1. هدف از کوره.
در این پروژه دورهاجاق حمام در نظر گرفته خواهد شد عمل مستمر. نوع کوره احیا کننده، جریانی با جهت شعله نعل اسبی است. از نظر ساختاری، کوره دارای یک حوضچه پخت و پز است که از طریق مذاب شیشه توسط مجرای به یکدیگر متصل می شوند.
برای بارگیری شارژ و کولت، کوره مجهز به دو جیب بارگیری مهر و موم شده است که در طرفین آن قرار دارد.
استخر پخت و پز کوره با گاز طبیعی گرم می شود. برای گرم کردن حوضچه پخت و پز، کوره مجهز به شش مشعل است که در دیواره انتهایی حمام کوره، روبروی قسمت کار آن قرار دارد.
حذف گازهای دودکش از حوضه هضم کوره شیشه ایاز طریق یک سیستم کانال های دود مجهز به دریچه های دود-هوا، دمپرهای خاموش و چرخشی و یک دودکش فلزی با استفاده از خروجی دود اصلی و پشتیبان DN-9U انجام می شود.
برای استفاده از گرمای گازهای دودکش، کوره مجهز به احیاگرهایی با نازل نوع Lichte با سلول های 170x170 است.
گرمای حاصل از گازهای خروجی نیز در دیگ گرمای زباله استفاده می شود.
ظرفیت کوره 70 تن در روز است. محدوده محصول بطری های شیشه ای سبز تیره است.
2. توجیه عملکرد.
نوع کوره احیا کننده، جریانی با جهت شعله نعل اسبی است. ظرفیت کوره 70 تن در روز است. شکل و ابعاد حوضه تولید به صورت ساختاری از شرط قرار دادن یک خط ماشین آلات AL-118-2 (هشت مقطع، دو قطره) گرفته شده است. این دستگاه توسط یک تیم سه نفره در هر شیفت (دو ماشینکار و یک اپراتور دستگاه شکل دهی شیشه) سرویس می شود. در کل سه شیفت وجود دارد. تولید شده مجموعه - بطریساخته شده از شیشه سبز تیره وزن بطری 340 گرم است. تعداد برش ها 80 عدد (در دقیقه) می باشد. ضریب استفاده از ذوب شیشه (MCF) 0.95 است.
این کوره ذوب شیشه ای کارآمد را فراهم می کند عایق حرارتیدیواره ها و کف حوضه، دیواره های فضای شعله، مشعل ها، طاق های حوضچه های پخت و پز و تولید، مشعل ها و احیا کننده ها که بهره وری ظروف شیشه ای را در این منطقه تولیدی به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.
3.انتخاب میزان حذف ویژه و محاسبه ابعاد هندسی اصلی کوره.
ترکیب شیمیایی شیشه:
SiO 2 -72 %
Fe 2 O 3 +AL 2 O 3 -2,3 %
Na 2 O +K 2 O-14%
CaO+MgO-11.5%
بنابراین 3 -0 ,2 %
حداکثر دمای پخت - 1500 درجه سی
در محدوده دمایی 23 تا 1500 درجه سانتیگراد، ویسکوزیته شیشه ها 18 مرتبه قدر تغییر می کند. در حالت جامد ویسکوزیته تقریباً 10 است 19 Pa s، در حالت مذاب - 10 Pa s. تغییر دمای ویسکوزیته در شکل نشان داده شده است. در دمای پایینویسکوزیته کمی تغییر می کند. چشمگیرترین کاهش ویسکوزیته در محدوده 10 رخ می دهد 15 -10 7 عبور.
منحنی دمای ویسکوزیته
ما ابعاد اصلی اتاق کار را تعیین می کنیم.
مساحت قسمت پخت کوره، متر 2 :
F=G* 10 3 /g ;
جایی که جی بهره وری کوره، کیلوگرم در روز؛
g -حذف خاص ذوب شیشه از آینه پخت و پز
قطعات، کیلوگرم / (m 2 * روز).
ما می پذیریم g =1381 کیلوگرم/(متر 2 *روز).
سپس اف =70000/1381=50.68 متر مربع.
طول قسمت پخت برای اجاق گاز با جهت شعله نعل اسبی از نسبت محاسبه می شود.
L:B=1,2:1
L * ب =50,68
1.2*x*x=50.68
x2=50.68:1.2
x=6.5 متر (عرض ب )
6.5 * 1.2 = 7.8 متر (طول L )
نسبت طول به عرض L / ب =7,8/6,5=1,2
عرض فضای شعله 120 میلی متر بیشتر از عرض استخر است، یعنی. 6.5+0.12=6.62 متر
ارتفاع بالابر قوس f =6.62/8=0.83 متر.
طول فضای شعله 7.8+0.2=8 متر است.
عمق استخر: میلی متر دانشجویی، میلی متر پخت و پز.
مساحت قسمت پخت در دمای پخت 1500 درجه سانتیگراد برابر با مساحت قسمت پخت در نظر گرفته می شود: اف st = 50.68 متر مربع.
عرض قسمت پخت 80% پهنای قسمت پخت است: 6.5*0.8=5.2 متر عرض کیسه های بارگیری را می گیریم (6.5-0.9)/2=2.8 متر که 0.9 متر عرض آن است. دیوار تقسیم طول جیب بارگیری 1 متر است.
4. توجیه توزیع دما در کوره.
فرآیند حرارتی که در نتیجه مخلوطی از اجزای غیر مشابه مذاب همگن را تشکیل می دهد، ذوب شیشه نامیده می شود.
بار عمده یا دانه ای در یک کوره حمام گرم می شود، در نتیجه به شیشه مایع تبدیل می شود و تحت فعل و انفعالات فیزیکی و شیمیایی پیچیده اجزایی قرار می گیرد که در محدوده دمایی قابل توجهی رخ می دهد.
پنج مرحله ذوب شیشه وجود دارد: تشکیل سیلیکات، تشکیل شیشه، شفاف سازی (گاز زدایی)، همگن سازی (متوسط)، سرد شدن (سرد شدن).
مراحل جداگانه فرآیند ذوب شیشه در طول کوره به ترتیب خاصی دنبال می شود و نیاز به ایجاد رژیم دمایی لازم محیط گاز دارد که باید در طول زمان کاملاً ثابت باشد. توزیع دما در طول و عرض حمام کوره به خواص شیشه و شرایط ذوب بستگی دارد. هنگام ذوب شیشه سبز تیره، درجه حرارت در ابتدای منطقه ذوب (در محل بارگیری) 1400-1420 درجه سانتیگراد است، زیرا در این قسمت از حوضه کوره گرمایش، ذوب و جوشش شارژ رخ می دهد، یعنی تکمیل می شود. مراحل تشکیل سیلیکات، تشکیل شیشه و شفاف سازی جزئی جرم شیشه. دمای ذوب شیشه در محفظه بارگیری 1200-1250 درجه سانتیگراد است. در منطقه زلال‌سازی، دمای محیط گاز حداکثر تا 1500- درجه سانتیگراد حفظ می‌شود، زیرا در این دما ویسکوزیته مذاب شیشه کاهش می‌یابد، شفاف‌سازی شدید رخ می‌دهد و همگن‌سازی کامل می‌شود. در منطقه سرد، دمای محیط گاز به تدریج به 1240 درجه سانتیگراد کاهش می یابد که منجر به افزایش ویسکوزیته مذاب شیشه می شود. در منطقه کار رژیم دمابسته به نیازهای لازم برای تولید معمولی مذاب شیشه و قالب گیری محصولات شیشه ای از آن تنظیم می شود.
برای ایجاد یک رژیم دمای ثابت محیط گاز در کوره، باید مقدار و نسبت سوخت و هوای عرضه شده به کوره را تنظیم کرد، آنها را کاملاً مخلوط کرد و گازهای دودکش خروجی را به موقع حذف کرد.
امکان ایجاد یک رژیم دمایی خاص با طراحی کوره حمام فراهم شده است.
تغییر دما تحت تأثیر فشار گازهای موجود در محفظه کاری کوره است. افزایش فشار تا حدود خاصی به گرم شدن یکنواخت تر قسمت های جداگانه کوره کمک می کند، زیرا حجم محفظه کار تا حد امکان با شعله پر می شود. ایجاد خلاء در کوره منجر به کاهش انتشار شعله و مکش هوای سرد از سوراخ ها می شود. این امر یکنواختی توزیع دما را مختل می کند و باعث کاهش دما در مناطقی از کوره می شود که هوای سرد در آن نفوذ می کند.
رژیم دمایی کوره نیز به دمای شعله و توزیع آن در طول شعله بستگی دارد. دمای شعله توسط تامین هوا کنترل می شود.
5. محاسبه احتراق سوخت، دمای واقعی شعله و حداقل دمای گرمایش هوا.
گرمای احتراق سوخت توسط آن تعیین می شود ترکیب بندی:
س n =358CH 4 +637C 2 H 6 +912C 3 H 8 +1186C 4 H 10 ;
س n=358*93.2+637*0.7+912*0.6+1186*0.6=35200 kJ/m 3
معادلات واکنش های احتراق اجزاءسوخت:
CH 4 +2O 2 =CO 2 + 2H 2 O + Q;
سی 2 اچ 6 +3.5O 2 =2CO 2 +3H 2 O+ س ;
C 3 H 8 + 5O 2 = 3CO 2 + 4H 2 O + Q;
C 4 H 10 + 6.5O 2 = 4CO 2 + 5H 2 O + Q.
نسبت هوای اضافی L =1,1.
محاسبات احتراق را در جدول خلاصه می کنیم:
| ترکیب سوخت، % | محتوای گاز، m 3 / m 3 | مصرف هوا به ازای هر 1 متر مکعب سوخت، متر مکعب | بازده محصولات احتراق در هر 1 متر مکعب سوخت، متر مکعب | |||||||
| در باره 2T | در باره 2 بعدی | ن 2 D | V L | CO 2 | اچ 2 O | ن 2 | O 2 | V D | ||
| CH 4 -93,2 | 0,932 | 1,8 6 4 | 1.96x1.1 | 2.16 برابر x3.76 | 2,16+ +8,10 | 0,932 | 1,864 | - | - | 2,796 |
| با 2 آر 6 -0,7 | 0,007 | 0,025 | 0,014 | 0,021 | از هوای رقیق | از هوای رقیق | 0,035 | |||
| با 3 اچ 8 -0,6 | 0,006 | 0,030 | 0,018 | 0,024 | 8,1 | 0,2 | 8,142 | |||
| سی 4 اچ 10 -0,6 | 0,006 | 0,039 | 0,024 | 0,030 | - | - | 0,054 | |||
| ن 2 -4,4 | 0,044 | - | - | - | - | - | - | 0,044 | - | 0,044 |
| CO 2 -0,5 | 0,005 | - | - | - | - | 0,005 | - | - | - | 0,205 |
| مقدار-100 | 1 | 1,96 | 2,16 | 8,1 | 10,26 | 0,993 | 1,939 | 8,144 | 0,2 | 11,276 |
O 2T و O 2D - مصرف اکسیژن، به ترتیب، نظری و واقعی، در L =1,1; ن 2 بعدی - حجم واقعی نیتروژن از هوا؛ V L - مصرف واقعی هوا برای احتراق 1 متر مکعب گاز. V D - حجم محصولات احتراق در هر 1 متر مکعب گاز.
ترکیب حجمی محصولات احتراق، %:
CO2=0.993*100/11.28=8.80
H2O=1.939*100/11.28=17.20
ن 2=8,144*100/11,28=72,23
O 2=0,2*100/11,28=1,77
_________________________
مقدار-100
بیایید مصرف سوخت را تعیین کنیم:
بیایید یک تعادل حرارتی برای قسمت پخت و پز کوره ترسیم کنیم.
قسمت ورودی
از کوره های ذوب شیشه برای تولید محصولات شیشه ای با خواص مشخص شده مختلف استفاده می شود. انواع متفاوت، در طراحی، عملکرد و حالت عملکرد متفاوت است.
کوره ذوب شیشه - واحد اصلی تولید شیشه. فرآیندهای عملیات حرارتی مواد اولیه، تولید مذاب شیشه و تولید محصولات از آن در آن صورت می گیرد.
برای ذوب شیشهاز کوره های ذوب شیشه ای با کارکرد ناپیوسته و پیوسته استفاده می شود.
با توجه به طراحی اتاق کارکوره های ذوب شیشه به دو دسته دیگ و کوره حمام تقسیم می شوند.
کوره های قابلمه ای کوره های دسته ای هستند که برای ذوب شیشه های نوری، نورپردازی، هنری و خاص استفاده می شود.
کوره های حمام در حالت پیوسته و دسته ای موجود هستند. کوره های حمام پیوسته نسبت به کوره های قابلمه ای و دسته ای مزایایی دارند: آنها مقرون به صرفه تر، سازنده تر و نگهداری آسان تر هستند.
با روش گرمایشکوره های ذوب شیشه به دو دسته شعله ای، الکتریکی و گازی-الکتریکی (گرمایش ترکیبی گاز و برق) تقسیم می شوند.
در کوره های احتراق، منبع انرژی حرارتی سوخت سوزانده می شود. شارژ و ذوب شیشه در این کوره ها گرما را از احتراق سوخت مایع یا گاز دریافت می کنند. ضریب اقدام مفیدکوره های احتراق 18-26٪. زیرا سوخت موجود در آنها عمدتاً برای گرم کردن سنگ نسوز کوره و جبران تلفات حرارتی مصرف می شود. کوره های برقی دارای چندین مزیت نسبت به کوره های شعله هستند: اندازه کوچکتر، بهره وری بیشتر. آنها مقرون به صرفه هستند و به راحتی تنظیم می شوند. در حین کار آنها هیچ اتلاف گرمایی با گازهای خروجی وجود ندارد و شرایط بهترکار یدی. راندمان کوره های الکتریکی به 50-60٪ می رسد.
بر اساس روش انتقال حرارت به مذاب شیشه، کوره های الکتریکی به کوره های قوس الکتریکی تقسیم می شوند. کوره های مقاومتی (مستقیم و غیر مستقیم) و القایی. در کوره های قوس الکتریکی، گرما از طریق تابش قوس ولتایی به مواد منتقل می شود. گسترده ترین کوره های مقاومت مستقیم هستند که در آنها عنصر گرمایشمذاب شیشه به طور مستقیم خدمت می کند. در این کوره ها، گرما در خود ماده تولید می شود که به عنوان مقاومت در مدار عمل می کند.
استفاده از مذاب شیشه به عنوان یک مقاومت حرارتی بر اساس این واقعیت است که شیشه دماهای بالاانجام می دهد برقو هدایت الکتریکی آن با افزایش دما افزایش می یابد. عبور از توده شیشه ای، انرژی الکتریکیتبدیل به گرما می شود، شیشه گرم شده و ذوب می شود. برای تغذیه کوره های الکتریکی گرمایش مستقیم از جریان تک فاز یا سه فاز استفاده می شود که از طریق الکترودهای مولیبدن یا گرافیت به مذاب شیشه می رسد.
کوره های الکتریکی با مقاومت مستقیم دارای طرح های متنوعی هستند، اما اکثر آنها چنین هستند حمام های افقی بخش مستطیل شکل. از این کوره ها برای ذوب شیشه های فنی و در حضور برق ارزان قیمت در تولید محصولات انبوه استفاده می شود.
در کوره های مقاومت غیرمستقیم، گرما از طریق تشعشع یا هدایت حرارتی از مقاومت وارد شده به کوره به مواد منتقل می شود.
که در کوره های القاییدر مواد موجود در مدار ثانویه، یک جریان القا می شود.
کوره های گازی-الکتریکی دارای گرمایش ترکیبی هستند: حوضچه برای ذوب بار توسط سوخت گازی گرم می شود و حوضچه برای شفاف سازی مذاب شیشه با جریان الکتریکی گرم می شود. گازهای خروجی از کوره ها دارای دمای 1350-1450 درجه سانتیگراد هستند. گرمای آنها برای گرم کردن هوا و گاز تامین شده برای احتراق استفاده می شود.
با توجه به روش استفاده از حرارت گاز زائدکوره های ذوب شیشه به دو دسته احیا کننده و احیا کننده تقسیم می شوند.
کوره های احیا کننده به دلیل طراحی ساده و سهولت استفاده گسترده تر شده اند.
عملکرد کوره های ذوب شیشه با بهره وری، مصرف گرما برای ذوب شیشه و ضریب کارایی کوره ارزیابی می شود که نسبت مقدار گرمای مفید صرف شده برای ذوب شیشه است به کل مصرفحرارت روی اجاق گاز
بهره وری کوره با دو شاخص مشخص می شود: بهره وری کل (روزانه) و بهره وری خاص. بهره وری کل برابر است با تعداد تن مذاب شیشه (یا محصولات مناسب) که در روز از کوره خارج می شود. بهره وری ویژه با نسبت بهره وری روزانه به مساحت حوضه کوره اندازه گیری می شود و بر حسب کیلوگرم بر متر مربع در روز بیان می شود.
در یک کوره ذوب شیشه در دماهای بالا، فرآیندهای مختلف و دگرگونی های مختلف در شارژ رخ می دهد. در دماهای نسبتاً پایین (حدود 400 درجه سانتیگراد) یک واکنش شیمیایی بین مواد باردار آغاز شد. واکنش هایی که منجر به تشکیل سیلیکات می شود. همانطور که مخلوط بیشتر گرم می شود، به مذابی از نمک های مختلف تبدیل می شود. سیلیکات های به دست آمده و بقایای اجزای واکنش نداده در یک توده متراکم پخته می شوند. این اولین مرحله ذوب شیشه است - تشکیل سیلیکات(رژیم دما - 800-900 درجه سانتیگراد).
با افزایش بعدی دما، سیلیکات ها ذوب می شوند و یکی در دیگری حل می شوند. یک مذاب کف آلود و مات تشکیل می شود که با ذرات باردار و حباب های گازهای آزاد شده در طی واکنش ها نفوذ می کند.
به تدریج، باقی مانده های جامد بار در مذاب حل می شوند، کف ناپدید می شود و یک توده شیشه ای شفاف تشکیل می شود. این مرحله دوم ذوب شیشه است - تشکیل شیشه(1150-1200 درجه سانتیگراد).
مذاب شیشه ای به دست آمده حاوی اجزای گازی با اندازه های مختلف است و از نظر شیمیایی ناهمگن است. ترکیب بندی. بنابراین همچنان برای تولید محصولات نامناسب است.
فرآیند حذف حباب ها از مذاب شیشه (گاز زدایی) شفاف سازی (1400-1500 درجه سانتی گراد) نامیده می شود. این شامل آزاد شدن اجزای گازی از مذاب شیشه در هنگام گرم شدن بیشتر به دلیل کاهش ویسکوزیته دومی است. برای سرعت بخشیدن به فرآیند، می توان هوای فشرده یا بخار آب را از درون مذاب شیشه عبور داد (حباب زد)، یا می توان زلال کننده ها را اضافه کرد. اصل تسریع فرآیند این است که مذاب شیشه با اجزای گازی بزرگ اشباع شود. چنین حباب هایی نسبتاً آسان به سطح بالا می روند. در عین حال حباب های کوچکی را در طول مسیر جذب می کنند که به خودی خود بسیار آهسته بالا می روند یا به دلیل ویسکوزیته نسبتاً بالای ذوب شیشه اصلاً بالا نمی روند.
فرآیند یکسان سازی شیمیایی ترکیب مذاب شیشه نامیده می شود یکسان سازی. این یک قرار گرفتن طولانی مدت در معرض ذوب شیشه در دمای بالا (حدود 1500 درجه سانتیگراد) است. در این حالت در اثر انتشار مذاب، مذاب شیشه از نظر شیمیایی همگن می شود.
جرم شیشه ای همگن به دست آمده تا ویسکوزیته لازم برای قالب گیری محصولات از آن (حدود 1200 درجه سانتیگراد) خنک می شود. فرآیند نامیده می شود سرد
بنابراین، در فرآیند ذوب شیشه، پنج مرحله اصلی را می توان تقریباً تشخیص داد: تشکیل سیلیکات، تشکیل شیشه، شفاف سازی، همگن شدن و سرد شدن. در عمل فقط اولین و آخرین مراحل در زمان‌ها و مکان‌های مختلف در کوره وان حمام رخ می‌دهد. مراحل دوم، سوم و چهارم تقریباً به طور همزمان شروع می شود. کوره های قابلمه و حمام برای ذوب شیشه استفاده می شود. دومی می تواند از یک اصل عملیاتی دوره ای یا پیوسته باشد.
6. رنگ آمیزی شیشه، تغییر رنگ شیشه، شفافیت شیشه
شیشه با وارد کردن اکسیدهای فلزات خاص به آن یا با تشکیل ذرات کلوئیدی عناصر خاص رنگ می شود. بنابراین، طلا و مس، هنگامی که به صورت کلوئیدی توزیع می شوند، شیشه را قرمز رنگ می کنند. چنین شیشه ای را به ترتیب طلا و یاقوت مس می نامند. نقره در حالت کلوئیدی شیشه را رنگ می کند رنگ زرد. سلنیوم یک رنگ خوب است. در حالت کلوئیدی شیشه را صورتی رنگ می کند و به شکل ترکیب CdS·3CdSe شیشه را قرمز رنگ می کند. این لیوان یاقوت سلنیوم نام دارد. هنگام رنگ آمیزی با اکسیدهای فلزی، رنگ شیشه به ترکیب آن و میزان اکسید رنگ بستگی دارد. به عنوان مثال، اکسید کبالت (II) شیشه آبی را در مقادیر کم، و بنفش-آبی با رنگ مایل به قرمز در مقادیر زیاد تولید می کند. اکسید مس (II) در شیشه سودا-آهک رنگ آبی و در شیشه پتاسیم-روی رنگ سبز می دهد. اکسید منگنز (M) در شیشه سدیم آهکی رنگ قرمز بنفش و در شیشه پتاسیم روی رنگ آبی بنفش می دهد. اکسید سرب (II) رنگ شیشه را افزایش می دهد و به رنگ سایه های پر جنب و جوش می دهد. شیشه بطری درجه پایین، به عنوان یک قاعده، رنگی دارد که به وجود یون های Fe 2+ و Fe 3+ در آن بستگی دارد. تمیز کردن مواد اولیه شیشه از آهن دشوار است و بنابراین همیشه در انواع ارزان قیمت وجود دارد. از آنجایی که شیشه به طور همزمان دارای هر دو یون Fe 2 + و Fe 3 + است، آنها به شیشه رنگ سبز می دهند (رنگ بطری وجود دارد). و روش های فیزیکی سفید کردن شیشه که در شیمیاییآنها در تلاشند تا تمام آهن موجود را به Fe 3+ تبدیل کنند. برای انجام این کار، عوامل اکسید کننده به بار وارد می شوند - نیترات های فلز قلیایی، دی اکسید سریم CeO 2، و همچنین اکسید آرسنیک (III) به عنوان 2 O 3 و آنتیموان (III) اکسید Sb 2 O 3. شیمی. شیشه سفید شده فقط کمی رنگی (به دلیل یون های Fe 3+) به رنگ مایل به زرد متمایل به سبز است، اما انتقال نور خوبی دارد. با فیزیکی در طول سفید کردن، "رنگ ها" به ترکیب شیشه وارد می شوند، یعنی. یون هایی که آن را با رنگ های اضافی به رنگ ایجاد شده توسط یون های آهن رنگ می کنند، اکسیدهای نیکل، کبالت، عناصر خاکی کمیاب و همچنین سلنیوم هستند. دی اکسید منگنز MnO 2 دارای خواص تغییر رنگ شیمیایی و فیزیکی است. در اثر جذب مضاعف نور، شیشه بی رنگ می شود، اما عبور نور آن کاهش می یابد. بنابراین، باید بین شیشه شفاف و سفید شده تمایز قائل شد، زیرا این مفاهیم متفاوت هستند، همچنین باید توجه داشت که گاهی اوقات شیشه های رنگی از محتویات بطری ها در برابر قرار گرفتن در معرض فتوشیمیایی ناخواسته محافظت می کنند. بنابراین، رنگ شیشه بطری گاهی اوقات به طور خاص افزایش یافته است مهمترین مقدسینشیشه است شفافیت. با این حال، در برخی موارد، شیشه با "خاموش کردن" آن عمداً مات می شود. به موادی که باعث کدر شدن شیشه می شوند، صدا خفه کن می گویند. تضعیف به دلیل توزیع ذرات ریز کریستالی در سراسر جرم شیشه رخ می دهد. آنها نشان دهنده ذرات صدا خفه کن حل نشده یا ذرات آزاد شده از جرم مایع در هنگام خنک شدن شیشه هستند. در حال حاضر برای این منظور از کرایولیت Na 3، فلورسپار CaF 2 و سایر ترکیبات فلوراید استفاده می شود. شیشه به شدت کم نور ( سفید) شیر نامیده می شود. کرایولیت اغلب برای تولید آن استفاده می شود. شیشه شیر عمدتاً برای ساخت وسایل روشنایی استفاده می شود.
فرآیند تبدیل بار پودری به جرم شیشه ای هنگام گرم شدن با دگرگونی های فیزیکی و شیمیایی پیچیده همراه است و در چندین مرحله انجام می شود. مهمترین آنها عبارتند از؛ تشکیل سیلیکات، تشکیل شیشه، گاززدایی (شفاف سازی)، همگن سازی و ذوب مذاب شیشه. در مرحله اول - تشکیل سیلیکات - وقتی بار تا 800-900 درجه سانتیگراد گرم می شود، رطوبت بار تبخیر می شود، دی اکسید کربن و نمک های سولفات کلسیم، منیزیم و سدیم با آزاد شدن محصولات گازی جدا می شوند (CO2, S02). و H20)، برهمکنش بین اجزای بار با سیلیکات های تشکیل دهنده، که در این صورت به دلیل ذوب مخلوط های سودا و یوتکتیک، فاز مایع ظاهر می شود و بار به یک توده متخلخل تبدیل می شود.
در مرحله دوم - تشکیل شیشه - هنگامی که دما به 1150-1200 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، واکنش های تشکیل سیلیکات تکمیل می شود، یک ترکیب ناهمگن، با تعداد زیادی حباب گاز نفوذ می کند، توده شیشه ای تشکیل می شود و دانه های کوارتز واکنش نشان نمی دهند، که مقدار آن به 25% می رسد و سایر اجزاء در مذاب سیلیکات حل می شوند. فرآیند تشکیل شیشه 8-9 برابر کندتر از تشکیل سیلیکات است.
در مرحله سوم - گاز زدایی - هنگامی که دما به 1400-1500 درجه سانتیگراد می رسد، به دلیل کاهش ویسکوزیته مذاب شیشه به 10 Pa-s، گاز زدایی و شفاف شدن آن اتفاق می افتد و در عین حال تعادل بین گازهای محلول برقرار می شود. و شیشه ذوب می شود و کوچکترین حباب های گاز دیگر قابل مشاهده نیستند. این مرحله طولانی‌ترین زمان را می‌گیرد، زیرا گازها به آرامی از جرم شیشه خارج می‌شوند.
در مرحله چهارم - همگن سازی - میانگین ترکیب جرم شیشه به دلیل اختلاط شدید توسط حباب های هوا که به سطح بالا می روند که برای تولید محصولات شیشه ای ضروری است رخ می دهد. فرآیند همگن سازی به موازات گاززدایی اتفاق می افتد، اما کمی بیشتر طول می کشد.
در آخرین مرحله ذوب شیشه - ذوب مذاب شیشه - کاهش یکنواخت دمای آن بین 200-300 درجه سانتیگراد وجود دارد. این مرحله یک عملیات مقدماتی برای تولید مذاب شیشه است. هنگام تولید شیشه، ویسکوزیته جرم شیشه باید حداقل 100 Pa-s باشد که مربوط به دمای 1150-1200 درجه سانتیگراد است.
برای ذوب شیشه از کوره های دسته ای (کوره های قابلمه و حمام با ظرفیت کم) و کوره های پیوسته (کوره های حمام با ظرفیت بالا) استفاده می شود. در کوره های دسته ای، تمام مراحل ذوب شیشه در یک حجم کاری به صورت متوالی (در زمان های مختلف) اتفاق می افتد و در کوره های حمام پیوسته، تمام فرآیندهای ذوب شیشه به طور همزمان اتفاق می افتد و هر یک از آنها مربوط به قسمت خاصی از حجم کار است. از کوره
کوره های حمام به طور گسترده ای در صنعت شیشه استفاده می شود. طرح های مختلفو اندازه های (6.3) بسته به ترکیب شیشه، روش تولید، بهره وری و ... بر اساس روش انتقال حرارت به مذاب شیشه، کوره های حمام آتش با جهت های مختلف شعله، برقی و شعله-الکتریکی وجود دارد که حرارت شعله بالا را با حرارت الکتریکی عمیق مذاب شیشه ترکیب کنید. استفاده از کوره های الکتریکی برای ذوب شیشه بر اساس خاصیت ذوب شیشه در دماهای بالا (بیش از 1000-1100 درجه سانتیگراد) برای هدایت جریان الکتریکی با انتشار گرما است.
کوره های حمام پیوسته برای ذوب و تولید ورق، مقطع، ظرف، ظروف غذاخوری و سایر شیشه ها استفاده می شود. آنها مجهز به لودرها و سیستم های مکانیکی هستند کنترل خودکارو مقررات. از ویژگی های ذوب شیشه در کوره های حمام پیوسته می توان به حرکت مداوم شارژ و مذاب شیشه از قسمت بارگیری به قسمت کار و همچنین ذوب مذاب شیشه در لایه های سطحی اشاره کرد.
حوض های کوره های حمام می توانند از نظر طراحی متفاوت باشند، اما در هر حوضه ای مناطقی برای بارگیری، ذوب شیشه، شفاف سازی، سرد کردن و تولید وجود دارد که در آن یک رژیم دمایی خاص حفظ می شود (6.4). مذاب شیشه حداکثر دمای خود را (1450-1500 درجه سانتیگراد) در ابتدای منطقه شفاف سازی، واقع در قسمت میانی حوضچه ذوب دارد. تنظیم حالت ذوب شیشه با تقسیم حوضه کوره با پارتیشن های جامد یا مشبک (صفحه نمایش)، قایق های مانع و غیره تسهیل می شود و مسیر مذاب شیشه ای نپخته را مسدود می کند.
برای حفظ سطح ثابت ذوب شیشه در استخر به منظور اطمینان از تامین برق مناسب ماشین آلات تولیدی و جلوگیری از تخریب زودرس مواد نسوز استخر، بچ به صورت مداوم در کوره حمام بارگذاری می شود. مذاب شیشه پس از ذوب و شفاف شدن وارد قسمت شیشه ای و سپس به کانال های تولید منتهی به محفظه های زیر ماشین می شود. حرکت مذاب شیشه در استخرها به دلیل تولید مداوم شیشه، چگالی های مختلف مذاب شیشه پخته و نپخته و اختلاف دما در طول و عرض استخر رخ می دهد که منجر به پیدایش جریان های همرفتی می شود.
برای ذوب شیشه ورق، به عنوان یک قاعده، از کوره های احیا کننده پیوسته با ظرفیت بالا (تا 250 تن مذاب شیشه در روز) با جهت شعله عرضی استفاده می شود که بین قسمت های ذوب و کار توسط قایق های رگبار جدا می شود. در برق و شعله- کوره های برقیذوب شیشه نیز در چندین مرحله (مانند کوره های آتشین) انجام می شود، اما تمام فرآیندها به صورت متوالی در جهت عمودی رخ می دهند و در نتیجه جریان های همرفتی قوی، فرآیند ذوب با شدت بیشتری ادامه می یابد. راندمان کوره های الکتریکی 3-5 برابر بیشتر از کوره های شعله است، به دلیل استفاده بهتر از گرما و کاهش تلفات حرارتی، سرعت حذف ویژه شیشه بالا است - 1200-3000 کیلوگرم بر متر مربع.
فرآیند حرارتی که در نتیجه آن یک مذاب همگن - مذاب شیشه - از بار (مخلوطی از مواد خام) تشکیل می شود، ذوب شیشه نامیده می شود. ذوب مذاب شیشه در کوره های ذوب شیشه در دمای 1350-1500 درجه سانتیگراد انجام می شود. پخت و پز پنج مرحله دارد.
1. تشکیل سیلیکات - مرحله فاز جامد واکنش های شیمیایی. اجزای بار تحت تأثیر T = 900-950 درجه سانتیگراد دچار تغییرات فیزیکی و شیمیایی می شوند، واکنش ها در فاز جامد با تشکیل کربنات ها و سیلیکات های مضاعف رخ می دهد و یک فاز مایع به دلیل ذوب مخلوط های یوتکتیک ظاهر می شود. در نتیجه یک توده متخلخل متراکم تشکیل می شود.
2. تشکیل شیشه - مرحله به دست آوردن یک توده مذاب - شیشه ای بدون آخال های جامد. در این مرحله، با افزایش دما به 1200-1250 درجه سانتی گراد، فرآیندهای تشکیل سیلیکات کامل می شود، توده زینتر شده ذوب می شود و سیلیس اضافی (SiO 2) به تدریج در مذاب سیلیکات حل می شود. در پایان این مرحله، مذابی از ترکیب شیمیایی ناهمگن تشکیل می شود که شامل حباب های زیادی است.
3. شفاف سازی (گاز زدایی) - مرحله آزادسازی مذاب شیشه از ادغام گازهای قابل مشاهده. در این مرحله، با افزایش دما به Tmax = 1400-1500 درجه سانتی گراد، ویسکوزیته مذاب کاهش می یابد (η = 100 poz) و حباب های گاز کوچک و بزرگ قابل مشاهده از مذاب حذف می شوند. در نتیجه، یک مذاب شفاف بدون مواد گازی بدست می آوریم.
4. هموژنیزاسیون - مرحله به دست آوردن همگنی شیمیایی، فیزیکی و دمایی توسط مذاب شیشه. این مرحله همزمان با شفاف سازی در دماهای یکسان اتفاق می افتد. در طی فرآیندهای همرفت و انتشار، تسطیح رخ می دهد ترکیب شیمیاییمذاب و خواص آن در نتیجه، یک مذاب همگن - مذاب شیشه ای به دست می آوریم.
5. سرد کردن - مرحله سرد شدن مذاب شیشه. بر در این مرحلهمذاب شیشه برای قالب گیری آماده می شود. دمای مذاب شیشه به 1000-1100 درجه سانتیگراد کاهش می یابد، در نتیجه ویسکوزیته مذاب افزایش می یابد (η = 104-108 ps).
در واقع تقسیم فرآیند ذوب شیشه به پنج مرحله خودسرانه است. چهار مرحله اول با هم همپوشانی دارند و تقریباً به طور همزمان از مرحله پنجم (مطالعه) جدا می شوند. مرحله اول، دوم، سوم و چهارم در منطقه پخت و پز، و پنجم - در منطقه تولید کوره رخ می دهد.
بنابراین، ذوب شیشه یک فرآیند فیزیکی و شیمیایی پیچیده است. فرآیندهای فیزیکی شامل گرم کردن بار، تبخیر رطوبت، ذوب اجزای بار، انحلال اجزای بار در مذاب، دگرگونی های چندشکل، تبخیر اجزاء می باشد. فرآیندهای شیمیایی - تشکیل سیلیکات ها، تفکیک کربنات ها، سولفات ها، نیترات ها، حذف مواد شیمیایی آب مقید.
اجازه دهید در مورد هر مرحله از پخت و پز با جزئیات صحبت کنیم.
تشکیل سیلیکات 10 درصد زمان ذوب شیشه را می گیرد. افزایش دما در داخل لایه بار بسیار آهسته اتفاق می افتد، بنابراین زمان کافی برای واکنش های فاز جامد وجود دارد.
مواد اولیه اصلی لیوان های سودا-آهک-سیلیکات سودا، دولومیت، سنگ آهک، ماسه کوارتز است که در فاز جامد با یکدیگر برهم کنش می کنند و در اثر واکنش ها کربنات ها و سیلیکات های مضاعف تشکیل می دهند (3):
Na 2 CO 3 + MgCO 3 = Na2Mg(CO 3) 2 T > 300°C
Na 2 CO 3 + CaCO 3 = Na 2 Ca(CO 3) 2 T > 550 درجه سانتی گراد
Na 2 Ca(CO 3) 2 + 2SiO 2 =
Na 2 SiO 3 + CaSiO 3 + CO 2 Т = 600-800 درجه سانتیگراد
Na 2 CO 3 + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + 2CO 2 T > 700-850 درجه سانتی گراد
2CaCO 3 + SiO 2 = Ca 2 SiO 3 + 2CO 2 T > 600 درجه سانتی گراد
یوتکتیک CaNa 2 (CO 3) 2 - Na 2 CO 3 در T = 740-800 درجه سانتیگراد ذوب می شود و ترکیبات ذوب می شوند: CaNa 2 (CO 3) 2 در T = 813 ° C و Na 2 CO 3 در T = 850 درجه سانتیگراد مذاب حاصل دانه های SiO 2 را در بر می گیرد.
فرآیندهای تفکیک کربنات در حال انجام است (4):
MgCO 3 = MgO + CO 2 (P = 1 bar) T = 540 درجه سانتی گراد
CaCO 3 = CaO + CO 2 (P = 1 bar) T = 910 درجه سانتیگراد
Na 2 Ca(CO 3) 2 = CaO + Na 2 O + 2CO 2 (P = 1 bar) T = 960 درجه سانتی گراد
گازهای CO 2 آزاد شده کیک را متخلخل می کند. دگرگونی های اصلاحی دانه های کوارتز در حال انجام است.
تبدیل کوارتز α کوارتز ® β از اهمیت اساسی برخوردار است ، زیرا در این حالت استحکام دانه ها کاهش می یابد ، ریزترک هایی در آنها ظاهر می شود که در نتیجه واکنش پذیری آنها افزایش می یابد.
واکنش ها در مخلوط سرب و پتاس تا حدودی با مخلوط سودا متفاوت است. مواد اولیه اصلی کریستال ماسه کوارتز، پتاس و سرب قرمز است. واکنش های تشکیل سیلیکات به ترتیب زیر انجام می شود (6):
K 2 CO 3 + SiO 2 = K 2 SiO 3 + CO 2 Т = 300 درجه سانتی گراد
2Pb 3 O 4 = 6PbO 2 + 2O 2 Т = 445-597 درجه سانتی گراد
PbO = SiO 2 = PbSiO 3 Т = 480-580 درجه سانتی گراد
2K 2 CO 3 + 3SiO 2 = K 2 SiO 3 + K 2 Si 2 O 5 + 2CO 2 Т = 600-800 درجه سانتی گراد
ذوب Pb 3 O 4 T = 830 درجه سانتی گراد
ذوب PbO Т = 886 درجه سانتیگراد
سیلیکات دو سرب PbO + SiO 2 = PbSi 2 O 5
فرآیندهای تشکیل سیلیکات با استفاده از روش های DTA - تجزیه و تحلیل حرارتی دیفرانسیل، DTG - گرما سنجی مطالعه می شود. با استفاده از یک آنالایزر گاز، ترکیب کیفی و کمی گازهای حاصل تعیین می شود. با استفاده از XRF - تجزیه و تحلیل فاز اشعه ایکس - ترکیب کیفی و کمی زینتر جامد.
روش های تسریع مرحله تشکیل سیلیکات عبارتند از:
الف) افزایش محتوای اجزای کم ذوب در بار (اکسیدهای قلیایی و قلیایی خاکی، بورات).
ب) معرفی به شارژ 1٪ شتاب دهنده های پخت و پز (فلوریدها، کلریدها، نمک های آمونیوم)، که دمای واکنش های تشکیل سیلیکات را 80-100 درجه سانتیگراد کاهش می دهد.
ج) مرطوب کردن شارژ به 3-5٪.
د) تشکیل سیلیکات یک فرآیند گرماگیر است که با جذب گرما رخ می دهد و نیاز به هزینه های بالاگرما. هنگامی که دما 100 تا 150 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، تشکیل سیلیکات دو برابر تسریع می یابد.
تشکیل شیشه 80 درصد زمان ذوب شیشه را می گیرد. پس از اتمام مرحله تشکیل سیلیکات، تقریباً 30 درصد از مقدار اضافی دانه های کوارتز به صورت جامد در سینتر وجود دارد. در مرحله تشکیل شیشه، کوارتز در مذاب سیلیکات حل می شود. این فرآیند بسیار کند است و در حالت انتشار (با انرژی فعال سازی Ea = 43.7 کیلوکالری در مول) رخ می دهد.
فرآیند انحلال SiO 2 جامد در مذاب ها به دو مرحله کاهش می یابد: تخریب شبکه کریستالی جامدو تبدیل ذرات به مذاب. انتشار ذرات SiO2 منتقل شده به مذاب.
سرعت تشکیل شیشه تحت تأثیر شرایط زیر است:
الف) اندازه و شکل دانه های کوارتز: دانه های زاویه دار و کوچک سریعتر از گرد و بزرگ حل می شوند. اندازه بهینهذرات r = 0.1-0.7 میلی متر)؛
ب) هر چه غلظت اکسیدهای قلیایی در مذاب بیشتر باشد، زمان انحلال SiO 2 کوتاهتر است.
ج) هر چه دمای پخت بالاتر باشد، سریعتر می رودانحلال SiO 2: با هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما، سرعت تشکیل شیشه 10٪ افزایش می یابد.
د) معرفی اضافی سورفکتانت هایی که کشش سطحی مذاب را کاهش می دهند به افزایش سرعت انحلال کمک می کند (به عنوان مثال، معرفی سولفیدها در مقادیر 0.1-0.3٪ سرعت تشکیل شیشه را 30٪ افزایش می دهد).
ه) ویسکوزیته بالا انتشار را برای کاهش ویسکوزیته مذاب دشوار می کند، افزایش دما لازم است. دمای بهینه T = 1550-1600 درجه سانتیگراد است، علاوه بر این، در این مورد تمام SiO 2 وارد اصلاح آمورف می شود.
و) جریانهای همرفتی مذاب شیشه فرآیندهای انتشار را تسریع می کنند، بنابراین اختلاط مکانیکی با استفاده از میکسرهای سرامیکی پروانه ای در ناحیه ذوب، سرعت حذف محصولات انحلال دانه های SiO 2 را از ناحیه انتشار افزایش می دهد و زمان انحلال را کاهش می دهد.
شفاف سازی – رهاسازی مذاب شیشه از اجزاء گازهای قابل مشاهده. منابع گازهای مذاب شیشه عبارتند از:
الف) هوای جذب شده توسط ذرات باردار؛
ب) رطوبت شارژ - 3-7٪ H 2 O.
ج) تصعید اجزای بسیار فرار بار به عنوان 2 O 3، NH 4 Cl، CaF 2 و غیره.
د) تجزیه اجزای بار: H 3 VO 3 = 3H 2 O + B 2 O 3. Me 2 CO 3 = Me 2 O + CO 2; MeSO 4 = MeO + SO 3;
ه) برهمکنش مذاب شیشه با اتمسفر کوره، که حاوی 88٪ N 2، 12٪ CO 2 است، که منجر به از دست دادن شارژ 17-20٪ می شود.
آزادسازی مذاب شیشه از اجزاء گاز از اهمیت عملی زیادی برای مبارزه با عیوب شیشه - حباب ها برخوردار است. برهمکنش بین گازهای آزاد شده در هنگام تجزیه اجزای بار، گازهای جو کوره و مذاب شیشه رخ می دهد که در نتیجه گازها در مذاب شیشه حل می شوند.
تشخیص انحلال فیزیکی و شیمیایی گازها ضروری است. هنگامی که به صورت فیزیکی حل می شود، گاز بدون تغییر شکل شیمیایی خود به مذاب می رود:
حدود 2 اتمسفر ® O 2 disp.
در غیاب یونهای چند ظرفیتی، اکسیژن O2 و گازهای بی اثر عمدتاً به صورت فیزیکی حل می شوند. در طی انحلال شیمیایی، گاز به مذاب می رود و شکل شیمیایی خود را تغییر می دهد:
اتمسفر CO 2 ® (CO 3) 2 disp.
آب H 2 O، نیتروژن N 2، دی اکسید گوگرد SO 2، دی اکسید کربن CO 2 و اکسیژن O 2 (در حضور یونهای چند ظرفیتی) عمدتاً به صورت شیمیایی حل می شوند. نسبت مقدار گازهای محلول فیزیکی به گازهای محلول شیمیایی 1/1000...10000 است.
حلالیت گازها به ترکیب مذاب شیشه بستگی دارد. در مذاب های بورات، حلالیت H 2 O بیشتر از مذاب های سیلیکات است. این با پایداری بیشتر گروه های =B-OH در مقایسه با ≡Si-OH توضیح داده می شود. با افزایش اسیدیته مذاب، حلالیت SO 3 کاهش می یابد.
حلالیت گازها به دما بستگی دارد. با افزایش دما، حلالیت همه گازها به استثنای دی اکسید گوگرد افزایش می یابد. با افزایش T، حباب های SO 3 منقبض می شوند، بنابراین شفاف سازی سولفات در دمای پایین تری انجام می شود.
گازهای محلول بر خواص مذاب تشکیل دهنده شیشه تأثیر می گذارد. کاهش ویسکوزیته مذاب شیشه با تخریب اکسیژن های پل، کاهش درجه انسجام قاب و افزایش تحرک ذرات همراه است. به عنوان مثال، کشش سطحی مذاب شیشه کاهش می یابد، زیرا SO 4 2-، CO 3 2-، OH - به لایه سطحی جابجا می شوند و نقش سورفکتانت ها را بازی می کنند.
فرآیندهای یکسان سازی غلظت گاز در مذاب یا بین مذاب و جو کوره با انتشار گاز محلول تعیین می شود. ضریب انتشار همه گازها با افزایش دما افزایش می یابد.
شفاف سازی مذاب شیشه به شرح زیر انجام می شود. یک حباب گاز در کف استخر تشکیل می شود و به دلیل نیروهای کشش سطحی روی یک سطح جامد نگه داشته می شود. حباب گاز در مذاب توسط نیروی بالابر ارشمیدس و نیروی استوکس که از حرکت رو به بالا حباب جلوگیری می کند، عمل می کند. در شرایط تعادل، نیروهای ارشمیدس و استوکس برابر هستند و نرخ افزایش حباب را می توان محاسبه کرد:
http://investobserver.info/wp-content/uploads/stroimat/image004.png" width="93" height="37">
که در آن V میزان افزایش حباب است. r شعاع حباب گاز است. ρ c، ρ g - چگالی جرم شیشه و گاز. η – ویسکوزیته مذاب شیشه.
این معادله برای حباب هایی با شعاع بیشتر از 0.4 میلی متر معتبر است. مطالعات سینتیک انتشار گاز نشان می دهد که در 175 درجه سانتیگراد رطوبت و آب هیدرات، در 525 درجه سانتیگراد - حذف آب متصل به شیمیایی، در 300 درجه سانتیگراد - CO 2 از MgCO 3، در 700 درجه سانتیگراد - CO 2 از BaCO 3 حذف می شود. , K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , در دمای 675 درجه سانتی گراد - تجزیه نیترات ها و آزادسازی O 2 , NO 2 , NO در دمای 1050 درجه سانتی گراد - انتشار O 2 از زلال ساز: Sb 2 O 5 = Sb 2 O 3 + O 2 .
سرعت شفاف سازی مذاب شیشه تحت تأثیر موارد زیر است:
الف) اختلاط مکانیکی (مذاب شیشه با استفاده از همزن های مکانیکی یا اولتراسوند مخلوط می شود که باعث می شود میزان شفاف سازی 30-60٪ افزایش یابد.
ب) جوشاندن مذاب شیشه با هوای فشرده از طریق کف کوره، که به ویژه برای حذف CO 2 موثر است.
ج) افزایش دما در ناحیه زلال‌سازی به میزان 10 درجه سانتیگراد، که منجر به افزایش نرخ شفاف‌سازی تا 5 درصد می‌شود. در همان زمان، ویسکوزیته مذاب کاهش می یابد و سرعت افزایش حباب های گاز افزایش می یابد.
د) گرمایش الکتریکی اضافی مذاب شیشه در منطقه شفاف سازی، که اجازه می دهد تا فرآیند 3 بار تسریع شود، زیرا گرما باعث همرفت می شود.
ه) معرفی اضافی به مخلوط 1٪ شفاف کننده - موادی که، زمانی که درجه حرارت بالا(بیش از 1200 درجه سانتیگراد) تجزیه شده و حبابهای بزرگی از گازها را آزاد می کند. به دلیل تفاوت فشار جزئی گازهای شفاف کننده و گازهای همراه و همچنین انتشار گازها از ناحیه ای با فشار جزئی بالا به ناحیه ای با فشار جزئی کم، حباب های کوچک گازهای همراه ناپدید می شوند و حباب های گازهای شفاف کننده رشد می کنند. گرفتن سایر اجزاء گاز، و بالا آمدن به سطح. بنابراین، فرآیند گاززدایی مذاب شیشه انجام می شود.
هموژنیزاسیون فرآیند افزایش همگنی مذاب شیشه است. دلایل ناهمگنی مذاب شیشه عبارتند از: ناهمگنی ترکیب شیشه (زیرا محتوای اکسیدهای منفرد متفاوت است: SiO 2 - 50-70٪ ، Me 2 O - 15٪ ، MeO - 10٪ ، سیلیکات های ترکیبات مختلفی در مذاب شیشه تشکیل می شود. ناهمگونی مواد خام از دسته ای به دسته دیگر؛ ترکیب گرانولومتری مختلف مواد خام؛ ناهمگونی یا طبقه بندی بار.
پس از مرحله شفاف سازی، مذاب شیشه که از نظر ترکیب شیمیایی ناهمگن است، ساختار سلولی دارد. وظیفه مرحله همگن سازی تخریب ساختار سلولی، میانگین گیری ترکیب شیمیایی و افزایش همگنی آن است.
جریان های همرفتی تاثیر قابل توجهی بر میزان روشنایی دارند. تحت تأثیر جریانهای همرفتی مذاب شیشه در کوره، که ناشی از توزیع گرادیان دمایی است، سلول ها به صورت رشته هایی کشیده می شوند، اجزای نخ نازکی با ترکیب شیمیایی متفاوت. شیشه های غنی شده با SiO 2 در مقایسه با مذاب شیشه کشش سطحی کمتری دارند و بنابراین به راحتی در آن حل می شوند. رشته های غنی شده با Al 2 O 3 در مقایسه با جرم شیشه ای کشش سطحی بالاتری دارند و بنابراین ضعیف حل می شوند. وجود رگه ها نشان دهنده کیفیت پایین مذاب شیشه است.
نیروی محرکه همرفت، گرادیان دما و چگالی جرم شیشه است. حرکت مذاب شیشه در کوره مخلوط است، عدد رینولدز (Re) از 1-2 تا 20-30 متغیر است. سرعت ذوب شیشه در جریان تولید 2-30 متر در ساعت است. جریان های همرفتی عرضی نیز وجود دارد (V = 1.5 متر در ساعت). در نتیجه وقوع جریان های همرفتی طولی و عرضی، جرم شیشه دستخوش یک حرکت مارپیچ پیچیده می شود.
انتشار همچنین نقش مهمی در فرآیندهای همگن سازی دارد. نیروی محرکه برای انتشار، گرادیان پتانسیل شیمیایی (شیب غلظت جزء) است که به سمت کاهش آن هدایت می شود. ضریب انتشار (D) به ماهیت کاتیون بستگی دارد: ضریب انتشار کاتیون‌های اصلاح‌کننده (Na, Li, K) مرتبه‌ای بالاتر از کاتیون‌های تشکیل‌دهنده شیشه، Si, B, P است افزایش شعاع کاتیون D کاهش می یابد و با افزایش دما افزایش می یابد.
سرعت همگن شدن تحت تأثیر موارد زیر است:
الف) جوشاندن مذاب شیشه با هوای فشرده، که جریانهای همرفتی اضافی ایجاد می کند و سرعت همگن شدن را 2 برابر افزایش می دهد.
ب) اختلاط مکانیکی، که سرعت همرفت و انتشار را افزایش می دهد و سرعت همگن شدن را 12-15٪ افزایش می دهد.
ج) گرمایش الکتریکی اضافی، که سرعت همرفت و انتشار را 20٪ افزایش می دهد.
درجه همگنی مذاب شیشه بر عملکرد محصولات مناسب مطابق با معادله تأثیر می گذارد
y = تبر 2 + در + c،
که در آن y بازده محصولات مناسب است. x - درجه همگنی؛ a، b، c بسته به ترکیب مذاب شیشه ثابت هستند.
یکنواختی مذاب شیشه به طور مستقیم دوام محصولات شیشه ای را تعیین می کند و بر مکانیکی آنها تأثیر می گذارد. خواص شیمیاییو مقاومت در برابر حرارت با روش الکتروشیمیایی با افت پتانسیل در انتهای الکترودهای پلاتین تعیین می شود. برای ذوب شیشه ای همگن شیمیایی، EMF< 3 мВ. Однородность стекла определяют по разбросу значений показателя преломления и плотности стекла, допускаются отклонения Δn и Δd соответственно 0,005 и 0,01 г/см 3 .
سرد کردن، تهیه مذاب شیشه برای قالب گیری است. در نتیجه سرد شدن، جرم شیشه باید دارای ویسکوزیته: 4.8 10 8 dPas باشد - برای قالب گیری دستی محصولات. 10 9 -10 8 dPa s - برای قالب گیری مکانیکی. 10 9 – 10 8 dPa s – برای دمیدن مکانیکی شیشه لامپ.
شرط اصلی ذوب کاهش تدریجی، مداوم و آهسته دمای توده شیشه بدون تغییر ترکیب و فشار اتمسفر گاز کوره است، به طوری که باعث ایجاد آخال های گاز ثانویه - "موج ها" نشود. و همچنین بدون ایجاد اختلال در یکنواختی حرارتی جرم شیشه که می تواند باعث تغییر در ضخامت شیشه ورق و نوسانات وزن قطره ها برای کالاهای قطعه شود.
روش های خنک سازی مذاب شیشه عبارتند از:
الف) موانع فضای گاز به شکل صفحه، پل، باریک شدن قوس برای تضعیف تامین گرما توسط تابش از محل پخت و پز به منطقه کار کوره.
ب) موانع مذاب شیشه به شکل قایق های سرامیکی، انقباض و جریان، که به اتلاف حرارت از مذاب شیشه کمک می کند.
کنترل کیفیت ذوب شیشه در کل زمان پخت انجام می شود. موقعیت مرز فوم و آینه جرم شیشه ای توسط دوربین های تلویزیونی نظارت می شود. هر ساعت، شیشه‌ساز نمونه‌هایی از مذاب شیشه را از تمام مناطق ذوب می‌گیرد، رنگ، وجود اجزای جامد و گاز را کنترل می‌کند. کنترل ثبات سطح مذاب شیشه به طور خودکار توسط یک سطح سنج انجام می شود که با بارگذار قفل می شود. وضعیت سنگ تراشی کوره از پنجره های بازرسی در انتهای دیواره های کوره نظارت می شود. کنترل بر ثبات ترکیب شیمیایی شیشه و خواص آن انجام می شود روش های شیمیاییدر آزمایشگاه کارخانه
ذوب مذاب شیشه در کوره های ذوب شیشه انجام می شود. با توجه به اصل عملکرد، آنها به کوره های دسته ای و پیوسته تقسیم می شوند. اجاق های قابلمه ای اجاق های دسته ای هستند که در آن ها هر پنج مرحله پخت به صورت متوالی در طول زمان در یک حجم انجام می شود. آنها برای ذوب شیشه های نوری، رنگی و کریستال استفاده می شوند. بهره وری کوره های گلدانی 0.6-4 تن در روز است، راندمان 6-8٪ است.
کوره های حمام، کوره های پیوسته هستند. بهره وری 4-400 تن در روز، راندمان 17-28٪. آنها برای ذوب ورق، ظرف و شیشه گرید استفاده می شوند. آنها طبقه بندی می شوند:
الف) بر اساس نوع سوخت - سوخت گاز، برق و مایع؛
ب) بر اساس نوع مبدل حرارتی - بازیابی و احیا کننده.
ج) با توجه به ویژگی های طراحی - با یک مجرا، با یک انقباض؛
د) گاز در جهت شعله - با عرضی، طولی و نعل اسبی.
ه) کوره های الکتریکی بر اساس اصل انتقال حرارت - گرمایش مستقیم، گرمایش غیر مستقیم و فرکانس بالا.
کنترل عملکرد کوره ذوب شیشه با رعایت شرایط عملیاتی حرارتی و تکنولوژیکی تعیین شده کوره، بسته به نوع کوره، اندازه، بهره وری، ترکیب شیشه و شارژ، نوع سوخت، اتوماسیون و مکانیزاسیون حاصل می شود.
شرایط حرارتی به مصرف سوخت، فشار و ترکیب بستگی دارد گاز طبیعی. فشار و ترکیب گازهای موجود در کوره با نسبت گاز و هوا، شدت آبشش تعیین می‌شود. دودکش). ترکیب گازها در کوره ممکن است بسته به شرایط احتراق متفاوت باشد.
ماهیت جو گاز در کوره با غلظت CO و O 2 تعیین می شود: اکسید کننده - O 2 > 2٪، کاهش - CO = 0.3-0.4٪، خنثی - CO = 0٪.
مبدل های حرارتی - احیا کننده ها و بازیابی کننده ها - از گرمای گازهای دودکش خروجی برای گرم کردن گازهای کار (گاز طبیعی و هوا) استفاده می کنند. در ریکپراتورهای سرامیکی (لوله در لوله) دمای گاز به 1000 درجه سانتی گراد می رسد. مزیت ریکپراتور هزینه کم و دمای ثابت آن برای گرم کردن هوای سرد (600-700 درجه سانتیگراد) است. از معایب آن می توان به راندمان پایین اشاره کرد.
بازسازی کننده معمولا از یک محفظه بلند تشکیل شده است. احیا کننده ها به صورت جفت در دو طرف کوره حمام قرار دارند ، محفظه احیا کننده با مواد نسوز پر شده است ، رنده احیا کننده با در نظر گرفتن در نظر گرفته شده است. بزرگترین سطحتماس گازها گازهای دودکش داغ که از کانال های آزاد عبور می کنند، سنگ تراشی احیا کننده را گرم می کنند. هنگامی که دیرگدازها تا دمای مشخصی (1100 درجه سانتیگراد) گرم می شوند، جهت شعله به طور خودکار تغییر می کند. هوای سرد به محفظه گرم می شود که تا 300 تا 500 درجه سانتیگراد گرم می شود. مزیت احیاگر استفاده کامل تر از گرمای گازهای دودکش، بیشتر است بازدهی بالادر مقایسه با یک ریکاوری
برای ساخت کوره های شیشه ای لازم است مواد نسوز. الزامات زیر برای آنها اعمال می شود:
الف) مقاومت بالا در برابر آتش (مقاومت در برابر حرارت). نسوزها باید در برابر دمای بالای 1500 درجه سانتیگراد مقاوم باشند.
ب) مقاومت در برابر خوردگی بالا. حلالیت کم مواد نسوز در مذاب شیشه. یک قانون وجود دارد: دیرگدازهای اسیدی - برای مذابهای اسیدی مذابهای شیشه، دیرگدازهای اساسی - برای مذابهای اساسی.
ج) مقاومت حرارتی – مقاومت دیرگدازها در برابر نوسانات دما. دیرگدازهای با تخلخل بالا دارای مقاومت حرارتی بالا، اما مقاومت کم هستند.
د) کافی قدرت مکانیکی;
ه) هدایت حرارتی کم دیرگدازها که نقش مهمی در توزیع دما و اتلاف حرارت در کوره ها دارد.
و) مقاومت الکتریکی دیرگدازها باید بیشتر از شیشه ذوب شده باشد تا نسوزها هنگام پخت در کوره های برقی ذوب نشوند.
بر اساس الزامات ذکر شده، دیرگدازهای مختلفی برای کوره های ذوب شیشه استفاده می شود که از نظر ترکیب و خواص متفاوت هستند.
با توجه به روش تولید، دیرگدازها به سرامیک، تولید شده توسط تف جوشی، و ذوب شده که از طریق ریخته گری تشکیل می شوند، تقسیم می شوند.
برای چیدن دیوارها و سقف کوره از نسوزهای سرامیکی استفاده می شود. اینها خاک رس (Al2O3 30-43٪، SiO2 51-66٪)، دینا (SiO2 94-98٪)، مولایت (Al2O3 60-75٪، SiO2 21-40٪) هستند. مزایای نسوزهای سرامیکی: مقاومت در برابر حرارت بالا، تخلخل بالا، مقاومت در برابر آتش بالا.
نسوزهای ذوب شده برای چیدن دیوارها و کف حمام استخر استفاده می شود. این باکور 33 (Al2O3 49-50٪، ZrO2 32-34٪، SiO2 12-13٪)، کوارتز ذوب شده (SiO2 99٪) است. مزایای دیرگدازهای ذوبی: تخلخل کم، مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر خوردگی بالا، مقاومت در برابر آتش بالا. معایب: مقاومت کم در برابر حرارت و خطر تشعشع.
مهمترین معیار برای انتخاب دیرگدازها دوام، ایمنی و قابلیت اطمینان، مقاومت در برابر خوردگی است. قیمت نسوزها در آخر در نظر گرفته شده است.