يتم استخدام بكرات السيليكا المنصهرة على نطاق واسع لنقل الزجاج في البيئات ذات درجات الحرارة العالية، ويعد فرن التقسية من بين العمليات الأكثر تطلبًا.

وفقًا لجيلبرت رانكول، فإن تطوير حقن ثاني أكسيد الكبريت يخلق ظروف عمل فريدة تؤثر على عملية اللف وتتطلب فهم التفاعلات الكيميائية التي يتم إنشاؤها.

في عملية التقوية الحرارية، يتم تسخين الزجاج إلى درجة حرارة أقل بقليل من نقطة التليين ثم يتم إخماده بسرعة في الهواء.يبرد الجزء الخارجي من الزجاج بسرعة، بينما ينكمش الجزء الداخلي ويبرد بشكل أبطأ.عندما يصل الزجاج في النهاية إلى درجة حرارة موحدة، سيكون قد تم إنشاء إجهاد ضغط في السطح وسيتم تطوير إجهاد شد داخلي تعويضي.

تعتمد القيم الفعلية لإجهاد الضغط السطحي على عوامل مثل سماكة الزجاج ومعامل نقل الحرارة، بالإضافة إلى جدول المعالجة الحرارية.إن الحد من العوامل الخارجية التي يمكن أن تغير جودة السطح الزجاجي كان دائمًا هدف الصناعة، فضلاً عن السماح بمرونة العملية.

يؤدي التفاعل بين أيونات الصوديوم وثاني أكسيد الكبريت المحقون إلى تكوين سطح كبريتات على السطح الزجاجي يكون مستقرًا في ظل ظروف العمل العادية.أثناء التعامل مع لوح الزجاج، يتم نقل مسحوق كبريتات الصوديوم إلى بيئة لوح الزجاج.

تدهور سطح اللفة بعد تراكم الكبريتات المعدنية.

يتم ملاحظة ترسبات من الكبريتات في السطح البيني للزجاج ولفائف النقل، والتي تعتبر ذات فائدة محتملة لطول عمر سطح التلامس.في الواقع، تتطور كبريتات الصوديوم ببطء في واجهة مستمرة من التفاعل المحايد تجاه كيمياء الزجاج.يؤدي التفاعل الغازي المستمر إلى تكوين مادة تشحيم صلبة Na2SO4، مستقرة عند درجات حرارة تعتبر ممارسة قياسية للمعالجات الحرارية للزجاج؛مناطق التقسية أو التلدين.

ويرتبط إنتاجية تكوين Na2SO4 مباشرة بمستوى الرطوبة والتركيز ودرجة الحرارة؛إذا كان تأثير كبريتات الصوديوم معروفًا جيدًا، فإن بعض منتجات التفاعل يمكن أن تقدم بعض الجوانب السلبية في جودة ملامسة الزجاج، خاصة في المجال العابر لدرجة الحرارة المنخفضة.يمكن توليد أشكال متبدلة الاستقرار من كبريتات الصوديوم كدالة للظروف البيئية وتؤدي إلى تفاعلات معقدة قد تؤدي إلى نتائج غير متوقعة في وظيفة درجة الحرارة.

يمكن أن تتشكل أنواع كبريتات الصوديوم غير المستقرة وتتفاعل مع بيئة الفرن والزجاج لالتقاط الجزيئات والغبار الذي قد يؤدي إلى حدوث عيوب في الزجاج إذا لم يتم اتخاذ الإجراءات التصحيحية لتجنب ظروف التشغيل غير المرغوب فيها.يتم تحسين جودة الزجاج وكفاءة لفة ZYAROCK® من خلال مراقبة تعديلات الفرن.

أوضاع عيب الزجاج

توفر مراقبة السطح الزجاجي مستوى عالٍ من المعلومات حول بيئة عمل الفرن وظروف التشغيل.يؤدي تدهور الفرن بمرور الوقت ودرجة الحرارة إلى تأثيرات الجودة التي يمكن رؤيتها سواء في الفرن أو الزجاج.تعد صيانة الفرن أمرًا أساسيًا لجودة الزجاج، ولكن يمكننا أيضًا تحليل تطور متطلبات الزجاج كوظيفة للتطبيقات الأكثر تطلبًا.

من المؤكد أن العلاقة بين إجراءات تنظيف الزجاج الفعالة ونظافة الفرن والمصنع وظروف الصيانة وجودة سطح الزجاج هي تحقيق متكرر يجب إجراؤه عند تحليل العملية.

(1) رواسب الزجاج؛(2) المسافة البادئة الميكانيكية؛(3) إيداع الطلاء

يتم الحفاظ على أسطح أسطوانة السيليكا المنصهرة الجيدة من خلال التحكم الصارم في بيئة العمل لتجنب إتلاف سطح التلامس.يجب مراعاة قواعد مهمة لتجنب تلوث الصوديوم المرتبط ليس فقط بمعالجة اللفائف ونقلها وتنظيفها ولكن أيضًا بتحضير الزجاج قبل التقسية.

عندما يتم تحقيق نظافة اللفة، يجب أن تكون الخطوة التالية هي تجنب إدخال الجسيمات داخل الفرن من خلال توليد الغبار والتحكم في تدفق الهواء قبل الانتقال إلى الاتساق الحراري للفرن.

وظيفة ثبات كبريتات الصوديوم لدرجة الحرارة والرطوبة النسبية للجو.

التحليل الديناميكي الحراري لنظام كبريتات الصوديوم – مخطط استقرار طور Na-OS عند 300.000 درجة مئوية.

التوازن الديناميكي الحراري لكيمياء الزجاج تحت بيئة بخار ثاني أكسيد الكبريت.

المظهر الحراري والتفاعل الزجاجي

لا تحدد جودة الاتساق الحراري في الفرن سرعة انتقال الحرارة من بيئة الفرن إلى الزجاج فحسب، بل تحدد أيضًا الاستقرار المادي النسبي للوح الزجاج أثناء النقل في الفرن.يجب أن يؤخذ في الاعتبار نوع الزجاج والكيمياء وكذلك سمك الزجاج لتحديد أفضل ظروف التشغيل عند مدخل الفرن.

تعد درجة حرارة اللفات والتدفق الحراري لمدخل الفرن من معلمات العمل الرئيسية التي تم تحديدها لضمان أفضل تجانس على الأسطح الزجاجية العلوية والسفلية.يجب مراعاة الحد الأدنى من التشوه للصفائح الزجاجية من خلال تكييف تدفق الحرارة في المرحلة الأولية لملف التسخين:

· امتصاص الزجاج للحرارة (السُمك، الكيمياء، الطلاء، الملمس).

· التدرج في درجة الحرارة السفلية/العلوية (تدفق الحرارة الثابت أو المضطرب، وضع الحمل الحراري، نوع اللفة).

· انتقال الحرارة العاكسة (الحراريات).

· تصميم الفرن لنوع الزجاج المقسى (الهندسة والتحكم الحراري).

· تأثير الحافة الزجاجية.

ويرتبط الثبات الهندسي للزجاج مباشرة بالمظهر الحراري حيث يعتمد التمدد الحراري للزجاج على موصلية الزجاج وامتصاص الأشعة تحت الحمراء.يتم تحقيق توازن صعب على حافة الصفيحة الزجاجية، حيث يتم الحصول على انتقال حرارة أعلى بسبب الحمل الحراري والتوصيل الحراري الإشعاعي.

تعد جودة العزل هدفًا أساسيًا عند النظر في بيئة عمل الفرن، حيث إنها غالبًا ما ترتبط بألياف أو جزيئات توليد الغبار (عندما لا تنطوي على تغييرات كيميائية عند البحث عن تفاعل محتمل مع جو الفرن).

إن تدهور البطانة هو أيضًا مسألة وقت ودرجة حرارة.يعد اتساق أختام اللفات عاملاً مهمًا لتحقيق أقصى قدر من الاستقرار الحراري وتقليل الغبار الناتج عن التآكل الميكانيكي وتسرب الحرارة.يمنع العزل المثالي ارتفاع درجة حرارة الغطاء الطرفي للأسطوانة، مما يؤدي إلى مشاكل الشحن وTIR الساخنة.

التفاعل مع الغلاف الجوي والغاز

العوامل المؤثرة هي مفاتيح لفهم استقرار كبريتات الصوديوم.إذا اعتبرنا أن تكوين كبريتات الصوديوم يعد ميزة حقيقية للتطبيق، فمن المهم أن نفهم كيف سيؤثر تعديل البيئة والتركيز على تكوين Na2SO4.

تتضمن المعلمات المختلفة لتكوين Na2SO4 التأثير الجماعي للرطوبة والمعالجة بدرجات الحرارة المنخفضة والتركيز العالي لثاني أكسيد الكبريت والتفاعل الكيميائي الزجاجي وتكييف اللفة.

الرطوبة ودرجة الحرارة المنخفضة

سوف تؤثر الرطوبة بشكل مباشر على استقرار ثاني أكسيد الكبريت داخل الفرن، في حين أن التأثير المزدوج لدرجة الحرارة والرطوبة سيؤثر بشكل مباشر على تركيز ثاني أكسيد الكبريت.عندما يتم خلط الرطوبة (الرطوبة 10% كحد أقصى من الماء في الهواء) مع ثاني أكسيد الكبريت داخل الفرن، يتكون هيدروكسيل كبريتات الصوديوم في منطقة درجة الحرارة المنخفضة.يمكن أن يؤدي هذا إلى إنشاء مرحلة Na2S2O7 شبه مستقرة في نطاق درجة الحرارة المتوسطة قبل التفكك إلى Na2SO4 عند درجة حرارة أعلى.

في نفس التفاعل، يمكن رؤية احتمال تكوين حمض الكبريتيك في منطقة درجة الحرارة المنخفضة، بالتزامن مع تغير الهيدروكسيل.

تركيز ثاني أكسيد الكبريت

تعد التركيزات المنخفضة في ثاني أكسيد الكبريت وعمليات درجة الحرارة المرتفعة ضرورية لتقليل التحويل إلى كبريتات الصوديوم ذات حالة الأكسدة الأعلى.يكون ثنائي سفات الصوديوم مستقرًا فقط عند نطاق درجات الحرارة المنخفضة، وله سلوك لزج يخلق الظروف اللازمة لالتصاق الأكاسيد والمعادن من بيئة العمل بالزجاج واللفائف.

إن وجود الرطوبة في نفس الوقت الذي يوجد فيه تركيز عالي من الكبريت في الغلاف الجوي هو أكثر التكوينات غير المرغوب فيها لاستقرار مرحلة الكبريتات.يجب أن تكون الأولوية لتكوين Na2SO4 على مراحل الصوديوم الأخرى لضمان عملية نظيفة.

التفاعل الكيميائي الزجاجي

من الواضح أن أبخرة الصوديوم في الفرن تعتمد على درجة الحرارة وكيمياء الزجاج.يوصى بالتحكم في توزيع جو الفرن وتدفق الغاز من خلال انتشار ثاني أكسيد الكبريت والتدرج الحراري المتولد في الفرن لتحقيق ظروف تشغيل مستقرة لتكوين Na2SO4.

تتفاعل العناصر الموجودة في الزجاج أيضًا مع ثاني أكسيد الكبريت ولكن يمكن التحقق من إمكانية استقرار الكبريتات المختلفة عند درجة حرارة عالية.يصعب الحصول على هذه التفاعلية داخل الزجاج، وذلك بسبب ثبات الأنواع الأيونية مقارنة بحركة أيونات الصوديوم.

يجب أن يأخذ التفاعل الأكثر شيوعًا في الاعتبار العناصر المعدنية الحرة الموجودة في الفرن كغبار متولد إما عن طريق جدران احتواء الفرن أو عن طريق تفاعلات منطقة التكثيف ذات درجة الحرارة المنخفضة، والتي تتضمن تبادل الكبريت والرطوبة.

لا تشكل لفة السيراميك شرطًا للتراكم ويجب اعتبارها سطحًا محايدًا في معظم الظروف.إن درجات الحرارة المرتفعة والظروف الجوية المستقرة ليست سوى حالات جزئية لتفسير التشغيل النظيف ويجب ألا تحل محل إجراءات صيانة الفرن.

عند النظر في لفة معدنية في بيئة ثاني أكسيد الكبريت، من الممكن حدوث تفاعلات عديدة تؤدي إلى عدم استقرار المعدن عند درجة حرارة عالية وإنشاء مراحل كبريتية للأنواع المعدنية (Fe، Ni).إذا كانت الرطوبة متضمنة، فإن تفاعل اللفة يزداد بشكل كبير بسبب هجوم التآكل للمعدن.

إن وجود الصوديوم على سطح لفة سيراميك السيليكا المنصهرة ليس له تأثير سلبي على السيراميك إذا تم تحقيق كيمياء كبريتات الصوديوم.ومع ذلك، عندما تخلق بيئة التشغيل الظروف الملائمة لكبريتات الصوديوم شبه المستقرة، أو كبريت الهيدروجين، أو ثنائي كبريتات أو أكسيد الصوديوم، فلدينا جميع العناصر اللازمة لتفاعل سطح السيراميك البطيء الذي يتضمن تحللًا فيزيائيًا.

يؤدي التحول البلوري للسيليكا المنصهرة إلى تلف سطحي لا يمكن إصلاحه على اللفافة ويجب منعه في المرحلة الأولية من خدمة الخط من خلال الصيانة الجيدة لللفائف، المصممة لتنظيف سطح السيراميك من أكسيد الصوديوم.تتم ملاحظة اللفة عن طريق إزالة التراكمات غير المتوقعة عند ملاحظة رواسب أخرى غير كبريتات الصوديوم.

يجب إزالة الغبار والأكسيد المتراكم على اللفات قبل أن تلتصق بقوة داخل أكسيد الصوديوم التفاعلي.يتم تنفيذ مثل هذه العمليات عن طريق تنظيف المياه الصافية خارج الفرن، عدة مرات حسب الضرورة لتحقيق الاستقرار في كيمياء سطح السيراميك والعودة إلى تكييف اللفة الاسمي.

خاتمة

ترتبط جودة الزجاج بنظافة بيئة الفرن.يتم التحكم في الغبار من خلال خصائص العزل الجيدة، مع إدخال موانع التسرب وتدفق الهواء إلى الفرن.يربط الاتساق الحراري لبيئة التقسية خصائص الزجاج بقدرة الفرن ومتطلبات مرونة المنتج.

عندما يتم تحسين ظروف التشغيل، فإن إدخال ثاني أكسيد الكبريت في الفرن يعطي اللمسة النهائية لخاصية التلامس مع تكوين طبقة بينية من كبريتات الصوديوم لتجنب الظروف القاسية من أبعاد الزجاج ونوعه.

يجب إجراء رقابة صارمة على الحبس الجوي وتدفق الغاز في الفرن لتجنب تكوين مستويات أكسدة عالية للكبريتات، مما قد يؤدي إلى سوائل لزجة وخلق مشاكل في الخدمة في المرحلة الانتقالية للعملية.

يجب مراعاة بيئة الفرن من خلال التفاعلات الثانوية التي تتضمن الغبار والجسيمات من البطانة واختزال الأكسيد والتآكل التي تضر بجودة الزجاج في ظروف التشغيل العادية.
 

المؤلف: جيلبرت رانكول، مدير قسم البحث والتطوير بصهر السيليكا فيزوف

تم نشر المقال لأول مرة في مجلة GLASS WORLDWIDE - يوليو/أغسطس 2011