelzreaktionszone von wenigen Millimetern. Nachfolgend wird ein Beispiel hierzu angegeben.
Annahme: 50.000 kW/m3 * 0,1 m = 5000 kW/m2 lägen vor bei E = 10 kV/m.
Beispielhaft sei: v = 2.45 GHz er' = 4 und e” = 0 s = 43 S/m bei einer anregenden Feldstärke E = 967 V/m, entsprechend einer Intensität von 1241 W/m2 (in Luft), siehe hierzu auch Figur 6.
Gemäß der Darstellung aus Figur 6 wird im Rahmen einer Simulation der Quellterm p (FlexPDE- Simulation), welcher die berechnete jeweils absorbierte Leistung pro Volumen in W/m3 angibt, auf einer Schichtdicke von 4 mm in x-Richtung von 20 MW/m3 als auf nahe 0 abfallend ermittelt und in dieser entsprechend dargestellt.
Hieraus sich ergibt sich auch, dass in einer dünnen Schicht, wie beispielsweise vorstehend erwähnt, von 4 mm Dicke, bereits sehr hohe Leistungsdichten deponiert und nahezu vollständig, dies bedeutet bis zu mehr als 90 % der Energie eingestrahlten Mikrowellenstrahlung absorbiert und als Energie zur Erhitzung bereitgestellt werden können. Bevorzugte Temperaturen zum Einkoppeln der Mikrowellenstrahlung liegen im Bereich von 50 °C bis > 1400 °C.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 8 und 9 Ausführungsformen der Vorrichtungen beschrieben.
Erstes Ausführunqsbeispiel der Schmelzanlaqe
Nachfolgend wird auf Figur 7 Bezug genommen, welche insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehen eine Vorrichtung zum Einschmelzen von Glas, insbesondere für die Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze zeigt.
Diese Vorrichtung umfasst in Flussrichtung des geschmolzenen Glases 2 gesehen eine Schmelzanlage 3 und eine Läuteranlage 4.
Die Schmelzanlage 3 umfasst, selbst wenn vorstehend nicht explizit dargestellt, alle für das Schmelzen von Glas nötigen Versorgungeinrichtungen, insbesondere auch elektrische Versorgungseinrichtungen, welche elektrischen Strom mit einer neutralen C02-Bilanz zuführen können.
Diese Vorrichtung 1 ist geeignet zur Durchführung der vorliegend beschriebenen Verfahren, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Schmelzanlage 3 umfasst eine Schmelzwanne 5, welche aus Feuerfestmaterial bestehende Wände 6 aufweist, innerhalb derer sowohl das zu schmelzende Gemenge 7 als auch das geschmolzene Gemenge als geschmolzenes Glas 2 und somit als Glasschmelze 2 aufgenommen ist.
Im Bereich der Schmelzanlage 3 liegt das Glas jeweils als Gemenge 7 in Festkörperform oder nach dessen Abschmelzen in die Glasschmelze 2 übergehend flüssiger werdend und flüssig vor. Oberhalb des Gemenges 7 sowie der Glasschmelze 2, welche sich vom Boden der Schmelzwanne 5 bis zu einer Höhe Hg schmelzflüssig in der Schmelzwanne 5 erstreckt, ist zumindest eine mikrowellenemittierende Quelle 8, insbesondere zumindest ein Mikrowellenstrahler 9, welcher ein Magnetron oder einen halbleiterbasierten Erzeuger von Mikrowellenstrahlung umfasst, angeordnet.
Der Bereich oberhalb der Glasschmelze 2, welcher das Dach oder Gewölbe 10 der Schmelzwanne 5 ausbildet, wird als Oberofen 11 bezeichnet.
Die Mikrowellenstrahlung wird wie vorstehend beschrieben so eingestrahlt, dass diese in der Einschmelzreaktionszone 13 absorbiert wird, also in diese einkoppelt und hierdurch zu deren Erwärmung führt.
Wie aus Figur 7 erkennbar, ist die Einschmelzreaktionszone 13 direkt unter der durch die Einlage des Gemenges 7 ausgebildeten Gemengedecke 17 angeordnet und erstreckt sich in vertikaler Richtung zwischen der Glasschmelze 2 und dem noch als Festkörper vorliegendem Gemenge 7.
Als vertikale Richtung wird die in Figur 8 angegebene Z-Richtung verstanden, welche sich senkrecht zu einer waagerechten Ebene, beispielsweise der Oberfläche einer unbedeckten, strömungsfreien Glasschmelze 2 nach oben erstreckt. Auf diese vertikale Richtung werden im Rahmen dieser Offenbarung auch die Bezeichnungen „oberhalb“ oder „unterhalb“ sowie „über“ oder „unter“ bezogen, soweit es sich hierbei um räumliche Angaben handelt.
Je näher die Partikel des Gemenges 7 an der Glasschmelze 2 angeordnet sind, umso höher ist deren Temperatur und steigt, wie aus Figur 5 und der zugehörigen Beschreibung erkennbar, auch das zu tan(delta) proportionale Absorptionsvermögen. Hieraus ergeben sich dann in negativer vertikaler Richtung im Wesentlichen die in den Figuren 3 und 4 erkennbaren Eindringtiefen D für die jeweilige Temperatur der Partikel des Gemenges 7.
Es ist ersichtlich, dass mit ansteigender Temperatur des Gemenges 7 die Eindringtiefe D der Mikrowellenstrahlung 18 stark abnimmt, welches gemäß der Darstellung in Figur 8 in negativer Z- Richtung so erfolgt, dass die Mikrowellenstrahlung 18 der Mikrowellen emittierenden Quelle 8 bereits im Bereich von 4 mm Dicke, sehr hohe Leistungsdichten deponiert und nahezu vollständig, dies bedeutet bis zu mehr als 90 % der Energie eingestrahlten Mikrowellenstrahlung absorbiert und als Energie zur Erhitzung insbesondere der Partikel des Gemenges 7 bereitgestellt wird. Die Energie der Mikrowellenstrahlung wird genau in dem Bereich umgesetzt, wo sie für eine hohe spezifische Aufschmelzleistung benötigt wird, in der Einschmelzreaktionszone 13. Die Schmelze 2 wird nahezu nur in dieser Zone durch die Mikrowellenstrahlung deutlich heißer und die Einschmelzprozesse können deutlich schneller in der Reaktionszone ablaufen, ohne dass die gesamte Schmelze 2 in der Temperatur markant erhöht wird. Die höheren Abschmelzleistungen können ohne markante Temperaturerhöhung des gesamten Schmelzvolumens erreicht werden, dies bedeutet, dass die Korrosion der Wände 5 und der Elektroden 14 nicht erhöht wird.
Die Mikrowellenstrahlung wird dabei beispielsweise durch ein oder mehrere Magnetrons (915 MHz und/oder 2,45GHz), die im Oberofen 11 angeordnet sind, erzeugt.
Der Oberofen 11 besteht aus keramischem Material mit niedriger Mikrowellenabsorption, z.B. S1O2, oder umfasst dieses und ist von einer mikrowellenabschirmenden metallischen Hülle 12 umgeben.
Das Gemenge 7 wird über dem Fachmann bekannte Schraubeneinleger oder durch eine „mikrowellendichten“ Öffnung eingelegt, die jeweils so ausgelegt sind, dass sie keine Mikrowellenenergie nach draußen abgeben können.
Die Leistung kann durch ein oder mehrere Magnetrons eingestrahlt werden. Auch eine Beheizung mit Gyrotrons und Magnetrons sowie anderen Mikrowellenfrequenzen wäre prinzipiell möglich.
Der Einlegekanal kann als Hohlleiter betrachtet werden, der so dimensioniert sein kann, dass er für die eingesetzte MW-Frequenz weit unterhalb seiner Cut-Off Frequenz betrieben wird unter Berücksichtigung der Gemenge-Dielektrizität. Damit ist keine Wellenausbreitung möglich und Wellen, die aus dem Bereich oberhalb der Glasschmelze nach außen laufen wollen, werden darin exponentiell gedämpft. Die Schmelzwanne 5 kann im unteren Bereich durch eine elektrische Zusatzheizung (EZH) beheizt werden, welche über Elektroden 14, 15 verfügt, welche elektrischen Strom zur ohmschen elektrischen Beheizung der Schmelze 2 zur Verfügung stellt. Die EZH kann beispielsweise mit 50 Hz oder 10 kHz betrieben werden.
Als Elektrodenmaterialien der Elektroden 14, 15 sind alle üblicherweise verwendeten Materialen wie Platin, Wolfram, Molybdän, Iridium oder Zinnoxid möglich.
Das geschmolzene Glas 2 wird nach dem Einschmelzen in einen Läuterbereich 16 der Läuteranlage 4 und dann zur Formgebung überführt.
Der Energieeintrag in der Schmelzwanne 5 erfolgt dabei vorzugsweise nur über elektrische Widerstandsbeheizung und Mikrowellenenergie.
Als Mikrowellen-Frequenz eignen sich bevorzugt 915 MHz, sind aber auch 2,45 GHz oder 5,8 GHz möglich. In diesem Frequenzbereich sind Magnetrons in Leistungsbereichen bis 100 kW standardmäßig verfügbar.
Beispiele für Leistungseinträge sind:
In der vorstehenden Tabelle bedeuten die Bezeichnung VE vollelektrisch betriebene Wanne mit ohmscher elektrischer Beheizung und VE + Mikrowelle vollelektrisch betriebene Wanne mit ohmscher elektrischer Beheizung und Mikrowellenstrahlung. Mikrowelle [kW] bezeichnet die eingestrahlte Mikrowellenleistung in kW, EW EZH [kW] die elektrische Leistung der elektrischen Zusatzbeheizung in kW,
Der in der vorstehenden Tabelle angegebene Gasverbrauch ist im Wesentlichen der Gasverbrauch im Läuterwannenbereich, für welchen alternativ auch Biofuel verwendbar ist. Bei den Leistungseinträgen der vorstehend bei 1.3 erwähnten Schmelzwanne ergibt sich bei der vollelektrisch betriebenen Schmelzwanne 5 (somit einer ohne den Eintrag nicht-elektrischer Leistung oder Energie betriebenen Schmelzwanne) ein auf der Glasschmelze aufliegender Gemengeteppich des Gemenges 7 beispielsweise bei einem Durchsatz von 20t/d, bei einer ohmschen Leistung zur Beheizung der Glasschmelze von 800 kW und einer Mikrowellenleistung, welche von oben in das Gemenge 7 des Gemengeteppichs eingestrahlt wird, von 200kW. Hierbei wird die Schmelzwanne 5 mit einer Flächenlast von 2 t/m2 betrieben, dies bedeutet, dass das in der Schmelzwanne auf deren Boden einwirkende Gewicht des Glases 2 sowie des Gemenges 7 pro Fläche etwa 2 t/m2 beträgt.
Bei der weiteren vollelektrisch betriebenen Schmelzwanne 1.2 konnte ein auf der Glasschmelze aufliegender Gemengeteppich des Gemenges 7 beispielsweise bei einem Durchsatz von 30t/d, bei einer ohmschen Leistung zur Beheizung der Glasschmelze von 1000 kW und einer Mikrowellenleistung, welche von oben in das Gemenge des Gemengeteppichs eingestrahlt wird, von 300kW ebenfalls ein entsprechender, auf der Glasschmelze aufliegender Gemengeteppich bereitgestellt werden. Hierbei wurde die Schmelzwanne mit einer Flächenlast von etwa 3 t/m2 betrieben, dies bedeutet, dass das in der Schmelzwanne auf deren Boden einwirkende Gewicht pro Fläche etwa 3 t/m2 betrug.
Hierbei wurde jeweils die Mikrowellenstrahlung 18 so eingekoppelt, dass diese nur den Gemengeteppich selbst sowie die unter diesem befindliche Einschmelzreaktionszone, jedoch nicht die weitere neben dem Gemengeteppich frei liegende Oberfläche der Glasschmelze erfasste.
Bei weiteren Ausführungsformen (Figur 8) kann die Mikrowellenstrahlung 18 auch nur die Hälfte oder ein Drittel der Fläche, mit welcher die Gemengedecke oder der Gemengeteppich 13 sich flächig, insbesondere blickdicht, auf der Glasschmelze 2 erstreckt, erfassen. Hierbei wird derjenige flächige Bereich als von der Mikrowellenstrahlung erfasst angesehen, bis zu welchem die Intensität der Mikrowellenstrahlung von deren Maximum auf den Wert 1/e abgesunken ist, wobei 1/e im Rahmen der vorliegenden Offenbarung jeweils den Kehrwert der Eulerschen Zahl e bezeichnet. In Figur 8 ist in deren rechter Hälfte in Z-Richtung der sich in dieser Vorrichtung ergebende vertikale Verlauf der Temperatur Tmw im Glas 2 sowie im Gemenge 7 dargestellt, bei welchem zu erkennen ist, dass die Temperatur Tmw in der Höhe der Elektroden 14 und 15 vom Boden der Schmelzwanne 5 ausgehend nach oben hin zunächst zunimmt, danach jedoch mit zunehmender Höhe leicht abnimmt und schon vor der Einschmelzreaktionszone 13 wieder leicht zunimmt, um dann in ein in der Einschmelzreaktionszone 3 stark ausgeprägtes Maximum überzugehen, welches sich in etwa über die gesamte Einschmelzreaktionszone 13 somit über eine Strecke Se in Z-Richtung erstreckt, welche in etwa der Eindringtiefe D der von oben eingestrahlten Mikrowellenstrahlung 18 entspricht.
Es ist auch, nun an einem von oben kommenden Verlauf der Temperatur Tmw gut zu erkennen, dass das zunächst mit niedriger Temperatur vorliegende Gemenge 7 auf einer sehr kurzen Strecke in seiner Temperatur Tmw sehr stark erhöht wird, wobei das Maximum der Temperatur Tmw innerhalb des Bereichs Se der Einschmelzreaktionszone 13 liegt.
Im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Verlauf ist auch beispielhaft der vertikale Verlauf der Temperatur Th aus einer herkömmlichen Schmelzwanne ohne Oberofenbeheizung und der Verlauf der Temperatur Tob aus einer herkömmlichen Schmelzwanne mit Oberofenbeheizung dargestellt.
In diesen stark vereinfachten Darstellungen ist zu erkennen, dass bei den vorliegend offenbarten Ausführungsformen sowohl gegenüber der herkömmlichen Schmelzwanne ohne Oberofenbeheizung als auch einer herkömmlichen Schmelzwanne mit Oberofenbeheizung zur Oberfläche 19 des geschmolzenen Glases 2 hin weniger stark abnimmt und somit auch in der Glasschmelze 2 eine homogenere vertikale Temperaturverteilung vorliegt. Bei der vorstehenden Darstellung der jeweiligen Temperaturverläufe umfasste bei Angabe des Verlaufs der Temperatur Tmw mindestens 10% der dem Gemenge zur Umwandlung in eine Glasschmelze zugeführten Energie Mikrowellenstrahlung. Ein Ausführunqsbeispiel für einen für einen Mikrowellenstrahler
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für den Mikrowellenstrahler 9, insbesondere das Magnetron oder den halbleiterbasierten Erzeuger von Mikrowellenstrahlung, ein Trompetenstrahler verwendet, wie dieser beispielsweise als Hornantenne ausgelegt beschrieben ist in Kraus, J.D. Antennas, McGraw-Hill, siehe beispielsweise https://archive.org/details/Antennas2ndbviohnD.Kraus1988/paqe/n677 .
Die geforderte Abstrahl-Charakteristik bestimmt die Baulänge R somit die Länge der Seitenflächen der Antenne der Mikrowellen emittierenden Quelle 8.
Um zukünftig C02-neutrale Schmelzprozesse zu ermöglichen, sind generell Umstellungen der Beheizung mit Kohlenwasserstoffverbrennung auf elektrische Beheizungen und hierbei insbesondere mit der Verwendung von elektrischem Strom aus erneuerbaren Energie vorteilhaft. Ein Ersatz der Brennertechnologie durch elektrisch beheizte Strahler scheiterte jedoch vorallem im Einschmelzbereich daran, dass derzeit kein Material existiert, welches unter den dort vorliegenden Bedingungen, somit bei hohen Temperaturen und starker Verstaubung, dauerbetriebsfest ist. Dieses technische Problem wurde jedoch mit den vorstehend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen gelöst, denn da der Bereich, in welchem Wärme zum Schmelzen, insbesondere zum Abschmelzen des Gemenges und seinem weiteren Einschmelzen zu einer Rauschmelze, benötig wird, durch die Anordnung der Mikrowellen emittierende Quelle, insbesondere Magnetrons oder halbleiterbasierten Erzeuger von Mikrowellenstrahlung, und die definierte lokale Abgabe von Mikrowellenstrahlung, welche durch Absorption lokal definiert Wärme an das Gemenge sowie Abschmelzungen von diesem und einen Teil der Rauschmelze einkoppelt, kann ein definierter Abstand zu den Wänden, insbesondere aus Feuerfestmaterial bestehenden Wänden, der Schmelzwanne eingehalten werden.
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen sind dauerbetriebsfester als bei Verwendung von Brennern, da der Ort, an welchem die Mikrowellen emittierende Quelle, insbesondere Magnetron oder halbleiterbasierten Erzeuger von Mikrowellenstrahlung angeordnet sind, insbesondere der Oberofen der Schmelzwanne, nicht bei der Abgabe von Mikrowellenstrahlung erwärmt werden müssen. Weitere Feld- und damit Temperatur-homogenisierende Maßnahmen können sein, dass die MW Frequenz nicht fest ist, sondern „durchmoduliert“ wird von der Mikrowellenquelle aus, oder dass ein Modenrührer über der Schmelze positioniert wird zur Flomogenisierung der Feldverteilung, oder dass ein Rührer im Gemenge positioniert wird, der für eine Vergleichmäßigung des MW- Feldes sorgt und gleichzeitig die Temperatur im Gemenge vergleichmäßigt.
Weiter kann durch gezielte Energiefreisetzung in der Glasbildungszone unterhalb des Gemengeteppichs bei Einsatz von weniger bis keiner Oberofenbeheizung im Einschmelzbereich deutlich die Emission von flüchtigen Bestandteilen, wie z.B. Alkaliborat, Bor, Fluor, CI, etc. reduziert werden. Es entsteht ein Verdampfungs-Kondensationskreislauf im Gemenge analog Cold-Top.
Bezuqszeichenliste
1 Vorrichtung zum Einschmelzen von Glas
2 Geschmolzenes Glas, insbesondere Glasschmelze
3 Schmelzanlage
4 Läuteranlage
5 Schmelzwanne
6 Wände der Schmelzwanne 5
7 Gemenge
8 Mikrowellen emittierende Quelle, insbesondere Magnetron oder halbleiterbasierten Erzeuger von Mikrowellenstrahlung
9 Mikrowellenstrahler
10 Dach oder Gewölbe der Schmelzwanne 5
11 Oberofen der Schmelzwanne 5
12 Mikrowellen abschirmenden metallischen Hülle
13 Einschmelzreaktionszone
14 Elektrode
15 Elektrode
16 Läuterbereich
17 Gemengedecke
18 Mikrowellenstrahlung, insbesondere eines Magnetrons oder halbleiterbasierten
Erzeugers von Mikrowellenstrahlung
19 Oberfläche des geschmolzenen Glases 2, insbesondere der Glasschmelze 2
Hg Höhe der Oberfläche 19 des geschmolzenen Glases 2, insbesondere der Glasschmelze 2, über dem Boden der Schmelzwanne 5 Th Temperatur innerhalb der Glasschmelze 2 in einer herkömmlichen Schmelzwanne ohne Oberofenbeheizung
Tob Temperatur innerhalb der Glasschmelze 2 in einer herkömmlichen Schmelzwanne mit Oberofenbeheizung
Tmw Temperatur innerhalb der Glasschmelze 2 in einer der vorliegend offenbarten Ausführungsformen
Se Temperaturverlauf im Bereich der Einschmelzreaktionszone 13

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Einschmelzen von Glas, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass für die Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze für zumindest einen Teil der zum Schmelzen zugeführten Energie Mikrowellenstrahlung verwendet wird, wobei die verwendete Mikrowellenstrahlung zumindest einen Teil des Übergangs zwischen Gemenge und Rauschmelze erfasst und die Mikrowellenstrahlung in den oberen Bereich direkt unter der Gemengedecke einkoppelt und, insbesondere gegenüber einem ansonsten gleichen Verfahren ohne Verwendung von Mikrowellenstrahlung, hier die Temperatur erhöht und insbesondere das Abschmelzen beschleunigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem der Glasschmelze zugeführtes Gemenge als Gemengeeinlage eine auf der Glasschmelze aufliegenden geschlossene Gemengedecke ausbildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Gemengedecke die Glasschmelze flächig so bedeckt, dass deren Oberfläche im Bereich der eingestrahlten Mikrowellenstrahlung vollständig bedeckt ist oder sich der die Glasschmelze bedeckende Teil der Gemengedecke über den Bereich, in welchen die Mikrowellenstrahlung eingestrahlt wird, hinausgehend auf der Oberfläche der Glasschmelze erstreckt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem Mikrowellenstrahlung aus der Richtung des Oberofens durch Mikrowellen emittierende Quellen eingestrahlt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem mindestens 10% der dem Gemenge zur Umwandlung in eine Glasschmelze zugeführten Energie Mikrowellenstrahlung umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die gesamte dem Gemenge zur Umwandlung in eine Glasschmelze zugeführte Energie Mikrowellenstrahlung umfasst.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3, insbesondere zur Steigerung der Aboder Einschmelzleistung, bei welchem zusätzlich zu einer ohmschen elektrischen Beheizung der Schmelze die Einstrahlung von Mikrowellenenergie von einem Oberofen ausgehend erfolgt, an welchem Mikrowellen emittierende Quellen, insbesondere Mikrowellenstrahler, angeordnet sind, und die Mikrowellenenergie in eine Zone zwischen dem Gemenge und einer Rauschmelze zur Beheizung, insbesondere zur Absorption der Mikrowellenstrahlung, eingestrahlt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem ein C02-neutrales Einschmelzverfahren von Glas bereitgestellt wird, bei welchem der Energieeintrag in der Einschmelzzone mit einer Kombination aus elektrischer, insbesondere ohmscher Beheizung und Mikrowelleneinstrahlung, erfolgt und die zum Einschmelzen verwendete elektrische Energie mit elektrischem Strom bereitgestellt wird, weicher eine zumindest neutrale C02-Bilanz aufweist
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Mikrowellenstrahlung in einem Bereich einer Schmelzwanne eingekoppelt wird, in welchem keine Oberofenbefeuerung mittels Brennern vorgenommen wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Erzeugung der Mikrowellenstrahlung durch zumindest ein Magnetron und/oder durch zumindest einen halbleiterbasierten Erzeuger von Mikrowellenstrahlung vorgenommen wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem bei der Erzeugung der Mikrowellenstrahlung eine Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von höher als 500 MHz und niedriger als 6 GHz, insbesondere niedriger als 3 GHz, vorzugsweise niedriger als oder gleich 2,45 GHz oder niedriger als oder gleich 915 MHz bereitstellt wird.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der Durchsatz des geschmolzenen Glases mehr als oder zumindest 0,5 t/d beträgt.
13. Vorrichtung zum Einschmelzen von Glas, insbesondere für die Umwandlung eines Gemenges in eine Glasschmelze, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Schmelzaggregat mit einer Schmelzwanne, welche Wände aufweist, innerhalb derer sowohl das zu schmelzende Gemenge als auch das geschmolzene Gemenge als Glasschmelze aufnehmbar ist, wobei oberhalb des Gemenges sowie der Glasschmelze zumindest eine Mikrowellen emittierende Quelle, insbesondere zumindest ein Mikrowellenstrahler angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Mikrowellen emittierende Quelle an einem Oberofen des Schmelzaggregats angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei welcher die Mikrowellenstrahlung der Mikrowellen emittierenden Quelle auf die Einschmelzreaktionszone zwischen Gemenge und Rauschmelze gerichtet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, umfassend eine Einrichtung zur ohmschen elektrischen Beheizung der Schmelze.
17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche von 13 bis 16, bei welcher die zumindest eine Quelle zum Emittieren von Mikrowellenstrahlung in einem Bereich einer Schmelzwanne eingekoppelt, in welchem keine Oberofenbefeuerung mittels Brennern vorgenommen ist oder in welchem keine Brenner zur Oberofenbefeuerung angeordnet sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche von 13 bis 17, bei welcher die Erzeugung der Mikrowellenstrahlung durch zumindest ein Magnetron und/oder durch zumindest einen halbleiterbasierten Erzeuger von Mikrowellenstrahlung vornehmbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche von 13 bis 18, bei welcher bei der Erzeugung der Mikrowellenstrahlung eine Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von höher als 500 MHz und niedriger als 6 GHz, insbesondere niedriger als 3 GHz, vorzugsweise niedriger als oder gleich 2,45 GHz oder niedriger als oder gleich 915 MHz bereitstellt wird.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021112145A1 (de) 2021-05-10 2022-11-10 Technische Universität Bergakademie Freiberg Verfahren zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Glas mittels Mikrowellenstrahlung im Einlegebereich
DE102022130588A1 (de) 2022-11-18 2024-05-23 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Glas
DE102024127950B3 (de) 2024-09-26 2026-02-05 Schott Ag Verfahren zur Bestimmung der Gemengedicke in einer vollelektrischen Glaswanne

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5579036A (en) * 1978-12-08 1980-06-14 New Japan Radio Co Ltd Heat fusion of powder, block or their mixture and equipment therefor
JPS55125514A (en) 1979-03-16 1980-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Digital demodulation circuit
JPS59195540A (ja) * 1983-04-18 1984-11-06 Mitsui Touatsu Kiko Kk ガラス質粉体の溶融固化装置
JPS60150829A (ja) * 1984-01-13 1985-08-08 Kobe Steel Ltd マイクロ波による溶融固化処理方法
JPH077102B2 (ja) * 1988-10-21 1995-01-30 動力炉・核燃料開発事業団 廃棄物処理用溶融炉及びその加熱方法
ZA963235B (en) 1995-06-15 1996-10-25 Engelhard Corp Diesel exhaust stream treating catalyst and method of use
DE19541133A1 (de) 1995-10-29 1997-04-30 Witega Angewandte Werkstoff Forschung Gemeinnuetzige Gmbh Adlershof Phosphatglasschmelzverfahren
US6447058B1 (en) 1999-06-25 2002-09-10 Nubax Vertical Innovations, Llc Seat means for preventing shock
SE520817C2 (sv) * 2000-06-16 2003-09-02 Sonny Johansson Sätt och anordning för smältning av glasmaterial
US6909075B2 (en) 2002-09-20 2005-06-21 Leroy Eclat Ag Method and apparatus for heat treatment of raw materials
WO2006059576A1 (ja) 2004-12-01 2006-06-08 Nippon Sheet Glass Company, Limited ガラスの製造方法とガラス製造装置
US7926301B2 (en) * 2007-08-16 2011-04-19 Corning Incorporated Method and apparatus for controlling the level of a molten material in a glass manufacturing system
US20090217705A1 (en) * 2008-02-29 2009-09-03 Filippov Andrey V Temperature control of glass fusion by electromagnetic radiation
DE102009025905A1 (de) 2008-06-10 2010-02-11 Matthias Fraass Hochleistungsschmelzverfahren für die Glasherstellung als High-Efficieny-Glas-Melter-Verfahren (HEGM-Verfahren) und dazugehörige Anlage zur Glasherstellung
WO2013057281A2 (en) 2011-10-21 2013-04-25 Transgene Sa Modulation of macrophage activation
CN203128388U (zh) 2012-12-19 2013-08-14 张志法 一种微波复合加热和微波消泡玻璃熔窑
CN204224428U (zh) 2014-10-28 2015-03-25 远东光电股份有限公司 一种玻璃窑炉
DE102016200697A1 (de) 2016-01-20 2017-07-20 Tu Bergakademie Freiberg Schmelzofen, insbesondere Glas-Schmelzofen oder Metall-Schmelzofen, und Verfahren zur Herstellung des Schmelzofens
DE102016205845A1 (de) 2016-04-07 2017-10-12 Tu Bergakademie Freiberg Verfahren zur Herstellung von Glas, Steuereinrichtung, Anlage zur Herstellung von Glas
US11232879B2 (en) * 2016-11-07 2022-01-25 Inentec Inc. Electromagnetic heating for vitrification
DE102018108418A1 (de) * 2018-04-10 2019-10-10 Schott Ag Verfahren zur Herstellung von Glasprodukten sowie hierzu geeignete Vorrichtung
JP7487695B2 (ja) * 2021-03-26 2024-05-21 三菱電機株式会社 半導体装置

Also Published As

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JP7644772B2 (ja) 2025-03-12
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