tin tức

Sủi bọt, một kỹ thuật quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong quá trình đồng nhất hóa cưỡng bức, có tác động đáng kể và phức tạp đến quá trình làm mịn và đồng nhất hóa thủy tinh nóng chảy. Dưới đây là phân tích chi tiết.

1. Nguyên lý công nghệ sủi bọt

Quá trình tạo bọt bao gồm việc lắp đặt nhiều hàng bọt (vòi phun) ở đáy lò nấu chảy (thường ở phần sau của vùng nấu chảy hoặc vùng tinh luyện). Một loại khí cụ thể, thường là khí nén, nitơ hoặc khí trơ, được phun vào thủy tinh nóng chảy ở nhiệt độ cao theo chu kỳ hoặc liên tục. Khí này giãn nở và bốc lên qua thủy tinh nóng chảy, tạo thành các cột bọt khí nổi lên.

2. Tác động của quá trình sủi bọt lên quá trình tinh chế (chủ yếu là tích cực)

Việc sủi bọt chủ yếu giúp loại bỏ bọt khí, do đó làm cho thủy tinh trong hơn.

Thúc đẩy loại bỏ bong bóng

Hiệu ứng hút: Một vùng áp suất thấp hình thành sau những bong bóng lớn đang nổi lên, tạo ra “hiệu ứng bơm”. Hiệu ứng này hút vào, tập hợp và hợp nhất các bong bóng siêu nhỏ từ thủy tinh nóng chảy xung quanh một cách hiệu quả, đưa chúng lên bề mặt để đẩy ra ngoài.

Giảm độ hòa tan của khí: Khí được bơm vào, đặc biệt là khí trơ, có thể pha loãng các khí hòa tan trong thủy tinh nóng chảy (ví dụ: SO₂, O₂, CO₂), làm giảm áp suất riêng phần của chúng. Điều này tạo điều kiện cho các khí hòa tan hòa tan vào các bọt khí đang nổi lên.

Giảm độ siêu bão hòa cục bộ:Các bong bóng nổi lên tạo ra giao diện khí-lỏng sẵn có, giúp các khí hòa tan quá bão hòa dễ dàng thoát ra và khuếch tán vào các bong bóng.

Đường dẫn tinh rút ngắn:Các cột bong bóng nổi lên hoạt động như “đường dẫn nhanh”, đẩy nhanh quá trình di chuyển của các khí hòa tan và bong bóng siêu nhỏ lên bề mặt.

Sự phá vỡ lớp bọt:Gần bề mặt, các bong bóng nổi lên giúp phá vỡ lớp bọt dày đặc có thể cản trở quá trình thoát khí.

Tác động tiêu cực tiềm ẩn (Cần kiểm soát)

Giới thiệu các bong bóng mới: Nếu các thông số tạo bọt (áp suất khí, tần suất và độ tinh khiết) không được kiểm soát đúng cách hoặc nếu vòi phun bị tắc, quá trình này có thể tạo ra các bọt khí nhỏ mới không mong muốn. Nếu những bọt khí này không thể loại bỏ hoặc hòa tan trong quá trình tinh lọc tiếp theo, chúng sẽ trở thành khuyết tật.

Lựa chọn khí không đúng cách:Nếu khí được bơm vào phản ứng không tốt với thủy tinh nóng chảy hoặc khí hòa tan, nó có thể tạo ra các loại khí hoặc hợp chất khó loại bỏ hơn, cản trở quá trình tinh chế.

3. Tác động của bọt khí lên quá trình đồng nhất hóa (chủ yếu là tích cực)

Sủi bọt làm tăng đáng kể quá trình trộn và đồng nhất củathủy tinh nóng chảy.

Tăng cường đối lưu và khuấy trộn

Lưu thông theo chiều dọc: Khi các cột bong bóng dâng lên, mật độ thấp của chúng so với thủy tinh nóng chảy tạo ra dòng chảy hướng lên mạnh mẽ. Để bổ sung lượng thủy tinh đang dâng lên, thủy tinh xung quanh và đáy chảy theo chiều ngang về phía cột bong bóng, tạo ra một dòng chảy mạnh mẽ.lưu thông theo chiều dọchoặcđối lưu. Sự đối lưu cưỡng bức này làm tăng tốc đáng kể quá trình trộn theo chiều ngang của thủy tinh nóng chảy.

Trộn cắt:Sự chênh lệch về vận tốc giữa các bong bóng đang nổi lên và thủy tinh nóng chảy xung quanh tạo ra lực cắt, thúc đẩy quá trình trộn khuếch tán giữa các lớp thủy tinh liền kề.

Gia hạn giao diện:Sự khuấy động từ các bong bóng nổi lên liên tục làm mới các giao diện tiếp xúc giữa các loại thủy tinh có thành phần khác nhau, cải thiện hiệu quả khuếch tán phân tử.

Sự phá vỡ sự phân tầng và sự phân chia

Sự đối lưu mạnh có hiệu quả phá vỡphân tầng hóa học hoặc nhiệtVàcác vết rạndo sự khác biệt về mật độ, chênh lệch nhiệt độ hoặc lượng cấp liệu không đều. Nó kết hợp các lớp này vào dòng chảy chính để trộn.

Điều này đặc biệt hữu ích trong việc loại bỏ“vùng chết”ở đáy bể, làm giảm quá trình kết tinh hoặc tình trạng không đồng nhất nghiêm trọng do tình trạng ứ đọng kéo dài.

Hiệu quả đồng nhất hóa được cải thiện

So với sự đối lưu tự nhiên hoặc dòng chảy theo nhiệt độ, sự đối lưu cưỡng bức được tạo ra bởi sự sủi bọt cómật độ năng lượng cao hơn và phạm vi rộng hơn. Điều này rút ngắn đáng kể thời gian cần thiết để đạt được mức độ đồng nhất mong muốn hoặc đạt được độ đồng đều cao hơn trong cùng một khung thời gian.

Tác động tiêu cực tiềm ẩn (Cần chú ý)

Xói mòn vật liệu chịu lửa: Dòng chảy tốc độ cao của các bong bóng nổi lên và sự đối lưu mạnh mà chúng tạo ra có thể gây ra hiện tượng xói mòn và ăn mòn mạnh hơn ở đáy bể và vật liệu chịu lửa thành bên, làm giảm tuổi thọ của lò nung. Điều này cũng có thể đưa các sản phẩm xói mòn vào thủy tinh nóng chảy, tạo ra các nguồn không đồng nhất mới (đá, vết xước).

Sự gián đoạn của các mô hình dòng chảy: Nếu bố trí điểm sủi bọt, kích thước bọt hoặc tần suất sủi bọt không được thiết kế tốt, chúng có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ ban đầu, có lợi và trường dòng chảy tự nhiên bên trong bể nóng chảy. Điều này có thể tạo ra các vùng hoặc xoáy không đồng nhất mới.

4. Các thông số kiểm soát chính cho công nghệ sủi bọt

Vị trí sủi bọt: Thường nằm ở phần sau của vùng nóng chảy (đảm bảo nguyên liệu thô được nóng chảy phần lớn) và vùng tinh luyện. Vị trí này phải được lựa chọn để tối ưu hóa trường lưu lượng và nhiệt độ.

Lựa chọn khí: Các lựa chọn bao gồm không khí (giá thành thấp nhưng có tính oxy hóa mạnh), nitơ (trơ) và các khí trơ như argon (độ trơ tốt nhất nhưng đắt tiền). Lựa chọn phụ thuộc vào thành phần thủy tinh, trạng thái oxy hóa khử và chi phí.

Kích thước bong bóng: Lý tưởng nhất là tạo ra các bong bóng lớn hơn (đường kính từ vài milimét đến vài cm). Các bong bóng nhỏ nổi lên chậm, có lực hút yếu và có thể khó thoát ra ngoài, dẫn đến khuyết tật. Kích thước bong bóng được kiểm soát bởi thiết kế vòi phun và áp suất khí.

Tần suất sủi bọt: Sủi bọt định kỳ (ví dụ, vài phút một lần) thường hiệu quả hơn so với sục bọt liên tục. Nó tạo ra nhiễu động mạnh đồng thời cho phép bọt khí thoát ra ngoài và thủy tinh ổn định. Cường độ (lưu lượng khí và áp suất) phải phù hợp với độ sâu và độ nhớt của thủy tinh.

Bố cục điểm sủi bọt: Sắp xếp nhiều hàng theo kiểu so le bao phủ toàn bộ chiều rộng của bể đảm bảo sự đối lưu đến được mọi góc, ngăn ngừa “vùng chết”. Khoảng cách cần được tối ưu hóa.

Độ tinh khiết của khí: Cần tránh các tạp chất như độ ẩm hoặc các loại khí khác để ngăn ngừa các vấn đề mới phát sinh.

Tóm lại, sục khí là một công nghệ quan trọng, bơm khí vào thủy tinh nóng chảy để tạo ra sự tuần hoàn và khuấy mạnh theo chiều dọc. Điều này không chỉ tăng tốc đáng kể quá trình làm mịn bên trong, giúp các bọt khí lớn và nhỏ hòa nhập và bị đẩy ra ngoài, mà còn phá vỡ hiệu quả các lớp không đồng nhất về hóa học và nhiệt, đồng thời loại bỏ các vùng chết dòng chảy. Do đó, nó cải thiện đáng kể hiệu suất đồng nhất hóa và chất lượng thủy tinh. Tuy nhiên, việc kiểm soát chặt chẽ các thông số chính như lựa chọn khí, vị trí, tần suất và kích thước bọt khí là rất cần thiết để tránh tạo ra các khuyết tật bọt khí mới, làm trầm trọng thêm tình trạng xói mòn vật liệu chịu lửa hoặc phá vỡ trường dòng chảy ban đầu. Do đó, mặc dù có những nhược điểm tiềm ẩn, sục khí là một công nghệ quan trọng có thể được tối ưu hóa để cải thiện đáng kể quy trình sản xuất thủy tinh.