Fibra de vidrio tipo E (fibra de vidrio libre de álcalis)La producción en hornos de tanque es un proceso de fusión complejo a alta temperatura. El perfil de temperatura de fusión es un punto crítico de control del proceso, que influye directamente en la calidad del vidrio, la eficiencia de la fusión, el consumo de energía, la vida útil del horno y el rendimiento final de la fibra. Este perfil de temperatura se consigue principalmente ajustando las características de la llama y mediante el refuerzo eléctrico.
I. Temperatura de fusión del vidrio E
1. Rango de temperatura de fusión:
La fusión, clarificación y homogeneización completas del vidrio E suelen requerir temperaturas extremadamente altas. La temperatura típica de la zona de fusión (punto caliente) generalmente oscila entre 1500 °C y 1600 °C.
La temperatura objetivo específica depende de:
* Composición del lote: Las formulaciones específicas (por ejemplo, presencia de flúor, contenido alto/bajo de boro, presencia de titanio) afectan las características de fusión.
* Diseño del horno: Tipo de horno, tamaño, eficacia del aislamiento y disposición de los quemadores.
* Objetivos de producción: Velocidad de fusión deseada y requisitos de calidad del vidrio.
* Materiales refractarios: La tasa de corrosión de los materiales refractarios a altas temperaturas limita la temperatura máxima.
La temperatura de la zona de clarificación suele ser ligeramente inferior a la temperatura del punto caliente (aproximadamente 20-50 °C más baja) para facilitar la eliminación de burbujas y la homogeneización del vidrio.
La temperatura del extremo de trabajo (frentehorno) es significativamente más baja (normalmente entre 1200 °C y 1350 °C), lo que lleva al vidrio fundido a la viscosidad y estabilidad adecuadas para el estirado.
2. Importancia del control de la temperatura:
* Eficiencia de fusión: Es fundamental alcanzar temperaturas suficientemente altas para garantizar la reacción completa de los materiales (arena de cuarzo, pirofilita, ácido bórico/colemanita, piedra caliza, etc.), la disolución total de los granos de arena y la liberación completa de los gases. Una temperatura insuficiente puede provocar residuos de materia prima (partículas de cuarzo sin fundir), piedras y un aumento de burbujas.
Calidad del vidrio: Las altas temperaturas favorecen la clarificación y homogeneización del vidrio fundido, reduciendo defectos como cordones, burbujas y piedras. Estos defectos afectan gravemente la resistencia de la fibra, la tasa de rotura y la continuidad.
* Viscosidad: La temperatura influye directamente en la viscosidad del vidrio fundido. El estirado de fibras requiere que el vidrio fundido se encuentre dentro de un rango de viscosidad específico.
* Corrosión de materiales refractarios: Las temperaturas excesivamente altas aceleran drásticamente la corrosión de los materiales refractarios del horno (especialmente los ladrillos AZS electrofundidos), acortando la vida útil del horno y pudiendo introducir piedras refractarias.
* Consumo de energía: Mantener altas temperaturas es la principal fuente de consumo energético en los hornos de tanque (normalmente representa más del 60 % del consumo energético total de la producción). Un control preciso de la temperatura para evitar temperaturas excesivas es fundamental para el ahorro de energía.
II. Regulación de llamas
La regulación de la llama es fundamental para controlar la distribución de la temperatura de fusión, lograr una fusión eficiente y proteger la estructura del horno (especialmente la bóveda). Su objetivo principal es crear un campo de temperatura y una atmósfera ideales.
1. Parámetros clave de regulación:
* Relación combustible-aire (relación estequiométrica) / Relación oxígeno-combustible (para sistemas de oxicombustión):
Objetivo: Lograr una combustión completa. La combustión incompleta desperdicia combustible, reduce la temperatura de la llama, produce humo negro (hollín) que contamina el vidrio fundido y obstruye los regeneradores/intercambiadores de calor. El exceso de aire disipa una cantidad significativa de calor, lo que reduce la eficiencia térmica y puede intensificar la corrosión por oxidación de la corona.
* Ajuste: Controlar con precisión la relación aire-combustible en función del análisis de los gases de combustión (contenido de O₂, CO).Vidrio ELos hornos de tanque normalmente mantienen el contenido de O₂ de los gases de combustión en torno al 1-3% (combustión a presión ligeramente positiva).
* Impacto de la atmósfera: La relación aire/combustible también influye en la atmósfera del horno (oxidante o reductora), lo que tiene efectos sutiles en el comportamiento de ciertos componentes de la mezcla (como el hierro) y en el color del vidrio. Sin embargo, para el vidrio E (que requiere transparencia incolora), este impacto es relativamente menor.
* Longitud y forma de la llama:
* Objetivo: Formar una llama que cubra la superficie fundida, posea cierta rigidez y tenga buena capacidad de propagación.
* Llama larga vs. llama corta:
* Llama larga: Cubre una gran superficie, la distribución de la temperatura es relativamente uniforme y provoca un menor choque térmico en la corona. Sin embargo, los picos de temperatura locales podrían no ser lo suficientemente altos y la penetración en la zona de perforación podría ser insuficiente.
* Llama corta: Gran rigidez, alta temperatura local, fuerte penetración en la capa de la mezcla, propicia la fusión rápida de las “materias primas”. Sin embargo, la cobertura es desigual, lo que provoca fácilmente un sobrecalentamiento localizado (puntos calientes más pronunciados) y un choque térmico significativo en la corona y la pared del pecho.
* Ajuste: Se logra ajustando el ángulo del cañón del quemador, la velocidad de salida de la mezcla combustible/aire (relación de momento) y la intensidad del remolino. Los hornos de tanque modernos suelen utilizar quemadores ajustables de varias etapas.
* Dirección de la llama (ángulo):
* Objetivo: Transferir eficazmente el calor a la mezcla y a la superficie del vidrio fundido, evitando el impacto directo de la llama sobre la corona o la pared frontal.
* Ajuste: Ajuste los ángulos de cabeceo (vertical) y guiñada (horizontal) del cañón del quemador.
Ángulo de inclinación: Influye en la interacción de la llama con la mezcla fundida y en la cobertura de la superficie del metal fundido. Un ángulo demasiado bajo (llama demasiado descendente) puede erosionar la superficie del metal fundido o la mezcla, provocando arrastre de material que corroe la pared del horno. Un ángulo demasiado alto (llama demasiado ascendente) resulta en una baja eficiencia térmica y un calentamiento excesivo de la corona.
* Ángulo de guiñada: Afecta la distribución de la llama a lo ancho del horno y la posición del punto caliente.
2. Objetivos de la regulación de llamas:
* Cree un punto caliente estratégico: Genere la zona de temperatura más alta (punto caliente) en la parte posterior del tanque de fusión (generalmente después de la cámara de combustión). Esta es la zona crítica para la clarificación y homogeneización del vidrio, y actúa como el "motor" que controla el flujo del vidrio fundido (desde el punto caliente hacia la entrada de lotes y el extremo de trabajo).
* Calentamiento uniforme de la superficie de fusión: Evita el sobrecalentamiento o el subenfriamiento localizados, reduciendo la convección desigual y las “zonas muertas” causadas por los gradientes de temperatura.
* Proteger la estructura del horno: Evitar el impacto de la llama en la parte superior y la pared frontal, evitando el sobrecalentamiento localizado que conduce a una corrosión acelerada del refractario.
* Transferencia de calor eficiente: Maximizar la eficiencia de la transferencia de calor radiante y convectivo desde la llama hasta la mezcla y la superficie del vidrio fundido.
* Campo de temperatura estable: Reduce las fluctuaciones para garantizar una calidad de vidrio estable.
III. Control integrado de la temperatura de fusión y regulación de la llama
1. La temperatura es el objetivo, la llama es el medio: La regulación de la llama es el método principal para controlar la distribución de la temperatura dentro del horno, especialmente la posición y la temperatura del punto caliente.
2. Medición y control de la temperatura: Se realiza un monitoreo continuo de la temperatura mediante termopares, pirómetros infrarrojos y otros instrumentos ubicados en puntos clave del horno (cargador de lotes, zona de fusión, punto caliente, zona de refinado, antehogar). Estas mediciones sirven de base para el ajuste de la llama.
3. Sistemas de control automático: Los modernos hornos de tanque de gran escala emplean ampliamente sistemas DCS/PLC. Estos sistemas controlan automáticamente la llama y la temperatura ajustando parámetros como el flujo de combustible, el flujo de aire de combustión, el ángulo del quemador/compuertas, basándose en curvas de temperatura preestablecidas y mediciones en tiempo real.
4. Equilibrio del proceso: Es esencial encontrar un equilibrio óptimo entre asegurar la calidad del vidrio (fusión a alta temperatura, buena clarificación y homogeneización) y proteger el horno (evitando temperaturas excesivas, contacto directo con la llama) al tiempo que se reduce el consumo de energía.
Fecha de publicación: 18 de julio de 2025
