حباب‌سازی، یک تکنیک حیاتی و پرکاربرد در همگن‌سازی اجباری، به طور قابل توجه و پیچیده‌ای بر فرآیندهای تصفیه و همگن‌سازی شیشه مذاب تأثیر می‌گذارد. در اینجا یک تحلیل دقیق ارائه شده است.
1. اصل فناوری حباب سازی
حباب‌سازی شامل نصب چندین ردیف حباب‌ساز (نازل) در پایین کوره ذوب (معمولاً در قسمت انتهایی منطقه ذوب یا منطقه تصفیه) است. یک گاز خاص، معمولاً هوای فشرده، نیتروژن یا یک گاز بی‌اثر، به صورت دوره‌ای یا مداوم به شیشه مذاب با دمای بالا تزریق می‌شود. گاز منبسط شده و از میان شیشه مذاب بالا می‌رود و ستون‌هایی از حباب‌های در حال افزایش ایجاد می‌کند.
۲. تأثیر حباب‌سازی بر فرآیند تصفیه (عمدتاً مثبت)
حباب زدن عمدتاً به از بین بردن حباب‌های گاز کمک می‌کند و در نتیجه شیشه را شفاف می‌کند.
ترویج حذف حباب
اثر مکشیک ناحیه کم‌فشار در پی حباب‌های بزرگ و در حال افزایش تشکیل می‌شود و یک «اثر پمپاژ» ایجاد می‌کند. این اثر به طور مؤثر میکروحباب‌های کوچک را از شیشه مذاب اطراف به داخل می‌کشد، جمع می‌کند و با هم ادغام می‌کند و آنها را برای خروج به سطح می‌آورد.
کاهش حلالیت گازگاز تزریق شده، به ویژه گاز بی‌اثر، می‌تواند گازهای محلول در شیشه مذاب (مثلاً SO₂، O₂، CO₂) را رقیق کرده و فشار جزئی آنها را کاهش دهد. این امر حل شدن گازهای محلول در حباب‌های در حال افزایش را تسهیل می‌کند.
کاهش فوق اشباع موضعیحباب‌های در حال افزایش، یک سطح مشترک آماده از گاز-مایع فراهم می‌کنند و باعث می‌شوند گازهای محلول فوق اشباع، راحت‌تر از حباب‌ها خارج شده و به درون آنها نفوذ کنند.
مسیر کوتاه‌شده‌ی فینینگستون‌های حباب در حال افزایش به عنوان "مسیرهای سریع" عمل می‌کنند و مهاجرت گازهای محلول و میکروحباب‌ها را به سمت سطح تسریع می‌کنند.
اختلال در لایه فوم: نزدیک سطح، حباب‌های بالارونده به شکستن لایه کف متراکم که می‌تواند مانع خروج گاز شود، کمک می‌کنند.
اثرات منفی بالقوه (نیاز به کنترل)
معرفی حباب‌های جدیداگر پارامترهای حباب‌زایی (فشار، فرکانس و خلوص گاز) به طور نامناسب کنترل شوند یا نازل‌ها مسدود شوند، فرآیند می‌تواند حباب‌های کوچک و جدید ناخواسته‌ای ایجاد کند. اگر این حباب‌ها نتوانند در تصفیه‌های بعدی حذف یا حل شوند، به نقص تبدیل می‌شوند.
انتخاب گاز نامناسباگر گاز تزریق شده با شیشه مذاب یا گازهای محلول واکنش نامطلوبی نشان دهد، می‌تواند گازها یا ترکیباتی تولید کند که حذف آنها دشوارتر است و فرآیند تصفیه را با مشکل مواجه می‌کند.
۳. تأثیر حباب‌سازی بر فرآیند همگن‌سازی (عمدتاً مثبت)
حباب زدن به طور قابل توجهی اختلاط و همگن سازی را افزایش می دهد.شیشه مذاب.
همرفت و آشفتگی پیشرفته
گردش عمودی: با بالا آمدن ستون‌های حباب، چگالی کم آنها در مقایسه با شیشه مذاب، جریان رو به بالای قوی ایجاد می‌کند. برای پر کردن مجدد شیشه در حال بالا آمدن، شیشه اطراف و پایین به صورت افقی به سمت ستون حباب جریان می‌یابد و یک جریان قدرتمند ایجاد می‌کند.گردش عمودییاهمرفتاین همرفت اجباری، اختلاط افقی شیشه مذاب را به میزان زیادی تسریع می‌کند.
اختلاط برشیاختلاف سرعت بین حباب‌های در حال افزایش و شیشه مذاب اطراف، نیروهای برشی ایجاد می‌کند و باعث اختلاط نفوذی بین لایه‌های مجاور شیشه می‌شود.
تمدید رابطتلاطم ناشی از حباب‌های در حال افزایش، به طور مداوم سطوح تماس بین شیشه با ترکیبات مختلف را تازه می‌کند و راندمان انتشار مولکولی را بهبود می‌بخشد.
اختلال در لایه بندی و شیارها
همرفت قوی به طور مؤثر از بین می‌رودلایه بندی شیمیایی یا حرارتیوشیارهاناشی از اختلاف چگالی، گرادیان دما یا تغذیه ناهموار. این لایه‌ها را برای مخلوط شدن در جریان اصلی قرار می‌دهد.
این امر به ویژه در از بین بردن مفید است«مناطق مرده»در کف مخزن، تبلور یا ناهمگنی شدید ناشی از رکود طولانی مدت را کاهش می‌دهد.
بهبود راندمان همگن‌سازی
در مقایسه با جریان‌های همرفت طبیعی یا گرادیان دما، همرفت اجباری ایجاد شده توسط حباب‌سازی دارای ...چگالی انرژی بالاتر و دسترسی گسترده‌تراین امر به طور قابل توجهی زمان لازم برای دستیابی به سطح مطلوب همگنی یا دستیابی به یکنواختی بالاتر در همان بازه زمانی را کوتاه می‌کند.
اثرات منفی بالقوه (نیازمند توجه)
فرسایش مواد نسوزجریان پرسرعت حباب‌های در حال افزایش و همرفت شدید ناشی از آنها می‌تواند باعث فرسایش و خوردگی قوی‌تر مواد نسوز کف مخزن و دیواره‌های جانبی شود و طول عمر کوره را کوتاه کند. این امر همچنین می‌تواند محصولات فرسایش را وارد شیشه مذاب کند و منابع جدیدی از ناهمگنی (سنگ‌ها، شیارها) ایجاد کند.
اختلال در الگوهای جریاناگر طرح نقطه حباب، اندازه حباب یا فرکانس آن به طور ضعیفی طراحی شده باشد، می‌تواند با میدان‌های دمایی و جریان طبیعی اصلی و مفید درون مخزن ذوب تداخل ایجاد کند. این می‌تواند مناطق یا گرداب‌های ناهمگن جدیدی ایجاد کند.
۴. پارامترهای کنترل کلیدی برای فناوری حباب‌سازی
موقعیت حبابی: معمولاً در قسمت انتهایی منطقه ذوب (اطمینان از ذوب شدن بیشتر مواد اولیه) و منطقه تصفیه. موقعیت باید به گونه‌ای انتخاب شود که میدان‌های جریان و دما بهینه باشند.
انتخاب گازگزینه‌ها شامل هوا (کم‌هزینه، اما با خاصیت اکسیدکنندگی قوی)، نیتروژن (بی‌اثر) و گازهای بی‌اثر مانند آرگون (بهترین بی‌اثری، اما گران) است. انتخاب به ترکیب شیشه، حالت اکسایش-کاهش و هزینه بستگی دارد.
اندازه حباب: حالت ایده‌آل، تولید حباب‌های بزرگتر (با قطر چند میلی‌متر تا سانتی‌متر) است. حباب‌های کوچک به آرامی بالا می‌آیند، اثر مکش ضعیفی دارند و ممکن است به راحتی خارج نشوند و به نقص تبدیل شوند. اندازه حباب توسط طراحی نازل و فشار گاز کنترل می‌شود.
فرکانس حباب زدنحباب‌زایی دوره‌ای (مثلاً هر چند دقیقه یک بار) اغلب مؤثرتر از حباب‌زایی مداوم است. این کار باعث ایجاد آشفتگی‌های شدید می‌شود و در عین حال به حباب‌ها زمان می‌دهد تا خارج شوند و شیشه تثبیت شود. شدت (سرعت جریان گاز و فشار) باید با عمق و ویسکوزیته شیشه مطابقت داشته باشد.
طرح نقطه حبابیچیدمان چندین ردیف به صورت پلکانی که کل عرض مخزن را پوشش می‌دهد، تضمین می‌کند که جریان همرفتی به تمام گوشه‌ها می‌رسد و از «مناطق مرده» جلوگیری می‌کند. فاصله‌گذاری باید بهینه شود.
خلوص گازبرای جلوگیری از مشکلات جدید، باید از ناخالصی‌هایی مانند رطوبت یا سایر گازها اجتناب شود.
در نتیجه، حباب‌سازی یک فناوری حیاتی است که گاز را به شیشه مذاب تزریق می‌کند تا گردش و همزدن عمودی قوی ایجاد کند. این امر نه تنها فرآیند تصفیه داخلی را به طور قابل توجهی تسریع می‌کند و به ادغام و خروج حباب‌های کوچک و بزرگ کمک می‌کند، بلکه به طور موثری لایه‌های ناهمگن شیمیایی و حرارتی را تجزیه کرده و مناطق مرده جریان را از بین می‌برد. در نتیجه، راندمان همگن‌سازی و کیفیت شیشه را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. با این حال، کنترل دقیق بر پارامترهای کلیدی مانند انتخاب گاز، موقعیت، فرکانس و اندازه حباب برای جلوگیری از ایجاد نقص‌های جدید حباب، بدتر شدن فرسایش نسوز یا اختلال در میدان جریان اصلی ضروری است. بنابراین، اگرچه حباب‌سازی دارای معایب بالقوه‌ای است، اما یک فناوری کلیدی است که می‌تواند برای بهبود قابل توجه تولید شیشه بهینه شود.
زمان ارسال: ۲۱ آگوست ۲۰۲۵
