Pencairan kaca botol

Peleburan kaca merupakan proses yang sangat kompleks. Material batch akan mengalami serangkaian perubahan dan reaksi fisik, kimia, dan fisikokimia pada suhu tinggi. Hasil dari perubahan dan reaksi ini mengubah campuran mekanis berbagai bahan baku menjadi lelehan yang kompleks, yaitu cairan kaca.
Menurut perubahan dan reaksi yang terjadi pada bahan batch selama proses peleburan kaca, proses peleburan kaca dapat dibagi menjadi lima tahap, yaitu pembentukan silikat, pembentukan kaca, klarifikasi, homogenisasi dan pendinginan.

Sebagian besar kaca botol umum tersusun dari silikat, dan reaksi pembentukan silikat sebagian besar dilakukan dalam keadaan padat. Pada tahap ini, komposisi bubuk mengalami serangkaian perubahan fisik dan kimia. Sejumlah besar zat gas dalam bubuk menguap. Kemudian silikon dioksida dan komponen lainnya mulai berinteraksi. Pada akhir tahap ini, reaksi keadaan padat utama berakhir, dan bubuk menjadi sinter yang tersusun dari silikat dan silikon oksida. Untuk sebagian besar kaca, tahap ini pada dasarnya berakhir pada suhu 800~900 derajat.

Pemanasan terus berlanjut, sinter yang dihasilkan dalam tahap pembentukan silikat mulai mencair, campuran dengan titik leleh rendah mulai mencair terlebih dahulu, dan silikat serta silikon dioksida yang tersisa mencair dan berdifusi satu sama lain, dan sinter menjadi cairan kaca yang transparan. Proses ini disebut tahap pembentukan kaca. Pada saat ini, tidak ada bahan batch yang tidak bereaksi, tetapi masih banyak gelembung dan goresan di kaca, dan komposisi serta sifat kimianya juga tidak merata. Suhu kaca biasa pada tahap ini adalah 1200~1250 derajat.

Pada akhir tahap pembentukan kaca, masih terdapat banyak gelembung dan garis-garis pada kaca. Ketika cairan kaca dipanaskan lebih lanjut, viskositas cairan kaca akan menurun. Proses penghilangan gelembung-gelembung yang terlihat pada cairan kaca merupakan proses penjernihan cairan kaca.
Selama tahap pembentukan silikat dan pembentukan kaca, sejumlah besar gas diendapkan karena dekomposisi bahan batch, penguapan beberapa komponen, reaksi redoks oksida, interaksi antara kaca dan media gas dan bahan tahan api. Sebagian besar gas ini lepas ke luar angkasa, dan sebagian besar gas yang tersisa akan larut dalam cairan kaca. Sebagian kecil gas masih ada dalam cairan kaca dalam bentuk gelembung. Ada tiga keadaan utama gas dalam kaca, yaitu gelembung yang terlihat, gas terlarut, dan gas yang membentuk ikatan kimia dengan komponen kaca. Dua yang terakhir tidak terlihat dan tidak akan mempengaruhi kualitas tampilan kaca. Proses klarifikasi cairan kaca terutama merupakan proses menghilangkan gelembung yang terlihat.
Selama proses klarifikasi, penghilangan gelembung yang terlihat dilakukan dengan dua cara berikut. 1. Memperbesar volume gelembung, mempercepat naiknya gelembung, mengapung keluar dari permukaan kaca, pecah dan menghilang. 2. Membuat komponen gas dalam gelembung kecil larut dalam cairan kaca, dan gelembung diserap dan menghilang.
Untuk mempercepat proses klarifikasi cairan kaca, selain menambahkan bahan klarifikasi tertentu ke dalam batch, metode peningkatan suhu cairan kaca umumnya diadopsi. Tahap ini pada sebagian besar kaca diselesaikan pada suhu 1400~1500o derajat, yang sering kali merupakan area suhu tertinggi dalam peleburan kaca. Viskositas cairan kaca selama klarifikasi adalah 1~10Pa·s.

Peran homogenisasi adalah untuk menghilangkan garis-garis dan ketidakhomogenan lainnya dalam cairan kaca, sehingga komposisi kimia setiap bagian cairan kaca menjadi seragam. Pada tahap ini, karena gerakan termal dan difusi timbal balik cairan kaca, garis-garis dalam cairan kaca secara bertahap menghilang, dan komposisi kimia setiap bagian cairan kaca secara bertahap cenderung konsisten. Keseragaman ini sering dicirikan oleh apakah indeks bias setiap bagian cairan kaca sama. Tahap ini pada sebagian besar kaca diselesaikan pada suhu yang sedikit lebih rendah daripada suhu tahap klarifikasi.

Cairan kaca yang dihomogenkan tidak dapat langsung dicetak menjadi produk, karena suhu cairan kaca saat ini tinggi dan viskositasnya lebih rendah daripada saat pencetakan, yang tidak cocok untuk operasi pencetakan kaca. Cairan kaca perlu didinginkan dan suhu cairan kaca dikurangi secara bertahap untuk meningkatkan viskositas cairan kaca guna memenuhi kebutuhan pencetakan. Nilai pengurangan suhu cairan kaca bervariasi dengan komposisi kaca dan metode pencetakan. Umumnya, kaca soda kapur biasanya perlu didinginkan hingga 200~300o derajat. Cairan kaca yang didinginkan memerlukan suhu yang seragam untuk memfasilitasi pencetakan.
Selama pendinginan, cairan kaca yang telah dijernihkan harus mencegah terbentuknya kembali gelembung-gelembung. Gelembung-gelembung kecil yang muncul pada tahap ini disebut gelembung sekunder atau gelembung yang terbentuk kembali. Gelembung-gelembung sekunder tersebut tersebar merata di seluruh cairan kaca yang telah didinginkan, dengan diameter umumnya di bawah 1 mm, dan jumlahnya dapat mencapai ribuan per sentimeter kubik kaca. Karena suhu cairan kaca telah berkurang pada tahap ini, sangat sulit untuk menghilangkan gelembung-gelembung sekunder. Oleh karena itu, pembentukan gelembung-gelembung sekunder harus dicegah secara khusus selama proses pendinginan.
Kelima tahap dalam proses peleburan kaca di atas berbeda satu sama lain, tetapi juga saling terkait. Tahap-tahap ini sebenarnya tidak terjadi dalam urutan yang ketat, tetapi sering kali terjadi secara bersamaan.

Suhu di setiap titik sepanjang panjang tanur tangki operasi kontinu berbeda-beda, tetapi suhu tersebut konstan dari waktu ke waktu, sehingga memungkinkan untuk membangun sistem suhu yang stabil. Ketepatan sistem proses peleburan tidak hanya memengaruhi kualitas kaca yang dilelehkan, tetapi juga menentukan hasil dari kaca yang dilelehkan. Gambar 2-10 menunjukkan sistem suhu peleburan untuk kaca botol dalam tanur tangki operasi kontinu.

Baik itu kiln kolam api horizontal atau kiln kolam api jalan, sistem suhunya berdampak pada tingkat pemanggangan cairan kaca, aliran cairan kaca, operasi pencetakan, konsumsi bahan bakar, dan usia kiln. Untuk kaca botol, botol dan kaleng kaca di pasaran terutama dibagi menjadi empat kategori menurut warna: tidak berwarna, biru muda, hijau zamrud, dan cokelat. Ketika warna kaca berubah atau konsentrasi warna kaca berubah, itu memiliki dampak penting pada bentuk perpindahan panas dan efisiensi perpindahan panas. Dalam hal proses peleburan, dampak perubahan warna kaca pada kondisi proses jauh lebih jelas dan serius daripada dampak perubahan komposisi kaca. Ada perbedaan besar dalam distribusi suhu kaca berwarna berbeda di tungku.

Bahasa Indonesia: Dapat dilihat dari Tabel 2-24 bahwa pada suhu leleh yang sama, terdapat perbedaan yang jelas pada suhu permukaan cairan dan suhu dasar kolam dari kaca dengan warna yang berbeda. Ada tiga bentuk perpindahan panas dalam tungku peleburan kaca: radiasi, konveksi, dan konduksi. Untuk kaca dengan warna yang berbeda, semakin kuat kemampuan menyerap cahaya radiasi, yaitu semakin kuat kemampuan menyerap panas radiasi suhu tinggi, semakin banyak panas yang diserap permukaan kaca, dan semakin sedikit panas yang ditransfer melalui badan kaca dalam bentuk radiasi. Dari perspektif suhu permukaan cairan, kaca coklat memiliki kapasitas penyerapan panas terkuat dan suhu permukaan cairan tertinggi; kaca hijau zamrud berada di urutan kedua, dan kaca biru muda berada di urutan ketiga. Dari perspektif suhu dasar kolam, masalahnya menjadi sedikit rumit: kaca biru muda memiliki kemampuan yang buruk untuk menyerap cahaya radiasi, dan lebih banyak panas yang ditransfer ke dasar kolam melalui badan kaca dalam bentuk radiasi, sehingga suhu dasar kolam lebih tinggi; Kaca hijau zamrud memiliki kemampuan yang kuat untuk menyerap cahaya radiasi, dan lebih sedikit panas yang ditransfer ke dasar kolam melalui badan kaca dalam bentuk radiasi, sehingga suhu dasar kolam lebih rendah. Namun, kaca cokelat memiliki kemampuan yang kuat untuk menyerap cahaya radiasi, dan suhu di dasar kolam jauh lebih tinggi daripada kaca hijau zamrud. Alasannya mungkin: kaca di kolam terbagi menjadi beberapa lapisan cairan. Karena transmisi cahaya kaca cokelat lemah, perbedaan suhu antara lapisan cairan besar, dan harus ada gradien suhu yang besar di sepanjang kedalaman kolam. Namun, karena kapasitas penyerapan panas yang kuat dari kaca cokelat, setelah cairan kaca atas menyerap panas, suhu naik, volume mengembang, dan dorongan ke arah sekitarnya dihasilkan dalam arah horizontal. Dorongan ini diubah oleh dinding kolam dan ditransfer ke lapisan cairan bawah, membentuk gaya konveksi. Peningkatan perpindahan panas konvektif menebus kurangnya perpindahan panas radiasi, sehingga suhu di dasar kolam kaca cokelat lebih tinggi.
Secara umum, dalam kondisi proses dan sistem suhu yang sama, untuk kaca dengan komponen yang sama tetapi warna yang berbeda, peleburan kaca cokelat dapat memperoleh keseragaman kaca yang lebih baik dan laju peleburan yang lebih tinggi. Alasannya justru karena konveksi yang kuat yang disebabkan oleh kapasitas penyerapan panas yang kuat dari kaca cokelat. Tentu saja, intervensi perangkat gelembung akan mengubah kondisi perpindahan panas. Saat melelehkan kaca hijau zamrud, jika Anda ingin meningkatkan suhu dasar, keseragaman kaca, dan efisiensi peleburan, memasang perangkat gelembung adalah tindakan yang efektif. Saat Anda ingin mengubah warna cairan yang berbeda dalam tungku yang sama, elemen proses bagian peleburan, bagian kerja, dan saluran pengumpanan harus disesuaikan untuk beradaptasi dengan perubahan keadaan proses yang disebabkan oleh "perbedaan perpindahan panas" dari warna kaca.