08 - Glas industriell einshcmelzen

Question 1

Produktionskette

Answer 1

1. ) Rohstoffbeschaffung
2. ) Gemengenaufbereitung
3. ) Schmelze
4. ) Primäre Formgebung: Umformen
5. ) Veredlung
6. ) Inspektion und Verpackung

Question 2

Gemenge allgemein

Answer 2

• Rohstoffe als Pulver, ggf. in Pellets, Brikketes, etc..
• Korngröße und Konrgrößenverteilung neben der Zusammensetzung auch entscheidend
• Normal: keine Scherben. Oft werden aber in- oder externe Scherben zugegeben (Glaswolle- und Behälterglasindustrie)
• Einflüsse bestehen auf das Einschmelzen, Schmelzenthalpien, Massenverluste
• Leicht einzuschmelzende Formen werden bevorzugt, bsp. Ton und Feldspat gegenüber Korund

Question 3

Relevante Aspekte des Gemenges

Answer 3

• Hygroscopic (“clogging”)
• Verunreinigungen
• färbende Oxide
• organische Materie
• Flouride
• Chloride
• Schwefel (–> Emissionen)
• Preis der Bestandteile

Question 4

Scherben

Answer 4

• Energieeinsparung von 25-30%
• Scherbenfreies Gemenge erreicht Stadium der gefüllten Poren relativ spät
• je feiner die Scherbenfraktion desto schneller das Stadium erreicht und Phase der geschlossenen Porosität wrid besonders früh eingeleitet (ab 750 C), schließen Gemenge aber umso länger ein

Question 5

Konditionierte Gemenge

Answer 5

Vorteile:

• kein getrenntes Gemenge
• no carry-over in furnace and during charging
• schnellerer Schmelzprozess durch besseren Kontakt
• sauberere Rauchgase
• längere Lagerung mögich
• bessere Gals Homogenität

Nachteile:

• unverarbeitete Materialien teurer (feinere Körner, Binder)
• Extrakosten für Pelletesieren und Trocknen der Pellets

Question 6

Aufschmelzen eines Gemengeteppichs

Answer 6

• Reaktionkinetik und Diffusionsraten stark von Temperatur beeinflusst, daher Wärmeübergang im Gemengeteppich wichtg
• Umsatzrate des Aufschmelzens: Mobilität der Atome in der Schmelze, Abstand und Kontaktfläche der Partner zueinander
• Energiebedarf des AUfschmelzprozesses sehr hoch, Zeitbedarf ist weniger als 60 min
• Alkali-reiche Erstschmelzen” sind sehr aggressive
  und reagieren mit dem restlichen
  Gemenge und lösen Sand oder Aluminiumoxid reiche Partikel (i.Allg. > 1000 °C).

Question 7

Aufschmelzen eines Gemengeteppichs I

Answer 7

• Reaktionkinetik und Diffusionsraten stark von Temperatur beeinflusst, daher Wärmeübergang im Gemengeteppich wichtg
• Umsatzrate des Aufschmelzens: Mobilität der Atome in der Schmelze, Abstand und Kontaktfläche der Partner zueinander
• Energiebedarf des AUfschmelzprozesses sehr hoch, Zeitbedarf ist weniger als 60 min
• Alkali-reiche Erstschmelzen” sind sehr aggressive
  und reagieren mit dem restlichen
  Gemenge und lösen Sand oder Aluminiumoxid reiche Partikel (i.Allg. > 1000 °C).

Question 8

Aufschmelzen eines Gemengeteppichs II

Answer 8

• Gemenge wird von 2 Seiten aufgeheizt. Brennraum (Wärmestrahlung) und Schmelze (Konvektion)
• Wärmeeintrag ins Gemenge abhängig von: a) Wärmemenge die zum Gemenge
  „geliefert“ werden kann und b) dem Wärmeübergang an der Grenzfläche (wie „schnell“ die Wärme übertragen werden kann)
• Heizrate innerhalb des Gemenges hängt von der Wärmeleitfähigkeit und den (endothermen) chemischen Reaktionen im Gemenge ab
• Aufschmelzen (die „batch-to-melt conversion“) ist bei Tliq des Systems beendet. Unterhalb Tliq verbleiben kristalline Komponenten (z.B. nicht-
  aufgelöster Quarz) übrig

Question 9

Ablaufende Gemengereaktionen

Answer 9

1. ) Erstschmelzenbildung (ausgedehnter Flüssigkeitsfilm)bei 25 - 900 °C, 30 min
2. ) Reaktionsschaumphase (Bildung bis Zerfall) bei 900 -1200 °C 1200 -1400 °C, 20 min
3. ) Läutern 1400 °C, 6 - 7h

Question 10

Die Geschwindigkeit der
im Gemenge ablaufenden
chemischen Reaktionen ist
eine Funktion der

Answer 10

• atomaren Beweglichkeit (spiegelt sich in den
  Diffusionskoeffizienten / elektr. Leitfähigkeit)
• Abstand der Reaktionspartner
• Kontaktfläche
• Kontaktwinkel (bei Vorhandensein einer (Erst-) schmelze)

Question 11

Die Geschwindigkeit der
im Gemenge ablaufenden
chemischen Reaktionen ist
eine Funktion der

Answer 11

• atomaren Beweglichkeit (spiegelt sich in den
  Diffusionskoeffizienten / elektr. Leitfähigkeit)
• Abstand der Reaktionspartner
• Kontaktfläche (Benetzungsverhalten!)
• Kontaktwinkel (bei Vorhandensein einer (Erst-) schmelze)

Question 12

Gas in Schmelzen

Answer 12

• Das Entfernen der Gasbläschen aus der Schmelze ist wichtig um später ein porenfreies Glas zu erhalten
• Schmelzen die mit gelösten Gasen gesättigt sind, bekommen mehr Blasen und reagieren sensibel, wenn: changing the chemistry of the melt,changing temperature, agitating the melt mechanically

Question 13

Schaumbildung

Answer 13

Abhängig von: - produziertem Gas pro m^2
- Stabilität der Schaumblasen auf der höchsten Blasenschicht
Reaktion die primäre Schaumbiludng auslösen:
- Karbonat Zersetzungsreaktion, CO2 wird produziert
- Reaktion von Na2SO4 in der Schmelze unter leicht reduzierenden Bedingungen (1140-1350°C)

Question 14

BFT (Batch Free Time)

Answer 14

• Zeit die benötigt wird, um das anfägliche Gemenge komplett zu lösen
• BFT ist eine Fkt. aus:
• Temperatur und Wärmerate
• Zusammensetzung
• Spezifische Gemengen Komponenten
• Gemengen Homogenität
• Korngröße