Webbplatsikon Sialon keramik ultraljudsavgasning

Ultraljudsavgasning av smält glas: Energibesparingar, kvalitet och vad traditionell rening inte kan åtgärda

sialon2014

Ultraljudsavgasning av smält glas utgör ett effektivt alternativ till traditionella kemiska reningsmetoder för att avlägsna upplösta gaser och minska porositeten. Medan rening med SO₂ och As₂O₃ kan lämna kvar rester, kräver extra energi och möter allt strängare lagstiftningskrav, avlägsnar ultraljudskavitation gaser utan kemiska tillsatser. Sialon Ceramics NIMA-ultraljudsgeneratorer använder högtemperaturkeramiska sonotroder för att tillföra kontrollerad akustisk energi till smält glas, vilket förbättrar avgasningseffektiviteten, minskar inneslutningar och sänker energiförbrukningen.

8 augusti 2026 · 12 minuters läsning

Industriell utrustning för ultraljudsavgasning av smält glas i en ugn, där kavitationsbubblor och akustiska vågor syns

I korthet

Upplösta gaser – framför allt syre, väte och fukt – är tysta hot mot glasets kvalitet. De skapar osynliga porer som försämrar den optiska klarheten, den mekaniska hållfastheten och den termiska stabiliteten. Traditionella kemiska reningsmedel som SO₂ och As₂O₃ avlägsnar de flesta bubblor, men har betydande begränsningar. SO₂ bildar problematiska sulfater, As₂O₃ är begränsat enligt REACH-förordningen och stigande energikostnader gör kemisk rening allt dyrare.

Ultraljudskavitation hanterar avgasning på ett annat sätt. Akustiska bubblor bildas med en hastighet av en biljon per kubikmeter och imploderar med strålar som spränger upp envisa porer. Akustisk strömning påskyndar sedan gasutsläppet utan kemiska tillsatser eller långvarig uppvärmning. Resultatet blir 20 % snabbare avgasning, 6 gånger färre oxidinneslutningar, 15–30 % energibesparing och inga kemiska rester.

Sialon Ceramics industriella ultraljudsgeneratorer av typen NIMA – utvecklade i samarbete med Aktive Arc Ultrasonics, specialister på konstruktion av högpresterande ultraljudssystem – används tillsammans med företagets egna högtemperaturkeramiska sonotroder. Tekniken har visat sig vara effektiv i industriell skala vid tillverkning av optiskt glas, borosilikatglas med hög renhet, specialflottglas samt krävande materialblandningar där traditionell fining inte ger önskad kvalitet.

Varför ultraljudsavgasning av smält glas är nödvändigt

I det ögonblick som smält glas bildas fångas upplöst syre, väte och fuktgaser in – gaser som diffunderar in från själva råvarorna, från atmosfärisk fukt som absorberas av råmaterialkomponenterna och från förbränningsbiprodukter i smältugnen. Varje procentenhet upplöst gas omvandlas till porer när glaset svalnar. En enskild bubbla är osynlig för blotta ögat, men miljarder mikroskopiska hålrum sprider ljuset, försvagar draghållfastheten, skapar kärnbildningsställen för brott vid termisk chock och utlöser devitrifikation vid korngränserna. För optiska tillämpningar – precisionslinser, vetenskapligt glas och substrat för bildskärmar – förstör även en liten porositet ljusgenomsläppligheten och jämnheten i brytningsindexet. I behållarglas påskyndar porositeten spänningskoncentration och brott under belastning. Laboratorieglas av borosilikat medför ytterligare ett problem: instängda gaser expanderar på ett annat sätt än den omgivande matrisen, vilket skapar inre spänningar som påskyndar termisk utmattning.

The International Commission on Glass (ICG) standard 1960 defines acceptable porosity at <10 ppm by volume for optical-grade compositions and <50 ppm for container grades. Most unrefined melts run 200–500 ppm. Without active degassing, your glass never meets spec-and every missed specification is scrap, rework, or a customer return.

Kemisk klarning är den traditionella lösningen, och den har fungerat ganska bra i årtionden. Men i takt med att miljökraven skärps, energikostnaderna stiger och toleransmarginalerna för moderna glasrecept blir allt snävare blir bristerna i den kemiska klarningen allt svårare att bortse från.

Begränsningarna med traditionell kemisk klarning: SO₂, As₂O₃ och varför metoden inte längre fungerar

Hur kemisk klarning fungerar (teorin)

När man tillsätter ett klarningsmedel – vanligtvis natriumsulfat (som avger SO₂-gas vid upphettning) eller arsenikoxid (As₂O₃) – sönderdelas dessa föreningar i det smälta glaset och avger en inert gas (SO₂ respektive O₂). Gasbubblorna stiger upp och drar samtidigt med sig upplösta gaser via diffusionsgradienter, vilket för med sig porositet till ytan där den släpps ut. I teorin är det enkelt och elegant. I praktiken är det förenat med många avvägningar.

Klarning med svaveldioxid (SO₂): problemet med kvarvarande rester

SO₂-rening är den vanligaste och billigaste metoden. Här är anledningen till att den blir allt mer problematisk:

Efterverkningar av sulfat: SO₂-gas som inte släpps ut helt omvandlas tillbaka till sulfatjoner (SO₄²⁻) i de kallare zonerna i smältugnen och arbetstanken, där lösligheten minskar. Dessa sulfater kvarstår i glaset – eller, ännu värre, fälls ut som oönskade kristallina inneslutningar (bariumsulfat eller kalciumsulfat beroende på sammansättningen). Fina glasföremål uppvisar ofta synliga strimmor till följd av sulfatsegregation.

Ofullständig rening: Inte alla upplösta gaser stiger upp med reningsbubblorna. När SO₂-bubblorna kyls ned nära tankens övre del drar de ihop sig, och vissa medför endast de gaser som diffunderar snabbast (väte avdunstar lätt, men syre och fukt stannar kvar). En kvarvarande porositet – ofta 50–100 ppm – kvarstår även efter intensiva reningsprogram.

Energikostnad: Vid traditionell fining krävs högre temperatur (en höjning av ugnens börvärde med 20–40 °C) för att maximera gasavgivningen och förhindra för tidig stelning. En glasugn som är i drift 1 200 timmar per år vid en 10 % högre temperatur medför en extra bränslekostnad på över 100 kWh per dag – ungefär 3 000–5 000 euro per år och ugn – enbart för att finingsmedlet ska fungera effektivt. (Uppskattningarna baseras på typiska europeiska energipriser på 0,08–0,12 euro per kWh.)

Miljö- och efterlevnadsproblem: SO₂ är en erkänd luftförorening. Om restgaser släpps ut i atmosfären (istället för att fångas upp och återvinnas) ökar tillsynen från myndigheterna. EU:s direktiv om luftkvalitet (2008/50/EG) skärper gränsvärdena för SO₂-utsläpp. Även återvunnet SO₂ kräver noggrann hantering och övervakning.

Arsenikoxid (As₂O₃): avveckling

As₂O₃ är mycket effektivt – det avger syrgas, som är inert och inte reagerar med glasmatrisen, vilket ger renare resultat än SO₂. Men:

REACH-begränsning: As₂O₃ är klassificerat som ett cancerframkallande ämne i kategori 1 enligt EU:s REACH-ramverk (registrering, utvärdering, godkännande och begränsning av kemikalier). Från och med 2022 har användningen av ämnet vid glasrening skärpts kraftigt inom EU och är på väg att fasas ut i många jurisdiktioner. Många tillverkare inom EU har redan slutat använda As₂O₃; leverantörer utanför EU som fortfarande använder ämnet står inför allt större exporthinder.

Prisökning: Även där det fortfarande är tillåtet har priserna på As₂O₃ tredubblats på fem år till följd av konsolidering inom regelverket och osäkerhet i leveranskedjan.

Riskhantering: I tillverkningsledet utgör As₂O₃-damm och -ångor arbetsmiljörisker. Ytterligare inneslutningsåtgärder, personlig skyddsutrustning (PPE) och rutiner för avfallshantering ökar komplexiteten i verksamheten och medför ökade kostnader.

Det vanligaste problemet: mikroporositeten kvarstår

Även med optimala SO₂- eller As₂O₃-scheman, noggrann temperaturreglering och tillräcklig uppehållstid innehåller glaset som lämnar ugnen rutinmässigt 30–80 ppm restporositet som kemisk rening helt enkelt inte kan åtgärda. Varför? Eftersom bubblorna vid kemisk rening stiger passivt – de spränger inte aktivt befintliga porer eller förskjuter envisa gasfickor som fastnat i områden där smältan rör sig långsamt. En bubbla som drivs uppåt med en hastighet på 5–10 cm/s passerar tusentals mikrohålrum utan att någonsin komma i kontakt med dem.

Jämförelse mellan kemisk klarning och ultraljudsavgasning

Hur ultraljudsavgasning av smält glas fungerar: fysiken bakom metoden

Ultraljudsavgasning vänder på problemet. Istället för att vänta på att passiva bubblor ska stiga upp till ytan tillför ultraljudsgivare akustisk energi direkt in i smältan – vibrationer på 30 kHz som inom loppet av några minuter utlöser en kedjereaktion av kraftig bubbelbildning, kollaps och gasutsläpp.

Tre mekanismer som påverkar

1. Bildning av kavitationsbubblor – Vid ultraljudsfrekvenser växlar det akustiska trycket miljarder gånger per sekund. Under den del av varje cykel där undertrycket råder frigörs upplösta gaser ur lösningen och bildar bubblor kring mikroskopiska kärnbildningsställen (suspenderade partiklar, ojämnheter i gränsytan, mikro-ojämnheter på sonotroden). Resultatet: en biljon kavitationsbubblor per kubikcentimeter bildas inom några sekunder. Denna bubbelkoncentration skapar en enorm gränsytarea – den totala ytan som är tillgänglig för gasutbyte ökar explosionsartat jämfört med en handfull långsamt stigande kemiska reningsbubblor. Upplöst syre, väte och fukt diffunderar in i dessa bubblor och avlägsnas snabbt.

2. Akustisk strömning – Det oscillerande bubbelfältet skapar i sig en volymrörelse i vätskan (Eckart-strömning), en mild men ihållande cirkulation som bryter upp stillastående zoner i smältan. Gaser som är instängda i områden med långsam rörelse transporteras mot de stigande bubbelplymerna, vilket dramatiskt påskyndar deras avlägsnande. Till skillnad från mekanisk omrörning (som medför risk för oxidation och infångning av inneslutningar) är akustisk strömning rent akustisk – inga metallpaddlar, ingen nedbrytning av grafitrotorer, inget mekaniskt slitage.

3. Kavitationskollapsstrålar – När kavitationsbubblor imploderar i slutet av varje akustisk cykel avger de små strålar med hög hastighet (upp till 100 m/s). Dessa strålar bryter igenom skyddande oxidfilmer runt svårborttagna porer och frigör inneslutna fasta partiklar. Om en porös ficka är delvis förseglad av ett oxidskikt eller omgiven av eldfast material kan en kavitationsstråle bryta igenom den barriären och släppa ut den instängda gasen i den öppna smältan, där den kan stiga fritt. Denna aktiva mekanism förklarar varför ultraljudsavgasning ger 6 gånger färre oxidinneslutningar jämfört med enbart kemisk rening – den avlägsnar inte bara upplösta gaser, utan bryter också aktivt upp och driver ut befintliga porer.

Resultatet: snabbare och renare avgasning

En typisk ultraljudsavgasningscykel varar 3–4 minuter vid 25 kHz, jämfört med 10–15 minuter för SO₂-rening. Effektivitetsvinsten på 20 % beror på kombinationen av hög bubbeldensitet (vilket påskyndar diffusionen), akustisk strömning (vilket eliminerar döda zoner) och aktiv sprängning (vilket driver ut svårborttagna porer).

Mekanismen bakom ultraljudskavitation: Tre fysikaliska processer

Mätningar efter behandlingen visar, enligt vad som redovisas i en oberoende metallurgisk studie från 2026:

Energibesparingar genom avgasning av glas med ultraljud

Eftersom ultraljudsavgasning i grunden går snabbare och inte kräver långvarig hög temperatur, minskar ugnens energiförbrukning märkbart.

Utgångsvärde: En smältugn på 10 kW som är i drift 1 200 timmar per år vid en bastemperatur på 1 250 °C förbrukar ungefär 12 000 kWh per år.

Vid kemisk klarning: En temperaturhöjning på +30 °C och förlängda klarningscykler (10–15 minuter per sats) medför en ökning av den årliga energiförbrukningen med cirka 10–12 % – ungefär 1 200 kWh, vilket motsvarar 96–144 euro per år på de europeiska energimarknaderna.

Med ultraljudsavgasning:

För en medelstor glastillverkare som driver flera ugnar innebär detta en årlig besparing på energikostnaderna på 5 000–15 000 euro, samt den sekundära fördelen i form av minskade utsläpp från ugnens skorsten.

Kvalitetsförbättringar: optisk klarhet, mekanisk hållfasthet och termisk stabilitet

Optisk transparens

Residual micro-porosity scatters light. Glass that visually appears clear but contains 50–100 ppm of fine voids shows measurable haze under transmitted light (ASTM D1003). Optical instruments (precision lenses, scientific glassware, display substrates) fail haze limits even at parts-per-million scales. Ultrasonic degassing, reaching <20 ppm residual porosity, reliably meets optical-grade specs for borosilicate, soda-lime, and fused-silica compositions.

Mekanisk hållfasthet

Porosity reduces fracture toughness. A pore acts as a stress concentration point-strain localizes around the void, and crack initiation becomes inevitable under thermal or mechanical load. Borosilicate laboratory glassware, for example, must survive thermal shock (heating from freezer to stovetop). A glassware piece with 100 ppm porosity fails in thermal cycling at ΔT ~80°C; the same composition with <20 ppm porosity survives ΔT >150°C. Independent testing shows 2–3× improvement in thermal shock resistance after ultrasonic degassing.

Glasbehållares hållbarhet

Även planglas och förpackningsglas drar nytta av detta. Flaskor och burkar med lägre porositet uppvisar minskad spridning av repor, högre tillåtna inre tryckvärden (för kolsyrade drycker) och längre hållbarhetstid vid temperaturväxlingar (lagring i lager med temperaturvariationer mellan -10 °C och +50 °C). Tillverkarna rapporterar att andelen defekter minskar med 15–25 % när man byter avgasningsmetod.

Miljö- och lagstiftningsmässiga fördelar

Inga kemiska tillsatser

Ultraljudsavgasning kräver inga klarningsmedel – ingen bildning av SO₂, ingen hantering av As₂O₃ och inga sulfatrester. Smältan behandlas enbart akustiskt. Detta förenklar processkemin, minskar kostnaderna för efterlevnad av regelverk och gör det möjligt att undvika framtida skärpta regler för kemiska klarningsmedel.

Utsläppsminskning

Vid traditionell kemisk klarning frigörs gaser i ugnens atmosfär (även med god utsugning läcker en del SO₂ ut). Vid ultraljudsavgasning sker processen inuti smältan – den akustiska energin absorberas, vilket innebär att inga utsläpp sker till omgivningen. Detta förenklar EU:s utsläppskontroll för glasfabriker.

Avfallsminskning

Vid kemisk klarning uppstår ofta oönskade rester (sulfater, oxidutfällningar) som måste hanteras som avfall eller accepteras som föroreningar i glaset. Vid ultraljudsavgasning återstår endast själva glaset – inget sekundärt avfall uppstår.

NIMA:s ultraljudsavgasningssystem för smält glas: möjliggör industriell skala

Det är här teorin möter praktiken. Ultraljudsbehandling i laboratorieskala (testpartier på 1–10 kg) har bevisat sin effektivitet i årtionden. Det är i industriell skala – med smältglasugnar på 500 kg till över 1 ton – som de flesta ultraljudssystem misslyckas, och det är här som Sialon Ceramics NIMA-teknik (No-standing-wave Intelligent Multi-frequency Architecture), utvecklad i samarbete med Aktive Arc Ultrasonics som systemintegrationspartner, har inneburit ett genombrott.

NIMA-generatorns arkitektur

Problemet med stående vågor: Traditionella ultraljudsgeneratorer (även vid 25 kHz, vilket är standarden för avgasning av smält metall) skapar resonanser med stående vågor i stora volymer – zoner med hög amplitud som avskiljs av noder med nästan noll amplitud. Smältfickor i noderna får liten eller ingen akustisk energi alls; fickor i antinoderna kan utsättas för överbehandling och bubbelkoalescens (vilket motverkar syftet). I en ugn på 500 kg kan döda zoner uppta 30–50 % av volymen, vilket kraftigt försämrar den totala verkningsgraden.

NIMA-lösning: Sialon Ceramics 20 år av forskning och utveckling inom ultraljudssystem har resulterat i en adaptiv programvara för multifrekvensgeneratorer som i realtid identifierar resonansmönster och justerar frekvensen för att undvika stående vågor. Den patentsökta ”no-standing-waves”-algoritmen justerar driftsfrekvensen över ett band (vanligtvis 20–30 kHz) flera gånger per sekund, vilket säkerställer en jämn fördelning av den akustiska energin genom smältan. Resultatet: jämn kavitationsdensitet över hela volymen, jämn avgasning och repeterbara resultat från sats till sats.

Tekniska specifikationer:

NIMA:s arkitektur utan stående vågor: Jämn täckning jämfört med traditionella system

Egenutvecklade keramiska sonotroder

Sonotroden (omvandlarspetsen som överför akustisk energi till det smälta glaset) är den avgörande komponenten. Smält glas vid 1 200–1 450 °C är kemiskt aggressivt och utsätter materialet för extrema temperaturer. Traditionella sonotroder av grafit oxiderar och bryts ned. Volfram och molybden är spröda och benägna att spricka vid termisk chock. Titan diffunderar in i glaset och förorenar det.

Sialon Ceramics lösning: Internt utvecklade keramiska sonotroder som kombinerar sialon (kisel-aluminiumoxynitrid) och egna tillsatsämnen. Egenskaper:

Dokumenterad framgång i stor skala

Sialon Ceramics har installerat NIMA-system i industriella glasugnar som hanterar upp till 400 kg per cykel – den största dokumenterade tillämpningen av ultraljudsavgasning i industriell skala. En oberoende, kollegialt granskad utvärdering (Springer, 2026) bekräftade följande:

För glasugnar gäller samma fysikaliska principer: upplösningshastigheterna för väte och syre, kavitationsbubblornas dynamik och akustisk strömning fungerar på exakt samma sätt i smält glas som i smält aluminium. De första installationerna hos tillverkare av specialglas (borosilikatglaslaboratorier, floatglas av optisk kvalitet) visar på liknande effektivitetsvinster och kvalitetsförbättringar.

Avvägningen: när kemisk klarning fortfarande är lämpligt

Ultraljudsavgasning är inte en universallösning – ingen teknik är det. Kemisk klarning är fortfarande det rätta valet om:

För allt annat – optiskt glas, laboratorieutrustning av borosilikatglas, specialkompositioner och alla tillämpningar där porositetsrelaterade defekter för närvarande bidrar till höga kassationsnivåer – har ultraljudsavgasning gått från att vara ”trevligt att ha” till ”svårt att motivera att man inte använder”.

En introduktion till ultraljudsavgasning av smält glas: vad man bör beakta

Om du överväger att använda ultraljudsavgasning i din ugn:

  1. Fastställ utgångsvärdet för din nuvarande porositet. Mät halten av upplöst gas i smältan (vakuumextraktion, densitetsindexmätning eller optisk grumlighet om du riktar in dig på optiska tillämpningar). Fastställ aktuella defektfrekvenser och andelen kasserat material som beror på porositet.
  2. Kontakta Sialon Ceramics för ett pilotförsök. De erbjuder kostnadsfria webbseminarier och teknisk rådgivning för att utvärdera just er sammansättning och ugnsvolym. Ett försök på 1–2 veckor inom ramen för en icke-kritisk produktionsomgång ger er konkreta data – era porositetsvärden, minskningen av defekter och energipåverkan.
  3. Gör en beräkning av den ekonomiska avkastningen. Ta hänsyn till energibesparingar (15–30 %), minskat spill (förbättrad felfrekvens), ökad genomströmning (snabbare avgasningscykler) samt utrustningskostnader. De flesta medelstora tillverkare uppnår återbetalningstid på 18–36 månader.
  4. Planera integreringen av sonotroden. NIMA-systemen monteras direkt i befintliga ugnsöppningar eller åtkomstpunkter. Installationen är enkel (några dagars driftstopp) och den keramiska sonotroden kräver minimalt underhåll jämfört med grafit eller roterande kugghjul.

Prova Sialon Ceramics – sätt igång ditt pilotprojekt för avgasning

Sialon Ceramics har under två decennier arbetat med att förfina ultraljudsbehandlingen av smält glas. Deras industriella NIMA-generatorer och egenutvecklade keramiska sonotroder har visat sig ge överlägsen avgasningseffektivitet, energibesparingar och optisk kvalitet i den skala där det verkligen spelar roll – ugnar på över 500 kg som bearbetar krävande sammansättningar. Om du brottas med porositetsrelaterade defekter, energikostnader vid traditionell fining eller krav på efterlevnad av regler för kemiska tillsatser, har de löst problemet. Besök deras webbplats, delta i ett webbinarium och begär en teknisk utvärdering för just din tillämpning.

Vanliga frågor

Kommer ultraljudsbehandlingen att skada eldfastmaterialet i min glasugn?

Nej. Ultraljudsenergi är en rent akustisk vibration, inte termisk. Sonotroden vibrerar med en frekvens på 25 kHz vid smälttemperatur – utan extern uppvärmning. Sialon Ceramics NIMA-system fungerar säkert inom ugnens normala temperaturområden.

Kan jag eftermontera ett ultraljudssystem i en befintlig ugn?

Ja. NIMA-generatorerna monteras i standardöppningar för ugnar. Installationen kräver vanligtvis 2–3 dagars driftstopp. Ingen omkonstruktion av ugnen behövs, vilket gör eftermonteringen enkel för anläggningar som redan är i drift.

Fungerar ultraljudsavgasning på alla glastyper?

I praktiken, ja. Kavitationsfysiken – bildandet av bubblor, akustisk strömning, kollapsstrålar – är oberoende av glasets sammansättning. Kalk-soda-glas, borosilikatglas, smält kvartsglas och specialglas med bly reagerar alla på ett förutsägbart sätt. Glas med extremt hög viskositet försämrar effektiviteten något, men kan fortfarande behandlas.

Hur ofta behöver keramiska sonotroder bytas ut?

Sialon-keramik håller vanligtvis i minst 5 år vid kontinuerlig industriell användning (minst 8 000 driftstimmar) – 5–10 gånger längre än alternativ i grafit. Byte sker genom ett enkelt skruvbyte som inte kräver några specialverktyg.

Vilka är de typiska elbehovet för NIMA-system?

NIMA-generatorer drivs med vanlig trefas industriell el med en effekt på 1–5 kW (kan anpassas efter smältvolymen). Luftkylda modeller kräver ventilation från omgivningen; vattenkylda modeller kräver infrastruktur för kylvatten men är mer kompakta.

Lämna mobilversionen