ذوب شیشه بطری

ذوب شیشه فرآیند بسیار پیچیده ای است. مواد دسته ای در دماهای بالا تحت یک سری تغییرات فیزیکی، شیمیایی و فیزیکوشیمیایی قرار می گیرند. نتایج این تغییرات و واکنش ها، مخلوط مکانیکی مواد اولیه مختلف را به مذاب پیچیده، یعنی مایع شیشه ای تبدیل می کند.
با توجه به تغییرات و واکنش هایی که در طی فرآیند ذوب شیشه در مواد ناپیوسته رخ می دهد، 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 تشکیل شده است و واکنش تشکیل سیلیکات تا حد زیادی در حالت جامد انجام می شود. در این مرحله ترکیب پودر دستخوش یک سری تغییرات فیزیکی و شیمیایی می شود. مقدار زیادی از مواد گازی در پودر تبخیر می شود. سپس دی اکسید سیلیکون و سایر اجزا شروع به تعامل می کنند. در پایان این مرحله، واکنش اصلی حالت جامد به پایان می رسد و پودر تبدیل به یک تف جوشی متشکل از سیلیکات و اکسید سیلیکون می شود. برای اکثر عینک ها، این مرحله اساساً در 800 تا 900 درجه به پایان می رسد.

حرارت دادن را ادامه دهید، زینتر تولید شده در مرحله تشکیل سیلیکات شروع به ذوب شدن می کند، مخلوط کم ذوب ابتدا شروع به ذوب شدن می کند و سیلیکات و دی اکسید سیلیکون باقیمانده یکدیگر را ذوب و منتشر می کنند و زینتر به مایع شیشه ای شفاف تبدیل می شود. به این فرآیند مرحله تشکیل شیشه می گویند. در این زمان، هیچ ماده دسته ای بدون واکنش وجود ندارد، اما همچنان حباب ها و رگه های زیادی 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. هنگامی که مایع شیشه بیشتر گرم شود، ویسکوزیته مایع شیشه کاهش می یابد. فرآیند از بین بردن حباب های قابل مشاهده در مایع شیشه، فرآیند شفاف سازی مایع شیشه است.
در طی مراحل تشکیل سیلیکات و تشکیل شیشه، به دلیل تجزیه مواد ناپیوسته، تبخیر شدن برخی از اجزاء، واکنش ردوکس اکسیدها، برهمکنش بین شیشه و محیط گاز و مواد نسوز، مقدار زیادی گاز رسوب می‌کند. بیشتر این گازها به فضا فرار می کنند و بیشتر گازهای باقی مانده در مایع شیشه حل می شوند. بخش کوچکی از گاز هنوز در مایع شیشه ای به شکل حباب 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، از سطح شیشه شناور شوید، بشکنید و ناپدید شوید. 2. اجزای گاز موجود در حباب های کوچک را در مایع شیشه حل کنید و حباب ها جذب 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 ~ 1500 درجه سانتیگراد تکمیل می شود که اغلب بالاترین منطقه دما در ذوب شیشه است. ویسکوزیته مایع شیشه در هنگام شفاف سازی 1~10Pa·s است.

نقش همگن سازی حذف نوارها و ناهمگونی های دیگر در مایع شیشه ای است، به طوری که ترکیب شیمیایی هر قسمت از مایع شیشه ای یکنواخت است. 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. این مرحله از اکثر شیشه ها در دمای کمی کمتر از دمای مرحله شفاف سازی کامل می شود.

مایع شیشه ای هموژنیزه را نمی توان فوراً به محصولات قالب زد، زیرا دمای مایع شیشه در این زمان بالا است و ویسکوزیته آن در هنگام قالب گیری کمتر از آن است که 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 سانتیگراد 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. حباب‌های ثانویه به طور مساوی در سراسر مایع شیشه‌ای سرد شده با قطری کمتر از 0.1 میلی‌متر توزیع می‌شوند و تعداد آنها می‌تواند به هزاران در هر سانتی‌متر 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، باید از تولید حباب های ثانویه 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 اتفاق نمی‌افتند، بلکه اغلب به طور همزمان اتفاق می‌افتند.

دما در هر نقطه در طول کوره مخزن کار مداوم متفاوت است، اما در طول زمان ثابت است، بنابراین می توان یک سیستم دمایی 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. شکل 2-10 سیستم دمای ذوب شیشه بطری را در کوره مخزن کار مداوم نشان می دهد.

چه کوره استخری با شعله افقی باشد یا یک کوره استخری با شعله جاده، سیستم دمایی آن بر درجه پخت مایع شیشه، جریان مایع شیشه، عملیات قالب‌گیری، مصرف سوخت و سن کوره تأثیر می‌گذارد. برای شیشه بطری، بطری ها و قوطی های شیشه ای موجود در بازار به طور عمده بر اساس رنگ به چهار دسته بی رنگ، آبی روشن، سبز زمردی و قهوه ای تقسیم می شوند. هنگامی که رنگ شیشه تغییر می کند یا غلظت رنگ شیشه تغییر می کند، تأثیر حیاتی بر شکل انتقال حرارت و راندمان انتقال حرارت دارد. از نظر فرآیند ذوب، تأثیر تغییر رنگ شیشه بر شرایط فرآیند بسیار آشکارتر و جدی تر از تأثیر تغییر ترکیب شیشه است. تفاوت زیادی در توزیع دمای شیشه های رنگی مختلف در کوره وجود دارد.

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. سه شکل انتقال حرارت در کوره ذوب شیشه 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 در امتداد عمق استخر یک گرادیان دما زیاد باشد. با این حال، به دلیل ظرفیت جذب حرارت 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. .