Glasschmelzöfen

Frontmatter

1. Glasschmelzöfen, Übersicht

Zusammenfassung

Das Material Glas und die vielen daraus hergestellten Gegenstände spielen im täglichen Leben, in der Wirtschaft, in der Technik und in der Wissenschaft eine wichtige Rolle. Seiner Durchsichtigkeit, seiner chemischen Resistenz und seiner relativ großen Härte verdankt das Glas seine singuläre Stellung unter den anderen Materialien. Seine Besonderheiten, wie seine Sprödigkeit und sein relativ hohes Gewicht, sind beim praktischen Einsatz zu beachten.

Wolfgang Trier

2. Technische Merkmale, Bezeichnungen, Bauarten

Zusammenfassung

Die Bauformen und technischen Merkmale von Glasschmelzwannen sind sehr vielfältig. Die Mehrzahl der Öfen läßt sich jedoch in einigen wenigen Haupttypen zusammenfassen. Sie sind in Tabelle 2.1 zusammengestellt. Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind: die Art der Glasentnahme, die Abgrenzung von Schmelz- und Arbeitswanne, die Flammenrichtung und die Abwärmerückgewinnung.

Wolfgang Trier

3. Bauelemente, Dimensionierung

Zusammenfassung

Das Wannenbecken bildet das zentrale Bauteil einer Glasschmelzwanne. Seine geometrischen Abmessungen wie Grundfläche, Längen-/Breiten-Verhältnis und Badtiefe müssen sorgfältig den konstruktiven und betriebstechnischen Erfordernissen angepaßt werden. Je nach den Vorgängen, die sich glastechnologisch in der Wanne abspielen, unterscheidet man zwischen Schmelz-, Läuter- und Arbeits- oder Abstehwanne. Die einzelnen Bereiche sind je nach den Erfordernissen mehr oder weniger stark voneinander abgegrenzt. Während die Schmelz- und Läuterwanne baulich fast immer eine Einheit bildet, ist dies bei der Arbeitswanne oder Abstehwanne nicht der Fall. Diese Wannenbereiche werden bereits stark von der Art der Glasentnahme und Glasverarbeitung bestimmt.

Wolfgang Trier

4. Auswahl und Einsatz feuerfester (ff-) Baustoffe für Glasschmelzwannen

Zusammenfassung

Die primäre Aufgabe einer Glasschmelzanlage ist, Glas der geforderten Qualität in der benötigten Menge zu möglichst wirtschaftlichen Bedingungen zu liefern. Bei der Erfüllung dieser Forderungen kommt der richtigen Auswahl und dem richtigen Einsatz der feuerfesten Baustoffe entscheidende Bedeutung zu.

Wolfgang Trier

5. Betrieb von Glasschmelzwannen

Zusammenfassung

Glasschmelzwannen sind primär als verfahrenstechnische Anlagen und erst in zweiter Linie als Öfen zum Beheizen des Einsatzgutes anzusprechen. Die Anlagen müssen so gebaut und betrieben werden, daß sich die einzelnen Phasen der Glasherstellung in der richtigen zeitlichen Abfolge und damit in dem dafür vorgesehenen Bereich der Wanne abspielen.

Wolfgang Trier

6. Wannenofen, Betriebsverhalten

Zusammenfassung

Direkte Messungen der Gasströmung im Oberofen sind schwierig und aufwendig. Man findet daher in der Literatur nur Angaben über Modellmessungen und Ergebnisse über das Verweilzeitverhalten der Brenngase.

Wolfgang Trier

7. Mathematische Modelle von Glasschmelzwannen

Zusammenfassung

Die Erweiterung des Wissensstandes über das betriebliche Verhalten, die Wärmeökonomie, die Glasqualität usw. von Glasschmelzwannen ist über gezielte Beobachtungen und Versuche an laufenden Anlagen, durch physikalische Modelle und über mathemtische Modelle möglich.

Wolfgang Trier

8. Elektrowannen

Zusammenfassung

Glasschmelzöfen können indirekt über Heizelemente und direkt über den Stromdurchgang durch die Glasschmelze beheizt werden. Die indirekte Heizung hat nur bei sehr kleinen Schmelzwannen und bei Hafenöfen Eingang gefunden oder zur Beheizung von Einzelbereichen wie Arbeitswannen. Die direkte Beheizung beruht auf der ionischen Leitfähigkeit von Glasschmelzen, die stark von der chemischen Zusammensetzung des Glases, besonders seinem Alkali- und Erdalkaligehalt abhängig ist.

Wolfgang Trier

9. Tageswannen

Zusammenfassung

Die Tageswanne ist ein Ofentyp, der, was Konstruktion und Betriebsweise anbelangt, zwischen einer kontinuierlich betriebenen Glasschmelzwanne und dem periodisch arbeitenden Hafenofen steht. Die Tageswanne entstand aus dem Bedürfnis, eine kleinere Glasmenge möglichst ohne Einführung des Schichtbetriebs herstellen zu können, ohne die Nachteile des Hafenofens wie Hafenwechsel und enge Temperaturbegrenzung in Kauf nehmen zu müssen. Aus diesen Forderungen heraus entstand der eigenständige Ofentyp Tageswanne, der eine gesonderte Behandlung rechtfertigt.

Wolfgang Trier

10. Hafenöfen

Zusammenfassung

Beim Glasschmelzofen wird das Glas in besonderen Schmelzgefäßen, den Häfen erschmolzen. In einem Ofen sind meist mehrere Häfen aufgestellt. Während sich in einer Wanne an einer Stelle immer der gleiche Vorgang, z. B. Schmelzen, Läutern, Abstehen abspielt, müssen sich im Hafen die einzelnen glastechnologischen Vorgänge nacheinander in einer bestimmten Zeitfolge abspielen. Von der Schmelze her handelt es sich also um eine periodische Arbeitsweise. Der Ofen selbst kann aber kontinuierlich oder periodisch beheizt werden. Arbeitet man mit offenem Hafen, wie dies in Deutschland ausschließlich der Fall ist, dann werden Ofen und Hafen im gleichen Rhythmus betrieben. Man erhält einen periodischen Ofenbetrieb, wobei man aus organisatorischen und arbeitsrechtlichen Gründen eine Arbeitsperiode von 24 h einhält.

Wolfgang Trier

11. Verbrennung und Brennstoffe

Zusammenfassung

Unter Verbrennung versteht man in der Technik die chemische Reaktion zwischen einem Brennstoff und Sauerstoff, im allgemeinen mit dem Sauerstoff der Luft. Als Brennstoffe haben für den Glasschmelzofen nur die flüssigen und gasförmigen Brennstoffe Bedeutung, die aus Kohlenwasserstoffen H₂, CO, CH₄, C₃H₈, C_mH_n bestehen. Als brennbare Verunreinigung ist der Schwefel zu erwähnen. Alle Verbrennungsrechnungen basieren daher auf den Verbrennungsgleichungen der genannten Gase und Verbindungen. Die Ausgangsund Endverbindungen sind in Tabelle 11.1 zusammengestellt. Zur Berechnung müssen die Molmassen der in Frage kommenden Verbindungen beachtet werden. Sie sind in Tabelle 11.2 zusammengestellt.

Wolfgang Trier

12. Abwärmeverwertung

Zusammenfassung

Die hohen Betriebstemperaturen brennstoffbeheizter Glasschmelzwannen erfordern die Nutzung der Abgaswärme zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und in Ausnahmefällen auch des Brennstoffs, um den Energiebedarf möglichst gering zu halten. In der Praxis haben sich dafür Rekuperatoren und Regeneratoren bewährt. Über die konstruktive Ausbildung dieser Wärmeaustauscher ist in Abschn. 3.4 berichtet worden. In diesem Abschnitt soll die Berechnung und Auslegung dieser Wärmeaustauscher behandelt werden. An einem Beispiel ist in Bild 12.1 der Einfluß der Luftvorwärmung auf den Energieverbrauch eines Glasschmelzofens dargestellt.

Wolfgang Trier

13. Emissionen von Glasschmelzöfen

Zusammenfassung

Im folgenden soll der Begriff Emissionen auf den Staub- und Schadgasgehalt der Abgase begrenzt werden, die den Schornstein eines Glasschmelzofens verlassen. Um die Zusammenhänge richtig zu verstehen, ist es notwendig, die Vorgänge beim Schmelzen und Läutern des Glases kurz zu behandeln. Gemessen an anderen Industriezweigen und mengenmäßig betrachtet, sind die Emissionen von Glasschmelzöfen nicht sehr groß. Dies hat dazu geführt, daß man sich erst in den letzten Jahren eingehender damit beschäftigt hat. Die Vielzahl der verschiedenen Glaszusammensetzungen und die damit verbundene breite Palette der Rohstoffe kann jedoch lokal zu beachtenswerten Emissionen führen.

Wolfgang Trier

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