Vidrio E (fibra de vidrio libre de álcalis)La producción en hornos de tanque es un proceso de fusión complejo y de 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 logra principalmente mediante el ajuste de las características de la llama y 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) suele oscilar 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 del quemador.
*Objetivos de producción: Velocidad de fusión deseada y requisitos de calidad del vidrio.
* Materiales refractarios: La velocidad de corrosión de los materiales refractarios a altas temperaturas limita la temperatura superior.
La temperatura de la zona de clarificación suele ser ligeramente inferior a la temperatura del punto caliente (aproximadamente 20-50 °C inferior) para facilitar la eliminación de burbujas y la homogeneización del vidrio.
La temperatura del extremo de trabajo (antecrisol) 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 temperatura:
* Eficiencia de fusión: Una temperatura suficientemente alta es crucial para garantizar la reacción completa de los materiales del lote (arena de cuarzo, pirofilita, ácido bórico/colemanita, piedra caliza, etc.), la disolución completa de los granos de arena y la liberación completa de gases. Una temperatura insuficiente puede generar 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 trefilado de fibra requiere que el vidrio fundido se encuentre dentro de un rango de viscosidad específico.
* Corrosión del material refractario: Las temperaturas excesivamente altas aceleran drásticamente la corrosión de los materiales refractarios del horno (especialmente los ladrillos AZS electrofusionados), acortando la vida útil del horno y potencialmente introduciendo 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 producción). Un control preciso de la temperatura para evitar temperaturas excesivas es clave para el ahorro energético.
II. Regulación de la llama
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 corona). 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 oxicombustible):
* 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 considerable de calor, lo que reduce la eficiencia térmica y puede intensificar la corrosión por oxidación de la corona.
* Ajuste: Controle con precisión la relación aire-combustible según el análisis de gases de combustión (contenido de O₂, CO).Vidrio ELos hornos de tanque generalmente mantienen el contenido de O₂ de los gases de combustión en alrededor de 1-3% (combustión con 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 del lote (como el hierro) y 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 de la masa fundida, posea cierta rigidez y tenga buena capacidad de propagación.
* Llama larga vs. Llama corta:
* Llama larga: Cubre un área extensa, la distribución de la temperatura es relativamente uniforme y causa menos 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 del lote podría ser insuficiente.
* Llama corta: Fuerte rigidez, alta temperatura local, fuerte penetración en la capa de mezcla, lo que favorece la rápida fusión de las materias primas. Sin embargo, la cobertura es desigual, lo que provoca fácilmente 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 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 al lote y a la superficie del vidrio fundido, evitando el impacto directo de la llama en la corona o la pared del pecho.
* Ajuste: Ajuste los ángulos de inclinación (vertical) y guiñada (horizontal) de la pistola quemadora.
* Ángulo de inclinación: Afecta la interacción de la llama con la pila de material fundido (que lame la masa) y la cobertura de la superficie de la masa fundida. Un ángulo demasiado bajo (llama demasiado descendente) podría erosionar la superficie de la masa fundida o la pila de material fundido, causando arrastre que corroe la pared del pecho. 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 largo del ancho del horno y la posición del punto caliente.
2. Objetivos de la regulación de la llama:
* Formar un punto caliente racional: Crear la zona de mayor temperatura (punto caliente) en la parte trasera del tanque de fusión (generalmente después de la caseta). 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 el cargador de lotes y el extremo de trabajo).
* Calentamiento uniforme de la superficie de fusión: evita el sobrecalentamiento o el subenfriamiento localizado, reduciendo la convección desigual y las “zonas muertas” causadas por gradientes de temperatura.
* Proteger la estructura del horno: Evitar el impacto de la llama en la corona y la pared del pecho, evitando el sobrecalentamiento localizado que conduce a la corrosión refractaria acelerada.
* Transferencia de calor eficiente: maximiza la eficiencia de la transferencia de calor radiante y convectivo desde la llama hasta el lote 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 retroalimentación de temperatura: El monitoreo continuo de la temperatura se realiza mediante termopares, pirómetros infrarrojos y otros instrumentos ubicados en puntos clave del horno (cargador de lotes, zona de fusión, punto caliente, zona de afinado, antecrisol). Estas mediciones sirven de base para el ajuste de la llama.
3. Sistemas de control automático: Los hornos de tanque modernos a 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 y las compuertas, basándose en curvas de temperatura predefinidas y mediciones en tiempo real.
4. Equilibrio del proceso: Es esencial encontrar un equilibrio óptimo entre garantizar la calidad del vidrio (fusión a alta temperatura, buena clarificación y homogeneización) y proteger el horno (evitando temperaturas excesivas, impacto de la llama) mientras se reduce el consumo de energía.
Hora de publicación: 18 de julio de 2025
