Tavení lahvového skla

Tavení skla je velmi složitý proces. Vsádkové materiály projdou řadou fyzikálních, chemických a fyzikálních a chemických změn a reakcí při vysokých teplotách. Výsledky těchto změn a reakcí přeměňují mechanickou směs různých surovin na komplexní roztavený materiál, konkrétně skleněnou kapalinu.
Podle změn a reakcí vsázkových materiálů během procesu tavení skla lze proces tavení skla rozdělit do pěti stupňů, a to tvorba silikátu, tvorba skla, čiření, homogenizace a chlazení.

Většina běžného lahvového skla se skládá z křemičitanů a reakce tvorby silikátů se z velké části provádí v pevném stavu. V této fázi prochází složení práškového materiálu řadou fyzikálních a chemických změn. Velké množství plynných látek v práškovém materiálu se odpaří. Poté se oxid křemičitý a další složky začnou vzájemně ovlivňovat. Na konci této fáze hlavní reakce v pevné fázi končí a práškový materiál se stává aglomerátem složeným z křemičitanů a oxidů křemíku. U většiny brýlí tato fáze v podstatě končí na 800~900 stupních.

Pokračujte v zahřívání, slinutý materiál vzniklý ve fázi tvorby křemičitanu se začne tavit, nejprve se začne tavit směs s nízkou teplotou tání a současně se křemičitan a zbývající oxid křemičitý roztaví a vzájemně difundují a slinutý materiál se stane průhledná skleněná kapalina. Tento proces se nazývá fáze tvorby skla. V tuto chvíli neexistují žádné nezreagované vsázkové materiály, ale ve skle je stále velké množství bublin a pruhů, chemické složení a vlastnosti jsou také nerovnoměrné. Teplota běžného skla v této fázi je 1200 ~ 1250 stupňů.

Na konci fáze tvorby skla je ve skle stále mnoho bublin a pruhů. Když zahřívání pokračuje, viskozita skleněné kapaliny klesá. Proces odstraňování viditelných bublin ve skleněné kapalině je procesem čiření skleněné kapaliny.
Ve fázích tvorby silikátu a tvorby skla se vysráží velké množství plynu v důsledku rozkladu vsázkových materiálů, těkání některých složek, redoxní reakce oxidů a interakce mezi sklem a plynným médiem a žáruvzdornými materiály. Většina těchto plynů uniká do vesmíru a většina zbývajících plynů se rozpustí ve skleněné kapalině a malé množství plynů stále existuje ve skleněné kapalině ve formě bublin. Ve skle jsou tři hlavní skupenství plynu, a to viditelné bubliny, rozpuštěné plyny a plyny, které tvoří chemické vazby se skleněnými složkami. Poslední dva jsou neviditelné a neovlivní kvalitu vzhledu skla. Proces čeření skleněné kapaliny je především proces eliminace viditelných bublin.
Během procesu čeření se eliminace viditelných bublin provádí následujícími dvěma způsoby. 1. Zvětšit objem bublin, urychlit jejich vzestup a po vyplavení z povrchu skla se lámou a mizí. 2. Zajistěte, aby se složky plynu v malých bublinkách rozpustily ve skleněné kapalině a bubliny se absorbovaly a zmizely.
Aby se urychlilo čiření skleněné kapaliny, kromě přidání určitých čiřidel do vsázky se obecně používá způsob zvyšování teploty skleněné kapaliny. Tato fáze většiny skel je dokončena při 1400 ~ 1500 stupních, což je často oblast s nejvyšší teplotou při tavení skla. Viskozita skleněné kapaliny během procesu čiření je n≈10Pa·s.

Úlohou homogenizace je eliminovat pruhy a jiné nehomogenity ve skleněné kapalině tak, aby chemické složení každé části skleněné kapaliny bylo jednotné. V této fázi vlivem tepelného pohybu a vzájemné difúze skloviny postupně mizí pruhy ve skleněné tekutině a chemické složení každé části skleněné tekutiny má postupně tendenci být konzistentní. Tato uniformita je často charakterizována tím, zda je index lomu každé části skleněné kapaliny stejný. Většina skel je dokončena v této fázi, kdy je teplota mírně nižší než teplota ve fázi čeření.

Homogenizovaná skleněná kapalina nemůže být okamžitě tvarována do výrobků, protože teplota skleněné kapaliny je v tomto okamžiku vysoká a viskozita je nižší než při lisování. Není vhodný pro operace lisování skla. Je třeba ji ochladit a teplota skleněné kapaliny se postupně snižuje, aby se zvýšila viskozita skleněné kapaliny, aby vyhovovala potřebám lisování. Hodnota snížení teploty skleněné kapaliny se liší podle složení skla a způsobu tvarování. Obecně platí, že sodnovápenaté sklo je obvykle potřeba ochladit o 200 ~ 300 stupňů. Chlazená skleněná kapalina vyžaduje stejnoměrnou teplotu pro usnadnění tvarování.
Během chlazení by vyčeřená skleněná kapalina měla zabránit opětovnému vysrážení bublin. Malé bublinky, které se v této fázi objevují, se nazývají sekundární bubliny nebo regenerované bubliny. Sekundární bubliny jsou rovnoměrně rozmístěny v chlazené skleněné kapalině s průměrem obecně pod 0,1 mm. Číslo může dosáhnout tisíců na centimetr krychlový skla. Protože teplota skleněné kapaliny byla v této fázi snížena, je velmi obtížné odstranit sekundární bubliny. Proto by se mělo zejména zabránit tvorbě sekundárních bublin během procesu chlazení.
Pět stupňů ve výše uvedeném procesu tavení skla se od sebe liší, ale spolu souvisí. Tyto fáze se ve skutečnosti neprovádějí v přísném pořadí, ale často se provádějí současně.

Teplota každého bodu po délce pece s kontinuálním provozem je odlišná, ale je pevně stanovena v čase, takže je možné vytvořit stabilní teplotní systém. Správnost systému procesu tavení ovlivňuje nejen kvalitu taveného skla, ale určuje také výkon taveného skla. Jak je znázorněno na obrázku 2-10, systém teploty tání lahvového skla v kontinuální peci s nádrží.
Ať už se jedná o horizontální plamennou pec nebo tankovou pec s podkovovým kanónem, její teplotní systém má vliv na rychlost tavení sklářské kapaliny, proudění sklářské kapaliny, operaci formování, spotřebu paliva a stáří pece. U lahvového skla se skleněné lahve a plechovky na trhu dělí především do čtyř kategorií podle barvy: bezbarvé, světle modré, smaragdově zelené a hnědé. Když se změní barva skla nebo se změní koncentrace barvy skla, má to velký vliv na formu přenosu tepla a účinnost. Pokud jde o proces tavení, vliv zbarvení skla na podmínky procesu je mnohem zjevnější a závažnější než vliv změn složení skla. Je velký rozdíl v rozložení teploty skla různých barev v peci. 2-24 jsou teplotní parametry několika barev skla v peci.

Z tabulky 2-24 je vidět, že při stejné teplotě tání jsou zjevné rozdíly v povrchové teplotě kapaliny a teplotě dna bazénu u sklenic různých barev. Ve sklářské tavicí peci existují tři formy přenosu tepla: záření, proudění a vedení. U skel různých barev platí, že čím silnější je schopnost absorbovat záření záření, to znamená, čím silnější je schopnost absorbovat vysokoteplotní sálavé teplo, tím více tepla absorbuje povrch skla a tím méně tepla se přenáší přes skleněné těleso v forma záření. Z hlediska povrchové teploty kapaliny má hnědé sklo největší kapacitu absorpce tepla a nejvyšší povrchovou teplotu kapaliny; smaragdově zelené sklo je druhé a světle modré sklo je třetí. Z pohledu teploty dna bazénu se problém trochu zkomplikuje: světle modré sklo má špatnou schopnost pohlcovat radiační světlo a přes skleněné těleso se více tepla přenáší na dno bazénu ve formě sálání, takže dno bazénu teplota je vyšší; smaragdově zelené sklo má silnou schopnost pohlcovat radiační světlo a přes skleněné těleso se přenáší méně tepla na dno bazénu ve formě záření, takže teplota dna bazénu je nižší. Hnědé sklo má však silnou schopnost absorbovat radiační světlo a teplota na dně bazénu je mnohem vyšší než u smaragdově zeleného skla. Důvodem může být: sklo v bazénu je rozděleno do několika tekutých vrstev.

Protože propustnost světla hnědého skla je slabá, teplotní rozdíl mezi vrstvami kapaliny je velký a v hloubce bazénu by měl být velký teplotní gradient. Avšak vzhledem k vysoké kapacitě absorpce tepla hnědého skla, poté, co horní skleněná kapalina absorbuje teplo, teplota vzroste, objem se zvětší a v horizontálním směru se vytvoří tah směrem k okolí. Tento tah je měněn stěnou bazénu a přenášen do spodní vrstvy kapaliny, čímž vzniká konvekční síla. Zlepšení přenosu tepla konvekcí vyrovnává nedostatek přenosu tepla sáláním, takže teplota na dně bazénu z hnědého skla je vyšší.

Obecně řečeno, za stejných procesních podmínek a teplotního systému, pro skla se stejnými složkami, ale různými barvami, může tavení hnědého skla získat lepší stejnoměrnost skla a vyšší rychlost tavení. Důvodem je právě silná konvekce způsobená silnou tepelnou absorpční schopností hnědého skla. Zásahem probublávacího zařízení se samozřejmě změní podmínky přenosu tepla. Při tavení smaragdově zeleného skla, pokud chcete zlepšit spodní teplotu, rovnoměrnost skla a účinnost tavení, je instalace probublávacího zařízení účinným opatřením. Pokud chcete změnit různé barvy kapaliny ve stejné peci, musí být procesní prvky tavicí části, pracovní části a přívodního kanálu odpovídajícím způsobem upraveny, aby se přizpůsobily změnám stavu procesu způsobeným „rozdílem přenosu tepla“ barvy skla. .