لکه‌های سیاه روی بطری‌های شیشه‌ای رنگ‌شده با پودر کرومیت – علل

کرومیت (FeCr₂O₄) نقطه ذوب بسیار بالایی دارد (حدود ۲۱۸۰ درجه سانتیگراد). شیشه سودالایم مخصوص بطری‌ها فقط در دمای ۱۴۰۰ تا ۱۵۵۰ درجه سانتیگراد ذوب می‌شود . این شیشه کاملاً ذوب نمی‌شود؛ در عوض، یون‌های Cr³⁺ برای رنگ‌آمیزی حل می‌شوند. ذرات بزرگ، اسپینل کرومیت جامد را حفظ می‌کنند و در نتیجه لکه‌های سیاه یا سنگ ایجاد می‌کنند.

۱. اندازه بیش از حد ذرات پودر کرومیت خام (شایع‌ترین علت اصلی)

• وجود ذرات درشت > 100μm : فقط سطح ذرات واکنش کمی نشان می‌دهد، در حالی که هسته داخلی تجزیه نمی‌شود. دانه‌های اسپینل کرومیت جامد باقیمانده، لکه‌های سیاه سخت قابل مشاهده‌ای را تشکیل می‌دهند. هسته‌های کرومیت واکنش نداده را می‌توان پس از برش‌گیری در زیر میکروسکوپ مشاهده کرد.
• برای بطری‌های معمولی به رنگ سبز آبجو، مش ۳۲۵ (≤۴۵μm) توصیه می‌شود. حداقل، مش ۲۰۰ (≤۷۴μm) مورد نیاز است. باقیمانده بیش از حد غربال در پودر درشت یا آگلومره‌ها باعث ایجاد لکه‌های سیاه بزرگ می‌شود.
• تجمع پودر: کلوخه‌های ناشی از رطوبت را نمی‌توان در طول مخلوط کردن بچینگ از هم جدا کرد و به صورت موضعی “ذرات شبه‌درشت” تشکیل می‌دهند و همچنین لکه‌های سیاه ایجاد می‌کنند.

۲. همگنی ضعیف مخلوط بچ و غنی‌سازی موضعی

میزان افزودن پودر کرومیت کم است (معمولاً 0.2 تا 0.6 درصد). زمان اختلاط ناکافی، میکسر با راندمان پایین یا لایه‌بندی ناشی از اختلاف وزن مخصوص زیاد بین مواد اولیه منجر به غلظت موضعی پودر کرومیت می‌شود. ذرات روی هم افتاده نمی‌توانند در طول ذوب از هم جدا شوند و لکه‌های سیاه یا تکه‌های تیره ایجاد می‌کنند.

۳. فرآیند ذوب ناکافی

1. دمای پایین کوره یا زمان ذوب ناکافی برای توده‌ی بچ : لایه‌ی پایینی بچ به سرعت ذوب می‌شود در حالی که لایه‌ی بالایی زمان ماندگاری کوتاهی دارد. کرومیت به اندازه‌ی کافی تفکیک نمی‌شود. دمای ناکافی در خروجی و پیش‌کوره، ذرات حل نشده را به فرآیند شکل‌دهی منتقل می‌کند.
2. اتمسفر احیاکننده : کمبود اکسیژن در داخل کوره یا پودر کربن بیش از حد باعث احیای موضعی قوی می‌شود. این امر رنگ را تغییر می‌دهد و آهن فلزی و کروم با ظرفیت پایین را رسوب می‌دهد تا لکه‌های سیاه فلزی تشکیل شود. برای رنگ‌آمیزی کرومیت باید اتمسفر اکسیدکننده حفظ شود؛ مقدار کمی نیترات سدیم می‌تواند به عنوان اکسیدکننده اضافه شود.
3. همرفت و هم زدن ناکافی شیشه: ذرات حل نشده زمان کافی برای فرسایش و حل شدن توسط شیشه مذاب را ندارند.

۴. لکه‌های سیاه خارجی ناشی از ناخالصی‌ها

• ناخالصی‌های با نقطه ذوب بالا که به طور طبیعی با پودر کرومیت همراه هستند: گانگ درشت، مگنتیت، براده‌های آهن فلزی و ناخالصی‌های معدنی سنگین نیز لکه‌های سیاه تشکیل می‌دهند. SiO₂، CaO و ناخالصی‌های آهن عنصری را در پودر کرومیت کنترل کنید.
• پوسته پوسته شدن نسوز کوره: تراشه‌هایی از آجر کروم-منیزیمی و نسوز که وارد شیشه مذاب می‌شوند. ویژگی‌های میکروسکوپی چنین لکه‌های سیاهی با سنگ‌های کرومیت حاصل از مواد خام متفاوت است؛ برش می‌تواند آنها را از هم متمایز کند.
• فلزات و ناخالصی‌های نسوز که توسط خرده شیشه بازیافتی وارد می‌شوند.

روش شناسایی سریع

1. لکه‌های سیاه سخت پس از پولیش باقی می‌مانند → ذرات اسپینل کرومیت ذوب نشده (مسئله اندازه ذرات پودر کرومیت)
2. لکه‌های سیاه همراه با حباب‌های ریز و بافت نرم → عمدتاً آهن فلزی رسوب‌شده ناشی از اتمسفر کاهنده
3. افزایش شدید لکه‌های سیاه درست پس از تغییر بچ یا پودر سنگ معدن → بررسی اولویت‌دار باقیمانده الک و توزیع اندازه ذرات پودر سنگ معدن

اقدامات اصلاحی مربوطه

1. پودر کرومیت: از پودر کرومیت با مش ۳۲۵ مخصوص شیشه استفاده کنید . باقیمانده الک را به شدت کنترل کنید، توزیع اندازه ذرات را آزمایش کنید و ذرات بزرگتر از ۱۰۰ میکرومتر را حذف کنید. پودر را عاری از رطوبت نگه دارید و کلوخه‌ها را بشکنید.
2. مخلوط کردن: برای اطمینان از همگنی و جلوگیری از لایه لایه شدن، زمان اختلاط را افزایش دهید.
3. ذوب: دمای کوره را تثبیت کنید و زمان پالایش و نگهداری کافی را تضمین کنید؛ اتمسفر اکسیدکننده را حفظ کنید و از کاهش بیش از حد کربن جلوگیری کنید.
4. خرده شیشه را برای حذف آهن و ناخالصی‌ها پیش‌درمان کنید؛ به‌طور منظم پوسته‌های نسوز کوره را بررسی کنید.