Ролики из плавленого кварца широко используются для транспортировки стекла в условиях высоких температур, причем печь закалки является одной из самых сложных операций.

По словам Гилберта Ранкуля, развитие технологии впрыска SO2 создает уникальные условия труда, которые влияют на работу валков и требуют понимания происходящих химических реакций.

В процессе термической закалки стекло нагревается до температуры чуть ниже точки размягчения, а затем быстро закаливается на воздухе.Внешняя часть стекла остывает быстро, а внутренняя сжимается и остывает медленнее.Когда стекло в конечном итоге достигнет однородной температуры, на поверхности возникнет сжимающее напряжение и возникнет компенсирующее внутреннее растягивающее напряжение.

Фактические значения поверхностных сжимающих напряжений зависят от таких факторов, как толщина стекла и коэффициент теплопередачи, а также режима термообработки.Целью отрасли всегда было ограничение внешних факторов, которые могли изменить качество поверхности стекла, а также обеспечение гибкости процесса.

Реакция между ионами Na и введенным SO2 создает на поверхности стекла сульфатную поверхность, которая стабильна при нормальных рабочих условиях.Во время работы со стеклянным листом порошок сульфата натрия попадает в окружающую среду стеклянного листа.

Деградация поверхности валков из-за накопления сульфата металла.

На границе раздела стекла и конвейерных валков наблюдается отложение сульфата, что считается потенциально полезным для долговечности контактной поверхности.Фактически, сульфат натрия медленно превращается в непрерывную границу нейтральной реакционной способности по отношению к химическому составу стекла.Непрерывное газовое взаимодействие приводит к созданию твердой смазки Na2SO4, стабильной при температурах, являющихся стандартной практикой термообработки стекла;зоны отпуска или отжига.

Выход Na2SO4 напрямую связан с уровнем влажности, концентрацией и температурой;Если действие сульфата натрия хорошо известно, некоторые продукты реакции могут иметь некоторые негативные последствия для качества контакта со стеклом, главным образом в низкотемпературной переходной области.Метастабильные формы сульфата натрия могут образовываться в зависимости от условий окружающей среды и приводить к сложным реакциям, которые могут привести к неожиданным результатам в зависимости от температуры.

Нестабильные частицы сульфата натрия могут образовываться и взаимодействовать с окружающей средой печи и стеклом, захватывая частицы и пыль, которые могут привести к дефектам стекла, если не будут приняты корректирующие меры во избежание нежелательных условий эксплуатации.Качество стекла и эффективность валков ZYAROCK® улучшаются за счет соблюдения регулировок печи.

РЕЖИМЫ ДЕФЕКТА СТЕКЛА

Наблюдение за стеклянной поверхностью дает высокий уровень информации о рабочей среде и условиях эксплуатации печи.Деградация печи с течением времени и температурой приводит к ухудшению качества, которое будет заметно либо в печи, либо в стекле.Техническое обслуживание печи является ключом к качеству стекла, но мы также можем проанализировать эволюцию требований к стеклу в зависимости от наиболее требовательных применений.

Взаимосвязь между эффективными процедурами очистки стекла, чистотой печи и фабрики, условиями технического обслуживания и качеством поверхности стекла, безусловно, является периодическим исследованием, которое необходимо проводить при анализе операции.

(1) Депозит стекла;(2) Механическое вдавливание;(3) Отложение краски

Качество поверхности роликов из плавленого кварца поддерживается за счет строгого контроля рабочей среды во избежание повреждения контактной поверхности.Необходимо соблюдать важные правила, чтобы избежать загрязнения натрием, связанного не только с обращением с валками, их транспортировкой и очисткой, но также с подготовкой стекла перед закалкой.

Когда чистота валков достигнута, следующим шагом должно стать предотвращение попадания частиц внутрь печи за счет образования пыли и контроля потока воздуха перед переходом к термической стабильности печи.

Функция стабильности сульфата натрия от температуры и относительной влажности атмосферы.

Термодинамический анализ системы сульфата натрия – диаграмма фазовой стабильности Na-OS при 300 000°C.

Термодинамическое равновесие в химии стекла в среде паров SO2.

ТЕПЛОВОЙ ПРОФИЛЬ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СТЕКЛА

Качество термической устойчивости в печи определяет не только скорость передачи тепла от печной среды к стеклу, но и относительную физическую устойчивость стеклянного листа при переносе в печи.Тип и химический состав стекла, а также его толщина должны быть приняты во внимание, чтобы определить наилучшие условия эксплуатации на входе в печь.

Температура валков и тепловой поток на входе в печь являются ключевыми рабочими параметрами, которые определяются для обеспечения наилучшей однородности верхней и нижней стеклянных поверхностей.Минимальную деформацию стеклянного листа следует учитывать путем адаптации теплового потока на начальном этапе профиля нагрева:

· Поглощение тепла стеклом (толщина, химический состав, покрытие, текстура).

· Нижний/верхний температурный градиент (статический или турбулентный тепловой поток, режим конвекции, валковый тип).

· Отражательная теплопередача (огнеупоры).

· Проектирование печи по типу закалки стекла (инжиниринг и терморегуляция).

· Эффект стеклянной кромки.

Геометрическая стабильность стекла напрямую связана с тепловым профилем, поскольку тепловое расширение стекла зависит от проводимости стекла и поглощения ИК-излучения.Трудное равновесие достигается на краю стеклянного листа, где достигается более высокая теплоотдача за счет конвекции и радиационной теплопроводности.

Качество изоляции является основной целью при рассмотрении рабочей среды печи, поскольку оно часто связано с пылеобразованием волокон или частиц (если не связано с химическими изменениями при поиске потенциальной реакции с атмосферой печи).

Деградация футеровки также зависит от времени и температуры.Плотность уплотнений валков является важным параметром для достижения максимальной термической стабильности и снижения запыленности в результате механического износа и утечки тепла.Идеальная изоляция предотвращает перегрев торцевой крышки ролика, что приводит к проблемам при транспортировке и перегреву МДП.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТМОСФЕРЫ И ГАЗА

Влияющие параметры являются ключом к пониманию стабильности сульфата натрия.Если учесть, что образование сульфата натрия является реальным преимуществом для применения, важно понимать, как изменение окружающей среды и концентрации повлияет на образование Na2SO4.

Различные параметры образования Na2SO4 включают коллективное влияние влаги, низкотемпературную обработку, высокую концентрацию SO2, химическое взаимодействие стекла и кондиционирование валков.

ВЛАЖНОСТЬ И НИЗКАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Влага напрямую влияет на стабильность SO2 внутри печи, а двойное воздействие температуры и влаги напрямую влияет на концентрацию SO2.Когда влажность (влажность не более 10 % воды в воздухе) смешивается с SO2 внутри печи, в зоне низких температур образуется гидроксил сульфата натрия.Это может привести к созданию метастабильной фазы Na2S2O7 в диапазоне средних температур перед диссоциацией до Na2SO4 при более высокой температуре.

В той же реакции в зоне низких температур можно увидеть потенциальное образование серной кислоты, совпадающее с изменением гидроксила.

КОНЦЕНТРАЦИЯ SO2

Низкие концентрации SO2 и высокотемпературные операции необходимы для снижения конверсии сульфата натрия в более высокую степень окисления.Бисфат натрия стабилен только в нижнем диапазоне температур и обладает вязкими свойствами, что создает условия для прилипания оксидов и металлов из рабочей среды к стеклу и валкам.

Наличие влаги при высокой концентрации серы в атмосфере является наиболее нежелательной конфигурацией для стабильности сульфатной фазы.Образование Na2SO4 должно быть приоритетом по сравнению с другими фазами натрия, чтобы обеспечить чистую работу.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХИМИИ СТЕКЛА

Пары натрия в печи явно зависят от температуры и химического состава стекла.Рекомендуется контролировать распределение атмосферы печи и расход газа за счет диффузии SO2 и температурного градиента, образующегося в печи, для достижения стабильных условий эксплуатации для образования Na2SO4.

Элементы из стекла также обладают реакционной способностью по отношению к SO2, но можно убедиться, что стабильность различных сульфатов возможна при высокой температуре.Однако эту реакционную способность трудно достичь внутри стекла из-за стабильности ионных частиц по сравнению с подвижностью ионов натрия.

Наиболее распространенной реакцией следует считать наличие свободных металлических элементов в печи в виде пыли, образующейся либо из защитных стенок печи, либо в результате реакций в зоне низкотемпературной конденсации, включающих обмен серы и влаги.

Керамический валик не создает условий для налипания и в большинстве случаев его следует считать нейтральной поверхностью.Высокая температура и стабильные атмосферные условия — это лишь частичные ситуации, объясняющие чистую работу, и они никогда не должны заменять процедуры технического обслуживания печи.

При рассмотрении металлического валика в среде SO2 возможны многочисленные реакции, которые приводят к нестабильности металла при высокой температуре и образованию серных фаз металлических частиц (Fe, Ni).Если присутствует влага, реактивность валка возрастает в геометрической прогрессии из-за коррозионного воздействия на металл.

Присутствие натрия на поверхности валика из кварцевой керамики не оказывает отрицательного воздействия на керамику, если реализован химический состав сульфата натрия.Однако, когда рабочая среда создает условия для метастабильных сульфатов натрия, сероводорода, бисульфата или оксида натрия, у нас есть все элементы для медленной реакции керамической поверхности, которая приводит к физическому разрушению.

Кристаллическое превращение кварцевого стекла приводит к необратимым повреждениям поверхности валков и должно быть предотвращено на начальном этапе эксплуатации линии путем правильного ухода за валками, предназначенного для очистки керамической поверхности от оксида натрия.Наблюдение за валком достигается путем удаления неожиданных отложений, когда наблюдаются отложения, отличные от сульфата натрия.

Пыль и оксидные отложения на валках необходимо удалять до того, как они прочно закрепятся внутри реактивного оксида натрия.Такие операции выполняются путем очистки чистой водой вне печи столько раз, сколько необходимо для стабилизации химического состава поверхности керамики и возврата к номинальному состоянию валков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Качество стекла связано с чистотой окружающей среды в печи.Контроль пыли достигается за счет хороших изоляционных характеристик, роликовых уплотнений и подачи воздуха в печь.Термическая стабильность среды закалки связывает свойства стекла с возможностями печи и требованиями к гибкости продукта.

Когда условия эксплуатации оптимизированы, введение SO2 в печь завершает контактные характеристики с образованием промежуточного слоя сульфата натрия, чтобы избежать экстремальных условий, связанных с размером и типом стекла.

Строгий контроль герметичности атмосферы и потока газа в печи должен осуществляться во избежание образования высоких уровней окисления сульфата, что может привести к образованию вязких жидкостей и создать проблемы обслуживания на переходном этапе эксплуатации.

Следует учитывать окружающую среду печи с учетом вторичных реакций, включающих пыль и частицы футеровки, восстановление оксидов и коррозию, которые вредны для качества стекла в нормальных условиях эксплуатации.
 

Автор: Гилберт Ранкуль, директор отдела исследований и разработок плавленого кварца Vesuvius

Статья впервые опубликована в журнале GLASS WORLDWIDE MAGAZINE – ИЮЛЬ/АВГУСТ 2011 г.