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E-glass (fibra di vetro priva di alcali)La produzione in forni a vasca è un processo di fusione complesso ad alta temperatura. Il profilo della temperatura di fusione è un punto critico del processo, che influenza direttamente la qualità del vetro, l'efficienza di fusione, il consumo energetico, la durata del forno e le prestazioni finali della fibra. Questo profilo di temperatura si ottiene principalmente regolando le caratteristiche della fiamma e l'alimentazione elettrica.

I. Temperatura di fusione del vetro E

1. Intervallo di temperatura di fusione:

La fusione completa, la chiarificazione e l'omogeneizzazione del vetro E richiedono in genere temperature estremamente elevate. La temperatura tipica della zona di fusione (punto caldo) varia generalmente tra 1500 °C e 1600 °C.

La temperatura target specifica dipende da:

* Composizione del lotto: formulazioni specifiche (ad esempio, presenza di fluoro, contenuto di boro alto/basso, presenza di titanio) influiscono sulle caratteristiche di fusione.

* Progettazione della fornace: tipo di fornace, dimensioni, efficacia dell'isolamento e disposizione del bruciatore.

* Obiettivi di produzione: velocità di fusione desiderata e requisiti di qualità del vetro.

* Materiali refrattari: la velocità di corrosione dei materiali refrattari ad alte temperature limita la temperatura superiore.

La temperatura della zona di chiarificazione è solitamente leggermente inferiore alla temperatura del punto caldo (circa 20-50°C in meno) per facilitare la rimozione delle bolle e l'omogeneizzazione del vetro.

La temperatura dell'estremità di lavoro (avancrogiolo) è notevolmente inferiore (tipicamente 1200°C – 1350°C), portando la massa di vetro fusa alla viscosità e alla stabilità appropriate per la trafilatura.

2. Importanza del controllo della temperatura:

* Efficienza di fusione: temperature sufficientemente elevate sono fondamentali per garantire la completa reazione dei materiali del lotto (sabbia di quarzo, pirofillite, acido borico/colemanite, calcare, ecc.), la completa dissoluzione dei granelli di sabbia e il completo rilascio del gas. Una temperatura insufficiente può causare residui di "materia prima" (particelle di quarzo non fuse), pietre e un aumento delle bolle.

* Qualità del vetro: le alte temperature favoriscono la chiarificazione e l'omogeneizzazione del vetro fuso, riducendo difetti come cordoni, bolle e schegge. Questi difetti incidono gravemente sulla resistenza delle fibre, sul tasso di rottura e sulla continuità.

* Viscosità: la temperatura influenza direttamente la viscosità del vetro fuso. La trafilatura delle fibre richiede che il vetro fuso rientri in un intervallo di viscosità specifico.

* Corrosione dei materiali refrattari: temperature eccessivamente elevate accelerano drasticamente la corrosione dei materiali refrattari del forno (in particolare i mattoni AZS elettrofusi), riducendo la durata del forno e potenzialmente introducendo pietre refrattarie.

* Consumo energetico: il mantenimento di temperature elevate è la principale fonte di consumo energetico nei forni a vasca (tipicamente rappresenta oltre il 60% del consumo energetico totale della produzione). Un controllo preciso della temperatura per evitare temperature eccessive è fondamentale per il risparmio energetico.

II. Regolazione della fiamma

La regolazione della fiamma è un metodo fondamentale per controllare la distribuzione della temperatura di fusione, ottenere una fusione efficiente e proteggere la struttura del forno (in particolare la volta). Il suo obiettivo principale è creare un campo termico e un'atmosfera ideali.

1. Parametri di regolamentazione chiave:

* Rapporto carburante-aria (rapporto stechiometrico) / Rapporto ossigeno-carburante (per sistemi ossigeno-combustibile):

* Obiettivo: ottenere una combustione completa. Una combustione incompleta spreca combustibile, abbassa la temperatura della fiamma, produce fumo nero (fuliggine) che contamina la fusione del vetro e ostruisce i rigeneratori/scambiatori di calore. L'aria in eccesso trasporta una quantità significativa di calore, riducendo l'efficienza termica e può intensificare la corrosione per ossidazione della corona.

* Regolazione: controllo preciso del rapporto aria/carburante in base all'analisi dei gas di combustione (contenuto di O₂, CO).Vetro elettronicoi forni a serbatoio mantengono in genere il contenuto di O₂ nei gas di combustione a circa l'1-3% (combustione a pressione leggermente positiva).

* Impatto atmosferico: il rapporto aria/combustibile influenza anche l'atmosfera del forno (ossidante o riducente), che ha effetti sottili sul comportamento di alcuni componenti del lotto (come il ferro) e sul colore del vetro. Tuttavia, per il vetro E (che richiede trasparenza incolore), questo impatto è relativamente minore.

* Lunghezza e forma della fiamma:

* Obiettivo: formare una fiamma che copra la superficie fusa, abbia una certa rigidità e una buona spalmabilità.

* Fiamma lunga vs. Fiamma corta:

* Fiamma lunga: copre un'area ampia, la distribuzione della temperatura è relativamente uniforme e causa meno shock termico alla corona. Tuttavia, i picchi di temperatura locali potrebbero non essere sufficientemente elevati e la penetrazione nella zona di "perforazione" del lotto potrebbe essere insufficiente.

* Fiamma corta: forte rigidità, elevata temperatura locale, forte penetrazione nello strato di lotto, che favorisce la rapida fusione delle "materie prime". Tuttavia, la copertura è irregolare, causando facilmente surriscaldamento localizzato (punti caldi più pronunciati) e shock termico significativo alla corona e alla parete del torace.

* Regolazione: si ottiene regolando l'angolazione del bruciatore, la velocità di uscita del combustibile/aria (rapporto di quantità di moto) e l'intensità del vortice. I moderni forni a serbatoio utilizzano spesso bruciatori regolabili multistadio.

* Direzione della fiamma (angolo):

* Obiettivo: trasferire efficacemente il calore al lotto e alla superficie del vetro fuso, evitando il contatto diretto della fiamma con la corona o la parete del seno.

* Regolazione: regolare gli angoli di beccheggio (verticale) e di imbardata (orizzontale) della pistola del bruciatore.

* Angolo di inclinazione: influenza l'interazione della fiamma con la pila di lotti ("leccamento della pila") e la copertura della superficie del fuso. Un angolo troppo basso (fiamma troppo rivolta verso il basso) potrebbe erodere la superficie del fuso o la pila di lotti, causando residui che corrodono la parete del torace. Un angolo troppo alto (fiamma troppo rivolta verso l'alto) si traduce in una bassa efficienza termica e in un riscaldamento eccessivo della corona.

* Angolo di imbardata: influenza la distribuzione della fiamma lungo la larghezza del forno e la posizione del punto caldo.

2. Obiettivi della regolazione della fiamma:

* Creare un punto caldo razionale: creare la zona a temperatura più elevata (punto caldo) nella parte posteriore del serbatoio di fusione (solitamente dopo la cuccia). Questa è l'area critica per la chiarificazione e l'omogeneizzazione del vetro e funge da "motore" che controlla il flusso di vetro fuso (dal punto caldo verso il caricatore di lotto e l'estremità di lavoro).

* Riscaldamento uniforme della superficie di fusione: evita il surriscaldamento o il sottoraffreddamento localizzato, riducendo la convezione irregolare e le "zone morte" causate dai gradienti di temperatura.

* Proteggere la struttura del forno: impedire che la fiamma colpisca la corona e la parete del forno, evitando il surriscaldamento localizzato che porta ad una corrosione refrattaria accelerata.

* Trasferimento di calore efficiente: massimizza l'efficienza del trasferimento di calore radiante e convettivo dalla fiamma al lotto e alla superficie del vetro fuso.

* Campo di temperatura stabile: riduce le fluttuazioni per garantire una qualità del vetro stabile.

III. Controllo integrato della temperatura di fusione e regolazione della fiamma

1. La temperatura è l'obiettivo, la fiamma è il mezzo: la regolazione della fiamma è il metodo principale per controllare la distribuzione della temperatura all'interno del forno, in particolare la posizione del punto caldo e la temperatura.

2. Misurazione e feedback della temperatura: il monitoraggio continuo della temperatura viene effettuato utilizzando termocoppie, pirometri a infrarossi e altri strumenti posizionati in punti chiave del forno (caricatore, zona di fusione, punto caldo, zona di affinamento, avancrogiolo). Queste misurazioni servono come base per la regolazione della fiamma.

3. Sistemi di controllo automatico: i moderni forni a vasca di grandi dimensioni utilizzano ampiamente sistemi DCS/PLC. Questi sistemi controllano automaticamente la fiamma e la temperatura regolando parametri come il flusso di combustibile, il flusso dell'aria di combustione, l'angolo del bruciatore/le serrande, sulla base di curve di temperatura preimpostate e misurazioni in tempo reale.

4. Equilibrio del processo: è essenziale trovare un equilibrio ottimale tra la garanzia della qualità del vetro (fusione ad alta temperatura, buona chiarificazione e omogeneizzazione) e la protezione del forno (evitando temperature eccessive, contatto con la fiamma), riducendo al contempo il consumo di energia.