новости

Барботирование, важный и широко используемый метод принудительной гомогенизации, оказывает значительное и сложное влияние на процессы осветления и гомогенизации расплавленного стекла. Ниже представлен подробный анализ.

1. Принцип барботажной технологии

Барботирование подразумевает установку нескольких рядов барботеров (сопел) в нижней части плавильной печи (обычно в конце зоны плавления или в зоне осветления). В высокотемпературную стекломассу периодически или непрерывно впрыскивается специальный газ, обычно сжатый воздух, азот или инертный газ. Газ расширяется и поднимается через стекломассу, образуя столбы поднимающихся пузырьков.

2. Влияние барботирования на процесс осветления (в основном положительное)

Барботирование в основном способствует удалению пузырьков газа, тем самым осветляя стекло.

Содействие удалению пузырьков

Эффект всасывания: Зона низкого давления образуется вслед за крупными, поднимающимися пузырьками, создавая «эффект насоса». Это эффективно втягивает, собирает и объединяет мельчайшие микропузырьки из окружающего расплавленного стекла, вынося их на поверхность для выталкивания.

Уменьшенная растворимость газа: Вдуваемый газ, особенно инертный, может разбавлять растворённые в расплавленном стекле газы (например, SO₂, O₂, CO₂), снижая их парциальное давление. Это облегчает выделение растворённых газов в поднимающиеся пузырьки.

Уменьшение локального пересыщения: Поднимающиеся пузырьки обеспечивают готовую границу раздела газ-жидкость, что облегчает выделение перенасыщенных растворенных газов и диффузию в пузырьки.

Сокращенный путь облагораживания: Поднимающиеся столбы пузырьков действуют как «скоростные траектории», ускоряя миграцию растворенных газов и микропузырьков к поверхности.

Разрушение слоя пены: Вблизи поверхности поднимающиеся пузырьки помогают разрушить плотный слой пены, который может препятствовать выходу газа.

Потенциальные негативные эффекты (требуют контроля)

Введение новых пузырей: Неправильный контроль параметров барботирования (давления газа, частоты и чистоты) или засорение сопел может привести к появлению нежелательных мелких пузырьков. Если эти пузырьки не удаляются или не растворяются при последующей очистке, они становятся дефектами.

Неправильный выбор газа: Если впрыскиваемый газ вступает в неблагоприятную реакцию с расплавленным стеклом или растворенными газами, это может привести к образованию более трудноудаляемых газов или соединений, затрудняющих процесс очистки.

3. Влияние барботирования на процесс гомогенизации (в основном положительное)

Барботирование значительно улучшает смешивание и гомогенизациюрасплавленное стекло.

Улучшенная конвекция и перемешивание

Вертикальная циркуляция: По мере подъема пузырьковых колонн их низкая плотность по сравнению с расплавленным стеклом создает мощный восходящий поток. Чтобы восполнить поднимающийся стекломассу, окружающее и нижнее стекло течет горизонтально к пузырьковой колонне, создавая мощный поток.вертикальная циркуляцияиликонвекция. Эта принудительная конвекция значительно ускоряет горизонтальное перемешивание расплавленного стекла.

Сдвиговое смешивание: Разница скоростей между поднимающимися пузырьками и окружающим расплавленным стеклом создает сдвигающие силы, способствующие диффузионному перемешиванию между соседними слоями стекла.

Обновление интерфейса: Перемешивание поднимающихся пузырьков непрерывно обновляет контактные поверхности между стеклами разного состава, повышая эффективность молекулярной диффузии.

Нарушение стратификации и борозд

Сильная конвекция эффективно разрушаетхимическая или термическая стратификацияиполосывызванных разницей плотности, температурными градиентами или неравномерной подачей. Он включает эти слои в основной поток для смешивания.

Это особенно полезно для устранения«мертвые зоны»на дне резервуара, уменьшая кристаллизацию или сильную неоднородность, вызванную длительным застоем.

Повышенная эффективность гомогенизации

По сравнению с естественной конвекцией или потоками с градиентом температуры, вынужденная конвекция, создаваемая барботированием, имеетболее высокая плотность энергии и более широкий охват. Это значительно сокращает время, необходимое для достижения желаемого уровня однородности, или позволяет достичь более высокой однородности за тот же период времени.

Возможные негативные эффекты (требуют внимания)

Эрозия огнеупорных материалов: Высокоскоростной поток поднимающихся пузырьков и вызываемая ими интенсивная конвекция могут вызвать усиленную эрозию и коррозию огнеупорных материалов днища и боковых стенок печи, сокращая срок службы печи. Это также может привести к попаданию продуктов эрозии в расплавленное стекло, создавая новые источники неоднородности (камни, бороздки).

Нарушение закономерностей течения: Неправильное расположение точек кипения, размер пузырьков или частота их образования могут нарушить исходные благоприятные температурные условия и естественные поля течения в плавильной ванне. Это может привести к появлению новых неоднородных областей или вихрей.

4. Ключевые параметры управления технологией барботирования

Позиция всплытия: Обычно располагается в конце зоны плавления (обеспечивая плавление большей части сырья) и в зоне осветления. Расположение необходимо выбирать для оптимизации полей потока и температуры.

Выбор газа: Варианты включают воздух (недорогой, но с сильными окислительными свойствами), азот (инертный) и инертные газы, такие как аргон (наивысшая степень инертности, но высокая стоимость). Выбор зависит от состава стекла, окислительно-восстановительного состояния и стоимости.

Размер пузыря: В идеале необходимо получать более крупные пузырьки (диаметром от нескольких миллиметров до сантиметров). Мелкие пузырьки поднимаются медленно, обладают слабым всасывающим эффектом и могут быть трудновыводимыми, что приводит к дефектам. Размер пузырьков контролируется конструкцией сопла и давлением газа.

Частота всплытия: Периодическое барботирование (например, каждые несколько минут) часто эффективнее непрерывного. Оно создаёт сильные возмущения, давая время для выхода пузырьков и стабилизации стекла. Интенсивность (расход газа и давление) должна соответствовать толщине и вязкости стекла.

Макет точки кипения: Расположение нескольких рядов в шахматном порядке, охватывающее всю ширину резервуара, обеспечивает конвекцию во все углы, предотвращая образование «мертвых зон». Расстояние между рядами необходимо оптимизировать.

Чистота газа: Чтобы предотвратить возникновение новых проблем, следует избегать присутствия примесей, таких как влага и другие газы.

В заключение следует отметить, что барботирование – важнейшая технология, при которой газ впрыскивается в расплавленное стекло для создания мощной вертикальной циркуляции и перемешивания. Это не только значительно ускоряет процесс внутреннего осветления, способствуя слиянию и удалению мелких и крупных пузырьков, но и эффективно разрушает химически и термически неоднородные слои и устраняет застойные зоны. В результате значительно повышается эффективность гомогенизации и качество стекла. Однако строгий контроль ключевых параметров, таких как выбор газа, положение, частота и размер пузырьков, необходим для предотвращения появления новых дефектов, связанных с пузырьками, усиления эрозии огнеупора или нарушения исходного поля течения. Таким образом, несмотря на потенциальные недостатки, барботирование – ключевая технология, которую можно оптимизировать для значительного повышения эффективности производства стекла.