Zusammenfassung Flashcards
Glas Definition
- ein (vorwiegend) nichtkristalliner Werkstoff,
- > keine Translationssymmetrie der atomaren Struktur,
- zeigt einen Glasübergang: T(g)
- eine unterkühlte eingefrohrene Flüssigkeit,
- ein Werkstoff ohne Gefüge.
- amorph
Glas herstellungsprozess
- Sol-Gel-Prozess,
- druckkontrolliert Prozesse,
Eingefrohrene Phase
Resultat, wenn ein Prozess so schnell abläuft, sodass eine strukturelle Reaktion in einem Gleichgewichtszustand nicht stattfindet.
Glasübergang
- erzeugte Materialzeigt beim Aufheizen unterhalb der Liquidustemperatur eine chark., sprunghafte änderung von Wärmekapazität, thermi. Ausdehnungskoeffizienten und Kompressibilität auf den jeweiligen Wert der Gleichgewichtsflüssigkeit,
- Flüssigkeit ist nicht mehr im inneren Gleichgewicht und die Krümmung der Abkühlkurve verändert sich,
Unterschied: Glas vs anorganische Werkstoffen
Glas ist ein Werkstoff ohne Gefüge, ohne innere Versetzungen oder Phasengrenzen,
-> dies ist die Vorraussetzung für die optische Durchlässigkeit,
Viskosität bei einem Glas
- wichtigste kin. Eigenschaft einer Glasschmelze,
- > Kinetik bestimmt, ob beim Abkühlen einer Glüssigkeit Kristallisation oder Glasbildung auftritt,
fiktive Temperatur
- Die Temperatur, bei der der
Relaxationszustand eingefroren wurde, nennt man fiktive Temperatur, T(f). - T(f) ist die Temperatur, bei der die Gleichgewichtsstruktur der Schmelze identisch ist mit der Struktur, die das Glas momentan zeigt. Also die Temperatur, bei der die Struktur des Glases effektiv
eingefroren wurde. - Die fiktive Temperatur Tf ist ein Maß für die molekulare Ordnung und das strukturelle Gleichgewicht eines Glases (Strukturrelaxation) als Funktion der Abkühlgeschichte und ist die Temperatur, bei der das System beim Abkühlen aus dem inneren Gleichgewicht herausfällt.
- Die fiktive Temperatur beeinflusst z.B. die Festigkeit oder Brechzahl eines Glases.
Wie messt man die Viskosität?
- es gibt keine einheitliche Messmethode, mit der alle Viskositätsbereiche erfasst werden können.
- Rotatopnsviskosimeter,
- Dilatometer: Messung der Längenänderung
Wovon hängt die Viskosität ab?
- Temperatur,
- Oxidzusammensetzung,
-> mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität,
Wie lang ist ein Glas`?
Länge der x-Achse der VFT-Abbildung in Abhängigkeit der Schnittpunkte des Arbeitsbereiches mit der Glasübergangskurve,
Welche Ansätze zur Modellierung der Temperaturabhängigkeit gibt es?
- freies Volumen: VFT,
- Thermodynamik: Addam-Gibbs,
- Relaxtion: Avramov
Haben Gläser Fernordnung?
- Gläser haben im Gegensatz zu kristallinen Festkörpern keine Fernordnung
–> beweisbar durch Röntgenbeugung: es entstehen keine diskreten Intensitätsmaximas
Was passiert bei dem Verlust der Freiheitsgrade im Glasübergang?
Was passiert bei dem Verlust der Freiheitsgrade im Glasübergang?
Was bedeuetet: Glas ist ein Werkstoff ohne Gefüge
(fest) -> keine andere Möglichkeit, seine Eigenschaften zu beeinflussen als über die Chemie seiner Bindungen die Struktur und Topologie auf atomarer Ebene
Welche Bindungstypen gibt es?
- metallisch,
- ionisch,
- kovalent,
- van der Waals.
Wovon hängt es ab, welche Bindung auftritt?
hängt von den:
- Elektronegativitätsunterschied der Partner und
- der mittleren Elektronegativität ab.
Elementverhalten in Gläser
- Netzwerkwandler 1.Art und bilden NBO zb. Li, Na,
- Netzwerkwandler 2.Art bilden NBO mit Dissoziationsgrad, zB. Mg,
- strukturaktive Elemente bilden Ladungsdefizittetraeder zB. Al, Ga
- Polymerisierende Netzwerkbildner, zB. B
Eigenschaften Netzwerkbildner
- -> bilden ein polymersiertes Netzwerk,
- -> in Oxidgläsern zählen Si, B und P zu den Netzwerkbildnern,
- Zunahme der Viskosität,
- Erhöhung der Erwichungstemperatur, Ritzhärte und Temperaturwechselbeständigkeit,
- Erniedrigung der Wärmedehnung,
- Verbesserung der chem. Beständigkeit
Bsp: SiO2, B2O3, P2O5
Eigenschaften Netzwerkwandler
- -> modifizieren das Netzwerk der Netzwerkbildner,
- -> durch den Einbau von Netzwerkwandlern enstehen Sauerstofftrennstellen im Netzwerk,
- -> In Oxidgläsern zählen die Elemente der Alkali- und Erdalkalimetalle zu den Netzwerkwandlern,
- Verbesserung des Schmelz und Läuterverhaltens,
- Erniedrigung der Härte und chem. Beständigkeitm
- Erhöhung der Wärmedehnung
Bsp: K2O, Na2O
Zwischenoxide
- Erhöhung der Viskosität und Glaslänge,
- Verbesserung der mech. und chem. Eigenschaften
Bsp: Al2O3
-PbO
Allgemeine Regeln zur Glasbildung von “starken” und “schwachen” Gläser
Starke:
- gehen keine Freiheitsgrade verloren,
- kleiner cp(p unten) Sprung bei Tg(g unten)
Schwache:
- Glasübergang durch den Verlust von
Konfigurationsfreiheitsgrade innerhalb einzelner MRO Bereiche,
- großer cp (p unten) Sprung bei Tg (g unten)
Wovon hängt die Festigkeit eines Glases ab?
- von der Stärke der Atomaren Bindung,
- von dem Polymerisationsgrad ( Anz. der Bindungen je Formeleinheit)
- von der atomaren Packungsdichte (Anz. Formeleinheiten jd Raumeinheit)
- von der Art der Verknüpfung der Baugruppen.
–> individuelle Betrachtung
Was ist entscheidend für die Festigkeit eines Glases?
- hoher Polymerisierungsgrad = hohe Festigkeit,
( hohe Polymerisierungsgrad bedeutet eine leichtere “Faltbarkeit” der Struktur und somit eine niedrigere elastische Eigenschaft.
JEDOCH
- Packungsdichte entscheidender als Grad der Polymerisierung,
- Packungsdichte entscheidend für die mech. Eigenschaften.
Bsp. Diamant vs SiC
Bedeutung des Wert der Packungsdichte p(c unten), wenn der Kompressionsmodul K=0 vorliegt?
(“Perkolation”: Durchsickern, Eindringen)
- Wert 0,45 stimmt hervorragend überein mit dem Perkolationslimit einer Struktur mit Eckenverknüpften Tetraedern,
- Unterhalb einer Packungsdichte von ca. 0.45-0.43 bricht das Netzwerk zusammen –» es existieren keine festigkeitsrelevante CLuster-Vernetzungen mehr und folglich verschwindet auch die Komprimierbarkeit des Materials,
==> bestätigung der Perkolationstheorie im Zusammenhand mit Glas
Welche Eigenschafen lassen sich besonders gut durch Inkrementelle-Systeme beschreiben?
Eigenschaften, die mit den molaren Volumina verknüpft sind.
Thermisches Vorspannen
- es wird eine höhere Festigkeit erreicht,
- Prinzip der Zwangskühlung,
- Festigkeit eines Glasprduktes wird durch Einbringen permanenter Druckspannungen in der Oberfläche erhöht:
- Probe wird erhitzt, dann abgekühlt. Innen heiß - außen kalt thermoschock, Oberfläche zieht sich zusammen)
- max. Thermoschock ist mit den TAK a bzw. der Bruchspannung verknüpft.
- entsteht geringe Zugspannung an der Oberfläche und Druckspannungen im Inneren
- beim abkühlen des Inneren setzt die Oberfläche den Zusammenziehen eine Zugspannung entgegen und wird selbst unter Druckspannung gesetzt,
Voraussetzung: alpha positiv
Chemisches Vorspannen
- Steigerung der Bruchfestigkeit durch einbringen von Druck Spannungen in die Oberfläche eines Glasproduktes,
- kleines Na+-Ionen werden in einem chemischen Salzbad bei hinreichend hoher Temperatur gegen größere K+-Ionen ausgetauscht und somit eine Druckspannung indiziert
Vorteil: - hohe Druckspannung,
- die Ausbildung hoher Zugspannungen im
Inneren wird vermieden,
Nachteil: - die Dauer des Prozesses,
- Pberflächenanmutung
Im Kalk-Natron- Silivat-Glas ist thermisches und chemisches Vorspannen möglich.
Arten der Werkstoffverstärkung
- Fataler Sprödbruch in einem isotropen Material,
- Partikel Verstärkung,
- Glas-Faser Verstärkung,
- Phasentransformation induzierte Verstärkung.
Was ist Entglasung?
unerwünschte Kristallisation einer Schmelze ( weil es evt energetisch günstiger ist)
Wie verhindert man Entglasung?
- hohe Viskosität,
- Abstand zwuschen Liquiduslinie und der Kurve drunter muss gering sein: delta T= Tliq - Tg
- > Min. der Liquiduslinie ist gut,
- > unterhaln der Liquiduslinie kannn man die ersten Kristalle bekommen.
Was sind Glaskeramiken?
- Werkstoffe, die aus GLasschmelzen durch gesteuerte, kontollierte Kristallisation hergestellt werden (bestehen aus einer glasigen und ein/mehreren kristallinen Phasen)
- höhere thermische und mech. Beständigkeit,
- Kombination der Vorteile vom Glas und einer Herkömlichen Keramik,
- vgl. zu herkömlichen Keramik: Porenfreiheit,
- Unterschied zu Glas: können Anisotropie aufweisen,
Unterschied: heterogene vs homogene Keimbildung:
heterogene:
- wird geringe Oberflächenenergie benötigt (da sie an vorhandenen Oberflächen ankeimen),
- mithilfe von fremdkeimen,
homogene:
- hohe Oberflächenenergie benötigt -> wird aus der Aktivierungsenergie der Schmelte entnommen,
- muss krit. Keimgröße überwinden.
Warum kristallisiert man Gläser?
- führt zu Composit-Werkstoff mit grundlegend anderen Eigenschaften als das entsprechende Ausgangsglas,
- höhere Temperaturbeständigkeit infolge eines starren kristallinen Gefüges,
- Porenfreiheit im gegensatz zu Keramik,
- lässt sich beeinflussen, welche Eigenschaften dominieren sollen.
Was passiert beim langen Aufheizen? Tliq>T>Tg
- kann eine Kristallisation der entsprechenden Phase (kontolliert oder unkontrolliert) erfolgen,
- auskristallisierenden Kristalle sind anfags iso-chemisch mit der Schmelze.
Ostwald-Miers
- Im Ostwald-Miers-Bereich findet keine Keimbildung statt, d.h. nur Keime, die bei kleinerer Temperatur gebildet werden, können wachsen,
- ist der gewünschte Bereich für das Kristallwachstum, da während des Kristallwachstums keine neue Keime gebildet werden, auf denen dann mit Zeitverzögerung wiederum Kristalle aufwachsen würden, was zu einem heterogenen Gefüge führen würden,
- sind Keimbildungs - und Kristallwachstumskurve voneinander getrennt, so sind solche Systeme auch sehr gute Glasbildner,
Kristallwachstumsrate
- Energie, die nötig ist, damit ein Atom die Grenzfläche Glas-Kristall überwienden kann,
- Energie, die durch Einbau von Elementen in den Kristall gewonnen wird (freie Volumenenergie der Kristallisation)
LAS-Glaskeramik
- eines der wichtigsten Dreistoffsysteme zur Herstellung von Glaskeramiken,
- Hochquarz MK und Keadit MK
- besitze niedrige bis neg. thermische Ausdehnungskoeffizienten,
- sind die realisierung von GLaskeramiken mit hervorragenden Thermoschockeigenschaften und mech. Festigkeiten,
Abbe Zahl
- Abbe Zahl beschreibt das Verhältnis des mittleren Ablenkungswinkel zum “Auffächerungswinkel” des jeweiligen Spektrums,
- kleine Abbe Zahl bedeutet starke Dispersion
(kleine Dispersion = kein farbtreue Abbildung)
Warum hat Quarzglas eine geringe Polarisierbarkeit?
Im Quarzglas liegt Q^4 - Struktur vor, wodurch die relativ geringe Brechungsindex von Quarzglas resultiert,
Was passiert mit steigendem NBO?
steigt die Polarisierbarkeit und der Brechungsindex,
Wovon hängt der Brechungsindex n ab?
Brechungsindex n hängt von der Temperatur ab, da sich die Dichte des Materials ändert von T(r)
Was passiert bei normaler Dispesion?
- n nimmt mit abnehmender Wellenlänge zu,
- blau wird stärker gebrochen als rot,
Physikalische Entfärbung
Wenn die Sättigung der zu kompensierenden Farbe nicht zu hoch ist, dann kann man durch Zugabe von MnO zu einem Fe2O3-haltigen Glas (ein farbneutrales Glas) erschmelzen
Chemische Entfärbung
- herabsetzen der Sättigung der zu kompensierenden Farbe,
- Dies geschieht durch eine oxidierende Schmelzführung, die den Fe^2+ Anteil gering hält,
Solarisation
- -> unerwünschter Vorgang,
- -> führt zu Farbdefekten von bereits eingebauten Gläsern,
- allg. verändert sich die Farbe eines einmal erschmolzenen Glases nicht mehr,
- Einige Ionen können jedoch ihre Valenz bei Bestrahlung durch UV-Licht (Sonnenlicht) ändern, sofern ein weiteres polyvalentes Ion als Partner zur Verfügung steht,
Warum wird Flint-Glas Wanne tiefer gebaut als Braunglaswanne? (Flint-Glas Wanne = Weißglaswanne)
- bei Braunglaswanne besteht die Gefahr, dass durch das Fe(II) viel Strahlung bereits in den oberen oberen Schichten absorbiert wird und das Glas in Boden nähe nicht heiß genug wird und einfrieren kann,
- Dem kann auch durch Schmelzelektroden entgegengewirkt werden.
- Umgekehrt besteht bei einer Flint-Glas Wanne die Gefahr, dass der Boden überhitzt.
Warum ist ein Fenster durchsichtig?
- da Glas eine eingefrohrene Flüssigkeit ist, gibt es keine Phasengrenzen, die eine Streuung bedingen würden,
- es liegen keine im VIS färbenden Substanzen vor, die durch Absorption die Transparebz stören würden: Absorptionsmechanismen: ca. 92% Transmission + 8% Absorption und Reflexion,
- Glas ist ein Dielektrikum, dh es liegen keine freien Elektronen wie in einem Metall vor und die Bandlücke E(unten gap) ist zu groß. Die am leichtesten anregbaren Elektronen sind Valenzelektronen des Sauerstoffs, die erst bei höherenergetischer Anregung im UV-Bereich wechselwirken. Also Oberhalb von UV bis VIS gibt es keine elektronische Wechselwirkung mit dem Licht.
- wenn h*v «_space;E(unten gap),
Warum heizt sich ein Auto auf?
- eintreffende kurzwellige Wärmestrahlung der Sonne wird zu einem großen Teil, ca. 90%, durchgelassen/Transmittiert,
- heizt sich auf 50-80 grad auf und strahlt entsprechend seine Temperaturen im langweiligen IR-Breich ab,
- diese Strahlubf wire nahezu vollständig vom Glas aufgenommen und reflektiert, die Wärme bleibt im Auto eingesperrt (Gewächshauseffekt),
- > im UV-Bereich ist die Scheibe weitgehend undurchlässig, unwahrscheinlich im Auto einen Sonnenbrand zu bekommen
- > auch bei ewig langem sitzen, reicht die Strahlungsintensität pro Zeit nicht aus.
Produktionskette
1 ) Rohstoffbeschaffung,
2) Gemengeaufbereitung,
3) Schmelze,
4) Primäre Formgebung: Urformen,
5) Veredlung,
6) Inspektion und Verpackung,
Primärere und Sekundäre Rohstoffe
- > Primär:
- Natürliche ( Sand, Feldspat, Kalkstein)
- Synthetische ( Soda, Sulfat)
- > Sekundär:
- Scherben ( Eigenscherben, Recycling)
- Filterstaub
Vorteil der Scherben als Rohstoff
Wichtiger Rohstoff:
- bereits thermisch umgesetzter Rohstoff
(keine Energie mehr nötig, um ein Glas daraus zu formen + Co2 ist bereits ausgetrieben)
- wirken Abhängig von deren Größe als Fenster für die Wärmestrahlung, die von der Flamme in das Gemenge übertragen wird
Einfluss der Scherbengröße auf die Aufschmelzzeit
- Große Scherben lassen die Wärmestrahlung besser in das Gemenge eindringen (“Fenster”),
- kleine Scherben reagieren mit der Soda und lassen den Sand ohne Festkörper-Reaktionspartner zurück + sind kompakt und verhalten sich ähnlich wie Gemenge,
- Bei noch kleineren Scherben werden wiederum die Grenzflächenreaktion sehr verstärkt,
-> die gesamte thermische Eigenschaften des Gemenges beeinflussen
Bedeutung der verschiedenen Mengen an Scherben:
- Scherbenfreies Gemenge erreicht das Stadium der gefüllten Poren relativ spät,
- Scherbenreiches Gemenge erreicht das Stadium umso eher, je feiner die Scherbenfraktion ist,
- Extrem feine Scherben leiten die Phase der geschlossenen Porosität besonders früh ein –> schließen die Gemengegase, aber umso länger ein, was bei Entgasung und dann zu Schaumbildner führen kann
Schmelzkette
- Gemenge,
- Rauhschmelze,
- Auflösung von Schmelzrelikten,
- Klarschmelzen,
- Läuterung und Konditionierung.
- > Reaktionskinetik Diffusionsrate hängen stark von der Temperatur ab,
- Wärmeübertrag in den Gemengeteppich sehr wichtig für die Aufschmelzrate,
- Gemenge wird von zwei Seiten aufgeheizt: Brennraum (Wärmestrahlung) und Schmelze (Konvektion)
Welche Schmelzreaktionen-Routen eines NCS-Gemenges gibt es?
Carbonat-Route:
- liegt bei hohen Heizraten vor (100 K/min),
- treibt die reaktive Auflösung des SiO2 in einer binären Schmelzphase aus Na2CO3 und CaCO3 vorantreibt,
Silica-Route:
- liegt bei nieriger Heizrate (10 K/min)
- ist die eutektische Mischung und wird gebildet aus der Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda
Wodurch wird die Sandauflösung gesteigert?
- kleine Körner und enge Verteilung,
( feiner Sand mit einigen großen Körnern erhöht die Auflösungszeit, da sich schnell eine SiO2 reiche Schmelze bildet und die große Körner in der hoch-viskosen Schmelze lange zurück bleiben) - Steigerung der SiO2-Diffusion,
( höhere Temperaturen, agressive Schmelzen) - Gesteigerte Konvektion,
(Rühren, Bubbling) - Gesteigerte SuO2 Löslichkeit durch angepasste Zusammensetzung.
==> Diffusionskontrolliert
Läuterung
nach erfolgter Restquarzauflösung besitzt die Schmelze noch sehr große Mengen kleinerer Blasen,
- > Primäre: erzeugung einen Schwarm relativ großer Blasen, durch chem. Reaktion oder durch eine Komponente mit hinreichend hohem Dampfdruck bei gegebener Temperatur, welcher die kleinen Blasen aufnimmt.
- > Sekundär: nach erfolgter Läuterung werden die restilichen Blasen während des Abstehens bei fallenden Temperaturen idealerweise wieder resorbiert.
Welche Spezifische Läuterreaktionen gibt es?
- Sulfat-Läuterung,
- Arsen/Antimon-Läuterung,
- Halogenid-Läuterung,
- Zinoxid-Läuterung (SnO2)
Konditionierung der Schmelze
- beschreibt den Temperaturausgleich über die Dicke und Breite des Glasstroms,
- Diese ist nötig, da später in der
Formgebung eine gleichmäßige Viskosität und damit eine homogene Temperaturverteilung
im Glas nötig ist.
Schaumbildung hängt ab von:
- Menge des Gasvolumens in der Schmelze pro m^2 (organ. Kontamination),
- Stabilität der Schaumblasen,
- Primärer Schaum durch Gemengereaktion, z.B Carbonat-Zersetzung, Carbonat-Sulfat-Reaktion, H2O-Abgabe,
- Reaktion von Na2SCl, in der Schemlze bei reduzierenden Bedingungen,
- Sekundärerer Schaum durch Läuterreaktionen.
Welchen Energiebedarf gibt es in einer Glaswanne?
- tatsächlich benötigte Energie zum Aufschmelzen eines Gemenges,
- Verlusttherme,
Wovon wird die Schmelzeffizienz bestimmt?
Wieviel Energie kann durch die Wärmequellen zur Verfügung gestellt werden?
- Höhere Energiedichte und transfer in die Brennkammer,
- Höhere Energiedichte und Transfer in die Schmelze durch Boosting, Konvektion,
Wie schnell kann diese Energie in das Gemenge eingebracht UND im Gemenge transportiert werden?
- Gemenge-Vorbehandlung,
- Tliq-Absenkung durch entsprechende Chemie,
- Dünne Gemengedecke,
Schmelzöfen
Glaswanne
- kontinuierliches und diskontinuierliches Schmelzen,
- unterschiedliche Kapazitäten möglich,
- werden spezifisch für die jeweilige Glassorte gebaut,
- Beheizung: Gas, Öl, Elektrisch, Petrolkoks,
- Oxidationsmittel: Luft oder reiner Sauerstoff,
- Art und Aufbau wird bestimmt durch:
Rohstoff, Scherben, Gemenge, Produktanforderung, - alle grundlegende Prozessschritte finden zur selben Zeit in unterschiedlichen Zonen statt (Zonen voneinander getrennt),
Eigenschaften einer Wanne
- besteht aus Feuerfestmaterial,
- wird kontin. mit vorgemischten Gemenge beladen,
- beladung des Gemenges erfolgt durch das Dog-House,
- Wärmeleitung erfolgt vom Brennraum mittels meist fossiler Verbrennung mit reinem Sauerstoff oder vorgewärmter Luft (Regenerator/Rekuperator) oder durch Elektroden,
- alle grundlegende Prozessschritte finden zur selben Zeit in unterschiedlichen Zonen statt (Zonen voneinander getrennt),
- Lebensdauer: 5-15 Jahre
Wofür wird die Glaswanne nicht eingesetzt?
- Hand geformte Glas,
- Quarzglas,
- Optische Glasfasern.
Luft-Gas Schmelzwanne:
- Vorgewärmte Luft (regenerativ oder rekuperativ) mit dem Brenngas gemischt und verbrannt,
- Es liegt hohe thermischer Ballast und hohe NOx-Emissionen vor,
Sauerstoff-Gas/Oxy-Gas Schmelzwanne:
- Reiner O2 wird mit dem Gas umgesetzt -> geringere NOx Emissionen,
- theoretisch etwas höhere Flammentemperatur
- agressiveres Abgas,
Anforderung Feuerfestmaterial Regenerator
- mechanische Stabilität,
- chemische Stabilität ( Korrosionsschutz),
- thermische Stabuilität (thermische Belastug aufgrund Flammenwechchselzyklus)
- > entscheidend für die Effizienz,
- > Feuerfestqualität +Belastungstemperatur nimmt von oben nach unten ab,
Arten des Feuerfest Materials und die Vorteile:
- > Aluminium-Zirkonium-Silicate-Stein (AZS),
- > Sinter-Steine/ Chromit-Steine (Schamottsteine)
- keine Porosität,
- hohe Dichte,
- hohe Beständigkeit bzw. hohe Verschleißfestigkeit gegenüber der jeweiligen Glaschemie,
Was ist Entscheidend für das Feierfestmaterial:
- wie gut und schnell das Feuerfestmaterial in Abhängigkeit von seinen Materialeigenschaften die die Wärme des Abgases aufnehmen und wieder an die Luft abgeben kann,
- gleichmäßige Belegung des Regenerators mit dem Abgas und der Luft, um eine gleichmäßige Aufwärmung der Gitter zu gewährleisten,
U-Flammenwanne/Endportwanne mit Regenerator:
- für Hohlglas
- zwei alternierend arbeitende Brennersysteme notwendig,
- heiße Abgase wird durch eine Feuerfestvergitterung des Regenerators des anderen Systems gegleitet und wärmt diese auf,
- anschließend wird das Brennersystem gewechselt und das System mit den aufgeladenen Regenerator wird verwendet,
- kalte Luft strömt in den Regenerator, wärmt sich über die Gitterung auf, wird mit dem Brenngas gemischt und verbrannt,
- Verbrennungsgase haben lange Verweilzeit im Oberofen
-> Feuerwechsel: alle 15-30 minuten
(hohe Investment)
Welche Regeneratorgitterung gibt es?
- Klassische Gitterung,
- Kreuzstein Gitterung,
- Topfstein Gitterung.
Querbeheizte Wanne mit Rekuperator
- direkter Wärmeaustauscher im Gegenstom Prinzip,
- Betrieb stabiler, da er ohne Flammenwechsel betrieben wird,
- geringer Investment,
- nicht Energie effizient,
- nierigere Vorwärmtemperatur im Vgl. zu Regenerator,
- erlauben eine genauere Temperatureinstellung über die Länge der Wanne im vgl. zu U-Flammen,
- offenes Design zwischen Schmelzen und Arbeitswanne, um Turbulenzen znd Schlieren zu vermeiden —> aus dem Grund geschichtete Glasqualität,
- Skimmer im Halsbereich regelt Glashöhe und Rückfluss,
- Floatglas-Scheiben haben eine deutlich grünliche Färbung durch das Fe(II)
Warum ist das Fe(II)-Anteil in Floatglasscheiben erwünscht?
Da er die Absorption der Wärme-strahlung von der Flamme verbessert,
Welche Maßnahme trifft man gegen die Qualitätsprobelne beim Querbrenner-Wannen (Rekuperator) Floatglas:
- Schwelle im Boden zur Unterstützung der Strömungswalze,
- Boosting im Boden zur Unterstützung der Strömungswalze,
- Bubbling im Boden zur Unterstützung der Strömungswalze.
Spazialglas-Wanne
- Aufbau wird durch die Glaschemie bestimmt (unterrschiedliche Anforderungen),
- schlechte schlechte Energieeffizienz,
- höchste Anforderung an die Glasqualität –> es ist hohe Feuerfestqualität nötig,
- oft oxy-fuel und querbeheizt um exaktes Temperaturprofil zu gewährleisten,
- geringe Lebenszeit: 2-8 Jahre
Warum werden Top-Burner benutzt?
- wird bei der Faserherstellung benutzt ( aufprallende Flammen werden zum Schmelzen benutzt),
- erzeugen einen sehr hohen Wärmefluss auf der Schmelze,
- unterstützen den Aufschmelzvorgang,
Elektrisch beheizte Wannen:
Cold-Top-Wanne -> Voll elektrisch
- hohe Effizienz (ca. 90%),
- Direkte Heizung der Schmelze: Ein starker Strom wird mittels Elektronen durch die Glasschmelze geleitet,
- Der elektrische Widerstand der Schmelze bestimmt den Wärmeeintrag,
- Elektroden aus Mo oder stark oxidiertes geläutertes Glas SnO2,
- Vollelekt. Wannen haben eine hohe spez. Schmelzleistung und das Potenzial zur CO2-Reduktion, bzw. für ein “Zero-Emission”-Konzept,
Probleme der elektrisch. beheizte Wanne:
- Hotspot,
- schlechte Entglasung,
- hohe Stromkosten,
- Schwierigkeiten den RedOx bei Braun-Glas einstellen,
- Elektrodenkonfig. für > 150 t/d,
Allgemeine Regeln zur Auslegung einer Wanne:
- große Längen zu Breiten-Verhältnis: bis 1.8:
- -> denn die Länge der Wanne geht in die Verweilzeit der Schmelze ein und bestimmt damit die Glasqualität,
- -> bei einer zu schmalen Wanne besteht das Risiko, dass der Ausbrand der Flamme sehr dicht an der Seitenwand stattfindet und die maximal thermische Belastung des Feuerfestmaterials überschreitet,
Korrosion und Arten der Korrosion:
- -> tritt an jedem Feuerfestmaterial auf in Abhängigkeit von seiner Belastung,
- -> überall gleichbleibende Korrosion, damit es an keiner Stelle der Wanne zu einem voreilenden Versagen kommt,
- -> senkt die Effizienz einer Wanne,
- Blasenbohren: aufsteigende Blasen belasten das Feuerfestmaterial (häufige Korrosion)
- Metallbohren: Reines Metall (flüssig, z.B. Blei aus Verunreinigung= entstehen durch reduktion und sinken auf den Boren, dadurch bohrt sich das Metall regelrecht durch die Korrosion in den Wannenboden
“downward-drilling”
Welche Nachteile haben Elektrisch beheizte Wannen?
- Hot-spots,
- schlechte Entgasung,
- hohe Stromkosten,
–> bei elektrisch beheizten Wannen wird das Gemenge von oben beladen, daher der Name “Cold-Top-Wanne”
Welche Bedeutung hat der Neigungswinkel eines Brenners?
- der Winkel bestimmt, wie schnell Brenngas und Brennluft sich mischen. Je schneller sich Brenngas und Luft vermischen, desto schneller ist der Ausbrand und dadurch ist die lokale Temperatur höher. Dies führt zu hohen NOx-Werten,
- Frlammen verteilen sich nicht weit genug über die Wanne –> es folgt eine nicht gleichmäßige und ineffiziente Energieübertragung
Warum muss Al2O3 beim Gewölbe-FF vermieden werden?
- Da es die Anwendungstemperatur der Steine der Steine durch ein Eutektikum schon bei geringen Gehalten deutlich erniedrigt,
Bauliche Unterschiede: U-Flamme vs. Cross-fire
U-Flamme: weniger strukturelle Verluste
Cross-fire: mehr Schmelzleistung,
U-Flamme: Durchlass als trennung,
Cross-fire: hat einen Hals bereich -> Skimmer regelt Glashöhe und Rückfluss,
mehr Fe2+ Anteil -> nicht hochwertig
Was ist die Bedeutung hat Top-Burner?
- wird eingesetzt bei Spezialglaswannen/Faserglasherstellung,
- erzeugung sehr hohen Wärmefluss auf die Schmelze,
- unterstützen Aufschmelzvorgang,
Auslegung eines Regenerators:
Zur Kammer hin wird versucht, eine möglichst breite Anströmung zu erreichen.
- bei zu niedriger Abgasegeschwindigkeit verteilt sich der Abgasestrom den vorderen Kammerbereich, der hintere Teil ist nicht wirksam,
- bei zu hoher Abgasegeschwindigkeit verteilt sich der Abgasestrom auf den hinteren Kammerbereich. Das führt zu einer starken Belastung der Prallwand und erhöhte Gefahr von Verstopfungen im unteren Bereich.
Wodurch wird die Sandauflösung gesteigert?
- kleine und eng verteilte Körner,
- steigerung der SiO2-Diffusion,
- gesteigerte Konvektion,
- gesteigerte SiO2 löslichkeit durch angepasste zusammensetzung,
Welche Rnergie wird zum Aufschmelzen eines Gemenges benötigt?
- Reaktionswärme,
- latente Wärme der Schmelze zum Aufschmelzen,
- Abgase
