новости

E-стекло (бесщелочное стекловолокно)Производство в ванных печах — сложный высокотемпературный процесс плавки. Температурный профиль плавки — критически важный контрольный параметр процесса, напрямую влияющий на качество стекла, эффективность плавки, энергопотребление, срок службы печи и конечные характеристики волокна. Этот температурный профиль достигается, главным образом, за счёт регулировки характеристик пламени и электрического форсирования.

I. Температура плавления E-стекла

1. Диапазон температур плавления:

Полное плавление, осветление и гомогенизация E-стекла обычно требуют чрезвычайно высоких температур. Типичная температура зоны плавления (горячей точки) обычно составляет от 1500 до 1600 °C.

Конкретная целевая температура зависит от:

* Состав шихты: Конкретные составы (например, наличие фтора, высокое/низкое содержание бора, наличие титана) влияют на характеристики плавления.

* Конструкция печи: тип печи, размер, эффективность изоляции и расположение горелок.

* Производственные цели: желаемая скорость плавки и требования к качеству стекла.

* Огнеупорные материалы: Скорость коррозии огнеупорных материалов при высоких температурах ограничивает верхнюю границу температуры.

Температура в зоне осветления обычно немного ниже температуры горячей точки (примерно на 20–50 °C), что облегчает удаление пузырьков и гомогенизацию стекла.

Температура рабочего конца (выпускной части) значительно ниже (обычно 1200°C - 1350°C), что обеспечивает необходимую вязкость и стабильность стекломассы для вытяжки.

2. Важность контроля температуры:

* Эффективность плавления: Для обеспечения полной реакции шихты (кварцевого песка, пирофиллита, борной кислоты/колеманита, известняка и т. д.), полного растворения песчинок и полного выделения газа необходимы достаточно высокие температуры. Недостаточная температура может привести к образованию остатков «сырья» (нерасплавленных частиц кварца), камней и повышенного количества пузырьков.

* Качество стекла: Высокие температуры способствуют осветлению и гомогенизации расплава стекла, уменьшая количество таких дефектов, как корды, пузыри и камни. Эти дефекты существенно влияют на прочность волокна, его ломкость и непрерывность.

* Вязкость: Температура напрямую влияет на вязкость стекломассы. Для вытяжки волокна вязкость стекломассы должна находиться в определённом диапазоне.

* Коррозия огнеупорных материалов: чрезмерно высокие температуры резко ускоряют коррозию огнеупорных материалов печи (особенно электроплавленых кирпичей AZS), сокращая срок службы печи и потенциально приводя к образованию огнеупорных камней.

* Энергопотребление: Поддержание высоких температур является основным источником энергии в ванных печах (обычно на него приходится более 60% общего потребления энергии в процессе производства). Точный контроль температуры, позволяющий избежать превышения допустимых значений, является ключом к энергосбережению.

II. Регулирование пламени

Регулирование пламени является основным средством управления распределением температуры плавки, достижения её эффективности и защиты конструкции печи (особенно свода). Его главная цель — создание оптимального температурного поля и атмосферы.

1. Основные параметры регулирования:

* Соотношение топлива и воздуха (стехиометрическое соотношение) / Соотношение кислорода и топлива (для кислородно-топливных систем):

* Цель: Достижение полного сгорания. Неполное сгорание приводит к перерасходу топлива, снижению температуры пламени, образованию чёрного дыма (сажи), загрязняющего стекломассу и засоряющего регенераторы/теплообменники. Избыток воздуха уносит значительное количество тепла, снижая тепловой КПД и может усилить окислительную коррозию короны.

* Регулировка: точный контроль соотношения воздуха и топлива на основе анализа дымовых газов (содержание O₂, CO).E-стеклоВ ванных печах содержание O₂ в дымовых газах обычно поддерживается на уровне около 1–3 % (сжигание при небольшом избыточном давлении).

* Влияние на атмосферу: Соотношение воздуха и топлива также влияет на атмосферу печи (окислительную или восстановительную), что оказывает незначительное влияние на поведение некоторых компонентов шихты (например, железа) и цвет стекла. Однако для E-стекла (требующего бесцветной прозрачности) это влияние относительно незначительно.

* Длина и форма пламени:

* Цель: Сформировать пламя, охватывающее поверхность расплава, обладающее определенной жесткостью и хорошей растекаемостью.

* Длинное пламя против короткого пламени:

* Длинное пламя: охватывает большую площадь, распределение температуры относительно равномерное и вызывает меньший тепловой удар по коронке. Однако локальные пики температуры могут быть недостаточно высокими, а проникновение в зону «сверления» шихты может быть недостаточным.

* Короткое пламя: высокая жёсткость, высокая локальная температура, глубокое проникновение в слой шихты, способствующее быстрому плавлению «сырья». Однако покрытие получается неравномерным, что легко приводит к локальному перегреву (более выраженным горячим точкам) и значительному тепловому удару по своду и подпорной стенке.

* Регулировка: достигается регулировкой угла наклона сопла горелки, скорости подачи топлива и воздуха (соотношения импульсов) и интенсивности завихрения. В современных ванных печах часто используются многоступенчатые регулируемые горелки.

* Направление пламени (угол):

* Цель: Эффективная передача тепла к поверхности шихты и расплавленного стекла, избегая прямого попадания пламени на свод или подпорную стенку.

* Регулировка: Отрегулируйте углы наклона (по вертикали) и рыскания (по горизонтали) горелки.

* Угол наклона: влияет на взаимодействие пламени с шихтой («облизывание шихты») и охват поверхности расплава. Слишком малый угол (пламя направлено слишком низко) может повредить поверхность расплава или шихты, вызывая перенос пламени, который корродирует подпорную стенку. Слишком большой угол (пламя направлено слишком высоко) приводит к низкой тепловой эффективности и чрезмерному нагреву свода.

* Угол рыскания: влияет на распределение пламени по ширине печи и положение горячей точки.

2. Цели регулирования пламени:

* Формирование рациональной горячей точки: создайте зону с самой высокой температурой (горячую точку) в задней части плавильной ванны (обычно после загрузочного кармана). Это критически важная зона для осветления и гомогенизации стекла, которая служит «двигателем», управляющим потоком стекломассы (от горячей точки к загрузчику шихты и рабочему концу).

* Равномерный нагрев поверхности расплава: избегайте локального перегрева или недоохлаждения, уменьшая неравномерную конвекцию и «мертвые зоны», вызванные градиентами температур.

* Защита конструкции печи: предотвращение попадания пламени на свод и подпорную стенку, предотвращение локального перегрева, приводящего к ускоренной коррозии огнеупоров.

* Эффективная теплопередача: максимально увеличьте эффективность лучистой и конвективной теплопередачи от пламени к шихте и поверхности расплава стекла.

* Стабильное температурное поле: снижение колебаний для обеспечения стабильного качества стекла.

III. Интегрированное управление температурой плавления и регулированием пламени

1. Температура — цель, пламя — средство: Регулирование пламени — основной метод контроля распределения температуры внутри печи, особенно положения и температуры горячей точки.

2. Измерение температуры и обратная связь: Непрерывный контроль температуры осуществляется с помощью термопар, инфракрасных пирометров и других приборов, расположенных в ключевых точках печи (загрузчик шихты, зона плавления, зона нагрева, зона осветления, питатель). Эти измерения служат основой для регулировки пламени.

3. Системы автоматического управления: Современные крупные ванны печи широко используют системы DCS/PLC. Эти системы автоматически контролируют пламя и температуру, регулируя такие параметры, как расход топлива, расход воздуха для горения, угол наклона горелки и положение заслонок, на основе заданных температурных кривых и данных измерений в режиме реального времени.

4. Баланс процесса: важно найти оптимальный баланс между обеспечением качества стекла (высокотемпературная плавка, хорошее осветление и гомогенизация) и защитой печи (предотвращение чрезмерно высоких температур, соприкосновения с пламенем) при одновременном снижении потребления энергии.