Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình nấu chảy thủy tinh không chỉ giới hạn ở giai đoạn nấu chảy mà còn chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện trước khi nấu chảy như chất lượng nguyên liệu thô, xử lý và kiểm soát thủy tinh vụn, đặc tính nhiên liệu, vật liệu chịu lửa của lò, áp suất lò, môi trường khí quyển và việc lựa chọn chất làm trong. Dưới đây là phân tích chi tiết về các yếu tố này:
ⅠChuẩn bị nguyên liệu thô và kiểm soát chất lượng
1. Thành phần hóa học của lô hàng
SiO₂ và các hợp chất chịu nhiệt: Hàm lượng SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ và các hợp chất chịu nhiệt khác ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ nóng chảy. Hàm lượng càng cao thì nhiệt độ nóng chảy cần thiết và lượng năng lượng tiêu thụ càng lớn.
Các oxit kim loại kiềm (ví dụ: Na₂O, Li₂O): Giảm nhiệt độ nóng chảy. Li₂O, do bán kính ion nhỏ và độ âm điện cao, đặc biệt hiệu quả và có thể cải thiện các tính chất vật lý của thủy tinh.
2. Xử lý sơ bộ theo lô
Kiểm soát độ ẩm:
Độ ẩm tối ưu (3%~5%): Tăng cường khả năng thấm ướt và phản ứng, giảm bụi và sự phân tách;
Độ ẩm quá cao: Gây ra sai sót trong việc cân đo và kéo dài thời gian lọc.
Phân bố kích thước hạt:
Lượng hạt thô quá nhiều: Làm giảm diện tích tiếp xúc phản ứng, kéo dài thời gian nóng chảy;
Lượng hạt mịn quá mức: Dẫn đến sự vón cục và hấp phụ tĩnh điện, cản trở quá trình nóng chảy đồng đều.
3. Quản lý phế liệu thủy tinh
Thủy tinh vụn phải sạch, không lẫn tạp chất và có kích thước hạt tương đương với nguyên liệu thô mới để tránh tạo bọt khí hoặc cặn chưa tan chảy.
II. Thiết kế lò nungvà các đặc tính nhiên liệu
1. Lựa chọn vật liệu chịu nhiệt
Khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao: nên sử dụng gạch zirconium cao cấp và gạch zirconium corundum nung chảy điện (AZS) ở khu vực thành bể, đáy lò và các khu vực khác tiếp xúc với chất lỏng thủy tinh, nhằm giảm thiểu các khuyết tật của đá do ăn mòn hóa học và mài mòn gây ra.
Độ ổn định nhiệt: Chịu được sự dao động nhiệt độ và tránh hiện tượng bong tróc vật liệu chịu lửa do sốc nhiệt.
2. Hiệu suất nhiên liệu và quá trình đốt cháy
Giá trị nhiệt lượng của nhiên liệu và môi trường đốt cháy (oxy hóa/khử) phải phù hợp với thành phần của thủy tinh. Ví dụ:
Khí tự nhiên/Dầu nặng: Yêu cầu kiểm soát tỷ lệ không khí-nhiên liệu chính xác để tránh cặn sunfua;
Nung chảy bằng điện: Thích hợp cho việc nung chảy với độ chính xác cao (ví dụ:kính quang họcnhưng lại tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.
IIITối ưu hóa thông số quy trình nóng chảy
1. Điều khiển nhiệt độ
Nhiệt độ nóng chảy (1450~1500℃): Tăng nhiệt độ thêm 1℃ có thể làm tăng tốc độ nóng chảy thêm 1%, nhưng sự ăn mòn vật liệu chịu lửa sẽ tăng gấp đôi. Cần có sự cân bằng giữa hiệu quả và tuổi thọ thiết bị.
Phân bố nhiệt độ: Kiểm soát độ chênh lệch nhiệt độ trong các vùng khác nhau của lò (nóng chảy, tinh luyện, làm nguội) là điều cần thiết để tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ hoặc cặn chưa tan chảy.
2. Khí quyển và áp suất
Môi trường oxy hóa: Thúc đẩy quá trình phân hủy chất hữu cơ nhưng có thể làm tăng cường quá trình oxy hóa sunfua;
Môi trường khử: Ngăn chặn sự tạo màu của Fe³⁺ (đối với thủy tinh không màu) nhưng cần tránh sự lắng đọng carbon;
Độ ổn định áp suất lò: Áp suất dương nhẹ (+2~5 Pa) ngăn không cho không khí lạnh xâm nhập và đảm bảo loại bỏ bọt khí.
3. Chất làm trong và chất trợ dung
Florua (ví dụ: CaF₂): Giảm độ nhớt của chất nóng chảy và đẩy nhanh quá trình loại bỏ bọt khí;
Nitrat (ví dụ: NaNO₃): Giải phóng oxy để thúc đẩy quá trình làm trong bằng oxy hóa;
Hỗn hợp chất trợ dung**: ví dụ, Li₂CO₃ + Na₂CO₃, giúp giảm nhiệt độ nóng chảy một cách hiệp đồng.
IVGiám sát động quá trình nóng chảy
1. Độ nhớt và tính lưu động của chất nóng chảy
Giám sát thời gian thực bằng cách sử dụng nhớt kế quay để điều chỉnh nhiệt độ hoặc tỷ lệ chất trợ dung nhằm đạt được điều kiện tạo hình tối ưu.
2. Hiệu quả loại bỏ bọt khí
Quan sát sự phân bố bọt khí bằng tia X hoặc các kỹ thuật hình ảnh khác để tối ưu hóa liều lượng chất làm trong và áp suất lò nung.
VCác vấn đề thường gặp và chiến lược cải tiến
| Vấn đề | Nguyên nhân gốc rễ | Giải pháp |
| Đá thủy tinh (các hạt chưa tan chảy) | Các hạt thô hoặc trộn không đều | Tối ưu hóa kích thước hạt, tăng cường quá trình trộn sơ bộ. |
| Bong bóng còn sót lại | Lượng chất làm trong không đủ hoặc biến động áp suất. | Tăng liều lượng florua, ổn định áp suất lò nung. |
| Xói mòn vật liệu chịu nhiệt nghiêm trọng | Nhiệt độ quá cao hoặc vật liệu không phù hợp | Sử dụng gạch có hàm lượng zirconia cao, giảm sự chênh lệch nhiệt độ. |
| Vệt và khuyết điểm | Sự đồng nhất không đầy đủ | Kéo dài thời gian đồng nhất hóa, tối ưu hóa quá trình khuấy trộn. |
Phần kết luận
Quá trình nấu chảy thủy tinh là kết quả của sự phối hợp giữa nguyên liệu thô, thiết bị và các thông số quy trình. Nó đòi hỏi sự quản lý tỉ mỉ về thiết kế thành phần hóa học, tối ưu hóa kích thước hạt, nâng cấp vật liệu chịu lửa và kiểm soát động các thông số quy trình. Bằng cách điều chỉnh chất trợ dung một cách khoa học, ổn định môi trường nấu chảy (nhiệt độ/áp suất/không khí) và sử dụng các kỹ thuật tinh chế hiệu quả, hiệu suất nấu chảy và chất lượng thủy tinh có thể được cải thiện đáng kể, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí sản xuất.
Thời gian đăng bài: 14/03/2025
