أخبار

زجاج إلكتروني (ألياف زجاجية خالية من القلويات)يُعدّ إنتاج الزجاج في أفران الخزانات عملية صهر معقدة وعالية الحرارة. ويُمثّل منحنى درجة حرارة الصهر نقطة تحكّم حاسمة في العملية، إذ يؤثر بشكل مباشر على جودة الزجاج، وكفاءة الصهر، واستهلاك الطاقة، وعمر الفرن، وأداء الألياف النهائية. ويتمّ تحقيق هذا المنحنى الحراري بشكل أساسي من خلال ضبط خصائص اللهب والتحفيز الكهربائي.

أولاً: درجة انصهار الزجاج الإلكتروني

1. نطاق درجة الانصهار:

تتطلب عملية الصهر الكامل والتصفية والتجانس للزجاج الإلكتروني درجات حرارة عالية للغاية. وتتراوح درجة حرارة منطقة الصهر النموذجية (البقعة الساخنة) عمومًا بين 1500 درجة مئوية و1600 درجة مئوية.

تعتمد درجة الحرارة المستهدفة المحددة على:

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

* تصميم الفرن: نوع الفرن، حجمه، فعالية العزل، وترتيب الموقد.

* أهداف الإنتاج: معدل الذوبان المطلوب ومتطلبات جودة الزجاج.

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

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

تكون درجة حرارة الطرف العامل (الفرن الأمامي) أقل بكثير (عادةً 1200 درجة مئوية - 1350 درجة مئوية)، مما يجعل مصهور الزجاج يتمتع باللزوجة والاستقرار المناسبين للسحب.

2. أهمية التحكم في درجة الحرارة:

كفاءة الصهر: تُعدّ درجات الحرارة العالية الكافية ضرورية لضمان التفاعل الكامل لمواد الخلطة (رمل الكوارتز، البيروفيليت، حمض البوريك/الكوليمانيت، الحجر الجيري، إلخ)، والذوبان التام لحبيبات الرمل، وإطلاق الغاز بشكل كامل. قد تؤدي درجات الحرارة غير الكافية إلى بقايا "مواد خام" (جزيئات كوارتز غير منصهرة)، وأحجار، وزيادة الفقاعات.

* جودة الزجاج: تعمل درجات الحرارة العالية على تعزيز صفاء وتجانس الزجاج المنصهر، مما يقلل من العيوب مثل الخيوط والفقاعات والحصى. تؤثر هذه العيوب بشدة على قوة الألياف ومعدل الكسر واستمراريتها.

* اللزوجة: تؤثر درجة الحرارة بشكل مباشر على لزوجة الزجاج المنصهر. تتطلب عملية سحب الألياف أن يكون الزجاج المنصهر ضمن نطاق لزوجة محدد.

* تآكل المواد المقاومة للحرارة: تؤدي درجات الحرارة المرتفعة للغاية إلى تسريع تآكل المواد المقاومة للحرارة في الأفران بشكل كبير (خاصة الطوب AZS المدمج كهربائياً)، مما يؤدي إلى تقصير عمر الفرن وربما إدخال أحجار مقاومة للحرارة.

* استهلاك الطاقة: يُعدّ الحفاظ على درجات حرارة عالية المصدر الرئيسي لاستهلاك الطاقة في أفران الخزانات (حيث يُمثّل عادةً أكثر من 60% من إجمالي استهلاك الطاقة في الإنتاج). ويُعدّ التحكم الدقيق في درجة الحرارة لتجنّب درجات الحرارة المرتفعة للغاية أمرًا أساسيًا لتوفير الطاقة.

ثانياً: تنظيم اللهب

يُعد تنظيم اللهب وسيلة أساسية للتحكم في توزيع درجة حرارة الانصهار، وتحقيق انصهار فعال، وحماية هيكل الفرن (وخاصة قمته). هدفه الرئيسي هو خلق مجال حراري وجو مثاليين.

1. معايير التنظيم الرئيسية:

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

الهدف: تحقيق احتراق كامل. يؤدي الاحتراق غير الكامل إلى هدر الوقود، وانخفاض درجة حرارة اللهب، وإنتاج دخان أسود (سخام) يلوث مصهور الزجاج، ويتسبب في انسداد أجهزة التجديد/المبادلات الحرارية. كما أن الهواء الزائد يحمل معه كمية كبيرة من الحرارة، مما يقلل من الكفاءة الحرارية، وقد يزيد من تآكل التاج الناتج عن الأكسدة.

* التعديل: التحكم بدقة في نسبة الهواء إلى الوقود بناءً على تحليل غازات المداخن (محتوى الأكسجين وثاني أكسيد الكربون).زجاج إلكترونيتحافظ أفران الخزانات عادةً على محتوى غازات الاحتراق O₂ عند حوالي 1-3٪ (احتراق بضغط إيجابي طفيف).

* تأثير الغلاف الجوي: تؤثر نسبة الهواء إلى الوقود أيضًا على جو الفرن (مؤكسدًا أو مختزلًا)، مما يُحدث تأثيرات طفيفة 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 وشكله:

* الهدف: تشكيل لهب يغطي سطح المصهور، ويتمتع بصلابة معينة، وقابلية جيدة للانتشار.

* اللهب الطويل مقابل اللهب القصير:

* اللهب الطويل: يغطي مساحة واسعة، وتوزيع درجة الحرارة فيه متجانس نسبيًا، ويُسبب صدمة حرارية أقل للتاج. مع ذلك، قد لا تكون ذروة درجة الحرارة الموضعية عالية بما يكفي، وقد يكون الاختراق في منطقة "الحفر" غير كافٍ.

* اللهب القصير: صلابة قوية، ودرجة حرارة محلية عالية، واختراق قوي لطبقة الخلطة، مما يؤدي إلى انصهار سريع للمواد الخام. ومع ذلك، فإن التغطية غير متساوية، مما يتسبب بسهولة في ارتفاع درجة الحرارة الموضعي (بقع ساخنة أكثر وضوحًا)، وصدمة حرارية كبيرة لجدار التاج والصدر.

* الضبط: يتم ذلك عن طريق ضبط زاوية فوهة الموقد، وسرعة خروج الوقود/الهواء (نسبة الزخم)، وشدة الدوامة. غالبًا ما تستخدم أفران الخزانات الحديثة مواقد قابلة للتعديل متعددة المراحل.

* اتجاه اللهب (الزاوية):

* الهدف: نقل الحرارة بشكل فعال إلى الدفعة وسطح الزجاج المنصهر، وتجنب اصطدام اللهب المباشر بجدار التاج أو الصدر.

* التعديل: اضبط زوايا الميل (الرأسي) والانحراف (الأفقي) لمسدس الاحتراق.

* زاوية ميل اللهب: تؤثر على تفاعل اللهب مع خليط الصهر ("ملامسة الخليط") وتغطية سطح الصهر. قد تؤدي الزاوية المنخفضة جدًا (اللهب متجهًا للأسفل) إلى تآكل سطح الصهر أو خليط الصهر، مما يتسبب في انتقال الحرارة وتآكل جدار الفرن. أما الزاوية المرتفعة جدًا (اللهب متجهًا للأعلى) فتؤدي إلى انخفاض الكفاءة الحرارية وارتفاع درجة حرارة الجزء العلوي من الفرن بشكل مفرط.

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

2. أهداف تنظيم اللهب:

* تكوين منطقة ساخنة فعّالة: قم بإنشاء منطقة ذات درجة حرارة عالية (منطقة ساخنة) في الجزء الخلفي من خزان الصهر (عادةً بعد حجرة التجميع). هذه المنطقة هي المنطقة الحرجة لتنقية الزجاج وتجانسه، وتعمل كـ "محرك" يتحكم في تدفق الزجاج المنصهر (من المنطقة الساخنة باتجاه وحدة التغذية ونهاية العمل).

* تسخين سطح الذوبان بشكل موحد: تجنب التسخين الزائد أو التبريد الناقص الموضعي، مما يقلل من الحمل الحراري غير المتساوي و"المناطق الميتة" الناتجة عن تدرجات درجة الحرارة.

* حماية هيكل الفرن: منع اصطدام اللهب بجدار التاج والجدار الأمامي، وتجنب ارتفاع درجة الحرارة الموضعي الذي يؤدي إلى تآكل المواد المقاومة للحرارة بشكل متسارع.

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

* مجال درجة حرارة مستقر: تقليل التقلبات لضمان جودة زجاج مستقرة.

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 ودرجة حرارة البقعة الساخنة.

2. قياس درجة الحرارة ومراقبتها: يتم إجراء مراقبة مستمرة لدرجة الحرارة باستخدام أجهزة قياس الحرارة، ومقاييس الإشعاع الحراري بالأشعة تحت الحمراء، وغيرها من الأدوات الموضوعة في مواقع رئيسية داخل الفرن (مُشغِّل الدفعات، منطقة الانصهار، البقعة الساخنة، منطقة التصفية، الموقد الأمامي). وتُستخدم هذه القياسات كأساس لضبط اللهب.

3. أنظمة التحكم الآلي: تستخدم أفران الخزانات الحديثة واسعة النطاق على نطاق واسع أنظمة DCS/PLC. تتحكم هذه الأنظمة تلقائيًا في اللهب ودرجة الحرارة من خلال ضبط معايير مثل تدفق الوقود، وتدفق هواء الاحتراق، وزاوية الموقد/المخمدات، بناءً على منحنيات درجة الحرارة المحددة مسبقًا والقياسات الآنية.

4. توازن العملية: من الضروري إيجاد توازن مثالي بين ضمان جودة الزجاج (الصهر بدرجة حرارة عالية، والتصفية الجيدة والتجانس) وحماية الفرن (تجنب درجات الحرارة المفرطة، واصطدام اللهب) مع تقليل استهلاك الطاقة.