новости

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

1. Принцип технологии образования пузырьков

Процесс барботирования включает установку нескольких рядов барботеров (сопел) в нижней части плавильной печи (обычно в нижней части зоны плавления или в зоне осветления). В высокотемпературный расплавленный стекло периодически или непрерывно впрыскивается определенный газ, обычно сжатый воздух, азот или инертный газ. Газ расширяется и поднимается через расплавленное стекло, образуя столбики поднимающихся пузырьков.

2. Влияние образования пузырьков на процесс осветления (в основном положительное)

Образование пузырьков в основном помогает удалить газовые пузырьки, тем самым осветляя стекло.

Способствует удалению пузырьков воздуха

Эффект всасыванияВслед за крупными поднимающимися пузырьками образуется зона низкого давления, создающая «эффект накачки». Это эффективно втягивает, собирает и объединяет крошечные микропузырьки из окружающего расплавленного стекла, перенося их на поверхность для последующего удаления.

Сниженная растворимость газовВпрыскиваемый газ, особенно инертный, может разбавлять растворенные газы в расплавленном стекле (например, SO₂, O₂, CO₂), снижая их парциальное давление. Это облегчает выделение растворенных газов в поднимающиеся пузырьки.

Сниженное локальное пересыщениеПоднимающиеся пузырьки создают готовую границу раздела фаз газ-жидкость, облегчая выделение и диффузию пересыщенных растворенных газов в пузырьки.

Сокращенная траектория заточкиПоднимающиеся столбы пузырьков действуют как «ускоренные пути», ускоряя миграцию растворенных газов и микропузырьков к поверхности.

Разрушение слоя пеныВблизи поверхности поднимающиеся пузырьки помогают разрушить плотный слой пены, который может препятствовать выбросу газа.

Возможные негативные последствия (требуют контроля)

Введение новых пузырьковЕсли параметры образования пузырьков (давление газа, частота и чистота) контролируются неправильно или если форсунки засорены, в процессе могут образовываться нежелательные новые мелкие пузырьки. Если эти пузырьки не удается удалить или растворить при последующем осветлении, они становятся дефектами.

Неправильный выбор газаЕсли впрыскиваемый газ вступает в неблагоприятную реакцию с расплавленным стеклом или растворенными газами, это может привести к образованию более трудноудаляемых газов или соединений, что затруднит процесс осветления.

3. Влияние образования пузырьков на процесс гомогенизации (преимущественно положительное)

Образование пузырьков значительно улучшает перемешивание и гомогенизацию.расплавленное стекло.

Усиленная конвекция и перемешивание

Вертикальное кровообращениеПо мере подъема пузырьковых колонн их низкая плотность по сравнению с расплавленным стеклом создает сильный восходящий поток. Для пополнения поднимающегося стекла окружающее и нижнее стекло течет горизонтально к пузырьковой колонне, создавая мощный восходящий поток.вертикальная циркуляцияиликонвекцияЭта вынужденная конвекция значительно ускоряет горизонтальное перемешивание расплавленного стекла.

Сдвиговое перемешиваниеРазница скоростей между поднимающимися пузырьками и окружающим расплавленным стеклом создает силы сдвига, способствуя диффузионному перемешиванию между соседними слоями стекла.

Обновление интерфейсаВоздействие поднимающихся пузырьков непрерывно обновляет контактные поверхности между стеклами различного состава, повышая эффективность молекулярной диффузии.

Нарушение стратификации и бороздчатости

Сильная конвекция эффективно разрушаетхимическая или термическая стратификацияиполосыЭто вызвано различиями в плотности, температурными градиентами или неравномерной подачей. Эти слои включаются в основной поток для перемешивания.

Это особенно полезно при устранении«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 пузырьками, имеетболее высокая плотность энергии и более широкий радиус действияЭто значительно сокращает время, необходимое для достижения желаемого уровня однородности, или позволяет добиться большей однородности в те же сроки.

Возможные негативные последствия (требуют внимания)

Эрозия огнеупорных материаловВысокоскоростной поток поднимающихся пузырьков и вызываемая ими интенсивная конвекция могут привести к усилению эрозии и коррозии огнеупорных материалов днища и боковых стенок печи, сокращая срок ее службы. Это также может привести к попаданию продуктов эрозии в расплавленное стекло, создавая новые источники неоднородности (камни, полосы).

Нарушение потоковЕсли расположение точек образования пузырьков, их размер или частота плохо продуманы, это может нарушить исходные, благоприятные температурные и естественные поля течения внутри плавильной ванны. Это может привести к образованию новых неоднородных областей или вихрей.

4. Ключевые параметры управления для барботажной технологии

Положение пузыряКак правило, он располагается в заключительной части зоны плавления (обеспечивая преимущественное расплавление сырья) и в зоне осветления. Положение необходимо выбирать для оптимизации полей потока и температуры.

Выбор газаВ качестве вариантов используются воздух (низкая стоимость, но сильные окислительные свойства), азот (инертный) и инертные газы, такие как аргон (наилучшая инертность, но высокая стоимость). Выбор зависит от состава стекла, окислительно-восстановительного состояния и стоимости.

Размер пузырьковВ идеале следует получать более крупные пузырьки (от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в диаметре). Маленькие пузырьки поднимаются медленно, обладают слабым всасывающим эффектом и могут с трудом удаляться, становясь дефектами. Размер пузырьков контролируется конструкцией сопла и давлением газа.

Частота образования пузырьковПериодическое барботирование (например, раз в несколько минут) часто эффективнее непрерывного. Оно создает сильные возмущения, давая время для выхода пузырьков и стабилизации стекла. Интенсивность (скорость потока газа и давление) должна соответствовать толщине и вязкости стекла.

Схема расположения точек вспучиванияРасположение нескольких рядов в шахматном порядке, покрывающих всю ширину резервуара, обеспечивает конвекцию во всех углах, предотвращая образование «мертвых зон». Расстояние между рядами необходимо оптимизировать.

Чистота газаВо избежание новых проблем необходимо избегать примесей, таких как влага или другие газы.

В заключение, барботирование — это важнейшая технология, которая впрыскивает газ в расплавленное стекло для создания сильной вертикальной циркуляции и перемешивания. Это не только значительно ускоряет внутренний процесс осветления, способствуя слиянию и удалению мелких и крупных пузырьков, но и эффективно разрушает химически и термически неоднородные слои и устраняет застойные зоны потока. Следовательно, это значительно повышает эффективность гомогенизации и качество стекла. Однако строгий контроль над ключевыми параметрами, такими как выбор газа, его положение, частота и размер пузырьков, необходим для предотвращения появления новых дефектов в виде пузырьков, ухудшения эрозии огнеупора или нарушения исходного поля потока. Поэтому, несмотря на потенциальные недостатки, барботирование является ключевой технологией, которую можно оптимизировать для значительного повышения эффективности производства стекла.