Thermal behaviour of glass batch on batch heating

Abstract

The heating process of a barium-strontium glass batch has been studied in a 40 l pot furnace, using a multiple thermocouple assembly. The effect of several batch batch parameters on the heating process has been measured, including layer thickness, cullet fraction, water content and pellets. The results have been evaluated using a heat penetration batch model. In the model two heating stages, below and above a certain batch transition temperature ϑs, typically 800 to 900 °C, are distinguished. Values for the temperature-dependent thermal diffusivity of the batch have been derived from experimental temperature distributions in the batch during heating. Below the thermal diffusivity has an almost constant value of 0.4 · 10-6 m2/s for a standard (powder) batch blanket; for ϑ > ϑs the net thermal diffusivity strongly increases with temperature, due to the formation of primary melt phases. For ϑs < ϑ < 1100 °C the average value is about 1.4 · 10-6 m2/s. A 100 % cullet layer has a 50 % higher thermal diffusivity for ϑ < ϑs; pelletizing the batch is of little influence on the virtual thermal diffusivity and (extra) wetting has a retarding effect on batch heating due to extra heat absorption. As for the furnace temperatures it appears that increasing the temperature of the glass melt is more effective for improving the batch heating rate than increasing the temperature of the combustion chamber. Practical recommendations are given for batch preparation, charging and heating in industrial glass tanks. Es wird der technische Aufwärmprozeß eines Barium-Strontium-Glasgemenges in einem 40-l-Hafenofen unter Verwendung eines mit zahlreichen Thermoelementen ausgestatteten Meßkopfes untersucht. Der Einfluß der verschiedenen Gemengeparameter, wie z. B. die Höhe der Gemengedecke, der Scherbenanteil, die Feuchte und die Pelletierung, auf die Aufwärmung des Glasgemenges wurde untersucht. Die Ergebnisse sind mit Hilfe eines Wärmeeindringmodells für das Gemenge überprüft worden. In diesem Modell wird zwischen zwei Stufen unterschieden: unterhalb einer bestimmten Gemengeumwandlungstemperatur ϑs, ungefähr bei 800 bis 900 °C, und oberhalb dieser Temperatur. Die Werte für die temperaturbedingte thermische Diffusion sind von den experimentellen Temperaturverteilungen im Gemenge während der Aufwärmung des Gemenges abgeleitet worden. Die thermische Diffusion für eine normale Gemengedecke hat unterhalb ϑs einen konstanten Wert von 0,4 · 10 -6 m2/s. Mit steigender Temperatur ϑ > ϑs nimmt die thermische Diffusion deuthch zu, verursacht durch die BUdung von primären Schmelzphasen. Der Mittelwert zwischen ϑs und 1100 °C ist ungefähr 1,4 · 10-6 m2/s. Eine reine Gemengedecke aus Scherben zeigt eine 50 % höhere thermische Diffusion unterhalb ϑs. Der Einfluß der Pelletierung auf den Wärmetransport im Gemenge ist gering, und der Einsatz von Gemengefeuchte verzögert den Aufwärmprozeß des Gemenges durch die zusätzlich erforderliche Verdampfungswärme. Aus der Betrachtung der Ofentemperaturen geht hervor, daß bei zunehmender Temperatur der Glasschmelze bzw. des Oberofens das Gemenge stärker durch die der Schmelze und weniger durch die des Oberofens aufgeheizt wird. Zum Schluß werden einige praktische Hinweise gegeben für die Gemengeaufbereitung, das Einlegen und die Feuerung von großtechnischen Schmelzöfen.