Os rolos de sílica fundida são amplamente utilizados para transportar vidro em ambientes de alta temperatura, sendo o forno de têmpera uma das operações mais exigentes.

De acordo com Gilbert Rancoule, o desenvolvimento da injeção de SO2 está criando condições de trabalho singulares que influenciam a operação dos rolos e exigem a compreensão das reações químicas criadas.

No processo de têmpera térmica, o vidro é aquecido a uma temperatura logo abaixo do ponto de amolecimento e então é rapidamente resfriado ao ar.A parte externa do vidro esfria rapidamente, enquanto a parte interna se contrai e esfria mais lentamente.Quando o vidro finalmente atingir uma temperatura uniforme, uma tensão de compressão terá sido criada na superfície e uma tensão de tração interna compensatória terá sido desenvolvida.

Os valores reais da tensão de compressão superficial dependem de fatores como espessura do vidro e coeficiente de transferência de calor, bem como do cronograma de tratamento térmico.Limitar fatores externos que possam modificar a qualidade da superfície do vidro sempre foi o objetivo da indústria, além de permitir flexibilidade no processo.

A reação entre os íons Na e o SO2 injetado cria uma superfície de sulfato na superfície do vidro que é estável sob condições normais de trabalho.Durante o manuseamento da folha de vidro, o pó de sulfato de sódio é transferido para o ambiente da folha de vidro.

Degradação da superfície do rolo após acúmulo de sulfato metálico.

Um depósito de sulfato é observado na interface do vidro e dos rolos transportadores, o que é considerado um benefício potencial para a longevidade da superfície de contato.Com efeito, o sulfato de sódio evolui lentamente numa interface contínua de reactividade neutra em relação à química do vidro.A interação gasosa contínua conduz à criação de um lubrificante sólido Na2SO4, estável em temperaturas que são práticas padrão para tratamentos térmicos de vidro;zonas de têmpera ou recozimento.

O rendimento da formação de Na2SO4 está diretamente ligado ao nível de umidade, concentração e temperatura;se a ação do sulfato de sódio for bem conhecida, alguns produtos da reação poderão apresentar alguns aspectos negativos na qualidade do contato com o vidro, principalmente no domínio transitório de baixa temperatura.Formas metaestáveis ​​de sulfato de sódio podem ser geradas em função das condições ambientais e levar a reações complexas que podem induzir resultados inesperados em função da temperatura.

Espécies instáveis ​​de sulfato de sódio podem se formar e interagir com o ambiente do forno e o vidro para capturar partículas e poeira que podem criar defeitos no vidro se ações corretivas não forem tomadas para evitar condições operacionais indesejáveis.A qualidade do vidro e a eficiência do rolo ZYAROCK® são aprimoradas pela observação dos ajustes do forno.

MODOS DE DEFEITO DE VIDRO

A observação da superfície do vidro fornece um alto nível de informações sobre o ambiente de trabalho e as condições de operação do forno.A degradação do forno ao longo do tempo e da temperatura leva a impactos na qualidade que serão observados no forno ou no vidro.A manutenção do forno é fundamental para a qualidade do vidro, mas também poderíamos analisar a evolução das necessidades de vidro em função das aplicações mais exigentes.

A relação entre procedimentos eficazes de limpeza de vidros, limpeza do forno e da fábrica, condições de manutenção e qualidade da superfície do vidro é certamente uma investigação recorrente que precisa ser realizada quando a operação é analisada-

(1) Depósito de vidro;(2) Indentação mecânica;(3) Depósito de tinta

Boas superfícies dos rolos de sílica fundida são mantidas através de um controle rigoroso do ambiente de trabalho para evitar danos à superfície de contato.Devem ser observadas regras importantes para evitar a contaminação por sódio ligada não apenas ao manuseio, transferência e limpeza dos rolos, mas também à preparação do vidro antes do revenido.

Quando a limpeza do rolo é alcançada, o próximo passo deve ser evitar a introdução de partículas dentro do forno através da geração de poeira e controle do fluxo de ar antes de passar para a consistência térmica do forno.

Função de estabilidade do sulfato de sódio da temperatura e umidade relativa da atmosfera.

Análise termodinâmica do sistema sulfato de sódio – diagrama de estabilidade da fase Na-OS a 300.000°C.

Equilíbrio termodinâmico para a química do vidro sob ambiente de vapor de SO2.

PERFIL TÉRMICO E INTERAÇÃO COM VIDRO

A qualidade da consistência térmica no forno determina não apenas a velocidade de transferência de calor do ambiente do forno para o vidro, mas também a relativa estabilidade física da folha de vidro durante a transferência no forno.O tipo e a química do vidro, bem como a espessura do vidro devem ser levados em consideração para definir as melhores condições de operação na entrada do forno.

A temperatura dos rolos e o fluxo térmico de entrada do forno são parâmetros chave de trabalho definidos para garantir a melhor homogeneidade nas superfícies de vidro superiores e inferiores.A deformação mínima da lâmina de vidro deve ser considerada através da adaptação do fluxo de calor na fase inicial do perfil de aquecimento:

· Absorção de calor do vidro (espessura, química, revestimento, textura).

· Gradiente de temperatura inferior/superior (fluxo de calor estático ou turbulento, modo de convecção, tipo rolo).

· Transferência de calor reflexiva (refratários).

· Projeto de forno para têmpera de vidro (engenharia e controle térmico).

· Efeito de borda de vidro.

A estabilidade geométrica do vidro está diretamente ligada ao perfil térmico, pois a expansão térmica do vidro depende da condutividade do vidro e da absorção de IR.Um equilíbrio difícil é alcançado na borda da folha de vidro, onde é obtida maior transferência de calor devido à convecção e condução de calor radiativo.

A qualidade do isolamento é um objetivo primordial quando se considera o ambiente de trabalho do forno, pois muitas vezes está ligada à geração de fibras ou partículas de poeira (quando não envolve alterações químicas ao se procurar uma reação potencial com a atmosfera do forno).

A degradação do revestimento também é uma questão de tempo e temperatura.A consistência das vedações dos rolos é um parâmetro importante para alcançar a máxima estabilidade térmica e reduzir a poeira proveniente do desgaste mecânico e do vazamento de calor.O isolamento perfeito evita o superaquecimento da tampa da extremidade do rolo, induzindo problemas de transporte e TIR quente.

ATMOSFERA E INTERAÇÃO DE GÁS

Parâmetros de influência são chaves para a compreensão da estabilidade do sulfato de sódio.Se considerarmos que a formação de sulfato de sódio é uma vantagem real para a aplicação, é importante entender como a modificação do ambiente e da concentração impactará na formação de Na2SO4.

Diferentes parâmetros para a formação de Na2SO4 incluem a influência coletiva da umidade, tratamento em baixa temperatura, alta concentração de SO2, interação química do vidro e condicionamento do rolo.

UMIDADE E BAIXA TEMPERATURA

A umidade impactará diretamente a estabilidade do SO2 dentro do forno, enquanto a dupla ação da temperatura e da umidade impactará diretamente a concentração de SO2.Quando a umidade (umidade máxima de 10% de água no ar) é misturada ao SO2 dentro do forno, a hidroxila de sulfato de sódio é formada na zona de baixa temperatura.Isto pode levar à criação de uma fase metaestável de Na2S2O7 na faixa de temperatura média antes da dissociação em Na2SO4 em temperatura mais alta.

Numa mesma reação, pode-se observar a potencial formação de ácido sulfúrico na zona de baixa temperatura, coincidindo com a mudança da hidroxila.

CONCENTRAÇÃO DE SO2

Baixas concentrações em SO2 e operações em alta temperatura são necessárias para reduzir a conversão para sulfato de sódio em estado de oxidação mais elevado.Estável apenas na faixa de temperatura mais baixa, o bisfato de sódio tem um comportamento viscoso que cria as condições para a adesão de óxidos e metais do ambiente de trabalho ao vidro e aos rolos.

A presença de umidade concomitante com alta concentração de enxofre na atmosfera é a configuração mais indesejável para a estabilidade da fase sulfato.A formação de Na2SO4 deve ser prioritária em relação a outras fases de sódio para garantir uma operação limpa.

INTERAÇÃO QUÍMICA DO VIDRO

Os vapores de sódio no forno dependem claramente da temperatura e da química do vidro.Recomenda-se controlar a distribuição da atmosfera do forno e o fluxo de gás através da difusão de SO2 e do gradiente térmico gerado no forno para alcançar condições operacionais estáveis ​​para a formação de Na2SO4.

Os elementos do vidro também apresentam reatividade com o SO2, mas pode-se verificar que a estabilidade dos diferentes sulfatos é possível em altas temperaturas.Esta reatividade é difícil de obter dentro do vidro, porém, devido à estabilidade das espécies iônicas em comparação com a mobilidade dos íons sódio.

A reação mais prevalente deve considerar os elementos metálicos livres presentes no forno como poeira gerada pelas paredes de contenção do forno ou por reações da zona de condensação de baixa temperatura, envolvendo trocas de enxofre e umidade.

O rolo cerâmico não cria condições para acúmulo e deve ser considerado uma superfície neutra na maioria das condições.Altas temperaturas e condições atmosféricas estáveis ​​são apenas situações parciais para explicar uma operação limpa e nunca devem substituir as rotinas de manutenção do forno.

Ao considerar um rolo metálico no ambiente SO2, são possíveis inúmeras reações que introduzem instabilidade do metal em alta temperatura e a criação de fases de enxofre das espécies metálicas (Fe, Ni).Se houver umidade envolvida, a reatividade do rolo aumenta exponencialmente devido ao ataque corrosivo do metal.

A presença de sódio na superfície de um rolo cerâmico de sílica fundida não tem efeito negativo para a cerâmica se a química do sulfato de sódio for realizada.No entanto, quando o ambiente operacional cria as condições para sulfatos de sódio metaestáveis, enxofre de hidrogênio, bissulfato ou óxido de sódio, temos todos os elementos para uma reação lenta da superfície cerâmica que envolve degradação física.

A transformação cristalina da sílica fundida induz danos irreversíveis à superfície do rolo e deve ser evitada na fase inicial do serviço da linha através de uma boa manutenção dos rolos, concebidos para limpar a superfície cerâmica do óxido de sódio.A observação do rolamento é conseguida através da remoção de acumulações inesperadas quando são observados outros depósitos além do sulfato de sódio.

O acúmulo de poeira e óxido nos rolos precisa ser removido antes que eles fiquem fortemente aderidos dentro do óxido de sódio reativo.Tais operações são realizadas por meio de limpeza com água limpa fora do forno, quantas vezes forem necessárias para estabilizar a química da superfície cerâmica e retornar ao condicionamento nominal dos rolos.

CONCLUSÃO

A qualidade do vidro está ligada à limpeza do ambiente do forno.O controle de poeira é obtido através de boas características de isolamento, com vedações de rolos e fluxo de ar introduzido no forno.A consistência térmica do ambiente de têmpera vincula as propriedades do vidro à capacidade do forno e aos requisitos de flexibilidade do produto.

Quando as condições de operação são otimizadas, a introdução de SO2 no forno dá o toque final da característica de contato com a formação de camada intermediária de sulfato de sódio para evitar condições extremas de dimensão e tipo de vidro.

O controle rigoroso do confinamento da atmosfera e do fluxo de gás no forno deve ser realizado para evitar a formação de altos níveis de oxidação do sulfato, o que poderia levar a líquidos viscosos e criar problemas de serviço na fase de transição da operação.

O ambiente do forno deve ser considerado com reações secundárias envolvendo poeira e partículas do revestimento, redução de óxido e corrosão que são prejudiciais à qualidade do vidro em condições normais de operação.
 

Autor: Gilbert Rancoule, Diretor de P&D da Divisão de Sílica Fundida Vesúvio

O artigo foi publicado pela primeira vez na GLASS WORLDWIDE MAGAZINE - JULHO/AGOSTO 2011