Освітлення та гомогенізація

На стадії силікатоутворення в основному протікають хімічні реакції, до яких відносяться розщеплення гідратів, дисоціація карбонатів, сульфатів і нітратів, взаємодія компонентів шихти з утворенням силікатів. Хімічні реакції, що виникають у шихті ще у твердому стані, супроводжуються виділенням газоподібної фази, і кількість летких газів зростає з підвищенням температури. Процес виділення газоподібної фази продовжується і на стадії скло утворення. Однак гази повністю не виділяються, і при завершенні скло утворення необхідно створити особливі умови для повного або майже повного їх виділення із скломаси та для надання останній максимальної однорідності. Із усіх стадій процесу скловаріння стадія освітлення і пов'язана з нею стадія гомогенізації являються найбільш відповідальними та складними. Від ступеня завершеності даних стадій залежать якість скломаси та її здатність до вироблення скляних виробів.

3.1. Механізм процесу освітлення

Щоб зрозуміти сутність освітлення, необхідно розглянути поведінку газів у процесі розплавлення шихти. В шихті можуть міститись:

1) гази, хімічно зв'язані та включені у сировинних матеріалах шихти;

2) гази, механічно занесені у шихту;

3) леткі речовини, спеціально введені у шихту;

4) гази, що попадають у шихту або скломасу із газового середовища печі.

Найбільш газів заноситься сировинними матеріалами. Так, 1 кг карбонатної

шихти при 1400С виділяє близько 480 л вуглекислоти, яка видаляється із шихти у процесі плавлення і лише невелика її частина залишається. її необхідно видаляти в процесі освітлення.

Якщо залишкова кількість газів не буде видалена і освітлене скло повторно буде піддаватися підігріву до більш високої температури, гази, що залишилися знову виділяються і пошкоджують скломасу.

Поява вторинних бульбашок завжди можлива, якщо шихта сплавлялась при низькій температурі, або стадія скловаріння проведена на недостатньому температурному рівні і скломаса недостатньо гомогенізовано.

Гази у скломасі присутні зазвичай у бульбашках (видимі) та у самій скломасі (невидимі). Невидимі гази можуть знаходитися у розчиненому стані або можуть бути хімічно зв'язані. Механізм освітлення скломаси заклечається у створенні певних рівноважних умов між рідкою та газоподібною фазами скломаси, з однієї сторони, та між скломасою та середовищем печі, з іншої.

Встановити дану рівновагу досить важко, так як у процесі освітлення відбувається складний обмін газами, а саме:

а) виділення газів із перенасиченого розчину скломаси у бульбашки та газове
середовище печі;

б) виділення газів, заключних у бульбашки, у пічний простір та скломасу;

в) дифузія газів із газового середовища печі у скломасу.

Враховуючи велику кількість складів скла та коливання у складі газової фази шихти, а також коливання у складі пічних газів, необхідно при дослідженні процесів освітлення завжди враховувати парціальний тиск газової суміші і кожного газу у даній суміші.

Парціальний тиск газів у скломасі та тиск газів у бульбашках визначають напрямок процесу освітлення.

Складність освітлення частково заклечається у тому, що в пічних газах печі містяться ті ж гази, що містяться у скломасі, тобто СO₂, Н₂O та O₂. У зв'язку з чим слід припустити, що при коливаннях в режимі варки скла між скломасою та середовищем печі може відбуватися і обмін газами. Одні гази можуть виділятися із скломаси, а інші можуть проникати в неї із печі. У кожному окремому випадку напрям даного обміну визначається парціальним тиском відповідного газу у скломасі та печі, тому важливо зберігати у газовому середовищі печі постійність складу газу та тиску під час варки скла. Це є однією із основних умов нормального режиму роботи скловарної печі. Навіть невеликі коливання як у складі газу, так І тиску погіршують якість скла.

Окрім сказаного, для покращення процесу освітлення слід підвищувати швидкість реакцій, що супроводжуються виділенням газів, які підвищують парціальний тиск у скломасі і знижують його у бульбашках. Одночасно слід зменшувати в'язкість скломаси, тобто підвищувати температуру варки.

Однак процес освітлення скломаси не можна розглядати як простий гідродинамічний процес видалення газів після завершення варки. Слід також пам'ятати, що процес повного звільнення скломаси від газів або досягнення повної рівноваги в системі скломаса-газ потребує нескінченно довгого часу. Тому задача технолога зводиться до того, щоб довести скломасу до такого рівноважного стану, при якому найдрібніші бульбашки перестають бути видимими або при якому із скломаси зникають видимі дрібні бульбашки. На цьому процес освітлення скломаси завершується. Створений рівноважний стан системи скломаса-газ не повинно бути порушене аж до виготовлення виробів, інакше можуть знову утворюватись видимі бульбашки.

Механізм піднімання бульбашок вивчався багатьма дослідниками. Було виявлено, що основний вплив на швидкість видалення бульбашок мають їх діаметр та в'язкість скломаси.

Однак у даному випадку впливає ще один фактор - конвекційні потоки у скломасі. Потоки, що утворюються, не дають бульбашкам рухатись по вертикалі і пройти найкоротший шлях.

Існує ряд прийомів для прискорення процесу освітлення скломаси:

1) збільшення тривалості варки;

2) підвищення температури при освітленні;

3) механічне перемішування скломаси;

4) добавка у шихту спеціальних освітлювачів;

5) високий тиск або вакуум;

6) ультразвук.

Кожен із представлених прийомів або їх комбінація має своє обґрунтування.

3.2. Гомогенізація скломаси

Звільнення маси від свилів та створення повної її однорідності - задача не менш складна ніж звільнення скломаси від включених в неї газів.

Процесу гомогенізації в деякій мірі допомагає процес освітлення. Бульбашка, наштовхуючись при підйомі на звилисті шари, не прориває їх а розтягується на нитки. Завдяки розтягуючим зусиллям свили стають все тоншими, що полегшує і прискорює процес дифузії та гомогенізації.

Окрім того, наприклад при виробництві оптичного скла, використовують перемішування скломаси в процесі варки по строго визначеному регламенту. Осереднення скломаси, що можливе у горшкових печах при періодичній варці, коли уся заготовлена порція шихти завантажується у відповідний горщок, зустрічає великі ускладнення при варці скломаси у безперервно діючих ванних печах, у яких вміщається 8-10-добовий запас скломаси. Тому для даного випадку осереднення скломаси слід розпочинати на шихтній дільниці і на протязі усіх технологічних стадій скловаріння контролювати, щоб шихта та скломаса були однорідні і не піддавалися розшаруванню.

Отже процес гомогенізації заклечається в осередненні скломаси і ліквідації у ній гетерогенних шарів.

Дата добавления: 2014-01-11