Neuigkeiten – 9 feuerfeste Werkstoffe für Glasöfen

Am Beispiel von Floatglas lassen sich die drei wichtigsten thermischen Anlagen in der Glasproduktion veranschaulichen: der Floatglasschmelzofen, das Floatglas-Zinnbad und der Glaskühlofen. Im Glasschmelzofen wird das Ausgangsmaterial zu flüssigem Glas geschmolzen, geklärt, homogenisiert und auf die für die Formgebung erforderliche Temperatur abgekühlt. Das Zinnbad ist die Schlüsselanlage für die Glasformung. Die Glasschmelze mit einer Temperatur von 1050–1100 °C fließt durch einen Kanal zur Oberfläche des Zinnbads. Dort wird sie geglättet und poliert und anschließend durch mechanisches Ziehen, Seitenführungen und Seitenziehmaschinen zu einem Glasband mit der gewünschten Breite und Dicke geformt. Sobald das Glas im weiteren Prozess auf 600 °C abgekühlt ist, verlässt es das Zinnbad. Der Kühlofen dient dazu, Restspannungen und optische Inhomogenitäten des Floatglases abzubauen und dessen innere Struktur zu stabilisieren. Das durch das Zinnbad auf etwa 600 °C erhitzte, kontinuierliche Glasband gelangt über den Übergangswalzentisch in den Glühofen. Alle drei Hauptkomponenten der thermischen Anlagen benötigen feuerfeste Materialien. Für den ordnungsgemäßen und stabilen Betrieb des Glasschmelzofens ist die Verwendung verschiedener feuerfester Materialien unerlässlich. Im Folgenden werden neun gängige Arten von feuerfesten Materialien für Glasschmelzöfen und ihre Eigenschaften beschrieben:

Silikasteine für Glasöfen:
Hauptbestandteil: Siliciumdioxid (SiO₂), der Gehalt muss über 94 % liegen. Betriebstemperatur: Die maximale Betriebstemperatur beträgt 1600–1650 °C. Eigenschaften: Gute Beständigkeit gegen saure Schlackenkorrosion, jedoch geringe Beständigkeit gegen alkalische Partikelkorrosion. Hauptsächlich verwendet für Mauerwerk von großen Bögen, Brustwänden und kleinen Öfen.

Feuerfeste Ziegel für Glasöfen:
Hauptbestandteile: Al₂O₃ und SiO₂, Al₂O₃-Gehalt: 30–45 %, SiO₂-Gehalt: 51–66 %. Betriebstemperatur: Maximale Betriebstemperatur: 1350–1500 °C. Eigenschaften: Schwach saures, feuerfestes Material mit guter Feuerfestigkeit, thermischer Stabilität und geringer Wärmeleitfähigkeit. Hauptanwendungsgebiete: Boden des Brennofenbeckens, Beckenwände im Arbeitsbereich und in den Gängen, Wände, Bögen, untere Riffelsteine und Rauchrohre im Wärmespeicherraum.

Hochtonerdesteine für Glasöfen:
Hauptbestandteile: SiO₂ und Al₂O₃, wobei der Al₂O₃-Gehalt über 46 % liegen sollte. Betriebstemperatur: Die maximale Betriebstemperatur beträgt 1500–1650 °C. Eigenschaften: Gute Korrosionsbeständigkeit, beständig gegen saure und alkalische Schlacken. Hauptanwendungsgebiete: Wärmespeicherkammern sowie feuerfestes Zubehör für Arbeitsbecken, Materialkanäle und Zuführungen.

Mullitziegel:
Hauptbestandteil von Mullitziegeln ist Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit einem Anteil von ca. 75 %. Da sie hauptsächlich aus Mullitkristallen bestehen, werden sie als Mullitziegel bezeichnet. Die Dichte liegt zwischen 2,7 und 32 g/cm³, die offene Porosität zwischen 1 % und 12 % und die maximale Betriebstemperatur zwischen 1500 und 1700 °C. Sintermullit wird hauptsächlich für das Mauerwerk von Wärmespeicherwänden verwendet. Schmelzmullit findet vorwiegend Anwendung im Mauerwerk von Beckenwänden, Sichtluken, Stützmauern usw.

Verschmolzene Zirkonkorundziegel:
Geschmolzene Zirkonkorundsteine werden auch als weiße Eisensteine bezeichnet. Sie werden üblicherweise anhand ihres Zirkongehalts in drei Qualitäten eingeteilt: 33 %, 36 % und 41 %. Die in der Glasindustrie verwendeten Zirkonkorundsteine enthalten 50–70 % Al₂O₃ und 20–40 % ZrO₂. Ihre Dichte liegt bei 3,4–4,0 g/cm³, die scheinbare Porosität bei 1–10 % und die maximale Betriebstemperatur bei etwa 1700 °C. Geschmolzene Zirkonkorundsteine mit einem Zirkongehalt von 33 % und 36 % werden für den Bau von Ofenbeckenwänden, Flammenraumwänden, kleinen Ofenwindlöchern, kleinen Ofenflachbögen, kleinen Ofenkaminen, Zungenbögen usw. verwendet. Geschmolzene Zirkonkorundsteine mit einem Zirkongehalt von 41 % werden für Beckenwandecken, Fließlöcher und andere Bereiche eingesetzt, in denen die Glasschmelze die feuerfesten Materialien besonders stark angreift und korrodiert. Dieses Material ist das am weitesten verbreitete gegossene Feuerfestmaterial in der Glasindustrie.

Geschmolzene Aluminiumoxidsteine:
Es handelt sich hauptsächlich um geschmolzene α-, β- und β-Korund-Feuerfeststeine, die vorwiegend aus 92–94 % Al₂O₃-Korundkristallphase bestehen, eine Dichte von 2,9–3,05 g/cm³, eine scheinbare Porosität von 1–10 % und eine maximale Betriebstemperatur von ca. 1700 °C aufweisen. Geschmolzenes Aluminiumoxid bietet eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Glaspermeation und führt zu nahezu keiner Kontamination der Glasschmelze. Es findet breite Anwendung in den Bereichen des Glasschmelzofens, wie z. B. in den Wänden und Böden der Arbeitsbecken, den Strömungskanälen und den Materialkanalwänden sowie in anderen Teilen, die mit der Glasschmelze in Kontakt kommen und keine Kontamination der Feuerfestauskleidung erfordern.

Quarzziegel:
Hauptbestandteil ist SiO₂, das zu über 99 % aus SiO₂ besteht. Es hat eine Dichte von 1,9–2 g/cm³, eine Feuerfestigkeit von 1650 °C, eine Einsatztemperatur von ca. 1600 °C und ist säurebeständig. Es wird unter anderem für die Herstellung von Beckenwänden aus säurebeständigem Borglas und für Thermoelement-Lochsteine in flammenbeständigen Bereichen verwendet.

Alkalische feuerfeste Materialien:
Alkalische Feuerfestmaterialien umfassen hauptsächlich Magnesiasteine, Aluminium-Magnesiasteine, Magnesia-Chromsteine und Forsteritsteine. Sie zeichnen sich durch ihre Beständigkeit gegenüber der Erosion durch alkalische Medien aus und weisen eine Feuerfestigkeit von 1900–2000 °C auf. Sie finden breite Anwendung in der oberen Wand des Regenerators von Glasschmelzöfen, im Regeneratorbogen, im Gitterkörper und in der Konstruktion kleiner Ofenteile.

Isoliersteine für Glasöfen:
Die Wärmeabgabefläche des Glasschmelzofens ist groß, der thermische Wirkungsgrad jedoch gering. Um Energie zu sparen und den Verbrauch zu senken, ist eine umfassende Isolierung mit großen Mengen an Dämmmaterial erforderlich. Insbesondere die Beckenwände, der Beckenboden, der Bogen sowie die Wände im Regenerator, im Schmelzbereich und im Arbeitsbereich müssen isoliert werden, um die Wärmeabgabe zu reduzieren. Dämmsteine zeichnen sich durch eine hohe Porosität, ein geringes Gewicht und eine Dichte von maximal 1,3 g/cm³ aus. Da Luft eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, weisen Dämmsteine mit hoher Porosität eine gute Dämmwirkung auf. Ihr Wärmeleitkoeffizient ist 2- bis 3-mal niedriger als der von herkömmlichen Feuerfestmaterialien; je höher die Porosität, desto besser die Dämmwirkung. Es gibt viele verschiedene Arten von Dämmsteinen, darunter Ton-, Silikat- und Aluminiumoxid-Dämmsteine.