Glasugnskonstruktioner

Glasugnarna och den teknik med vilken man har smält glas under årtusendena tycks inte intressera värst många men ändå är det just ugnen som är själva förutsättningen.
Georgius Agricola, av Sachsisk börd, 1494-1555, publicerade under sin livstid en serie om tolv böcker om metaller och mineraler och 1556 sammanställdes dessa till en volym, De Re Metallica. Boken finns tillgänglig på Internet och är en guldgruva för den som är intresserad av äldre tiders processindustri och -teknik.

Den vanligaste uppfattningen är att glasugnarna redan under äldsta tider var kupolformade konstruktioner med flera öppningar som eldades i bottnen ungefär på det sätt som Agricola visar. Bilden till vänster visar en glassmältugn som eldas genom den nedre öppningen "A" medan deglar för smält glas står innanför uttagsöppningarna "C".

Vid Qualhat, ett handelscentrum vid inloppet till Persiska viken cirka 1100 till cirka mitten av 1400-talet, har glasframställning men även annan avancerad processteknisk tillverkning bedrivits under lång tid. Platsen är intressant därför att den ganska plötsligt övergavs i samband med en jordbävning på 1400-talet och därför finns många verkstäder kvar.

Bilden till höger, från Anna Ihrs doktorsavhandling 2015 vid Göteborgs universitet, Becoming vitrified, visar hur en kupolformad glas- och keramikugn i Qualhat eldats inte bara med drivved och torkad tång utan även med fiskrester.

I Sverige var glasugnarna ofta så kallade långugnar. Till skillnad från den runda ugnen på Agricolas illustration placerades deglarna i långugnen i två parallella rader, en längs vardera långväggen i ugnen. Den sista långugnen i Sverige släcktes 1918 (Strömberg, Teknisk Tidskrift 20 april 1935).

Ny teknik gör sitt intåg

I grunden använde man alltså samma ugnar under flera tusen år och så fortgick det i stort sett fram till mitten av 1800-talet då tre olika uppfinningar gjorde sitt intåg:

Siemens regeneratorugn, införd i Sverige från 1850-talet och framåt, innebar dels bättre kontroll över smältförloppet, dels möjlighet till stora bränslebesparingar och samtidigt en mycket snabbare nedsmältning.
En annan princip för att hushålla med värmen i ugnen är rekuperatorn och en rekuperatorugn med gasgenerator utvecklades av Axel Hermansen utifrån en idé hämtad från Frankrike. Hermansenugnarna dominerade helt vid de Småländska glasbruken från 1915 och framåt till slutet av 50-talet då olja och gasol introducerades.
Slutligen utvecklades den kontinuerliga glasugnen, vannan, i vilken man inte alls använde deglar utan råmaterial matas in i ena änden av ugnen och det smälta glaset kontinuerligt tappas av från den andra ändan. Detta var dock inte aktuellt för dåtidens små Svenska glasbruk.

Även om drivved, torkad tång och fiskrester dög bra för att nå de temperaturer som krävs för att smälta glas–och givetvis fungerar gran- och tallved minst lika bra–så innebar förvärmningen av förbränningsluft endera genom en regenerator eller genom en rekuperator att man kunde nå än högre temperaturer i ugnarna. På det viset kunde man mer än fördubbla produktionen med samma bränslemängd. Alternativt kunde man spara en hel del ved. Endera saken, vilken som helst, bidrog i hög grad till att stärka ekonomin och konkurrenskraften på den internationella glasmarknaden.

Glasugnarnas energiförbrukning

De enklaste ugnarna–som den Agricola visar på sin bild eller den från Qualhat–var inte speciellt effektiva. För att man skall få en glassmälta som duger att göra snygga glasföremål av från de tre fasta materialen sand, soda och kalk måste det först ske ett antal kemiska reaktioner. De reaktionerna startar först vid omkring 12-1300 ^oC. Sedan skall det halvt flytande glaset homogeniseras och det kräver ännu högre temperatur, omkring eller över 1400 ^oC.

Sedan låter man glaset svalna till mera behagliga 1100-1150 ^oC medan man arbetar med det.

Man kan beräkna teoretiskt hur mycket energi som skulle gå åt för att tillverka ett kilo glas på en dag och det är ungefär 1 kWh. Vid återvinning blir det cirka hälften.

Som en jämförelse kan man nämna att den ugn som visats från Qualhat antagligen krävde ungefär 60-70 gånger så mycket energi, 60-70 kWh energi per kg och dag.
De Svenska långugnarna, som alltså användes ända fram till 1918, krävde 20 gånger så mycket energi som är teoretiskt nödvändigt.
Hermansenugnen med sin rekuperativa värmeåtervinning reducerade energibehovet till ungefär 8 gånger det teoretiska behovet.
Siemensugnen, som var utrustad med regenerativ värmeåtervinning var mera effektiv med ett behov bara 5-6 gånger det teoretiska.
I liten skala – som här i Bergdala – används idag ofta elvärmda ugnar och den mängd elenergi som måste stoppas in i ugnen är ungefär 3 gånger det teoretiska behovet.
För att göra elenergin, 3 kWh för varje kg glas och dag, måste man i sin stoppa in endera ungefär 9 kWh kärnbränsle i ett kärnkraftverk, eller också måste man leta reda på ungefär 6 kWh energi i vind som blåser så kan man få ut 3 kWh el ur ett vindkraftverk eller också får man använda vattenkraft och då behöver vattnet bära med sig ungefär 3.3 kWh energi in i vattenturbinen för att det skall komma ut 3 kWh elektricitet från generatorn.
I stora elektriska glasvannor med så kallad "cold-top" teknik har man ytterligare fått ner behovet av el nästan till den teoretiska nivån, dvs det behöver bara stoppas in ungefär 1.1 kWh el i en sådan ugn för att man skall kunna producera ett kilo glas per dag. Sådana ugnar hittar man bara i de stora fönsterglasbruken eller i de stora emballageglasbruken på kontinenten. Det finns inga sådana ugnar i Sverige.

En långugn som förbrukade 10 m3 ved per dygn kunde alltså leverera mellan 150 och 200 kg glas.
I en vedeldad Hermansenugn räckte samma 10 m3 ved till att producera omkring eller till och med över 400 kg glas per dygn.
Siemensugnen med sina regeneratorer var en mera komplicerad ugn men kunde med samma mängd ved producera omkring 600 kg glas per dygn.

Nya perspektiv och framtiden

Redan för tretusen år sedan kunde man tillverka glas med hjälp av förnybara bränslen: Fiskrens, drivved och andra biobränslen. Varför skulle vi inte idag, med modern, datoriserad och automatiserad processtyrning, kunna göra samma sak? Frågan ställdes år 2005 av en forskargrupp vid det som idag är Linnéuniversitetet och ett forskningsprojekt genomfördes.
I projektet byggdes en gasoleldad smältugn vid Kosta glasbruk om för att elda förgasade träpellets. Ugnen anslöts till processtyrsystemet och drevs på förgasade träpellets under en testperiod. Men eftersom det fossila bränslet gasol var skattemässigt fördelaktigt för företaget återställdes ugnen till gasoldrift igen innan projektet avslutades. Däremot visade experimentet utom allt tvivel att det inte är några stora tekniska svårigheter att ställa om glasproduktionen från fossila bränslen till biobränslen – om man skulle vilja.

Bilden visar hur glasblock för Kjell Engman gjuts med glas från den pelleteldade ugnen.

Källor i urval:

Agricola, Gregorius: De Re Metallica, 1556, översatt till engelska 1912
Ihr, Anna: Becoming vitrified, Göteborg 2014
Strömberg, Edvard: Tekniks tidskrift (på projekt Runeberg)
Om Axel Hermansen och hans ugnar
Taylor & Hill i England har experimenterat med glasugnar från Romartiden
Björn Zethræus föredrag om glasugnar, för IFÖ industrimuseum mars 2019
Lars Hultman gjorde en presentation av en Hermansen-ugn vid samma tillfälle.

in English För andra språk erbjuder vi/ for other languages we offer Museets startsida Om oss Maskiner och föremål i vårt museum Om byggnaden Om glas som material och glasindustrin Om varma glastekniker - Om glasugnar - Om glasdeglar - Pressning, allmänt om - Pressglas i Sverige - "Plättbakning" - Om centrifugering av glas - Hur görs en termos? Om kalla glastekniker Länkar Litteraturlista Nedladdningsbart, kataloger (öppnas i nytt fönster) museibloggen vår youtube-kanal våra 3D-modeller på sketchfab museets Facebook-grupp Kontakta oss Hitta till oss Mera om Bergdala	Glasugnar Glasugnarna och den teknik med vilken man har smält glas under årtusendena tycks inte intressera värst många men ändå är det just ugnen som är själva förutsättningen. Georgius Agricola, av Sachsisk börd, 1494-1555, publicerade under sin livstid en serie om tolv böcker om metaller och mineraler och 1556 sammanställdes dessa till en volym, De Re Metallica. Boken finns tillgänglig på Internet och är en guldgruva för den som är intresserad av äldre tiders processindustri och -teknik.
		Den vanligaste uppfattningen är att glasugnarna redan under äldsta tider var kupolformade konstruktioner med flera öppningar som eldades i bottnen ungefär på det sätt som Agricola visar. Bilden till vänster visar en glassmältugn som eldas genom den nedre öppningen "A" medan deglar för smält glas står innanför uttagsöppningarna "C". Vid Qualhat, ett handelscentrum vid inloppet till Persiska viken cirka 1100 till cirka mitten av 1400-talet, har glasframställning men även annan avancerad processteknisk tillverkning bedrivits under lång tid. Platsen är intressant därför att den ganska plötsligt övergavs i samband med en jordbävning på 1400-talet och därför finns många verkstäder kvar. Bilden till höger, från Anna Ihrs doktorsavhandling 2015 vid Göteborgs universitet, Becoming vitrified, visar hur en kupolformad glas- och keramikugn i Qualhat eldats inte bara med drivved och torkad tång utan även med fiskrester.
		I Sverige var glasugnarna ofta så kallade långugnar. Till skillnad från den runda ugnen på Agricolas illustration placerades deglarna i långugnen i två parallella rader, en längs vardera långväggen i ugnen. Den sista långugnen i Sverige släcktes 1918 (Strömberg, Teknisk Tidskrift 20 april 1935).
	Ny teknik gör sitt intåg I grunden använde man alltså samma ugnar under flera tusen år och så fortgick det i stort sett fram till mitten av 1800-talet då tre olika uppfinningar gjorde sitt intåg: Siemens regeneratorugn, införd i Sverige från 1850-talet och framåt, innebar dels bättre kontroll över smältförloppet, dels möjlighet till stora bränslebesparingar och samtidigt en mycket snabbare nedsmältning. En annan princip för att hushålla med värmen i ugnen är rekuperatorn och en rekuperatorugn med gasgenerator utvecklades av Axel Hermansen utifrån en idé hämtad från Frankrike. Hermansenugnarna dominerade helt vid de Småländska glasbruken från 1915 och framåt till slutet av 50-talet då olja och gasol introducerades. Slutligen utvecklades den kontinuerliga glasugnen, vannan, i vilken man inte alls använde deglar utan råmaterial matas in i ena änden av ugnen och det smälta glaset kontinuerligt tappas av från den andra ändan. Detta var dock inte aktuellt för dåtidens små Svenska glasbruk. Även om drivved, torkad tång och fiskrester dög bra för att nå de temperaturer som krävs för att smälta glas–och givetvis fungerar gran- och tallved minst lika bra–så innebar förvärmningen av förbränningsluft endera genom en regenerator eller genom en rekuperator att man kunde nå än högre temperaturer i ugnarna. På det viset kunde man mer än fördubbla produktionen med samma bränslemängd. Alternativt kunde man spara en hel del ved. Endera saken, vilken som helst, bidrog i hög grad till att stärka ekonomin och konkurrenskraften på den internationella glasmarknaden. Glasugnarnas energiförbrukning De enklaste ugnarna–som den Agricola visar på sin bild eller den från Qualhat–var inte speciellt effektiva. För att man skall få en glassmälta som duger att göra snygga glasföremål av från de tre fasta materialen sand, soda och kalk måste det först ske ett antal kemiska reaktioner. De reaktionerna startar först vid omkring 12-1300 ^oC. Sedan skall det halvt flytande glaset homogeniseras och det kräver ännu högre temperatur, omkring eller över 1400 ^oC. Sedan låter man glaset svalna till mera behagliga 1100-1150 ^oC medan man arbetar med det. Man kan beräkna teoretiskt hur mycket energi som skulle gå åt för att tillverka ett kilo glas på en dag och det är ungefär 1 kWh. Vid återvinning blir det cirka hälften. Som en jämförelse kan man nämna att den ugn som visats från Qualhat antagligen krävde ungefär 60-70 gånger så mycket energi, 60-70 kWh energi per kg och dag. De Svenska långugnarna, som alltså användes ända fram till 1918, krävde 20 gånger så mycket energi som är teoretiskt nödvändigt. Hermansenugnen med sin rekuperativa värmeåtervinning reducerade energibehovet till ungefär 8 gånger det teoretiska behovet. Siemensugnen, som var utrustad med regenerativ värmeåtervinning var mera effektiv med ett behov bara 5-6 gånger det teoretiska. I liten skala – som här i Bergdala – används idag ofta elvärmda ugnar och den mängd elenergi som måste stoppas in i ugnen är ungefär 3 gånger det teoretiska behovet. För att göra elenergin, 3 kWh för varje kg glas och dag, måste man i sin stoppa in endera ungefär 9 kWh kärnbränsle i ett kärnkraftverk, eller också måste man leta reda på ungefär 6 kWh energi i vind som blåser så kan man få ut 3 kWh el ur ett vindkraftverk eller också får man använda vattenkraft och då behöver vattnet bära med sig ungefär 3.3 kWh energi in i vattenturbinen för att det skall komma ut 3 kWh elektricitet från generatorn. I stora elektriska glasvannor med så kallad "cold-top" teknik har man ytterligare fått ner behovet av el nästan till den teoretiska nivån, dvs det behöver bara stoppas in ungefär 1.1 kWh el i en sådan ugn för att man skall kunna producera ett kilo glas per dag. Sådana ugnar hittar man bara i de stora fönsterglasbruken eller i de stora emballageglasbruken på kontinenten. Det finns inga sådana ugnar i Sverige. En långugn som förbrukade 10 m3 ved per dygn kunde alltså leverera mellan 150 och 200 kg glas. I en vedeldad Hermansenugn räckte samma 10 m3 ved till att producera omkring eller till och med över 400 kg glas per dygn. Siemensugnen med sina regeneratorer var en mera komplicerad ugn men kunde med samma mängd ved producera omkring 600 kg glas per dygn.
	Nya perspektiv och framtiden Redan för tretusen år sedan kunde man tillverka glas med hjälp av förnybara bränslen: Fiskrens, drivved och andra biobränslen. Varför skulle vi inte idag, med modern, datoriserad och automatiserad processtyrning, kunna göra samma sak? Frågan ställdes år 2005 av en forskargrupp vid det som idag är Linnéuniversitetet och ett forskningsprojekt genomfördes. I projektet byggdes en gasoleldad smältugn vid Kosta glasbruk om för att elda förgasade träpellets. Ugnen anslöts till processtyrsystemet och drevs på förgasade träpellets under en testperiod. Men eftersom det fossila bränslet gasol var skattemässigt fördelaktigt för företaget återställdes ugnen till gasoldrift igen innan projektet avslutades. Däremot visade experimentet utom allt tvivel att det inte är några stora tekniska svårigheter att ställa om glasproduktionen från fossila bränslen till biobränslen – om man skulle vilja. Bilden visar hur glasblock för Kjell Engman gjuts med glas från den pelleteldade ugnen.
	Källor i urval: Agricola, Gregorius: De Re Metallica, 1556, översatt till engelska 1912 Ihr, Anna: Becoming vitrified, Göteborg 2014 Strömberg, Edvard: Tekniks tidskrift (på projekt Runeberg) Om Axel Hermansen och hans ugnar Taylor & Hill i England har experimenterat med glasugnar från Romartiden Björn Zethræus föredrag om glasugnar, för IFÖ industrimuseum mars 2019 Lars Hultman gjorde en presentation av en Hermansen-ugn vid samma tillfälle.