Các yếu tố chính của quá trình ảnh hưởng đến quá trình nấu chảy thủy tinh

Các yếu tố chính của quá trình ảnh hưởng đến quá trình nấu chảy thủy tinh vượt ra ngoài giai đoạn nấu chảy, vì chúng bị ảnh hưởng bởi các điều kiện trước khi nấu chảy như chất lượng nguyên liệu thô, xử lý và kiểm soát thủy tinh vụn, tính chất nhiên liệu, vật liệu chịu lửa lò, áp suất lò, bầu khí quyển và lựa chọn chất làm trong. Dưới đây là phân tích chi tiết về các yếu tố này:

Ⅰ. Chuẩn bị nguyên liệu thô và kiểm soát chất lượng

1. Thành phần hóa học của lô

SiO₂ và hợp chất chịu lửa: Hàm lượng SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ và các hợp chất chịu lửa khác ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ nóng chảy. Hàm lượng cao hơn làm tăng nhiệt độ nóng chảy cần thiết và mức tiêu thụ năng lượng.

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 trước theo mẻ

Kiểm soát độ ẩm:

Độ ẩm tối ưu (3%~5%): Tăng cường khả năng làm ướt và phản ứng, giảm bụi và sự phân tách;

Độ ẩm quá mức: Gây ra lỗi cân và kéo dài thời gian làm mịn.

Phân bố kích thước hạt:

Các hạt thô quá mức: Làm giảm diện tích tiếp xúc phản ứng, kéo dài thời gian nóng chảy;

Các hạt mịn quá mức: Dẫn đến kết tụ và hấp phụ tĩnh điện, cản trở quá trình nóng chảy đồng đều.

3. Quản lý Cullet

Cá tuyết phải sạch, không có tạp chất và có kích thước hạt bằng với nguyên liệu tươi để tránh tạo ra bọt khí hoặc cặn chưa tan chảy.

Ⅱ. Thiết kế lò nungvà Tính chất Nhiên liệu

1. Lựa chọn vật liệu chịu lửa

Khả năng chống xói mòn ở nhiệt độ cao: nên sử dụng gạch zirconium cao và gạch zirconium corundum nung chảy điện (AZS) ở khu vực thành bể bơi, đáy lò và các khu vực khác tiếp xúc với chất lỏng thủy tinh để giảm thiểu các khuyết tật của đá do xói mòn và rửa trôi hóa học.

Độ ổn định nhiệt: Chống lại sự thay đổi nhiệt độ và tránh hiện tượng bong tróc chịu nhiệt do sốc nhiệt.

2. Hiệu suất nhiên liệu và đốt cháy

Giá trị nhiệt lượng của nhiên liệu và bầu khí quyển cháy (oxy hóa/khử) phải phù hợp với thành phần thủy tinh. Ví dụ:

Khí thiên nhiên/Dầu nặng: Cần kiểm soát tỷ lệ không khí-nhiên liệu chính xác để tránh cặn sunfua;

Nấu chảy bằng điện: Thích hợp cho việc nấu chảy có độ chính xác cao (ví dụ,kính quang học) nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng hơn.

Ⅲ. Tối ưu hóa thông số quá trình nóng chảy

1. Kiểm soát nhiệt độ

Nhiệt độ nóng chảy (1450~1500℃): Nhiệt độ tăng 1℃ có thể làm tăng tốc độ nóng chảy lên 1%, nhưng sự ăn mòn chịu lửa tăng gấp đôi. Cần phải cân bằng giữa hiệu quả và tuổi thọ của thiết bị.

Phân bố nhiệt độ: Kiểm soát độ dốc ở các vùng lò khác nhau (nóng chảy, tinh luyện, làm mát) là điều cần thiết để tránh quá nhiệt cục bộ hoặc cặn chưa nóng chảy.

2. Khí quyển và áp suất

Không khí oxy hóa: Thúc đẩy quá trình phân hủy hữu cơ nhưng có thể tăng cường quá trình oxy hóa sulfua;

Giảm khí quyển: Ức chế sự đổi màu của Fe³+ (đối với thủy tinh không màu) nhưng cần tránh lắng đọng cacbon;

Độ ổn định áp suất lò: Áp suất dương nhẹ (+2~5 Pa) ngăn không cho không khí lạnh tràn vào và đảm bảo loại bỏ bọt khí.

3. Chất làm trong và chất trợ dung

Flo (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 oxy hóa;

Thông lượng hỗn hợp**: ví dụ, Li₂CO₃ + Na₂CO₃, nhiệt độ nóng chảy thấp hơn một cách hiệp đồng.

Phần IV. Giám sát động quá trình nóng chảy

1. Độ nhớt và độ chảy của chất nóng chảy

Theo dõi thời gian thực bằng máy đo độ nhớt quay để điều chỉnh nhiệt độ hoặc tỷ lệ thông lượng nhằm có điều kiện tạo hình tối ưu.

2. Hiệu quả loại bỏ bong bóng

Quan sát sự phân bố bong bóng bằng kỹ thuật chụp X-quang hoặc hình ảnh để tối ưu hóa liều lượng chất làm trong và áp suất lò.

Ⅴ. Các vấn đề chung và chiến lược cải tiến

Phần kết luận

Quá trình nấu chảy thủy tinh là kết quả của sự kết 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 thông số quy trình động. Bằng cách điều chỉnh thông lượng một cách khoa học, ổn định môi trường nấu chảy (nhiệt độ/áp suất/khí quyển) 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, trong khi mức tiêu thụ năng lượng và chi phí sản xuất được giảm xuống.