أخبار

زجاج إلكتروني (ألياف زجاجية خالية من القلويات)الإنتاج في أفران الخزانات عملية صهر معقدة وعالية الحرارة. يُعدّ ضبط درجة حرارة الانصهار نقطة تحكم أساسية في العملية، إذ يؤثر بشكل مباشر على جودة الزجاج، وكفاءة الصهر، واستهلاك الطاقة، وعمر الفرن، والأداء النهائي للألياف. ويتم تحقيق هذا الضبط الحراري بشكل أساسي من خلال ضبط خصائص اللهب والتعزيز الكهربائي.

I. درجة انصهار الزجاج الإلكتروني

1. نطاق درجة حرارة الانصهار:

عادةً ما يتطلب صهر الزجاج الإلكتروني وتنقيته وتجانسه درجات حرارة عالية جدًا. تتراوح درجة حرارة منطقة الانصهار (النقطة الساخنة) عادةً بين 1500 و1600 درجة مئوية.

تعتمد درجة الحرارة المستهدفة المحددة على:

* تكوين الدفعة: تؤثر التركيبات المحددة (على سبيل المثال، وجود الفلور، ومحتوى البورون العالي/المنخفض، ووجود التيتانيوم) على خصائص الانصهار.

* تصميم الفرن: نوع الفرن، والحجم، وفعالية العزل، وترتيب الموقد.

* أهداف الإنتاج: معدل الانصهار المطلوب ومتطلبات جودة الزجاج.

* المواد المقاومة للحرارة: معدل تآكل المواد المقاومة للحرارة عند درجات الحرارة العالية يحد من درجة الحرارة العليا.

تكون درجة حرارة منطقة التصفية عادةً أقل قليلاً من درجة حرارة النقطة الساخنة (أقل بحوالي 20-50 درجة مئوية) لتسهيل إزالة الفقاعات وتجانس الزجاج.

تكون درجة حرارة الطرف العامل (الموقد الأمامي) أقل بشكل كبير (عادةً 1200 درجة مئوية - 1350 درجة مئوية)، مما يجعل المصهور الزجاجي يصل إلى اللزوجة والاستقرار المناسبين للسحب.

2. أهمية التحكم في درجة الحرارة:

كفاءة الانصهار: تُعد درجات الحرارة المرتفعة ضرورية لضمان التفاعل الكامل لمواد الدفعة (رمل الكوارتز، البيروفيلايت، حمض البوريك/الكولمانيت، الحجر الجيري، إلخ)، والذوبان الكامل لحبيبات الرمل، وإطلاق الغازات بشكل كامل. قد تؤدي درجة الحرارة غير الكافية إلى تراكم بقايا "المادة الخام" (جزيئات الكوارتز غير المذابة)، والأحجار، وزيادة الفقاعات.

جودة الزجاج: تُعزز درجات الحرارة العالية صفاء وتجانس الزجاج المصهور، مما يُقلل من عيوب مثل الحبال والفقاعات والأحجار. تؤثر هذه العيوب بشدة على قوة الألياف ومعدل كسرها واستمراريتها.

اللزوجة: تؤثر درجة الحرارة بشكل مباشر على لزوجة الزجاج المصهور. يتطلب سحب الألياف أن تكون لزوجة الزجاج المصهور ضمن نطاق محدد.

* تآكل المواد الحرارية: تؤدي درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط إلى تسريع تآكل المواد الحرارية في الفرن (وخاصة الطوب AZS الموصل بالكهرباء) بشكل كبير، مما يؤدي إلى تقصير عمر الفرن وإدخال الحجارة الحرارية المحتملة.

* استهلاك الطاقة: يُعدّ الحفاظ على درجات حرارة عالية المصدر الرئيسي لاستهلاك الطاقة في أفران الخزانات (يمثل عادةً أكثر من 60% من إجمالي استهلاك الطاقة الإنتاجية). يُعدّ التحكم الدقيق في درجة الحرارة لتجنب ارتفاع درجات الحرارة أمرًا أساسيًا لتوفير الطاقة.

II. تنظيم اللهب

يُعدّ تنظيم اللهب وسيلةً أساسيةً للتحكم في توزيع درجة حرارة الانصهار، وتحقيق ذوبان فعّال، وحماية هيكل الفرن (وخاصةً التاج). ويتمثل هدفه الرئيسي في خلق مجال حراري وجو مثاليين.

1. معايير التنظيم الرئيسية:

* نسبة الوقود إلى الهواء (النسبة المتكافئة) / نسبة الأكسجين إلى الوقود (لأنظمة الأكسجين إلى الوقود):

* الهدف: تحقيق الاحتراق الكامل. يُهدر الاحتراق غير الكامل الوقود، ويُخفض درجة حرارة اللهب، ويُنتج دخانًا أسود (سخامًا) يُلوث مصهور الزجاج، ويُسدّ المُجدِّدات/المبادلات الحرارية. يحمل الهواء الزائد حرارةً كبيرة، مما يُقلل من الكفاءة الحرارية، وقد يُفاقم تآكل التاج الناتج عن الأكسدة.

* التعديل: التحكم بدقة في نسبة الهواء إلى الوقود استنادًا إلى تحليل غازات المداخن (محتوى O₂ وCO).زجاج إلكترونيتحافظ أفران الخزانات عادة على محتوى غاز المداخن O₂ عند حوالي 1-3% (احتراق تحت ضغط إيجابي قليلاً).

* تأثير الغلاف الجوي: تؤثر نسبة الهواء إلى الوقود أيضًا على جو الفرن (الأكسدة أو الاختزال)، مما يؤثر بشكل طفيف على سلوك بعض مكونات الدفعة (مثل الحديد) ولون الزجاج. ومع ذلك، بالنسبة للزجاج الإلكتروني (الذي يتطلب شفافية عديمة اللون)، يكون هذا التأثير طفيفًا نسبيًا.

* طول اللهب وشكل:

* الهدف: تشكيل لهب يغطي سطح المصهور، ويمتلك صلابة معينة، ويتمتع بقدرة انتشار جيدة.

* اللهب الطويل مقابل اللهب القصير:

* لهب طويل: يغطي مساحة واسعة، وتوزيع الحرارة فيه متساوٍ نسبيًا، ويُسبب صدمة حرارية أقل للتاج. مع ذلك، قد لا تكون ذروة درجات الحرارة المحلية عالية بما يكفي، وقد لا يكون اختراق منطقة "حفر" الدفعة كافيًا.

* لهب قصير: صلابة قوية، درجة حرارة موضعية عالية، اختراق قوي لطبقة الدفعة، مما يُسهّل ذوبان "المواد الخام" بسرعة. مع ذلك، يكون التغطية غير متساوية، مما يُسبب ارتفاعًا في درجة الحرارة الموضعية (بقع ساخنة أكثر وضوحًا)، وصدمة حرارية كبيرة في التاج وجدار الصدر.

* التعديل: يتم ذلك بتعديل زاوية مسدس الحرق، وسرعة خروج الوقود/الهواء (نسبة الزخم)، وشدة الدوامات. غالبًا ما تستخدم أفران الخزانات الحديثة شعلات قابلة للتعديل متعددة المراحل.

* اتجاه اللهب (الزاوية):

* الهدف: نقل الحرارة بشكل فعال إلى الدفعة وسطح الزجاج المنصهر، وتجنب الاصطدام المباشر بالهب على جدار التاج أو الصدر.

* التعديل: ضبط زوايا الميل (الرأسي) والانحراف (الأفقي) لبندقية الموقد.

* زاوية الميل: تؤثر على تفاعل اللهب مع كومة الدفعة (أي انزلاقه) وتغطية سطح المصهور. قد تؤدي الزاوية المنخفضة جدًا (أي اللهب متجهًا للأسفل جدًا) إلى تآكل سطح المصهور أو كومة الدفعة، مما يتسبب في تآكل جدار الصدر. أما الزاوية المرتفعة جدًا (أي اللهب متجهًا للأعلى جدًا) فتؤدي إلى انخفاض الكفاءة الحرارية وزيادة تسخين التاج.

* زاوية الانحراف: تؤثر على توزيع اللهب عبر عرض الفرن وموضع النقطة الساخنة.

2. أهداف تنظيم اللهب:

* تكوين نقطة ساخنة منطقية: أنشئ أعلى منطقة حرارة (نقطة ساخنة) في الجزء الخلفي من خزان الصهر (عادةً بعد منطقة التجميد). تُعد هذه المنطقة بالغة الأهمية لتصفية الزجاج وتجانسه، وتعمل بمثابة "محرك" يتحكم في تدفق الزجاج المصهور (من النقطة الساخنة إلى وحدة شحن الدفعات وطرف العمل).

* تسخين سطح المنصهر بشكل موحد: تجنب ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاض التبريد الموضعي، مما يقلل من الحمل الحراري غير المتساوي و"المناطق الميتة" الناجمة عن تدرجات درجات الحرارة.

* حماية هيكل الفرن: منع اصطدام اللهب بالجدار التاجي والصدر، وتجنب ارتفاع درجة الحرارة الموضعي الذي يؤدي إلى التآكل الحراري المتسارع.

* نقل الحرارة بكفاءة: تعظيم كفاءة نقل الحرارة الإشعاعية والحملية من اللهب إلى الدفعة وسطح الزجاج المنصهر.

* مجال درجة الحرارة المستقرة: تقليل التقلبات لضمان جودة الزجاج المستقرة.

ثالثًا. التحكم المتكامل في درجة حرارة الانصهار وتنظيم اللهب

1. درجة الحرارة هي الهدف واللهب هو الوسيلة: تنظيم اللهب هو الطريقة الأساسية للتحكم في توزيع درجة الحرارة داخل الفرن، وخاصة موضع النقطة الساخنة ودرجة الحرارة.

٢. قياس درجة الحرارة والتغذية الراجعة: تُجرى مراقبة مستمرة لدرجة الحرارة باستخدام أجهزة قياس الحرارة، وأجهزة قياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، وأجهزة أخرى موضوعة في مواقع رئيسية بالفرن (شاحن الدفعات، منطقة الصهر، النقطة الساخنة، منطقة التصفية، الموقد الأمامي). تُشكل هذه القياسات أساسًا لضبط اللهب.

٣. أنظمة التحكم الآلي: تستخدم أفران الخزانات الحديثة واسعة النطاق أنظمة التحكم الموزع/التحكم المنطقي القابل للبرمجة (DCS/PLC) على نطاق واسع. تتحكم هذه الأنظمة تلقائيًا في اللهب ودرجة الحرارة من خلال ضبط معلمات مثل تدفق الوقود، وتدفق هواء الاحتراق، وزاوية/مخمدات الموقد، بناءً على منحنيات درجة الحرارة المحددة مسبقًا والقياسات اللحظية.

4. توازن العملية: من الضروري إيجاد توازن مثالي بين ضمان جودة الزجاج (الذوبان في درجات حرارة عالية، والتوضيح الجيد والتجانس) وحماية الفرن (تجنب درجات الحرارة المفرطة، واصطدام اللهب) مع تقليل استهلاك الطاقة.