Nachricht

E-Glas (alkalifreies Fiberglas)Die Produktion in Schmelzöfen ist ein komplexer Hochtemperatur-Schmelzprozess. Das Schmelztemperaturprofil ist ein kritischer Prozessparameter, der die Glasqualität, die Schmelzeffizienz, den Energieverbrauch, die Ofenlebensdauer und die Eigenschaften der fertigen Faser direkt beeinflusst. Dieses Temperaturprofil wird primär durch die Anpassung der Flammencharakteristik und die elektrische Wärmezufuhr erreicht.

I. Schmelztemperatur von E-Glas

1. Schmelztemperaturbereich:

Das vollständige Schmelzen, Klären und Homogenisieren von E-Glas erfordert typischerweise extrem hohe Temperaturen. Die Temperatur der typischen Schmelzzone (Hotspot) liegt im Allgemeinen zwischen 1500 °C und 1600 °C.

Die konkrete Zieltemperatur hängt ab von:

* Chargenzusammensetzung: Spezielle Rezepturen (z. B. Vorhandensein von Fluor, hoher/niedriger Boranteil, Vorhandensein von Titan) beeinflussen die Schmelzeigenschaften.

* Ofenkonstruktion: Ofentyp, Größe, Isolierwirkungsgrad und Brenneranordnung.

* Produktionsziele: Gewünschte Schmelzrate und Anforderungen an die Glasqualität.

* Feuerfeste Werkstoffe: Die Korrosionsrate feuerfester Werkstoffe bei hohen Temperaturen begrenzt die obere Temperaturgrenze.

Die Temperatur in der Läuterzone ist üblicherweise etwas niedriger als die Temperatur im Hotspot (etwa 20-50 °C niedriger), um die Entfernung von Blasen und die Homogenisierung des Glases zu erleichtern.

Die Temperatur am Arbeitsende (Vorherd) ist deutlich niedriger (typischerweise 1200°C – 1350°C), wodurch die Glasschmelze die für das Ziehen erforderliche Viskosität und Stabilität erreicht.

2. Bedeutung der Temperaturkontrolle:

* Schmelzeffizienz: Ausreichend hohe Temperaturen sind entscheidend für die vollständige Reaktion der Ausgangsmaterialien (Quarzsand, Pyrophyllit, Borsäure/Colemanit, Kalkstein usw.), die vollständige Auflösung der Sandkörner und die gründliche Entgasung. Unzureichende Temperaturen können zu Rückständen von Rohmaterialien (ungeschmolzenen Quarzpartikeln), Steinen und vermehrter Blasenbildung führen.

* Glasqualität: Hohe Temperaturen fördern die Klärung und Homogenisierung der Glasschmelze und reduzieren so Defekte wie Fäden, Blasen und Steine. Diese Defekte beeinträchtigen die Faserfestigkeit, die Bruchrate und die Kontinuität erheblich.

* Viskosität: Die Temperatur beeinflusst die Viskosität der Glasschmelze direkt. Für das Faserziehen muss die Viskosität der Glasschmelze in einem bestimmten Bereich liegen.

* Korrosion von Feuerfestmaterialien: Übermäßig hohe Temperaturen beschleunigen die Korrosion von Ofenfeuerfestmaterialien (insbesondere von elektrogeschmolzenen AZS-Steinen) drastisch, verkürzen die Ofenlebensdauer und können zur Bildung von Feuerfeststeinen führen.

* Energieverbrauch: Die Aufrechterhaltung hoher Temperaturen ist der Hauptenergieverbraucher in Kesselöfen (typischerweise über 60 % des gesamten Energieverbrauchs in der Produktion). Eine präzise Temperaturregelung zur Vermeidung übermäßiger Temperaturen ist der Schlüssel zur Energieeinsparung.

II. Flammenregulierung

Die Flammenregulierung ist ein zentrales Mittel zur Steuerung der Schmelztemperaturverteilung, zur Erzielung effizienten Schmelzens und zum Schutz der Ofenstruktur (insbesondere des Ofenkopfes). Ihr Hauptziel ist die Schaffung eines idealen Temperaturfeldes und einer optimalen Atmosphäre.

1. Wichtigste Regulierungsparameter:

* Kraftstoff-Luft-Verhältnis (stöchiometrisches Verhältnis) / Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnis (für Oxyfuel-Systeme):

Ziel: Vollständige Verbrennung erreichen. Unvollständige Verbrennung führt zu Brennstoffverschwendung, senkt die Flammentemperatur, erzeugt Ruß, der die Glasschmelze verunreinigt, und verstopft Regeneratoren/Wärmetauscher. Überschüssige Luft führt erhebliche Wärme ab, verringert den thermischen Wirkungsgrad und kann die Korrosion der Glaskrone verstärken.

* Einstellung: Präzise Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Basis der Rauchgasanalyse (O₂-, CO-Gehalt).E-GlasTypischerweise wird bei Tanköfen der O₂-Gehalt im Abgas bei etwa 1-3 % gehalten (Verbrennung mit leicht positivem Druck).

* Einfluss der Atmosphäre: Das Luft-Brennstoff-Verhältnis beeinflusst auch die Ofenatmosphäre (oxidierend oder reduzierend), was subtile Auswirkungen auf das Verhalten bestimmter Chargenbestandteile (wie Eisen) und die Glasfarbe hat. Bei E-Glas (das farblose Transparenz erfordert) ist dieser Einfluss jedoch relativ gering.

* Flammenlänge und -form:

* Ziel: Eine Flamme erzeugen, die die Schmelzoberfläche bedeckt, eine gewisse Festigkeit aufweist und sich gut ausbreiten lässt.

* Lange Flamme vs. kurze Flamme:

* Lange Flamme: Deckt eine große Fläche ab, die Temperaturverteilung ist relativ gleichmäßig und verursacht weniger Temperaturschocks an der Krone. Allerdings sind die lokalen Temperaturspitzen möglicherweise nicht hoch genug, und das Eindringen in die Chargen-„Bohrzone“ ist unter Umständen unzureichend.

* Kurze Flamme: Hohe Steifigkeit, hohe lokale Temperatur, starkes Eindringen in die Schicht, was ein schnelles Schmelzen der „Rohstoffe“ begünstigt. Die Abdeckung ist jedoch ungleichmäßig, was leicht zu lokaler Überhitzung (ausgeprägteren Hotspots) und einem signifikanten Temperaturschock an der Krone und der Brustwand führt.

* Einstellung: Erreicht durch Anpassen des Brennerstrahlwinkels, der Brennstoff-/Luftaustrittsgeschwindigkeit (Impulsverhältnis) und der Drallintensität. Moderne Tanköfen verwenden häufig mehrstufig verstellbare Brenner.

* Flammenrichtung (Winkel):

* Ziel: Die Wärme effektiv auf die Oberfläche der Schmelze und des Glases übertragen und dabei ein direktes Auftreffen der Flamme auf die Krone oder die Brustwand vermeiden.

* Einstellung: Passen Sie die Neigungswinkel (vertikal) und Gierwinkel (horizontal) der Brennerkanone an.

* Neigungswinkel: Beeinflusst die Wechselwirkung der Flamme mit dem Schmelzgut („Anlegen an das Schmelzgut“) und die Abdeckung der Schmelzoberfläche. Ein zu flacher Winkel (Flamme zu stark nach unten gerichtet) kann die Schmelzoberfläche oder das Schmelzgut beschädigen und zu Korrosion an der Brennerwand führen. Ein zu hoher Winkel (Flamme zu stark nach oben gerichtet) führt zu geringer thermischer Effizienz und übermäßiger Erhitzung des Brennerkopfes.

* Gierwinkel: Beeinflusst die Flammenverteilung über die Ofenbreite und die Position des Hotspots.

2. Ziele der Flammenregulierung:

* Einen optimalen Temperaturbereich schaffen: Die höchste Temperaturzone (Temperaturbereich) sollte im hinteren Teil des Schmelzbehälters (üblicherweise hinter dem Gehäuse) erzeugt werden. Dieser Bereich ist entscheidend für die Glasklärung und -homogenisierung und fungiert als „Motor“, der den Glasschmelzfluss (vom Temperaturbereich in Richtung Dosierkammer und Arbeitsende) steuert.

* Gleichmäßige Erwärmung der Schmelzoberfläche: Lokale Überhitzung oder Unterkühlung vermeiden, ungleichmäßige Konvektion und durch Temperaturgradienten verursachte „tote Zonen“ reduzieren.

* Schutz der Ofenstruktur: Verhindern Sie das Auftreffen der Flammen auf die Ofenkrone und die Brustwand, um eine lokale Überhitzung und damit eine beschleunigte Korrosion der Feuerfestauskleidung zu vermeiden.

* Effizienter Wärmetransfer: Maximierung der Effizienz des Strahlungs- und Konvektionswärmetransfers von der Flamme zur Schmelzeoberfläche.

* Stabiles Temperaturfeld: Reduzierung von Schwankungen zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Glasqualität.

III. Integrierte Regelung der Schmelztemperatur und Flammenregulierung

1. Temperatur ist das Ziel, Flamme das Mittel: Die Flammenregulierung ist die primäre Methode zur Kontrolle der Temperaturverteilung im Ofen, insbesondere der Position und Temperatur des Hotspots.

2. Temperaturmessung und -rückmeldung: Die Temperatur wird kontinuierlich mittels Thermoelementen, Infrarotpyrometern und anderen Instrumenten an wichtigen Stellen im Ofen (Chargenbeschickung, Schmelzzone, Hotspot, Läuterzone, Vorherd) überwacht. Diese Messungen dienen als Grundlage für die Flammenregulierung.

3. Automatische Steuerungssysteme: Moderne Großkesselöfen nutzen häufig DCS/SPS-Systeme. Diese Systeme regeln Flamme und Temperatur automatisch, indem sie Parameter wie Brennstoffdurchfluss, Verbrennungsluftstrom und Brennerwinkel/Klappen anhand voreingestellter Temperaturkurven und Echtzeitmessungen anpassen.

4. Prozessbalance: Es ist wichtig, ein optimales Gleichgewicht zu finden zwischen der Sicherstellung der Glasqualität (Hochtemperaturschmelzen, gute Klärung und Homogenisierung) und dem Schutz des Ofens (Vermeidung übermäßiger Temperaturen, Flammenaufprall) bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs.