Palacküveg olvadása

Az üvegolvasztás nagyon összetett folyamat. A tételes anyagok egy sor fizikai, kémiai és fizikai-kémiai változáson és reakción mennek keresztül magas hőmérsékleten. E változások és reakciók eredményeként a különféle nyersanyagok mechanikai keveréke összetett olvadékká, nevezetesen üvegfolyadékká alakul.
Az üvegolvasztási folyamat során a szakaszos anyagokban végbemenő változások és reakciók szerint az üvegolvadási folyamat öt szakaszra osztható, ezek a szilikátképzés, az üvegképzés, a derítés, a homogenizálás és a hűtés.

A közönséges palacküveg nagy része szilikátból áll, és a szilikát képződési reakciója nagyrészt szilárd állapotban megy végbe. Ebben a szakaszban a por összetétele számos fizikai és kémiai változáson megy keresztül. A porban nagy mennyiségű gáznemű anyag elpárolog. Ezután a szilícium-dioxid és más komponensek kölcsönhatásba lépnek. Ennek a szakasznak a végén a fő szilárd fázisú reakció véget ér, és a por szilikátból és szilícium-oxidból álló szinterevé válik. A legtöbb szemüveg esetében ez a szakasz alapvetően 800-900 foknál ér véget.

Folytatva a melegítést, a szilikátképző szakaszban keletkező szinter olvadni kezd, először az alacsony olvadáspontú keverék kezd olvadni, a szilikát és a maradék szilícium-dioxid pedig megolvad és szétdiffundálja egymást, és a szinter átlátszó üvegfolyadékká válik. Ezt a folyamatot üvegképződési szakasznak nevezik. Ekkor még nincs elreagálatlan köteganyag, de még mindig sok buborék és csík van az üvegben, valamint a kémiai összetétel és a tulajdonságok is egyenetlenek. A közönséges üveg hőmérséklete ebben a szakaszban 1200-1250 fok.

Az üvegképződés végén még mindig sok buborék és csík van az üvegben. Ha az üvegfolyadékot tovább melegítjük, az üvegfolyadék viszkozitása csökken. Az üvegfolyadékban lévő látható buborékok eltávolításának folyamata az üvegfolyadék derítési folyamata.
A szilikátképződés és az üvegképződés szakaszában nagy mennyiségű gáz csapódik ki a szakaszos anyagok bomlása, egyes komponensek elpárolgása, az oxidok redox reakciója, az üveg és a gázközeg, valamint a tűzálló anyagok kölcsönhatása miatt. Ezeknek a gázoknak a többsége az űrbe kerül, és a maradék gázok többsége feloldódik az üvegfolyadékban. A gáz kis része még mindig megtalálható az üvegfolyadékban buborékok formájában. Az üvegben a gáznak három fő állapota van, mégpedig látható buborékok, oldott gázok és olyan gázok, amelyek kémiai kötéseket képeznek az üvegkomponensekkel. Az utóbbi kettő láthatatlan, és nem befolyásolja az üveg megjelenési minőségét. Az üvegfolyadék derítési folyamata főként a látható buborékok eltávolításának folyamata.
A derítési folyamat során a látható buborékok eltávolítása a következő két módon történik. 1. Növelje a buborékok térfogatát, gyorsítsa fel felemelkedésüket, úszkáljon ki az üvegfelületből, törjön és eltűnjön. 2. Oldja fel a kis buborékokban lévő gázkomponenseket az üvegfolyadékban, és a buborékok felszívódnak és eltűnnek.
Az üvegfolyadék derítésének felgyorsítása érdekében bizonyos derítők adagolása mellett általában az üvegfolyadék hőmérsékletének növelésének módszerét alkalmazzák. A legtöbb pohár ezen szakasza 1400-1500 fokon fejeződik be, ami gyakran az üvegolvadás legmagasabb hőmérsékletű területe. Az üvegfolyadék viszkozitása a derítés során 1-10 Pa·s.

A homogenizálás feladata a csíkok és egyéb inhomogenitások megszüntetése az üvegfolyadékban, hogy az üvegfolyadék egyes részeinek kémiai összetétele egységes legyen. Ebben a szakaszban az üvegfolyadék hőmozgása és kölcsönös diffúziója következtében az üvegfolyadékban lévő csíkok fokozatosan eltűnnek, és az üvegfolyadék egyes részeinek kémiai összetétele fokozatosan egységessé válik. Ezt az egyenletességet gyakran az jellemzi, hogy az üvegfolyadék egyes részeinek törésmutatója azonos-e. A legtöbb pohár ezen szakasza a derítési szakasz hőmérsékleténél valamivel alacsonyabb hőmérsékleten fejeződik be.

A homogenizált üvegfolyadékot nem lehet azonnal termékké formálni, mert az üvegfolyadék hőmérséklete ekkor magas és viszkozitása kisebb, mint az öntés során, ami nem alkalmas üvegöntési műveletekre. Le kell hűteni, és az üvegfolyadék hőmérsékletét fokozatosan csökkenteni kell az üvegfolyadék viszkozitásának növelése érdekében, hogy megfeleljen az öntési igényeknek. Az üvegfolyadék hőmérséklet-csökkenés értéke az üveg összetételétől és az öntési módtól függően változik. Általában a nátron-mészüveget általában 200-300 fokra kell lehűteni. A lehűtött üvegfolyadék egyenletes hőmérsékletet igényel a formázás megkönnyítése érdekében.
A lehűlés során a megtisztított üvegfolyadéknak meg kell akadályoznia a buborékok újbóli kicsapódását. Az ebben a szakaszban megjelenő kis buborékokat másodlagos buborékoknak vagy regenerált buborékoknak nevezik. A másodlagos buborékok egyenletesen oszlanak el a lehűtött üvegfolyadékban, átmérőjük általában 0,1 mm alatti, és a számuk elérheti az ezret is üveg köbcentiméterenként. Mivel az üvegfolyadék hőmérséklete ebben a szakaszban csökkent, nagyon nehéz eltávolítani a másodlagos buborékokat. Ezért a hűtési folyamat során különösen meg kell akadályozni a másodlagos buborékok képződését.
A fenti üvegolvasztási folyamat öt szakasza különbözik egymástól, de összefüggenek egymással is. Ezek a szakaszok valójában nem szigorú sorrendben, hanem gyakran egyidejűleg következnek be.

A folyamatos üzemű tartályos kemence hosszában minden ponton eltérő a hőmérséklet, de időben állandó, így lehetséges egy stabil hőmérsékleti rendszer kialakítása. Az olvasztási folyamatrendszer helyessége nemcsak az olvadt üveg minőségét befolyásolja, hanem az olvadt üveg teljesítményét is meghatározza. A 2-10. ábra a palacküveg olvadási hőmérsékleti rendszerét mutatja egy folyamatos üzemű tartálykemencében.

Legyen szó vízszintes lángmedencés kemenceről vagy közúti lángmedencés kemenceről, hőmérsékleti rendszere hatással van az üvegfolyadék sütési fokára, az üvegfolyadék áramlására, a formázási műveletekre, az üzemanyag-fogyasztásra és a kemence korára. A palacküveg esetében a piacon lévő üvegpalackokat és -dobozokat szín szerint főként négy kategóriába sorolják: színtelen, világoskék, smaragdzöld és barna. Ha megváltozik az üveg színe vagy az üveg színének koncentrációja, az létfontosságú hatással van a hőátadási formára és a hőátadás hatékonyságára. Az olvasztási folyamat szempontjából az üveg színváltozásának a folyamat körülményeire gyakorolt ​​hatása sokkal nyilvánvalóbb és komolyabb, mint az üvegösszetétel változásának hatása. A különböző színű üvegek hőmérséklet-eloszlásában nagy különbség van a kemencében.

A 2-24. táblázatból látható, hogy azonos olvadási hőmérséklet mellett nyilvánvaló különbségek vannak a különböző színű poharak folyadékfelszíni és medencefenék-hőmérsékletében. Az üvegolvasztó kemencében a hőátadás három formája létezik: sugárzás, konvekció és vezetés. A különböző színű üvegek esetében minél erősebb a sugárzási fény elnyelő képessége, vagyis minél erősebb a magas hőmérsékletű sugárzási hő elnyelése, annál több hőt vesz fel az üvegfelület, és annál kevesebb hő kerül át az üvegtesten a sugárzás formája. A folyadék felületi hőmérséklete szempontjából a barna üveg rendelkezik a legerősebb hőelnyelő képességgel és a legmagasabb folyadékfelületi hőmérséklettel; a smaragdzöld üveg a második, a világoskék a harmadik. A medencefenék hőmérséklete szempontjából a probléma egy kicsit bonyolultabbá válik: a világoskék üveg gyengén képes elnyelni a sugárzási fényt, és az üvegtesten keresztül több hő kerül a medencefenékbe sugárzás formájában, így a medencefenék a hőmérséklet magasabb; a smaragdzöld üveg erősen elnyeli a sugárzási fényt, és kevesebb hő kerül a medencefenékre az üvegtesten keresztül sugárzás formájában, így alacsonyabb a medencefenék hőmérséklete. A barna üveg azonban erősen elnyeli a sugárzási fényt, és a medence alján a hőmérséklet sokkal magasabb, mint a smaragdzöld üvegé. Ennek oka lehet: a medencében lévő üveg több folyadékrétegre van osztva. Mivel a barna üveg fényáteresztő képessége gyenge, a folyadékrétegek közötti hőmérsékletkülönbség nagy, és a medence mélysége mentén nagy hőmérsékleti gradiensnek kell lennie. A barna üveg erős hőelnyelő képessége miatt azonban a felső üvegfolyadék hőfelvétele után a hőmérséklet megemelkedik, a térfogat kitágul, és vízszintes irányban tolóerő keletkezik a környezet felé. Ezt a tolóerőt a medence fala megváltoztatja, és átviszi az alsó folyadékrétegre, konvekciós erőt képezve. A konvektív hőátadás fokozása pótolja a sugárzási hőátadás hiányát, így a barna üvegmedence alján magasabb a hőmérséklet.
Általánosságban elmondható, hogy azonos folyamatkörülmények és hőmérsékleti rendszer mellett az azonos komponensű, de különböző színű üvegek esetében a barna üveg olvadása jobb üveg egyenletességet és nagyobb olvadási sebességet eredményezhet. Ennek oka éppen a barna üveg erős hőelnyelő képessége által okozott erős konvekció. Természetesen a buborékoló berendezés beavatkozása megváltoztatja a hőátadás körülményeit. Smaragdzöld üveg olvasztásakor, ha javítani kívánja a fenékhőmérsékletet, az üveg egyenletességét és az olvasztási hatékonyságot, a buborékoló berendezés beszerelése hatékony intézkedés. Ha ugyanabban a kemencében a folyadék különböző színeit szeretné megváltoztatni, az olvasztó rész, a munkadarab és az adagolócsatorna folyamatelemeit ennek megfelelően kell beállítani, hogy alkalmazkodjanak az üveg színének "hőátadási különbsége" okozta folyamatállapot-változásokhoz. .