Walce z topionej krzemionki są szeroko stosowane do transportu szkła w środowiskach o wysokiej temperaturze, a piec do odpuszczania jest jedną z najbardziej wymagających operacji.

Według Gilberta Rancoule’a rozwój wtryskiwania SO2 stwarza szczególne warunki pracy, które wpływają na działanie walców i wymagają zrozumienia zachodzących reakcji chemicznych.

W procesie hartowania termicznego szkło podgrzewa się do temperatury tuż poniżej temperatury mięknienia, a następnie szybko hartuje na powietrzu.Zewnętrzna strona szkła ochładza się szybko, podczas gdy wnętrze kurczy się i ochładza wolniej.Kiedy szkło w końcu osiągnie jednakową temperaturę, na powierzchni powstają naprężenia ściskające i kompensujące wewnętrzne naprężenia rozciągające.

Rzeczywiste wartości naprężeń ściskających powierzchnię zależą od takich czynników jak grubość szkła i współczynnik przenikania ciepła, a także harmonogram obróbki cieplnej.Celem branży zawsze było ograniczenie czynników zewnętrznych, które mogłyby modyfikować jakość powierzchni szkła, a także zapewnienie elastyczności procesu.

Reakcja pomiędzy jonami Na i wtryskiwanym SO2 tworzy na powierzchni szkła powierzchnię siarczanową, która jest stabilna w normalnych warunkach pracy.Podczas manipulowania taflą szklaną proszek siarczanu sodu przenosi się do środowiska tafli szklanej.

Degradacja powierzchni walca w wyniku gromadzenia się siarczanów metali.

Na styku szkła i rolek przenośnika obserwuje się osadzanie się siarczanów, co uważa się za potencjalne korzyści w zakresie trwałości powierzchni styku.W efekcie siarczan sodu powoli ewoluuje w ciągłej granicy faz o neutralnej reaktywności w stosunku do chemii szkła.Ciągła interakcja gazowa prowadzi do powstania stałego smaru Na2SO4, stabilnego w temperaturach stanowiących standardową praktykę w przypadku obróbki cieplnej szkła;strefy odpuszczania lub wyżarzania.

Wydajność tworzenia Na2SO4 jest bezpośrednio powiązana z poziomem wilgoci, stężeniem i temperaturą;jeśli działanie siarczanu sodu jest dobrze znane, niektóre produkty reakcji mogą wykazywać pewne negatywne aspekty jakości kontaktu ze szkłem, głównie w obszarze przejściowym w niskiej temperaturze.Metastabilne formy siarczanu sodu mogą powstawać w zależności od warunków środowiskowych i prowadzić do złożonych reakcji, które mogą powodować nieoczekiwane wyniki w funkcji temperatury.

Mogą tworzyć się niestabilne formy siarczanu sodu, które wchodzą w interakcję ze środowiskiem pieca i szkłem, wychwytując cząstki i pył, które mogą powodować defekty szkła, jeśli nie zostaną podjęte działania naprawcze w celu uniknięcia niepożądanych warunków pracy.Jakość szkła i wydajność walców ZYAROCK® poprawia się poprzez obserwację regulacji pieca.

TRYBY DEFEKTÓW SZKŁA

Obserwacja powierzchni szkła daje wysoki poziom informacji o środowisku i warunkach pracy pieca.Degradacja pieca z biegiem czasu i temperatury prowadzi do wpływu na jakość, który będzie widoczny zarówno w piecu, jak i na szkle.Konserwacja pieca jest kluczem do jakości szkła, ale możemy również przeanalizować ewolucję zapotrzebowania na szkło w zależności od najbardziej wymagających zastosowań.

Związek pomiędzy skutecznymi procedurami czyszczenia szkła, czystością pieca i fabryki, warunkami konserwacji i jakością powierzchni szkła jest z pewnością powtarzającym się badaniem, które należy przeprowadzić podczas analizy operacji.

(1) Depozyt szkła;(2) Wcięcie mechaniczne;(3) Depozyt farby

Dobre powierzchnie rolek z topionej krzemionki są utrzymywane poprzez ścisłą kontrolę środowiska pracy, aby uniknąć uszkodzenia powierzchni stykowej.Należy przestrzegać ważnych zasad, aby uniknąć zanieczyszczenia sodem związanego nie tylko z obsługą rolek, przenoszeniem i czyszczeniem, ale także z przygotowaniem szkła przed hartowaniem.

Po osiągnięciu czystości walca następnym krokiem powinno być uniknięcie wprowadzenia cząstek do wnętrza pieca poprzez wytwarzanie pyłu i kontrolę przepływu powietrza przed osiągnięciem konsystencji termicznej pieca.

Funkcja stabilności siarczanu sodu od temperatury i wilgotności względnej atmosfery.

Analiza termodynamiczna układu siarczanu sodu – wykres stabilności fazowej Na-OS w ​​temperaturze 300 000°C.

Równowaga termodynamiczna dla chemii szkła w środowisku par SO2.

PROFIL TERMICZNY I INTERAKCJA SZKŁA

Jakość konsystencji termicznej w piecu determinuje nie tylko prędkość przenoszenia ciepła z otoczenia pieca do szkła, ale także względną stabilność fizyczną tafli szkła podczas przenoszenia w piecu.Aby określić najlepsze warunki pracy na wejściu do pieca, należy wziąć pod uwagę rodzaj i skład szkła, a także grubość szkła.

Temperatura rolek i przepływ ciepła na wejściu do pieca to kluczowe parametry robocze, które są zdefiniowane w celu zapewnienia najlepszej jednorodności na górnej i dolnej powierzchni szkła.Należy uwzględnić minimalne odkształcenia tafli szkła poprzez dostosowanie przepływu ciepła w początkowej fazie profilu grzewczego:

· Absorpcja ciepła szkła (grubość, skład chemiczny, powłoka, tekstura).

· Dolny/górny gradient temperatury (statyczny lub turbulentny przepływ ciepła, tryb konwekcji, rodzaj rolki).

· Odbicie ciepła (materiały ogniotrwałe).

· Projekt pieca do hartowania szkła (inżynieria i kontrola ciepła).

· Efekt krawędzi szkła.

Stabilność geometryczna szkła jest bezpośrednio powiązana z profilem termicznym, ponieważ rozszerzalność cieplna szkła zależy od przewodności szkła i absorpcji podczerwieni.Trudną równowagę uzyskuje się na krawędzi tafli szkła, gdzie uzyskuje się większy przepływ ciepła w wyniku konwekcji i radiacyjnego przewodzenia ciepła.

Jakość izolacji jest głównym celem przy rozważaniu środowiska pracy pieca, ponieważ często jest ona powiązana z włóknami lub cząsteczkami wytwarzającymi pył (o ile nie wiąże się to ze zmianami chemicznymi, gdy szuka się potencjalnej reakcji z atmosferą pieca).

Degradacja wykładziny jest także kwestią czasu i temperatury.Konsystencja uszczelnień rolek jest ważnym parametrem pozwalającym uzyskać maksymalną stabilność termiczną i ograniczyć pylenie powstające na skutek zużycia mechanicznego i wycieków ciepła.Doskonała izolacja zapobiega przegrzaniu zaślepki rolki, powodując problemy transportowe i gorące TIR.

INTERAKCJA ATMOSFERA I GAZ

Parametry wpływające są kluczem do zrozumienia stabilności siarczanu sodu.Jeśli uznamy, że tworzenie się siarczanu sodu jest realną zaletą w zastosowaniu, ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób modyfikacja środowiska i stężenia wpłynie na powstawanie Na2SO4.

Różne parametry powstawania Na2SO4 obejmują zbiorowy wpływ wilgoci, obróbkę w niskiej temperaturze, wysokie stężenie SO2, interakcję chemii szkła i kondycjonowanie walców.

WILGOĆ I NISKA TEMPERATURA

Wilgoć będzie miała bezpośredni wpływ na stabilność SO2 wewnątrz pieca, podczas gdy podwójne działanie temperatury i wilgoci będzie miało bezpośredni wpływ na stężenie SO2.Kiedy wilgoć (maksymalnie 10% wody w powietrzu) ​​miesza się z SO2 wewnątrz pieca, w strefie niskiej temperatury tworzy się hydroksylowy siarczan sodu.Może to prowadzić do powstania metastabilnej fazy Na2S2O7 w średnim zakresie temperatur przed dysocjacją do Na2SO4 w wyższej temperaturze.

W tej samej reakcji można zaobserwować potencjalne powstawanie kwasu siarkowego w strefie niskiej temperatury, zbiegające się ze zmianą grupy hydroksylowej.

STĘŻENIE SO2

Niskie stężenia SO2 i operacje w wysokiej temperaturze są konieczne, aby zmniejszyć konwersję do siarczanu sodu na wyższym stopniu utlenienia.Stabilny jedynie w dolnym zakresie temperatur, wodorofosforan sodu ma lepkie właściwości, które stwarzają warunki do przylegania tlenków i metali ze środowiska pracy do szkła i rolek.

Obecność wilgoci przy jednoczesnym wysokim stężeniu siarki w atmosferze jest konfiguracją najbardziej niepożądaną dla stabilności fazy siarczanowej.Aby zapewnić czyste działanie, tworzenie Na2SO4 powinno być priorytetem w stosunku do innych faz sodowych.

INTERAKCJA CHEMII SZKŁA

Opary sodu w piecu są wyraźnie zależne od temperatury i składu chemicznego szkła.Zaleca się kontrolowanie rozkładu atmosfery pieca i przepływu gazu poprzez dyfuzję SO2 oraz gradientu termicznego generowanego w piecu, aby osiągnąć stabilne warunki pracy dla tworzenia się Na2SO4.

Pierwiastki ze szkła również reagują z SO2, ale można sprawdzić, że stabilność różnych siarczanów jest możliwa w wysokiej temperaturze.Taka reaktywność jest jednak trudna do uzyskania wewnątrz szkła ze względu na stabilność form jonowych w porównaniu z ruchliwością jonów sodu.

Najbardziej rozpowszechniona reakcja powinna uwzględniać wolne pierwiastki metaliczne obecne w piecu w postaci pyłu powstającego albo przez ściany obudowy pieca, albo w wyniku reakcji w strefie kondensacji w niskiej temperaturze, obejmujących wymianę siarki i wilgoci.

Wałek ceramiczny nie stwarza warunków do narostu i w większości warunków należy go uważać za powierzchnię neutralną.Wysoka temperatura i stabilne warunki atmosferyczne to tylko częściowe sytuacje wyjaśniające czyste działanie i nigdy nie powinny zastępować rutynowych czynności konserwacyjnych pieca.

Rozważając walcowanie metaliczne w środowisku SO2, możliwych jest wiele reakcji, które powodują niestabilność metalu w wysokiej temperaturze i tworzenie faz siarkowych form metalicznych (Fe, Ni).Jeśli występuje wilgoć, reaktywność walca wzrasta wykładniczo z powodu korozyjnego ataku metalu.

Obecność sodu na powierzchni walca ceramicznego z topionej krzemionki nie ma negatywnego wpływu na ceramikę, jeśli zachowany jest skład chemiczny siarczanu sodu.Gdy jednak środowisko pracy stwarza warunki dla metastabilnych siarczanów sodu, wodorosiarczanu, wodorosiarczanu czy tlenku sodu, mamy wszystkie elementy do powolnej reakcji powierzchni ceramicznej, która wiąże się z degradacją fizyczną.

Krystaliczna przemiana topionej krzemionki powoduje nieodwracalne uszkodzenia powierzchni walca i należy temu zapobiegać na początkowym etapie eksploatacji linii poprzez odpowiednią konserwację walców, mającą na celu oczyszczenie powierzchni ceramicznej z tlenku sodu.Obserwację walca osiąga się poprzez usunięcie nieoczekiwanego osadu, gdy zostaną zauważone osady inne niż siarczan sodu.

Kurz i tlenki nagromadzone na rolkach należy usunąć, zanim zostaną one silnie przytwierdzone do reaktywnego tlenku sodu.Operacje takie przeprowadza się poprzez czyszczenie czystą wodą na zewnątrz pieca tyle razy, ile jest to konieczne, aby ustabilizować skład chemiczny powierzchni ceramicznej i powrócić do nominalnego kondycjonowania walców.

WNIOSEK

Jakość szkła jest powiązana z czystością otoczenia pieca.Kontrolę zapylenia uzyskuje się dzięki dobrym właściwościom izolacyjnym, uszczelkom walcowym i przepływowi powietrza wprowadzanemu do pieca.Konsystencja termiczna środowiska hartowania łączy właściwości szkła z wydajnością pieca i wymaganiami dotyczącymi elastyczności produktu.

Kiedy warunki pracy są zoptymalizowane, wprowadzenie SO2 do pieca daje końcowy efekt charakterystycznego kontaktu z utworzeniem międzywarstwy siarczanu sodu, aby uniknąć ekstremalnych warunków związanych z wymiarami i rodzajem szkła.

Należy przeprowadzić ścisłą kontrolę szczelności atmosfery i przepływu gazu w piecu, aby uniknąć tworzenia się wysokiego poziomu utlenienia siarczanu, co mogłoby prowadzić do powstawania lepkich cieczy i powodować problemy z obsługą na etapie przejściowym operacji.

Należy uwzględnić środowisko pieca, biorąc pod uwagę reakcje wtórne obejmujące pył i cząstki z wykładziny, redukcję tlenków i korozję, które mają niekorzystny wpływ na jakość szkła w normalnych warunkach pracy.
 

Autor: Gilbert Rancoule, dyrektor ds. badań i rozwoju działu krzemionki topionej Vesuvius

Artykuł ukazał się po raz pierwszy w GLASS WORLDWIDE MAGAZINE – LIPIEC/SIERPIEŃ 2011