nyheter

Bubbling, en kritisk och allmänt använd teknik inom forcerad homogenisering, påverkar på ett betydande och komplext sätt finfördelnings- och homogeniseringsprocesserna för smält glas. Här är en detaljerad analys.

1. Principen för bubbelteknik

Bubbling innebär att flera rader av bubblor (munstycken) installeras i botten av smältugnen (vanligtvis i den senare delen av smältzonen eller finfördelningszonen). En specifik gas, vanligtvis tryckluft, kväve eller en inert gas, injiceras i det högtemperatursmälta glaset på ett periodiskt eller kontinuerligt sätt. Gasen expanderar och stiger genom det smälta glaset, vilket skapar kolonner av stigande bubblor.

2. Bubblingens inverkan på finingsprocessen (främst positiv)

Bubbling hjälper främst till att ta bort gasbubblor, och därigenom klargöra glaset.

Främjar borttagning av bubblor

SugeffektEn lågtryckszon bildas i kölvattnet av de stora, stigande bubblorna, vilket skapar en "pumpeffekt". Denna drar effektivt in, samlar och sammanfogar små mikrobubblor från det omgivande smälta glaset, och transporterar dem till ytan för utstötning.

Minskad gaslöslighetDen injicerade gasen, särskilt inert gas, kan späda ut de upplösta gaserna i det smälta glaset (t.ex. SO₂, O₂, CO₂), vilket minskar deras partialtryck. Detta underlättar upplösningen av upplösta gaser i de uppstigande bubblorna.

Minskad lokal övermättnadDe stigande bubblorna bildar ett färdigt gas-vätska-gränssnitt, vilket gör det lättare för övermättade upplösta gaser att lösas upp och diffundera in i bubblorna.

Förkortad finfördelningsvägDe stigande bubbelpelarna fungerar som "snabbspår" som accelererar migrationen av upplösta gaser och mikrobubblor mot ytan.

Störning av skumlagerNära ytan hjälper stigande bubblor till att bryta upp det täta skumlagret som kan hindra gasutdrivning.

Potentiella negativa effekter (kräver kontroll)

Introduktion av nya bubblorOm bubbelparametrarna (gastryck, frekvens och renhet) kontrolleras felaktigt eller om munstyckena är blockerade kan processen introducera oönskade nya små bubblor. Om dessa bubblor inte kan avlägsnas eller lösas upp vid efterföljande fining blir de defekter.

Felaktigt gasvalOm den injicerade gasen reagerar ogynnsamt med det smälta glaset eller de upplösta gaserna kan den producera mer svåravlägsnade gaser eller föreningar, vilket hindrar finfördelningsprocessen.

3. Bubblingens inverkan på homogeniseringsprocessen (främst positiv)

Bubbling förbättrar blandningen och homogeniseringen avsevärtsmält glas.

Förbättrad konvektion och omrörning

Vertikal cirkulationNär bubbelpelarna stiger skapar deras låga densitet jämfört med det smälta glaset ett starkt uppåtgående flöde. För att fylla på det stigande glaset strömmar det omgivande och bottenglaset horisontellt mot bubbelpelaren, vilket skapar en kraftfullvertikal cirkulationellerkonvektionDenna påtvingade konvektion accelererar kraftigt den horisontella blandningen av det smälta glaset.

SkjuvblandningHastighetsskillnaden mellan de stigande bubblorna och det omgivande smälta glaset genererar skjuvkrafter, vilket främjar diffus blandning mellan intilliggande glaslager.

GränssnittsförnyelseOmrörningen från de stigande bubblorna uppdaterar kontinuerligt kontaktytan mellan glas med olika sammansättningar, vilket förbättrar effektiviteten i molekylär diffusion.

Störning av stratifiering och strimmor

Stark konvektion bryter effektivt uppkemisk eller termisk stratifieringochstrimmororsakas av densitetsskillnader, temperaturgradienter eller ojämn matning. Den införlivar dessa lager i huvudflödet för blandning.

Detta är särskilt användbart för att eliminera"döda zoner"på botten av tanken, vilket minskar kristallisationen eller orsakar allvarlig inhomogenitet på grund av långvarig stagnation.

Förbättrad homogeniseringseffektivitet

Jämfört med naturlig konvektion eller temperaturgradientflöden har den forcerade konvektionen som genereras av bubbling enhögre energitäthet och bredare räckviddDetta förkortar avsevärt den tid som krävs för att uppnå en önskad nivå av homogenitet eller uppnå högre enhetlighet inom samma tidsram.

Potentiella negativa effekter (kräver uppmärksamhet)

Erosion av eldfasta materialDet höghastighetsflödet av stigande bubblor och den intensiva konvektion de orsakar kan orsaka starkare erosion och korrosion av tankens botten och sidoväggarnas eldfasta material, vilket förkortar ugnens livslängd. Detta kan också introducera erosionsprodukter i det smälta glaset, vilket skapar nya källor till inhomogenitet (stenar, strimmor).

Störningar i flödesmönsterOm bubbelpunktens layout, bubbelstorlek eller frekvens är dåligt utformade kan de störa den ursprungliga, gynnsamma temperaturen och de naturliga flödesfälten i smälttanken. Detta kan skapa nya inhomogena regioner eller virvlar.

4. Viktiga kontrollparametrar för bubbelteknik

Bubblande positionVanligtvis i den senare delen av smältzonen (vilket säkerställer att råmaterialen till största delen smälts) och finfördelningszonen. Positionen måste väljas för att optimera flödes- och temperaturfälten.

GasvalAlternativen inkluderar luft (låg kostnad, men starka oxiderande egenskaper), kväve (inert) och inerta gaser som argon (bäst inerthet, men dyr). Valet beror på glasets sammansättning, redoxtillstånd och kostnad.

BubbelstorlekIdealet är att producera större bubblor (några millimeter till centimeter i diameter). Små bubblor stiger långsamt, har en svag sugeffekt och kan vara svåra att stöta ut, vilket leder till defekter. Bubbelstorleken styrs av munstyckets design och gastryck.

BubbelfrekvensPeriodisk bubbling (t.ex. varannan minut) är ofta mer effektivt än kontinuerlig bubbling. Det skapar starka störningar samtidigt som det ger tid för bubblor att stötas ut och glaset att stabiliseras. Intensiteten (gasflödeshastighet och tryck) måste anpassas till glasets djup och viskositet.

Bubbling Point-layoutGenom att arrangera flera rader i ett förskjutet mönster som täcker hela tankens bredd säkerställs att konvektionen når alla hörn, vilket förhindrar "döda zoner". Avståndet behöver optimeras.

GasrenhetFöroreningar som fukt eller andra gaser måste undvikas för att förhindra nya problem.

Sammanfattningsvis är bubbling en avgörande teknik som injicerar gas i smält glas för att skapa stark vertikal cirkulation och omrörning. Detta accelererar inte bara den interna finfördelningsprocessen avsevärt, vilket hjälper små och stora bubblor att smälta samman och stötas ut, utan bryter också effektivt upp kemiska och termiskt inhomogena lager och eliminerar döda flödeszoner. Följaktligen förbättrar det avsevärt homogeniseringseffektiviteten och kvaliteten på glaset. Strikt kontroll över viktiga parametrar som gasval, position, frekvens och bubbelstorlek är dock avgörande för att undvika att nya bubbeldefekter introduceras, förvärra eldfast erosion eller störa det ursprungliga flödesfältet. Därför, även om det har potentiella nackdelar, är bubbling en nyckelteknik som kan optimeras för att avsevärt förbättra glastillverkningen.