Hauptkategorie: Industrien

Simulation des Floatens von Flachglas

Die Simulation des Floatens von Flachglas kann hervorragend mit unserer CFD Software NOGRID points durchgeführt werden. Diese Simulationssoftware hilft durch Optimierung des Float-Prozesses, Produkte von hoher Qualität und ohne Defekte herzustellen.

 

Produktion von Floatglas

Floatglas wird durch das Floaten eines kontinuierlichen Glasbandes von geschmolzenem Glas (Glasschmelze) auf ein Bad von geschmolzenem Zinn hergestellt. Das geschmolzene (leichtere) Glas breitet sich auf der Zinnoberfläche gleichmäßig aus und es entsteht ein gleichmäßiges Glasband von hoher Qualität. Anschließend wird das Glas verspannungsfrei heruntergekühlt. Das Glas hat weder Wellen noch irgendeine Deformation und ist heute die Standardmethode für die (Flach)glasproduktion. Über 90% der weltweit produzierten Menge an Flachglas ist Floatglas. Der Floatglas-Prozess wurde von Sir Alastair Pilkington entwickelt und 1959 von Pilkington patentiert. Der Entwicklungsprozess ist in Sir Alastair Pilkingtons "Review Lecture to the Royal Society of London in 1969" (Pilkington, L. A. B. Proc. Roy. Soc. London 1969, A314, 1 - 25)  genau beschrieben.

Darstellung Float-Prozess

Abb. 1: Float-Prozess

Wenn geschmolzenes Glas auf ein Bad von geschmolzenem Zinn gegossen wird, breitet sich das Glas in der gleichen Art und Weise aus, wie sich Öl auf einem Wasserbad ausbreiten würde. Schwerkraft und Oberflächenspannung sorgen dafür, dass die oberen und unteren Flächen des Glases nahezu flach und parallel sind. Das geschmolzene Glas breitet sich nicht unendlich über die Oberfläche des geschmolzenen Zinns aus. Trotz des Einflusses der Schwerkraft wird es durch die Effekte der Oberflächenspannung zwischen Glas, Zinn und Atmosphäre zurückgehalten. Das daraus resultierende Gleichgewicht zwischen der Schwerkraft und der Oberflächenspannung definiert die Gleichgewichts-Dicke des geschmolzenen Glases (T).

 

Simulation der freien Oberflächenströmung in der Spout-Lip-Area

Das Glas kommt aus dem Ofen und fließt über einen Damm ("Spout-Lip"), von wo aus der kontinuierliche Strom geschmolzenen Glases auf das Bad aus geschmolzenem Zinn fließt. Der Glasstrom wird durch Abzugsförderer am Ende des Floatbereiches, die das Glas in den Glühbereich transportieren, entlang der Oberseite des geschmolzenen Zinns gezogen. Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse der komplexen freien Oberflächenströmung des Glases, das auf ein Zinnbad gegossen wird, berechnet mit NOGRID points. Die Strömung des Zinns selbst wird hier vernachlässigt, aber wir haben die Auftriebskraft zwischen Glas und Zinn berücksichtigt. Als Ergebnis lässt sich festhalten, dass das Glas dazu in der Lage ist, unter die Zinnoberfläche einzutauchen. Speziell in der Nähe der "Spout-Lip" taucht das Glas tiefer in das Zinnbad ein.

Simulation Floaten von Flachglas - komplexe freien Oberflächenströmung in der Spout-Lip-Area

Abb. 2: Simulation des Floatens von Flachglas mit NOGRID points: Ergebnisse der komplexen freien Oberflächenströmung in der Spout-Lip-Area

Am Anfang des Float-Bereiches breitet sich das geschmolzene Glas mit einer flachen oberen und unteren Fläche und nach außen aus. Die Glasdicke nimmt ab und bewegt sich in Richtung Gleichgewichtsdicke (T). Die Dicke kann dann weiterhin durch den Dehnungseffekt der Förderwalzen kontrolliert werden, da das Glas abkühlt, bis es eine bestimmte Temperatur erreicht hat, wenn es den Floatbereich verlässt und den Kühlofen erreicht. Während die Gleichgewichtsdicke etwa 7 mm beträgt, wurde das Verfahren entwickelt, um eine Kontrolle der Dicke zwischen 0,4 mm und 25 mm zu ermöglichen. Für dünne Teile kann die Geschwindigkeit der Förderbänder erhöht werden, um dünneres Glas herzustellen. Dadurch verringert sich auch die Breite der Glasplatte. Um inakzeptable Breiten der Glasplatten zu verhindern, werden Kantenrollen benutzt. Sie greifen den äußeren Rand des Glases und reduzieren nicht nur die Verringerung der Breite, sondern tragen dazu bei, die Dicke weiter zu verringern.
Für dicke Glasplatten wird das Ausbreiten des geschmolzenen Glases durch längslaufende Führungsteile beschränkt. Die Glastemperatur ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung, bis das Band die Führungsteile verlassen kann, ohne dass sich die Abmessungen ändern.


Optimierung des Floatglasprozesses durch Simulation

Numerische Simulation kann helfen, die Herausforderungen der Floatglasproduktion zu bewältigen, z. B. die Kontrolle der Dicke der produzierten Glasscheiben. NOGRID points bietet hervorragende Simulationslösungen für Floatglasunternehmen und hilft bei der Optimierung ihrer Floating-Prozesse.