کوره های تمام برقی برای تولید انواع مختلف شیشه ها
منبع:راسخون
چکیده
کوره های تمام برقی (AEF) به دلیل وجود جریان های عمودی در داخل مذاب، شاخص می باشند. در این کوره ها، مذاب به طور پیوسته و کامل با لایه ای از بچ پوشیده می شود. انرژی الکتریکی موجب ایجاد حرارت در الکترودها می شود که این الکترودها به طور مستقیم در داخل شیشه قرار گرفته اند.سطح مذاب پوشیده شده با بچ ماده ی اولیه مسئله ی تبخیر اکسید بور، مواد فلئور دار، مواد کلردار و ... را مرتفع می کند. ممانعت کردن از تبخیر موجب افزایش کیفیت شیشه ی تولیدی می شود اما همچنین موجب بروز برخی نگرانی های محیط زیستی مخصوصاً برای تولید کننده می شود. همچنین یکی از محدودیت های این روش، هزینه ی بالای برق مصرفی می باشد.
AEF می تواند برای یک گستره ی وسیع از شیشه ها مورد استفاده قرار گیرد. این شیشه ها عبارتند از:
• شیشه های سودالایم مورد استفاده در ساخت ظروف آشپزخانه و همچنین شیشه های سودالایم مخصوص برای بطری های عطر، صفحات مسطح STN و سایر کاربردها.
• شیشه های بروسیلیکات نوع برو 3.3 تا 4.9
• شیشه های اوپال (مانند شیشه های مظروف و بطری عطر)
• شیشه های عینک
• شیشه های کلاس C (الیاف شیشه ای)
• شیشه های سربی
• شیشه های غیر قلیایی
با توسعه ی ذوب الکترودی شیشه های غیر قلیایی و غیر رسانا برای پانل های مسطح TFT و سایر کاربردها، JSJ از یک مرز غیر متقاطع در تکنولوژی ذوب AEF عبور کردند. کار و عملکرد موفقیت آمیز اولین کوره های AEF در جهان برای تولید شیشه های غیر قلیایی برای دو سال، یک مرحله ی روبه جلوی بزرگ می باشد. توسعه ی یک سیستم حرارت دهی الکتریکی خاص که می تواند به طور مستقل از مقاومت الکتریکی محیط مذاب کار می کنند، یک موفقیت کلیدی محسوب می شود.
AEF یک راه حل خوب برای یک گستره ی وسیع از ترکیب شیمیایی شیشه می باشد اگر بر روی ساختار توده تمرکز کنیم. علت این مسئله، ظرفیت ذوب بسیار ویژه، مصرف انرژی حداقل، کیفیت بالای شیشه، انتشار گازهای آلاینده ی اندک و عملکرد مناسب می باشد.
پیش نیازهای مربوط به شیشه های با کیفیت بالا
فرایند ذوب تمام الکتریکی چیزی بیشتر از چند الکترود می باشد و برای ذوب شدن شیشه، نیاز به وجود پیش نیازهای خاصی می باشد. مخصوصاً برای تولید شیشه ی با کیفیت بالا، برخی از پیش نیازهای ضروری باید در طراحی یک کوره ی الکتریکی در نظر گرفته شود. این نیازها را با استفاده از مثال های مختلف، بیان خواهیم کرد.لایه ی بچ مواد اولیه
برای برطرف شدن نیازهای تکنولوژیک خاص برای هر بچ و مذاب، متغیرهای مختلفی شناسایی شده است. از اشکال مختلف و عمق کف، نوع الکترودها و آرایش آنها، ارتباط های فاز برق توزیع شده و ... شروع می کنیم. اولین پیش نیاز برای تولید شیشه های با کیفیت بالا، ایجاد یک لایه ی یکنواخت و پایدار از بچ مواد اولیه می باشد. در سرعت های ذوب سریع تر، چالش های بیشتری در زمینه ی طراحی وجود دارد و علاوه بر این، برای اطمینان حاصل کردن از انعطاف پذیری در نرخ ذوب شدن و بدین صورت حفظ کیفیت شیشه، موارد مهمی را باید در نظر گرفت.از یک طرف، لایه ی بچ مواد اولیه باید از لحاظ عایق کاری گرمایی، پایدار باشد و از طرف دیگر، ترکیب شیمیایی بچ باید به گونه ای انتخاب گردد که از رشد حباب ها در داخل آن، جلوگیری شود.
به عنوان یکی از محدودیت های اساسی AEF نسبت به ذوب کننده های با سوخت، گستره ی کشش پایین برای عملیات پایدار می باشد که علت آن، نازک شدن لایه ی بچ مواد اولیه در نرخ های پایین تر جریان می باشد. همچنین اتلاف های حرارتی بالا اجازه نمی دهد تا دمای ذوب در یک سطح مورد نیاز حفظ گردد تا بدین صورت تصفیه به طور مناسب انجام شود. به عبارت دیگر، یک کشش بسیار بالا موجب می شود تا یک لایه ی بسیار نازک از ماده ی اولیه تشکیل شود و شیشه ی خام یا باقیمانده ی بچ بوسیله ی فرایندهای همرفت ایجاد شده به سمت پایین کشیده شود و بدین صورت کیفیت شیشه افت کند. بنابراین، هر AEF دارای خروجی های نرمال طراحی شده ی خاص خود می باشد و یک ناحیه ی کاری پایدار 80 تا 110 % ایجاد می کند.
موازی با کارهای انجام شده در زمینه ی بررسی گستره های کاری AEF، اثر میزان خرده شیشه بر روی پارامترهای عملیاتی مورد بررسی قرار گرفت. یک مصرف انرژی مینیمم بین 30 و 60 % برای مخلوط بچ با خرده شیشه، مشاهده شد. یکی از دلایل این مسئله، کاهش ظرفیت حرارتی مورد نیاز با افزایش میزان خرده شیشه می باشد. در واقع سهم آنتالپی واکنش برای بچ خالص، کاهش می یابد. اما زمینه ی مخالفی که باید تحت شرایط کاری موجود در یک ذوب کننده، باید مورد توجه قرار گیرد، بهبود انتقال حرارت از مذاب از طریق لایه ی بچ به سقف کوره می باشد. وقتی خرده شیشه ی خالص شرایط تابش مناسبی دریافت کنند، بیشترین اتلاف حرارتی رخ می دهد. مجموع حرارت اتلاف یافته و صرف شده برای ذوب شدن، کم و بیش یک مینیمم فراهم می آورد که این مینیمم به اندازه ی خرده شیشه و نوع گرانول بچ، وابسته است. این مسئله باید گفته شود که هر دو دو نمونه ی حاوی 100 % خرده شیشه و 100 % بچ، اجازه ی تولید پایدار شیشه ی با کیفیت بالا تحت شرایط بیان شده در بالا را نمی دهد.
میدان های دمایی و انرژی
سطح دمای هموژن و بالا در AEF یکی از دلایلی است که این کوره می تواند نرخ ذوب بسیار بالایی فراهم آورد. برای شرایط ذوب شدن پایدار، یک گرادیان دمایی بسیار بالا در داخل ناحیه ی ذوب اولیه و در زیر ناحیه ی ذوب، ضروری است. شکل 1 نشاندهنده ی توالی دما و دانسیته در تمام نواحی فرایند می باشد. دانسیته ی مربوط به مذاب شیشه که در ناحیه ی ذوب اولیه در زیر توده ی بچ تا پایان ناحیه ی تصفیه ادامه دارد، به دلیل تبدیل شیمیایی ماده ی اولیه به مذاب شیشه، افزایش می یابد. گرادیان های دانسیته ای بالا برای پایدارسازی نواحی فرآوری اولیه ضروری است و همرفت عمدتاً تنها بوسیله ی دما و بنابراین، گرادیان های دمایی در داخل نواحی تنظیم کننده، ممکن می باشد. شکل 2 نشاندهنده ی شرایط مربوط به ذوب در نقطه ی تصفیه می باشد که با پروب های خاص، تهیه شده است.بر اساس مقایسه ی مدل های مربوط به کوره های تمام اکتریک در زمینه ی ذوب شیشه های بروسیلیکاتی 3.3 (بر اساس میزان ذوب در روز) و بر اساس مسئله ی علت و معلول و بر اساس بازخوردهای حاصله از کارخانه های شیشه، این نشان داده شده است که استفاده از این کوره ها، یکی از پیش نیازهای مروبط به تولید شیشه های بروسیلیکاتی با کیفیت بالا می باشد.
ویژگی های کوره های انتخاب شده
کوره ها تاقچه ای (Shelf furnace) با الکترودهای صفحه ای Mo دارای ویژگی های زیر هستند:
• این کوره دارای حوضه ی بالایی است که ارتفاعی برابر با 1.2 m و کانال عمیق تر در بخش میانی می باشد.
• آرایه هایی از الکترود صفحه ای در نزدیکی تاقچه ی بالایی و در طول هر دو بخش طولی، وجود دارد.
• ناحیه ی ذوب مستطیلی شکل با یک گلوگاه در سمت جلویی
• استفاده از یک فاز منفرد بدون وجود هیچ بخشی در نواحی حرارت دهی مجزا
• نرخ ذوب ویژه ی ماکزیمم 1.3 t/m^2 d.
• مصرف انرژی ویژه ی 1.15 kWh/kg برای بخش ذوب کننده (شکل 3).
• یک حوضچه ی بسیار عمیق (بیش از 2 متر عمق) با الکترودهای سه گانه از جنس Mo در بخش کف در هر گوشه.
• استفاده از یک بخش تغذیه ای دو فازی در هر دو قطر با یک شیفت فازی 90 درجه ای.
• تشکیل یک لایه ی نازک از بچ در مرکز کوره با بخش عمیق تر در کف به منظور اطمینان حاصل کردن از کیفیت مناسب در شیشه های تولیدی
• نرخ ذوب شدن ویژه ی ماکزیمم برابر با 1.6 t/m^2 d.
• مصرف انرژی ویژه ی برابر با 1.20 kWh/kg برای بخش ذوب کننده (شکل 4).
• یک سیستم الکترودی در عمق با آرایه های الکترودی که این توالی الکترودها، تشکیل دهنده ی سه توالی با 6 قطر می باشد. هر قطر یک ناحیه ی حرارت دهی مجزاست و بوسیله ی یک سیستم دو فازی تغذیه می گردد.
• بوسیله ی الکترودهای کف، 70 تا 80 % از کل انرژی، به سیستم وارد می شود.
• یک سیستم الکترودی افقی متشکل از 8 الکترود افقی در محل تقاطع الکترودها.
• با کار کردن دو سیستم، یک انعطاف پذیری بسیار بالا برای ایجاد یک توزیع مناسب حرارتی ایجاد می شود. این توزیع در جهات عمودی و افقی می باشد.
• وجود یک توزیع برق یکنواخت موجب می شود تا یک لایه ی بچ هموژن نیز بر روی سطح ایجاد شود.
• نرخ حرارت دهی ویژه ی ماکزیمم در این کوره برابر با 1.65 t/m^2 d
• مصرف انرژی ویژه این کوره برابر با 1.25 kWh/kg برای بخش ذوب کننده می باشد (شکل 5).
نتایج حاصل از شبیه سازی
کوره ی تاقچه ای با الکترودهای صفحه ای Mo
• دانسیته ی برق الکتریکی دارای توزیع یکنواخت تری است و به هر حال، این مسئله بوسیله ی تغییرات محلی رسانایی الکترودها، تحت تأثیر قرار می گیرد.
• ماکزیمم دما در نزدیکی الکترودها ایجاد نمی شود، بلکه در میانه ی کف کوره ایجاد می شود که علت این مسئله، وجود اتلاف حرارتی در دیواره های کناری و الکترودها می باشد. غلظت انرژی نیز در این کوره یکنواخت است و با الکترودهای میله ای، قابل مقایسه نمی باشد. یکنواختی دمایی در این کوره بالاتر است و تفاوت های اندکی مشاهده شده است.
• همرفت عرضی به طور قابل توجهی به چرخش مجزا تقسیم می شود اما هیچ فلاکسی بوسیله ی منابع حرارت دهی (مانند الکترودها)، ایجاد نمی شود. این مسئله بدین معناست که همرفت قابل توجهی در این بخش مشاهده نمی شود و حساسیت بالایی در مقابل تغییرات اندک در اتلاف حرارتی، قابل قبول می باشد.
• کوره های تاقچه ای با الکترودهای صفحه ای Mo دارای میدان دمایی بسیار هموژنی هستند البته تغییر شکل های روبه پایینی در نواحی سرد تر، وجود دارد. با توجه به تجربیات موجود در این زمینه، این رفتار با وجود یک لایه ی نازک از مواد اولیه بر روی مذاب، تطابق دارد و موجب می شود تا اتلاف های حرارتی بالاتری به دلیل وجود عیوب شیشه، ایجاد گردد. این مسئله موجب محدود شدن ظرفیت کوره می شود (شکل 6).
کوره ی با حوضچه ی عمیق با الکترودهای تعبیه شده در کوشه ها
• دانسیته ی الکتریسیته در حوالی میله های مولیبدنی، میان الکترودها، بالاست در حالی که، این دانسیته در میان الکترودها و دیواره های کناری میزان اندکی می باشد.
• در نتیجه، توزیع دما نشاندهنده ی وجود دمای ماکزیمم در اطراف الکترودها می باشد.
• همرفت عکس در اطراف الکترودها مشهود است و بدین وسیله دو مدار همرفت ایجاد می شود. اما هیچ تطابقی در تولید حرارت با طول الکترودها، وجود ندارد و بنابراین، یک مدار همرفت ثانویه در بخش پایین تر میان الکترودها، وجود دارد.
• کوره های با حوضچه ی عمیق و دارای الکترودهای گوشه ای دارای فاصله ی طولانی تری میان الکترودها هستند و بنابراین، در مرکز حوضچه، یک جریان بحرانی از شیشه ی سرد شده، وجود دارد همچنین می تواند یک لایه از ماده ی اولیه ی ذوب نشده، در این بخش، وجود داشته باشد. در اینجا، این فهمیده می شود که این کوره نیاز دارد تا یک کانال عمقی داشته باشد که این کانال از ایجاد جریان مدار کوتاه در حوضچه، جلوگیری شود. دماهای بسیار پایین تر در عمق نیم متری (دمایی در حدود 1480 ℃) با اندازه گیری ها بر روی لایه ی بچ، تطابق دارد. این مسئله نشاندهنده ی وجود یک لایه به ضخامت 0.5 m می باشد (شکل 7).
• بخش اصلی تولید انرژی در اطراف الکترودهای عمودی عملمی کند اما اثر دو الکترودهای افقی نیز می تواند مشاهده گردد.
• ماکزیمم دمای به صورت یکنواخت تر در داخل کوره، توزیع شده است.
• بنابراین، همرفت به صورت ایده آل پایدار شده است و اثر الکترودهای افقی موجب افزایش فشار بر روی جریان می شود.
• کوره های مستطیلی دارای دو سیستم الکترود نیز دارای لایه ی بچ صفحه ای هستند بدون آنکه نواحی حرارت دهی بیشتری وجود داشته باشد (شکل 8).
مقایسه ی مسیرهای جریان بحرانی
برای هر نقطه بر روی سطح ذوب شده، زمان رسیدن به انرژی برای خروج مذاب، تعیین می شود. این زمان، زمان باقیمانده ی منفرد نامیده می شود. مسیر جریان بحرانی دارای کوتاهترین فاصله از کف حوضچه می باشد. نقطه ی شروع در نزدیکی دیواره ی گلویی، می باشد.در کوره ی تاقچه ای با الکترودهای صفحه ای Mo به خاطر عدم وجود همرفت، شاخص می باشد. این کوره ها، دارای یک ناحیه ی مخلوط سازی اولیه در سمت جلو می باشد. این بخش با کانال به یک تانک متصل است. در این سیستم یک جریان همرفت آهسته وجود دارد. زمان تلف شده برابر با 13 دقیقه و 54 ثانیه می باشد.
علاوه بر این، نتایج مربوط به شرایط این ناحیه، به طور مستقیم در جلوی بخش گلویی مورد بررسی قرار گرفته است (صرفنظر از سهم شیشه با زمان باقیماندن کمتر از 2 ساعت). در شکل 9 و شکل 10 این مشاهده می شود که شیشه های تازه در طی کمتر از 1 ساعت به میزان کمتر از 3.8 % و در طی کمتر از 2 ساعت، 5.1 % کمتر کوره را ترک کرده اند و بدین صورت، عبور حرارت نشاندهنده ی این است که دمای تصفیه ی شیشه در این دوره، به میزان مورد نظر نمی رسد.
دوباره نیز شرایط مشابهی می تواند برای کوره های مستطیلی دارای دو سیستم الکترودی مشاهده کرد. در مقایسه با کوره های با حوضچه ی عمیق که مجهز به الکترودهای گوشه ای هستند، این کوره نیز دارای حساسیت زیادی به همرفت است زمان اتلاف کمتر از 1 ساعت است.
بر اساس تمام این راه های بیان شده، مزیت های قابل توجهی برای کوره های دارای دو سیستم الکترودی، بیان شده است. در واقع در این کوره ها، عبور حرارت در بخش بحرانی، منجر به تباهی شرایط محاسبه شده، نمی شود.
برای برطرف شدن شبهه های باقیمانده، رویه ی تغییر حرارتی در این سه بخش در شکل 10 نشان داده شده است. مشابه با مسائل مشاهده شده در زمینه ی تصفیه ی مذاب شیشه در کوره ی تاقچه ای مجهز به الکترودهای صفحه ای Mo، این فهمیده شده است که ماکزیمم دما کمتر است و زمان نیز نسبت به انواع دیگر، کوتاه تر است. این سوال مطرح است که اگر زمان های طولانی تری برای کوره ی مستطیلی با دو سیستم الکترودی وجود داشته باشد، آیا وسعت دمایی یکسان موجب پدید آمدن مزیت اضافی در کیفیت شیشه می شود؟
عموماً رفتار نشان داده شده، یک تخمین مناسب از اثر تصفیه کنندگی و مزیت های آن برای دو سیستم الکترود و در سطوح مختلف برای این کوره، ارائه شده است.
نتیجه گیری
به طور خلاصه باید گفت که این رفتار، مزیت های متعددی برای کوره ی مستطیلی با دو سیستم الکترودی ارائه می دهد. این مسئله با توجه به تشکیل لایه ی بچ بر روی مذاب شیشه، ایجاد می شود. این لایه با توجه به موارد ذکر شده، بر روی کیفیت شیشه اثرگذار است. کوره های با حوضچه ی عمیق که مجهز به سیستم الکترودی هستند، این مشکل را بواسطه ی افزایش عمق حوضچه، از بین برده اند. نتایج مربوط به مدل سازی، با نتایج مربوط به شرایط واقعی هر نوع کوره، تصدیق می شود:• کوره ی تاقچه ای با الکترودهای صفحه ای Mo
حساسیت بالا به دلیل عدم وجود جریان همرفت ثابت. این نتیجه موجب تغییر در کیفیت شیشه می شود.• کوره ی با حوضچه ی عمیق با الکترودهای تعبیه شده در گوشه ها:
اجتناب از ایجاد مدار کوتاه و ورود شیشه های تصفیه نشده به بخش بعدی بوسیله ی افزایش عمق حوضچه و استفاده از آجرهای خاص در دیواره ی گلویی خروج مذاب شیشه.• کوره ی مستطیلی با دو سیستم الکترودی
بهترین کیفیت و پایداری شیشه را ایجاد می کند اما هزینه های بالاتری برای مدار حرارت دهی الکتریکی باید پرداخت کرد و مصرف انرژی نیز در این کوره بالاتر است (شکل 11).بر اساس مقایسه ی مدلی بر روی یک کوره ی با توانایی تولید 45 تن مذاب سودالایم در روز و بر اساس علت و معلول حاصله بوسیله ی بازخوردهای حاصله از کارخانه های شیشه، پیش نیازهای ضروری برای تولید شیشه ی سودالایم با کیفیت بالا، تدوین می شود.
ویژگی های ذوب شوندگی بچ شیشه ی سودالایم در مقایسه با شیشه های بروسیلیکاتی نشاندهنده ی یک سرعت ذوب بسیار بالاتر برای شیشه های سودالایم می باشد. بنابراین، بار اضافی حاصله از انرژی محلی با ناپایداری لایه ی بچ در ارتباط است. از ایجاد همرفت قوی که به طور مستقیم با لایه ی بچ در ارتباط است، باید جلوگیری شود تا بدین صورت میزان پایداری و هموژنیته، افزایش یابد. در بخش بعدی، اثر الکترودهای تعبیه شده در کف، الکترودهای بالا و ترکیبی از این دو پیکربندی مورد بررسی قرار گرفته است.
کوره های هگزاگونال با الکترودهای تعبیه شده در کف
ویژگی های این کوره ها، عبارتند از:
• سطح ذوب شدن برابر با 21 متر مربع و حوضچه دارای عمقی برابر با 1.4 متر است.
• این کوره دارای 12 الکترود عمودی در کف است. این الکترودها یک مدار داخلی و یک مدار خارجی ایجاد می کنند.
• انرژی این الکترودها از طریق یک منبع سه فاز و به صورت حالت ستاره تأمین می شود. در این حالت، یک الکترود خارجی به یک الکترود داخلی به صورت عکس، در ارتباط است.
• پارامترهای فنی نمونه وار، نرخ ذوب شدن ویژه ی برابر با 1.9 t/m^2 d و مصرف انرژی ویژه ی آن برابر با 1.0 kWh/m^2 است. دمای ماکزیمم عمق تقریباً برابر با 1430 ℃ است. دمای تصفیه ی مورد نیاز برای شیشه ی با کیفیت بالا برابر با 1480 ℃ است. به دلیل ناپایداری لایه ی بچ، امکان حصول به این دما، امکان پذیر نیست (شکل 12).
ویژگی این کوره ها عبارتند از:
• 12 الکترود در بالا به صورت سه فاز و در حالت ستاره به هم متصل شده اند. دو الکترود موازی به فاز مشابه وصل شده است.
• 6 الکترود در عمق حوضچه تعبیه شده و به صورت سه فاز و در حالت ستاره به هم متصل می گردد.
• هر دو سیستم سه فاز با هم هماهنگ هستند.
• حوضچه ی ذوب دارای 1.65 m عمق است.
• پارامترهای فنی نمونه وار عبارتند از نرخ ذوب شدن خاص برابر با 1.9…2.75 t/m^2 d و میزان مصرف انرژی برابر با 1.0…1.1 kWh/m^2 می باشد (شکل 13).
نتایج مدل سازی
کوره ی هگزاگونال با الکترودهای تعبیه شده در کفهموژن بودن توزیع انرژی در سطح مقطع تانک برابر است توزیع انرژی در کل تانک. علت این مسئله طول غوطه وری طولانی الکترودهای تعبیه شده در عمق می باشد. این تصویر نشاندهنده ی یک ماکزیمم دانسیته ی انرژی در حوالی الکترودهاست که همچنین یک ماکزیمم دما را ایجاد می کند مخصوصاً در بخش سری الکترودهای داخلی.
این ماکزیمم دما در حوالی الکترودها، موجب بروز همرفت از عمق به سمت لایه بچ می شود که این مسئله موجب ایجاد جریان هایی میان الکترودها و دیواره های کناری می شود.
همرفت ایجاد شده، موجب می شود تا مذاب داغ به طور مستقیم به لایه ی بچ، برخورد کند. بنابراین، انتقال حرارت در نقاط مدور محدود شده در بالای هر الکترود ممکن است از حد آن، بگذرد. نتیجه ی این مسئله، ایجاد ناپایداری در لایه ی بچ می باشد که موجب افزایش اتلاف حرارت در بچ می شود. در نتیجه، دمای مذاب ممکن است به زیر دمای تصفیه، کاهش یابد.
با افزایش فاصله ی سری های الکترود به هر لایه ی بچ، همرفت با محدودیت اتلاف همراه است و بدین وسیله موجب می شود تا فاصله ی میان لایه ی بچ و سری الکترودها، افزایش یابد (شکل 14 و 15).
در شکل 16، این مشاهده می شود که لایه ی بچ نازک موجب ایجاد پیک های با انرژی محلی بالا (در حدود 1500 kW/m^2) می شود. پایداری لایه ی بچ برای سطح پایین تر، تعیین شده است. تحت تخمین با ضخامت لایه ی بچ بالاتر و پارامترهای مشابه دیگر، پایداری می تواند حاصل شود که علت آن پیک دانسیته ی انرژی می باشد که تقریباً از 2000 kW/m^2 بالاتر است.
در مورد الکترودهای تعبیه شده در کف، تبادل هایی بین الکترودها پدید می آید به نحوی که لایه ی بچ در لایه ی بالاتر عمود بر لایه ی است که در بالا بدان اشاره شد. این مسئله موجب می شود تا اثر مثبتی بر روی الکترودهای تعبیه شده در بالا دارد. این مسئله موجب می شود تا پایداری لایه ی بچ، مهم جلوه کند. در مقایسه، استفاده از الکترود در بخش کف و بخش بالا موجب می شود تا انرژی اضافی لایه ی بچ، به میزان نصف، کاهش یابد.
در بخش قبلی اثر الکترودهای بالایی مورد بررسی قرار گرفت. این آرایه از الکترودها در سمت بالایی به سختی قابل شناسایی هستند زیرا پایداری مکانیکی نگهدارنده ی این الکترودها، مخصوصاً برای سیکل های داخلی کوره های بزرگ، مسأله ساز می باشد.
یک ترکیب از الکترودهای تعبیه شده در بالا و الکترودهای تعبیه شده در کف موجب می شود تا بتوان از اثر پایدارسازی مناسبی استفاده کرد و موجب شد تا لایه ی بچ به طور مناسبی پایدار گردد.
در شکل 17، این مشاهده می شود که سطح مقطع کوره در جهت گلویی قرار گرفته است. نرخ ذوب در این کوره برابر با 45 تن در روز است. منبع انرژی الکتریکی به خوب بوسیله ی الکترودهای بالایی، شناسایی می شود. دانسیته ی انرژی در سطح این الکترودهای تعبیه شده در کف، بسیار هموژن است. جریان های اولیه ی قوی در مرکز کوره بوسیله ی میدان دمایی، نشان داده می شود. بزرگتر شدن قطر این کوره موجب می شود تا نرخ کشش حساسیت بیشتری به جریان بازگشتی بخش مرکزی داشته باشد. این اثرات منفی بر روی کیفیت شیشه که به دلیل گرادیان های دمایی ایجاد می شود، بر روی پایداری فرایند ذوب و میزان اثربخشی فرایند تصفیه، اثرگذار است. الکترودهای تعبیه شده در کف می توانند گرادیان های دمایی بالایی ایجاد کنند (شکل 18 و 19).
شیشه های مورد استفاده در صنعت مانند زیرلایه های مورد استفاده در دیسک های سخت و پانل های مسطح TFT مورد استفاده در لامپ های هالوژن، باید از شیشه های خاصی تولید شوند. برای این کاربردها که هر روز میزان تقاضا برای آنها رو به افزایش است، اغلب از شیشه های با کیفیت بالایی استفاده می شود که دارای خواص نوری ممتاز و رسانایی الکتریکی پایینی هستند. علاوه بر این، در برخی کاربردها، وجود مواد قلیایی موجب کاهش عمر مفید محصول می شود. سیستم شیشه ی مورد استفاده، شیشه های بوروسیلیکاتی عاری از مواد قلیایی می باشد.
ذوب شدن این شیشه ها با استفاده از کوره های تمام الکتریک مزیت های فنی قابل توجهی در مقایسه با کوره های حرارت دهی شده با اکسیژن- سوخت، ارائه می دهد:
• جلوگیری از تبخیر بوریک اسید
• ایجاد میدان هموژن دمایی در یک سطح دمایی بالا برای افزایش کیفیت شیشه
• توانایی ایجاد ظرفیت ذوب برابر با 1 تا 12 تن در روز
• هزینه های سرمایه گذاری پایین و هزینه های عملیاتی کمتر
در گذشته، تکنولوژی کوره های تمام الکتریک برای تولید پیوسته مورد بررسی قرار نگرفته است. علت این مسئله این است که حرارت دهی الکتریکی مستقیم با ولتاژهای عملیاتی قابل کنترل، تنها در زمانی قابل حصول است که دمایی مذاب بالاتر از 1450 ℃ باشد. آیا راهی برای حرارت دهی مذاب شیشه ی در حال شکل دهی، با استفاده از یک سیستم حرارت وجود دارد که به طور مستقل از رسانایی مذاب عمل کند و بتواند از دمای 1450 ℃ فراتر رود و سپس مواد قلیایی خاکی موجب گردد تا رسانایی الکتریکی کافی برای حرارت دهی الکتریکی با الکترودها، فراهم آید (شکل 20).
شکل 21 تصویر مربوط به یک کوره ی تمام الکتریک را نشان می دهد که در سال 2006 برای تولید شیشه های عاری از مواد قلیایی، مورد استفاده قرار گرفته است. در بخش بالایی حوضچه ی ذوب، الکترودهای بالایی نصب شده اند. این الکترودها موجب افزایش پایداری الکترودهایی نصب شده برای حرارت دهی الکتریکی مستقیم می شوند بدون آنکه هیچ تماسی با مواد دیرگداز داشته باشند. بخش عمده ی انرژی بوسیله ی این الکترودها، اعمال می شود. وقتی حرارت بالا می شرود و مذاب برای حرارت دهی مستقیم با الکتریسیته آماده می شود، سیستم حرارت دهی Mo به همراه یک مشعل برقی، عمده ترین منابع تأمین انرژی هستند.
نتیجه گیری
کوره های تمام الکتریک یک راه حل مناسب برای تولید یک گستره ی وسیع از شیشه های با کیفیت بالا می باشد. علاوه بر اینکه این تکنولوژی موجب کاهش میزان تولید دی اکسید کربن می شود، میزان انتشار گازهای دیگری همچون ترکیبات بور، فلورین، کلورین و سایرمواد نیز کاهش می یابد.عموماً یک سیستم دو الکترودی ضرورتاً موجب تنظیم دما در کل بخش عمقی کوره می شود. هر شیشه نیازمند توجه به راه حل های خاصی است که باید با تجربه تعیین شوند. در این مقاله علاوه بر طراحی، ما مباحثی از جمله تکنولوژی و ترکیب کلیدی این کوره ها را نیز مو رد بررسی قرار دادیم.
/ج
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}