- Khử khí bằng sóng siêu âm đối với kim loại nóng chảy ở nhiệt độ lên đến 2.300°C và thủy tinh nóng chảy
- Thứ Hai - Thứ Sáu: 09:00 - 19:00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226, tầng trệt - 2100 Copenhagen - Đan Mạch
Tiết kiệm 20% năng lượng trong quá trình sản xuất ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể
Quá trình khử khí bằng sóng siêu âm trong thủy tinh nóng chảy
Sản xuất thủy tinh bao gồm hai quy trình chính là nấu chảy thủy tinh và tinh chế thủy tinh. Trong quy trình nấu chảy thủy tinh, nguyên liệu thô trước tiên được trộn thành một mẻ, sau đó được đưa vào lò nung và gia nhiệt đến nhiệt độ cao (lên đến gần 1600 °C). Các nguyên liệu thô phản ứng hóa học với nhau để tạo thành thủy tinh. Tiếp theo, quá trình tinh chế thủy tinh được thực hiện để loại bỏ các bọt khí khỏi thủy tinh nóng chảy. Quá trình này có tầm quan trọng đặc biệt đối với ngành công nghiệp thủy tinh. Mục đích là giảm kích thước và số lượng bọt khí trong thủy tinh nóng chảy xuống mức chấp nhận được trước khi tiến hành các công đoạn tạo hình thủy tinh. So với phương pháp khử khí bằng sóng siêu âm đối với thủy tinh nóng chảy, quá trình này tốn nhiều thời gian và tiêu tốn nhiều năng lượng.
Chúng tôi đã phát triển công nghệ khử khí bằng sóng siêu âm trong quá trình nấu chảy thủy tinh, giúp nâng cao đáng kể hiệu quả của quy trình này, đồng thời giảm nhiệt độ tinh chế và tiết kiệm tới 20% chi phí năng lượng. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày về quy trình này cũng như những cải tiến mà nó mang lại so với phương pháp tinh chế thủy tinh truyền thống.
Việc loại bỏ các bọt khí khỏi thủy tinh trong quá trình sản xuất là một phần không thể thiếu của quy trình chế tạo thủy tinh. Phần này của quy trình được gọi là tinh chế, và đã có nhiều phương pháp thay thế được áp dụng.
Quá trình khử khí bằng sóng siêu âm đối với thủy tinh
Các bọt khí hình thành trong quá trình nấu chảy thủy tinh, bao gồm nhiều phản ứng hóa học giữa các nguyên liệu thô dùng để sản xuất thủy tinh. Một số phản ứng hóa học này tạo ra lượng lớn khí carbon dioxide và các loại khí khác. Thông thường, mỗi kilogam nguyên liệu thô tạo ra 100 lít khí carbon dioxide. Ngoài ra, còn có khí sulfur dioxide, oxy, hydro sulfide và các loại khí khác được tạo ra.
Quá trình khử khí bao gồm hiện tượng kết tụ bọt khí, trong đó các khí hòa tan khuếch tán từ chất lỏng nóng chảy để tạo thành các bọt khí nổi lên bề mặt và được thải ra ngoài. Thời gian diễn ra quá trình này phụ thuộc vào đường kính bọt khí và độ nhớt của chất lỏng nóng chảy, vốn là hàm của nhiệt độ chất lỏng nóng chảy.
Cơ chế hoạt động của quá trình khử khí bằng sóng siêu âm
Nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng để nâng cao hiệu quả của quá trình tinh luyện. Các phương pháp này bao gồm việc bổ sung chất làm trong, tinh luyện chân không và thậm chí là sử dụng môi trường vi trọng lực. Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ tinh luyện thủy tinh hỗ trợ bằng sóng siêu âm mang lại triển vọng rất lớn. Công nghệ này cho phép giảm nhiệt độ tinh luyện từ khoảng 1.450 °C xuống còn 1.300 °C, giúp tiết kiệm tổng lượng năng lượng lên đến 20%.
Khi năng lượng siêu âm trong dải tần số thích hợp được tác động lên hỗn hợp thủy tinh nóng chảy, hiện tượng xâm thực âm thanh sẽ xảy ra. Xâm thực âm thanh là quá trình mà trong đó những thay đổi nhanh chóng về áp suất tạo ra các bọt khí nhỏ chứa đầy hơi nước; khi chịu áp suất cao, các bọt khí này sẽ vỡ ra và tạo ra sóng xung kích.
Khí hòa tan trong chất lỏng nóng chảy khuếch tán vào các bong bóng xâm thực. Các bong bóng khí hình thành trên các nhân xâm thực. Chúng phát triển nhờ quá trình khuếch tán từ chất lỏng nóng chảy vào bên trong bong bóng trong quá trình dao động siêu âm. Sau đó, các bong bóng nhỏ này hợp nhất dưới tác động của lực Bjerknes và Bernoulli; khi đã đủ lớn, chúng nổi lên bề mặt chất lỏng nóng chảy và giải phóng khí bên trong bong bóng ra môi trường xung quanh. Quá trình này được hỗ trợ bởi dòng chảy âm thanh và dòng chảy do siêu âm tạo ra.
Các yếu tố thực tiễn cần xem xét
Quy trình khử khí bằng sóng siêu âm mà chúng tôi mới phát triển hoạt động dựa trên việc sử dụng một bộ tạo sóng siêu âm mới và một đầu dò gốm độc quyền, có khả năng xử lý khối lượng lớn thủy tinh nóng chảy có độ nhớt cao ở nhiệt độ lên tới 1.600 độ Celsius. Quá trình khử khí trong thủy tinh nóng chảy được thực hiện tại khoang trước của lò nung thủy tinh. Các dao động âm thanh cường độ cao được tạo ra trực tiếp trong thủy tinh nóng chảy bằng cách đặt các đầu dò vào trong thủy tinh nóng chảy.
Với cách bố trí này, chúng ta có thể tăng gấp đôi kích thước của các bọt khí một cách hiệu quả và đạt được mức độ tinh chế tương tự ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể, từ đó giúp giảm chi phí năng lượng tới 20% và giảm thiểu tác động đến môi trường.
Kết luận
Quá trình khử khí bằng sóng siêu âm đối với hỗn hợp thủy tinh nóng chảy trong buồng tiền nung của lò nung thủy tinh là một công nghệ đột phá, có tiềm năng giảm đáng kể lượng khí thải carbon của ngành sản xuất thủy tinh – một ngành tiêu thụ rất nhiều năng lượng.