Els principals factors del procés que afecten la fusió del vidre van més enllà de la pròpia etapa de fusió, ja que estan influenciats per condicions prèvies a la fusió, com ara la qualitat de la matèria primera, el tractament i control del cullet, les propietats del combustible, els materials refractaris del forn, la pressió del forn, l'atmosfera i la selecció d'agents afinants. A continuació es mostra una anàlisi detallada d'aquests factors:
ⅠPreparació de matèries primeres i control de qualitat
1. Composició química del lot
SiO₂ i compostos refractaris: El contingut de SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ i altres compostos refractaris afecta directament la velocitat de fusió. Un contingut més alt augmenta la temperatura de fusió necessària i el consum d'energia.
Òxids de metalls alcalins (per exemple, Na₂O, Li₂O): Redueixen la temperatura de fusió. El Li₂O, a causa del seu petit radi iònic i la seva alta electronegativitat, és particularment eficaç i pot millorar les propietats físiques del vidre.
2. Pretractament per lots
Control de la humitat:
Humitat òptima (3% ~ 5%): Millora la humectació i la reacció, redueix la pols i la segregació;
Humitat excessiva: Provoca errors de pesatge i allarga el temps de clarificació.
Distribució de la mida de les partícules:
Partícules gruixudes excessives: redueix l'àrea de contacte de la reacció, prolonga el temps de fusió;
Partícules fines excessives: Provoca aglomeració i adsorció electrostàtica, cosa que dificulta una fusió uniforme.
3. Gestió de cullets
El cullet ha d'estar net, lliure d'impureses i ha de coincidir amb la mida de les partícules de les matèries primeres fresques per evitar la introducció de bombolles o residus no fosos.
Ⅱ. Disseny de fornsi Propietats del Combustible
1. Selecció de materials refractaris
Resistència a l'erosió a altes temperatures: s'han d'utilitzar maons d'alt contingut de zirconi i maons de corindó de zirconi electrofusionats (AZS) a la zona de la paret de la piscina, el fons del forn i altres zones que entrin en contacte amb el líquid de vidre, per tal de minimitzar els defectes de pedra causats per l'erosió i l'escorçament químics.
Estabilitat tèrmica: resisteix les fluctuacions de temperatura i evita l'esquerdament refractari a causa del xoc tèrmic.
2. Eficiència del combustible i de la combustió
El valor calorífic del combustible i l'atmosfera de combustió (oxidant/reductora) han de coincidir amb la composició del vidre. Per exemple:
Gas natural/petroli pesant: requereix un control precís de la relació aire-combustible per evitar residus de sulfur;
Fusió elèctrica: adequada per a la fusió d'alta precisió (per exemple,vidre òptic) però consumeix més energia.
IIIOptimització dels paràmetres del procés de fusió
1. Control de temperatura
Temperatura de fusió (1450~1500℃): Un augment d'1℃ de la temperatura pot augmentar la velocitat de fusió en un 1%, però l'erosió refractària es duplica. Cal un equilibri entre l'eficiència i la vida útil de l'equip.
Distribució de la temperatura: El control del gradient a les diferents zones del forn (fusió, afinament, refredament) és essencial per evitar el sobreescalfament local o els residus no fosos.
2. Atmosfera i pressió
Atmosfera oxidant: Promou la descomposició orgànica però pot intensificar l'oxidació de sulfurs;
Atmosfera reductora: Suprimeix la coloració del Fe³+ (per al vidre incolor) però requereix evitar la deposició de carboni;
Estabilitat de la pressió del forn: una lleugera pressió positiva (+2~5 Pa) impedeix l'entrada d'aire fred i garanteix l'eliminació de bombolles.
3. Agents de clarificació i fluxos
Fluorurs (per exemple, CaF₂): Redueixen la viscositat de la fosa i acceleren l'eliminació de bombolles;
Nitrats (p. ex., NaNO₃): Alliberen oxigen per promoure la clarificació oxidativa;
Fluxos compostos**: p. ex., Li₂CO₃ + Na₂CO₃, temperatura de fusió sinèrgicament més baixa.
ⅣMonitorització dinàmica del procés de fusió
1. Viscositat i fluïdesa de la fosa
Monitorització en temps real mitjançant viscosímetres rotacionals per ajustar la temperatura o les relacions de flux per a unes condicions de conformació òptimes.
2. Eficiència d'eliminació de bombolles
Observació de la distribució de bombolles mitjançant tècniques de raigs X o d'imatge per optimitzar la dosi de l'agent de clarificació i la pressió del forn.
ⅤProblemes comuns i estratègies de millora
| Problemes | Causa arrel | La solució |
| Pedres de vidre (partícules sense fondre) | Partícules gruixudes o mala barreja | Optimitzar la mida de les partícules, millorar la premescla |
| Bombolles residuals | Agent clarificant insuficient o fluctuacions de pressió | Augmentar la dosi de fluorur, estabilitzar la pressió del forn |
| Erosió refractària severa | Temperatura excessiva o materials no compatibles | Utilitzeu maons d'alta zircònia, reduïu els gradients de temperatura |
| Ratxes i defectes | Homogeneïtzació inadequada | Allargar el temps d'homogeneïtzació, optimitzar l'agitació |
Conclusió
La fusió del vidre és el resultat de la sinergia entre les matèries primeres, els equips i els paràmetres del procés. Requereix una gestió meticulosa del disseny de la composició química, l'optimització de la mida de les partícules, les actualitzacions del material refractari i el control dinàmic dels paràmetres del procés. Mitjançant l'ajust científic dels fluxos, l'estabilització de l'entorn de fusió (temperatura/pressió/atmosfera) i l'ús de tècniques d'afinació eficients, l'eficiència de la fusió i la qualitat del vidre es poden millorar significativament, alhora que es redueix el consum d'energia i els costos de producció.
Data de publicació: 14 de març de 2025
