- Degassamento a ultrasuoni di metalli fusi fino a 2.300 °C e vetro fuso
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Risparmio energetico del 20% nel processo a temperature notevolmente inferiori
Degassamento ultrasonico del vetro fuso
La produzione del vetro prevede due processi principali: la fusione e la raffinazione. Nella fusione, le materie prime vengono prima mescolate in un lotto e poi introdotte in un forno dove vengono riscaldate ad alta temperatura (fino a quasi 1600 °C). Le materie prime reagiscono chimicamente per formare il vetro. Successivamente, si procede alla raffinazione per eliminare le bolle di vetro dalla massa fusa. Quest'ultimo processo è di fondamentale importanza per l'industria del vetro. L'obiettivo è ridurre le dimensioni e il numero delle bolle nella massa fusa a livelli accettabili prima di procedere alle operazioni di formatura del vetro. Rispetto alla degassificazione a ultrasuoni del vetro fuso, questo processo è lungo e ad alta intensità energetica.
Abbiamo sviluppato una tecnologia di degassamento a ultrasuoni del vetro fuso in fase gassosa che aumenta significativamente l'efficienza di questo processo, riducendo la temperatura di raffinazione e consentendo un risparmio energetico fino al 20%. In questo articolo descriviamo il processo e i vantaggi che offre rispetto alla raffinazione convenzionale del vetro.
La rimozione delle bolle di gas dal vetro durante la sua produzione è una fase essenziale del processo di fabbricazione del vetro. Questa fase è chiamata raffinazionee sono stati impiegati molti metodi alternativi.
Degassamento ultrasonico dei vetri
Le bolle di gas si formano durante il processo di fusione del vetro, che comporta numerose reazioni chimiche tra le materie prime che lo compongono. Molte di queste reazioni chimiche producono grandi quantità di anidride carbonica e altri gas. In genere, un chilogrammo di materie prime produce 100 litri di anidride carbonica. Vengono prodotti anche anidride solforosa, ossigeno, acido solfidrico e altri gas. Â
Il processo di degassamento prevede l'agglomerazione di bolle, per cui i gas disciolti diffondono dal fuso formando bolle che risalgono in superficie e vengono espulse. Il tempo necessario dipende dal diametro delle bolle e dalla viscosità del fuso, che a sua volta è funzione della temperatura del fuso.
Come funziona la degassificazione a ultrasuoni
Sono stati impiegati diversi metodi per migliorare l'efficienza del processo di raffinazione. Questi spaziano dall'aggiunta di agenti affinanti, alla raffinazione sotto vuoto e persino all'utilizzo della microgravità . Tuttavia, l'applicazione della raffinazione del vetro assistita da ultrasuoni si dimostra particolarmente promettente. Essa consente 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, all'interno del giusto intervallo di frequenza, viene applicata a un vetro fuso, si verifica la cavitazione acustica. La cavitazione è un processo in cui rapide variazioni di pressione producono piccole bolle piene di vapore che collassano quando sottoposte ad alta pressione, generando un'onda d'urto.
Il gas disciolto nel fuso diffonde nelle bolle di cavitazione. Le bolle di gas si formano sui nuclei di cavitazione. Queste crescono per diffusione dal fuso alla bolla durante le oscillazioni ultrasoniche. Le minuscole bolle si uniscono poi sotto l'influenza delle Bjerknes e Bernoulli e, quando raggiungono dimensioni sufficienti, galleggiano sulla superficie del fuso rilasciando il gas contenuto nella bolla nell'atmosfera. Il processo è agevolato dal flusso acustico e dalla corrente indotti dagli ultrasuoni.
Considerazioni pratiche
Il nostro processo di degassamento a ultrasuoni, di recente sviluppo, si basa sull'utilizzo di un nuovo generatore di ultrasuoni e di un sonotrodo ceramico brevettato, in grado di trattare grandi volumi di vetro fuso ad alta viscosità a temperature fino a 1.600 gradi Celsius. Il degassamento del fuso viene effettuato nella parte anteriore del forno per vetro. Le vibrazioni acustiche ad alta intensità vengono prodotte direttamente nel vetro fuso mediante l'inserimento dei sonotrodi al suo interno.
Grazie a questa configurazione, possiamo raddoppiare efficacemente le dimensioni delle bolle di gas e ottenere lo stesso livello di raffinazione a temperature notevolmente ridotte, diminuendo i costi energetici fino al 20% e riducendo l'impatto ambientale. Â
Conclusione
La degassificazione a ultrasuoni delle fusioni di vetro nella camera di combustione di un forno per vetro è una tecnologia innovativa che ha il potenziale di ridurre considerevolmente l'impronta di carbonio dell'industria vetraria, un settore ad alta intensità energetica.