Glasschmelzwanne

Die Glasschmelzwanne (Wanne) wird zum Herstellen der Glasschmelze bei der Herstellung von Glas benötigt.

Wannenofen von Siemens – historisch 1878 (Längsschnitt)

Die Glasrohstoffe werden chargenweise oder kontinuierlich der Glasschmelzwanne zugeführt. Die Bestandteile (das Gemenge) werden dabei zu einer flüssigen Glasschmelze aufgeschmolzen. Das Gemenge enthält neben den Grundkomponenten auch Scherben aus Recycling-Glas zur Energieeinsparung (je 10 % Scherben ca. 2 % Energieeinsparung). Der Scherbenanteil kann je nach Anforderung der gewünschten Glasfarbe bis zu ca. 85 % – 90 % (Grünglas) betragen. Beim Wechsel der Glasfarbe (Umfärben) dauert der gesamte Vorgang in großen Glasschmelzwannen oft mehrere Tage. Für einen wirtschaftlichen Betrieb werden die Glasschmelzwannen bei sogenanntem Massenglas (Hohlglas, Flachglas) rund um die Uhr das ganze Jahr hindurch betrieben. Von einer bis max. zwei kleineren geplanten Zwischenreparaturen, bei denen die Wanne außer Betrieb genommen wird, abgesehen, kann eine sogenannte Ofenreise (Kampagne) bis zur Generalreparatur (Neuaufbau) bis zu 16 Jahre und mehr betragen (je nach Produktgruppe).

Abhängig vom Verwendungszweck gibt es verschiedene Bauformen von Glasschmelzwannen.[1]

Das Fassungsvermögen kann von ca. einer Tonne bis über 2000 Tonnen und der tägliche Durchsatz kann von einigen Kilogramm bis über 1000 Tonnen betragen. Die Betriebstemperatur im Inneren der Wanne, beträgt oberhalb des sogenannten Glasbades ca. 1500 °C. Diese Temperatur wird maßgeblich bestimmt von der benötigten Menge des erschmolzenen Glases, also der Tagesproduktion sowie den Energieverlusten und der Glasbadtiefe und durch die Zusammensetzung des Gemenges.

TageswannenBearbeiten

Diese historische Bauart von Glasschmelzwannen produziert chargenweise (diskontinuierlich); damit werden Gläser geschmolzen, die nur in geringen Mengen benötigt werden. Die Schmelzfläche von Tageswannen liegt bei maximal 10 m2, die Schmelzleistung zwischen 0,4 und 0,8 t/m2 Schmelzfläche.
Der Hafenofen ist eine Bauart hiervon. Der Ofen besteht aus einem feuerfest gemauerten Bassin von 40 bis 60 cm Tiefe (Unterofen), das mit einem Gewölbe von 70 bis 80 cm Durchmesser übermauert ist (Oberofen).

Heute finden sich Tageswannen noch in einigen Mundglashütten und kunsthandwerklichen Ateliers sowie bei einigen Spezialglaswannen, in denen kleine Mengen hochqualitativen Glases erschmolzen werden, z. B. bei einigen optischen Gläsern. Diese Tageswannen werden nicht unbedingt am Ende eines Tages abgeschaltet, da das feuerfeste Material typischerweise große Temperaturwechsel nicht erträgt und dies zu verstärkter Korrosion (Verbrauch) desselben führt. Die Tageswanne wird dann lediglich über Nacht in der Temperatur deutlich abgesenkt. Sie kann aber durchaus für eine längere Periode, ähnlich wie die kontinuierliche Glasschmelzwanne, außer Betrieb genommen werden. Dazu müssen jedoch genau auf das feuerfeste Material angepasste, definierte Abkühl/Aufheiz-Vorschriften (Prozedur über zwei bis mehrere Tage) eingehalten werden. Ausgenommen sind kleinere Öfen (Studioöfen) in kunsthandwerklichen Ateliers. Dort ist die feuerfeste Zustellung entsprechend ausgeführt.

Kontinuierlich betriebene GlasschmelzwannenBearbeiten

Die kontinuierlich betriebenen Wannen bestehen aus zwei Teilbereichen, der Schmelzwanne und der Arbeitswanne. Getrennt sind diese durch einen Durchlass oder eine Einschnürung (Floatglas). In der Schmelzwanne wird das aufgegebene Gemenge erschmolzen und geläutert. Anschließend gelangt die Schmelze durch den Durchlass in die Arbeitswanne und von dort in die Feeder (Vorherd). Dort erfolgt die Entnahme des Glases. Bei der Hohlglasfertigung (Hohlglas) wird die darunter stehende Glasmaschine mit Glastropfen beschickt. Bei der Flachglasfertigung (Floatglas) wird das Glas an speziellen breiten Ausläufen als Glasband über ein sogenanntes Floatbad aus flüssigen Zinn (bei Flachglas ohne Struktur : z. B. Fensterglas, Autoglas) oder für Flachglas mit Struktur über eine profilierte Walze geführt.

Die Schmelzwannen sind aus feuerfesten Materialien erstellt und bestehen aus den Gruppen Tonerden (Al2O3), Silika (SiO2), Magnesia (MgO), Zirkonia (ZrO2) sowie aus Kombinationen davon zur Erzeugung der notwendigen feuerfesten keramischen Werkstoffen. Bei der Erstellungen von Glasschmelzöfen (Schmelzwanne inklusive Regenerativkammern) können für den Hohlglasbereich bis zu 2000 t und für den Flachlasbereich bis zu 9000 t feuerfestes Material aufgewendet werden.

Als Energieträger dient Erdgas, Schwer- und Leichtöl sowie Elektrizität mittels Elektroden im Glasbad. Die Beheizung mit fossilen Energieträger wird oftmals mit der elektrischen Zusatzbeheizung kombiniert. Es werden allerdings auch ausschließlich elektrisch beheizte Glasschmelzwannen verwendet. Dazu gibt es noch mit Sauerstoff und fossilem Brennstoff( vorzugsweise Gas) betriebene Glasschmelzwannen. Dort wird die atmosphärische Verbrennungsluft durch reinen Sauerstoff ersetzt. Wegen des deshalb geringeren bei der Verbrennung aufzuheizendem Volumen bzw. der geringeren Masse, wird eine Energieeinsparung und im günstigsten Fall auch Einsparung bei den Betriebskosten erreicht. Die mit Sauerstoff betrieben Glasschmelzwannen rechnen sich jedoch wegen der mit der Sauerstofferzeugung verbundenen hohen Kosten (u. a. Strompreis) bei der Produktion von sogenanntem Massenglas wie Hohlglas und Flachglas meist nicht.

Allgemein verbreitet wird zur Energieeinsparung beim Glasschmelzprozess, neben einem möglichst hohen Altglasanteil, die Verbrennungsluft in einem Regenerativ- oder in einem Rekuperatorsystem vorgeheizt.

Beim am häufigsten angewandten Regenerativ-System (Regenerator) werden die heißen Abgase (1300 °C – 1400 °C) in sogenannten Kammern durch ein Gitterwerk geleitet, welches mit feuerfesten rechteckigen Steinen oder mit spez. Formsteinen erstellt wird. Diese sogenannte Gitterung wird dabei erhitzt. Nach dieser Aufwärmperiode (Speicherung der Wärmeenergie des Abgases) wird die Richtung des Abgasstroms umgekehrt und anstelle dessen, durchströmt nun frische bzw. kalte zur Verbrennung notwendige Luft, das zuvor aufgeheizte Gitterwerk der Kammer. Die Verbrennungsluft wird dabei auf ca. 1200 °C – 1300 °C vorgewärmt. Dadurch wird eine erhebliche Energieeinsparung beim Schmelzprozess erreicht. Die Abgase wiederum treten nach der Verbrennung in die Gitterung einer anderen Kammer ein und heizen dort die nun mehr zuvor abgekühlte Gitterung wieder auf. Der Vorgang wiederholt sich dann periodisch in Intervallen von 20 bis 30 Minuten durch Umkehrung der Richtung des Luft und Abgasstroms. Die Kammern werden also wechselweise, somit diskontinuierlich, betrieben.

LiteraturBearbeiten

  • Heinz G. Pfänder: Schott-Glaslexikon. Überarbeitet und ergänzt von Hubert Schröder. mvg, München 1980, ISBN 3-478-05240-8.

EinzelnachweisBearbeiten

  1. Wolfgang Trier: Glasschmelzöfen. Konstruktion und Betriebsverhalten. Springer, Berlin u. a. 1984, ISBN 0-387-12494-2.