العوامل الرئيسية المؤثرة على عملية ذوبان الزجاج

تتجاوز العوامل الرئيسية المؤثرة على عملية صهر الزجاج مرحلة الصهر نفسها، إذ تتأثر بظروف ما قبل الصهر، مثل جودة المواد الخام، ومعالجة كسر الزجاج والتحكم فيه، وخصائص الوقود، والمواد المقاومة للحرارة في الفرن، وضغط الفرن، والجو، واختيار عوامل التصفية. فيما يلي تحليل مفصل لهذه العوامل:

1. تحضير المواد الخام ومراقبة الجودة

1. التركيب الكيميائي للدفعة

ثاني أكسيد السيليكون والمركبات الحرارية: يؤثر محتوى ثاني أكسيد السيليكون، وأكسيد الألومنيوم، وأكسيد الزركونيوم، وغيرها من المركبات الحرارية بشكل مباشر على معدل الانصهار. ويؤدي ارتفاع المحتوى إلى زيادة درجة حرارة الانصهار المطلوبة واستهلاك الطاقة.

أكاسيد المعادن القلوية (مثل Na₂O وLi₂O): تُخفِّض درجة حرارة الانصهار. يُعدّ Li₂O، بفضل نصف قطره الأيوني الصغير وسالبيته الكهربية العالية، فعّالاً بشكل خاص، ويُمكنه تحسين الخصائص الفيزيائية للزجاج.

2. المعالجة المسبقة للدفعة

التحكم في الرطوبة:

الرطوبة المثالية (3%~5%): تعزز الترطيب والتفاعل، وتقلل من الغبار والانفصال؛

الرطوبة الزائدة: تسبب أخطاء في الوزن وتطيل وقت التغريم.

توزيع حجم الجسيمات:

الجسيمات الخشنة الزائدة: تقلل من مساحة تلامس التفاعل، وتطيل وقت الانصهار؛

الجسيمات الدقيقة الزائدة: تؤدي إلى التكتل والامتصاص الكهروستاتيكي، مما يعيق الانصهار المنتظم.

3. إدارة الكُسْر

يجب أن يكون الكُسْر نظيفًا وخاليًا من الشوائب ويتناسب مع حجم جزيئات المواد الخام الطازجة لتجنب إدخال الفقاعات أو البقايا غير المذابة.

2/2. تصميم الفرنوخصائص الوقود

1. اختيار المواد المقاومة للحرارة

مقاومة التآكل في درجات الحرارة العالية: يجب استخدام الطوب الزركونيوم العالي والطوب الزركونيوم الكهربائي (AZS) في منطقة جدار المسبح وقاع الفرن والمناطق الأخرى التي تلامس السائل الزجاجي، وذلك لتقليل عيوب الحجر الناجمة عن التآكل الكيميائي والتنظيف.

الاستقرار الحراري: مقاومة التقلبات في درجات الحرارة وتجنب التقشير الحراري بسبب الصدمات الحرارية.

2. كفاءة الوقود والاحتراق

يجب أن تتطابق القيمة الحرارية للوقود وبيئة الاحتراق (الأكسدة/الاختزال) مع تركيبة الزجاج. على سبيل المثال:

الغاز الطبيعي/النفط الثقيل: يتطلب التحكم الدقيق في نسبة الهواء إلى الوقود لتجنب بقايا الكبريتيد؛

الصهر الكهربائي: مناسب للصهر عالي الدقة (على سبيل المثال،الزجاج البصري) ولكنها تستهلك المزيد من الطاقة.

Ⅲ. تحسين معاملات عملية الصهر

1. التحكم في درجة الحرارة

درجة حرارة الانصهار (١٤٥٠ إلى ١٥٠٠ درجة مئوية): زيادة درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة قد تزيد من معدل الانصهار بنسبة ١٪، ولكن التآكل الحراري يتضاعف. لذا، من الضروري تحقيق توازن بين الكفاءة وعمر المعدات.

توزيع درجة الحرارة: يعد التحكم في التدرج في مناطق الفرن المختلفة (الصهر، والتغريم، والتبريد) أمرًا ضروريًا لتجنب ارتفاع درجة الحرارة المحلية أو البقايا غير المذابة.

2. الغلاف الجوي والضغط

الجو المؤكسد: يعزز التحلل العضوي ولكنه قد يؤدي إلى تكثيف أكسدة الكبريتيد؛

تقليل الغلاف الجوي: يمنع تلوين Fe³+ (للزجاج عديم اللون) ولكنه يتطلب تجنب ترسب الكربون؛

استقرار ضغط الفرن: يمنع الضغط الإيجابي الطفيف (+2~5 باسكال) دخول الهواء البارد ويضمن إزالة الفقاعات.

3. عوامل التنقية والتدفقات

الفلورايدات (على سبيل المثال، CaF₂): تقلل من لزوجة الذوبان وتسرع إزالة الفقاعات؛

النترات (على سبيل المثال، NaNO₃): تطلق الأكسجين لتعزيز التأكسد؛

التدفقات المركبة**: على سبيل المثال، Li₂CO₃ + Na₂CO₃، تعمل على خفض درجة حرارة الانصهار بشكل تآزري.

4. المراقبة الديناميكية لعملية الذوبان

1. لزوجة الذوبان والسيولة

المراقبة في الوقت الحقيقي باستخدام مقاييس اللزوجة الدورانية لضبط نسب درجة الحرارة أو التدفق للحصول على ظروف تشكيل مثالية.

2. كفاءة إزالة الفقاعات

مراقبة توزيع الفقاعات باستخدام الأشعة السينية أو تقنيات التصوير لتحسين جرعة عامل التنقية وضغط الفرن.

Ⅴ. المشكلات الشائعة واستراتيجيات التحسين

خاتمة

صهر الزجاج هو ثمرة تآزر بين المواد الخام والمعدات ومعايير العملية. يتطلب إدارة دقيقة لتصميم التركيب الكيميائي، وتحسين حجم الجسيمات، وتحديث المواد المقاومة للحرارة، والتحكم الديناميكي في معايير العملية. من خلال الضبط العلمي للتدفقات، واستقرار بيئة الصهر (درجة الحرارة/الضغط/الجو)، واستخدام تقنيات التكرير الفعالة، يمكن تحسين كفاءة الصهر وجودة الزجاج بشكل ملحوظ، مع خفض استهلاك الطاقة وتكاليف الإنتاج.