aktualności

Szkło E (włókno szklane bez zawartości alkaliów)Produkcja w piecach wannowych to złożony, wysokotemperaturowy proces topienia. Profil temperatury topienia jest krytycznym punktem kontroli procesu, bezpośrednio wpływającym na jakość szkła, wydajność topienia, zużycie energii, żywotność pieca i ostateczną wydajność włókna. Ten profil temperatury uzyskuje się przede wszystkim poprzez regulację charakterystyki płomienia i wspomaganie elektryczne.

I. Temperatura topnienia szkła elektronicznego

1. Zakres temperatur topnienia:

Całkowite stopienie, klarowanie i homogenizacja szkła typu E zazwyczaj wymagają ekstremalnie wysokich temperatur. Typowa temperatura strefy topienia (gorącego punktu) waha się zazwyczaj od 1500°C do 1600°C.

Konkretna temperatura docelowa zależy od:

* Skład partii: Konkretne składy (np. obecność fluoru, wysoka/niska zawartość boru, obecność tytanu) mają wpływ na charakterystykę topnienia.

* Projekt pieca: typ pieca, rozmiar, skuteczność izolacji i układ palnika.

* Cele produkcyjne: Pożądana szybkość topienia i wymagania jakościowe szkła.

* Materiały ogniotrwałe: Szybkość korozji materiałów ogniotrwałych w wysokich temperaturach ogranicza górną temperaturę.

Temperatura strefy klarowania jest zwykle nieco niższa od temperatury punktu gorącego (o ok. 20–50°C niższa), co ułatwia usuwanie pęcherzyków i homogenizację szkła.

Temperatura robocza (zasilacza) jest znacznie niższa (zwykle 1200°C – 1350°C), co sprawia, że stopione szkło ma odpowiednią lepkość i stabilność do ciągnienia.

2. Znaczenie kontroli temperatury:

* Wydajność topienia: Wystarczająco wysoka temperatura jest kluczowa dla zapewnienia całkowitej reakcji materiałów wsadowych (piasku kwarcowego, pirofilitu, kwasu borowego/kolemanitu, wapienia itp.), całkowitego rozpuszczenia ziaren piasku i pełnego uwolnienia gazu. Niewystarczająca temperatura może prowadzić do powstawania pozostałości „surowca” (niestopionych cząstek kwarcu), kamieni i zwiększonego tworzenia się pęcherzyków.

* Jakość szkła: Wysokie temperatury sprzyjają klarowaniu i homogenizacji stopu szkła, redukując wady takie jak sznury, pęcherzyki i kamienie. Wady te mają istotny wpływ na wytrzymałość włókien, szybkość pękania i ciągłość.

* Lepkość: Temperatura ma bezpośredni wpływ na lepkość stopu szklanego. Ciągnienie włókien wymaga, aby stop szklany mieścił się w określonym zakresie lepkości.

* Korozja materiałów ogniotrwałych: Nadmiernie wysokie temperatury drastycznie przyspieszają korozję materiałów ogniotrwałych pieców (szczególnie cegieł AZS łączonych elektrooporowo), skracając żywotność pieca i potencjalnie wprowadzając kamienie ogniotrwałe.

* Zużycie energii: Utrzymywanie wysokich temperatur jest głównym źródłem zużycia energii w piecach wannowych (zwykle stanowiąc ponad 60% całkowitego zużycia energii w produkcji). Precyzyjna kontrola temperatury w celu uniknięcia nadmiernych temperatur jest kluczem do oszczędzania energii.

II. Regulacja płomienia

Regulacja płomienia jest kluczowym sposobem kontrolowania rozkładu temperatury topnienia, osiągnięcia efektywnego topienia i ochrony konstrukcji pieca (zwłaszcza korony). Jej głównym celem jest stworzenie idealnego pola temperatur i atmosfery.

1. Kluczowe parametry regulacji:

* Stosunek paliwa do powietrza (stosunek stechiometryczny) / Stosunek tlenu do paliwa (dla układów paliwowo-tlenowych):

* Cel: Osiągnięcie całkowitego spalania. Niecałkowite spalanie marnuje paliwo, obniża temperaturę płomienia, wytwarza czarny dym (sadza), który zanieczyszcza stopione szkło i zatyka regeneratory/wymienniki ciepła. Nadmiar powietrza odprowadza znaczną ilość ciepła, obniżając sprawność cieplną i może nasilać korozję oksydacyjną korony.

* Regulacja: Precyzyjna kontrola stosunku powietrza do paliwa na podstawie analizy spalin (zawartość O₂, CO).Szkło elektronicznePiece zbiornikowe zazwyczaj utrzymują zawartość O₂ w spalinach na poziomie około 1-3% (spalanie przy lekko dodatnim ciśnieniu).

* Wpływ atmosfery: Stosunek powietrza do paliwa wpływa również na atmosferę pieca (utleniającą lub redukującą), co ma subtelny wpływ na zachowanie niektórych składników wsadu (takich jak żelazo) oraz na kolor szkła. Jednak w przypadku szkła typu E (wymagającego bezbarwnej przejrzystości) wpływ ten jest stosunkowo niewielki.

* Długość i kształt płomienia:

* Cel: Utworzenie płomienia pokrywającego powierzchnię stopu, posiadającego określoną sztywność i dobrze rozprzestrzeniającego się.

* Długi płomień kontra krótki płomień:

* Długi płomień: Obejmuje duży obszar, rozkład temperatury jest stosunkowo równomierny i powoduje mniejszy szok termiczny w koronie. Jednak lokalne szczyty temperatury mogą nie być wystarczająco wysokie, a penetracja strefy „wiercenia” wsadu może być niewystarczająca.

* Krótki płomień: duża sztywność, wysoka temperatura lokalna, silna penetracja warstwy wsadu, sprzyjające szybkiemu topieniu „surowców”. Jednak pokrycie jest nierównomierne, co łatwo powoduje lokalne przegrzanie (bardziej widoczne gorące punkty) i znaczny szok termiczny korony i ściany osłonowej.

* Regulacja: Uzyskuje się ją poprzez regulację kąta nachylenia pistoletu palnikowego, prędkości wylotowej paliwa/powietrza (stosunek pędu) oraz intensywności wirowania. Nowoczesne piece zbiornikowe często wykorzystują palniki wielostopniowe z regulacją.

* Kierunek płomienia (kąt):

* Cel: Efektywne przenoszenie ciepła do wsadu i powierzchni stopionego szkła, zapobiegając bezpośredniemu oddziaływaniu płomienia na koronę lub ściankę czołową.

* Regulacja: Regulacja kątów nachylenia (pionowego) i odchylenia (poziomego) palnika.

* Kąt nachylenia: Wpływa na interakcję płomienia ze stosem wsadu („lizanie wsadu”) i pokrycie powierzchni stopu. Zbyt mały kąt (płomień skierowany zbyt nisko) może powodować szorowanie powierzchni stopu lub stosu wsadu, powodując przenoszenie, które powoduje korozję osłony. Zbyt duży kąt (płomień skierowany zbyt wysoko) skutkuje niską sprawnością cieplną i nadmiernym nagrzewaniem się korony.

* Kąt odchylenia: Ma wpływ na rozkład płomienia na szerokości pieca i położenie gorącego punktu.

2. Cele regulacji płomienia:

* Utwórz racjonalny punkt zapalny: Utwórz strefę o najwyższej temperaturze (punkt zapalny) w tylnej części zbiornika do topienia (zazwyczaj za budą). Jest to obszar krytyczny dla klarowania i homogenizacji szkła, działający jak „silnik” sterujący przepływem stopionego szkła (od punktu zapalnego w kierunku podajnika wsadowego i końca roboczego).

* Równomierne nagrzewanie powierzchni stopu: Unikaj miejscowego przegrzania lub przechłodzenia, zmniejszając nierównomierną konwekcję i „martwe strefy” spowodowane gradientami temperatury.

* Ochrona konstrukcji pieca: Zapobieganie oddziaływaniu płomienia na koronę i ścianę osłonową pieca pozwala uniknąć lokalnego przegrzania, które może prowadzić do przyspieszonej korozji materiałów ogniotrwałych.

* Efektywne przekazywanie ciepła: Maksymalizacja efektywności promieniowania i konwekcji w przekazywaniu ciepła z płomienia do wsadu i powierzchni stopionego szkła.

* Stabilne pole temperatur: Zmniejszenie wahań w celu zapewnienia stabilnej jakości szkła.

III. Zintegrowana kontrola temperatury topnienia i regulacja płomienia

1. Temperatura jest celem, płomień środkiem: Regulacja płomienia jest podstawową metodą kontrolowania rozkładu temperatury w piecu, szczególnie położenia i temperatury najgorętszych punktów.

2. Pomiar temperatury i sprzężenie zwrotne: Ciągły monitoring temperatury odbywa się za pomocą termopar, pirometrów na podczerwień i innych przyrządów umieszczonych w kluczowych miejscach pieca (ładowarka wsadu, strefa topienia, strefa gorąca, strefa klarowania, zasilacz). Pomiary te stanowią podstawę do regulacji płomienia.

3. Systemy automatycznej regulacji: Nowoczesne piece zbiornikowe o dużej pojemności powszechnie wykorzystują systemy DCS/PLC. Systemy te automatycznie regulują płomień i temperaturę, dostosowując parametry takie jak przepływ paliwa, przepływ powietrza do spalania, kąt nachylenia palnika/przepustnice, w oparciu o zaprogramowane krzywe temperatury i pomiary w czasie rzeczywistym.

4. Równowaga procesu: Istotne jest znalezienie optymalnej równowagi między zapewnieniem jakości szkła (topienie w wysokiej temperaturze, dobre klarowanie i homogenizacja) a ochroną pieca (unikanie nadmiernych temperatur, oddziaływania płomienia) przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii.