notícias

A formação de bolhas, uma técnica crucial e amplamente utilizada na homogeneização forçada, impacta de forma significativa e complexa os processos de refino e homogeneização do vidro fundido. Apresentamos aqui uma análise detalhada.

1. Princípio da Tecnologia de Borbulhamento

O processo de borbulhamento consiste na instalação de múltiplas fileiras de borbulhadores (bicos) na parte inferior do forno de fusão (normalmente na parte final da zona de fusão ou na zona de refino). Um gás específico, geralmente ar comprimido, nitrogênio ou um gás inerte, é injetado no vidro fundido em alta temperatura de forma periódica ou contínua. O gás se expande e sobe através do vidro fundido, criando colunas de bolhas ascendentes.

2. Impacto da formação de bolhas no processo de clarificação (principalmente positivo)

A formação de bolhas ajuda principalmente a remover as bolhas de gás, clarificando assim o copo.

Promovendo a remoção de bolhas

Efeito de sucçãoUma zona de baixa pressão se forma na esteira das grandes bolhas ascendentes, criando um "efeito de bombeamento". Isso atrai, reúne e funde eficientemente minúsculas microbolhas do vidro fundido circundante, transportando-as para a superfície para serem expelidas.

Solubilidade reduzida do gásO gás injetado, especialmente o gás inerte, pode diluir os gases dissolvidos no vidro fundido (por exemplo, SO₂, O₂, CO₂), reduzindo sua pressão parcial. Isso facilita a exsolução dos gases dissolvidos nas bolhas ascendentes.

Redução da supersaturação localAs bolhas ascendentes fornecem uma interface gás-líquido pronta, facilitando a exsolução e a difusão de gases dissolvidos supersaturados para dentro das bolhas.

Caminho de clarificação encurtadoAs colunas de bolhas ascendentes atuam como "vias rápidas", acelerando a migração de gases dissolvidos e microbolhas em direção à superfície.

Ruptura da camada de espumaPróximo à superfície, as bolhas ascendentes ajudam a quebrar a densa camada de espuma que pode impedir a expulsão do gás.

Possíveis efeitos negativos (requerem controle)

Introdução de novas bolhasSe os parâmetros de borbulhamento (pressão, frequência e pureza do gás) não forem controlados adequadamente ou se os bicos estiverem obstruídos, o processo pode introduzir novas bolhas pequenas indesejadas. Se essas bolhas não puderem ser removidas ou dissolvidas em processos de refino subsequentes, elas se tornarão defeitos.

Seleção inadequada de gásSe o gás injetado reagir desfavoravelmente com o vidro fundido ou com os gases dissolvidos, poderá produzir gases ou compostos mais difíceis de remover, prejudicando o processo de refino.

3. Impacto da formação de bolhas no processo de homogeneização (principalmente positivo)

A formação de bolhas melhora significativamente a mistura e a homogeneização dovidro fundido.

Convecção e agitação aprimoradas

Circulação verticalÀ medida que as colunas de bolhas sobem, sua baixa densidade em comparação com o vidro fundido cria um forte fluxo ascendente. Para repor o vidro ascendente, o vidro circundante e o vidro da base fluem horizontalmente em direção à coluna de bolhas, criando uma poderosa corrente.circulação verticalouconvecçãoEssa convecção forçada acelera consideravelmente a mistura horizontal do vidro fundido.

Mistura por cisalhamentoA diferença de velocidade entre as bolhas ascendentes e o vidro fundido circundante gera forças de cisalhamento, promovendo a mistura difusiva entre as camadas adjacentes de vidro.

Renovação da interfaceA agitação provocada pelas bolhas ascendentes renova continuamente as interfaces de contato entre os vidros de diferentes composições, melhorando a eficiência da difusão molecular.

Ruptura da estratificação e estriações

A forte convecção quebra eficazmenteestratificação química ou térmicaeestriascausadas por diferenças de densidade, gradientes de temperatura ou alimentação irregular. Incorpora essas camadas ao fluxo principal para mistura.

Isso é especialmente útil para eliminar“zonas mortas”no fundo do tanque, reduzindo a cristalização ou a heterogeneidade severa causada pela estagnação prolongada.

Eficiência de homogeneização aprimorada

Em comparação com a convecção natural ou fluxos com gradiente de temperatura, a convecção forçada gerada pela formação de bolhas apresenta umamaior densidade energética e maior alcanceIsso reduz significativamente o tempo necessário para atingir o nível desejado de homogeneidade ou alcança maior uniformidade no mesmo período.

Possíveis efeitos negativos (requerem atenção)

Erosão de Material RefratárioO fluxo de alta velocidade das bolhas ascendentes e a intensa convecção que elas induzem podem causar maior erosão e corrosão nos materiais refratários do fundo e das paredes do tanque, reduzindo a vida útil do forno. Isso também pode introduzir produtos de erosão no vidro fundido, criando novas fontes de heterogeneidade (pedras, estrias).

Interrupção dos padrões de fluxoSe o projeto do ponto de borbulhamento, o tamanho das bolhas ou a frequência forem inadequados, podem interferir nos campos de temperatura e fluxo natural originais e benéficos dentro do tanque de fusão. Isso pode criar novas regiões não homogêneas ou vórtices.

4. Parâmetros de controle essenciais para a tecnologia de borbulhamento

Posição de borbulhamentoNormalmente, na parte final da zona de fusão (garantindo que as matérias-primas estejam quase totalmente derretidas) e na zona de refino. A posição deve ser escolhida para otimizar os campos de fluxo e temperatura.

Seleção de gásAs opções incluem ar (baixo custo, mas com fortes propriedades oxidantes), nitrogênio (inerte) e gases inertes como o argônio (melhor inércia, mas caro). A escolha depende da composição do vidro, do estado de oxidação e do custo.

Tamanho da bolhaO ideal é produzir bolhas maiores (com diâmetro de vários milímetros a centímetros). Bolhas pequenas sobem lentamente, têm um efeito de sucção fraco e podem não ser expelidas facilmente, tornando-se defeitos. O tamanho da bolha é controlado pelo design do bico e pela pressão do gás.

Frequência de borbulhamentoA borbulhação periódica (por exemplo, a cada poucos minutos) costuma ser mais eficaz do que a borbulhação contínua. Ela cria fortes perturbações, ao mesmo tempo que permite que as bolhas sejam expelidas e o vidro se estabilize. A intensidade (vazão de gás e pressão) deve ser adequada à profundidade e à viscosidade do vidro.

Layout de Ponto de BorbulhamentoDispor várias fileiras em um padrão escalonado que cubra toda a largura do tanque garante que a convecção alcance todos os cantos, evitando "zonas mortas". O espaçamento precisa ser otimizado.

Pureza do gásImpurezas como umidade ou outros gases devem ser evitadas para prevenir novos problemas.

Em conclusão, a borbulhação é uma tecnologia crucial que injeta gás no vidro fundido para criar uma forte circulação vertical e agitação. Isso não só acelera significativamente o processo de refino interno, ajudando bolhas pequenas e grandes a se fundirem e serem expelidas, como também quebra eficazmente as camadas quimicamente e termicamente heterogêneas e elimina zonas mortas de fluxo. Consequentemente, melhora consideravelmente a eficiência de homogeneização e a qualidade do vidro. No entanto, o controle rigoroso de parâmetros-chave, como a seleção do gás, a posição, a frequência e o tamanho das bolhas, é essencial para evitar a introdução de novos defeitos nas bolhas, o agravamento da erosão do refratário ou a interrupção do campo de fluxo original. Portanto, embora apresente algumas desvantagens potenciais, a borbulhação é uma tecnologia fundamental que pode ser otimizada para aprimorar significativamente a fabricação de vidro.