Основные факторы процесса, влияющие на варку стекла, выходят за рамки самой стадии варки, поскольку на них влияют условия, предшествующие варке, такие как качество сырья, обработка и контроль стеклобоя, свойства топлива, огнеупорные материалы печи, давление в печи, атмосфера и выбор осветляющих веществ. Ниже представлен подробный анализ этих факторов:
Ⅰ. Подготовка сырья и контроль качества
1. Химический состав шихты
SiO₂ и тугоплавкие соединения: Содержание SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ и других тугоплавких соединений напрямую влияет на скорость плавки. Более высокое содержание приводит к повышению требуемой температуры плавки и расходу энергии.
Оксиды щелочных металлов (например, Na₂O, Li₂O): снижают температуру плавления. Li₂O, благодаря своему малому ионному радиусу и высокой электроотрицательности, особенно эффективен и может улучшить физические свойства стекла.
2. Предварительная обработка партии
Контроль влажности:
Оптимальная влажность (3%~5%): улучшает смачивание и реакцию, уменьшает пылеобразование и сегрегацию;
Избыточная влажность: приводит к ошибкам взвешивания и увеличивает время очистки.
Распределение размеров частиц:
Избыточные крупные частицы: уменьшают площадь контакта реакции, увеличивают время плавления;
Избыточное количество мелких частиц: приводит к агломерации и электростатической адсорбции, что затрудняет равномерное плавление.
3. Управление стеклобоем
Стеклобой должен быть чистым, без примесей и соответствовать размеру частиц свежего сырья, чтобы избежать попадания пузырьков или нерасплавленных остатков.
Ⅱ. Проектирование печии свойства топлива
1. Выбор огнеупорного материала
Стойкость к высокотемпературной эрозии: в области стенок бассейна, днища печи и других зон, контактирующих с жидким стеклом, следует использовать кирпичи из высокоциркониевого и электроплавленого циркониевого корунда (AZS), чтобы свести к минимуму дефекты камня, вызванные химической эрозией и истиранием.
Термическая стабильность: устойчивость к колебаниям температуры и предотвращение растрескивания огнеупора из-за термического удара.
2. Эффективность использования топлива и сгорания
Теплотворная способность топлива и атмосфера горения (окислительная/восстановительная) должны соответствовать составу стекла. Например:
Природный газ/тяжелая нефть: требуется точный контроль соотношения воздуха и топлива, чтобы избежать остатков сульфидов;
Электрическая плавка: подходит для высокоточной плавки (например,оптическое стекло), но потребляет больше энергии.
ⅢОптимизация параметров процесса плавки
1. Контроль температуры
Температура плавления (1450–1500 °C): повышение температуры на 1 °C может увеличить скорость плавления на 1%, но эрозия огнеупора увеличивается вдвое. Необходим баланс между эффективностью и сроком службы оборудования.
Распределение температуры: Контроль градиента в различных зонах печи (плавка, очистка, охлаждение) необходим для предотвращения локального перегрева или нерасплавленных остатков.
2. Атмосфера и давление
Окислительная атмосфера: способствует разложению органических веществ, но может усилить окисление сульфидов;
Восстановительная атмосфера: подавляет окрашивание Fe³+ (для бесцветного стекла), но требует предотвращения отложения углерода;
Стабильность давления в печи: Небольшое положительное давление (+2~5 Па) предотвращает подсос холодного воздуха и обеспечивает удаление пузырьков.
3.Осветляющие вещества и флюсы
Фториды (например, CaF₂): снижают вязкость расплава и ускоряют удаление пузырьков;
Нитраты (например, NaNO₃): выделяют кислород, способствуя окислительной очистке;
Композитные флюсы**: например, Li₂CO₃ + Na₂CO₃, синергетически более низкие температуры плавления.
ⅣДинамический мониторинг процесса плавки
1. Вязкость и текучесть расплава
Мониторинг в режиме реального времени с использованием ротационных вискозиметров для регулировки температуры или коэффициентов потока для достижения оптимальных условий формования.
2. Эффективность удаления пузырьков
Наблюдение за распределением пузырьков с использованием рентгеновских лучей или методов визуализации для оптимизации дозировки осветляющего вещества и давления в печи.
Ⅴ. Распространенные проблемы и стратегии улучшения
| Проблемы | Первопричина | Решение |
| Стеклянные камни (нерасплавленные частицы) | Крупные частицы или плохое перемешивание | Оптимизация размера частиц, улучшение предварительного смешивания |
| Остаточные пузырьки | Недостаточное количество осветлителя или колебания давления | Увеличить дозировку фторида, стабилизировать давление в печи |
| Сильная рефрактерная эрозия | Чрезмерная температура или несоответствие материалов | Используйте кирпичи с высоким содержанием циркония, уменьшите температурные градиенты |
| Полосы и дефекты | Неадекватная гомогенизация | Увеличьте время гомогенизации, оптимизируйте перемешивание |
Заключение
Стекловарение – это результат синергии между сырьем, оборудованием и параметрами процесса. Оно требует тщательного управления химическим составом, оптимизации размера частиц, усовершенствования огнеупорных материалов и динамического контроля параметров процесса. Научно обоснованная корректировка флюсов, стабилизация условий плавки (температура, давление, атмосфера) и применение эффективных методов осветления позволяют значительно повысить эффективность плавки и качество стекла, одновременно снижая энергопотребление и производственные затраты.
Время публикации: 14 марта 2025 г.
