новини

Барботирането, критична и широко използвана техника при принудителна хомогенизация, оказва значително и комплексно влияние върху процесите на бистрене и хомогенизиране на разтопено стъкло. Ето подробен анализ.

1. Принцип на технологията за мехурчета

Барботирането включва инсталиране на множество редове барботиращи устройства (дюзи) в долната част на топилната пещ (обикновено в последната част на зоната на топене или зоната за бистрене). Специфичен газ, обикновено сгъстен въздух, азот или инертен газ, се инжектира в разтопеното стъкло с висока температура периодично или непрекъснато. Газът се разширява и се издига през разтопеното стъкло, създавайки колони от издигащи се мехурчета.

2. Въздействие на мехурчетата върху процеса на бистрене (предимно положително)

Барботирането помага главно за отстраняването на газовите мехурчета, като по този начин избистря стъклото.

Насърчаване на премахването на мехурчета

Ефект на засмукванеВ следствие на големите, издигащи се мехурчета се образува зона с ниско налягане, създавайки „ефект на изпомпване“. Това ефективно извлича, събира и слива малки микромехурчета от заобикалящото разтопено стъкло, като ги изтласква на повърхността за изхвърляне.

Намалена разтворимост на газИнжектираният газ, особено инертният газ, може да разреди разтворените газове в разтопеното стъкло (напр. SO₂, O₂, CO₂), намалявайки парциалното им налягане. Това улеснява разтварянето на разтворените газове в издигащите се мехурчета.

Намалено локално пренасищанеИздигащите се мехурчета осигуряват готов газо-течен интерфейс, което улеснява разтварянето и дифузията на пренаситени разтворени газове в мехурчетата.

Съкратен път на фино почистванеИздигащите се колони от мехурчета действат като „бързи пътища“, ускорявайки миграцията на разтворени газове и микромехурчета към повърхността.

Разрушаване на слоя пянаБлизо до повърхността, издигащите се мехурчета помагат за разрушаването на плътния слой пяна, който може да възпрепятства изхвърлянето на газ.

Потенциални отрицателни ефекти (изискват контрол)

Въвеждане на нови мехурчетаАко параметрите на образуване на мехурчета (налягане на газа, честота и чистота) са неправилно контролирани или ако дюзите са запушени, процесът може да доведе до появата на нежелани нови, малки мехурчета. Ако тези мехурчета не могат да бъдат отстранени или разтворени при последващото пречистване, те се превръщат в дефекти.

Неправилен избор на газАко инжектираният газ реагира неблагоприятно със стопеното стъкло или разтворените газове, той може да произведе по-трудни за отстраняване газове или съединения, което възпрепятства процеса на бистрене.

3. Влияние на мехурчетата върху процеса на хомогенизиране (предимно положително)

Барботирането значително подобрява смесването и хомогенизирането наразтопено стъкло.

Подобрена конвекция и разбъркване

Вертикална циркулацияС издигането на мехурчетата, ниската им плътност в сравнение с разтопеното стъкло създава силен възходящ поток. За да се попълни издигащото се стъкло, околното и долното стъкло тече хоризонтално към мехурчетата, създавайки мощен поток.вертикална циркулацияиликонвекцияТази принудителна конвекция значително ускорява хоризонталното смесване на разтопеното стъкло.

Смесване на срязванеРазликата в скоростта между издигащите се мехурчета и заобикалящото ги разтопено стъкло генерира сили на срязване, които насърчават дифузионното смесване между съседни слоеве стъкло.

Подновяване на интерфейсаВзбъркването от издигащите се мехурчета непрекъснато освежава контактните повърхности между стъкла с различен състав, подобрявайки ефективността на молекулярната дифузия.

Нарушаване на стратификацията и ивиците

Силната конвекция ефективно разрушавахимическа или термична стратификацияинабраздяванияпричинени от разлики в плътността, температурни градиенти или неравномерно подаване. Той включва тези слоеве в основния поток за смесване.

Това е особено полезно за елиминиране„мъртви зони“на дъното на резервоара, намалявайки кристализацията или силната нееднородност, причинена от продължителен застой.

Подобрена ефективност на хомогенизацията

В сравнение с естествената конвекция или температурно-градиентните потоци, принудителната конвекция, генерирана от мехурчета, имапо-висока енергийна плътност и по-широк обхватТова значително съкращава времето, необходимо за постигане на желаното ниво на хомогенност, или постига по-висока еднородност в рамките на същия период от време.

Потенциални отрицателни ефекти (изискват внимание)

Ерозия на огнеупорни материалиВисокоскоростният поток от издигащи се мехурчета и интензивната конвекция, която те предизвикват, могат да причинят по-силна ерозия и корозия на дъното на резервоара и огнеупорните материали на страничните стени, съкращавайки живота на пещта. Това може също да доведе до навлизане на продукти от ерозията в разтопеното стъкло, създавайки нови източници на нееднородност (камъни, набраздявания).

Нарушаване на моделите на потокаАко разположението на точката на кипене, размерът на мехурчетата или честотата им са лошо проектирани, те могат да попречат на оригиналните, полезни температурни и естествени полета на потока в топилния резервоар. Това може да създаде нови нееднородни области или вихри.

4. Ключови контролни параметри за технологията на мехурчета

Позиция на бълбуканеОбикновено в последната част на зоната на топене (за да се гарантира, че суровините са предимно разтопени) и зоната за бистрене. Позицията трябва да бъде избрана така, че да се оптимизират полетата на потока и температурата.

Избор на газОпциите включват въздух (евтин, но със силни окислителни свойства), азот (инертен) и инертни газове като аргон (най-инертен, но скъп). Изборът зависи от състава на стъклото, редокс състоянието и цената.

Размер на балонаИдеалният вариант е да се произвеждат по-големи мехурчета (от няколко милиметра до сантиметри в диаметър). Малките мехурчета се издигат бавно, имат слаб засмукващ ефект и може да не се изхвърлят лесно, превръщайки се в дефекти. Размерът на мехурчетата се контролира от дизайна на дюзата и налягането на газа.

Честота на бълбуканеПериодичното барботиране (напр. веднъж на всеки няколко минути) често е по-ефективно от непрекъснатото барботиране. То създава силни смущения, като същевременно дава време за изхвърляне на мехурчетата и стабилизиране на стъклото. Интензитетът (дебит на газа и налягане) трябва да бъде съобразен с дълбочината и вискозитета на стъклото.

Оформление на точката на мехурчетаПодреждането на множество редове в шахматен модел, който покрива цялата ширина на резервоара, гарантира, че конвекцията достига до всички ъгли, предотвратявайки „мъртви зони“. Разстоянието трябва да бъде оптимизирано.

Чистота на газаПримеси като влага или други газове трябва да се избягват, за да се предотвратят нови проблеми.

В заключение, барботирането е ключова технология, която инжектира газ в разтопеното стъкло, за да създаде силна вертикална циркулация и разбъркване. Това не само значително ускорява процеса на вътрешно бистрене, помагайки на малките и големите мехурчета да се слеят и да бъдат изхвърлени, но също така ефективно разрушава химическите и термично нееднородни слоеве и елиминира мъртвите зони на потока. Следователно, значително подобрява ефективността на хомогенизацията и качеството на стъклото. Въпреки това, стриктният контрол върху ключови параметри като избор на газ, позиция, честота и размер на мехурчетата е от съществено значение, за да се избегне появата на нови дефекти в мехурчетата, влошаване на ерозията на огнеупорите или нарушаване на оригиналното поле на потока. Следователно, макар и да има потенциални недостатъци, барботирането е ключова технология, която може да бъде оптимизирана за значително подобряване на производството на стъкло.