Valjci od taljenog silicijevog dioksida naširoko se koriste za transport stakla u okruženjima visoke temperature, a peć za kaljenje je među najzahtjevnijim operacijama.

Prema Gilbertu Rancouleu, razvoj ubrizgavanja SO2 stvara jedinstvene radne uvjete koji utječu na rad valjka i zahtijevaju razumijevanje stvorenih kemijskih reakcija.

U procesu toplinskog kaljenja, staklo se zagrijava do temperature neposredno ispod točke omekšavanja i zatim se brzo kali na zraku.Vanjska strana stakla se brzo hladi, dok se unutrašnja skuplja i hladi sporije.Kada staklo konačno postigne jednoliku temperaturu, na površini će se stvoriti tlačno naprezanje i kompenzacijsko unutarnje vlačno naprezanje.

Stvarne vrijednosti površinskog tlačnog naprezanja ovise o čimbenicima kao što su debljina stakla i koeficijent prijenosa topline, kao i raspored toplinske obrade.Ograničavanje vanjskih čimbenika koji bi mogli modificirati kvalitetu staklene površine uvijek je bio cilj industrije, kao i omogućavanje fleksibilnosti procesa.

Reakcija između Na iona i ubrizganog SO2 stvara sulfatnu površinu na površini stakla koja je stabilna u normalnim radnim uvjetima.Tijekom rukovanja staklenom pločom, prah natrijevog sulfata prenosi se u okolinu staklene ploče.

Degradacija površine valjka nakon nakupljanja metalnog sulfata.

Taloženje sulfata uočeno je na dodirnoj površini stakla i pokretnih valjaka, što se smatra potencijalnom dobrobiti za dugotrajnost kontaktne površine.U stvari, natrijev sulfat se polako razvija u kontinuiranom međusklopu neutralne reaktivnosti prema kemiji stakla.Kontinuirana plinska interakcija dovodi do stvaranja krutog maziva Na2SO4, stabilnog na temperaturama koje su standardna praksa za toplinsku obradu stakla;zone kaljenja ili žarenja.

Prinos stvaranja Na2SO4 izravno je povezan s razinom vlage, koncentracijom i temperaturom;ako je djelovanje natrijevog sulfata dobro poznato, neki produkti reakcije mogu predstavljati neke negativne aspekte u kvaliteti kontakta sa staklom, uglavnom u prijelaznoj domeni niske temperature.Metastabilni oblici natrijevog sulfata mogu nastati kao funkcija uvjeta okoliša i dovesti do složenih reakcija koje mogu izazvati neočekivane rezultate u funkciji temperature.

Nestabilne vrste natrijevog sulfata mogle bi se formirati i stupiti u interakciju s okolinom peći i staklom kako bi uhvatile čestice i prašinu koje mogu stvoriti defekte stakla ako se ne poduzmu korektivne radnje kako bi se izbjegli nepoželjni radni uvjeti.Kvaliteta stakla i učinkovitost ZYAROCK® role poboljšani su promatranjem podešavanja peći.

NAČINI KVAROVA STAKLA

Promatranje staklene površine daje visoku razinu informacija o radnom okruženju peći i uvjetima rada.Degradacija peći tijekom vremena i temperature dovodi do utjecaja na kvalitetu koji će se vidjeti ili na peći ili na staklu.Održavanje peći ključno je za kvalitetu stakla, ali također možemo analizirati evoluciju zahtjeva za staklom kao funkciju najzahtjevnijih aplikacija.

Odnos između učinkovitih postupaka čišćenja stakla, čistoće peći i tvornice, uvjeta održavanja i kvalitete staklene površine svakako je stalno istraživanje koje se mora provesti kada se operacija analizira-

(1) Ležište stakla;(2) Mehaničko udubljenje;(3) Talog boje

Dobre površine valjka od taljenog silicijevog dioksida održavaju se strogom kontrolom radnog okruženja kako bi se izbjeglo oštećenje kontaktne površine.Treba se pridržavati važnih pravila kako bi se izbjegla kontaminacija natrijem povezana ne samo s rukovanjem valjcima, prijenosom i čišćenjem, već i s pripremom stakla prije kaljenja.

Kada se postigne čistoća valjka, sljedeći korak trebao bi biti izbjegavanje unošenja čestica u peć kroz stvaranje prašine i kontrolu protoka zraka prije prelaska na toplinsku konzistenciju peći.

Funkcija stabilnosti natrijevog sulfata temperature i relativne vlažnosti atmosfere.

Termodinamička analiza sustava natrijevog sulfata – dijagram stabilnosti faze Na-OS na 300.000°C.

Termodinamička ravnoteža za kemiju stakla u okruženju s parama SO2.

TOPLINSKI PROFIL I INTERAKCIJA STAKLA

Kvaliteta toplinske konzistencije u peći ne određuje samo brzinu prijenosa topline iz okoline peći na staklo, već i relativnu fizičku stabilnost staklene ploče tijekom prijenosa u peći.Treba uzeti u obzir vrstu i kemijski sastav stakla, kao i debljinu stakla kako bi se definirali najbolji radni uvjeti na ulazu u peć.

Temperatura valjaka i toplinski protok na ulazu u peć ključni su radni parametri koji su definirani kako bi se osigurala najbolja homogenost na gornjoj i donjoj staklenoj površini.Minimalna deformacija staklene ploče treba se uzeti u obzir kroz prilagodbu protoka topline u početnoj fazi profila grijanja:

· Apsorpcija topline stakla (debljina, kemija, premaz, tekstura).

· Donji/gornji temperaturni gradijent (statički ili turbulentni toplinski tok, konvekcijski način rada, valjani tip).

· Reflektivni prijenos topline (vatrostalni materijali).

· Dizajn peći za vrstu kaljenja stakla (inženjering i kontrola topline).

· Efekt staklenog ruba.

Geometrijska stabilnost stakla izravno je povezana s toplinskim profilom jer toplinsko širenje stakla ovisi o vodljivosti stakla i IR apsorpciji.Teška ravnoteža se postiže na rubu staklene ploče, gdje se postiže veći prijenos topline zbog konvekcije i provođenja topline zračenjem.

Kvaliteta izolacije primarni je cilj kada se razmatra radno okruženje peći, jer je često povezano s vlaknima ili česticama koje stvaraju prašinu (kada ne uključuje kemijske promjene kada se traži potencijalna reakcija s atmosferom peći).

Razgradnja obloge također je pitanje vremena i temperature.Konzistencija brtvila valjaka je važan parametar za postizanje maksimalne toplinske stabilnosti i smanjenje prašine koja dolazi od mehaničkog trošenja i curenja topline.Savršena izolacija sprječava pregrijavanje završne kapice valjka, što uzrokuje probleme s otpremom i vrućim TIR-om.

MEĐUSOBNO DJELOVANJE ATMOSFERE I PLINOVA

Utjecajni parametri ključni su za razumijevanje stabilnosti natrijevog sulfata.Ako uzmemo u obzir da je stvaranje natrijevog sulfata prava prednost za primjenu, važno je razumjeti kako će modifikacija okoliša i koncentracija utjecati na stvaranje Na2SO4.

Različiti parametri za stvaranje Na2SO4 uključuju zajednički utjecaj vlage, obradu niskom temperaturom, visoku koncentraciju SO2, interakciju kemije stakla i kondicioniranje valjaka.

VLAGA I NISKA TEMPERATURA

Vlaga će izravno utjecati na stabilnost SO2 unutar peći, dok će dvostruko djelovanje temperature i vlage izravno utjecati na koncentraciju SO2.Kada se vlaga (vlažnost maksimalno 10% vode u zraku) pomiješa sa SO2 unutar peći, natrijev sulfat hidroksil nastaje u zoni niske temperature.To može dovesti do stvaranja metastabilne faze Na2S2O7 u srednjem temperaturnom rasponu prije disocijacije u Na2SO4 na višoj temperaturi.

Na istoj reakciji, potencijalno stvaranje sumporne kiseline može se vidjeti u zoni niske temperature, što se podudara s promjenom hidroksila.

KONCENTRACIJA SO2

Niske koncentracije u SO2 i radnje na visokim temperaturama potrebne su za smanjenje pretvorbe u natrijev sulfat s višim oksidacijskim stanjem.Stabilan samo na niskom krajnjem temperaturnom rasponu, natrijev bisfat ima viskozno ponašanje koje stvara uvjete za prianjanje oksida i metala iz radnog okruženja na staklo i na valjke.

Prisutnost vlage uz visoku koncentraciju sumpora u atmosferi je najnepoželjnija konfiguracija za stabilnost sulfatne faze.Formiranje Na2SO4 trebalo bi biti prioritet u odnosu na ostale natrijeve faze kako bi se osigurao čist rad.

INTERAKCIJA KEMIJE STAKLA

Natrijeve pare u peći jasno ovise o temperaturi i kemiji stakla.Preporuča se kontrolirati distribuciju atmosfere u peći i protok plina kroz difuziju SO2 i toplinski gradijent koji se stvara u peći kako bi se postigli stabilni radni uvjeti za stvaranje Na2SO4.

Elementi iz stakla također imaju reaktivnost sa SO2, ali se može potvrditi da je stabilnost različitih sulfata moguća na visokoj temperaturi.Ovu je reaktivnost teško postići unutar stakla, međutim, zbog stabilnosti ionskih vrsta u usporedbi s pokretljivošću natrijevih iona.

Najčešća reakcija trebala bi uzeti u obzir slobodne metalne elemente prisutne u peći kao prašinu koju stvaraju zidovi spremnika peći ili reakcije u zoni kondenzacije niske temperature, uključujući izmjenu sumpora i vlage.

Keramička rola ne stvara uvjete za nakupljanje i treba je smatrati neutralnom površinom u većini uvjeta.Visoka temperatura i stabilni atmosferski uvjeti samo su djelomične situacije koje objašnjavaju čist rad i nikada ne bi trebale zamijeniti rutine održavanja peći.

Kada se razmatra metalni valjak u okruženju SO2, moguće su brojne reakcije koje unose nestabilnost metala na visokoj temperaturi i stvaranje sumpornih faza metalnih vrsta (Fe, Ni).Ako je u pitanju vlaga, reaktivnost valjka se eksponencijalno povećava zbog korozivnog djelovanja metala.

Prisutnost natrija na površini keramičkog valjka od taljenog silicijevog dioksida nema negativan učinak na keramiku ako se shvati kemija natrijevog sulfata.Međutim, kada radno okruženje stvara uvjete za metastabilne natrijeve sulfate, sumpor vodik, bisulfate ili natrijeve okside, imamo sve elemente za sporu površinsku reakciju keramike koja uključuje fizičku degradaciju.

Kristalna transformacija taljenog silicijevog dioksida uzrokuje nepovratno oštećenje površine na valjku i treba ga spriječiti u početnoj fazi rada linije dobrim održavanjem valjaka, dizajniranih za čišćenje keramičke površine od natrijevog oksida.Promatranje valjka postiže se uklanjanjem neočekivanih naslaga kada se primijete naslage koje nisu natrijev sulfat.

Prašina i naslage oksida na rolama moraju se ukloniti prije nego što postanu čvrsto pričvršćeni unutar reaktivnog natrijevog oksida.Takve se operacije izvode čišćenjem čistom vodom izvan peći, onoliko puta koliko je potrebno da se stabilizira kemijski sastav keramičke površine i vrati na nominalno stanje valjka.

ZAKLJUČAK

Kvaliteta stakla povezana je s čistoćom okoline peći.Kontrola prašine postiže se dobrim izolacijskim karakteristikama, s valjkastim brtvama i protokom zraka uvedenim u peć.Toplinska postojanost okoline za kaljenje povezuje svojstva stakla s mogućnošću peći i zahtjevom za fleksibilnošću proizvoda.

Kada su radni uvjeti optimizirani, uvođenje SO2 u peć daje završni dodir karakteristike kontakta s formiranjem međusloja natrijevog sulfata kako bi se izbjegli ekstremni uvjeti zbog dimenzija i vrste stakla.

Treba provoditi strogu kontrolu ograničenja atmosfere i protoka plina u peći kako bi se izbjeglo stvaranje visokih razina oksidacije za sulfate, što bi moglo dovesti do viskoznih tekućina i stvoriti probleme u radu u prijelaznoj fazi rada.

Okruženje peći treba uzeti u obzir sa sekundarnim reakcijama koje uključuju prašinu i čestice iz obloge, redukciju oksida i koroziju koje su štetne za kvalitetu stakla u normalnim radnim uvjetima.
 

Autor: Gilbert Rancoule, direktor odjela za istraživanje i razvoj Vesuvius Fused Silica Division

Članak je prvi put objavljen u GLASS WORLDWIDE MAGAZINE- SRPANJ/KOLOVOZ 2011.