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La gorgogliatura, una tecnica critica e ampiamente utilizzata nell'omogeneizzazione forzata, ha un impatto significativo e complesso sui processi di affinazione e omogeneizzazione del vetro fuso. Ecco un'analisi dettagliata.

1. Principio della tecnologia di gorgogliamento

La gorgogliatura prevede l'installazione di più file di gorgogliatori (ugelli) sul fondo del forno fusorio (tipicamente nella parte finale della zona di fusione o nella zona di affinamento). Un gas specifico, solitamente aria compressa, azoto o un gas inerte, viene iniettato nel vetro fuso ad alta temperatura in modo periodico o continuo. Il gas si espande e sale attraverso il vetro fuso, creando colonne di bolle ascendenti.

2. Impatto della formazione di bolle sul processo di chiarificazione (principalmente positivo)

L'ebollizione aiuta principalmente a rimuovere le bolle di gas, rendendo così il vetro più chiaro.

Promuovere la rimozione delle bolle

Effetto aspirazione: Si forma una zona di bassa pressione sulla scia delle grandi bolle che salgono, creando un "effetto pompaggio". Questo attira, raccoglie e fonde efficacemente le minuscole microbolle dal vetro fuso circostante, trasportandole in superficie per l'espulsione.

Solubilità del gas ridotta: Il gas iniettato, in particolare il gas inerte, può diluire i gas disciolti nel vetro fuso (ad esempio, SO₂, O₂, CO₂), riducendone la pressione parziale. Ciò facilita la dissoluzione dei gas disciolti nelle bolle ascendenti.

Supersaturazione locale ridotta: Le bolle ascendenti forniscono un'interfaccia gas-liquido pronta all'uso, facilitando la dissoluzione e la diffusione dei gas disciolti sovrasaturi nelle bolle.

Percorso di affinamento abbreviato: Le colonne di bolle in aumento agiscono come “piste veloci”, accelerando la migrazione dei gas disciolti e delle microbolle verso la superficie.

Rottura dello strato di schiuma: Vicino alla superficie, le bolle che salgono aiutano a rompere lo strato di schiuma densa che può impedire l'espulsione del gas.

Potenziali effetti negativi (richiedono controllo)

Introduzione di nuove bolle: Se i parametri di gorgogliamento (pressione, frequenza e purezza del gas) non vengono controllati correttamente o se gli ugelli sono ostruiti, il processo può introdurre nuove piccole bolle indesiderate. Se queste bolle non possono essere rimosse o dissolte durante la successiva chiarificazione, diventano difetti.

Selezione impropria del gas: Se il gas iniettato reagisce in modo sfavorevole con il vetro fuso o con i gas disciolti, potrebbe produrre gas o composti più difficili da rimuovere, ostacolando il processo di chiarificazione.

3. Impatto della formazione di bolle sul processo di omogeneizzazione (principalmente positivo)

La gorgogliatura migliora significativamente la miscelazione e l'omogeneizzazione delvetro fuso.

Convezione e agitazione migliorate

Circolazione verticale: Man mano che le colonne di bolle salgono, la loro bassa densità rispetto al vetro fuso crea un forte flusso verso l'alto. Per riempire il vetro che sale, il vetro circostante e quello inferiore scorrono orizzontalmente verso la colonna di bolle, creando un potentecircolazione verticaleOconvezioneQuesta convezione forzata accelera notevolmente la miscelazione orizzontale del vetro fuso.

Miscelazione di taglio: La differenza di velocità tra le bolle in risalita e il vetro fuso circostante genera forze di taglio, favorendo la miscelazione diffusiva tra strati di vetro adiacenti.

Rinnovo dell'interfaccia: L'agitazione delle bolle in risalita rinfresca continuamente le interfacce di contatto tra vetri di diversa composizione, migliorando l'efficienza della diffusione molecolare.

Interruzione della stratificazione e delle striature

La forte convezione rompe efficacementestratificazione chimica o termicaEstriaturecausati da differenze di densità, gradienti di temperatura o alimentazione non uniforme. Incorpora questi strati nel flusso principale per la miscelazione.

Ciò è particolarmente utile per eliminare“zone morte”sul fondo del serbatoio, riducendo la cristallizzazione o la grave disomogeneità causata dalla stagnazione prolungata.

Efficienza di omogeneizzazione migliorata

Rispetto alla convezione naturale o ai flussi a gradiente di temperatura, la convezione forzata generata dal gorgogliamento ha unmaggiore densità energetica e portata più ampiaCiò riduce notevolmente il tempo necessario per raggiungere il livello desiderato di omogeneità o consente di ottenere una maggiore uniformità nello stesso lasso di tempo.

Potenziali effetti negativi (richiedono attenzione)

Erosione del materiale refrattario: L'elevata velocità di flusso delle bolle ascendenti e l'intensa convezione da esse indotta possono causare una maggiore erosione e corrosione del fondo del serbatoio e dei materiali refrattari delle pareti laterali, riducendo la durata del forno. Ciò può anche introdurre prodotti di erosione nel vetro fuso, creando nuove fonti di disomogeneità (pietrisco, striature).

Interruzione dei modelli di flusso: Se la disposizione del punto di gorgogliamento, la dimensione delle bolle o la frequenza sono mal progettate, possono interferire con la temperatura originale e ottimale e con i campi di flusso naturali all'interno del serbatoio di fusione. Ciò potrebbe creare nuove regioni disomogenee o vortici.

4. Parametri di controllo chiave per la tecnologia di gorgogliamento

Posizione di gorgogliamento: Tipicamente nella parte finale della zona di fusione (per garantire che le materie prime siano per lo più fuse) e nella zona di affinamento. La posizione deve essere scelta in modo da ottimizzare i campi di flusso e temperatura.

Selezione del gas: Le opzioni includono aria (a basso costo, ma con forti proprietà ossidanti), azoto (inerti) e gas inerti come l'argon (con la migliore inerzia, ma costosi). La scelta dipende dalla composizione del vetro, dallo stato redox e dal costo.

Dimensione della bolla: L'ideale è produrre bolle più grandi (diversi millimetri o centimetri di diametro). Le bolle piccole salgono lentamente, hanno un debole effetto di aspirazione e potrebbero non essere facilmente espulse, diventando difetti. La dimensione delle bolle è controllata dal design dell'ugello e dalla pressione del gas.

Frequenza di gorgogliamento: Il gorgogliamento periodico (ad esempio, una volta ogni pochi minuti) è spesso più efficace del gorgogliamento continuo. Crea forti perturbazioni, consentendo al contempo l'espulsione delle bolle e la stabilizzazione del vetro. L'intensità (portata e pressione del gas) deve essere adeguata allo spessore e alla viscosità del vetro.

Disposizione del punto di ebollizione: La disposizione di più file in uno schema sfalsato che copra l'intera larghezza del serbatoio garantisce che la convezione raggiunga tutti gli angoli, evitando "zone morte". La spaziatura deve essere ottimizzata.

Purezza del gas: Per prevenire nuovi problemi, è necessario evitare impurità come umidità o altri gas.

In conclusione, il bubbling è una tecnologia cruciale che inietta gas nel vetro fuso per creare una forte circolazione verticale e agitazione. Questo non solo accelera significativamente il processo di affinazione interna, favorendo la fusione e l'espulsione di bolle piccole e grandi, ma rompe efficacemente anche gli strati disomogenei chimici e termici ed elimina le zone morte di flusso. Di conseguenza, migliora notevolmente l'efficienza di omogeneizzazione e la qualità del vetro. Tuttavia, un controllo rigoroso su parametri chiave come la selezione del gas, la posizione, la frequenza e la dimensione delle bolle è essenziale per evitare l'introduzione di nuovi difetti nelle bolle, il peggioramento dell'erosione del refrattario o l'interruzione del campo di flusso originale. Pertanto, pur presentando potenziali svantaggi, il bubbling è una tecnologia chiave che può essere ottimizzata per migliorare significativamente la produzione del vetro.