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El burbujeo, una técnica crucial y ampliamente utilizada en la homogeneización forzada, impacta significativa y complejamente los procesos de clarificación y homogeneización del vidrio fundido. A continuación, se presenta un análisis detallado.

1. Principio de la tecnología de burbujeo

El burbujeo implica la instalación de múltiples filas de burbujeadores (boquillas) en la parte inferior del horno de fusión (normalmente en la parte final de la zona de fusión o de afinado). Se inyecta un gas específico, generalmente aire comprimido, nitrógeno o un gas inerte, en el vidrio fundido a alta temperatura de forma periódica o continua. El gas se expande y asciende a través del vidrio fundido, creando columnas de burbujas ascendentes.

2. Impacto del burbujeo en el proceso de clarificación (principalmente positivo)

El burbujeo ayuda principalmente a eliminar las burbujas de gas, aclarando así el vidrio.

Promoviendo la eliminación de burbujas

Efecto de succiónUna zona de baja presión se forma tras el ascenso de las grandes burbujas, lo que crea un efecto de bombeo. Esto atrae, reúne y fusiona eficazmente las diminutas microburbujas del vidrio fundido circundante, llevándolas a la superficie para su expulsión.

Solubilidad reducida del gasEl gas inyectado, especialmente el gas inerte, puede diluir los gases disueltos en el vidrio fundido (p. ej., SO₂, O₂, CO₂), reduciendo su presión parcial. Esto facilita la exsolución de los gases disueltos en las burbujas ascendentes.

Sobresaturación local reducida:Las burbujas ascendentes proporcionan una interfaz gas-líquido preparada, lo que hace más fácil que los gases disueltos sobresaturados se disuelvan y se difundan en las burbujas.

Trayectoria de clarificación acortada:Las columnas de burbujas ascendentes actúan como “vías rápidas”, acelerando la migración de gases disueltos y microburbujas hacia la superficie.

Alteración de la capa de espuma:Cerca de la superficie, las burbujas ascendentes ayudan a romper la densa capa de espuma que puede impedir la expulsión de gas.

Posibles efectos negativos (requieren control)

Introducción de nuevas burbujasSi los parámetros de burbujeo (presión, frecuencia y pureza del gas) no se controlan correctamente o si las boquillas están obstruidas, el proceso puede generar nuevas burbujas pequeñas no deseadas. Si estas burbujas no se pueden eliminar o disolver en la clarificación posterior, se convierten en defectos.

Selección incorrecta de gas:Si el gas inyectado reacciona desfavorablemente con el vidrio fundido o los gases disueltos, podría producir gases o compuestos más difíciles de eliminar, lo que dificultaría el proceso de clarificación.

3. Impacto del burbujeo en el proceso de homogeneización (principalmente positivo)

El burbujeo mejora significativamente la mezcla y homogeneización delvidrio fundido.

Convección y agitación mejoradas

Circulación verticalA medida que las columnas de burbujas ascienden, su baja densidad en comparación con el vidrio fundido crea un fuerte flujo ascendente. Para reponer el vidrio ascendente, el vidrio circundante y el inferior fluyen horizontalmente hacia la columna de burbujas, creando un potente...circulación verticaloconvecciónEsta convección forzada acelera enormemente la mezcla horizontal del vidrio fundido.

Mezcla de cizallamiento:La diferencia de velocidad entre las burbujas ascendentes y el vidrio fundido circundante genera fuerzas de corte que promueven la mezcla difusiva entre las capas adyacentes de vidrio.

Renovación de la interfaz:La agitación de las burbujas ascendentes refresca continuamente las interfaces de contacto entre vidrios de diferentes composiciones, mejorando la eficiencia de la difusión molecular.

Alteración de la estratificación y estrías

La convección fuerte rompe eficazmenteestratificación química o térmicayestríasCausado por diferencias de densidad, gradientes de temperatura o alimentación irregular. Incorpora estas capas al flujo principal para su mezcla.

Esto es especialmente útil para eliminar“zonas muertas”en el fondo del tanque, reduciendo la cristalización o la falta de homogeneidad severa causada por el estancamiento prolongado.

Eficiencia de homogeneización mejorada

En comparación con la convección natural o los flujos de gradiente de temperatura, la convección forzada generada por burbujeo tiene unmayor densidad energética y alcance más amplioEsto acorta significativamente el tiempo necesario para alcanzar el nivel deseado de homogeneidad o logra una mayor uniformidad dentro del mismo período de tiempo.

Posibles efectos negativos (requieren atención)

Erosión de materiales refractariosEl flujo a alta velocidad de burbujas ascendentes y la intensa convección que inducen pueden causar una mayor erosión y corrosión de los materiales refractarios del fondo del tanque y de las paredes laterales, acortando así la vida útil del horno. Esto también puede introducir productos de erosión en el vidrio fundido, creando nuevas fuentes de heterogeneidad (piedras, estrías).

Alteración de los patrones de flujoSi la disposición del punto de burbujeo, el tamaño de las burbujas o la frecuencia están mal diseñados, pueden interferir con la temperatura original y los campos de flujo naturales beneficiosos dentro del tanque de fusión. Esto podría crear nuevas regiones o vórtices no homogéneos.

4. Parámetros de control clave para la tecnología de burbujeo

Posición de burbujeoGeneralmente, se ubica en la parte final de la zona de fusión (para garantizar que las materias primas se fundan en su mayor parte) y en la zona de clarificación. La posición debe elegirse para optimizar los campos de flujo y temperatura.

Selección de gasLas opciones incluyen aire (de bajo costo, pero con fuertes propiedades oxidantes), nitrógeno (inerte) y gases inertes como el argón (de mayor inercia, pero de alto costo). La elección depende de la composición del vidrio, el estado redox y el costo.

Tamaño de la burbujaLo ideal es producir burbujas más grandes (de varios milímetros a centímetros de diámetro). Las burbujas pequeñas suben lentamente, tienen un efecto de succión débil y pueden no ser fácilmente expulsadas, convirtiéndose en defectos. El tamaño de la burbuja se controla mediante el diseño de la boquilla y la presión del gas.

Frecuencia de burbujeoEl burbujeo periódico (p. ej., cada pocos minutos) suele ser más efectivo que el burbujeo continuo. Crea fuertes perturbaciones, a la vez que permite que las burbujas se expulsen y el vidrio se estabilice. La intensidad (caudal y presión del gas) debe ajustarse a la profundidad y la viscosidad del vidrio.

Disposición del punto de burbujeoLa disposición de varias filas escalonadas que cubran todo el ancho del tanque garantiza que la convección llegue a todos los rincones, evitando así las zonas muertas. Es necesario optimizar el espaciado.

Pureza del gas:Se deben evitar impurezas como humedad u otros gases para prevenir nuevos problemas.

En conclusión, el burbujeo es una tecnología crucial que inyecta gas en el vidrio fundido para crear una fuerte circulación vertical y agitación. Esto no solo acelera significativamente el proceso de clarificación interna, facilitando la fusión y expulsión de burbujas pequeñas y grandes, sino que también rompe eficazmente las capas químicas y térmicas heterogéneas y elimina las zonas muertas de flujo. En consecuencia, mejora considerablemente la eficiencia de homogeneización y la calidad del vidrio. Sin embargo, un control estricto de parámetros clave como la selección del gas, la posición, la frecuencia y el tamaño de las burbujas es esencial para evitar la introducción de nuevos defectos en las burbujas, el agravamiento de la erosión refractaria o la interrupción del campo de flujo original. Por lo tanto, si bien presenta posibles inconvenientes, el burbujeo es una tecnología clave que puede optimizarse para mejorar significativamente la fabricación de vidrio.