مخطط - زجاج من الزجاج

هذه المقالة هي إعادة نشر للمقال من شبكة حاويات التغليف الصينية، من إعداد يانغ ون فنغ. إذا كان هناك خطأ ما، يرجى الاتصال بنا. 

الفهرس

هذا المقال مبني على "عيوب في صناعة الزجاج" بقلم الألماني كيفيرسن-مارويد بروكنر، "تكنولوجيا إنتاج الزجاجات" بقلم هنري مور، وتم إعداد تعريف الخطوط وإسباب الظهور والحلول في "حلول وتحليل الأحجار الزجاجية وعيوب الخطوط" بقلم دوان شانغ هوانغ. واتمني أن تكون مفيدة ومساعدة في الحياة العملية. 

一 اولا. تعريف الخطوط

الخطوط هي نوع من العيوب الأكثر شيوعا في تجانس الزجاج. وبسبب ظهور الأشكال المختلفة من الخطوط، وبمرور السنين لم نشعر بوضوح معناها بما فية الكفاية. وفقا للمعيار الأمريكي لاختبار المواد، يُنص ببساطة على أن "الخطوط في المنتج الزجاجي عبارة عن شوائب ممدودة شبيهة بالزجاج، لها خصائص بصرية مختلفة وخصائص أخرى من الزجاج الرئيسي".

لذلك يمكن فهم الخطوط على أنها مرحلة انتقالية قبل أن يصل الصهر أو المحلول إلى التجانس الكامل من خلال التداخل الكيميائي والفيزيائي والبنيوي، لذلك يمكن استخدام مفهوم "الخطوط" كمصطلح عام للشوائب الزجاجية التي يمكن مزجها بالكامل في الزجاج. إذا سمحت الظروف بذلك، يمكن خلطها تماما مع المواد المحيطة عند درجة حرارة الانصهار وتجميدها معا. ويتمثل الاختلاف عن المادة المحيطة في أن الشوائب الزجاجية يمكن أن يكون لها تركيبة كيميائية مختلفة أو حالة حرارية أو (و) الحالة الهيكلية يمكن أن تكون مختلفة أيضا.

وبسبب وجود الخطوط من حيث تغييرات طاقة العقدة الفيزيائية، يتم إلقاء اللوم على ظهور الخطوط في العديد من الأسباب. وتتمثل هذه الأسباب من عيوب تجميلية بسيطة إلى عيوب تقلل بشكل خطير من قوة الزجاج.

二 ثانيا. تشكيل أنواع الخطوط المختلفة 

أسباب ظهور الخطوط

بشكل عام يمكن تقسيم أسباب ظهور الخطوط إلى الجوانب التالية:

ناتج عن الجسيمات غير المعقولة للمواد الخام للزجاج.

تغييرات خاطئة في تشكيل الزجاج.

تصميم تركيبة الزجاج ليس هو الأمثل.

ناتج عن الصهر غير السليم للفرن.

ناتج عن إخراج غير مستقر.

تآكل المواد الحرارية.

تطاير المادة القلوية.

三 ثالثا. حلول الخطوط

1 خطوط ناتجة عن خلط غير متجانس لمواد التكوين أو خطأ في تكوين الوزن

يمكن هنا التمييز بين الخطوط الغنية بالسيليكا والتي تعاني من نقص السيليكا. إذا كان الزجاج يحتوي على الألومينا، تظهر أيضا الخطوط الغنية بالألومينا ونقص الألومينا. وتعتبر الخطوط الغنية أو الناقصة في أكسيد الكالسيوم أو أكسيد المغنيسيوم أقل شيوعا.

غالبا ما تتسبب الخطوط الناتجة عن حالات اختلاف مواد التكوين في حدوث مشكلات خطيرة في سلامة الزجاج. وتظهر الخطوط من هذا النموذج كميزات متعددة الطبقات ذات شدة متفاوتة، معقدة بشكل عام وممتدة على نطاق واسع في شرائح الحلقة. ويمكن أن تكون الخطوط قابلة للشد أو الانضغاط، وذلك اعتمادا على شدة هذا الخطأ في المكون.

يجب مراعاة توحيد مواد التكوين بشكل أساسي من النقاط التالية:

1) توزيع الجسيمات هو المحدد لحجم سطح التلامس للمواد (المواد الخام) المشاركة في التفاعل، ويجب أن يكون سطح التلامس هو نفسه سطح التفاعل كبير بقدر الإمكان.

2) يجب أن يكون توزيع كل مكون موحدا إحصائيا قدر الإمكان في المكان والزمان، ويجب خلط مكونات المواد الخام تماما. والمراقبة المستمرة ضرورية.

3) من أجل الدقة في وزن كمية المواد، يجب معرفة الرطوبة الموجودة في مواد التكوين في أي وقت. وبشكل عام، يجب أن يحتوي رمل الكوارتز على 4 إلى 5٪ (وزن) من الرطوبة. وعند استخدام الرمل الجاف، يمكن إضافة بعض الماء إلى مواد التكوين بعد الخلط أو أثناء عملية الخلط.

ويمكن استخدام ثبات الكثافة كمؤشر على مشاكل الخطوط المحتملة.

إذا كانت الكثافة تتقلب أكثر من 0.0020 جم/سم 3 خلال اليوم، فقد تتسبب التغييرات التركيبية الناتجة عن الكثافة في ظهور خطوط.

يجب الانتباه إلى تأثير التجانس لعملية التوضيح.

سيؤدي عدد كبير من الفقاعات في عملية الصهر والتكرير إلى العديد من تفاعلات الإزاحة، بحيث يقترب تشكيل الزجاج أخيرا من قيمة متوسطة إحصائيا لا تتجاوز حدا معينا. وكلما قل انحراف تشكيل الكسور عن هذه القيمة المتوسطة، كلما كان الذوبان أكثر تجانسا.

"البقعة الساخنة" هي المنطقة ذات أعلى درجة حرارة في منطقة التقنية، والتي لها وظيفتان: التحلل الحراري لعامل التنقية لطرد الغاز في المصهور : تشكيل دائرتين كبيرتين وعدة دورات صغيرة في حوض انصهار الزجاج. ويساعد الدوران الكبير في خلط الفقاعات، مما يتسبب في انتشار قوي لجعل الذوبان موحدا. ويمكن تكثيف البقع الساخنة بواسطة طريقتين: عن طريق التسخين بالمساعدة الكهربائية و "الفقاعات".

 بعد تسخين زجاج الجير الصودا بالكهرباء، يزيد معامل انكسار الزجاج بمقدار △. = 0.0003، وتزداد الكثافة بنسبة 4.5٪، ويمكن تقليل درجة التفاوت (تقاس بطريقة مرشح كريستيانسن) بحوالي 2/3. يمكن أن يقلل استخدام الهواء للفقاعات في مصهور الزجاج من تقلب الكثافة من التربة الأصلية 1.1 كجم/م3 إلى 0.45 كجم/م3. 

2 خطوط ناتجة عن استبدال مواد التكوين

فقط من خلال إضافة نفس مواد التكوين لفترة طويلة يمكن أن يصل الذوبان في حوض الانصهار إلى تركيبة موحدة بشكل جيد. وبعد تغيير التركيب الكيميائي لمواد التكوين، سيستغرق تحليل هذا التغيير في المنتج فترة من الوقت.

في أفران الأحواض يوجد دائما طبقات من الزجاج لا تتدفق جيدا مع تدفق السائل ويمكن أن تكون مصدرا للعيوب. وبشكل خاص من المحتمل أن تتشكل التيارات الدوامية بالقرب من الأماكن مثل (ثقوب تدفق سوائل) التي تنكمش فجأة في فرن الأحواض، وقد تختلف المواد المذابة في كل دوامة فردية، وعلى الرغم من تشكيل طبقة زجاجية مؤقتة هنا، فقد تتشكل خطوط من تقاطعها. 

بسبب التغيرات في مواد التكوين، يكاد يكون من المستحيل تجنب ظهور الزجاج ذو الخطوط (مؤقتا على الأقل). وفي الوقت نفسه يؤثر على الخصائص الأخرى للزجاج وكذلك التسبب في حدوث أعطال في عمليات التشكيل.

3 تطاير المواد وغبارها هي الأسباب الرئيسة في ظهور الخطوط

كلتا الظاهرتين لهما التأثيران المعاكسان التاليان وقد يكونان مصدرا لظهور العيوب:  

يحدث هذا الوضع الخاص بشكل رئيسي في زجاج البورسليكات منخفض القلوية، لأن كمية معينة من أكسيد البورون (سهل التطاير) ودرجة حرارة عالية مطلوبة لإذابة الزجاج، ومن السهل أن تتسبب في فقد المواد القلوية على سطح السائل الزجاجي في الفرن، بحيث يكون الزجاج غنيا بالسيليكات. ويمكن ظهور الخطوط في حالة إدخال هذا الزجاج في نظام تدفق الزجاج.  

1) تغيير تركيبة الزجاج على الرغم من كونه موضعي، إلا أنه يمكن أن يظهر على سطح كبير من المواد المنصهرة ويسبب خطوطا واضحة.

2) تشكيل الرواسب على المواد المقاومة للصهر فوق مستوى السائل الزجاجي. فهي لا تسبب خطوطا في الزجاج فحسب، بل لها أيضا تأثير تآكل على المادة المقاومة للحرارة نفسها.

عادة يمكن تقسيم هذه الخطوط إلى انواع ولا توجد إلا في جزء من القطع الحلقي. وتظهر خطوط عمودية على الزجاجة بل أيضا يظهر على شكل "عقدة" في القطع الحلقي.

في قناة التغذية تكون درجة الحرارة أقل، وتآكل الزجاج والمواد المقاومة للصهر يكون أبطئ، لكن السائل الزجاجي لا يزال يعاني من تآكل للمواد المقاومة للحرارة، ويصعب انتشاره بسبب انخفاض درجة الحرارة بعد التآكل. ومع ذلك بعد تغير درجة حرارة قناة التغذية، فإنها تتدفق على طول الجزء السفلي من قناة التغذية في المنتج الزجاجي. وفي مثل هذه الخطوط على نفس مجموعة المنتجات، تكون جميع الأجزاء في الأساس هي نفس الشكل. وتشكيل خطوط نمط "مخلب القط".

حلول هذا الخط هو اضافة جهاز تقليب على قناة التغذية.

بالإضافة إلى ذلك، يتم زيادة نصف قطر التقاطع بين الجدار وأسفل قناة التغذية لهيكل قناة التغذية لتقليل الزاوية الميتة، وذلك لتجنب تشكيل "مادة ميتة" بطيئة التدفق، وتقوية الحفاظ على الحرارة في قاعدة قناة التغذية، وزيادة درجة حرارة السائل الزجاجي في الجزء السفلي، وبالتالي تقليل لزوجته وزيادة سيولة وانتشاره.

والهيكل الأجنبي المتقدم هو جهاز التفريغ على قناة التغذية. 

4 خطوط ناتجة عن ذوبان غير مكتمل

1) درجة حرارة الفرن غير مستقرة، وأحيانا مرتفعة وأحيانا منخفضة، عندما ترتفع درجة الحرارة، تتغير الطبقة الثابتة (أو الطبقة البطيئة الحركة) في قاع البركة الأصلية، ونظرا للاختلاف في التركيب واللزوجة، يمكن أيضا تشكيل خطوط، والتي تكون في شكل ألواح.

ونظرا لتغير درجة الحرارة، تبدأ المواد القديمة الراكدة ذات المكونات المختلفة في الفرن في الاختلاط والصهر مع معظم الزجاج في فرن البركة، مسببتا ظهور الخطوط.

عندما تتغير ظروف تشغيل الفرن، يتغير حجم التفريغ كثيرا، ويظهر احتراق غير متوازن في جانب واحد من الفرن وتغييرات كبيرة في الأقطاب الكهربائية المتدفقة أو الفقاعات، ويتدفق الزجاج غير المتجانس في فرن البركة وغيرها.

2) خطوط ناتجة عن جو الفرن غير المناسب

لا يشير جو الفرن فقط إلى تشكيل الغاز في الفضاء فوق المصهور والضغط الجزئي للغازات المختلفة، ولكنه يشمل أيضا درجة حرارة الغاز. ويكون لجو الفرن تأثير كبير على الزجاج المصهور، حسب تعبير نوفاكي: "جو الفرن يعمل تقريبا كعنصر في مواد التكوين ويجب التحكم فيه بدقة مثل مواد التكوين تماما "، خاصة الزجاج الملون وزجاج الكبريتات، وهما حساسان للغاية للتقلبات في درجة اختزال اللهب، ومن المهم أيضا الحفاظ على حالة درجة الحرارة ثابتة. نظرا لأن كل درجة حرارة تتوافق مع حالة توازن، فلا يجب التلاعب بها. وحالات الانتقال الناتجة عن تقلبات درجات الحرارة تؤدي حتما إلى نتائج غير متفاوتة.

تحتوي بعض الزجاجات على كاتيونات أو كبريتيدات وسيلينيدات متعددة التكافؤ، وما إلى ذلك، والتي يمكن أن تغير اللون من خلال الأكسدة والاختزال، وقد تنتج خطوطا ملونة بسبب تأثير جو الفرن. 

هناك أسباب مختلف لظهور الخطوط البنية. بالإضافة إلى تقليل الزجاج وتقليل السيلينيوم، يوجد أيضا الحديد الموجود في آسارة الزجاج أو القطع الحديدية الداخلة في الزجاج في هيكل الفرن. وعندما تم تغيير لون الزجاج، لم يتم تنظيف السائل الزجاجي القديم، ولم يكن موضع الفرن الصغير مناسبا، وتقليل التصفية والكبريتات، مما قد يؤدي إدخال غبار الكربون في آسارة الزجاج وزيادة محتوى الكبريت في الزجاج وتلوين الزجاج. وتحدث حالة مماثلة بظهور خطوط وشرائط بلون العنبر في الزجاج. 

5 خطوط تتكون عن طريق إضافة آسارة الزجاج

بشكل عام، يستمر الصهر بشكل أكثر سلاسة عند إضافة آسارة الزجاج إلى مواد التكوين مقارنة بعدم إضافة آسارة الزجاج. ولكن بعض القلويات مفقودة في آسارة الزجاج، وهذا نتيجة تبخر القلويات في مواد التكوين الأصلية عند ذوبانها، ولا يحتاج هذا الاختلاف إلى تجاوز 0.2٪ Na2O لكي يؤدي إلى عدم التجانس في الذوبان. وبالتالي، فإن آسارة الزجاج تختلف من البداية عن مواد التكوين التي تدخل في تشكيل مواد الزجاج. تحتوي اسطح آسارة الزجاج على مكونات تمتص الهواء بسرعة كبيرة، خاصة ميل الرطوبة. من حيث التركيب والمبدأ، يختلف سطح آسارة الزجاج وداخله، بعد الذوبان، يتم تشكيل طبقة حدودية (خطوط) تنفصل عن المادة المنصهرة المحيطة. ويجب توخي الحذر لمنع اختلاف التركيب الزجاجي لآسارة الزجاج عن تركيبة الزجاج في الفرن. ويجب إجراء تحليل تشكيل آسارة الزجاج التي تم شراؤها بشكل متكرر، ويجب إجراء تعديل الصيغة الزجاجية بشكل متكرر وفقا لنتائج التحليل.

وفي ممارسات الإنتاج طويلة المدى، أتقن الناس تدريجيا تقنية استخدام "إعادة تدوير" آسارة الزجاج في صهر الزجاج. وفيما مضى إضافة المزيد من كربونات الصوديوم إلى الدفعة يمكن أن يؤدي إلى استخدام 30-35٪ من آسارة الزجاج دون التسبب في أي ضرر. واليوم تم بنجاح صهر 66٪ إلى ٪l00 من آسارة الزجاج في تجارب الإنتاج على نطاق واسع، وبدون أي تأثير على العديد من الخصائص الهامة للزجاج مثل قوة الانحناء وقوة التأثير والتكافؤ. مثل معامل E، التمدد الحراري، المقاومة. 

6 خطوط ناتجة عن الإخراج غير المستقر

في الإنتاج، تظهر الخطوط الأكثر شيوعا بعد استبدال المنتج. إذا تغير المنتج وتغير معدل تدفق الزجاج المصهور، فيجب التحكم بدقة في سرعة التغيير.

خاصة عندما يلزم زيادة معدل تدفق الزجاج المصهور، فمن الأفضل زيادة سرعة الماكينة تدريجيا.

لأنه عندما يصبح حجم الإخراج أكبر، خاصة عندما يتقلب مستوى السائل للزجاج بشكل كبير، يتدفق الذوبان عالي اللزوجة الذي تآكل بسبب جدران البركة على كلا الجانبين إلى منتصف حوض الانصهار ويدخل في تدفق الإنتاج بسرعة، وبالتالي تتكون الخطوط. وعندما تصبح كمية المادة أكبر، بسبب تأثير لزوجة الزجاج نفسه، يكون التدفق في قاع البركة الأصلية بطيئا أو تصبح سرعة تدفق الطبقة الثابتة أسرع أو تتغير، وبالتالي تتكون الخطوط.

والحل هو زيادة سرعة الماكينة تدريجيا. وتقوية التحكم يعني استقرار حالة ذوبان الفرن.

وفي حالة أخرى، بعد استبدال المنتج، سيقل معدل تدفق السائل الزجاجي. في هذه الحالة، يتم تقليل وزن الوحدة للمنتج بشكل عام، ورفع درجة حرارة التشكيل، ويتطلب رفع كلا من أجزاء العمل وقناة التغذية. ومع ارتفاع درجة الحرارة، سيتم تحريك المواد القديمة الراكدة في جزء العمل وقناة التغذية عن طريق تدفق السائل الزجاجي وخلطها في تدفق الزجاج المشكل، مما يؤدي إلى ظهور خطوط.

والحلول هي زيادة درجة حرارة أجزاء العمل وقناة التغذية ببطء وتدريجي قبل استبدال المنتج. وتقوية التحكم يعني استقرار حالة ذوبان الفرن.

تميل هذه الخطوط إلى أن تكون ذات مستويات ضغط أقل ولا يتم توزيعها على نطاق واسع في القطع الحلقي مقارنة بالخطوط المتكونة من اختلافات مواد التكوين. 

7 تتشكل الخطوط عن طريق التبلور وتفاعل "الأحجار" مع المادة المنصهرة المحيطة بها

ترتبط كلتا الحالتين بتحول في توازن الذوبان.

8 ظهور خطوط في المواد المقاومة للحرارة

المواد المقاومة للحرارة هي مواد غير زجاجية تلامسها مواد تذوب الزجاج باستثناء جو الفرن. ولديها مقاومة محدودة وسوف تذوب ببطء في الذوبان وتصبح مصدر الخطوط. 

1) تصبح رواسب الهيكل العلوي للفرن مصدر الخطوط

يمكن أن تتسبب الرواسب الناتجة عن مهاجمة الجزء العلوي من الفرن بواسطة القلويات الموجودة في غبار المجموعة أيضا في حدوث خطوط، إذا كان الرواسب طبيعية، ولكن عندما يتطور إلى ما بعد نقطة الانصهار ويخفف محليا لتشكيل تيار الرواسب الذي يسقط في الزجاج المنصهر، فقد يحدث عدد كبير من الخطوط.

تظهر أحيانا أشكال تشبه الهوابط وأشكال أخرى من الرواسب في جدران أفران صهر الزجاج بسبب ضعف الوصلات، وقد يكون عدم وجود وصلات ضيقة ناتجا عن الحجم غير الدقيق للطوب المقاوم للحرارة المستخدم (جسم القرميد بارز، منحني، مشوه بسبب الانصهار غير المتكافئ، زاوية إسفين غير متناسقة وغيرها)، وقد يكون أيضا بسبب نقص العناية بالبناء أو الاستخدام غير السليم أو نقص الملاط، وهناك بعض أنواع الطوب التي تكون عرضة بشكل خاص لهجوم الرواسب.

يمكن أن يتسبب التسخين غير المناسب لجدار الفرن أيضا في فتح الوصلات الضيقة الأصلية بجدار الفرن والسماح بمرور الغاز.

قد يؤدي الاختيار المناسب لحجم الطوب ومنحنى ارتفاع درجة الحرارة المحسوب (تأثير التمدد الناتج عن تدرج درجة الحرارة في اتجاه سمك الطوب) إلى القيام بالعكس أيضا لجعل الوصلات المفتوحة محكمة. ومن المستحسن أن يتم فحص قضبان الفرن بعناية كل 4 إلى 5 أشهر، ويجب إصلاح الأجزاء شديدة التآكل.

2) منطقة تنظيف سطح السائل هي الجزء الرئيسي من تشكيل الخطوط.

يؤدي كل تقلب في مستوى السائل الزجاجي إلى دفع السائل الزجاجي المسبب للتآكل إلى الارتفاع أو الانخفاض في مكان التنظيف. قد يكون هذا التغيير في مستوى السائل ناتجا عن فشل الفرن لتقليل كمية الانصهار.
ومن الممكن أيضا أن يتم خفض مستوى السائل في الزجاج بوعي في أيام الراحة، لكن الضرر الناجم لن يكون أقل حدة، لذلك، عندما يجب تجنب مستوى السائل الزجاجي للتقلب لأعلى ولأسفل، سيدخل عدد كبير من الخطوط بدرجات متفاوتة في السائل الزجاجي الذي يتدفق من خلاله. ولهذا من الضروري جدا استخدام أجهزة تحكم بصرية مناسبة للحفاظ بشكل صارم على استقرار مستوى السائل الزجاجي. 

9 خطوط ساخنة

عندما يتم تسخين جزء من سائل متجانس أو صهر زجاجي، تظهر أجزاء أكثر كثافة وأقل كثافة، وله تأثير انكسار على الضوء المرسل، ويتحرك تحت الضغط، وينتج صور مظللة، والتي يمكن بلا شك تسميتها بالهدب. ويمكن أيضا تصور هذا النوع من عدم التجانس (ما يسمى بـ "الخطوط الحرارية") أيضا يمكن أيضا عرضها عن باستخدام الأساليب البصرية للخطوط وطريقة والإجهاد مثل الخطوط المكونة بالاسباب الكيمائية. ولا يمكن التخلص من هذه "الخطوط الحرارية"، المعروفة أيضا باسم "الخطوط الفيزيائية"، إلا عندما تحتوي الوحدات الهيكلية المسخنة في الزجاج على تدفق كاف (نطاق التلدين). 

رابعا.  يمكن استخدام الطرق التالية للتحقق من نوع وتشكيل الخطوط

1. يمكن للمحترفين في كثير من الأحيان استنتاج مصدر الخلل من شكل أو لون الخطوط.

2. تحقق من وجود خطوط من "انعكاس كلي".

3. تحديد الضغط الدائم.

عادة ما يتم ملاحظة الزجاجات والبرطمانات باستخدام مجهر استقطاب لقياس تجانس قطع الحلقة. 

4. يمكن استنتاج نوع الخطوط من الاختلاف في معامل الانكسار بين الخطوط والزجاج الرئيسي، وفي بعض الأحيان يمكن أيضا استنتاج مصدره.

5. يمكن عرض نطاق وبنية جميع الأطراف باستخدام طريقة الخطوط وقياس التداخل وطريقة الظل وقياس تدرج معامل الانكسار.

6. في ظل الظروف الممكنة (مثل بعض "العقد")، يمكن فصل المادة المخططة عن الزجاج الرئيسي عن طريق الطحن أو اللف لتحليلها.

7. التآكل بحمض الهيدروفلوريك، وحمض البوريك بالإضافة إلى حمض الهيدروكلوريك، وهيدروكسيد الصوديوم، وما إلى ذلك يمكن أن يستنتج نوع الخطوط.

8. بعد تحطيم الزجاج المخطط يتم فصل الخطوط عن الزجاج السائب في محاليل مختلفة الجاذبية النوعية وتم تحليلها.  

9. يحدث تشتت الضوء في سائل الغمر بعد أن يتم سحق الزجاج المقلم، ويمكن قياس درجة عدم التجانس بواسطة طريقة مرشح كريستيانسن.