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E-Glas (alkalifreies Fiberglas)Die Produktion in Wannenöfen ist ein komplexer Hochtemperaturschmelzprozess. Das Schmelztemperaturprofil ist ein kritischer Prozesskontrollpunkt und beeinflusst direkt die Glasqualität, die Schmelzeffizienz, den Energieverbrauch, die Ofenlebensdauer und die endgültige Faserleistung. Dieses Temperaturprofil wird hauptsächlich durch die Anpassung der Flammeneigenschaften und die elektrische Verstärkung erreicht.

I. Schmelztemperatur von E-Glas

1. Schmelztemperaturbereich:

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

Die konkrete Zieltemperatur hängt ab von:

* Chargenzusammensetzung: Bestimmte Formulierungen (z. B. Vorhandensein von Fluor, hoher/niedriger Borgehalt, Vorhandensein von Titan) beeinflussen die Schmelzeigenschaften.

* Ofendesign: Ofentyp, Größe, Isolierungseffektivität und Brenneranordnung.

* Produktionsziele: Gewünschte Schmelzrate und Anforderungen an die Glasqualität.

* Feuerfeste Materialien: Die Korrosionsrate feuerfester Materialien bei hohen Temperaturen begrenzt die Obertemperatur.

Die Temperatur in der Läuterzone ist normalerweise etwas niedriger als die Hotspot-Temperatur (ungefähr 20–50 °C niedriger), um die Blasenentfernung und Glashomogenisierung zu erleichtern.

Die Temperatur am Arbeitsende (Vorherd) ist deutlich niedriger (typischerweise 1200 °C – 1350 °C), wodurch die Glasschmelze die richtige Viskosität und Stabilität zum Ziehen 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 vollständige Gasfreisetzung. Unzureichende Temperaturen können zu „Rohmaterial“-Rückständen (ungeschmolzene Quarzpartikel), Steinen und vermehrter Blasenbildung führen.

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

* Viskosität: Die Temperatur beeinflusst direkt die Viskosität der Glasschmelze. Für das Faserziehen muss die Glasschmelze einen bestimmten Viskositätsbereich aufweisen.

* Korrosion feuerfester Materialien: Übermäßig hohe Temperaturen beschleunigen die Korrosion feuerfester Ofenmaterialien (insbesondere elektrogeschmolzener AZS-Steine) drastisch, verkürzen die Lebensdauer des Ofens und können zur Bildung feuerfester Steine führen.

* Energieverbrauch: Die Aufrechterhaltung hoher Temperaturen ist der Hauptgrund für den Energieverbrauch in Wannenöfen (üblicherweise über 60 % des gesamten Produktionsenergieverbrauchs). Eine präzise Temperaturregelung zur Vermeidung zu hoher Temperaturen ist der Schlüssel zur Energieeinsparung.

II. Flammenregulierung

Die Flammenregulierung ist ein zentrales Mittel zur Steuerung der Schmelztemperaturverteilung, zum Erreichen eines effizienten Schmelzens und zum Schutz der Ofenstruktur (insbesondere der Ofenhaube). Ihr Hauptziel ist die Schaffung eines idealen Temperaturfelds und einer idealen Atmosphäre.

1. Wichtige Regulierungsparameter:

* Brennstoff-Luft-Verhältnis (stöchiometrisches Verhältnis) / Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis (für Oxy-Fuel-Systeme):

* Ziel: Vollständige Verbrennung. Unvollständige Verbrennung verschwendet Brennstoff, senkt die Flammentemperatur, erzeugt schwarzen Rauch (Ruß), der die Glasschmelze verunreinigt und Regeneratoren/Wärmetauscher verstopft. Überschüssige Luft führt erhebliche Wärme ab, verringert den thermischen Wirkungsgrad und kann die Oxidationskorrosion der Krone verstärken.

* Einstellung: Präzise Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses anhand der Abgasanalyse (O₂-, CO-Gehalt).E-GlasTanköfen halten den O₂-Gehalt des Rauchgases typischerweise bei etwa 1–3 % (Verbrennung mit leichtem Überdruck).

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

* Flammenlänge und -form:

* Ziel: Bildung einer Flamme, die die Schmelzoberfläche bedeckt, eine gewisse Steifigkeit besitzt und sich gut ausbreiten kann.

* Lange Flamme vs. Kurze Flamme:

* Lange Flamme: Deckt einen großen Bereich ab, die Temperaturverteilung ist relativ gleichmäßig und verursacht weniger thermische Schocks an der Krone. Lokale Temperaturspitzen sind jedoch möglicherweise nicht hoch genug und die Durchdringung der „Bohrzone“ der Charge ist möglicherweise unzureichend.

* Kurze Flamme: Starke Steifigkeit, hohe lokale Temperatur, starkes Eindringen in die Chargenschicht, was zu einem schnellen Schmelzen der „Rohmaterialien“ führt. Die Abdeckung ist jedoch ungleichmäßig, was leicht zu lokaler Überhitzung (ausgeprägtere Hotspots) und einem erheblichen thermischen Schock an der Krone und der Brustwand führt.

* Einstellung: Wird durch Einstellen des Brennerwinkels, der Brennstoff-/Luftaustrittsgeschwindigkeit (Impulsverhältnis) und der Wirbelintensität erreicht. Moderne Wannenöfen verwenden häufig mehrstufig einstellbare Brenner.

* Flammenrichtung (Winkel):

* Ziel: Effektive Wärmeübertragung auf die Chargen- und Glasschmelzoberfläche, wobei ein direkter Flammeneinfluss auf die Krone oder Brustwand vermieden wird.

* Einstellung: Passen Sie den Neigungswinkel (vertikal) und Gierwinkel (horizontal) der Brennerpistole an.

* Neigungswinkel: Beeinflusst die Interaktion der Flamme mit dem Gemenge („Lecken des Gemenges“) und die Bedeckung der Schmelzoberfläche. Ein zu niedriger Winkel (Flamme zu weit nach unten gerichtet) kann die Schmelzoberfläche oder das Gemenge scheuern und zu einem Überschuss führen, der die Brustwand korrodiert. Ein zu hoher Winkel (Flamme zu weit nach oben gerichtet) führt zu einem niedrigen thermischen Wirkungsgrad und einer übermäßigen Erwärmung der Krone.

* Gierwinkel: Beeinflusst die Flammenverteilung über die Ofenbreite und die Hotspot-Position.

2. Ziele der Flammenregulierung:

* Bilden Sie einen rationalen Hotspot: Erstellen Sie die Zone mit der höchsten Temperatur (Hotspot) im hinteren Teil des Schmelztanks (normalerweise hinter dem Doghouse). Dies ist der kritische Bereich für die Glasklärung und Homogenisierung und fungiert als „Motor“, der den Glasschmelzfluss steuert (vom Hotspot zum Chargenlader und Arbeitsende).

* Gleichmäßige Erwärmung der Schmelzoberfläche: Vermeiden Sie lokale Überhitzung oder Unterkühlung und reduzieren Sie ungleichmäßige Konvektion und „tote Zonen“, die durch Temperaturgradienten verursacht werden.

* Schutz der Ofenstruktur: Verhindern Sie das Auftreffen von Flammen auf die Krone und die Brustwand und vermeiden Sie so eine lokale Überhitzung, die zu beschleunigter Feuerfestkorrosion führt.

* Effiziente Wärmeübertragung: Maximieren Sie die Effizienz der Strahlungs- und Konvektionswärmeübertragung von der Flamme zur Charge und zur Glasschmelzoberfläche.

* Stabiles Temperaturfeld: Reduzieren Sie Schwankungen, um eine stabile Glasqualität zu gewährleisten.

III. Integrierte Regelung der Schmelztemperatur und Flammenregulierung

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

2. Temperaturmessung und -rückmeldung: Die kontinuierliche Temperaturüberwachung erfolgt mit Thermoelementen, Infrarot-Pyrometern und anderen Instrumenten an wichtigen Stellen im Ofen (Chargenbeschickung, Schmelzzone, Hotspot, Läuterzone, Vorherd). Diese Messungen dienen als Grundlage für die Flammeneinstellung.

3. Automatische Steuerungssysteme: Moderne Großwannenöfen verwenden häufig DCS/SPS-Systeme. Diese Systeme regeln Flamme und Temperatur automatisch, indem sie Parameter wie Brennstofffluss, Verbrennungsluftstrom, Brennerwinkel/-klappen basierend auf voreingestellten Temperaturkurven und Echtzeitmessungen anpassen.

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