Nachricht

Das Einblasen von Gas, eine wichtige und weit verbreitete Technik der forcierten Homogenisierung, beeinflusst die Läuterungs- und Homogenisierungsprozesse von geschmolzenem Glas erheblich und komplex. Im Folgenden wird eine detaillierte Analyse vorgestellt.

1. Prinzip der Blasentechnologie

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

2. Einfluss der Begasung auf den Klärungsprozess (überwiegend positiv)

Durch das Einleiten von Luftblasen werden hauptsächlich Gasblasen entfernt, wodurch das Glas geklärt wird.

Förderung der Blasenentfernung

SaugwirkungIm Gefolge der großen, aufsteigenden Blasen bildet sich eine Unterdruckzone, die einen „Pumpeffekt“ erzeugt. Dieser saugt, sammelt und verschmilzt effizient winzige Mikrobläschen aus dem umgebenden geschmolzenen Glas und transportiert sie zur Oberfläche, wo sie ausgestoßen werden.

Verringerte GaslöslichkeitDas eingeleitete Gas, insbesondere Inertgas, kann die im geschmolzenen Glas gelösten Gase (z. B. SO₂, O₂, CO₂) verdünnen und deren Partialdruck verringern. Dies erleichtert die Exsolution der gelösten Gase in die aufsteigenden Blasen.

Verringerte lokale ÜbersättigungDie aufsteigenden Blasen bilden eine fertige Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche, wodurch es übersättigten gelösten Gasen leichter fällt, sich zu entmischen und in die Blasen zu diffundieren.

Verkürzter FeinungspfadDie aufsteigenden Blasensäulen fungieren als „Schnellspuren“ und beschleunigen die Migration gelöster Gase und Mikroblasen zur Oberfläche.

Zerstörung der SchaumschichtNahe der Oberfläche helfen aufsteigende Blasen dabei, die dichte Schaumschicht aufzubrechen, die den Gasaustritt behindern kann.

Mögliche negative Auswirkungen (erfordern Kontrolle)

Einführung neuer BlasenWerden die Parameter der Begasung (Gasdruck, Frequenz und Reinheit) nicht korrekt gesteuert oder sind Düsen verstopft, können unerwünschte, kleine Bläschen entstehen. Können diese Bläschen in nachfolgenden Klärungsschritten nicht entfernt oder aufgelöst werden, gelten sie als Defekte.

Falsche GasauswahlWenn das eingespritzte Gas ungünstig mit dem geschmolzenen Glas oder gelösten Gasen reagiert, könnten dadurch schwerer zu entfernende Gase oder Verbindungen entstehen, was den Reinigungsprozess behindert.

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

Durch das Einleiten von Blasen wird die Durchmischung und Homogenisierung des Produkts deutlich verbessert.geschmolzenes Glas.

Verstärkte Konvektion und Durchmischung

Vertikale ZirkulationBeim Aufsteigen der Blasensäulen erzeugt deren geringe Dichte im Vergleich zum geschmolzenen Glas eine starke Aufwärtsströmung. Um das aufsteigende Glas zu ersetzen, fließt das umgebende und untere Glas horizontal zur Blasensäule hin und erzeugt so eine starke Strömung.vertikale ZirkulationoderKonvektionDiese erzwungene Konvektion beschleunigt die horizontale Durchmischung des geschmolzenen Glases erheblich.

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

SchnittstellenerneuerungDie durch die aufsteigenden Blasen hervorgerufene Bewegung erneuert kontinuierlich die Kontaktflächen zwischen Glas unterschiedlicher Zusammensetzung und verbessert so die Effizienz der molekularen Diffusion.

Störung der Schichtung und der Streifen

Starke Konvektion bricht effektiv aufchemische oder thermische SchichtungUndStreifenVerursacht durch Dichteunterschiede, Temperaturgradienten oder ungleichmäßige Zufuhr. Es integriert diese Schichten zur Vermischung in den Hauptstrom.

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

Verbesserte Homogenisierungseffizienz

Im Vergleich zu natürlicher Konvektion oder Strömungen aufgrund eines Temperaturgradienten weist die durch Blasenbildung erzeugte erzwungene Konvektion einehöhere Energiedichte und größere ReichweiteDadurch verkürzt sich die Zeit, die benötigt wird, um den gewünschten Homogenitätsgrad zu erreichen, erheblich oder es wird innerhalb desselben Zeitraums eine höhere Gleichmäßigkeit erzielt.

Mögliche negative Auswirkungen (Achtung erforderlich)

Erosion von feuerfestem MaterialDie hohe Strömungsgeschwindigkeit aufsteigender Blasen und die dadurch hervorgerufene intensive Konvektion können zu verstärkter Erosion und Korrosion der feuerfesten Materialien an Boden und Seitenwänden des Ofens führen und dessen Lebensdauer verkürzen. Zudem können Erosionsprodukte in die Glasschmelze gelangen und neue Inhomogenitäten (Steine, Riefen) verursachen.

Störung von StrömungsmusternSind die Anordnung der Blasenbildungspunkte, die Blasengröße oder die Blasenfrequenz ungünstig ausgelegt, können sie die ursprüngliche, vorteilhafte Temperatur und die natürlichen Strömungsverhältnisse im Schmelzbad beeinträchtigen. Dadurch können neue inhomogene Bereiche oder Wirbel entstehen.

4. Wichtige Steuerungsparameter für die Blasentechnologie

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

GasauswahlZur Auswahl stehen Luft (kostengünstig, aber stark oxidierend), Stickstoff (inert) und Edelgase wie Argon (höchste Inertheit, aber teuer). Die Wahl hängt von der Glaszusammensetzung, dem Redoxzustand und den Kosten ab.

BlasengrößeIdealerweise werden größere Blasen (mehrere Millimeter bis Zentimeter Durchmesser) erzeugt. Kleine Blasen steigen langsam auf, haben eine schwache Saugwirkung und lassen sich unter Umständen nicht leicht entfernen, wodurch sie zu Defekten werden. Die Blasengröße wird durch die Düsenkonstruktion und den Gasdruck bestimmt.

BlasenbildungsfrequenzPeriodisches Einleiten von Gasblasen (z. B. alle paar Minuten) ist oft effektiver als kontinuierliches Einleiten. Es erzeugt starke Turbulenzen und gibt den Blasen gleichzeitig Zeit, zu entweichen und das Glas zu stabilisieren. Die Intensität (Gasdurchflussrate und Druck) muss an die Glasdicke und -viskosität angepasst werden.

Sprudelpunkt-LayoutDurch die versetzte Anordnung mehrerer Reihen über die gesamte Tankbreite wird sichergestellt, dass die Konvektion alle Ecken erreicht und „tote Zonen“ vermieden werden. Der Abstand muss optimiert werden.

GasreinheitVerunreinigungen wie Feuchtigkeit oder andere Gase müssen vermieden werden, um neue Probleme zu verhindern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Einblasen von Gas in geschmolzenes Glas eine entscheidende Technologie darstellt, die eine starke vertikale Zirkulation und Bewegung erzeugt. Dies beschleunigt nicht nur den inneren Läuterungsprozess erheblich, indem es das Verschmelzen und Ausstoßen kleiner und großer Blasen fördert, sondern bricht auch effektiv chemische und thermische Inhomogenitäten auf und beseitigt Strömungs-Totzonen. Folglich verbessert es die Homogenisierungseffizienz und die Qualität des Glases deutlich. Eine strenge Kontrolle der Schlüsselparameter wie Gasauswahl, -position, -frequenz und Blasengröße ist jedoch unerlässlich, um die Entstehung neuer Blasenfehler, eine Verschlimmerung der Feuerfestauskleidungserosion oder eine Störung des ursprünglichen Strömungsfeldes zu vermeiden. Trotz potenzieller Nachteile ist das Einblasen von Gas daher eine Schlüsseltechnologie, die optimiert werden kann, um die Glasherstellung deutlich zu verbessern.