- Degasaggio ultrasonico di metalli fusi fino a 2.300°C e vetro fuso
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20% di risparmio energetico nel processo a temperature considerevolmente più basse
Degassaggio ultrasonico del vetro fuso
Produzione del vetro comporta due processi principali: la fusione del vetro e la raffinazione del vetro. Nel processo di fusione del vetro, le materie prime vengono prima mescolate in una miscela 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. La raffinazione del vetro viene quindi eseguita per eliminare le bolle di gas dal fuso. Quest'ultimo processo è di importanza critica per l'industria del vetro. L'obiettivo è ridurre le dimensioni e il numero di bolle nel fuso a livelli accettabili prima di eseguire le operazioni di formatura del vetro. Il processo è lungo e ad alta intensità energetica rispetto alla degasazione ultrasonica del vetro fuso.
Abbiamo sviluppato una tecnologia di degasaggio ultrasonico del fuso 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 produzione è una parte essenziale del processo di lavorazione del vetro. Questa parte del processo è chiamata raffinazione, e sono stati impiegati molti metodi alternativi.
Degassaggio ultrasonico 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. Diverse di queste reazioni chimiche producono grandi quantità di anidride carbonica e altri gas. Tipicamente, un chilogrammo di materie prime produce 100 litri di gas di anidride carbonica. Vengono prodotti anche anidride solforosa, ossigeno, acido solfidrico e altri gas.
Il processo di degasaggio comporta l'agglomerazione delle bolle, mediante la quale i gas disciolti si diffondono dal fuso per formare bolle che salgono in superficie e vengono espulse. Il tempo necessario dipende dal diametro delle bolle e dalla viscosità del fuso, che è una funzione della temperatura del fuso.
Come funziona la degassificazione ultrasonica
Sono stati impiegati vari metodi per migliorare l'efficienza del processo di affinazione. Questi vanno dall'aggiunta di agenti affinanti, all'affinazione sotto vuoto e persino all'uso della microgravità. Tuttavia, l'applicazione dell'affinazione del vetro assistita da ultrasuoni è molto promettente. Consente di abbassare le temperature di affinazione 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 frequenze viene applicata a un fuso di vetro, si verifica la cavitazione acustica. La cavitazione è un processo in cui rapidi cambiamenti 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 nella bolla durante le oscillazioni ultrasoniche. Le minuscole bolle poi si uniscono sotto l'influenza delle forze di Bjerknes e Bernoulli e, quando sono abbastanza grandi, galleggiano sulla superficie del fuso rilasciando il gas contenuto nella bolla nell'atmosfera. Il processo è assistito dal flusso acustico e dallo streaming indotti dagli ultrasuoni.
Considerazioni pratiche
Il nostro processo di degasaggio ultrasonico recentemente sviluppato funziona utilizzando un nuovo generatore ultrasonico e una sonotrodo ceramica proprietaria che può trattare grandi volumi di vetro fuso ad alta viscosità a temperature fino a 1.600 gradi Celsius. Il degasaggio del fuso viene effettuato nel canale di alimentazione del forno per vetro. Vibrazioni acustiche ad alta intensità vengono prodotte direttamente nel vetro fuso posizionando le sonotrodi nel fuso.
Utilizzando questa configurazione, possiamo effettivamente raddoppiare la dimensione delle bolle di gas e ottenere lo stesso livello di raffinazione a temperature significativamente ridotte, riducendo i costi energetici fino al 20% e riducendo l'impatto sull'ambiente.
Conclusione
Ultrasonic degasaggio delle fusioni di vetro nel canale di alimentazione di un forno per vetro è una tecnologia rivoluzionaria con il potenziale di ridurre considerevolmente l'impronta di carbonio dell'industria manifatturiera del vetro, ad alta intensità energetica.