Sợi thủy tinh E (sợi thủy tinh không chứa kiềm)Sản xuất thủy tinh trong lò nung bể là một quá trình nấu chảy phức tạp, ở nhiệt độ cao. Hồ sơ nhiệt độ nấu chảy là một điểm kiểm soát quá trình quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thủy tinh, hiệu suất nấu chảy, tiêu thụ năng lượng, tuổi thọ lò và hiệu suất sợi cuối cùng. Hồ sơ nhiệt độ này chủ yếu đạt được bằng cách điều chỉnh đặc tính ngọn lửa và tăng áp điện.
I. Nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh E
1. Khoảng nhiệt độ nóng chảy:
Quá trình nóng chảy hoàn toàn, làm trong suốt và đồng nhất hóa thủy tinh E thường đòi hỏi nhiệt độ cực cao. Nhiệt độ vùng nóng chảy (điểm nóng) điển hình thường nằm trong khoảng từ 1500°C đến 1600°C.
Nhiệt độ mục tiêu cụ thể phụ thuộc vào:
* Thành phần mẻ sản xuất: Các công thức cụ thể (ví dụ: sự hiện diện của flo, hàm lượng bo cao/thấp, sự hiện diện của titan) ảnh hưởng đến đặc tính nóng chảy.
* Thiết kế lò đốt: Loại lò đốt, kích thước, hiệu quả cách nhiệt và bố trí đầu đốt.
* Mục tiêu sản xuất: Tốc độ nóng chảy mong muốn và yêu cầu về chất lượng thủy tinh.
* Vật liệu chịu nhiệt: Tốc độ ăn mòn của vật liệu chịu nhiệt ở nhiệt độ cao sẽ giới hạn nhiệt độ tối đa.
Nhiệt độ vùng làm sạch thường thấp hơn một chút so với nhiệt độ điểm nóng (khoảng 20-50°C) để tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ bọt khí và đồng nhất hóa thủy tinh.
Nhiệt độ ở phần làm việc (phần trước lò) thấp hơn đáng kể (thường là 1200°C – 1350°C), giúp thủy tinh nóng chảy đạt được độ nhớt và độ ổn định thích hợp cho quá trình kéo sợi.
2. Tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ:
* Hiệu suất nóng chảy: Nhiệt độ đủ cao là yếu tố then chốt để đảm bảo phản ứng hoàn toàn của các nguyên liệu (cát thạch anh, pyrophyllite, axit boric/colemanite, đá vôi, v.v.), sự hòa tan hoàn toàn các hạt cát và sự giải phóng khí triệt để. Nhiệt độ không đủ có thể dẫn đến cặn “nguyên liệu thô” (các hạt thạch anh chưa tan chảy), đá vụn và tăng bọt khí.
* Chất lượng thủy tinh: Nhiệt độ cao thúc đẩy quá trình trong suốt và đồng nhất hóa thủy tinh nóng chảy, giảm các khuyết tật như sợi, bọt khí và cặn. Những khuyết tật này ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền sợi, tỷ lệ vỡ và tính liên tục của thủy tinh.
* Độ nhớt: Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt của thủy tinh nóng chảy. Quá trình kéo sợi đòi hỏi thủy tinh nóng chảy phải nằm trong một phạm vi độ nhớt nhất định.
* Ăn mòn vật liệu chịu lửa: Nhiệt độ quá cao sẽ làm tăng tốc độ ăn mòn vật liệu chịu lửa của lò nung (đặc biệt là gạch AZS nung chảy bằng điện), làm giảm tuổi thọ lò và có thể dẫn đến sự hình thành đá chịu lửa.
* Tiêu thụ năng lượng: Duy trì nhiệt độ cao là nguồn tiêu thụ năng lượng chính trong các lò nung bể (thường chiếm hơn 60% tổng năng lượng tiêu thụ trong sản xuất). Kiểm soát nhiệt độ chính xác để tránh nhiệt độ quá cao là chìa khóa để tiết kiệm năng lượng.
II. Điều chỉnh ngọn lửa
Điều chỉnh ngọn lửa là một phương pháp cốt lõi để kiểm soát sự phân bố nhiệt độ nóng chảy, đạt được hiệu quả nóng chảy cao và bảo vệ cấu trúc lò (đặc biệt là phần đỉnh lò). Mục tiêu chính của nó là tạo ra trường nhiệt độ và bầu không khí lý tưởng.
1. Các thông số điều chỉnh chính:
* Tỷ lệ nhiên liệu trên không khí (Tỷ lệ hóa học) / Tỷ lệ oxy trên nhiên liệu (đối với hệ thống nhiên liệu-oxy):
* Mục tiêu: Đạt được quá trình đốt cháy hoàn toàn. Quá trình đốt cháy không hoàn toàn làm lãng phí nhiên liệu, làm giảm nhiệt độ ngọn lửa, tạo ra khói đen (bồ hóng) làm ô nhiễm thủy tinh nóng chảy và làm tắc nghẽn bộ phận tái sinh/bộ trao đổi nhiệt. Lượng không khí dư thừa mang đi một lượng nhiệt đáng kể, làm giảm hiệu suất nhiệt và có thể làm tăng cường sự ăn mòn oxy hóa ở phần đỉnh.
* Điều chỉnh: Kiểm soát chính xác tỷ lệ không khí/nhiên liệu dựa trên phân tích khí thải (hàm lượng O₂, CO).Kính ECác lò đốt dạng bể chứa thường duy trì hàm lượng O₂ trong khí thải ở mức khoảng 1-3% (quá trình đốt cháy ở áp suất dương nhẹ).
* Ảnh hưởng của môi trường: Tỷ lệ không khí trên nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến môi trường trong lò (oxy hóa hoặc khử), điều này có tác động tinh tế đến hành vi của một số thành phần trong hỗn hợp (như sắt) và màu sắc của thủy tinh. Tuy nhiên, đối với thủy tinh E (yêu cầu độ trong suốt không màu), tác động này tương đối nhỏ.
* Chiều dài và hình dạng ngọn lửa:
Mục tiêu: Tạo ra ngọn lửa bao phủ toàn bộ bề mặt nóng chảy, có độ cứng nhất định và khả năng lan tỏa tốt.
* Ngọn lửa dài so với ngọn lửa ngắn:
* Ngọn lửa dài: Bao phủ một diện tích lớn, phân bố nhiệt độ tương đối đồng đều và gây ít sốc nhiệt cho phần chóp răng. Tuy nhiên, các đỉnh nhiệt độ cục bộ có thể không đủ cao và khả năng xuyên thấu vào vùng "khoan" có thể không đủ.
* Ngọn lửa ngắn: Độ cứng cao, nhiệt độ cục bộ cao, khả năng xuyên thấu mạnh vào lớp vật liệu, giúp làm tan chảy nhanh chóng “nguyên liệu”. Tuy nhiên, độ phủ không đồng đều, dễ gây quá nhiệt cục bộ (điểm nóng rõ rệt hơn), và gây sốc nhiệt đáng kể cho phần đỉnh và thành ngực lò.
* Điều chỉnh: Được thực hiện bằng cách điều chỉnh góc súng đốt, vận tốc thoát nhiên liệu/không khí (tỷ lệ động lượng) và cường độ xoáy. Các lò đốt dạng bể hiện đại thường sử dụng các đầu đốt điều chỉnh nhiều cấp.
* Hướng ngọn lửa (Góc):
* Mục tiêu: Truyền nhiệt hiệu quả đến bề mặt khối thủy tinh và bề mặt nóng chảy, tránh để ngọn lửa trực tiếp tác động lên phần đỉnh hoặc thành ngực của khuôn.
* Điều chỉnh: Điều chỉnh góc nghiêng (theo chiều dọc) và góc lệch (theo chiều ngang) của súng đốt.
* Góc nghiêng ngọn lửa: Ảnh hưởng đến sự tương tác của ngọn lửa với khối vật liệu nung chảy (“liếm khối vật liệu”) và độ bao phủ bề mặt vật liệu nóng chảy. Góc nghiêng quá thấp (ngọn lửa hướng xuống quá nhiều) có thể làm mài mòn bề mặt vật liệu nóng chảy hoặc khối vật liệu nung chảy, gây ra hiện tượng vật liệu bị cuốn theo làm ăn mòn thành lò. Góc nghiêng quá cao (ngọn lửa hướng lên quá nhiều) dẫn đến hiệu suất nhiệt thấp và làm nóng quá mức phần đỉnh lò.
* Góc lệch hướng: Ảnh hưởng đến sự phân bố ngọn lửa trên toàn chiều rộng lò và vị trí điểm nóng.
2. Mục tiêu của việc điều tiết ngọn lửa:
* Tạo Vùng Nhiệt Độ Cao Hợp Lý: Tạo vùng nhiệt độ cao nhất (vùng nhiệt độ cao) ở phần phía sau của bể nấu chảy (thường là sau buồng làm mát). Đây là khu vực quan trọng để làm trong và đồng nhất thủy tinh, và hoạt động như "động cơ" điều khiển dòng chảy của thủy tinh nóng chảy (từ vùng nhiệt độ cao về phía bộ nạp liệu và đầu làm việc).
* Làm nóng bề mặt nóng chảy đồng đều: Tránh hiện tượng quá nhiệt hoặc quá lạnh cục bộ, giảm sự đối lưu không đều và các "vùng chết" do sự chênh lệch nhiệt độ gây ra.
* Bảo vệ cấu trúc lò: Ngăn ngọn lửa tác động trực tiếp vào đỉnh và thành lò, tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ dẫn đến ăn mòn vật liệu chịu lửa nhanh hơn.
* Truyền nhiệt hiệu quả: Tối đa hóa hiệu quả truyền nhiệt bức xạ và đối lưu từ ngọn lửa đến bề mặt nguyên liệu và thủy tinh nóng chảy.
* Vùng nhiệt độ ổn định: Giảm thiểu sự dao động để đảm bảo chất lượng kính ổn định.
III. Điều khiển tích hợp nhiệt độ nóng chảy và điều tiết ngọn lửa
1. Nhiệt độ là mục tiêu, ngọn lửa là phương tiện: Điều chỉnh ngọn lửa là phương pháp chính để kiểm soát sự phân bố nhiệt độ bên trong lò, đặc biệt là vị trí và nhiệt độ điểm nóng.
2. Đo lường và phản hồi nhiệt độ: Việc giám sát nhiệt độ liên tục được thực hiện bằng cách sử dụng cặp nhiệt điện, nhiệt kế hồng ngoại và các thiết bị khác được đặt tại các vị trí quan trọng trong lò (bộ nạp liệu, vùng nóng chảy, điểm nóng, vùng tinh luyện, lò tiền sảnh). Các phép đo này đóng vai trò là cơ sở để điều chỉnh ngọn lửa.
3. Hệ thống điều khiển tự động: Các lò nung bể chứa quy mô lớn hiện đại sử dụng rộng rãi hệ thống DCS/PLC. Các hệ thống này tự động điều khiển ngọn lửa và nhiệt độ bằng cách điều chỉnh các thông số như lưu lượng nhiên liệu, lưu lượng không khí đốt, góc đốt/van điều tiết, dựa trên các đường cong nhiệt độ được thiết lập sẵn và các phép đo thời gian thực.
4. Cân bằng quy trình: Điều cần thiết là tìm ra sự cân bằng tối ưu giữa việc đảm bảo chất lượng thủy tinh (nóng chảy ở nhiệt độ cao, làm trong và đồng nhất tốt) và bảo vệ lò nung (tránh nhiệt độ quá cao, hiện tượng lửa tác động) đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng.
Thời gian đăng bài: 18/07/2025
