aktualności

Bubbling, krytyczna i szeroko stosowana technika w homogenizacji wymuszonej, znacząco i w złożony sposób wpływa na procesy klarowania i homogenizacji stopionego szkła. Oto szczegółowa analiza.

1. Zasada technologii bąbelkowania

Proces bąbelkowania polega na zainstalowaniu wielu rzędów bąbelków (dysz) na dnie pieca do topienia (zazwyczaj w końcowej części strefy topienia lub strefy klarowania). Do stopionego szkła o wysokiej temperaturze wtryskiwany jest określony gaz, zazwyczaj sprężone powietrze, azot lub gaz obojętny, w sposób okresowy lub ciągły. Gaz rozpręża się i unosi w stopionym szkle, tworząc kolumny unoszących się bąbelków.

2. Wpływ bąbelkowania na proces klarowania (głównie pozytywny)

Gęstnienie polega głównie na usuwaniu pęcherzyków gazu, co powoduje klarowanie się szkła.

Promowanie usuwania pęcherzyków powietrza

Efekt ssania:W ślad za dużymi, unoszącymi się pęcherzykami tworzy się strefa niskiego ciśnienia, która powoduje „efekt pompowania”. Powoduje to skuteczne wciąganie, zbieranie i łączenie drobnych mikropęcherzyków z otaczającego stopionego szkła, przenosząc je na powierzchnię w celu wydalenia.

Zmniejszona rozpuszczalność gazuWtryskiwany gaz, zwłaszcza gaz obojętny, może rozcieńczyć gazy rozpuszczone w stopionym szkle (np. SO₂, O₂, CO₂), zmniejszając ich ciśnienie parcjalne. Ułatwia to uwalnianie rozpuszczonych gazów do unoszących się pęcherzyków.

Zmniejszone lokalne przesycenie:Wznoszące się pęcherzyki tworzą gotowy interfejs gaz-ciecz, dzięki czemu przesycone rozpuszczone gazy łatwiej się rozpuszczają i dyfundują do pęcherzyków.

Skrócona ścieżka klarowania:Wznoszące się kolumny pęcherzyków działają jak „szybkie ścieżki”, przyspieszając migrację rozpuszczonych gazów i mikropęcherzyków w kierunku powierzchni.

Zakłócenie warstwy piany:Blisko powierzchni unoszące się pęcherzyki pomagają rozbić gęstą warstwę piany, która może utrudniać wydalanie gazu.

Potencjalne negatywne skutki (wymagają kontroli)

Wprowadzenie nowych baniek: Jeśli parametry pęcherzykowania (ciśnienie gazu, częstotliwość i czystość) są nieprawidłowo kontrolowane lub jeśli dysze są zablokowane, proces może wprowadzić niepożądane, nowe, małe pęcherzyki. Jeśli pęcherzyki te nie zostaną usunięte lub rozpuszczone podczas kolejnego klarowania, stają się wadami.

Niewłaściwy dobór gazu:Jeśli wtryskiwany gaz reaguje niekorzystnie ze stopionym szkłem lub rozpuszczonymi gazami, może to spowodować wytworzenie trudniejszych do usunięcia gazów lub związków, utrudniając proces klarowania.

3. Wpływ pęcherzykowania na proces homogenizacji (głównie pozytywny)

Bąbelkowanie znacznie poprawia mieszanie i homogenizacjęstopione szkło.

Wzmocniona konwekcja i mieszanie

Pionowa cyrkulacja:W miarę jak kolumny bąbelkowe unoszą się, ich niska gęstość w porównaniu ze stopionym szkłem powoduje silny przepływ w górę. Aby uzupełnić unoszące się szkło, otaczające i dolne szkło płynie poziomo w kierunku kolumny bąbelkowej, tworząc silnykrążenie pionoweLubkonwekcja. Ta wymuszona konwekcja znacznie przyspiesza poziome mieszanie się stopionego szkła.

Mieszanie ścinająceRóżnica prędkości między unoszącymi się pęcherzykami a otaczającym je stopionym szkłem generuje siły ścinające, które wspomagają dyfuzyjne mieszanie się sąsiadujących warstw szkła.

Odnowienie interfejsu:Wzburzenia spowodowane unoszącymi się pęcherzykami stale odświeżają powierzchnie styku między szkłami o różnym składzie, zwiększając wydajność dyfuzji molekularnej.

Zaburzenie stratyfikacji i prążkowania

Silna konwekcja skutecznie rozbijastratyfikacja chemiczna lub termicznaIprążkowaniaSpowodowane różnicami gęstości, gradientami temperatury lub nierównomiernym zasilaniem. Włącza te warstwy do głównego przepływu w celu wymieszania.

Jest to szczególnie pomocne w eliminowaniu„martwe strefy”na dnie zbiornika, co zapobiega krystalizacji lub poważnej niejednorodności spowodowanej długotrwałym zastojem.

Poprawiona wydajność homogenizacji

W porównaniu do konwekcji naturalnej lub przepływów o gradiencie temperatury, wymuszona konwekcja generowana przez bąbelkowanie mawyższa gęstość energii i szerszy zasięg. Dzięki temu znacznie skraca się czas potrzebny do osiągnięcia pożądanego poziomu jednorodności lub można uzyskać większą jednolitość w tym samym czasie.

Potencjalne negatywne skutki (wymagają uwagi)

Erozja materiałów ogniotrwałychSzybki przepływ unoszących się pęcherzyków i wywoływana przez nie intensywna konwekcja mogą powodować silniejszą erozję i korozję materiałów ogniotrwałych dna zbiornika i ścian bocznych, skracając żywotność pieca. Może to również powodować przedostawanie się produktów erozji do stopionego szkła, tworząc nowe źródła niejednorodności (kamień, prążki).

Zakłócenie wzorców przepływu:Jeśli układ punktów bulgotania, rozmiar pęcherzyków lub częstotliwość są źle zaprojektowane, mogą one zakłócać pierwotne, korzystne pola temperatury i przepływu naturalnego w zbiorniku topienia. Może to prowadzić do powstania nowych niejednorodnych obszarów lub wirów.

4. Kluczowe parametry sterowania technologią bąbelkowania

Pozycja bąbelkowania: Zazwyczaj w późniejszej części strefy topienia (zapewniając stopienie większości surowców) oraz w strefie klarowania. Pozycję tę należy dobrać tak, aby zoptymalizować pola przepływu i temperatury.

Wybór gazuOpcje obejmują powietrze (niski koszt, ale silne właściwości utleniające), azot (obojętny) oraz gazy obojętne, takie jak argon (najlepsza obojętność, ale wysoki koszt). Wybór zależy od składu szkła, stanu redoks i kosztów.

Rozmiar bąbelka:Idealnie jest wytwarzać większe pęcherzyki (o średnicy od kilku milimetrów do centymetrów). Małe pęcherzyki unoszą się powoli, mają słabe działanie ssące i mogą być trudne do usunięcia, stając się defektami. Rozmiar pęcherzyków jest kontrolowany przez konstrukcję dyszy i ciśnienie gazu.

Częstotliwość bąbelkowaniaOkresowe bąbelkowanie (np. co kilka minut) jest często skuteczniejsze niż ciągłe bąbelkowanie. Wywołuje silne zakłócenia, dając jednocześnie czas na usunięcie bąbelków i stabilizację szkła. Intensywność (szybkość przepływu gazu i ciśnienie) musi być dostosowana do głębokości i lepkości szkła.

Układ punktów bąbelkowych:Ułożenie wielu rzędów w sposób przesunięty, obejmujący całą szerokość zbiornika, zapewnia konwekcję docierającą do wszystkich narożników, zapobiegając powstawaniu „martwych stref”. Należy zoptymalizować odstępy.

Czystość gazu:Aby zapobiec powstawaniu nowych problemów, należy unikać zanieczyszczeń takich jak wilgoć i inne gazy.

Podsumowując, bąbelkowanie to kluczowa technologia, która polega na wtłaczaniu gazu do stopionego szkła w celu wytworzenia silnej pionowej cyrkulacji i mieszania. To nie tylko znacznie przyspiesza proces wewnętrznego klarowania, pomagając w łączeniu i wydalaniu małych i dużych pęcherzyków, ale także skutecznie rozbija niejednorodne warstwy chemiczne i termiczne oraz eliminuje martwe strefy przepływu. W rezultacie znacznie poprawia wydajność homogenizacji i jakość szkła. Jednak ścisła kontrola kluczowych parametrów, takich jak dobór gazu, jego położenie, częstotliwość i rozmiar pęcherzyków, jest niezbędna, aby uniknąć wprowadzania nowych defektów pęcherzyków, pogłębiania erozji ogniotrwałej lub zakłócania pierwotnego pola przepływu. Dlatego też, pomimo potencjalnych wad, bąbelkowanie jest kluczową technologią, którą można zoptymalizować, aby znacząco poprawić produkcję szkła.