новини

Барботування, критично важливий та широко використовуваний метод примусової гомогенізації, суттєво та комплексно впливає на процеси рафінування та гомогенізації розплавленого скла. Ось детальний аналіз.

1. Принцип технології барботування

Барботування передбачає встановлення кількох рядів барботерів (форсунок) на дні плавильної печі (зазвичай у другій частині зони плавлення або зони очищення). Спеціальний газ, зазвичай стиснене повітря, азот або інертний газ, періодично або безперервно впорскується у високотемпературний розплавлений скло. Газ розширюється та піднімається крізь розплавлене скло, створюючи стовпи бульбашок, що піднімаються.

2. Вплив барботування на процес освітлення (переважно позитивний)

Барботування головним чином допомагає видалити бульбашки газу, тим самим освітлюючи скло.

Сприяння видаленню бульбашок

Ефект всмоктуванняЗона низького тиску утворюється після великих бульбашок, що піднімаються, створюючи «ефект накачування». Це ефективно втягує, збирає та об'єднує крихітні мікробульбашки з навколишнього розплавленого скла, виносячи їх на поверхню для виштовхування.

Знижена розчинність газуВведений газ, особливо інертний газ, може розбавляти розчинені гази в розплавленому склі (наприклад, SO₂, O₂, CO₂), знижуючи їх парціальний тиск. Це сприяє розчиненню розчинених газів у бульбашках, що піднімаються.

Зменшене локальне перенасиченняБульбашки, що піднімаються, забезпечують готовий газо-рідинний інтерфейс, що полегшує розчинення та дифузію перенасичених розчинених газів у бульбашки.

Скорочений шлях очищенняПіднімаються стовпи бульбашок, що діють як «швидкісні доріжки», прискорюючи міграцію розчинених газів і мікробульбашок до поверхні.

Порушення шару піниБіля поверхні бульбашки, що піднімаються, допомагають розбити щільний шар піни, який може перешкоджати виходу газу.

Потенційні негативні наслідки (вимагають контролю)

Введення нових бульбашокЯкщо параметри барботування (тиск газу, частота та чистота) контролюються неправильно або якщо форсунки заблоковані, в процесі можуть утворюватися небажані нові, дрібні бульбашки. Якщо ці бульбашки не можна видалити або розчинити під час подальшого очищення, вони стають дефектами.

Неправильний вибір газуЯкщо введений газ несприятливо реагує з розплавленим склом або розчиненими газами, це може призвести до утворення газів або сполук, які важко видалити, що перешкоджатиме процесу очищення.

3. Вплив барботування на процес гомогенізації (переважно позитивний)

Барботування значно покращує перемішування та гомогенізаціюрозплавлене скло.

Покращена конвекція та перемішування

Вертикальна циркуляціяКоли стовпи бульбашок піднімаються, їхня низька щільність порівняно з розплавленим склом створює сильний висхідний потік. Щоб поповнити скло, що піднімається, навколишнє та нижнє скло тече горизонтально до стовпа бульбашок, створюючи потужнийвертикальна циркуляціяабоконвекціяЦя вимушена конвекція значно прискорює горизонтальне перемішування розплавленого скла.

Змішування зсувомРізниця швидкостей між бульбашками, що піднімаються, та навколишнім розплавленим склом створює сили зсуву, що сприяють дифузійному перемішуванню між сусідніми шарами скла.

Оновлення інтерфейсуЗмішування від піднімаючихся бульбашок безперервно оновлює контактні поверхні між склом різного складу, підвищуючи ефективність молекулярної дифузії.

Порушення стратифікації та смуг

Сильна конвекція ефективно розпадаєтьсяхімічна або термічна стратифікаціяісмугиспричинені різницею щільності, градієнтами температури або нерівномірним подаванням. Він включає ці шари в основний потік для змішування.

Це особливо корисно для усунення«мертві зони»на дні резервуара, зменшуючи кристалізацію або сильну неоднорідність, спричинену тривалим застоєм.

Підвищена ефективність гомогенізації

Порівняно з природною конвекцією або потоками з градієнтом температури, вимушена конвекція, що виникає внаслідок бульбашок, маєвища щільність енергії та ширший охопленняЦе значно скорочує час, необхідний для досягнення бажаного рівня однорідності, або досягає вищої однорідності за ті ж самі терміни.

Потенційні негативні наслідки (вимагають уваги)

Ерозія вогнетривких матеріалівВисокошвидкісний потік бульбашок, що піднімаються, та інтенсивна конвекція, яку вони викликають, можуть спричинити сильнішу ерозію та корозію вогнетривких матеріалів дна резервуара та бічних стінок, скорочуючи термін служби печі. Це також може призвести до потрапляння продуктів ерозії в розплавлене скло, створюючи нові джерела неоднорідності (каміння, смуги).

Порушення потоківЯкщо розташування точок кипіння, розмір бульбашок або частота розроблені погано, вони можуть перешкоджати початковим, корисним температурним та природним полям потоку в плавильному резервуарі. Це може створювати нові неоднорідні області або вихори.

4. Ключові параметри керування для технології барботажу

Позиція бульбашокЗазвичай, у другій частині зони плавлення (забезпечення того, що сировина здебільшого розплавлена) та зоні очищення. Розташування необхідно вибирати для оптимізації полів потоку та температури.

Вибір газуВаріанти включають повітря (недорога, але має сильні окислювальні властивості), азот (інертний) та інертні гази, такі як аргон (найкраща інертність, але дорогий). Вибір залежить від складу скла, окисно-відновного стану та вартості.

Розмір бульбашкиВ ідеалі потрібно створювати більші бульбашки (від кількох міліметрів до сантиметрів у діаметрі). Дрібні бульбашки піднімаються повільно, мають слабкий всмоктувальний ефект і можуть бути нелегко виштовхнуті, що призводить до дефектів. Розмір бульбашок контролюється конструкцією сопла та тиском газу.

Частота бульбашокПеріодичне барботування (наприклад, раз на кілька хвилин) часто ефективніше, ніж безперервне барботування. Воно створює сильні збурення, водночас даючи час для виштовхування бульбашок та стабілізації скла. Інтенсивність (швидкість потоку газу та тиск) повинна відповідати глибині та в'язкості скла.

Макет точки бульбашокРозташування кількох рядів у шаховому порядку, що покриває всю ширину резервуара, забезпечує, що конвекція досягає всіх кутів, запобігаючи «мертвим зонам». Інтервал між ними необхідно оптимізувати.

Чистота газу: Щоб запобігти виникненню нових проблем, слід уникати домішок, таких як волога або інші гази.

На завершення, барботування є ключовою технологією, яка впорскує газ у розплавлене скло для створення сильної вертикальної циркуляції та перемішування. Це не тільки значно прискорює процес внутрішнього очищення, допомагаючи малим і великим бульбашкам зливатися та виштовхуватися, але й ефективно розбиває хімічно та термічно неоднорідні шари та усуває мертві зони потоку. Як наслідок, це значно покращує ефективність гомогенізації та якість скла. Однак суворий контроль над ключовими параметрами, такими як вибір газу, положення, частота та розмір бульбашок, є важливим, щоб уникнути появи нових дефектів бульбашок, погіршення ерозії вогнетривів або порушення початкового поля потоку. Тому, хоча воно має потенційні недоліки, барботування є ключовою технологією, яку можна оптимізувати для значного покращення виробництва скла.