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Das Blasen, eine wichtige und weit verbreitete Technik bei der Zwangshomogenisierung, beeinflusst die Läuterungs- und Homogenisierungsprozesse von geschmolzenem Glas erheblich und komplex. Hier finden Sie eine detaillierte Analyse.

1. Prinzip der Bubbling-Technologie

Beim Bubbling werden mehrere Reihen von Bubblern (Düsen) am Boden des Schmelzofens (typischerweise im hinteren Teil der Schmelzzone oder Läuterzone) installiert. Ein spezielles Gas, meist Druckluft, Stickstoff oder ein Inertgas, wird periodisch oder kontinuierlich in das heiße geschmolzene Glas eingespritzt. Das Gas dehnt sich aus und steigt durch das geschmolzene Glas auf, wodurch Säulen aus aufsteigenden Blasen entstehen.

2. Einfluss der Blasenbildung auf den Klärungsprozess (hauptsächlich positiv)

Das Sprudeln dient hauptsächlich dazu, Gasblasen zu entfernen und so das Glas zu klären.

Förderung der Blasenentfernung

Saugwirkung: Im Kielwasser der aufsteigenden großen Blasen bildet sich eine Unterdruckzone, die einen „Pumpeffekt“ erzeugt. Dadurch werden winzige Mikroblasen aus der umgebenden Glasschmelze effizient angesaugt, gesammelt und miteinander vermischt und an die Oberfläche befördert, wo sie ausgestoßen werden.

Reduzierte Gaslöslichkeit: Das eingespritzte Gas, insbesondere Inertgas, kann die im geschmolzenen Glas gelösten Gase (z. B. SO₂, O₂, CO₂) verdünnen und ihren Partialdruck verringern. Dies erleichtert die Freisetzung der gelösten Gase in die aufsteigenden Blasen.

Reduzierte lokale Übersättigung: Die aufsteigenden Blasen bilden eine fertige Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche, wodurch übersättigte gelöste Gase leichter aus den Blasen austreten und in diese diffundieren können.

Verkürzter Feinbearbeitungsweg: Die aufsteigenden Blasensäulen wirken als „Überholspuren“ und beschleunigen die Migration gelöster Gase und Mikroblasen zur Oberfläche.

Störung der Schaumschicht: In der Nähe der Oberfläche helfen aufsteigende Blasen dabei, die dichte Schaumschicht aufzubrechen, die den Gasausstoß behindern kann.

Mögliche negative Auswirkungen (Kontrolle erforderlich)

Einführung neuer Blasen: Werden die Blasenparameter (Gasdruck, Frequenz und Reinheit) nicht richtig kontrolliert oder die Düsen verstopft, können im Prozess unerwünschte neue, kleine Blasen entstehen. Können diese Blasen bei der anschließenden Läuterung nicht entfernt oder aufgelöst werden, entstehen Defekte.

Falsche Gasauswahl: Wenn das eingespritzte Gas ungünstig mit dem geschmolzenen Glas oder gelösten Gasen reagiert, können weitere, schwerer zu entfernende Gase oder Verbindungen entstehen, die den Läuterungsprozess behindern.

3. Einfluss der Blasenbildung auf den Homogenisierungsprozess (hauptsächlich positiv)

Das Sprudeln verbessert die Durchmischung und Homogenisierung desgeschmolzenes Glas.

Verbesserte Konvektion und Bewegung

Vertikale Zirkulation: Beim Aufsteigen der Blasensäulen erzeugt ihre im Vergleich zum geschmolzenen Glas geringe Dichte eine starke Aufwärtsströmung. Um das aufsteigende Glas wieder aufzufüllen, fließt das umgebende und untere Glas horizontal in Richtung der Blasensäule und erzeugt so eine starkevertikale ZirkulationoderKonvektionDiese erzwungene Konvektion beschleunigt die horizontale Durchmischung des geschmolzenen Glases erheblich.

Schermischen: Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den aufsteigenden Blasen und dem umgebenden geschmolzenen Glas erzeugt Scherkräfte, die die diffusive Vermischung zwischen benachbarten Glasschichten fördern.

Schnittstellenerneuerung: Die Bewegung der aufsteigenden Blasen erneuert kontinuierlich die Kontaktflächen zwischen Gläsern unterschiedlicher Zusammensetzung und verbessert so die Effizienz der Moleküldiffusion.

Störung der Schichtung und Streifenbildung

Starke Konvektion löst effektivchemische oder thermische SchichtungUndStreifendurch Dichteunterschiede, Temperaturgradienten oder ungleichmäßige Zufuhr. Diese Schichten werden zur Durchmischung in den Hauptstrom eingearbeitet.

Dies ist besonders hilfreich bei der Beseitigung„tote Zonen“am Boden des Tanks, wodurch Kristallisation oder starke Inhomogenität durch längere Stagnation reduziert werden.

Verbesserte Homogenisierungseffizienz

Im Vergleich zur natürlichen Konvektion oder zu Strömungen mit Temperaturgradienten hat die durch Blasenbildung erzeugte Zwangskonvektion einehöhere Energiedichte und größere ReichweiteDadurch wird die Zeit, die zum Erreichen eines gewünschten Homogenitätsgrads erforderlich ist, erheblich verkürzt bzw. im gleichen Zeitraum eine höhere Gleichmäßigkeit erreicht.

Mögliche negative Auswirkungen (erfordern Aufmerksamkeit)

Erosion feuerfester Materialien: Die hohe Strömungsgeschwindigkeit der aufsteigenden Blasen und die dadurch verursachte intensive Konvektion können zu stärkerer Erosion und Korrosion der feuerfesten Materialien des Wannenbodens und der Seitenwände führen und so die Lebensdauer des Ofens verkürzen. Dadurch können auch Erosionsprodukte in die Glasschmelze gelangen und neue Inhomogenitäten (Steine, Streifen) entstehen.

Störung der Strömungsmuster: Wenn die Anordnung der Blasenbildungspunkte, die Blasengröße oder die Häufigkeit schlecht ausgelegt sind, können sie die ursprüngliche, günstige Temperatur und die natürlichen Strömungsfelder innerhalb der Schmelzwanne beeinträchtigen. Dies kann zur Entstehung neuer inhomogener Bereiche oder Wirbel führen.

4. Wichtige Kontrollparameter für die Bubbling-Technologie

Sprudelnde Position: Typischerweise im hinteren Teil der Schmelzzone (um sicherzustellen, dass die Rohstoffe größtenteils geschmolzen sind) und der Läuterzone. Die Position muss so gewählt werden, dass Strömungs- und Temperaturfelder optimiert werden.

Gasauswahl: Zu den Optionen gehören Luft (kostengünstig, aber stark oxidierend), Stickstoff (inert) und Inertgase wie Argon (beste Inertheit, aber teuer). Die Wahl hängt von der Glaszusammensetzung, dem Redoxzustand und den Kosten ab.

Blasengröße: Idealerweise werden größere Blasen (mehrere Millimeter bis Zentimeter Durchmesser) erzeugt. Kleine Blasen steigen langsam auf, haben eine schwache Saugwirkung und lassen sich möglicherweise nicht so leicht ausstoßen, was zu Defekten führt. Die Blasengröße wird durch die Düsenkonstruktion und den Gasdruck gesteuert.

Blasenfrequenz: Periodisches Blasen (z. B. alle paar Minuten) ist oft effektiver als kontinuierliches Blasen. Es erzeugt starke Störungen und lässt gleichzeitig Zeit, damit Blasen austreten und sich das Glas stabilisieren kann. Die Intensität (Gasdurchflussrate und -druck) muss an die Glastiefe und Viskosität angepasst werden.

Blasenpunkt-Layout: Durch die Anordnung mehrerer Reihen in einem versetzten Muster, das die gesamte Breite des Tanks abdeckt, wird sichergestellt, dass die Konvektion alle Ecken erreicht und „tote Zonen“ vermieden werden. Der Abstand muss optimiert werden.

Gasreinheit: Verunreinigungen wie Feuchtigkeit oder andere Gase müssen vermieden werden, um neue Probleme zu verhindern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Bubbling eine entscheidende Technologie ist, bei der Gas in geschmolzenes Glas eingespritzt wird, um eine starke vertikale Zirkulation und Bewegung zu erzeugen. Dies beschleunigt nicht nur den internen Läuterungsprozess erheblich, indem kleine und große Blasen verschmelzen und ausgestoßen werden, sondern bricht auch effektiv chemisch und thermisch inhomogene Schichten auf und eliminiert Strömungstotzonen. Dadurch werden die Homogenisierungseffizienz und die Qualität des Glases erheblich verbessert. Eine strikte Kontrolle wichtiger Parameter wie Gasauswahl, -position, -frequenz und -größe ist jedoch unerlässlich, um die Entstehung neuer Blasendefekte, eine Verschlimmerung der Feuerfestmaterialerosion oder eine Störung des ursprünglichen Strömungsfelds zu vermeiden. Trotz potenzieller Nachteile ist Bubbling daher eine Schlüsseltechnologie, die optimiert werden kann, um die Glasherstellung deutlich zu verbessern.