ذوب شیشه بطری

ذوب شیشه فرآیند بسیار پیچیده ای است. مواد دسته ای در دماهای بالا تحت یک سری تغییرات فیزیکی، شیمیایی و فیزیکی و شیمیایی قرار می گیرند. نتایج این تغییرات و واکنش ها، مخلوط مکانیکی مواد اولیه مختلف را به یک ماده مذاب پیچیده، یعنی مایع شیشه ای تبدیل می کند.
با توجه به تغییرات و واکنش های مواد دسته ای در طی فرآیند ذوب شیشه، فرآیند ذوب شیشه را می توان به پنج مرحله تشکیل سیلیکات، تشکیل شیشه، شفاف سازی، همگن سازی و خنک سازی تقسیم کرد.

بیشتر شیشه های بطری معمولی از سیلیکات ها تشکیل شده است و واکنش تشکیل سیلیکات ها عمدتاً در حالت جامد انجام می شود. در این مرحله ترکیب مواد پودری دستخوش یک سری تغییرات فیزیکی و شیمیایی می شود. مقدار زیادی از مواد گازی موجود در مواد پودری تبخیر می شوند. سپس، دی اکسید سیلیکون و سایر اجزا شروع به تعامل با یکدیگر می کنند. در پایان این مرحله، واکنش اصلی حالت جامد به پایان می رسد و ماده پودری تبدیل به سینتری می شود که از سیلیکات ها و اکسیدهای سیلیکون تشکیل شده است. برای اکثر عینک ها، این مرحله اساساً در 800 تا 900 درجه به پایان می رسد.

حرارت دادن را ادامه دهید، مواد متخلخل تولید شده در مرحله تشکیل سیلیکات شروع به ذوب شدن می کنند، مخلوط کم ذوب ابتدا شروع به ذوب شدن می کند و در همان زمان سیلیکات و دی اکسید سیلیکون باقیمانده ذوب و پخش می شوند و مواد متخلخل تبدیل می شوند. یک مایع شیشه ای شفاف به این فرآیند مرحله تشکیل شیشه می گویند. در این زمان، مواد دسته ای واکنش نداده وجود ندارد، اما هنوز تعداد زیادی حباب و رگه در شیشه وجود دارد و ترکیب شیمیایی و خواص آن نیز ناهموار است. دمای شیشه معمولی در این مرحله 1200 تا 1250 درجه است.

در پایان مرحله تشکیل شیشه، هنوز حباب ها و رگه های زیادی در شیشه وجود دارد. با ادامه گرمایش، ویسکوزیته مایع شیشه کاهش می یابد. فرآیند از بین بردن حباب های قابل مشاهده در مایع شیشه، فرآیند شفاف سازی مایع شیشه است.
در مراحل تشکیل سیلیکات و تشکیل شیشه به دلیل تجزیه مواد ناپیوسته، تبخیر شدن برخی از اجزاء، واکنش ردوکس اکسیدها و برهمکنش شیشه و محیط گاز و مواد دیرگداز، مقدار زیادی گاز رسوب می کند. بیشتر این گازها به فضا فرار می کنند و بیشتر گازهای باقی مانده در مایع شیشه حل می شوند و مقدار کمی از گازها هنوز به صورت حباب در مایع شیشه وجود دارد. سه حالت اصلی گاز در شیشه وجود دارد که عبارتند از حباب های قابل مشاهده، گازهای محلول و گازهایی که با اجزای شیشه پیوند شیمیایی ایجاد می کنند. دو مورد آخر نامرئی هستند و بر کیفیت ظاهری شیشه تاثیری ندارند. فرآیند شفاف سازی مایع شیشه ای عمدتاً فرآیند از بین بردن حباب های قابل مشاهده است.
در طی فرآیند شفاف سازی، از بین بردن حباب های قابل مشاهده به دو روش زیر انجام می شود. 1. حجم حباب ها را افزایش دهید، افزایش آنها را تسریع کنید و پس از شناور شدن از سطح شیشه شکسته و ناپدید شوند. 2. اجزای گاز را در حباب های کوچک در مایع شیشه حل کنید و حباب ها جذب شده و ناپدید شوند.
به منظور تسریع در شفاف سازی مایع شیشه، علاوه بر افزودن زلال کننده های خاص به دسته، روش افزایش دمای مایع شیشه ای به طور کلی اتخاذ می شود. این مرحله از اکثر شیشه ها در دمای 1400 تا 1500 درجه تکمیل می شود که اغلب بالاترین منطقه دما در ذوب شیشه است. ویسکوزیته مایع شیشه در طول فرآیند شفاف سازی n≈10Pa·s است.

نقش همگن از بین بردن نوارها و سایر ناهمگنی های مایع شیشه ای است، به طوری که ترکیب شیمیایی هر قسمت از مایع شیشه یکنواخت باشد. در این مرحله به دلیل حرکت حرارتی و انتشار متقابل مایع شیشه، نوارهای موجود در مایع شیشه ای به تدریج ناپدید می شوند و ترکیب شیمیایی هر قسمت از مایع شیشه به تدریج به یکنواختی تمایل پیدا می کند. این یکنواختی اغلب با یکسان بودن ضریب شکست هر قسمت از مایع شیشه مشخص می شود. اکثر شیشه ها در این مرحله زمانی تکمیل می شوند که دما کمی کمتر از دمای مرحله شفاف سازی باشد.

مایع شیشه ای همگن شده را نمی توان بلافاصله به محصولات تبدیل کرد، زیرا دمای مایع شیشه در این زمان بالا است و ویسکوزیته در هنگام قالب گیری کمتر از آن است. برای عملیات قالب گیری شیشه مناسب نیست. نیاز به خنک شدن دارد و دمای مایع شیشه به تدریج کاهش می یابد تا ویسکوزیته مایع شیشه افزایش یابد تا نیازهای قالب گیری را برطرف کند. ارزش کاهش دمای مایع شیشه با ترکیب شیشه و روش قالب گیری متفاوت است. به طور کلی، شیشه سودا آهک معمولاً باید 200 تا 300 درجه خنک شود. مایع شیشه ای خنک شده نیاز به دمای یکنواخت برای تسهیل قالب گیری دارد.
در طول خنک شدن، مایع شیشه ای شفاف باید از رسوب مجدد حباب ها جلوگیری کند. حباب های کوچکی که در این مرحله ظاهر می شوند، حباب های ثانویه یا حباب های بازسازی شده نامیده می شوند. حباب های ثانویه به طور مساوی در سراسر مایع شیشه ای خنک شده با قطری کمتر از 0.1 میلی متر توزیع شده اند. این عدد می تواند به هزاران در هر سانتی متر مکعب شیشه برسد. از آنجایی که دمای مایع شیشه در این مرحله کاهش یافته است، از بین بردن حباب های ثانویه بسیار دشوار است. بنابراین، تولید حباب های ثانویه باید به ویژه در طول فرآیند خنک سازی جلوگیری شود.
پنج مرحله در فرآیند ذوب شیشه فوق با یکدیگر متفاوت هستند، اما به هم مرتبط هستند. این مراحل در واقع به ترتیب دقیق انجام نمی شوند، بلکه اغلب به طور همزمان انجام می شوند.

دمای هر نقطه در طول کوره مخزن کار مداوم متفاوت است، اما در زمان ثابت است، بنابراین می توان یک سیستم دمای پایدار ایجاد کرد. صحت سیستم فرآیند ذوب نه تنها بر کیفیت شیشه ذوب شده تأثیر می گذارد، بلکه خروجی شیشه ذوب شده را نیز تعیین می کند. همانطور که در شکل 2-10 نشان داده شده است، سیستم دمای ذوب شیشه بطری در کوره مخزن عملیات مداوم.
چه کوره مخزن شعله افقی یا یک کوره مخزن توپ نعل اسبی باشد، سیستم دمایی آن بر سرعت ذوب مایع شیشه، جریان مایع شیشه، عملیات قالب گیری، مصرف سوخت و سن کوره تأثیر دارد. برای شیشه بطری، بطری‌ها و قوطی‌های شیشه‌ای موجود در بازار عمدتاً بر اساس رنگ به چهار دسته بی‌رنگ، آبی روشن، سبز زمردی و قهوه‌ای تقسیم می‌شوند. هنگامی که رنگ شیشه تغییر می کند یا غلظت رنگ شیشه تغییر می کند، تأثیر زیادی در شکل و کارایی انتقال حرارت دارد. تا آنجا که به فرآیند ذوب مربوط می شود، تأثیر رنگ آمیزی شیشه بر شرایط فرآیند بسیار واضح تر و جدی تر از تأثیر تغییر ترکیب شیشه است. تفاوت زیادی در توزیع دمای شیشه های رنگ های مختلف در کوره وجود دارد. 2-24 پارامترهای دمایی چندین رنگ شیشه در کوره هستند.

از جدول 2-24 می توان دریافت که در دمای ذوب یکسان، تفاوت های آشکاری در دمای سطح مایع و دمای کف استخر شیشه های با رنگ های مختلف وجود دارد. در کوره ذوب شیشه سه شکل انتقال حرارت وجود دارد: تابش، همرفت و هدایت. برای شیشه‌های رنگ‌های مختلف، هر چه توانایی جذب نور تشعشع قوی‌تر باشد، یعنی هر چه توانایی جذب گرمای تشعشعی با دمای بالا قوی‌تر باشد، سطح شیشه گرمای بیشتری را جذب می‌کند و گرمای کمتری از طریق بدنه شیشه در داخل شیشه منتقل می‌شود. شکل تابش از منظر دمای سطح مایع، شیشه قهوه ای قوی ترین ظرفیت جذب گرما و بالاترین دمای سطح مایع را دارد. شیشه سبز زمردی دوم و شیشه آبی روشن سومین. از منظر دمای کف استخر، مشکل کمی پیچیده می شود: شیشه آبی روشن توانایی ضعیفی در جذب نور تابش دارد و گرمای بیشتری از طریق بدنه شیشه ای به شکل تشعشع به کف استخر منتقل می شود، بنابراین کف استخر درجه حرارت بالاتر است؛ شیشه سبز زمردی توانایی بالایی در جذب نور تشعشع دارد و گرمای کمتری از طریق بدنه شیشه ای به شکل تشعشع به کف استخر منتقل می شود، بنابراین دمای کف استخر کمتر است. با این حال، شیشه قهوه ای توانایی زیادی در جذب نور تشعشع دارد و دمای کف استخر بسیار بالاتر از شیشه سبز زمردی است. دلیل ممکن است این باشد: شیشه در استخر به چندین لایه مایع تقسیم شده است.

از آنجایی که عبور نور شیشه قهوه ای ضعیف است، اختلاف دما بین لایه های مایع زیاد است و باید یک گرادیان دمایی زیادی در امتداد عمق استخر وجود داشته باشد. با این حال، به دلیل ظرفیت جذب گرما قوی شیشه قهوه‌ای، پس از اینکه مایع شیشه بالایی گرما را جذب کرد، دما افزایش می‌یابد، حجم منبسط می‌شود و یک رانش به سمت اطراف در جهت افقی ایجاد می‌شود. این رانش توسط دیواره استخر تغییر می کند و به لایه مایع پایینی منتقل می شود و نیروی همرفت را تشکیل می دهد. افزایش انتقال حرارت همرفتی، عدم انتقال حرارت تشعشعی را جبران می‌کند، بنابراین دمای پایین استخر شیشه‌ای قهوه‌ای بیشتر است.

به طور کلی، در شرایط فرآیند و سیستم دمایی یکسان، برای شیشه‌هایی با اجزای یکسان اما رنگ‌های متفاوت، ذوب شیشه قهوه‌ای می‌تواند یکنواختی بهتر شیشه و سرعت ذوب بالاتر را به دست آورد. دلیل آن دقیقاً به دلیل جابجایی قوی ناشی از ظرفیت جذب حرارت قوی شیشه قهوه ای است. البته دخالت دستگاه حباب زنی باعث تغییر شرایط انتقال حرارت می شود. هنگام ذوب شیشه سبز زمردی، اگر می خواهید دمای پایین، یکنواختی شیشه و راندمان ذوب را بهبود بخشید، نصب دستگاه حباب زنی یک اقدام موثر است. هنگامی که می خواهید رنگ های مختلف مایع را در یک کوره تغییر دهید، عناصر فرآیند قسمت ذوب، قسمت کار و کانال تغذیه باید متناسب با تغییرات حالت فرآیند ناشی از "تفاوت انتقال حرارت" رنگ شیشه تنظیم شوند. .