Derretimento de vidro de garrafa

A fusão de vidro é um processo muito complexo. Os materiais do lote passarão por uma série de mudanças e reações físicas, químicas e físico-químicas em altas temperaturas. Os resultados dessas mudanças e reações transformam a mistura mecânica de várias matérias-primas em um material fundido complexo, ou seja, vidro líquido.
De acordo com as mudanças e reações dos materiais do lote durante o processo de fusão do vidro, o processo de fusão do vidro pode ser dividido em cinco etapas, a saber: formação de silicato, formação de vidro, clarificação, homogeneização e resfriamento.

A maior parte do vidro de garrafa comum é composto de silicatos, e a reação de formação de silicatos é amplamente realizada em um estado sólido. Nesta fase, a composição do material em pó passa por uma série de mudanças físicas e químicas. Uma grande quantidade de substâncias gasosas no material em pó evapora. Então, o dióxido de silício e outros componentes começam a interagir uns com os outros. No final desta fase, a principal reação de estado sólido termina e o material em pó se torna um sinter composto de silicatos e óxidos de silício. Para a maioria dos vidros, esta fase termina basicamente em 800~900 graus.

Continue aquecendo, o material sinterizado gerado no estágio de formação de silicato começa a derreter, a mistura de baixo ponto de fusão começa a derreter primeiro e, ao mesmo tempo, o silicato e o dióxido de silício restante derretem e se difundem, e o material sinterizado se torna um líquido de vidro transparente. Este processo é chamado de estágio de formação de vidro. Neste momento, não há materiais de lote não reagidos, mas ainda há um grande número de bolhas e listras no vidro, e a composição química e as propriedades também são irregulares. A temperatura do vidro comum neste estágio é de 1200~1250 graus.

No final do estágio de formação do vidro, ainda há muitas bolhas e riscos no vidro. Quando o aquecimento continua, a viscosidade do líquido de vidro diminui. O processo de eliminação de bolhas visíveis no líquido de vidro é o processo de clarificação do líquido de vidro.
Nos estágios de formação de silicato e formação de vidro, uma grande quantidade de gás é precipitada devido à decomposição de materiais de lote, à volatilização de alguns componentes, à reação redox de óxidos e à interação entre vidro e meio gasoso e materiais refratários. A maioria desses gases escapa para o espaço, e a maioria dos gases restantes se dissolverá no líquido de vidro, e uma pequena quantidade de gases ainda existirá no líquido de vidro na forma de bolhas. Existem três estados principais de gás no vidro, a saber, bolhas visíveis, gases dissolvidos e gases que formam ligações químicas com componentes de vidro. Os dois últimos são invisíveis e não afetarão a qualidade da aparência do vidro. O processo de clarificação do líquido de vidro é principalmente o processo de eliminação de bolhas visíveis.
Durante o processo de clarificação, a eliminação de bolhas visíveis é realizada das duas maneiras a seguir. 1. Aumentar o volume das bolhas, acelerar sua ascensão e quebrar e desaparecer após flutuar para fora da superfície do vidro. 2. Fazer com que os componentes do gás em pequenas bolhas se dissolvam no líquido do vidro, e as bolhas são absorvidas e desaparecem.
Para acelerar a clarificação do líquido de vidro, além de adicionar certos clarificadores ao lote, o método de aumentar a temperatura do líquido de vidro é geralmente adotado. Este estágio da maioria dos vidros é concluído a 1400~1500 graus, que geralmente é a área de temperatura mais alta na fusão de vidro. A viscosidade do líquido de vidro durante o processo de clarificação é n≈10Pa·s.

O papel da homogeneização é eliminar listras e outras não homogeneidades no líquido vítreo, de modo que a composição química de cada parte do líquido vítreo seja uniforme. Nesta fase, devido ao movimento térmico e difusão mútua do líquido vítreo, as listras no líquido vítreo desaparecem gradualmente, e a composição química de cada parte do líquido vítreo tende gradualmente a ser consistente. Esta uniformidade é frequentemente caracterizada pelo fato de o índice de refração de cada parte do líquido vítreo ser o mesmo. A maioria dos vidros é concluída nesta fase quando a temperatura é ligeiramente inferior à temperatura da fase de clarificação.

O líquido de vidro homogeneizado não pode ser formado em produtos imediatamente, porque a temperatura do líquido de vidro neste momento é alta e a viscosidade é menor do que durante a moldagem. Não é adequado para operações de moldagem de vidro. Ele precisa ser resfriado e a temperatura do líquido de vidro é gradualmente reduzida para aumentar a viscosidade do líquido de vidro para atender às necessidades de moldagem. O valor da redução da temperatura do líquido de vidro varia com a composição do vidro e o método de moldagem. Geralmente, o vidro de cal-soda geralmente precisa ser resfriado em 200~300 graus. O líquido de vidro resfriado requer uma temperatura uniforme para facilitar a moldagem.
Durante o resfriamento, o líquido de vidro clarificado deve evitar que as bolhas precipitem novamente. As pequenas bolhas que aparecem neste estágio são chamadas de bolhas secundárias ou bolhas regeneradas. As bolhas secundárias são distribuídas uniformemente por todo o líquido de vidro resfriado, com um diâmetro geralmente abaixo de 0.1mm. O número pode chegar a milhares por centímetro cúbico de vidro. Como a temperatura do líquido de vidro foi reduzida neste estágio, é muito difícil eliminar as bolhas secundárias. Portanto, a geração de bolhas secundárias deve ser particularmente evitada durante o processo de resfriamento.
Os cinco estágios no processo de fusão de vidro acima são diferentes uns dos outros, mas são inter-relacionados. Esses estágios não são realmente realizados em uma ordem estrita, mas são frequentemente realizados simultaneamente.

A temperatura de cada ponto ao longo do comprimento do forno tanque de operação contínua é diferente, mas é fixa no tempo, então é possível estabelecer um sistema de temperatura estável. A correção do sistema de processo de fusão não afeta apenas a qualidade do vidro derretido, mas também determina a saída do vidro derretido. Conforme mostrado na Figura 2-10, o sistema de temperatura de fusão do vidro de garrafa no forno tanque de operação contínua.
Seja um forno de tanque de chama horizontal ou um forno de tanque de canhão de ferradura, seu sistema de temperatura tem um impacto na velocidade de fusão do líquido de vidro, no fluxo do líquido de vidro, na operação de moldagem, no consumo de combustível e na idade do forno. Para vidro de garrafa, as garrafas e latas de vidro no mercado são divididas principalmente em quatro categorias de acordo com a cor: incolor, azul claro, verde esmeralda e marrom. Quando a cor do vidro muda ou a concentração da cor do vidro muda, isso tem um grande impacto na forma e eficiência da transferência de calor. No que diz respeito ao processo de fusão, o efeito da colorização do vidro nas condições do processo é muito mais óbvio e sério do que o efeito das mudanças na composição do vidro. Há uma grande diferença na distribuição de temperatura do vidro de cores diferentes no forno. 2-24 são os parâmetros de temperatura de várias cores de vidro no forno.

Pode ser visto na Tabela 2-24 que na mesma temperatura de fusão, há diferenças óbvias na temperatura da superfície do líquido e na temperatura do fundo da piscina de vidros de cores diferentes. No forno de fusão de vidro, há três formas de transferência de calor: radiação, convecção e condução. Para vidros de cores diferentes, quanto mais forte for a capacidade de absorver luz de radiação, ou seja, quanto mais forte for a capacidade de absorver calor de radiação de alta temperatura, mais calor a superfície do vidro absorve e menos calor é transferido através do corpo de vidro na forma de radiação. Da perspectiva da temperatura da superfície do líquido, o vidro marrom tem a maior capacidade de absorção de calor e a maior temperatura da superfície do líquido; o vidro verde esmeralda é o segundo e o vidro azul claro é o terceiro. Da perspectiva da temperatura do fundo da piscina, o problema se torna um pouco complicado: o vidro azul claro tem uma baixa capacidade de absorver luz de radiação e mais calor é transferido para o fundo da piscina através do corpo de vidro na forma de radiação, então a temperatura do fundo da piscina é mais alta; o vidro verde esmeralda tem uma forte capacidade de absorver luz de radiação, e menos calor é transferido para o fundo da piscina através do corpo de vidro na forma de radiação, então a temperatura do fundo da piscina é menor. No entanto, o vidro marrom tem uma forte capacidade de absorver luz de radiação, e a temperatura no fundo da piscina é muito maior do que a do vidro verde esmeralda. O motivo pode ser: o vidro da piscina é dividido em várias camadas líquidas.

Como a transmitância de luz do vidro marrom é fraca, a diferença de temperatura entre as camadas líquidas é grande, e deve haver um grande gradiente de temperatura ao longo da profundidade da piscina. No entanto, devido à forte capacidade de absorção de calor do vidro marrom, depois que o líquido de vidro superior absorve calor, a temperatura sobe, o volume se expande e um impulso em direção ao entorno é gerado na direção horizontal. Esse impulso é alterado pela parede da piscina e transferido para a camada líquida inferior, formando uma força de convecção. O aumento da transferência de calor convectiva compensa a falta de transferência de calor por radiação, então a temperatura no fundo da piscina de vidro marrom é mais alta.

Em termos gerais, sob as mesmas condições de processo e sistema de temperatura, para vidros com os mesmos componentes, mas cores diferentes, a fusão de vidro marrom pode obter melhor uniformidade de vidro e maior taxa de fusão. A razão é precisamente devido à forte convecção causada pela forte capacidade de absorção de calor do vidro marrom. Claro, a intervenção do dispositivo de borbulhamento mudará as condições de transferência de calor. Ao fundir vidro verde esmeralda, se você quiser melhorar a temperatura do fundo, a uniformidade do vidro e a eficiência de fusão, instalar um dispositivo de borbulhamento é uma medida eficaz. Quando você quiser mudar diferentes cores de líquido no mesmo forno, os elementos do processo da parte de fusão, parte de trabalho e canal de alimentação devem ser ajustados de acordo para se adaptarem às mudanças de estado do processo causadas pela "diferença de transferência de calor" da cor do vidro.