חֲדָשׁוֹת

זכוכית אלקטרונית (פיברגלס ללא אלקליות)ייצור בכבשנים הוא תהליך התכה מורכב בטמפרטורה גבוהה. פרופיל טמפרטורת ההיתוך הוא נקודת בקרת תהליך קריטית, המשפיעה ישירות על איכות הזכוכית, יעילות ההיתוך, צריכת האנרגיה, חיי הכבשן וביצועי הסיבים הסופיים. פרופיל טמפרטורה זה מושג בעיקר על ידי התאמת מאפייני הלהבה והגברת חשמל.

א. טמפרטורת התכה של זכוכית אלקטרונית

1. טווח טמפרטורת התכה:

ההיתוך, הבהרתו וההומוגניזציה המלאים של זכוכית אלקטרונית דורשים בדרך כלל טמפרטורות גבוהות במיוחד. טמפרטורת אזור ההיתוך (נקודה חמה) האופיינית נעה בדרך כלל בין 1500°C ל-1600°C.

טמפרטורת היעד הספציפית תלויה ב:

* הרכב האצווה: ניסוחים ספציפיים (למשל, נוכחות פלואור, תכולת בורון גבוהה/נמוכה, נוכחות טיטניום) משפיעים על מאפייני ההיתוך.

* תכנון תנור: סוג התנור, גודלו, יעילות הבידוד וסידור המבערים.

* יעדי ייצור: קצב התכה רצוי ודרישות איכות זכוכית.

* חומרים חסיני אש: קצב הקורוזיה של חומרים חסיני אש בטמפרטורות גבוהות מגביל את הטמפרטורה העליונה.

טמפרטורת אזור הזיקוק נמוכה בדרך כלל מעט מטמפרטורת הנקודה החמה (נמוכה בכ-20-50 מעלות צלזיוס) כדי להקל על הסרת בועות והומוגניזציה של הזכוכית.

טמפרטורת קצה העבודה (האש הקדמית) נמוכה משמעותית (בדרך כלל 1200°C - 1350°C), מה שמביא את הזכוכית המותכת לצמיגות וליציבות המתאימות לציור.

2. חשיבות בקרת הטמפרטורה:

* יעילות התכה: טמפרטורות גבוהות מספיק הן קריטיות להבטחת תגובה מלאה של חומרי התערובת (חול קוורץ, פירופיליט, חומצה בורית/קולמניט, אבן גיר וכו'), המסה מלאה של גרגרי החול ושחרור גז יסודי. טמפרטורה לא מספקת עלולה להוביל לשאריות "חומר גלם" (חלקיקי קוורץ שלא מותכים), אבנים ובועות מוגברות.

* איכות הזכוכית: טמפרטורות גבוהות מקדמות הבהרה והומוגניזציה של הזכוכית המותכת, ומפחיתות פגמים כגון חוטים, בועות ואבנים. פגמים אלה משפיעים קשות על חוזק הסיבים, קצב השבירה וההמשכיות.

* צמיגות: הטמפרטורה משפיעה ישירות על צמיגות הזכוכית המותכת. משיכת סיבים דורשת שהזכוכית המותכת תהיה בטווח צמיגות מסוים.

* קורוזיה של חומרים חסיני אש: טמפרטורות גבוהות מדי מאיצות באופן דרסטי את הקורוזיה של חומרים חסיני אש בתנור (במיוחד לבני AZS מותכות), מקצרות את חיי התנור ועלולות להכניס אבנים חסינות אש.

* צריכת אנרגיה: שמירה על טמפרטורות גבוהות היא מקור צריכת האנרגיה העיקרי בכבשני מיכל (בדרך כלל מהווה למעלה מ-60% מצריכת האנרגיה הכוללת בייצור). בקרת טמפרטורה מדויקת כדי למנוע טמפרטורות מוגזמות היא המפתח לחיסכון באנרגיה.

II. ויסות להבה

ויסות להבה הוא אמצעי מרכזי לשליטה על פיזור טמפרטורת ההיתוך, השגת התכה יעילה והגנה על מבנה הכבשן (במיוחד הכתר). מטרתו העיקרית היא ליצור שדה טמפרטורה ואווירה אידיאליים.

1. פרמטרים רגולטוריים מרכזיים:

* יחס דלק לאוויר (יחס סטוכיומטרי) / יחס חמצן לדלק (עבור מערכות דלק חמצני):

* מטרה: השגת בעירה מלאה. בעירה לא שלמה גורמת לבזבוז דלק, מורידה את טמפרטורת הלהבה, מייצרת עשן שחור (פיח) שמזהם את הזכוכית המותכת וסותם רגנרטורים/מחליפי חום. עודף אוויר סוחב חום משמעותי, מפחית את היעילות התרמית ויכול להגביר את קורוזיית חמצון הכתר.

* כוונון: שליטה מדויקת ביחס האוויר-דלק על סמך ניתוח גזי פליטה (תכולת O₂, CO).זכוכית אלקטרוניתתנורי מיכל בדרך כלל שומרים על תכולת O₂ בגז פליטה של כ-1-3% (בעירה בלחץ חיובי קל).

* השפעה על האטמוספרה: יחס האוויר-דלק משפיע גם על האטמוספרה של הכבשן (מחמצן או מחזר), ויש לה השפעות עדינות על התנהגותם של רכיבים מסוימים של התנור (כמו ברזל) וצבע הזכוכית. עם זאת, עבור זכוכית אלקטרונית (הדורשת שקיפות חסרת צבע), השפעה זו יחסית קטנה.

* אורך וצורת להבה:

* מטרה: ליצור להבה המכסה את פני השטח של החומר המותך, בעלת קשיחות מסוימת ויכולת התפשטות טובה.

להבה ארוכה לעומת להבה קצרה:

* להבה ארוכה: מכסה שטח גדול, פיזור הטמפרטורה אחיד יחסית, וגורם לפחות הלם תרמי לכתר. עם זאת, שיאי טמפרטורה מקומיים עשויים לא להיות גבוהים מספיק, והחדירה לאזור "קידוח" האצווה עשויה להיות לא מספקת.

* להבה קצרה: קשיחות חזקה, טמפרטורה מקומית גבוהה, חדירה חזקה לשכבת התערובת, מה שתורם להמסה מהירה של "חומרי גלם". עם זאת, הכיסוי אינו אחיד, וגורם בקלות להתחממות יתר מקומית (נקודות חמות בולטות יותר), ולהלם תרמי משמעותי לכתר ולדופן השד.

* כוונון: מושג על ידי כוונון זווית אקדח המבער, מהירות יציאת הדלק/אוויר (יחס המומנטום) ועוצמת הסחרור. תנורי מיכל מודרניים משתמשים לעתים קרובות במבערים מתכווננים רב-שלביים.

* כיוון להבה (זווית):

* מטרה: להעביר חום ביעילות למשטח ההיתוך של הזכוכית ולמשטח ההיתוך, תוך הימנעות מפגיעה ישירה של להבה בכתר או בדופן השד.

* כוונון: כוונן את זוויות הזווית (אנכית) והסטיה (אופקית) של אקדח המבער.

* זווית גובה: משפיעה על האינטראקציה של הלהבה עם ערימת התערובת ("ליקוק התערובת") ועל כיסוי פני השטח המותכים. זווית נמוכה מדי (להבה כלפי מטה מדי) עלולה לסרוק את פני השטח המותכים או את ערימת התערובת, ולגרום לנשיאה שתגרום לשחיקה של דופן החזה. זווית גבוהה מדי (להבה כלפי מעלה מדי) גורמת ליעילות תרמית נמוכה ולחימום יתר של הכתר.

* זווית סטייה: משפיעה על פיזור הלהבה על פני רוחב התנור ועל מיקום הנקודה החמה.

2. מטרות ויסות להבות:

* יצירת נקודה חמה רציונלית: צרו את אזור הטמפרטורה הגבוהה ביותר (נקודה חמה) בחלק האחורי של מיכל ההיתוך (בדרך כלל אחרי מלונה). זהו האזור הקריטי להבהרת הזכוכית והומוגניזציה, והוא משמש כ"מנוע" השולט בזרימת הזכוכית המותכת (מהנקודה החמה לכיוון מטען האצווה וקצה העבודה).

* חימום אחיד של משטח ההיתוך: הימנעו מחימום יתר מקומי או קירור לא אחיד, תוך הפחתת הסעה לא אחידה ו"אזורים מתים" הנגרמים על ידי גרדיאנטים בטמפרטורה.

* הגנה על מבנה התנור: מניעה של פגיעה של להבה בכתר ובדופן החזה, הימנעות מחימום יתר מקומי המוביל לקורוזיה עמידה מואצת.

* העברת חום יעילה: למקסם את יעילות העברת החום הקורנת והחום הקונבקטיבי מהלהבה אל פני השטח של התערובת והזכוכית.

* שדה טמפרטורה יציב: הפחתת תנודות כדי להבטיח איכות זכוכית יציבה.

ג. בקרה משולבת של טמפרטורת התכה וויסות להבה

1. טמפרטורה היא המטרה, להבה היא האמצעי: ויסות להבה הוא השיטה העיקרית לשליטה על פיזור הטמפרטורה בתוך הכבשן, במיוחד מיקום הנקודה החמה והטמפרטורה.

2. מדידת טמפרטורה ומשוב: ניטור טמפרטורה רציף מתבצע באמצעות צמדים תרמיים, פירומטרים אינפרא אדום ומכשירים אחרים הממוקמים במקומות מרכזיים בכבשן (מטען אצווה, אזור התכה, נקודה חמה, אזור זיקוק, קדמת הלהבה). מדידות אלו משמשות כבסיס לכוונון הלהבה.

3. מערכות בקרה אוטומטיות: תנורי מיכל מודרניים בקנה מידה גדול משתמשים באופן נרחב במערכות DCS/PLC. מערכות אלו שולטות אוטומטית בלהבה ובטמפרטורה על ידי התאמת פרמטרים כמו זרימת דלק, זרימת אוויר בעירה, זווית מבער/בולמי זעזועים, בהתבסס על עקומות טמפרטורה קבועות מראש ומדידות בזמן אמת.

4. איזון בתהליך: חיוני למצוא איזון אופטימלי בין הבטחת איכות הזכוכית (התכה בטמפרטורה גבוהה, הבהרה טובה והומוגניזציה) לבין הגנה על הכבשן (מניעת טמפרטורות מוגזמות, פגיעת להבה) תוך הפחתת צריכת האנרגיה.