Glas mit Hochtemperatur-Verfahren läutern / 03.06.2014

Spezialglas energiesparend herstellen

Geschützt mit Thermoanzügen arbeiten zwei Mitarbeiter von Schott Jenaer Glas an einer Anlage zur Produktion von Floatglas. © Schott AG

Die Herstellung von Glas kostet sehr viel Energie. Sie benötigt, abhängig von der Größe und der Effizienz des Schmelzofens, etwa vier bis neun Gigajoule pro Tonne. Mit einem neuen Verfahren optimieren Forscher der Firma Schott einen Schritt der Herstellung von Spezialgläsern, das sogenannte Läutern der Schmelze.

 

Der Einsatz eines ungekühlten Tiegels spart einerseits rund 40 Prozent der Energie. Andererseits stellen die daraus resultierenden Temperaturen von über 1.750 Grad Celsius auch extreme Anforderungen an das Material der Anlage. Die Forscher testen, ob sich ein Tiegel aus dem hochwärmefesten Metall Iridium für die Produktion von Spezialgläsern eignet und ob er langlebig genug für den Praxiseinsatz ist.


Energieeffizienter Läutern in ungekühltem Tiegel

Die Prozesse zur Herstellung von Glas erfordern sehr hohe Temperaturen. Deshalb sind sowohl der eigentliche Schmelzprozess als auch die "Klärung" der zähflüssigen heißen Glasmasse im Läutertiegel sehr energieaufwendig. Um in der Glasschmelze eingeschlossene Blasen auszutreiben, wird die Schmelze auf Temperaturen bis zu 1.600 °C aufgeheizt.

Das vom Glashersteller Schott neu entwickelte Läuterverfahren verzichtet - anders als bisherige Verfahren - auf eine Kühlung des Tiegels. Es erreicht Temperaturen von über 1.750 °C: Damit der Schmelztiegel dieser großen Hitze standhalten kann, wurde er aus dem hochtemperaturfesten Edelmetall Iridium hergestellt. Diese neue Hochtemperatur-Läuterung spart gegenüber der bisher angewandten Technologie etwa 40% der Energie ein. Pro Jahr und Schmelz-Aggregat mit 50 t/d Durchsatz entspricht das etwa 5.000 MWh elektrische Energie. Diese Einsparungen wurden auf Basis der Technikumsversuche sowie aktueller Produktionsdaten errechnet.

Mit hoher Temperatur Energie sparen

Die Forscher konzentrierten sich auf die wirtschaftlich bedeutenden Borosilicat-Gläser, die oberhalb einer kritischen Temperatur, bei der Glasbestandteile zu verdampfen beginnen, geläutert werden müssen. Die neue Hochtemperaturläuterung liefert bei hochschmelzenden Spezialgläsern neben der erwarteten Energieeinsparung die angestrebte gute Blasenqualität, also ein möglichst blasenfreies Glas.

Damit die erforderliche Läuterwirkung erreicht wird, darf die Eingangsblasenzahl nicht zu hoch werden; optimal sind nach bisherigen Erfahrungen 100 bis 1.000 Blasen pro Kilogramm, was durch die üblichen Einschmelzaggregate in der Regel erreicht wird.

Noch ist die Auswahl der mit dem neuen Verfahren läuterbaren Glasarten eingeschränkt. Es eignet sich zur Läuterung von Alumosilicat-Gläsern. Bei einigen hochschmelzende Gläsern, insbesondere Borosilicat-Gläsern, liegt die Schwierigkeit darin, dass eine Hochtemperaturläuterung ohne toxische Läutermittel erst bei Temperaturen einsetzt, bei denen einzelne ihrer Glaskomponenten bereits zu verdampfen beginnen. Durch diese Verdampfungsvorgänge setzt eine massive Blasenbildung ein. Diese großen Dampfblasen erreichen bis zu einem Viertel des Tiegeldurchmessers. Sie stören die thermische Konvektion / Strömung im Läuteraggregat so stark, dass ein stabiler Prozess nicht aufrechterhalten werden kann.
Zur Vorbereitung einer optimalen Anlagen- und Tiegelkonzeption ermittelten die Forscher zunächst in Laborversuchen, unter welchen Bedingungen die Verdampfung einsetzt, abhängig von Temperatur und Zusammensetzung der Schmelze. Außerdem stellten sie in einer (mathematischen) Simulation die Strömungsverhältnisse in einem Läutertiegel temperatur- und geometrieabhängig dar.

Mehr zum Projekt

Innovative Technologie zum energieeffizienten Glasschmelzen von Borosilicatglas (ITeG)

Abschlussbericht ist erhältlich als externer Download von der TIB Hannover.

Projektleitung:

SCHOTT AG - Research and Technology Development, Mainz, Dr. Norbert Greulich

Laufzeit:

2009 – 2012

Förderkennzeichen:

0327868A

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.