The role of gases in glass melting processes

摘要

Die Bildung von Gasen und Verdampfungsprodukten während der Schmelze von Glas sowie die Wechselwirkung der Ofenatmosphäre mit industriellen Glasschmelzen haben großen Einfluß auf die Emissionen von Glasöfen, auf die Glaseigenschaften und die Glasqualität. Die Entgasung oder Läuterung der Glasschmelze ist erforderlich, um ein von gasförmigen Einschlüssen freies Glas herstellen zu können. Zur Ermittlung des Verhaltens der Blasen in Glasschmelzen unter verschiedenen Prozeßbedingungen wurde ein mathematisches Simulationsmodell entwickelt und zur Optimierung des industriellen Läutervorganges angewendet. Die Bildung von Schaum auf der Oberfläche von Glasschmelzen behindert den Strahlungswärmeaustausch vom Oberofen in die Schmelze. In Laborversuchen wurden die Bedingungen für eine minimale Schaumbildung ermittelt. Dabei wurde der erhebliche Einfluß der Ofenatmosphäre auf das Schaumverhalten deutlich. Bei den meisten Glasöfen ist Verdampfung aus der Schmelze die entscheidende Ursache für Staubemissionen. Die Verdampfungsraten können durch Herabsetzung der Quellpunkttemperaturen und durch niedrigere Gasströmungsgeschwindigkeiten unmittelbar über der Schmelze erfolgreich reduziert werden. Eine der wichtigsten Aufgaben bei der Glasherstellung ist heutzutage die Reduzierung der NO_x-Emissionen brennstoffbeheizter Öfen. In verschiedenen westeuropäischen Glashütten ist mit Hilfe verbrennungstechnischer Maßnahmen, wie verzögerter Gas/Luft-Mischung und intelligenter Verbrennungsregelung, schon eine spürbare Minderung der NO_x-Bildung erzielt worden. Erhöhte Wasserdampfgehalte in der Ofenatmosphäre ergeben auch erhöhte Wassergehalte in der Glasschmelze. Wasserreiche Glasschmelzen zeigen oft eine wesentlich geringere Sulfatretention als Glas, das in trockener Atmosphäre geschmolzen wurde.%The formation of gases and vapors during glass melting and the interaction between furnace atmospheres and industrial glass melts have an important impact on the emissions of glass furnaces, the glass properties and the quality of the glass products. Degassing or fining of glass melts is necessary to obtain a glass without gaseous inclusions. A simulation model has been developed which describes the behavior of gas bubbles in glass melts, depending on the process conditions. This model can be used to optimize the fining process in industrial furnaces. Foam formation on top of glass melts blocks the radiation from the combustion chamber of glass furnaces into the melt. Laboratory tests are used to find practical ways to reduce foaming during melting of sulfate-containing glasses. These tests show the importance of the furnace atmosphere on foam behavior in glass melting tanks. Volatilization is the major source of particulate emissions in most glass furnaces. Volatilization rates from glass melts can be reduced by lowering the hot-spot temperatures and local gas velocities directly above the melt. One of the most important issues for glass makers today is the NO_x formation of fossil fuel-fired furnaces. Results from West European glass producers show the possibility to decrease the formation levels of NO_x by delayed mixing of the fuel and the oxidant and by intelligent combustion control. Increased levels of water vapor in the glass furnace atmosphere will give higher water concentrations in the glass melt. In water-rich glass melts, the sulfate retention will be often much less than in glasses molten in dry atmospheres. The water vapor effects the viscosity, radiative properties and the redox state of the melt.