Smelten van flessenglas

Glassmelten is een zeer complex proces. De batchmaterialen ondergaan een reeks fysieke, chemische en fysicochemische veranderingen en reacties bij hoge temperaturen. De resultaten van deze veranderingen en reacties veranderen het mechanische mengsel van verschillende grondstoffen in een complexe smelt, namelijk vloeibaar glas.
Afhankelijk van de veranderingen en reacties die tijdens het glassmeltproces in de materialen optreden, kan het glassmeltproces worden onderverdeeld in vijf fasen: silicaatvorming, glasvorming, klaring, homogenisatie en afkoeling.

Het meeste gewone flessenglas bestaat uit silicaat en de vormingsreactie van silicaat wordt grotendeels uitgevoerd in de vaste toestand. In deze fase ondergaat de samenstelling van het poeder een reeks fysieke en chemische veranderingen. Een grote hoeveelheid gasvormige stoffen in het poeder verdampt. Vervolgens beginnen het siliciumdioxide en andere componenten te interacteren. Aan het einde van deze fase eindigt de belangrijkste vaste-toestandreactie en wordt het poeder een sinter bestaande uit silicaat en siliciumoxide. Voor de meeste glazen eindigt deze fase in principe bij 800~900 graden.

Blijf verwarmen, de sinter die is gegenereerd in de silicaatvormingsfase begint te smelten, het laagsmeltende mengsel begint als eerste te smelten en het silicaat en het resterende siliciumdioxide smelten en diffunderen in elkaar, en de sinter wordt een transparante glasvloeistof. Dit proces wordt de glasvormingsfase genoemd. Op dit moment is er geen ongereageerd batchmateriaal, maar er zitten nog steeds veel bellen en strepen in het glas, en de chemische samenstelling en eigenschappen zijn ook ongelijk. De temperatuur van gewoon glas in deze fase is 1200~1250 graden.

Aan het einde van de glasvormingsfase zijn er nog steeds veel bellen en strepen in het glas. Wanneer de glasvloeistof verder wordt verhit, zal de viscositeit van de glasvloeistof afnemen. Het proces van het elimineren van zichtbare bellen in de glasvloeistof is het klaringsproces van de glasvloeistof.
Tijdens de silicaatvorming en glasvormingsfasen wordt een grote hoeveelheid gas neergeslagen door de ontleding van de batchmaterialen, de vervluchtiging van sommige componenten, de redoxreactie van oxiden, de interactie tussen glas en gasmedium en vuurvaste materialen. De meeste van deze gassen ontsnappen in de ruimte en de meeste resterende gassen lossen op in de glasvloeistof. Een klein deel van het gas bevindt zich nog steeds in de glasvloeistof in de vorm van bellen. Er zijn drie hoofdtoestanden van gas in het glas, namelijk zichtbare bellen, opgeloste gassen en gassen die chemische verbindingen vormen met glascomponenten. De laatste twee zijn onzichtbaar en hebben geen invloed op de uiterlijke kwaliteit van het glas. Het klaringsproces van de glasvloeistof is voornamelijk het proces van het elimineren van zichtbare bellen.
Tijdens het klaringsproces worden zichtbare bellen op de volgende twee manieren verwijderd. 1. Het volume van de bellen vergroten, hun stijging versnellen, van het glasoppervlak drijven, breken en verdwijnen. 2. De gascomponenten in de kleine bellen oplossen in de glasvloeistof en de bellen worden geabsorbeerd en verdwijnen.
Om de klaring van glasvloeistof te versnellen, wordt naast het toevoegen van bepaalde klaringsmiddelen aan de batch, over het algemeen de methode van het verhogen van de temperatuur van glasvloeistof toegepast. Deze fase van de meeste glazen wordt voltooid bij 1400~1500o graden, wat vaak het hoogste temperatuurgebied is bij het smelten van glas. De viscositeit van glasvloeistof tijdens de klaring is 1~10Pa·s.

De rol van homogenisatie is om strepen en andere inhomogeniteiten in glasvloeistof te elimineren, zodat de chemische samenstelling van elk deel van de glasvloeistof uniform is. In deze fase verdwijnen de strepen in de glasvloeistof geleidelijk door de thermische beweging en wederzijdse diffusie van de glasvloeistof, en de chemische samenstelling van elk deel van de glasvloeistof neigt geleidelijk consistent te worden. Deze uniformiteit wordt vaak gekenmerkt door of de brekingsindex van elk deel van de glasvloeistof hetzelfde is. Deze fase van de meeste glazen wordt voltooid bij een temperatuur die iets lager is dan de temperatuur van de klaringsfase.

De gehomogeniseerde glasvloeistof kan niet onmiddellijk in producten worden gegoten, omdat de temperatuur van de glasvloeistof op dit moment hoog is en de viscositeit lager is dan die tijdens het gieten, wat niet geschikt is voor glasgietbewerkingen. Het moet worden gekoeld en de temperatuur van de glasvloeistof wordt geleidelijk verlaagd om de viscositeit van de glasvloeistof te verhogen om aan de behoeften van het gieten te voldoen. De waarde van de temperatuurverlaging van de glasvloeistof varieert met de samenstelling van het glas en de gietmethode. Over het algemeen moet sodakalkglas meestal worden gekoeld met 200~300o graden. De gekoelde glasvloeistof vereist een uniforme temperatuur om het gieten te vergemakkelijken.
Tijdens het afkoelen moet de geklaarde glasvloeistof voorkomen dat er opnieuw bellen ontstaan. De kleine bellen die in dit stadium verschijnen, worden secundaire bellen of geregenereerde bellen genoemd. De secundaire bellen zijn gelijkmatig verdeeld over de gekoelde glasvloeistof, met een diameter die over het algemeen kleiner is dan 0.1mm, en het aantal kan duizenden per kubieke centimeter glas bedragen. Omdat de temperatuur van de glasvloeistof in dit stadium is verlaagd, is het erg moeilijk om de secundaire bellen te elimineren. Daarom moet de vorming van secundaire bellen met name worden voorkomen tijdens het koelproces.
De vijf fasen in het bovenstaande glassmeltproces zijn verschillend van elkaar, maar ze zijn ook met elkaar verbonden. Deze fasen vinden niet in een strikte volgorde plaats, maar vaak gelijktijdig.

De temperatuur op elk punt langs de lengte van de continu werkende tankoven is anders, maar is constant in de tijd, dus het is mogelijk om een ​​stabiel temperatuursysteem op te zetten. De correctheid van het smeltprocessysteem heeft niet alleen invloed op de kwaliteit van het gesmolten glas, maar bepaalt ook de output van het gesmolten glas. Afbeelding 2-10 toont het smelttemperatuursysteem voor flessenglas in een continu werkende tankoven.

Of het nu een horizontale vlampoeloven of een wegvlampoeloven is, het temperatuursysteem heeft invloed op de bakgraad van glasvloeistof, de stroming van glasvloeistof, gietbewerkingen, brandstofverbruik en ovenleeftijd. Voor flessenglas worden de glazen flessen en blikken op de markt voornamelijk onderverdeeld in vier categorieën op basis van kleur: kleurloos, lichtblauw, smaragdgroen en bruin. Wanneer de kleur van het glas verandert of de concentratie van de glaskleur verandert, heeft dit een cruciale impact op de warmteoverdrachtsvorm en warmteoverdrachtsefficiëntie. Wat het smeltproces betreft, is de impact van glaskleurveranderingen op de procesomstandigheden veel duidelijker en ernstiger dan de impact van veranderingen in de glassamenstelling. Er is een groot verschil in de temperatuurverdeling van verschillende gekleurde glazen in de oven.

Uit tabel 2-24 blijkt dat er bij dezelfde smelttemperatuur duidelijke verschillen zijn in de vloeistofoppervlaktetemperatuur en de bodemtemperatuur van het zwembad van glazen van verschillende kleuren. Er zijn drie vormen van warmteoverdracht in de glassmeltoven: straling, convectie en geleiding. Voor glazen van verschillende kleuren geldt: hoe sterker het vermogen om stralingslicht te absorberen, dat wil zeggen hoe sterker het vermogen om stralingswarmte van hoge temperatuur te absorberen, hoe meer warmte het glasoppervlak absorbeert en hoe minder warmte er door het glaslichaam wordt overgedragen in de vorm van straling. Vanuit het perspectief van de vloeistofoppervlaktetemperatuur heeft bruin glas het sterkste warmteabsorptievermogen en de hoogste vloeistofoppervlaktetemperatuur; smaragdgroen glas staat op de tweede plaats en lichtblauw glas op de derde plaats. Vanuit het perspectief van de bodemtemperatuur van het zwembad wordt het probleem een ​​beetje ingewikkeld: lichtblauw glas heeft een slecht vermogen om stralingslicht te absorberen en er wordt meer warmte door het glaslichaam overgedragen naar de bodem van het zwembad in de vorm van straling, dus de bodemtemperatuur van het zwembad is hoger; smaragdgroen glas heeft een sterk vermogen om stralingslicht te absorberen en er wordt minder warmte via het glaslichaam in de vorm van straling naar de bodem van het zwembad overgedragen, dus de temperatuur van de bodem van het zwembad is lager. Bruin glas heeft echter een sterk vermogen om stralingslicht te absorberen en de temperatuur op de bodem van het zwembad is veel hoger dan die van smaragdgroen glas. De reden kan zijn: het glas in het zwembad is verdeeld in verschillende vloeistoflagen. Omdat de lichtdoorlatendheid van bruin glas zwak is, is het temperatuurverschil tussen de vloeistoflagen groot en zou er een grote temperatuurgradiënt langs de diepte van het zwembad moeten zijn. Echter, vanwege het sterke warmteabsorptievermogen van bruin glas, stijgt de temperatuur nadat de bovenste glasvloeistof warmte heeft geabsorbeerd, het volume breidt zich uit en er wordt een stuwkracht naar de omgeving gegenereerd in de horizontale richting. Deze stuwkracht wordt door de zwembadwand veranderd en overgebracht naar de onderste vloeistoflaag, waardoor een convectiekracht ontstaat. De verbetering van convectieve warmteoverdracht compenseert het gebrek aan stralingswarmteoverdracht, dus de temperatuur op de bodem van het bruine glazen zwembad is hoger.
Over het algemeen kan, onder dezelfde procesomstandigheden en temperatuursysteem, voor glazen met dezelfde componenten maar verschillende kleuren, het smelten van bruin glas een betere glasuniformiteit en een hogere smeltsnelheid verkrijgen. De reden hiervoor is precies de sterke convectie die wordt veroorzaakt door de sterke warmteabsorptiecapaciteit van bruin glas. Natuurlijk zal de tussenkomst van het bubbelapparaat de warmteoverdrachtsomstandigheden veranderen. Als u bij het smelten van smaragdgroen glas de bodemtemperatuur, glasuniformiteit en smeltefficiëntie wilt verbeteren, is het installeren van een bubbelapparaat een effectieve maatregel. Wanneer u verschillende kleuren vloeistof in dezelfde oven wilt veranderen, moeten de proceselementen van het smeltgedeelte, het werkgedeelte en het toevoerkanaal dienovereenkomstig worden aangepast om zich aan te passen aan de veranderingen in de processtatus die worden veroorzaakt door het "warmteoverdrachtsverschil" van de glaskleur.