- Ultraschall-Entgasung von geschmolzenen Metallen bis zu 2300 °C und geschmolzenem Glas
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20 % Energieeinsparung im Prozess bei deutlich niedrigeren Temperaturen
Ultraschall-Entgasung von geschmolzenem Glas
Die Glasherstellung umfasst zwei Hauptprozesse: das Schmelzen und das Raffinieren. Beim Schmelzen werden die Rohstoffe zunächst vermischt und anschließend in einen Ofen gegeben, wo sie auf eine hohe Temperatur (bis zu fast 1600 °C) erhitzt werden. Die Rohstoffe reagieren chemisch und bilden das Glas. Im Anschluss daran erfolgt das Raffinieren, um die Glasschmelze von Luftblasen zu befreien. Dieser Prozess ist für die Glasindustrie von entscheidender Bedeutung. Ziel ist es, die Größe und Anzahl der Blasen in der Schmelze vor der Glasformung auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Im Vergleich zur Ultraschallentgasung von geschmolzenem Glas ist dieses Verfahren zeitaufwändig und energieintensiv.
Wir haben eine Ultraschall-Gasschmelzentgasungstechnologie entwickelt, die die Effizienz dieses Prozesses deutlich steigert, die Raffinationstemperatur senkt und bis zu 20 % der Energiekosten einspart. Im Folgenden beschreiben wir den Prozess und seine Vorteile gegenüber der herkömmlichen Glasraffination.
Das Entfernen von Gasblasen aus Glas während der Herstellung ist ein wesentlicher Bestandteil des Glasherstellungsprozesses. Dieser Prozessschritt wird als Raffination, und es wurden bereits viele alternative Methoden angewendet.
Ultraschall-Entgasung von Gläsern
Die Gasblasen entstehen beim Glasschmelzen, einem Prozess, der zahlreiche chemische Reaktionen zwischen den Rohstoffen umfasst. Einige dieser Reaktionen erzeugen große Mengen an Kohlendioxid und anderen Gasen. Typischerweise entstehen aus einem Kilogramm Rohstoffen 100 Liter Kohlendioxid .Außerdem werden Schwefeldioxid, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff und weitere Gase freigesetzt.
Der Entgasungsprozess beinhaltet die Agglomeration von Blasen. Dabei diffundieren gelöste Gase aus der Schmelze und bilden Blasen, die zur Oberfläche aufsteigen und ausgestoßen werden. Die Dauer dieses Vorgangs hängt vom Blasendurchmesser und der Viskosität der Schmelze ab, welche wiederum von der Schmelztemperatur abhängt.
Wie die Ultraschall-Entgasung funktioniert
Zur Verbesserung der Effizienz des Raffinationsprozesses wurden verschiedene Methoden eingesetzt. Diese reichen von der Zugabe von Läuterungsmitteln über die Vakuumreinigung bis hin zur Nutzung von Mikrogravitation. Besonders vielversprechend ist jedoch die Anwendung ultraschallunterstützter Glasraffination. Sie ermöglicht eine Senkung der Raffinationstemperaturen von etwa 1450 °C auf 1300 °C bei einer Gesamtenergieeinsparung von bis zu 20 %.
Wird eine Glasschmelze mit Ultraschallenergie im geeigneten Frequenzbereich behandelt, entsteht akustische Kavitation. Kavitation ist ein Prozess, bei dem durch rasche Druckänderungen kleine, mit Dampf gefüllte Bläschen entstehen, die unter hohem Druck kollabieren und so eine Stoßwelle erzeugen.
Im Schmelzbad gelöstes Gas diffundiert in die Kavitationsblasen. An den Kavitationskeimen bilden sich Gasblasen. Diese wachsen durch Diffusion aus der Schmelze in die Blase während der Ultraschallschwingungen. Die winzigen Blasen verschmelzen dann unter dem Einfluss der Bjerknes- und Bernoulli -Kräfte und steigen, sobald sie groß genug sind, zur Schmelzoberfläche auf, wobei das Gas in der Blase in die Atmosphäre entweicht. Der Prozess wird durch ultraschallinduzierte akustische Strömung und Strömung unterstützt.
Praktische Überlegungen
Unser neu entwickeltes Ultraschall- Entgasungsverfahren nutzt einen neuartigen Ultraschallgenerator und eine patentierte Keramiksonotrode, mit der sich große Mengen hochviskosen, geschmolzenen Glases bei Temperaturen von bis zu 1600 °C behandeln lassen. Die Schmelzentgasung erfolgt im Vorherd des Glasofens. Durch das Eintauchen der Sonotroden in die Schmelze werden direkt in dieser intensive akustische Schwingungen erzeugt.
Mit diesem Aufbau können wir die Größe der Gasblasen effektiv verdoppeln und den gleichen Reinheitsgrad bei deutlich reduzierten Temperaturen erreichen, wodurch die Energiekosten um bis zu 20 % gesenkt und die Umweltbelastung verringert werden.
Abschluss
Die Ultraschallentgasung von Glasschmelzen im Vorherd eines Glasofens ist eine bahnbrechende Technologie mit dem Potenzial, den CO2-Fußabdruck der energieintensiven Glasindustrie erheblich zu reduzieren.