عوامل اصلی فرآیند که بر ذوب شیشه تأثیر می‌گذارند، فراتر از خود مرحله ذوب هستند، زیرا تحت تأثیر شرایط پیش از ذوب مانند کیفیت مواد اولیه، عملیات و کنترل خرده شیشه، خواص سوخت، مواد نسوز کوره، فشار کوره، اتمسفر و انتخاب عوامل تصفیه قرار می‌گیرند. در زیر تجزیه و تحلیل دقیقی از این عوامل ارائه شده است:
۱.آماده‌سازی مواد اولیه و کنترل کیفیت
۱. ترکیب شیمیایی بچ
SiO₂ و ترکیبات نسوز: میزان SiO₂، Al₂O₃، ZrO₂ و سایر ترکیبات نسوز مستقیماً بر سرعت ذوب تأثیر می‌گذارد. میزان بالاتر، دمای ذوب مورد نیاز و مصرف انرژی را افزایش می‌دهد.
اکسیدهای فلزات قلیایی (به عنوان مثال، Na₂O، Li₂O): دمای ذوب را کاهش می‌دهند. Li₂O، به دلیل شعاع یونی کوچک و الکترونگاتیوی بالای آن، به طور ویژه‌ای مؤثر است و می‌تواند خواص فیزیکی شیشه را بهبود بخشد.
۲. پیش‌تیمار دسته‌ای
کنترل رطوبت:
رطوبت بهینه (۳٪ تا ۵٪): افزایش خیس شدن و واکنش، کاهش گرد و غبار و جداسازی؛
رطوبت بیش از حد: باعث ایجاد خطاهای توزین و طولانی شدن زمان جریمه کردن می‌شود.
توزیع اندازه ذرات:
ذرات درشت بیش از حد: سطح تماس واکنش را کاهش می‌دهد، زمان ذوب را طولانی‌تر می‌کند.
ذرات ریز بیش از حد: منجر به تجمع و جذب الکترواستاتیک می‌شود و مانع ذوب یکنواخت می‌شود.
۳. مدیریت خرده شیشه
خرده شیشه باید تمیز، عاری از ناخالصی و با اندازه ذرات مواد اولیه تازه مطابقت داشته باشد تا از ایجاد حباب یا بقایای ذوب نشده جلوگیری شود.
دوم. طراحی کورهو خواص سوخت
۱. انتخاب مواد نسوز
مقاومت در برابر فرسایش در دمای بالا: آجرهای زیرکونیوم بالا و آجرهای کوراندوم زیرکونیوم الکتروفیوژن شده (AZS) باید در ناحیه دیواره استخر، کف کوره و سایر مناطقی که با مایع شیشه در تماس هستند، استفاده شوند تا عیوب سنگ ناشی از فرسایش شیمیایی و شستشو به حداقل برسد.
پایداری حرارتی: در برابر نوسانات دما مقاومت می‌کند و از پوسته شدن نسوز به دلیل شوک حرارتی جلوگیری می‌کند.
۲. راندمان سوخت و احتراق
ارزش حرارتی سوخت و اتمسفر احتراق (اکسیدکننده/کاهنده) باید با ترکیب شیشه مطابقت داشته باشند. به عنوان مثال:
گاز طبیعی/نفت سنگین: برای جلوگیری از باقی ماندن سولفید، نیاز به کنترل دقیق نسبت هوا به سوخت دارد.
ذوب الکتریکی: مناسب برای ذوب با دقت بالا (مثلاًشیشه نوری) اما انرژی بیشتری مصرف می‌کند.
سومبهینه‌سازی پارامترهای فرآیند ذوب
۱. کنترل دما
دمای ذوب (1450 تا 1500 درجه سانتیگراد): افزایش 1 درجه سانتیگراد دما می‌تواند سرعت ذوب را 1٪ افزایش دهد، اما فرسایش نسوز را دو برابر می‌کند. تعادل بین راندمان و طول عمر تجهیزات ضروری است.
توزیع دما: کنترل گرادیان در مناطق مختلف کوره (ذوب، تصفیه، خنک‌کننده) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد موضعی یا باقی‌مانده‌های ذوب نشده ضروری است.
۲. اتمسفر و فشار
اتمسفر اکسیدکننده: تجزیه مواد آلی را افزایش می‌دهد اما ممکن است اکسیداسیون سولفید را تشدید کند.
کاهش اتمسفر: رنگ‌آمیزی Fe³+ (برای شیشه بی‌رنگ) را سرکوب می‌کند اما نیاز به جلوگیری از رسوب کربن دارد.
پایداری فشار کوره: فشار مثبت جزئی (+2 ~ 5 Pa) از ورود هوای سرد جلوگیری کرده و خروج حباب را تضمین می‌کند.
۳. عوامل تصفیه و روان‌سازها
فلورایدها (به عنوان مثال، CaF₂): ویسکوزیته مذاب را کاهش داده و حذف حباب را تسریع می‌کنند.
نیترات‌ها (به عنوان مثال، NaNO₃): اکسیژن آزاد می‌کنند تا فرآیند اکسیداسیون را تسریع کنند.
روان‌سازهای ترکیبی**: به عنوان مثال، Li₂CO₃ + Na₂CO₃، که به طور هم‌افزایی دمای ذوب پایین‌تری دارند.
Ⅳپایش دینامیکی فرآیند ذوب
۱. ویسکوزیته و سیالیت مذاب
نظارت بلادرنگ با استفاده از ویسکومترهای چرخشی برای تنظیم دما یا نسبت شار برای شرایط بهینه شکل‌دهی.
۲. راندمان حذف حباب
مشاهده توزیع حباب با استفاده از تکنیک‌های اشعه ایکس یا تصویربرداری برای بهینه‌سازی دوز عامل تصفیه و فشار کوره.
Ⅴمسائل رایج و استراتژی‌های بهبود
| مشکلات | علت ریشه‌ای | راه حل |
| سنگ‌های شیشه‌ای (ذرات ذوب نشده) | ذرات درشت یا اختلاط ضعیف | بهینه سازی اندازه ذرات، بهبود پیش اختلاط |
| حباب‌های باقیمانده | عامل تصفیه ناکافی یا نوسانات فشار | افزایش دوز فلوراید، تثبیت فشار کوره |
| فرسایش شدید نسوز | دمای بیش از حد یا مواد ناسازگار | از آجرهای با زیرکونیوم بالا استفاده کنید، گرادیان دما را کاهش دهید |
| رگه‌ها و نقص‌ها | همگن‌سازی ناکافی | زمان همگن‌سازی را افزایش دهید، هم زدن را بهینه کنید |
نتیجه‌گیری
ذوب شیشه نتیجه هم‌افزایی بین مواد اولیه، تجهیزات و پارامترهای فرآیند است. این امر نیازمند مدیریت دقیق طراحی ترکیب شیمیایی، بهینه‌سازی اندازه ذرات، ارتقاء مواد نسوز و کنترل پویای پارامترهای فرآیند است. با تنظیم علمی فلاکس‌ها، تثبیت محیط ذوب (دما/فشار/اتمسفر) و به‌کارگیری تکنیک‌های تصفیه کارآمد، می‌توان راندمان ذوب و کیفیت شیشه را به‌طور قابل‌توجهی بهبود بخشید، در حالی که مصرف انرژی و هزینه‌های تولید کاهش می‌یابد.
زمان ارسال: ۱۴ مارس ۲۰۲۵
