- Degassificazione a ultrasuoni di metalli fusi fino a 2.300°C e vetro fuso
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20% di risparmio sul processo energetico a temperature notevolmente più basse
Degassamento a ultrasuoni del vetro fuso
La produzione del vetro prevede due processi primari, la fusione e la raffinazione del vetro. Nel processo di fusione del vetro, le materie prime vengono prima mescolate in un lotto e poi introdotte in un forno dove vengono riscaldate ad alta temperatura (fino a circa 1600 °C). Le materie prime reagiscono chimicamente per formare il vetro. La raffinazione del vetro viene quindi effettuata per eliminare le bolle di vetro dalla fusione. Quest'ultimo processo è di importanza cruciale per l'industria del vetro. L'obiettivo è ridurre le dimensioni e il numero di bolle nella fusione a livelli accettabili prima di effettuare le operazioni di formazione del vetro. Il processo è lungo e richiede molta energia rispetto al degasaggio a ultrasuoni del vetro fuso.
Abbiamo sviluppato una tecnologia di degassificazione a gas ad ultrasuoni che aumenta significativamente l'efficienza di questo processo, riducendo la temperatura di raffinazione e risparmiando fino al 20% del costo energetico. Qui descriviamo il processo e i miglioramenti che offre rispetto alla raffinazione convenzionale del vetro.
La rimozione delle bolle di gas dal vetro durante la sua fabbricazione è una parte essenziale del processo di fabbricazione del vetro. Questa parte del processo è chiamata raffinazione, e sono stati impiegati molti metodi alternativi.
Degassificazione a ultrasuoni dei vetri
Le bolle di gas si formano come parte del processo di fusione del vetro, che comporta numerose reazioni chimiche tra le materie prime che creano il vetro. Molte di queste reazioni chimiche producono copiose quantità di anidride carbonica e altri gas. Tipicamente, un chilogrammo di materie prime produce 100 litri di anidride carbonica. Vengono prodotti anche anidride solforosa, ossigeno, solfuro di idrogeno e altri gas.
Il processo di degassificazione comporta l'agglomerazione delle bolle, per cui i gas disciolti si diffondono dalla fusione per formare bolle che salgono in superficie e vengono espulse. Il tempo necessario per questo processo dipende dal diametro delle bolle e dalla viscosità della colata, che è una funzione della temperatura della colata.
Come funziona il degasaggio a ultrasuoni
Sono stati impiegati vari metodi per migliorare l'efficienza del processo di raffinazione. Questi vanno dall'aggiunta di agenti affinanti, all'affinatura sotto vuoto e persino all'uso della microgravità. Tuttavia, l'applicazione della raffinazione del vetro assistita dagli ultrasuoni è molto promettente. Essa permette di abbassare le temperature di raffinazione da circa 1.450 °C a 1.300 °C con un risparmio energetico totale fino al 20%.
Quando l'energia ultrasonica nella giusta gamma di frequenza viene applicata a un vetro fuso, si verifica la cavitazione acustica. La cavitazione è un processo in cui i rapidi cambiamenti di pressione producono piccole bolle piene di vapore che collassano quando sono sottoposte ad alta pressione generando un'onda d'urto.
Il gas disciolto nella massa fusa si diffonde nelle bolle di cavitazione. Le bolle di gas si formano sui nuclei di cavitazione. Queste crescono per diffusione dalla massa fusa nella bolla durante le oscillazioni ultrasoniche. Le piccole bolle si fondono poi sotto l'influenza delle forze di Bjerknes e Bernoulli e, quando sono abbastanza grandi, galleggiano sulla superficie della massa fusa rilasciando il gas all'interno della bolla nell'atmosfera. Il processo è assistito dal flusso acustico indotto dagli ultrasuoni e dallo streaming.
Considerazioni pratiche
Il nostro processo di degassificazione a ultrasuoni, sviluppato di recente, funziona grazie a un nuovo generatore di ultrasuoni e a un sonotrodo in ceramica proprietario, in grado di trattare grandi volumi di vetro fuso ad alta viscosità a temperature fino a 1.600 gradi Celsius. Il degassamento della massa fusa viene effettuato nell'avanforno del forno per la produzione del vetro. Le vibrazioni acustiche ad alta intensità vengono prodotte nel vetro fuso direttamente inserendo i sonotrodi nella massa fusa.
Utilizzando questa configurazione, possiamo effettivamente raddoppiare la dimensione delle bolle di gas e raggiungere lo stesso livello di raffinazione a temperature significativamente ridotte, riducendo i costi energetici fino al 20% e riducendo l'impatto sull'ambiente.
Conclusione
Il degasaggio a ultrasuoni delle fusioni di vetro nell'avanforno di un forno per la produzione del vetro è una tecnologia innovativa che ha il potenziale di ridurre notevolmente l'impronta di carbonio dell'industria vetraria ad alta intensità energetica.