En la producción de fibra de vidrio E-en un horno de tanque, el control de la temperatura de fusión y la llama...

la producción deE-fibra de vidrio (fibra de vidrio libre de álcali-)en un horno de tanque es un complejo proceso de fusión a alta-temperatura. El régimen de temperatura de fusión es un punto clave de control del proceso, que afecta directamente la calidad del vidrio fundido, la eficiencia de la fusión, el consumo de energía, la vida útil del horno y las propiedades finales de la fibra. Este régimen de temperatura se consigue ajustando la llama, el flujo eléctrico, etc.

 

I. Temperatura de fusión del vidrio E-

1. Rango de temperatura de fusión: la fusión y refinación completa del vidrio E-generalmente requiere temperaturas muy altas. La temperatura típica de su zona de fusión (punto caliente) generalmente está en el rango de 1500 grados - 1600 grados.

Las temperaturas objetivo específicas dependen de:

* Composición del lote: formulaciones específicas (como si contiene flúor, el nivel de boro, si contiene titanio, etc.) afectarán las características de fusión.

* Diseño del horno: tipo de horno, tamaño, efecto de aislamiento, disposición del quemador, etc.

* Objetivos de producción: Tasa de fusión, requisitos de calidad del vidrio fundido.

* Materiales refractarios: La tasa de erosión de los materiales refractarios a altas temperaturas limita el límite superior de temperatura. La temperatura en la zona de refinación suele ser ligeramente más baja que la temperatura del punto caliente (aproximadamente 20 a 50 grados más baja) para facilitar la eliminación de burbujas y la homogeneización del vidrio. La temperatura del paso de trabajo es significativamente más baja (generalmente entre 1200 grados y 1350 grados) para que el vidrio alcance la viscosidad y estabilidad adecuadas para el trefilado.

 

2. Importancia del control de temperatura: Eficiencia de fusión: Temperaturas suficientemente altas son cruciales para garantizar la reacción completa de los materiales del lote (arena de cuarzo, pirofilita, ácido bórico/borato, piedra caliza, etc.), la disolución completa de las partículas de arena y la liberación total de gases. Una temperatura insuficiente provoca residuos de "materia prima" (partículas de cuarzo no fundidas), piedras y un aumento de las burbujas. Calidad del Vidrio: Las altas temperaturas promueven el afinamiento y homogeneización del vidrio, reduciendo defectos como vetas, burbujas y piedras. Estos defectos afectan gravemente la resistencia, la tasa de rotura y la continuidad de la fibra. Viscosidad: La temperatura afecta directamente la viscosidad del vidrio. El trefilado requiere vidrio dentro de un rango de viscosidad específico. Erosión del material refractario: Las temperaturas excesivamente altas aceleran drásticamente la erosión de los materiales refractarios del horno (especialmente los ladrillos de circonio fundido-corindón, AZS), acortando la vida útil del horno y potencialmente introduciendo la formación de piedras refractarias.

Consumo de energía: Mantener altas temperaturas es la principal fuente de consumo de energía en los hornos de piscina (normalmente representa más del 60% del consumo total de energía de producción). El control preciso de la temperatura para evitar temperaturas excesivas es crucial para la conservación de energía.

 

II. Regulación de llama

 

La regulación de la llama es el método principal para controlar la distribución de la temperatura de fusión, lograr una fusión eficiente y proteger la estructura del horno (especialmente el arco principal). Su principal objetivo es crear un campo de temperatura y una atmósfera ideales.

 

1. Parámetros clave de regulación: Relación combustible-aire de combustión (relación aire-combustible), también conocida como relación oxígeno-combustible en sistemas de combustión de oxígeno puro: Objetivo: lograr una combustión completa. La combustión incompleta desperdicia combustible, reduce la temperatura de la llama, produce humo negro (depósitos de carbón) que contamina el vidrio fundido y obstruye los intercambiadores de calor; El exceso de aire se lleva una gran cantidad de calor, lo que reduce la eficiencia térmica y potencialmente exacerba la erosión por oxidación del arco. Ajuste: la proporción de aire-combustible se controla con precisión basándose en el análisis de los gases de combustión (contenido de O₂, CO).

 

Los hornos de vidrio E-normalmente controlan el contenido de O₂ en los gases de combustión a alrededor del 1-3 % (ligera combustión con presión positiva). Impacto en la atmósfera:

 

La proporción de aire-combustible también afecta la atmósfera del horno (oxidante o reductora), lo que tiene un ligero impacto en el comportamiento de ciertos componentes del lote (como el hierro) y el color del vidrio, pero un impacto relativamente pequeño en el vidrio E-en sí (que requiere vidrio incoloro y transparente). Longitud y forma de la llama:

 

Objetivo: Formar una llama que cubra la superficie del baño de fusión, poseyendo cierta rigidez y capacidad de propagación. Llama larga versus llama corta:

 

Llama larga: área de cobertura grande, distribución de temperatura relativamente uniforme, menos choque térmico en el arco, pero los picos de temperatura locales pueden no ser lo suficientemente altos y la penetración en la zona de "perforación" del lote puede ser insuficiente. Llama corta: alta rigidez, alta temperatura local, fuerte penetración en la capa del lote, propicio para una rápida fusión de las materias primas, pero cobertura desigual, que fácilmente causa sobrecalentamiento local (los puntos calientes son más prominentes) y un choque térmico significativo en el arco y la pared del pecho. Ajuste: Se logra ajustando el ángulo de la lanza del quemador, la velocidad de inyección de combustible/aire (relación de impulso), la intensidad del remolino, etc.

 

Los hornos de tanque modernos suelen utilizar quemadores ajustables de múltiples-etapas. Dirección de la llama (ángulo): Objetivo:

 

Para transferir calor de manera efectiva a la superficie del lote y del vidrio fundido, evitando el impacto directo de la llama en el arco o la pared del pecho. Ajuste: Ajuste del paso y los ángulos horizontales de la lanza del quemador. Ángulo de inclinación: Afecta el efecto de la llama sobre el lote ("lamer") y la cobertura de la superficie del líquido. Un ángulo demasiado bajo (llama demasiado hacia abajo) puede erosionar la superficie del líquido o el lote, provocando que el material volador erosione la pared mamaria; un ángulo demasiado alto (llama demasiado hacia arriba) da como resultado una baja eficiencia térmica y un calentamiento excesivo del arco. Ángulo horizontal: afecta la distribución de la llama a lo ancho del horno y la ubicación de los puntos calientes.

2. Objetivos del Ajuste de Llama:

* **Formación de puntos calientes razonables:** Crear la zona de temperatura más alta (punto caliente) en la parte trasera del estanque de deshielo (generalmente después del sumidero). Esta es el área clave para la clarificación y homogeneización del vidrio fundido, y también el "motor" que controla la dirección del flujo del vidrio fundido (desde el punto caliente hasta la entrada de alimentación y la sección de trabajo).

* **Calentamiento uniforme de la superficie del líquido:** Evita el sobrecalentamiento o el enfriamiento insuficiente local, lo que reduce las irregularidades de la convección y las "zonas muertas" causadas por los gradientes de temperatura.

* **Protección de la estructura del horno:** Evitar que la llama frote el arco y las paredes del pecho, evitando que el sobrecalentamiento local cause una rápida erosión de los materiales refractarios.

* **Transferencia de calor eficiente:** Maximizar la eficiencia de transferencia de calor por radiación y convección de la llama en la superficie del lote y del vidrio fundido.

* **Campo de temperatura estable:** Reduce las fluctuaciones y garantiza una calidad estable del vidrio fundido.

 

III. Control Integral de la Temperatura de Fusión y Ajuste de Llama

1. La temperatura es el objetivo, la llama es el medio: el ajuste de la llama es la forma principal de controlar la distribución de la temperatura dentro del horno (especialmente la ubicación y la temperatura de los puntos calientes). 2. Medición y retroalimentación de la temperatura: el monitoreo continuo de la temperatura mediante termopares y termómetros infrarrojos colocados en lugares clave del horno (entrada de alimentación, zona de fusión, puntos calientes, zona de refinación y pasillos) sirve como base para el ajuste de la llama.
3. Sistema de control automático: Los hornos de tanque modernos-a gran escala generalmente emplean sistemas DCS/PLC. Basado en la curva de temperatura establecida y los valores medidos, el control automático de la llama y la temperatura se logra ajustando parámetros como la cantidad de combustible, el volumen de aire de combustión y el ángulo/compuerta del quemador.
4. Equilibrio del proceso: es fundamental encontrar el equilibrio óptimo entre garantizar la calidad del vidrio fundido (fusión a alta-temperatura, buen refinamiento y homogeneización), proteger el horno (evitar temperaturas excesivamente altas y erosión por llama) y reducir el consumo de energía.