nieuws

Bubbelen, een cruciale en veelgebruikte techniek bij geforceerde homogenisatie, heeft een aanzienlijke en complexe impact op de zuiverings- en homogenisatieprocessen van gesmolten glas. Hier is een gedetailleerde analyse.

1. Principe van bubbeltechnologie

Bubbelen houdt in dat er meerdere rijen bubblers (spuitmonden) worden geplaatst aan de onderkant van de smeltoven (meestal in het laatste deel van de smeltzone of de klaringszone). Een specifiek gas, meestal perslucht, stikstof of een inert gas, wordt periodiek of continu in het gesmolten glas geïnjecteerd. Het gas zet uit en stijgt door het gesmolten glas, waardoor kolommen van opstijgende bellen ontstaan.

2. Impact van bubbelvorming op het klaringsproces (voornamelijk positief)

Door te borrelen worden vooral de gasbellen verwijderd en wordt het glas helderder.

Het bevorderen van het verwijderen van bubbels

Zuigeffect:In het kielzog van de grote, opstijgende bellen vormt zich een lagedrukgebied, wat een 'pompeffect' creëert. Dit zorgt ervoor dat minuscule microbelletjes uit het omringende gesmolten glas efficiënt worden aangezogen, verzameld en samengevoegd, en naar de oppervlakte worden gebracht om daar te worden uitgestoten.

Verminderde gasoplosbaarheid: Het geïnjecteerde gas, met name het inerte gas, kan de opgeloste gassen in het gesmolten glas (bijv. SO₂, O₂, CO₂) verdunnen, waardoor hun partiële druk daalt. Dit vergemakkelijkt het oplossen van opgeloste gassen in de opstijgende bellen.

Verminderde lokale oververzadigingDe opstijgende bellen vormen een kant-en-klare gas-vloeistofinterface, waardoor het voor oververzadigde opgeloste gassen gemakkelijker wordt om op te lossen en in de bellen te diffunderen.

Verkorte zuiveringsroute:De opstijgende bellenkolommen fungeren als ‘snelwegen’ en versnellen de migratie van opgeloste gassen en microbellen naar het oppervlak.

Verstoring van de schuimlaag:Bij het oppervlak helpen opstijgende bellen de dichte schuimlaag te doorbreken die de gasuitstoot kan belemmeren.

Mogelijke negatieve effecten (vereisen controle)

Introductie van nieuwe bubbels: Als de parameters voor het bubbelen (gasdruk, frequentie en zuiverheid) niet goed worden gecontroleerd of als de sproeiers verstopt zijn, kan het proces ongewenste nieuwe, kleine belletjes veroorzaken. Als deze belletjes niet kunnen worden verwijderd of opgelost tijdens de daaropvolgende zuivering, worden ze defecten.

Onjuiste gasselectie:Als het geïnjecteerde gas ongunstig reageert met het gesmolten glas of opgeloste gassen, kunnen er gassen of verbindingen ontstaan ​​die lastiger te verwijderen zijn, waardoor het zuiveringsproces wordt belemmerd.

3. Impact van bubbelen op het homogenisatieproces (voornamelijk positief)

Door te borrelen wordt de menging en homogenisatie van degesmolten glas.

Verbeterde convectie en agitatie

Verticale circulatie:Terwijl de bellenkolommen opstijgen, zorgt hun lage dichtheid ten opzichte van het gesmolten glas voor een sterke opwaartse stroming. Om het opstijgende glas te vullen, stroomt het omringende en onderste glas horizontaal naar de bellenkolom, waardoor een krachtige opwaartse stroming ontstaat.verticale circulatieofconvectieDeze gedwongen convectie versnelt de horizontale menging van het gesmolten glas aanzienlijk.

Schuifmenging:Het snelheidsverschil tussen de opstijgende bellen en het omringende gesmolten glas genereert schuifkrachten, waardoor diffusieve menging tussen aangrenzende glaslagen wordt bevorderd.

Interfacevernieuwing:De beweging van de opstijgende bellen ververst voortdurend de contactvlakken tussen glas met verschillende samenstellingen, waardoor de efficiëntie van moleculaire diffusie wordt verbeterd.

Verstoring van stratificatie en strepen

Sterke convectie breekt effectiefchemische of thermische stratificatieEnstrepenVeroorzaakt door dichtheidsverschillen, temperatuurgradiënten of ongelijkmatige toevoer. Deze lagen worden opgenomen in de hoofdstroom voor menging.

Dit is vooral nuttig bij het elimineren“dode zones”op de bodem van de tank, waardoor kristallisatie of ernstige inhomogeniteit veroorzaakt door langdurige stagnatie wordt verminderd.

Verbeterde homogenisatie-efficiëntie

Vergeleken met natuurlijke convectie of temperatuurgradiëntstromen heeft de gedwongen convectie die door bellen wordt gegenereerd eenhogere energiedichtheid en groter bereikHierdoor wordt de tijd die nodig is om het gewenste niveau van homogeniteit te bereiken aanzienlijk verkort of wordt binnen hetzelfde tijdsbestek een hogere uniformiteit bereikt.

Mogelijke negatieve effecten (vereisen aandacht)

Erosie van refractair materiaalDe snelle stroming van opstijgende bellen en de intense convectie die ze veroorzaken, kunnen leiden tot sterkere erosie en corrosie van de vuurvaste materialen van de tankbodem en de zijwanden, waardoor de levensduur van de oven wordt verkort. Dit kan ook erosieproducten in het gesmolten glas brengen, waardoor nieuwe bronnen van inhomogeniteit (stenen, strepen) ontstaan.

Verstoring van stromingspatronen: Als de lay-out van het borrelpunt, de grootte van de bellen of de frequentie slecht zijn ontworpen, kunnen ze de oorspronkelijke, gunstige temperatuur en natuurlijke stromingsvelden in de smeltbak verstoren. Dit kan nieuwe inhomogene gebieden of wervelingen creëren.

4. Belangrijkste controleparameters voor bubbeltechnologie

Bubbelpositie: Meestal in het laatste deel van de smeltzone (waarbij de grondstoffen grotendeels gesmolten zijn) en de klaringszone. De positie moet worden gekozen om de stromings- en temperatuurvelden te optimaliseren.

Gasselectie: Opties zijn onder andere lucht (goedkoop, maar sterk oxiderend), stikstof (inert) en inerte gassen zoals argon (beste inertheid, maar duur). De keuze hangt af van de samenstelling van het glas, de redoxtoestand en de kosten.

Grootte van de bubbel: Het ideaal is om grotere bellen te produceren (enkele millimeters tot centimeters in diameter). Kleine bellen stijgen langzaam op, hebben een zwakke zuigkracht en kunnen moeilijk worden verwijderd, waardoor er defecten ontstaan. De grootte van de bellen wordt bepaald door het ontwerp van de spuitmond en de gasdruk.

BubbelfrequentiePeriodiek borrelen (bijvoorbeeld om de paar minuten) is vaak effectiever dan continu borrelen. Het veroorzaakt sterke verstoringen en geeft tegelijkertijd de tijd om de bellen te verdrijven en het glas te stabiliseren. De intensiteit (gasstroomsnelheid en -druk) moet worden afgestemd op de diepte en viscositeit van het glas.

Bubbling Point-indeling:Door meerdere rijen in een verspringend patroon te plaatsen dat de volledige breedte van de tank beslaat, bereikt de convectie alle hoeken en worden 'dode zones' voorkomen. De afstand moet worden geoptimaliseerd.

Gaszuiverheid:Onzuiverheden zoals vocht of andere gassen moeten worden vermeden om nieuwe problemen te voorkomen.

Concluderend is bubbling een cruciale technologie die gas in gesmolten glas injecteert om sterke verticale circulatie en agitatie te creëren. Dit versnelt niet alleen het interne klaringsproces aanzienlijk, waardoor kleine en grote bellen samensmelten en worden uitgedreven, maar breekt ook effectief chemische en thermische inhomogene lagen af ​​en elimineert dode zones in de stroming. Het verbetert bijgevolg de homogenisatie-efficiëntie en -kwaliteit van het glas aanzienlijk. Strikte controle over belangrijke parameters zoals gasselectie, positie, frequentie en belgrootte is echter essentieel om te voorkomen dat er nieuwe beldefecten ontstaan, erosie van het vuurvaste materiaal verergert of het oorspronkelijke stromingsveld wordt verstoord. Bubbling is daarom, ondanks mogelijke nadelen, een belangrijke technologie die geoptimaliseerd kan worden om de glasproductie aanzienlijk te verbeteren.