العوامل الرئيسية المؤثرة على عملية صهر الزجاج

تتجاوز العوامل الرئيسية المؤثرة على عملية صهر الزجاج مرحلة الصهر نفسها، إذ تتأثر بظروف ما قبل الصهر، مثل جودة المواد الخام، ومعالجة الزجاج المكسور والتحكم فيه، وخصائص الوقود، والمواد الحرارية المستخدمة في الفرن، وضغط الفرن، والظروف الجوية، واختيار عوامل الترويق. فيما يلي تحليل مفصل لهذه العوامل:

Ⅰ. 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. فزيادة المحتوى تزيد من درجة حرارة الانصهار المطلوبة واستهلاك الطاقة.

أكاسيد المعادن القلوية (مثل Na₂O وLi₂O): تخفض درجة الانصهار. يُعد Li₂O فعالاً بشكل خاص نظرًا لصغر نصف قطره الأيوني وارتفاع كهرسلبيته، ويمكنه تحسين الخصائص الفيزيائية للزجاج.

2. المعالجة المسبقة للدفعة

التحكم في الرطوبة:

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

الرطوبة الزائدة: تسبب أخطاء في الوزن وتطيل وقت التصفية.

توزيع حجم الجسيمات:

الجسيمات الخشنة الزائدة: تقلل من مساحة التلامس التفاعلية، وتطيل وقت الانصهار؛

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

3. إدارة الزجاج المكسور

يجب أن يكون الزجاج المكسور نظيفًا وخاليًا من الشوائب، وأن يتطابق حجم جزيئاته مع حجم جزيئات المواد الخام الطازجة لتجنب إدخال الفقاعات أو البقايا غير المذابة.

Ⅱ. تصميم الفرنوخصائص الوقود

1. اختيار المواد المقاومة للحرارة

مقاومة التآكل في درجات الحرارة العالية: يجب استخدام الطوب عالي الزركونيوم وطوب الزركونيوم كوروندوم المصهور كهربائياً (AZS) في منطقة جدار المسبح وقاع الفرن والمناطق الأخرى التي تتلامس مع السائل الزجاجي، وذلك لتقليل عيوب الحجر الناتجة عن التآكل الكيميائي والتجريف.

الاستقرار الحراري: مقاومة تقلبات درجة الحرارة وتجنب تقشر المواد المقاومة للحرارة بسبب الصدمة الحرارية.

2. كفاءة استهلاك الوقود والاحتراق

يجب أن تتطابق القيمة الحرارية للوقود وظروف الاحتراق (مؤكسدة/مختزلة) مع تركيبة الزجاج. على سبيل المثال:

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

الصهر الكهربائي: مناسب للصهر عالي الدقة (على سبيل المثال،الزجاج البصري(لكنها تستهلك طاقة أكبر).

Ⅲتحسين معلمات عملية الصهر

1. التحكم في درجة الحرارة

درجة حرارة الانصهار (1450-1500 درجة مئوية): يمكن لزيادة درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة أن ترفع معدل الانصهار بنسبة 1%، ولكن تآكل المواد المقاومة للحرارة يتضاعف. لذا، من الضروري تحقيق توازن بين الكفاءة وعمر المعدات.

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

2. الغلاف الجوي والضغط

جو مؤكسد: يعزز التحلل العضوي ولكنه قد يزيد من أكسدة الكبريتيد؛

جو مختزل: يثبط 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 التصفية والمواد المساعدة على الصهر

الفلوريدات (مثل CaF₂): تقلل من لزوجة الذوبان وتسرع إزالة الفقاعات؛

النترات (مثل NaNO₃): تطلق الأكسجين لتعزيز التصفية التأكسدية؛

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

رابعاًالمراقبة الديناميكية لعملية الانصهار

1. لزوجة الذوبان وسيولته

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

2. كفاءة إزالة الفقاعات

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

٥المشكلات الشائعة واستراتيجيات التحسين

خاتمة

يُعدّ صهر الزجاج نتاجًا للتفاعل بين المواد الخام والمعدات ومعايير العملية. ويتطلب إدارة دقيقة لتصميم التركيب الكيميائي، وتحسين حجم الجسيمات، وتطوير المواد المقاومة للحرارة، والتحكم الديناميكي في معايير العملية. ومن خلال الضبط العلمي للمواد المساعدة على الصهر، وتثبيت بيئة الصهر (درجة الحرارة/الضغط/الجو)، واستخدام تقنيات تنقية فعّالة، يمكن تحسين كفاءة الصهر وجودة الزجاج بشكل ملحوظ، مع خفض استهلاك الطاقة وتكاليف الإنتاج.