Топене на бутилково стъкло

Топенето на стъкло е много сложен процес. Партидните материали ще претърпят серия от физични, химични и физикохимични промени и реакции при високи температури. Резултатите от тези промени и реакции превръщат механичната смес от различни суровини в сложна стопилка, а именно стъклена течност.
Според промените и реакциите, които настъпват в партидните материали по време на процеса на топене на стъкло, процесът на топене на стъкло може да бъде разделен на пет етапа, а именно образуване на силикат, образуване на стъкло, избистряне, хомогенизиране и охлаждане.

По-голямата част от обикновеното стъкло за бутилки се състои от силикат и реакцията на образуване на силикат до голяма степен се извършва в твърдо състояние. В този етап съставът на праха претърпява серия от физични и химични промени. Голямо количество газообразни вещества в праха се изпаряват. Тогава силициевият диоксид и другите компоненти започват да си взаимодействат. В края на този етап основната реакция в твърдо състояние завършва и прахът се превръща в агломериран материал, съставен от силикат и силициев оксид. За повечето очила този етап основно завършва при 800~900 градуса.

Продължавайки нагряването, агломерацията, генерирана в етапа на образуване на силикат, започва да се топи, сместа с ниска топимост започва да се топи първа, а силикатът и останалият силициев диоксид се топят и дифундират взаимно и агломерацията се превръща в прозрачна стъклена течност. Този процес се нарича етап на образуване на стъкло. Понастоящем няма нереагирала партида, но все още има много мехурчета и ивици в стъклото, а химическият състав и свойствата също са неравномерни. Температурата на обикновеното стъкло на този етап е 1200 ~ 1250 градуса.

В края на етапа на образуване на стъкло все още има много мехурчета и ивици в стъклото. Когато стъклената течност се нагрее допълнително, вискозитетът на стъклената течност ще намалее. Процесът на елиминиране на видими мехурчета в стъклената течност е процесът на избистряне на стъклената течност.
По време на етапите на образуване на силикат и образуване на стъкло се утаява голямо количество газ поради разлагането на материалите на партидата, изпаряването на някои компоненти, окислително-редукционната реакция на оксидите, взаимодействието между стъкло и газова среда и огнеупорни материали. Повечето от тези газове излизат в космоса, а повечето от останалите газове ще се разтворят в стъклената течност. Малка част от газа все още съществува в стъклената течност под формата на мехурчета. Има три основни състояния на газ в стъклото, а именно видими мехурчета, разтворени газове и газове, които образуват химически връзки със стъклени компоненти. Последните две са невидими и няма да повлияят на качеството на външния вид на стъклото. Процесът на избистряне на стъклената течност е основно процес на елиминиране на видими мехурчета.
По време на процеса на избистряне елиминирането на видимите мехурчета се извършва по следните два начина. 1. Увеличете обема на мехурчетата, ускорете тяхното издигане, изплуват от стъклената повърхност, разбиват се и изчезват. 2. Накарайте газовите компоненти в малките мехурчета да се разтворят в стъклената течност и мехурчетата да се абсорбират и да изчезнат.
За да се ускори избистрянето на стъклената течност, в допълнение към добавянето на определени избистрители към партидата, обикновено се приема методът за повишаване на температурата на стъклената течност. Този етап на повечето стъкла завършва при 1400~1500o градуса, което често е зоната с най-висока температура при топенето на стъкло. Вискозитетът на стъклената течност по време на избистряне е 1~10Pa·s.

Ролята на хомогенизирането е да елиминира ивици и други нехомогенности в стъклената течност, така че химичният състав на всяка част от стъклената течност да е еднакъв. В този етап, поради топлинното движение и взаимната дифузия на стъклената течност, ивиците в стъклената течност постепенно изчезват и химичният състав на всяка част от стъклената течност постепенно се стреми да бъде последователен. Тази еднородност често се характеризира с това дали индексът на пречупване на всяка част от стъклената течност е еднакъв. Този етап на повечето чаши завършва при температура, малко по-ниска от температурата на етапа на избистряне.

Хомогенизираната стъклена течност не може да бъде формована веднага в продукти, тъй като температурата на стъклената течност в този момент е висока и вискозитетът е по-нисък от този по време на формоването, което не е подходящо за операции по формоване на стъкло. Трябва да се охлади и температурата на стъклената течност постепенно да се намали, за да се увеличи вискозитета на стъклената течност, за да отговори на нуждите на формоването. Стойността на намаляването на температурата на стъклената течност варира в зависимост от състава на стъклото и метода на формоване. Като цяло, варово-натриевото стъкло обикновено трябва да се охлади с 200 ~ 300o градуса. Охладената стъклена течност изисква еднаква температура, за да се улесни формоването.
По време на охлаждането избистрената стъклена течност трябва да предотвратява повторното утаяване на мехурчета. Малките мехурчета, които се появяват на този етап, се наричат ​​вторични мехурчета или регенерирани мехурчета. Вторичните мехурчета са равномерно разпределени в охладената стъклена течност, с диаметър обикновено под 0.1 mm и броят им може да достигне хиляди на кубичен сантиметър стъкло. Тъй като температурата на стъклената течност е намалена на този етап, е много трудно да се елиминират вторичните мехурчета. Следователно генерирането на вторични мехурчета трябва да бъде особено предотвратено по време на процеса на охлаждане.
Петте етапа в горния процес на топене на стъкло се различават един от друг, но също така са взаимосвързани. Тези етапи всъщност не се случват в строг ред, но често се случват едновременно.

Температурата във всяка точка по дължината на резервоарната пещ с непрекъсната работа е различна, но е постоянна във времето, така че е възможно да се установи стабилна температурна система. Правилността на системата за процес на топене не само влияе върху качеството на разтопеното стъкло, но също така определя производителността на разтопеното стъкло. Фигура 2-10 показва системата за температура на топене на бутилково стъкло в резервоарна пещ с непрекъсната работа.

Независимо дали става дума за хоризонтална пещ с пламъчен басейн или пътна пещ с пламъчен басейн, нейната температурна система оказва влияние върху степента на изпичане на стъклената течност, потока на стъклената течност, операциите по формоване, консумацията на гориво и възрастта на пещта. Що се отнася до стъклото за бутилки, стъклените бутилки и кутии на пазара се разделят основно на четири категории според цвета: безцветни, светлосини, изумрудено зелени и кафяви. Когато цветът на стъклото се промени или концентрацията на цвета на стъклото се промени, това има жизненоважно въздействие върху формата на топлопренос и ефективността на топлопреминаване. По отношение на процеса на топене, влиянието на промените в цвета на стъклото върху условията на процеса е много по-очевидно и сериозно от влиянието на промените в състава на стъклото. Има голяма разлика в разпределението на температурата на различните цветни стъкла в пещта.

От таблица 2-24 може да се види, че при една и съща температура на топене има очевидни разлики в температурата на повърхността на течността и температурата на дъното на басейна на чаши с различни цветове. Има три форми на пренос на топлина в пещта за топене на стъкло: радиация, конвекция и проводимост. За стъкла с различни цветове, колкото по-силна е способността за абсорбиране на радиационна светлина, тоест колкото по-силна е способността за абсорбиране на високотемпературна радиационна топлина, толкова повече топлина абсорбира стъклената повърхност и толкова по-малко топлина се пренася през стъкленото тяло в форма на радиация. От гледна точка на температурата на повърхността на течността, кафявото стъкло има най-силен капацитет за абсорбиране на топлина и най-висока температура на повърхността на течността; изумрудено зелено стъкло е второ, а светлосиньо стъкло е трето. От гледна точка на температурата на дъното на басейна, проблемът става малко сложен: светлосиньото стъкло има лоша способност да абсорбира радиационна светлина и повече топлина се прехвърля към дъното на басейна през стъкленото тяло под формата на радиация, така че дъното на басейна температурата е по-висока; изумрудено зеленото стъкло има силна способност да абсорбира радиационна светлина и по-малко топлина се пренася към дъното на басейна през стъкленото тяло под формата на радиация, така че температурата на дъното на басейна е по-ниска. Кафявото стъкло обаче има силна способност да абсорбира радиационна светлина, а температурата на дъното на басейна е много по-висока от тази на изумрудено зеленото стъкло. Причината може да е: стъклото в басейна е разделено на няколко течни слоя. Тъй като пропускливостта на светлината на кафявото стъкло е слаба, температурната разлика между течните слоеве е голяма и трябва да има голям температурен градиент по дълбочината на басейна. Въпреки това, поради силния капацитет на абсорбиране на топлина на кафявото стъкло, след като горната стъклена течност абсорбира топлината, температурата се повишава, обемът се разширява и се генерира тласък към околната среда в хоризонтална посока. Тази тяга се променя от стената на басейна и се прехвърля към долния слой течност, образувайки конвекционна сила. Подобряването на конвективния топлопренос компенсира липсата на радиационен топлопренос, така че температурата на дъното на кафявия стъклен басейн е по-висока.
Най-общо казано, при едни и същи условия на процес и температурна система, за стъкла със същите компоненти, но различни цветове, топенето на кафяво стъкло може да получи по-добра еднородност на стъклото и по-висока скорост на топене. Причината се дължи именно на силната конвекция, причинена от силната абсорбционна способност на кафявото стъкло. Разбира се, намесата на барботиращото устройство ще промени условията за пренос на топлина. Когато топите изумрудено зелено стъкло, ако искате да подобрите температурата на дъното, равномерността на стъклото и ефективността на топене, инсталирането на барботиращо устройство е ефективна мярка. Когато искате да промените различни цветове на течността в една и съща пещ, елементите на процеса на топилната част, работната част и захранващия канал трябва да се регулират съответно, за да се адаптират към промените в състоянието на процеса, причинени от "разликата в топлопреминаването" на цвета на стъклото .