- Odgazowywanie ultradźwiękowe stopionych metali o temperaturze do 2 300 °C oraz stopionego szkła
- Od poniedziałku do piątku: 09:00–19:00
- Sialon Ceramics Aps – Østerbrogade 226, lokal tv. – 2100 Kopenhaga – Dania
20% oszczędności energii w procesie przy znacznie niższych temperaturach
Odgazowywanie stopionego szkła za pomocą ultradźwięków
Produkcja szkła obejmuje dwa podstawowe procesy: topienie szkła i rafinację szkła. W procesie topienia szkła surowce są najpierw mieszane w partię, a następnie wprowadzane do pieca, gdzie są podgrzewane do wysokiej temperatury (do prawie 1600 °C). Surowce wchodzą w reakcję chemiczną, w wyniku której powstaje szkło. Następnie przeprowadza się proces oczyszczania szkła w celu usunięcia pęcherzyków powietrza ze stopu. Ten ostatni proces ma kluczowe znaczenie dla przemysłu szklarskiego. Jego celem jest zmniejszenie wielkości i liczby pęcherzyków w stopie do akceptowalnego poziomu przed przystąpieniem do operacji formowania szkła. Proces ten jest długotrwały i energochłonny w porównaniu z odgazowywaniem stopionego szkła za pomocą ultradźwięków.
Opracowaliśmy technologię ultradźwiękowego odgazowywania stopu szklanego, która znacznie zwiększa wydajność tego procesu, obniżając temperaturę rafinacji i pozwalając zaoszczędzić nawet 20% kosztów energii. W niniejszym artykule opisujemy ten proces oraz korzyści, jakie oferuje on w porównaniu z konwencjonalną rafinacją szkła.
Usuwanie pęcherzyków gazu ze szkła podczas jego produkcji stanowi istotną część procesu produkcji szkła. Ta część procesu nazywana jest rafinacją i stosowano w niej wiele różnych metod.
Odgazowywanie szkła metodą ultradźwiękową
Pęcherzyki gazu powstają w trakcie procesu topienia szkła, który obejmuje liczne reakcje chemiczne zachodzące między surowcami wykorzystywanymi do produkcji szkła. Niektóre z tych reakcji chemicznych powodują wydzielanie się znacznych ilości dwutlenku węgla i innych gazów. Zazwyczaj z jednego kilograma surowców powstaje 100 litrów dwutlenku węgla. Powstają również dwutlenek siarki, tlen, siarkowodór i inne gazy.
Proces odgazowywania polega na aglomeracji pęcherzyków, w ramach której gazy rozpuszczone dyfundują ze stopu, tworząc pęcherzyki, które unoszą się na powierzchnię i są usuwane. Czas trwania tego procesu zależy od średnicy pęcherzyków oraz lepkości stopu, która jest funkcją temperatury stopu.
Jak działa odgazowywanie ultradźwiękowe
W celu poprawy wydajności procesu rafinacji stosowano różne metody. Obejmują one dodawanie środków klarujących, rafinację próżniową, a nawet wykorzystanie mikrograwitacji. Jednak zastosowanie rafinacji szkła wspomaganej ultradźwiękami jest niezwykle obiecujące. Pozwala ono obniżyć temperaturę rafinacji z około 1 450 °C do 1 300 °C, co przekłada się na całkowitą oszczędność energii sięgającą nawet 20%.
Gdy na stopione szkło oddziałuje energia ultradźwiękowa o odpowiednim zakresie częstotliwości, dochodzi do kawitacji akustycznej. Kawitacja to proces, w którym gwałtowne zmiany ciśnienia powodują powstawanie niewielkich pęcherzyków wypełnionych parą, które pod wpływem wysokiego ciśnienia ulegają zapadnięciu, generując falę uderzeniową.
Gaz rozpuszczony w stopie dyfunduje do pęcherzyków kawitacyjnych. Pęcherzyki gazu tworzą się na jądrach kawitacyjnych. Rosną one w wyniku dyfuzji gazu ze stopu do wnętrza pęcherzyka podczas oscylacji ultradźwiękowych. Następnie te maleńkie pęcherzyki łączą się pod wpływem sił Bjerknesa i Bernoulliego, a gdy osiągną wystarczającą wielkość, unoszą się na powierzchnię stopu, uwalniając zawarty w nich gaz do atmosfery. Proces ten jest wspomagany przez indukowany ultradźwiękami przepływ akustyczny i strumieniowanie.
Kwestie praktyczne
Opracowany przez nas niedawno proces odgazowywania ultradźwiękowego opiera się na zastosowaniu nowego generatora ultradźwięków oraz opatentowanej ceramicznej sonotrody, która umożliwia obróbkę dużych objętości stopionego szkła o wysokiej lepkości w temperaturach sięgających 1 600 stopni Celsjusza. Odgazowywanie stopu odbywa się w przedniej komorze pieca szklarskiego. Wysokointensywne drgania akustyczne są wytwarzane bezpośrednio w stopie szkła poprzez umieszczenie sonotrod w stopie.
Dzięki tej konfiguracji możemy skutecznie podwoić rozmiar pęcherzyków gazu i osiągnąć ten sam poziom oczyszczania przy znacznie niższych temperaturach, co pozwala obniżyć koszty energii nawet o 20% oraz zmniejszyć wpływ na środowisko.
Wnioski
Odgazowanie ultradźwiękowe stopionego szkła w przedkomorze pieca szklarskiego stanowi przełomową technologię, która może znacznie zmniejszyć ślad węglowy wysoce energochłonnego przemysłu szklarskiego.