Los rodillos de sílice fundida se utilizan ampliamente para transportar vidrio en ambientes de alta temperatura, siendo el horno de templado una de las operaciones más exigentes.

Según Gilbert Rancoule, el desarrollo de la inyección de SO2 está creando condiciones de trabajo singulares que influyen en el funcionamiento del rodillo y requieren comprensión de las reacciones químicas creadas.

En el proceso de endurecimiento térmico, el vidrio se calienta a una temperatura justo por debajo del punto de reblandecimiento y luego se enfría rápidamente al aire.El exterior del vidrio se enfría rápidamente, mientras que el interior se contrae y se enfría más lentamente.Cuando el vidrio finalmente alcanza una temperatura uniforme, se habrá creado una tensión de compresión en la superficie y se habrá desarrollado una tensión de tracción interna compensadora.

Los valores reales de la tensión de compresión de la superficie dependen de factores tales como el espesor del vidrio y el coeficiente de transferencia de calor, así como del programa de tratamiento térmico.Limitar los factores externos que podrían modificar la calidad de la superficie del vidrio siempre ha sido el objetivo de la industria, además de permitir la flexibilidad del proceso.

La reacción entre los iones Na y el SO2 inyectado crea una superficie de sulfato en la superficie del vidrio que es estable en condiciones normales de trabajo.Durante la manipulación de la lámina de vidrio, el polvo de sulfato de sodio se transfiere al entorno de la lámina de vidrio.

Degradación de la superficie del rodillo después de la acumulación de sulfato metálico.

Se observa un depósito de sulfato en la interfaz del vidrio y los rodillos transportadores, lo que se considera de beneficio potencial para la longevidad de la superficie de contacto.En efecto, el sulfato de sodio evoluciona lentamente en una interfaz continua de reactividad neutra hacia la química del vidrio.La continua interacción gaseosa está conduciendo a la creación de un lubricante sólido Na2SO4, estable a temperaturas que son práctica estándar para los tratamientos térmicos del vidrio;zonas de templado o recocido.

El rendimiento de la formación de Na2SO4 está directamente relacionado con el nivel de humedad, la concentración y la temperatura;Si la acción del sulfato de sodio es bien conocida, algunos productos de reacción podrían presentar algunos aspectos negativos en la calidad del contacto con el vidrio, principalmente en el dominio transitorio de baja temperatura.Se podrían generar formas metaestables de sulfato de sodio en función de las condiciones ambientales y dar lugar a reacciones complejas que pueden inducir resultados inesperados en función de la temperatura.

Se podrían formar especies inestables de sulfato de sodio que interactuarían con el entorno del horno y el vidrio para capturar partículas y polvo que podrían crear defectos en el vidrio si no se toman medidas correctivas para evitar condiciones operativas indeseables.La calidad del vidrio y la eficiencia del rodillo ZYAROCK® mejoran al observar los ajustes del horno.

MODOS DE DEFECTO DE VIDRIO

La observación de la superficie del vidrio proporciona un alto nivel de información sobre el entorno de trabajo y las condiciones de funcionamiento del horno.La degradación del horno con el tiempo y la temperatura provoca impactos en la calidad que se verán en el horno o en el vidrio.El mantenimiento del horno es clave para la calidad del vidrio pero también podríamos analizar la evolución de las necesidades del vidrio en función de las aplicaciones más exigentes.

La relación entre los procedimientos eficaces de limpieza del vidrio, la limpieza del horno y de la fábrica, las condiciones de mantenimiento y la calidad de la superficie del vidrio es sin duda una investigación recurrente que debe realizarse cuando se analiza la operación.

(1) Depósito de vidrio;(2) Indentación mecánica;(3) Depósito de pintura

Las buenas superficies de los rodillos de sílice fundida se mantienen mediante un control estricto del entorno de trabajo para evitar dañar la superficie de contacto.Se deben observar reglas importantes para evitar la contaminación por sodio relacionada no solo con la manipulación, transferencia y limpieza de los rollos, sino también con la preparación del vidrio antes del templado.

Cuando se logra la limpieza del rodillo, el siguiente paso debe ser evitar la introducción de partículas dentro del horno mediante la generación de polvo y el control del flujo de aire antes de pasar a la consistencia térmica del horno.

Función de estabilidad del sulfato de sodio de la temperatura y la humedad relativa de la atmósfera.

Análisis termodinámico del sistema de sulfato de sodio – Diagrama de estabilidad de fases Na-OS a 300.000°C.

Equilibrio termodinámico para la química del vidrio en un ambiente de vapor de SO2.

PERFIL TÉRMICO E INTERACCIÓN DEL VIDRIO

La calidad de la consistencia térmica en el horno determina no sólo la velocidad de transferencia de calor desde el ambiente del horno al vidrio sino también la estabilidad física relativa de la lámina de vidrio durante la transferencia en el horno.Se deben tener en cuenta el tipo y la química del vidrio, así como el espesor del vidrio, para definir las mejores condiciones de operación en la entrada del horno.

La temperatura de los rodillos y el flujo térmico de entrada al horno son parámetros de trabajo clave que se definen para garantizar la mejor homogeneidad en las superficies de vidrio superior e inferior.Se debe considerar la mínima deformación de la lámina de vidrio mediante la adaptación del flujo de calor en la fase inicial del perfil calefactor:

· Absorción de calor del vidrio (espesor, química, recubrimiento, textura).

· gradiente de temperatura inferior/superior (flujo de calor estático o turbulento, modo de convección, tipo rollo).

· Transferencia de calor reflectante (refractarios).

· Diseño de hornos tipo templado de vidrio (ingeniería y control de calor).

· Efecto borde de cristal.

La estabilidad geométrica del vidrio está directamente relacionada con el perfil térmico, ya que la expansión térmica del vidrio depende de su conductividad y absorción de infrarrojos.Se logra un equilibrio difícil en el borde de la lámina de vidrio, donde se obtiene una mayor transferencia de calor debido a la convección y la conducción de calor radiativo.

La calidad del aislamiento es un objetivo principal al considerar el entorno de trabajo del horno, ya que a menudo está relacionada con la generación de fibras o partículas de polvo (cuando no implica cambios químicos cuando se busca una posible reacción con la atmósfera del horno).

La degradación del revestimiento también es una cuestión de tiempo y temperatura.La consistencia de los sellos de los rodillos es un parámetro importante para lograr la máxima estabilidad térmica y reducir el polvo proveniente del desgaste mecánico y la fuga de calor.El aislamiento perfecto evita el sobrecalentamiento de la tapa del extremo del rodillo, lo que provoca problemas de envío y TIR caliente.

INTERACCIÓN ATMÓSFERA Y GAS

Los parámetros que influyen son claves para comprender la estabilidad del sulfato de sodio.Si consideramos que la formación de sulfato de sodio es una ventaja real para la aplicación, es importante comprender cómo la modificación del ambiente y la concentración afectarán la formación de Na2SO4.

Los diferentes parámetros para la formación de Na2SO4 incluyen la influencia colectiva de la humedad, el tratamiento a baja temperatura, la alta concentración de SO2, la interacción química del vidrio y el acondicionamiento de los rodillos.

HUMEDAD Y BAJA TEMPERATURA

La humedad afectará directamente la estabilidad del SO2 dentro del horno, mientras que la acción dual de la temperatura y la humedad afectará directamente la concentración de SO2.Cuando la humedad (humedad 10% como máximo de agua en el aire) se mezcla con el SO2 dentro del horno, se forma hidroxilo de sulfato de sodio en la zona de baja temperatura.Esto puede conducir a la creación de una fase metaestable de Na2S2O7 en el rango de temperatura media antes de la disociación en Na2SO4 a temperatura más alta.

En una misma reacción se puede observar la potencial formación de ácido sulfúrico en la zona de baja temperatura, coincidiendo con el cambio de hidroxilo.

CONCENTRACIÓN DE SO2

Se necesitan bajas concentraciones de SO2 y operaciones a alta temperatura para reducir la conversión a sulfato de sodio en un estado de oxidación más alto.Sólo estable en el rango de temperatura inferior, el bisfato de sodio tiene un comportamiento viscoso que crea las condiciones para adherirse óxidos y metales del entorno de trabajo al vidrio y a los rodillos.

La presencia de humedad al mismo tiempo que una alta concentración de azufre en la atmósfera es la configuración más indeseable para la estabilidad de la fase sulfato.La formación de Na2SO4 debe ser prioridad sobre otras fases de sodio para garantizar una operación limpia.

INTERACCIÓN QUÍMICA DEL VIDRIO

Los vapores de sodio en el horno dependen claramente de la temperatura y de la química del vidrio.Se recomienda controlar la distribución de la atmósfera del horno y el flujo de gas a través de la difusión de SO2 y el gradiente térmico generado en el horno para lograr condiciones operativas estables para la formación de Na2SO4.

Los elementos del vidrio también tienen reactividad con el SO2 pero se puede comprobar que la estabilidad de los diferentes sulfatos es posible a alta temperatura.Sin embargo, esta reactividad es difícil de obtener dentro del vidrio debido a la estabilidad de las especies iónicas en comparación con la movilidad de los iones de sodio.

La reacción más frecuente debe considerar los elementos metálicos libres presentes en el horno como polvo generado ya sea por las paredes de contención del horno o por reacciones de la zona de condensación a baja temperatura, que involucran intercambios de azufre y humedad.

El rollo de cerámica no crea condiciones para la acumulación y debe considerarse una superficie neutra en la mayoría de las condiciones.Las altas temperaturas y las condiciones atmosféricas estables son sólo situaciones parciales que explican el funcionamiento limpio y nunca deben reemplazar las rutinas de mantenimiento del horno.

Cuando se considera un rollo metálico en un ambiente de SO2, son posibles numerosas reacciones que introducen inestabilidad del metal a alta temperatura y la creación de fases de azufre de las especies metálicas (Fe, Ni).Si hay humedad, la reactividad del rollo aumenta exponencialmente debido al ataque corrosivo del metal.

La presencia de sodio en la superficie de un rodillo cerámico de sílice fundida no tiene efectos negativos para la cerámica si se tiene en cuenta la química del sulfato de sodio.Sin embargo, cuando el entorno operativo crea las condiciones para sulfatos de sodio metaestables, azufre de hidrógeno, bisulfato u óxido de sodio, tenemos todos los elementos para una reacción superficial cerámica lenta que implica degradación física.

La transformación cristalina de la sílice fundida induce daños irreversibles en la superficie del rodillo y debe evitarse en la etapa inicial del servicio de la línea mediante un buen mantenimiento de los rodillos, diseñado para limpiar la superficie cerámica del óxido de sodio.La observación del rollo se logra eliminando acumulaciones inesperadas cuando se observan depósitos distintos al sulfato de sodio.

Es necesario eliminar la acumulación de polvo y óxido en los rodillos antes de que se adhieran fuertemente al interior del óxido de sodio reactivo.Dichas operaciones se realizan mediante limpieza con agua limpia fuera del horno, tantas veces como sea necesario para estabilizar la química de la superficie cerámica y volver al acondicionamiento nominal del rodillo.

CONCLUSIÓN

La calidad del vidrio está ligada a la limpieza del entorno del horno.El control del polvo se obtiene mediante buenas características de aislamiento, con sellos de rodillos y flujo de aire introducido en el horno.La consistencia térmica del ambiente de templado vincula las propiedades del vidrio con la capacidad del horno y el requisito de flexibilidad del producto.

Cuando se optimizan las condiciones de operación, la introducción de SO2 en el horno da el toque final de contacto característico con la formación de una capa intermedia de sulfato de sodio para evitar condiciones extremas en cuanto a dimensiones y tipo de vidrio.

Se debe realizar un control estricto de la atmósfera de confinamiento y del flujo de gas en el horno para evitar la formación de altos niveles de oxidación del sulfato, lo que podría conducir a líquidos viscosos y crear problemas de servicio en la etapa de transición de la operación.

El entorno del horno debe tenerse en cuenta con reacciones secundarias que implican polvo y partículas del revestimiento, reducción de óxido y corrosión que son perjudiciales para la calidad del vidrio en condiciones normales de funcionamiento.
 

Autor: Gilbert Rancoule, Director de I+D de la División de Sílice Fundida del Vesubio

El artículo fue publicado por primera vez en GLASS WORLDWIDE MAGAZINE- JULIO/AGOSTO 2011