یکی از ابزارهای بسیار پرکاربرد در انجام اکثر پروژه ها ترموکوپل می باشد. ترمو کوپل در حقیقت نوعی مواد الکتریسیته می باشد. ترموکوپل از دو فلز نا همسان ساخته می شود که به هم متصل شده باشند.
ترمو کوپل:
با رسیدن حرارت به محل اتصال این دو فلز، جریان بسیار ضعیفی از محل اتصال تولید می شود و به سمت سیم ها، جریان می یابد. با بالا تر رفتن دمای محل اتصال دو فلز، ولتاژ تولیدی افزایش می یابد و در حقیقت ترموکوپل در هر دما، ولتاژ معینی تولید می کند و در نتیجه در صورتی که بتوانیم این ولتاژ را به صورت دقیق اندازه گیری کنیم، قادر خواهیم بود دمای محل اتصال را به صورت دقیق اندازه گیری کنیم. ولتاژ تولید شده توسط ترموکوپل بوسیله ترمومتر به دما تبدیل می شود.
از مزایای ترموکوپل می توان به دقت بالای آن و وسیع
بودن محدوده کاری آن اشاره نمود به طوری که ترموکوپل ها قادرند دماهایی
بین 180- تا 1800 سانتی گراد را اندازه گیری نمایند.
ترموکوپل ها
انواع مختلفی دارند که تفاوت آن ها در نوع آلیاژهای به کار رفته در آن ها
و محدوده دمایی عملکرد آن ها می باشد. برای مثال ترمو کوپل در تیپ های B،
J، K، S و... موجود می باشند که با توجه به نوع ترمو کوپل، برای اندازه
گیری دما باید از ترمومتر مناسب آن استفاده نمود.
ترموکوپل ها برای
مدت زمان زیادی است که جزء بهترین روش های اندازه گیری دما به حساب می
آیند. از ترموکوپل همواره به عنوان عنصر حس کننده در سنسور حرارتی و یا
سوئیچ حرارتی استفاده می شودترموکوپل ها در صنعت نیز کاربرد فراوان دارند
مانند اندازه گیری کردن دمای کوره ها، دمای دودکش، قطع کن گاز شومینه و
اجاق گازها، اندازه گیری دمای سیستم های تولید کننده دارو و مواد غذایی
و...
Photovoltaic Glass |
How does it work? As seen in the science behind PV, a photovoltaic cell is created when a positively charged (P-type) layer of silicon is placed against a negatively charged (N-type) layer of silicon to create a diode and this diode is connected in a circuit via metal conductors on the top and bottom of the silicon sandwich. Though different types of photovoltaics vary in their structure, they generally include the following elements: The cell or multiple cells are the core of the photovoltaic panel.
A glass cover is placed over the photovoltaic cell to protect it
from the elements while allowing sunlight to pass through to the cell.
An additional plastic anti-reflective sheet is often used to
enhance the effect of the glass cover and anti-reflective coating of
the cell to block reflection.
A panel backing (typically plastic) and frame complete the
photovoltaic panel, holding all the pieces together and protecting it
from damage during installation.
Production The solar cells are embedded between two glass panes, and a special
resin fills between the panes, securely wrapping the solar cells on all
sides. Each individual cell has two electrical photovoltaic modules
(PVs). The monocrystalline solar cells are opaque, blue, or dark grey to
black, and they have a high efficiency (14% to 16%). They are expensive
because they are made from silicon crystals in a complicated
manufacturing process. |
Photovoltaic glass is a special 
Apart
from providing privacy and protection from noise and rain, other
features such as thermal insulation and shading are becoming
increasingly desirable. All of these functionalities can be obtained
simply by installing photovoltaic glass to the shell of a building.ادامه مطلب
طرح در و پنجره
|
|
سیلیس یا اکسید سیلیسیم با فرم ول شیمیایی SiO2 فراوانترین ترکیب اکسیدی موجود در پوسته زمین است. سیلیس در طبیعت بهصورت آزاد و یا بهصورت ترکیب با سایر اکسیدها وجود دارد. [۱]
منابع سیلیسیم در خورشید و ستاره ها است. و ترکیب اصلی شهاب سنگها شناخته شده است. همچنین این عنصر یکی از اجزای تشکیل دهنده تکتیتها است که تکتیت شیشه طبیعی با منشا نامشخص است. 25.7 درصد وزنی پوسته زمین از سیلیسیم تشکیل شده و دومین عنصر از نظر فراوانی پس از اکسیژن است. سیلیسیم به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شود و بیشتر به صورت اکسید و سیلیکات یافت میشود. در ماسه، کوارتز، کریستالهای سنگی، آمتیست، آگات، سنگ چخماق، ژاسپر و اوپال ،اکسید سیلیسیم وجود دارد. گرانیت و هورنبلند و آزبست و فلدسپار و رس و میکا نیز حاوی مقادیر کمی کانیهای سیلیکاته هستند. سیلیسیم در اثر گرما دادن سیلیس و کربن در کوره های الکتریکی برای الکترودهای کربنی تولید می شود. هفت روش برای تولید این عنصر وجود دارد. سیلیسیم بی شکل به صورت پودر قهواه ای رنگ با استفاده از روش ذوب کردن یا تبخیر تولید می شود. سیلیسیم یکی از عناصر سودمند می باشد. این عنصر به شکل ماسه و رس در ساخت بتن و آجر کاربرد دارد. این عنصر در صنعت دیرگدازها با درجه حرارت بالا کاربرد دارد. همچنین برای ساخت مینای دندان، کوزه گری و غیره کاربرد دارد. همچنین اکسید سیلیسیم ترکیب اصلی شیشه است. و یکی از ارزانترین ماده اولیه برای صنایع مکانیکی ، نوری، گرمایی، و الکتریکی است. سیلیسیم خالص می تواند با بور و گالیم و فسفر یا ارسنیک ترکیب شود و سیلیسیمی جهت استفاده ترانزیستورها و پیلهای خورشیدی و یکسوسازها و دیگر تجهیزات که در صنایع الکترونیک و سن سنجی بسازد. هیدروژن دارکردن سیلیسیم بی شکل برای اقتصادی کردن پیلها جهت تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی استفاده می شود. سیلیسیم عنصری حیاتی برای زندگی گیاهان و جانوران می باشد. سیلیسیم در خاکستر های گیاهان و اسکلت انسانها نیز وجود دارد. سیلیسیم عنصر سازنده فولاد نیز می باشد . کربید سیلیسیم یکی از مهمترین ساینده ها و و مورد استفاده در اشعه تولید شده از نور همدوس می باشد. سیلیکون ها یک از ترکیبات مهم سیلیسیم است. سیلیکونها از هیدرولیز کلرید سیلیسیم آلی به دست می آید. سیلیسیمهای کریستالینه دارای جلای فلزی و به رنگ خاکستری هست. بیشتر اسیدها به استثنای هیدروفلوریک با سیلیسیم واکنش می دهد. عنصر سیلیسیم یبش از 95 درصد امواج مادون قرمز را با طول موجهای 1.3 تا 6 میکرومتر از خود عبور می دهد. س یلیسیم با خلوص 99 درصد قیمت آن 0.5 دلار در گرم است . سیلیسیم با خلوص خیلی بالاقیمت آن 100 دلار در اونس است
تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر سیلیسیم : عدد اتمی: 14 جرم اتمی: 28.086 نقطه ذوب : C°1414 نقطه جوش : C°3265 شعاع اتمی : Å 1.46 ظرفیت: 4+ رنگ: خاکستری تیره حالت استاندارد: جامد در 298 k نام گروه: 14 انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 786.5 شکل الکترونی: 1s2 2s2p6 3s2p2 1 شعاع یونی : Å 0.4 الکترونگاتیوی: 1.90 حالت اکسیداسیون: 2, 4, -4 دانسیته: 2.33 گرمای فروپاشی : Kj/mol 50.55 گرمای تبخیر : Kj/mol 384.22 گرمای ویژه: J/g Ko 0.71 دوره تناوبی: 3 شماره سطح انرژی : 3 اولین انرژی : 2 دومین انرژی : 8 سومین انرژی : 4 ایزوتوپ : ایزوتوپ نیمه عمر Si-28 پایدار Si-29 پایدار Si-30 پایدار Si-31 2.62 ساعت Si-32 100.0 سال اشکال دیگر : اکسید سیلیسیم SiO2 هگزا هیدرید سیلیسیم Si2H6 و تترا هیدرید سیلیسیم SiH4 هگزا کلرید سیلیسیم Si2Cl6 و تترا کلرید سیلیسیم SiCl4 منابع : ماسه ، گرانیت ، کوارتزو رس کاربرد : در شیشه به صورت sio2 به کار می رود . به عنوان نیمه رسانا در قطعات الکترونیکی و همچنین درپیلهای خورشیدی ، سیمان، گریس و رنگهای روغنی به کار می رود |
Good glass quality does not depend solely
on correct preparation and handling of the
materials to be melted. Efficient operation
of the batch charger is also important.
Modern batch chargers must fulfil many
criteria. For instance, the prevention of dust
formation during the charging process is
absolutely vital. Nowadays environmental
factors also play an increasingly important
role in this part of the glass production pro-
cess, and the batch charger can have a
positive influence on NOx emissions and
the heat balance of a furnace. The charging
and distribution method is also important as
the requirement for a closed batch blanket
or separate batch piles varies according to
the furnace type.
EME supply not only standard tube, screw,
pusher, vibratory and chute chargers, in
stationary and oscillating versions, but also
specially designed equipment, so all cus-
tomer requirements can be met.
Please contact us if you would like to
receive more detailed information.
|
Batch charger with pusher |
ادامه مطلب
|
SPECIAL EQUIPMENT |
|
|
|
Sand moisture measurement
|
ادامه مطلب
Chemical Composition of GlassMost commercial glasses are oxide glasses with similar chemical composition. The main component is Silicon Oxide, SiO2, which is found in sandstone. Annealed Glass: The components are heated in a furnace at temperatures above 1560°C and cooled down slowly after the forming process, resulting in annealed glass.. Tempering: Glass is heat-treated by heating annealed glass to ~620°C and then rapidly cooling by airflow. As a result, tempered glass is about 4 times stronger than annealed glass. In addition, tempered glass breaks into small fragments, reducing probability of serious injury. Iron Impurities: Most glass contains iron impurities in the form of iron salts within the silicon oxide that impair tthe transmission of light through the material. Sources for low iron glass include low iron sand and limestone. To produce low iron flass, furnaces must be designed to handle higher melting and refining temperatures. Coating: Thin layers of coating may be deposited on one side of the glass for anti-reflection, improved conductivity or self-cleaning. |
||||||||||||||||||||||||||
Glass Characteristics
For solar applications the main attributes of glass are transmission, mechanical strength and specific weight. | ||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||
Base-line commercial glass has a solar transmission of 83.7%. I.e. 16.3% of the sun's energy do not even get to the PV material. The energy loss is due - in equal parts - to reflection on the surface and absorption within the glass due to iron impurities. Specific WeightThe density of glass is about 2,500 kg/m3 or 2.5kg/m2 per 1mm width. Typical crystalline modules use 3mm front glass, whereas thin-film modules contain two laminated glass layers of 3mm each for front and back. As a result, assuming 3mm glass, 96% of the weight of a thin-film module and 67% of a crystalline module is glass!Mechanical StrengthGlass has great inherent strength. However, as it can not not reduce localised stresses, it is subject to rapid brittle fracture. There are a number of measures for mechanical strength depending on the direction of the applied force. For the purpose of solar modules, the most significant measure is the tensile strength, a measure of pressure expressed in Pa (Pascal).
|
||||||||||||||||||||||||||
Flat Glass for Solar ApplicationsSolar applications require flat glass. So-called Pattern Glass is mostly used as front glass in crystalline modules, whilst float glass is used for both substrate and back glass in thin-film modules.
|
||||||||||||||||||||||||||
The Solar Glass Challenge
The objectives for solar glass are:
|
||||||||||||||||||||||||||
Choice of Glass
|
||||||||||||||||||||||||||
| Rationale | Choice of glass | |
| Crystalline Silicon Module | High cost of photovoltaic materail per area requires top of the range solar glass | Pattern Glass with transmission > 91.4%, plus antireflective coating, resulting in total solar transmission > 94% |
Amorphous Silicon, CdTe |
Lower cell efficiency and cost per area do not warrant the marginal costs for ultra clear glass | 89% float glass |
| Thin-film CIS / CIGS | Higher cost of pv material per area warrant cost for higher quality glass | Low iron float glass, solar transmission > 90%. Plus a cotaing of Molybdenum to optimize conductive characteristics of the CIS and CIGS layer. Molybdenum is a TCO (Thermal conductive oxide). |
Mirrors
Objectives
The reflector should have high solar reflectance and good specular reflectance properties. Similar to the definition of transmission in glass, for mirrors it is the ability to reflect:
| Solar Reflectance | Ratio of total energy that is reflected from an AM1-5 source. |
| Specular Reflectance | Measures the ratio of the energy of the direct light that is reflected from an AM1-5 source. This is an important measure, as some light is reflected as diffuse light and can not be focused. |
| Precision of curvature | The precision of the mirror is usually expressed in the percentage of the energy of the reflected light that hits a target area around the focal point. For instance: 99.5% within 70mm, 98.8% within 60mm and 95% within 40mm target. |
Household mirrors have a reflectivity in the 80% range. For solar mirrors, 93% would be an excellent value. However, net reflectivity must also take into account the cleanliness of the mirror. Typical value for cleanliness is 96%, which would have to be multiplied by the mirror's specular reflectivity.
The aim for solar mirror is for high specular reflectance over and extended lifetime.
Mirror Types
| Type | Company | Description | Specular Reflectance | Cost [$/m2] |
|---|---|---|---|---|
| Thick Glass | Flabeg | 5mm silver-coated glass. Parabolic (or other non-flat) shapes can be acheived through hot bending at 700°C. | 94% | 40 |
| Thin Glass | Naugatech | Stability may be an issue at 1mm. | 93 - 96% | 15 - 40 |
| Aluminium Front | Alanod, Almeco (Vegaflex) | Aluminzed polished aluminium reflector with nano composite oxide protective layer. Weighs 6.8 kg/m2 - less than thick glass. But lower reflectance. | > 87% | < 20 |
| Laminate | Reflec Tech | Silverized polymer film on a polymer substrate, laminated to aluminium. Needs a hard coat for required strength. | 94% | 20 - 30 |
Sources: - ISES Position Paper: Solar Energy - The State of the Art |
References:Datasheets provided for informational purposes only: |
انجام تعمیرات گرم کوره های شیشه توسط شرکت های جدید -جوش سرامیکی
از سال 6 به بعد برای کوره های شیشه دوره ای جدید محسوب میگردد که نیاز به تعمیرات و مراقبت های بیشتر برای افزایش عمر این کوره ها می باشد عدم دقت در انتخاب طراحی درست موجب بوجود امدن مشکلات عدیده ای در این سال ها میگردد که موجب به بار امدن تعمیرات سنگین میگردد لذا شرکتهایی این عملیات های را برعهده میگیرند.........قبل از تعمیر |
در زمان تعمیر |
بعد از تعمیرات گرم |
قبل از تعمیر |
در زمان تعمیر |
بعد از تعمیر |
ادامه مطلب
|
||||||||||||||||||||||
Environment-Friendly Business @ Saint-Gobain Glass India
Saint-Gobain Glass India (SGGI) Ltd is a 100 per cent subsidiary of Compagnie de Saint-Gobain in France, the world’s largest manufacturer and marketer of various types of flat glass. The India chapter was established and has been fully operational since 1999. The SGGI World Class Manufacturing facility at Sriperumbudur, a 2000-year old temple town, 40 km from Chennai in Tamil Nadu has made an impact merely by its presence, sprawled over 175 acres of land. This plant manufactures various types of flat glass through the float glass manufacturing process. The facility houses two Float Lines, two Automotive Processing lines, a 5 million sq metre state-of-the-art Mirror Processing Line, a state-of-the-art Magnetron Coater facility and a mega Roof Water Harvesting Reservoir with a capacity of 58 million litres.
While it follows that a plant of this scale and nature will use enormous amounts of raw material, natural resources and furnace oil that will pollute the environment and deplete reserves, SGGI has always kept a close eye on these issues and championed the cause of not just socially responsible but also environment-friendly business practices. This claim was reinforced early this year upon the receipt of 2 awards from the Confederation of Indian Industries (CII) by SGGI. These were the
- National Award for Water Management as an Excellent Water-Efficient Unit
- National Award for Innovative Case Study for Water Management
Apart from this, SGGI offers a portfolio of glass products that
caters to the needs of green architecture and sustainable development.
This unique portfolio includes solar control glass (an umbrella that
encompasses reflective glass, and advanced high performance glass),
low-e glass, self-cleaning glass and high-quality eco-friendly mirrors.
Even clear float glass is free from elements that could in any way be
detrimental to the environment or to human health. All these products
are free from harmful substances like lead, copper and arsenic, and
focus on imparting energy-efficiency.
To add to the feather in SGGI’s green environmental initiative, the
heat Energy from Glass Furnace Flue gas is utilised to generate
Electricity .A waste heat recovery Boiler is installed in the Flue gas
stream to convert waste heat energy into supersaturated steam. The
steam is used in Turbine to generate useful Electrical Energy.
Aerial View of Waste Heat Recovery Boiler
Turbine House
With great pride and joy, SGGI now officially announces that the WHRB-TG project is registered as CDM Project in UNFCCC on 21/06/2010.
Project & Registration Details
- The thermal energy from all waste gas coming out of the furnace of the second float line is utilized to generate steam. The steam generated is fed to a turbine, which in turn is coupled with an alternator, the rated capacity of which is 1.23 MW.
- The electricity generated is supplied for captive requirements, which displaces an equivalent amount of electricity from grid import, thereby helping in reduction of a considerable amount of Green House Gas (GHG) emission from the grid connected fossil fuel based power plants.
- The CDM allows emission-reduction projects in developing countries to earn Certified Emission Reduction (CER) credits, each equivalent to one ton of carbon dioxide. These CERs can be traded and sold, and used by industrialized countries to a meet a part of their emission reduction targets under the Kyoto Protocol.
- The CDM stimulates sustainable development and emission reductions, while giving industrialized countries some flexibility in meeting their emission reduction limitation targets.
- This project qualified for assistance through a rigorous public registration and issuance process designed to ensure real, measurable and verifiable emission reductions that are additional to what would have occurred without the project. The mechanism is overseen by the CDM Executive Board, which is answerable to the countries that have ratified the Kyoto Protocol.
- There are currently six projects registered as CDM projects in UNFCCC across the globe, under the methodology AMS-III Q. The SGGI project is the first that attained registration without queries (straight shot registration) by the CDM Executive Board.
- This is the second project which has been registered under AMS-III Q in India.
- This is the first project in Indian Glass Industry and among the Saint Gobain Group of Companies.
ادامه مطلب
صنعت شیشه سازی
صنایع تولید شیشه یکی
از پایه های اصلی اقتصاد آمریکا می باشد. این صنعت بیش از 150/000شغل
تخصصی ایجاد نموده است؛ که بیش از 21 میلیون تن محصولات مصرفی با ارزش
تخمینی 22 میلیارد دلار در سال تولید می کند.
تولید شیشه نیاز به
انرژی زیاد دارد که 12 درصد ازکل قیمت فروش را شامل می شود. از لحاظ تئوری
برای ذوب کردن یک تن شیشه 2/2 میلیون Btu (واحد بریتانیایی برای گرما)
انرژی لازم است؛ در حقیقت مقدار انرژی مورد نیاز به خاطر پایین بودن بازده
و اتلاف انرژی به میزان دو برابر افزایش می یابد. صنایع شیشه شامل 4 بخش
عمده می شود:
1) ظروف شیشه ای (container glass)
این گروه شامل بطری ها(Bottles) ، شیشه های دهنه گشاد(Jars) و... می شود.
2) شیشه های فلوت(flat glass)
این گروه شامل شیشه های پنجره، آینه ها و شیشه های اتومبیل و... می شود.
3) الیاف شیشه (fibre galss)
این گروه الیاف شیشه ای اند که به صورت عایق های ساختمانی و الیاف بافته شده تولید می شوند.
4) شیشه های ویژه (specialty glass)
این گروه شامل وسایل آشپزخانه
(cook ware)، تابلوهای نمایشگر سطح (displays flat panel)، حباب لامپ
ها(light bulbs)، الیاف نوری(fiber optics)، وسایل پزشکی(medical
equipment) و... می باشد.
شیشه های فلوت 17%تولید شیشه ی ایالات
متحده آمریکا از لحاظ وزن را شامل می شود. همچنین ظروف شیشه ای 60درصد،
الیاف شیشه و9 درصد و شیشه های ویژه 4 درصد از تولیدات شیشه ای ایالات
متحده را شامل می شوند.
درحالی که صنایع ظروف شیشه ای، الیاف و شیشه
های فلوت که سهم بسیار بالایی در فروش دارند بر پایه ی شیشه های
سودالایم(soda-lime glass) پایه گذاری شده اند؛ صنعت شیشه های ویژه بر روی
شیشه های مقاوم در دماهای بالاتر تمرکز دارد و بیش از 60/000نوع محصول
مختلف تولید می کند. مثالهایی از تولیدات شیشه ای که بوسیله ی صنعت شیشه
سازی تولید می شوند در شکل 1 دیده می شوند. حالت مطلوبی از صنعت شیشه
درطول 20 سال فرمول بندی شده است؛ که این با مشارکت DOE (دپارتمان انرژی
آمریکا) انجام شده است.
صنعت شیشه سازی
صنایع تولید شیشه
یکی از پایه های اصلی اقتصاد آمریکا می باشد. این صنعت بیش از 150/000شغل
تخصصی ایجاد نموده است؛ که بیش از 21 میلیون تن محصولات مصرفی با ارزش
تخمینی 22 میلیارد دلار در سال تولید می کند.
تولید شیشه نیاز به
انرژی زیاد دارد که 12 درصد ازکل قیمت فروش را شامل می شود. از لحاظ تئوری
برای ذوب کردن یک تن شیشه 2/2 میلیون Btu (واحد بریتانیایی برای گرما)
انرژی لازم است؛ در حقیقت مقدار انرژی مورد نیاز به خاطر پایین بودن بازده
و اتلاف انرژی به میزان دو برابر افزایش می یابد. صنایع شیشه شامل 4 بخش
عمده می شود:
1) ظروف شیشه ای (container glass)
این گروه شامل بطری ها(Bottles) ، شیشه های دهنه گشاد(Jars) و... می شود.
2) شیشه های فلوت(flat glass)
این گروه شامل شیشه های پنجره، آینه ها و شیشه های اتومبیل و... می شود.
3) الیاف شیشه (fibre galss)
این گروه الیاف شیشه ای اند که به صورت عایق های ساختمانی و الیاف بافته شده تولید می شوند.
4) شیشه های ویژه (specialty glass)
این گروه شامل وسایل آشپزخانه
(cook ware)، تابلوهای نمایشگر سطح (displays flat panel)، حباب لامپ
ها(light bulbs)، الیاف نوری(fiber optics)، وسایل پزشکی(medical
equipment) و... می باشد.
شیشه های فلوت 17%تولید شیشه ی ایالات
متحده آمریکا از لحاظ وزن را شامل می شود. همچنین ظروف شیشه ای 60درصد،
الیاف شیشه و9 درصد و شیشه های ویژه 4 درصد از تولیدات شیشه ای ایالات
متحده را شامل می شوند.
درحالی که صنایع ظروف شیشه ای، الیاف و شیشه
های فلوت که سهم بسیار بالایی در فروش دارند بر پایه ی شیشه های
سودالایم(soda-lime glass) پایه گذاری شده اند؛ صنعت شیشه های ویژه بر روی
شیشه های مقاوم در دماهای بالاتر تمرکز دارد و بیش از 60/000نوع محصول
مختلف تولید می کند. مثالهایی از تولیدات شیشه ای که بوسیله ی صنعت شیشه
سازی تولید می شوند در شکل 1 دیده می شوند. حالت مطلوبی از صنعت شیشه
درطول 20 سال فرمول بندی شده است؛ که این با مشارکت DOE (دپارتمان انرژی
آمریکا) انجام شده است.
و چالشهای تکنولوژی در آینده و فرصت های تحقیقاتی با مقایسه دید
آینده و حالت کنونی صنعت شیشه تعریف شده است. چالشهای تکنولوژی به طور
عمومی به چهار دسته تقسیم بندی می شوند:
1)پیشرفت ها در زمینه ی ذوب و پالایش و در زمینه ی ساخت (شکل دهی)
2)پیشرفت تکنولوژی، تکنیک های ساخت شیشه، کنترل پروژه ها (Processing controls) و شبیه سازی مدل برای پروسه های جدید با کامپیوتر
3)بهبود سیستم های کنترل خروج، روشهای بازیافت و مدیریت مواد جامد باطله و...
4)توسعه ی تولیدات ابداعی برای استفاده های جدید از شیشه
بخش های بالا پروسه های تولید شیشه های کنونی و چگونگی رسیدن به دید صنعتی در زمینه ی شیشه از مواد پایه سرامیکی را تعریف می کند.
موادی
که معمولاً در وسایل تهیه شده بوسیله ی شیشه استفاده می شود شامل: فیوزد
سیلیکا (fusedsilica)، گرانیت، فلزات گران بها، آلیاژهای آهنی سرد شده در
آب می باشند. مواد سرامیکی ابتدا به عنوان مواد نسوز(refractories) و
اکنون نیز به صورت هرچه بیشتر و در زمینه ی پوشش های مقاوم به سایش کاربرد
دارد. همچنین مواد سرامیکی پیشرفته به ندرت در این صنعت استفاده می شود که
علت آن قیمت بالای این مواد است. بعلاوه به خاطر نبود مواد مقاوم در محیط
های بادمای بالا جهت فرآیندهای شیشه سازی، فلاکس ها به مواد شیشه ای اضافه
می شوند تا بتوان با کاهش دمای فرآیند شیشه سازی، اجازه ی استفاده از مواد
مرسوم را داشته باشیم.
بحث ما بر طبق 4 عملیات عمده در تولید شیشه متمرکز شده است که به شرح زیر می باشند:
1)مرحله ی تهیه مخلوط(Batching)
2)مرحله ی ذوب (melting)
3)مرحله تصفیه و پالایش (refining)
4)مرحله شکل دهی (forming)
همچنین
در بخش های بعدی این مقاله در مورد 4 بخش از صنعت شیشه سازی صحبت کرده و
در بخش آخر این مقاله در مورد مشعل ها و وسایل تولید حرارت درکوره های
تولید مذاب شیشه صحبت می کنیم.
عملیات تهیه ی مخلوط، ذوب و پالایش در
همه ی روش های تولید شیشه با اندک تفاوت در نوع کوره یکسان است. پس به
بررسی جداگانه ی 4 مرحله ی شیشه سازی می پردازیم:
1) مرحله ی تهیه ی مخلوط (Batching)
انتخاب مواد خام با توجه به
ترکیب شیمیایی، یکنواختی و اندازه ی ذرات انجام می شود. مواد افزودنی آلی
و فلزی و سرامیکی از بین مراحل حمل ونقل، انبار کردن، مخلوط کردن و دانه
بندی عبور می کند. این مراحل شبیه مراحلی است که شیشه های بازیافتی عبور
می کنند. به علت اثرات مواد افزودنی و با توجه به کیفیت محصول تولید شده،
مقدار شیشه ی بازیافتی تغییر می کند.
صنعت تولید شیشه های فلوت 39درصد
از شیشه های شکسته ی خود را باز یافت می کند. مواد ناخالصی سرامیکی واکنش
کمی با مذاب شیشه دارند و ذوب نمی شوند بنابراین به صورت سنگ ریزه هایی در
محصول نهایی دیده می شوند. ناخالصی های فلزی و آلی باعث بوجود آمدن
ناپایداری در طی پروسه ی شیشه سازی می شوند(از طریق واکنش های اکسایش
-کاهش). که این مواد موجب کاهش کیفیت شیشه می شوند. مواد آلی موجود در بچ،
منبعی مناسب جهت افزایش گازهای خروجی هستند و موجب افزایش ارزش تمیزکنندگی
گازهای خروجی می شوند(این مواد موجب افزایش گازهای خروجی می گردد و خروج
گاز را از مذاب آسانتر می کنند)
پروسه های نقل و انتقال، مخلوط کردن و
دانه بندی موجب ساییده شدن وسایل وادوات مورد استفاده می شوند بنابراین
معمولاً ابزار آلات این بخش دارای سطوح پوشش داده شده با سرامیک هستند؛ و
یا خطوط انتقال بوسیله ی سرامیک هایی مانند آلومینا، سیلسیم کاربید و یا
تنگستن کاربید ساخته می شوند.
درحالی که به طورعمومی اثر قیمت و
عملکرد مناسب و کافی برای انتخاب مواد در این مکان ها بسیار مهم است ولی
به دلیل ریسک امکان آلودگی مذاب شیشه، استفاده از مواد ارزان قیمت تر ریسک
بزرگی به حساب می آید.
2) مرحله ذوب(melting):
تقریباً 600 کوره ی ذوب شیشه در آمریکای شمالی وجود دارد. توزیع نوع این کوره ها به شرح زیر است.
210کوره
در زمینه صنعت بطری های سازی، 110 کوره مربوط به الیاف شیشه، 45 کوره در
صنعت شیشه ی فلوت و 235کوره مربوط به شیشه های ویژه است. عمر یک کوره مذاب
شیشه با توجه به نحوه ی ساخت آن متفاوت است اما برای کوره های این صنعت
عمر 7 تا 8 سال غیر معمولی نیست. البته هزینه ی بازسازی یک کوره به آسانی
از یک میلیون دلار تجاوز می کند و همین امر نشاندهنده ی اهمیت نحوه ی
بازسازی کوره های شیشه سازی است. کوره ها را می توان به دو گروه، کوره های
گرم شونده با الکتریسته و کوره های گرم شونده با سوخت تقسیم کرد، که
معمولاً گرمایش الکتریکی مذاب با آتش حاصل از سوختن مواد نفتی توأم است.
این عمل موجب بهبود یکنواختی گرما دهی، مهیا نمودن افزایش متناوب در ظرفیت
ذوب با کم ترین هزینه، افزایش بازده مذاب، کاهش مصرف انرژی و دمای پایین
تر (در بالای نقطه ی ذوب) برای کاهش خروج انرژی می گردد.
3) مرحله پالایش(refining):
مرحله ی اصلاح شیشه در کوره ی مقدماتی
اتفاق می افتد و موجب یکسان شدن دمای مذاب می گردد. کوره ی مقدماتی
معمولاً با گاز طبیعی کار می کند. همچنین ازتقویت کننده های الکتریکی نیز
برای افزایش بازده و بهبود یکسانی دما، می توان بهره برد. مبدلهای گرمایی
سرد شده با آب (water-cooled metal heat exchangers) برای کمک به ایجاد
دمای یکنواخت مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین ممکن است از سرامیک های
پیشرفته نیز استفاده شود. تغییرات دمایی در کوره ی مقدماتی بسیار حیاتی
است و موجب ایجاد مشکلاتی شبیه به آنهایی که در مرحله ی ذوب با آنها روبرو
بودیم، می شود.پیستون ها(plungers) و نازل های (nozzles) مورد استفاده
برای حرکت دادن و پخش کردن مذاب شیشه از سرامیک های نسوز و یا مولیبدن
ساخته شده اند. ولی این اجزا به علت رویا رویی و مواجهه با سایش بالا و
ایروژن (erosion )نوعی خوردگی است که به واسطه ی حرکت سیال بر روی یک سطح
اتفاق می افتد). برای شیشه های با دمای ذوب پایین تر Inconel600 استفاده
شده است که در این مورد نیز شبیه به مورد بالا خوردگی شدید گزارش شده است.
در دماهای بالاتر خنک سازی با آب نیز می تواند برای کاهش دمای اجزا مورد
استفاده قرار گیرد. تعداد زیادی از مواد مناسب (مواد سرامیکی پیشرفته)
مورد استفاده در مراحل پالایش و ذوب شیشه وجود دارد که بسیاری از این مواد
مناسب، برای ساخت کوره های سوخت -اکسیژن fired oxy-fuel استفاده می شوند.
سیکل های متناوب احتراق نیز بهبود یافته که گفته می شود مواد سرامیکی
پیشرفته توانایی مقاومت در برابر این سیکل های احتراقی را دارند.
4)شکل دهی(forming):
با توجه به اینکه محصول نهایی، چه نوع محصولی باشد نوع و نحوه ی فرم دهی نیز متفاوت است.
روش های شکل دهی انواع مختلف شیشه از جمله شیشه های فلوت، ظروف شیشه ای، الیاف شیشه و شیشه های ویژه معمولاً بسیار متفاوت اند. در قسمت های بعدی این مقاله در مورد هر یک از این زمینه های تولید شیشه صحبت کرده و درقسمت پایانی نیز در مورد مشعل ها و سیستم های گرمایشی مورد استفاده دراین صنعت صحبت می کنیم. دیدگاه این مقاله بیشتر بررسی موقعیت های کاربردی در زمینه ی مواد ساختاری مورد استفاده در صنعت تولید شیشه است.
شیشه های فلوت (flat)
صنایع شیشه ی فلوت ایالات متحده آمریکا شامل 6
تولید کننده ی عمده است؛ که با 28 کوره در 16 ایالت کار می کنند در این
کارخانه ها، که 12/000 نیروی کار ماهر را به کار گرفته اند سالانه 2/9
میلیون تن شیشه تولید می شود که این مقدار تولید، فروشی برابر 2/1 میلیارد
دلار را به خود اختصاص می دهد. کارخانه های تولیدی در این بخش عمدتاً در
کنار منابع ارزان قیمت انرژی قرار دارند. در سال 1991، این صنعت 55/2
تریلیون Btu انرژی مصرف کرده است که این مقدار انرژی در درجه اول از گاز
طبیعی و در درجه ی دوم از برق بدست آمده است. به دلیل فشارهای رقابتی
حاصله از کشورهای درحال توسعه، افزایش بازده تولید و راندمان انرژی به طور
مداوم و مصرانه مورد توجه قرار گرفته است.
در طی 25 سال گذشته راندمان
انرژی به بیش از 50% ارتقاء داده شده است؛ که این صرفه جویی در انرژی به
خاطراستفاده از مواد نسوز بهبود یافته میسر گشته است. یک کارخانه ی تولید
شیشه فلوت هزینه ای برابر 100میلیون دلار برای ساخت لازم دارد عمر مفیدی
برابر 12 سال دارد.
یک کارخانه ی تولید شیشه های فلوت نمونه وار شامل
یک سری عملیات های بالادستی (upstream operations) است که شامل عملیات
های، تهیه ی مواد اولیه (Batching)، پالایش(refining)، شکل دهی (forming)
و اینلینگ(annealing) است. همچنین یک سری عملیات پایین دستی شامل حرارت
دهی ثانویه(reheating)، شکل دهی ثانویه(reforming)، پوشش دهی
(coating)،تنپر کردن(tempering) و لایه نشانی.
عملیات های پایین دستی
را می توان در کارخانه ی مبدأ و یا در جاهای دیگر انجام داد. عملیات های
بالا دستی در همه ی کارخانه های تولیدی یکسان است. که علت آن این است که
همه ی آنها از پروسه ی مسطح سازی برای شکل دهی شیشه ی سیلیسی سودالایم به
صورت ورقه های نازک استفاده می کنند. برخلاف کوره های مورد استفاده در
ساخت انواع دیگر شیشه ها، کوره های مورد استفاده در صنعت شیشه های فلوت
عمدتاً بسیار بزرگ هستند. قسمت پالایش دهنده شیشه در کوره های تولید شیشه
ی فلوت نیز به تناسب بزرگ است؛ که علت آن احتیاج به زدودن عوامل مخرب ناشی
از جوشش گازها و دیگرعوامل ناخالصی است. این عوامل ناخالصی و یا گاز موجب
کاهش شفافیت نوری شیشه ی تولیدی می شوند.
دو نوع روش برای شکل دهی
شیشه ی فلوت استفاده می شود که یکی از آنها به وسیله ی برادران (PB)
pikington ودیگری بوسیله صنایع PPG ابداع شد.
تفاوت های عمده بین این دو روش نحوه خروج شیشه از کوره است. اجزای اصلی روش PPG در شکل 1 نشان داده شده است.
یک کوره ی نمونه وار فلوت – زون (furnace float Zone ) ، 49متر طول
و 9متر عرض دارد و می تواند909 تن شیشه را در خود جای دهد. در روش PPG،
شیشه ی پالایش یافته به طور پیوسته و به صورت یک نوار با پهنای ثابت از
روی یک حمام قلع مذاب عبور کرده و با عبور از یک بخش که شامل غلطک های
فولادی آسترشده با مواد نسوز است، در هواخنک می شود.
در روش PB، شیشه
ی مذاب وارد یک ناحیه بسیار باریک می شود و سپس به سمت یک حمام قلع مذاب
حرکت می کند و قبل از رسیدن به پهنای مناسب، یک مسیر پیچیده را طی می کند.
در هر دو روش، شیشه با دمای 1040درجه سانتی گراد وارد می شود و با دمای
600درجه سانتی گراد خارج می شود. حمام قلع در یک دمای معین (815درجه
سانتیگراد) نگه داشته می شود و این درحالی است که مسیر فولادی دمای شیشه
را به 100درجه سانتی گراد می رساند. یک محیط شامل گاز نیتروژن 5-8 درصد
گاز هیدروژن برای جلوگیری از اکسید شدن قلع استفاده می شود. مواد دیگری که
توانایی جایگزینی با فولاد آسترشده با مواد نسوز و حمام قلع مذاب (برای
مثال تنگستن و گرافیت) مورد بررسی قرار گرفته است؛ که البته این مواد گران
قیمت هستند و دارای مشکلاتی ناشی از سختی بسیار آنها (مثلاً در فرآیند شکل
دهی آنها) هستند. یکی دیگر از مشکلات و عیوب های این مواد مقاومت به
اکسیداسیون ضعیف آنهاست. برای انتخاب مواد برای وسایلی که با قلع ارتباط
دارند گزینه های بسیار کمی داریم که علت آن طبیعت بسیار خورنده ی قلع است.
جریان شیشه از کوره ی زون -فلوت و در بخش انتهایی پالایش دهنده بوسیله
ی یک خروجی که tweel نامیده می شود به طورمنظم خارج می شود. جنس tweel از
فیوزد سیلیکا (fused silica)است. tweel، شیشه ی مذاب خروجی از کوره ی ذوب
شیشه را شکل دهی می کند که بدین وسیله کمک به کنترل اندازه ی ضخامت نهایی
محصول تولیدی می شود. ضخامت پایانی شیشه ی تولیدی همچنین به عواملی
چون:ویسکوزیته ی شیشه، کشش سطحی و از همه مهمتر، نیروهای انقباضی وارده به
لبه های نوار شیشه ای (این نیروها بوسیله ی سیستم کشش وارد می شود) بستگی
دارد. شیشه های نازک تر را می توان با جریان دادن شیشه و ایجاد موانعی
گرافیتی تهیه کرد در حقیقت این موانع گرافیتی که به صورت خشک کار می کنند
به لبه های شیشه اعمال نیرو می کنند. به علت کوتاهی عمر tweel که تنها 2
ماه می باشد، مواد دیگری نیز که عمر مفید بیشتری دارند مورد توجه قرار
گرفته است. یک نکته ی مهم در مورد مواد استفاده شده در ساخت tweel این است
که جنس مواد مورد استفاده شده باید با جنس شیشه سازگار باشند همچنین باید
مقاومت به شک بالا و قابلیت تحمل نیرو در دمای ذوب شیشه را داشته باشند.
جایگزینی
مواد نیازمند به سیستم خنک سازی با مواد بدون نیاز به این سیستم، به خاطر
هزینه ی بالای نگهداری و خوردگی شدیدتر این قطعات مورد توجه و پژوهش قرار
گرفته است. از این رو استفاده از آلیاژهای فلزی (مثلاً فولادها) مورد توجه
قرار گرفته که به علت وجود نیکل در شیشه های بازیافتی و تبدیل شدن آن به
سولفید نیکل در هنگام قرار گرفتن در دمای بالا، این کار نیز مطلوب نمی
باشد.
معمولاً برای کاهش خوردگی در کارخانه های شیشه سازی، آب مورد
استفاده برای خنک سازی اجزا تصفیه شده و برخی از یون های مضر بوجود آمده
در آب دفع می شود.
دمای شیشه و قلع مذاب بوسیله ی هزاران بخش سیلسیم
کاربیدی تعبیر شده در طول کوره تنظیم می شود. و همین طور که شیشه به سمت
پایین حمام قلع حرکت می کند، سرد شده و ویسکوزیته اش افزایش می یابد،
بنابراین می توان بوسیله ی غلتک هایی شیشه ی سرد شده را از حمام حرکت داد.
غلتک های جابجا کننده ی شیشه در کره آنیلینگ، که در امتداد کوره ی ذوب
قرار گرفته، به گونه ای طراحی شده اند که موجب دفورمگی حاصل از وزن خود
شیشه در حال سرد شدن، نشوند. این غلتک ها تقریباً 30 سانتیمتر قطره و
4/3متر طول دارند که از فلزات سرد شده در آب یا پوشش های آزبستی (پنبه ی
نسوز) ساخته شده اند.
یکی دیگر از وسایل مورد استفاده در پروسه ی
شیشه سازی و بررسی آن، آذرسنج های نوری هستند این وسایل برای اندازه گیری
دمای سطح شیشه و حمام قلع مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین ترموکویل
های غلاف دارمورداستفاده در اندازه گیری دمای زیر سطح حمام قلع نیز یکی
دیگر از این وسایل است.
وسایل سرد کننده تعبیه شده در سقف کوره ی
آینلینگ یکی از منابع عمده ی ایجاد کننده ی عیوب شیشه هستند. بخارات
سولفید بر روی این وسایل سرد کننده چگالش می یابد و موجب افتادن این
بخارات چگالش یافته بر سطح شیشه می شود.
البته از منابع دیگر ایجاد عیوب در شیشه سطح ناصاف غلتک های آسیب دیده نیز می تواند باشد. که این مشکل نیز قابل حل است.
ورقه
ی شیشه ای خارج شده از کوره زون -فلوت وارد کوره ی آنیلینگ می شود. این
کوره های آنیلینگ عموماً lehr نامیده می شوند. کوره ی lehrموجب از بین
رفتن تنش های ناشی از شیب گرمایی می شوند که این شیب گرمایی ناشی از
عملیاتی است که در پروسه ی شکل دهی اتفاق افتاده است.
کوره ی lehr در
دمای 200درجه سانتی گراد کار می کند. این کوره با احتراق گاز و یا
الکتریسته گرم می شود. اتمسفر یک کوره ی lehrالکتریکی، هوا و اتمسفر یک
کوره ی lehr گازی، عموماً گازهای ناشی از پروسه ی احتراق است.
شیشه ی
تولیدی از میان کوره ی lehr و بر روی یک سری غلتک از جنس فولاد سرد شده با
آب، فیوزد سیلیکا و یا ماده ای با پوشش آزبست عبور می کند که این غلتک ها
5 سانتی متر قطر و 2/5متر طول دارند. (همان گونه که در شکل 2 نشان داده
شده است.)
مشکلاتی که در طی حرکت صفحه ی شیشه ای در کوره lehr اتفاق می افتد شامل:
1)آسیب رسیدن به سطح غلتک ها
2)ایجاد خط و علامات ناشی از غلتک ها برروی سطح شیشه
3)خم شدن شیشه در بین فاصله ی دو غلتک بر اثر نیروی وزن شیشه
4)موج دار شدن غلتک ها
5)تغییر فاز بر اثر گرما در غلتک ها
اندازه
و سرعت یکسان غلتک ها، عوامل مهمی در جهت جلوگیری از خط دار شدن سطح شیشه
است. مشعل های تشعشعی در بسیاری از کوره های lehr استفاده می شود و به
عنوان یک وسیله ی مناسب و حفاظتی در برابر خط های ناشی از عوامل مختلف
است. بمحض سرد شدن شیشه و رسیدن دمای شیشه به دمای محیط، شیشه بریده شده و
برای پروسه های پایین دستی بسته بندی می شوند.
عملیات های پایین دستی
می تواند از تعدادی مرحله شامل: حرارت دهی دوباره (reheating)، شکل دهی
دوباره(reforming)، تنپرکردن(tempering) و پوشش دهی تشکیل شده باشند.
مراحل حرارت دهی دوباره و تنپرینگ در کوره ای شبیه به کوره ی lehr اتفاق
می افتد و تنها، دمای کوره متفاوت است. حجم زیادی از هوای گرم شده در کوره
ی lehr و برای کاهش شیب گرمایی استفاده می شود. فن های مورداستفاده از
فولاد دما بالا ساخته شده اند که این فن ها همراه درایورهای سرد شده در آب
تشکیل شده اند. اعوجاج حاصل از دمای کاربرد بالا موجب کاهش طول عمر این
قطعات می شود.
پس ازاینکه شیشه دوباره گرم شود، قابلیت شکل دهی دوباره و خم کردن آن در قالب های فیوزد سیلیکایی وجود دارد.
به خاطر خواص ساختاری ضعیف و ظریف، قالب ها به آسانی آسیب می بینند. در حالی که قالب ها قابل تعمیرند ولی به خاطر صرفه جویی در وقت و هزینه این کار انجام نمی شود. پوشش های رهاسازی یا موانع سرامیکی یا ورقه های نازک فلزی برای جلوگیری از چسبیدن قالب به شیشه مورد استفاده قرار می گیرند. به دلیل اینکه شیشه ی قالب گیری شده باید یک دوره ی زمانی را بدون حرکت قرار گیرد و توان جداسازی سریع قالب از شیشه وجود ندارد، نیاز به قالب های زیادی در این پروسه است که بسیار پر هزینه می باشد.
شیشه ی مخصوص ظروف ( Container glass) :
صنعت شیشه ی مخصوص ظروف که
شامل 64 کارخانه در 25 ایالت آمریکاست ، با اشتغال 30000 کارگر ماهر ،
تولید کننده ی 1203 میلیون تن شیشه در سال است . این صنعت سالانه 5
میلیارد دلار فروش دارد .
کارخانه های مرتبط با این صنعت به طور عمده
در نزدیک مراکز فروش کالا قرار دارند . در سال 1992 ، این صنعت 119
تریلیون Btu انرژی مصرف کرده است که 79 درصد از این انرژی به وسیله ی گاز
طبیعی تامین شده است .
فشارهای رقابتی حاصله از سلیقه ی مشتری ها و
بازار به سمت استفاده از مواد سبک تر (مانند آلومینیوم و پلاستیک ) برای
ظروف است . همچنین عواملی مانند قیمت بالای توزیع و پخش محصولات شیشه ای
به خاطر وزن بالای شیشه ، ارزان بودن قیمت کارگر در کشورهای در حال توسعه
، بر روی این صنعت تاثیر می گذارد . قیمت توزیع و پخش ظروف شیشه ای با
توسعه ی شیشه های با استقامت کششی بالاتر و بهبود روش های تولید ، کاهش می
یابد . این بهبود روش های تولید و افزایش مقاومت کششی شیشه موجب تولید
شیشه های با جداره ی نازک تر می شود . افزایش تولید و بهره وری بیشتر از
انرژی باعث ایجاد توان رقابتی بالا در برابر کشورهای در حال توسعه است .
برای
ساخت یک کارخانه ی تولید شیشه های مخصوص ظروف هزینه ای برابر 70 میلیون
دلار نیاز است . که آخرین کارخانه ی تولید این محصولات در سال 1981 ساخته
شد . به دلیل به کمال رسیدن روش های تولید ، روشهای تولید در همه ی
کارخانه ها یکسان است .
یک کارخانه ی تولید شیشه های مخصوص ظروف نمونه وار شامل عملیات های بالا دستی :
تهیه
ی بچ اولیه ، ذوب کردن شیشه ، اصلاح و پالایش شیشه ( conditioning ) و شکل
دهی است . همچنین عملیات های پایین دستی شامل : پوشش دهی و آنیلینگ می شود
. که البته عملیات های پایین دستی را می توان در داخل کارخانه و یا بیرون
از آن انجام داد . عملیات های مربوط به تهیه بچ اولیه ، ذوب ، اصلاح و
آنیلینگ شیشه های تولیدی شبیه به آنهایی است که در قسمت قبل گفته شد . در
اینجا در مورد شکل دهی شیشه های ظروف صحبت می کنیم .
شکل دهی شیشه های مخصوص ظروف :
پس از اصلاح دما و یکنواختی : شیشه مذاب به عملیات شکل دهی منتقل می شود .
gob
feeder یک قسمت کوچک از کوره ی مقدماتی است که شامل یک میکسر ، پیستون ،
خروجی و جرثقیل است که در شکل (1) نشان داده شده است . gob feeder وزن ،
دما و شکل تکه های شیشه را کنترل می کند . که همه ی این فاکتورها بر روی
کیفیت ظروف تولیدی موثر است .سرعت شکل دهی تکه های شیشه را می توان تا 300
تکه بر دقیقه افزایش داد . مواد ساختاری مورد استفاده برای gob feeder
شامل : فلزات سرد شده در آب (پره های برش دهنده ) ، فلزات گران بها ( هم
وزن ) ، مواد نسوز ( پیستون ) می شود که در طی پروسه دمای تکه های شیشه به
1100 درجه سانتیگراد می رسد . تکه های شیشه سپس وارد عملیات شکل دهی می
شوند . در طی پروسه ی شکل دهی گرما از شیشه گرفته شده که این از دست دادن
حرارت بر اساس روش کنترل شده ای انجام می شود . چندین روش برای شکل دهی
تکه های شیشه وجود دارد ؛ که انتخاب نوع روش به عواملی چون ترکیب ، شکل
ظرف ، اندازه و سرعت تولید بستگی دارد . روش پرس ـ دمش معمولاً برای تهیه
ی ظروف دهان گشاد استفاده می شود . شکل (2)
در عملیات شکل دهی به روش پرس ـ دمش ، تکه های شیشه وارد قالب شده
و ابتدا پرس می شوند . درطی عملیات پرس کردن ، دمای پیستون به 550 درجه
سانتیگراد می رسد . به دلیل اینکه مواد مورد استفاده در ساخت پیستون ،
سختی مناسبی در این دما ندارند معمولاً سطح پیستون به واسطه ی شیشه ی سرد
شده خراشیده می شوند .
قطعه ی شیشه ی پرس شده که Blank نام دارد از
قالب خارج شده و دوباره گرم می شود و در قالب ثانویه که قالب دمش نام دارد
، قرار می گیرد و با دمش به شکل ظرف مورد نظر در می آید . هنگامی که شیشه
ی فرم داده شده از قالب دمش خارج می شود ، دمای آن به 78 درجه سانتیگراد
کاهش می یابد .
سرعت تولید به سرعت خروج حرارت وابسته است که می توان
سرعت تولید را به 100 ظرف در دقیقه رساند (این سرعت تولید هنگامی اتفاق می
افتد که از قالب های چند برابر برای یک سیستم تغذیه ی تکه های شیشه بهره
برده شود )عملیات شکل دهی سهم زیادی در هزینه و کیفیت ظروف شیشه ای پایانی
دارد که مقدار زیادی از این سهم مربوط به قالب های شکل دهی می شود.
مواد
مورد نیاز برای تولید قالب های مناسب باید خصوصیاتی از جمله : ارزان بودن
، توانایی تولید شکل های پیچیده ، پیچش کم در هنگام استفاده ، توانایی
ایجاد سطح پایانی مطلوب برای شیشه ، انبساط گرمایی پایین ، خواص ساختاری
پایدار در دمای بالا ، ضریب انتقال گرمایی بالا و مقاومت بالا در برابر
سیکل های گرمایی را داشته باشند . مواد قالب های اولیه از چدن است .سرمایش
به وسیله ی فشار کم هوا برای تسریع در عملیات انتقال گرما و بهبود کنترل
گرمایی انجام می شود . به هر حال به دلیل اینکه سیستم خنک سازی با هوا
ایجاد سر و صدا می کند ، سیستم سرد کردن با آب ، به عنوان یک راهکار ممکن
است انتخاب شود . البته یکی از نقایص سیستم های خنک سازی با آب ، ایجاد
نشست آب و خوردگی است .
برای کاهش زمان قالب گیری در هر سیکل ، می
توان دمای قالب را به وسیله ی هوا یا آب کاهش داد . مواد مورد استفاده
برای قالب ها که انتقال حرارت بهتری دارند نیز می تواند به عنوان یک
راهکار باشد . (مثلاً آلیاژهای پایه مس ).
برای جلوگیری از چسبیدن
قالب به شیشه ، ایجاد خطوط نامطلوب بر روی شیشه و یا اکسیداسیون فلز قالب
، قالب در هر سیکل به مواد روانساز آغشته می شود . به خاطر اینکه دمای
قالب به 500 درجه سانتیگراد می رسد؛ مواد روانساز مورد استفاده در قالب ،
ایجاد بخار یا دود می کنند و در برخی موارد به طور خود به خود آتش می
گیرند . روش های دیگر جهت رفع این مشکل وجود دارد که شامل استفاده از
روانسازهای جامد غیر فلزی فیلم مانند و یا وارد کردن گاز استیلن به داخل
قالب گرم در هر دوره ، می شود.(وارد کردن گاز استیلن موجب شکسته شدن گاز
استیلن و ایجاد یک لایه ی کربنی در بخش داخلی قالب می گردد ).
مواد
دیگری که اخیراً جهت ساخت قالب ها مورد استفاده قرار می گیرند شامل سوپر
آلیاژهای پایه نیکل ، گرافیت و پوشش های سرامیکی می شوند . موادی که شامل
آزبست (پنبه ی نسوز ) بودند نیزبرای مدتی استفاده می شد ولی به خاطر سرطان
زایی و مسائلی با گرافیت جایگزین شد . سوپر آلیاژهای پایه نیکل در جاهایی
مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به سختی و مقاومت کششی بالاتر باشد (
مثلاً در پیستون ها ، وسایل تنظیم جریان ( baffles ) ، قیف ها ، سری های
دمش ، صفحات زیری و قطعات مسدود کننده ( plugs ) .
مانند شیشه ی فلوت
، آلودگی ناشی از نیکل می تواند در پروسه ی شکل دهی ایجاد مشکل کند .
گرافیت ماده ی ترجیح داده شده برای استفاده است زیرا این ماده خیس نمی شود
و موجب ایجاد خط یا چسبندگی نیز نمی شود . همچنین خود گرافیت خاصیت
روانسازی دارد . این ماده در دمای بالا مقاومت کششی خود را از دست نداده و
ابعاد آن نیز ثابت می ماند گرافیت ماده ای ارزان ، با قابلیت ماشین کاری
آسان و از لحاظ محیط زیست نیز ماده ای خنثی است . کاربرد گرافیت شامل لایی
های سری دمش ( blow-head inserts ) ، لایی های دهانه ی خروجی ( take - out
- tongue ) ، میلرهای باربر کوره ی (lehr-loading bars)lehr ، دفلکتورهای
تکه های شیشه ( gob deflectors ) ، جهت دهنده های بالابر ( conveyor
guides ) ، می شود . نمره و گرید گرافیت مورد استفاده بر اساس کاربردش
تعیین می شود .
مثلاً گرافیت متخلخل برای کوره ی lehr مطلوب است زیرا
این نوع گرافیت از واکنشهای گرمایی که موجب انتقال سریع گرما در انتقال
ظروف جلوگیری می کند . گرافیت های با دانسیته ی بالاتر برای قالب ها ، که
نیازمند استحکام و سختی بیشتری هستند ، مورد استفاده قرار می گیرد . در
حالی که گرافیت به خاطر بسیاری از ویژگی هایش ترجیح داده می شود ، اشکال
کلیدی آن عمر کوتاه آن به خاطر مقاومت در برابر اکسیداسیون و خواص کششی
نامناسب آن است . همچنین استفاده از سرامیک نیزموجب افزایش عیوب شیشه می
شود . همین طور که ظروف نازک تر می شوند ، مواد با سختی بالاتر نیزبرای
سطح قالب مطلوب تر می شوند . که علت آن این است که مواد سخت تر در سطح
قالب ها به خاطر کاهش دادن میزان آلودگی و ایجاد سطح پایانی تمیزتر و کاهش
اندازه ی بحرانی ، بیشتر مورد توجه اند .
مواد با سختی بالاتر موجب
کاهش میزان سایش قالب نیز می شوند . یکی از راه کارهای مورد استفاده برای
سخت کاری سطح قالب ، استفاده از پوشش های سخت (مانند : کاربید تنگستن و
کاربید تیتانیم ) است . این مواد در سطوحی که با دمای بالا سر و کار دارند
(مخصوصاً در پیستون ها ) ، مورد استفاده قرار می گیرند . در حالی که قطعات
پوشش داده شده گران ترند و ماشین کاری آنها سخت تر است؛ مقاومت به سایش و
اکسیداسیون ، و حفظ ابعاد اولیه در دمای بالا ، هنگامی که این پوشش ها بر
روی چدن و یا گرافیت ایجاد شود ، بسیار خوب است .
پس از انجام عملیات
قالب گیری ، ظروف تولیدی به داخل کوره ی lehr (برای از بین بردن تنش های
داخلی ) برده می شوند . ساختار کوره ی lehr مانند همان حالتی است که در
مورد شیشه های فلوت گفته شد ؛ تنها تفاوت اولیه ی آنها در این است که در
تولید شیشه های ظروف از نوار نقاله برای حرکت دادن مواد اولیه از میان
نقطه ی گرم به وسیله ی یک روش کنترل شده که نوار نقاله کاملاً در داخل
کوره قرار دارد .که این کار موجب کاهش پرت حرارتی و افزایش بازده می شود .
به جز پوشش های مورد استفاده در برخی از قالب ها ، هیچ گواهی از استفاده ی
مواد پیشرفته ی سرامیکی در فرآیند شکل دهی شیشه های مخصوص ظروف نیست .
فرصت
های خاص برای استفاده از مواد جایگزین با گرافیت در مکان های بسیار گرم
وجود دارد که این مواد جایگزین باید خواصی از جمله تا فنس بهتر ، سختی
بالاتر ، پایداری در برابر اکسیداسیون بهتر داشته باشند .
همچنین مواد ارزان تر جهت جایگزینی با فلزات گران بهای مورد استفاده در gob feeder و کوره ی مقدماتی مورد تحقیق قرار گرفته است .
مواد
با انتقال حرارت بیشتر و سختی بالاتر در دمای بالا برای ساخت قالب ها مورد
استفاده قرار گرفته که موجب افزایش طول عمر قالب ، کاهش زمان انجام یک
قالب گیری (بدون نیاز به سرمایش داخلی ) شده است . مواد با مقاومت گرمایی
بالاتر را همچنین می توان در ساخت قطعات دیگر ماشین قالب گیری استفاده کرد
. که این امر موجب کاهش هزینه های نگهداری و بهبود کیفیت می شود .
سنسورها
جدید و غلاف سنسورهایی برای اندازه گیری دمای تکه های شیشه مورد استفاده
قرار می گیرند . این سنسورها همچنین یکنواختی دما ، خروج حرارت در طی فورم
دهی را اندازه گیری می کنند که در همه ی موارد ، سرامیک های پیشرفته در
مرکز حل مشکلات قرار دارند . به دلیل اینکه سازگاری سرامیک های پیشرفته با
مواد مذاب شیشه ای زیاد است ؛ این مواد که عمدتاً برپایه ی اکسیدها هستند
، انتخاب خوبی هم به صورت خالص و هم به صورت کامپوزیت با مواد دیگر هستند
که در دماهای بالا فازهای پایدار نیزدارند .برای مثال مواد ممتاز در این
زمینه شامل : آلومینا ، مولایت ، کامپوزیت های سیلسیم کاربید با آلومینا
هستند . کامپوزیت های پایه مولیبدن سیلیسید نیز از جمله مواد مناسب برای
بسیاری از این کاربردهاست .
سرامیک های پایه سیلسیم یک انتخاب خوب برای کاربردهای با دمای بالاست که در این کاربردها بهینه سازی خواص ساختاری مدنظر است و تماسی میان شیشه مذاب و نسوز وجود ندارد .
الیاف شیشه و شیشه های ویژه
الیاف شیشه ( fiber glass) :
صنعت الیاف شیشه از دو بخش فروش عمده تشکیل شده است ؛ یکی مواد عایق با الیاف کوتاه ( wool insulation) و دیگری الیاف نساجی .
مواد
عایق ، الیافی با اندازه ی کوتاه هستند که در صنعت ساختمان مورد استفاده
قرار می گیرند و الیاف نساجی یک سری الیاف مداوم هستند که به طور کلی به
عنوان یک تقویت کننده در کامپوزیت های زمینه پلیمری مورد استفاده قرار می
گیرند . به علاوه چهار تولید کننده ی عمده ی الیاف کوتاه و 6 تولید کننده
ی عمده ی الیاف نساجی ، 16000 کارگر ماهر را به کار گرفته اند ؛ که بر فرض
مثال یک تولید کننده می تواند 27 کوره ی ذوب شیشه را به کار بگیرد . در
سال 1991 الیاف شیشه 9% کل تولید شیشه را تشکیل می دادند . و این مقدار 21
درصد از کل فروش را تشکیل می داد . در سال 1981 ، 71 درصد وزنی از الیاف
شیشه ای فروخته شده به صورت الیاف کوتاه مخصوص مواد عایق بود .
مصرف
انرژی در صنعت الیاف شیشه در سال 1991 ، 59/9 تریلیون Btu بوده ، که تنها
مصرف انرژی در بخش ظروف شیشه ای از این مقدار مصرف بالاتر بوده است . بر
خلاف صنایع شیشه فلوت و ظروف شیشه ای ، مقدار زیادی انرژی مصرف شده در
صنعت الیاف شیشه صرف تولید الیاف از شیشه ی مذاب می شود . در حالی که هر
دو بخش در زمینه ی صنعت الیاف شیشه سرمایه بر هستند ، صنعت الیام مداوم
نساجی سرمایه برتر است زیرا این صنعت محتاج فلزات گران بهاست . کیفیت شیشه
ی مورد استفاده نیز متفاوت است ، اما محصولات الیاف نساجی نیازمند مواد
اولیه ی با کیفیت بیشتری اند . همچنین این صنعت نیازمند استفاده از کنترل
فرآیند بهتری هستند . کلیدهای محرک برای استفاده از تکنولوژی های جدید در
صنعت الیاف شیشه شامل کاهش قیمت ، افزایش توان عملیاتی و موقعیت های
رقابتی می شود . فشارهای رقابتی عمدتاً از سوی محصولات با پایه ی آلی است.
روش استفاده شده برای تولید الیاف شیشه را می توان به مراحل زیر تقسیم کرد
:
1 ـ تهیه ی مواد اولیه ( Bat ching )
2 ـ ذوب ( Melting )
3 ـ تولید الیاف ( Fiberzation )
در هر یک از این مراحل فرصت هایی برای استفاده از سرامیک های پیشرفته وجود دارد .
1 ـ تهیه ی مواد اولیه ( Batching ) :
مرحله تهیه ی مواد اولیه در
صنعت الیاف شیشه شبیه به همان هایی است که در تولید دیگر انواع شیشه مورد
استفاده قرار می گیرد ؛ با این تفاوت که ترکیب شیشه و اندازه ی ذرات مواد
اولیه متفاوت است . به دلیل اینکه اندازه ی ذرات مواد اولیه مورد نیاز
باید ریزتر باشد ، کنترل انتشارات ( emissions control ) و ناخالصی های
سرامیکی ، فلزی ، آلی و یا آلیاژی بیشتر است و یک مسئله ی مورد توجه است .
یک جزء کلیدی برای تولید الیاف شیشه عنصر بور است . این عنصر
ویسکوزیته ی مذاب را کاهش داده و دوام شیشه را بهبود می دهد ولی بور عنصری
فرار است و به خاطر همین در مکان های نامطلوب رسوب می کند . عنصر بور
درشیشه در یک رنج 5 ـ 10 درصد وزنی دارد که 50 ـ 75 درصد از قیمت کلی را
به خود اختصاص می دهد .
برای تولید الیاف کوتاه مخصوص عایق کاری از
درصد زیادی شیشه خورده ی بازیافتی که از شیشه های ظروف و شیشه های فلوت
تشکیل شده اند ، استفاده می شود (علت آن این است که برای الیاف کوتاه عایق
، مواد اولیه ی با کیفیت کمتر نیاز است ) الیاف شیشه ی بازیافتی هم اکنون
به علت وجود عنصر بور در آنها مورد استفاده قرار نمی گیرند .
2 ـ ذوب ( Melting ) :
عملیات ذوب کردن شیشه در صنعت الیاف شیشه
شبیه عملیات ذوب کردن شیشه در دیگر صنایع تولید شیشه است . (مانند تهیه ی
مواد اولیه ) . تفاوت های موجود بین ذوب کردن شیشه در صنعت الیاف شیشه با
دیگر صنایع محدود به چالش های عملیاتی نتیجه شده از ترکیب شیمیایی شیشه و
اندازه کوچکتر کوره ی ذوب ، می شود . به علت وجود درصد کمی مواد قلیایی در
الیاف نساجی ، نیاز به دمای بالاتر ذوب کردن و اندازه ی الیاف بزرگتر برای
رسیدن به حالت یکنواختی بدون نیاز به استفاده از افزودنی های ( فلاکس ها )
، است .
هر دو صنعت ( هم الیاف نساجی و هم الیاف کوتاه مخصوص عایق
بندی ) از بور استفاده می کنند که این بور استفاده شده می تواند فلز آلات
کوره را آلوده کند و موجب افزایش انتقالات گرمایی ذره به ذره شود .
ذوب کننده های شیشه شامل مولد ، جهت دهنده ی آتش و کوره ی بهبود دهنده می شوند .
در حقیقت کوره ی بهبود دهنده ی گازی به طور عمده منبع ذوب کننده ی شیشه است .
عمر
مفید یک کوره ی 7 تا 10 سال است و بازسازی آن هزینه بر و وقت گیر است .
تعدادی کوره ی مبدل الکتریکی و تقویت کننده های الکتریکی گاز ، برای کاهش
مصرف گاز ، افزایش بازده مذاب و کاهش انتشار گازهایی مانند NOx و SOx
ساخته شده است .
کوره های الکتریکی از الکترودهایی استفاده می کنند
که این الکترودها از کف یا بالا به مذاب وارد شده اند . البته نوع تعبیه
شده در بالا با سهولت بیشتری تعمیر و نگهداری می شوند . عمر مفید کوره های
الکتریکی 6 ماه است . و برای ساخت مجدد یک کوره ی الکتریکی نمونه دار دو
روز وقت لازم است . یک مثال از دیواره های فلزی سرد شده با آب و دستگاه
ذوب کننده ی از کف در شکل 1 نشان داده شده است .
مذاب از بین یک گلویی مانند شناور خارج می شود و به بخش داخلی
یکنواخت کننده وارد می شود این بخش یکنواخت کننده به وسیله ی یک اجاق
دنبال می شود که این کار برای توزیع شیشه به دستگاه های شکل دهی مختلف
انجام می شود . با تبدیل اجاق به شعله ای که از احتراق سوخت با اکسیژن
تغذیه می شود بازده مصرف انرژی و گازهای انتشار یافته بهبود می یابند .
تعدادی
از فرصت های استفاده از مواد سرامیکی پیشرفته در داخل ذوب کننده موجود است
. دمای بالاتر مذاب که به دلیل ترکیب شیمیایی شیشه ( وجود درصد کمتر از
عناصر قلیایی ) به وجود می آید باعث ایجاد اجبار در استفاده از نسوزهای
حاوی کروم می گردد . این نسوزها حاوی کروم موادی خطرناک برای محیط زیست
هستند . نسوزهای کروم دار همچنین از لحاظ الکتریکی رسانا هستند که این امر
موجب خروج جریانات گرمایی از داخل شیشه می گردد و باعث کاهش عمر نسوز می
شوند .
با تولید احتراق و دمای بالاتر به وسیله ی شعله ی سوخت با
اکسیژن ، عمر مفید این نسوزها نیز کاهش می یابد . نسوزهای ثابت کننده ی
شیشه نیز برای کاهش تعمیرات و نگهداری مورد توجه قرار گرفته اند .
فلزات
گران بها (پلاتین و رودیم ) در سر تا سر دستگاه ذوب کننده مورد استفاده
قرار می گیرد ؛ که بخش های دستگاه ذوب کننده شامل خروجی های گاز ( gas
bubblers ) ، پیستون ها ( plungers ) و غلاف های ترموکوپل می شود . مصرف
فلزات گران بها در هر کوره مبلغ تقریبی 10 میلیون را به خود اختصاص می دهد
. پلاتین و رودیم به خاطر سازگاری دمای بالایشان و پایداری در زمان برخورد
با مذاب با دمای بالاتر از 1371 درجه سانتیگراد ، استفاده می شوند .
اشکالات این مواد ( پلاتین و رودیم ) شامل قیمت بالا ، استحکام خزش پایین
و منابع تهیه ی نامطمئن ، می شود .
مواد جایگزین برای پلاتین و یا
رودیم نیزمورد پژوهش قرار گرفته و موادی پیش بینی شده که شامل مولیبدن
سیلیسید دوپ شده با ژرمانیم و Inconel بوده که استفاده از آنها موفقیت
آمیز نبوده است . انتخاب مواد پایه سرامیکی مثل ترکیب های دارای آلومینا
یا زیرکونیا با خلوص و دانسیته ی بالا ، انجام شده است . اکسیدهای با فاز
سه گانه نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند اما پایداری فازی آنها
هنوز مورد توجه است . انتخاب دیگر ترکیب های غیراکسیدانی دارای مقاومت به
خزش بالاست ( مانند سیلیسیم کاربید باپوشش پلاتین یا رودیم برای سازگاری
با مذاب شیشه ) مولیبدن نیز یک ماده ی عمده استفاده شده در ذوب کننده های
( melters ) الیاف شیشه است که کاربردهایش شامل الکترودها و وسایل کنترل
جریان شیشه می شود . برای کاربردهای با دمای پایین تر ( دمای کمتر از 1315
درجه سانتیگراد ) ، 1600 Incone استفاده می شود .
در هر دو مورد بالا
(مولیبدن ، Inconel600 ) شکستگی نا به هنگام به خاطر خوردگی و سایش مفرط ،
انجام می شود . مواد پیشرفته ی سرامیکی ساخته شده اند که می توانند بدون
سرد شدن و در زیر یا روی خط مذاب کار کنند (این مواد مقاومت به خزش بسیار
خوبی در دمای بالا دارند ).موقعیت ها و فرصت های استفاده از سرامیک های
پیشرفته در مشعل های سوخت اکسیژن و غلاف سنسورها وجود دارد . این سنسورها
برای تامین سایش در نسوزها استفاده شده است .
3 ـ تولید الیاف ( Fiberization ) :
شیشه ی مذاب پس از عبور از
کوره ، وارد پروسه ی تولید الیاف می شود که این کار یا به طور مستقیم یا
بعد از پروسه ی ماربلیزینگ میانی ( Intermediate Marblizing ) انجام می
شود .
ماربلیزینگ معمولاً در تولید الیاف نساجی و در هنگامی که پروسه
ی شکل دهی در کنار ذوب کننده قرار ندارد ، مورد استفاده قرار می گیرد .
تولید
لیف با نازک کردن باریکه ای از شیشه مذاب با هوا ، بخار و یا گازهای
احتراقی ( برای الیاف کوتاه عایق بندی ) یا به وسیله ی کشیدن شیشه ی مذاب
از میان بوشینک هایی با جنس فلزات گران بها ( Precious metal bushing )
انجام می شود . برای تولید الیاف کوتاه مثالی درشکل 2 می بینید . که در آن
یک تکه رشته از شیشه ی مذاب به داخل یک سیلندر چرخنده ی سریع ، می افتد (
سانتریفیوژ ) . این سیلندر از آلیاژهای پایه فلزی دما بالا ساخته شده اند
که دارای 12 ـ 32 سانتیمتر قطر هستند و شامل 10000 ـ 30000 کنترل کننده ی
لیزری می شود که قطر رشته ی شیشه را بین 0/1 تا 0/015 سانتیمتر کنترل می
کنند .
شرایط عملیاتی شامل شرایط پایداری ( Steady state ) و دمای 2000 درجه فارنهایت در حالی که در معرض هوا قرار دارد ،
می شود .
آلیاژهای
پایه فلزی استفاده شده عمدتاً به طور اختصاصی و برای کاهش هزینه ی سرمایه
گذاری بازیافت می شوند . همچنین مواد دیگری که مقاومت به خزش بهتر ،
مقاومت به خوردگی ( سولفید شدن ) و اکسیداسیون بهتری دارند ، نیز مورد
تحقیق قرار گرفته اند . همین طور که شیشه ی مذاب از میان سیلندر شکل دهی
به سمت پایین می آید ( از بالا به پایین ) جت های گازی با سرعت بالا باعث
نازک شدن جریان و افزایش طول الیاف می شوند . الیاف به وسیله ی بیندرهای (
binders ) آلی اسپری شده و به حالت یک کمربند متحرک جمع می شوند و در آنجا
به آون عمل آوری برده می شوند . درپروسه ی شکل دهی الیاف پیوسته که درشکل
3 نشان داده شده است .
شیشه ماربیل شده و از میان سوراخ هایی به داخل بوشینگ های از جنس
آلیاژ پلاتین تغذیه می شوند . یک بوشینگ نمونه وار دارای یک برش کناری با
ابعاد 25 ـ 50 سانتیمتر و 18 ـ 20 سانتیمتری است که عمقی برابر 5 سانتیمتر
دارد . تقریباً 100 دستگاه شکل دهی برای هر ذوب کننده مورد استفاده قرار
می گیرد و یک کارخانه ی تولیدی به صورت نمونه وار ، 4 ذوب کننده دارد . هر
واحد تولیدی می تواند 400 تا 3000 فیلامنت با قطر بین 3/5 الی 20 میکرون
تولید کند . عمر بوشینگ ها تقریباً 6 ماه است . بوشینگ های فرسوده به علت
گرانی مواد اولیه ی آن بازیافت می شود . عمر این قطعات با سایش سوراخ یا
کج شدن آنها کم می شود . شرایط عملیاتی شامل شرایط پایداری ( steady state
) (با دمای 1200 ) در هوا می باشد . سرد کردن به وسیله ی هوا با جریان
اجباری ، پیش از آهار زدن برای افزایش فرآوری مورد استفاده قرار می گیرد .
یک پیچه ی استوانه ای شکل ، فیلامنت ها را جمع آوری می کند و یک نیروی
کششی برای کشیدن الیاف اعمال می کند . در حین اعمال این نیروی کششی ،
الیاف از میان یک وسیله ی مکانیکی عبور کرده که با آهار زدن و ایجاد تاب
در چندین فیلامنت به هم نزدیک شده ، ایجاد یک تکه نخ می شود . با توجه به
نوع کاربرد ، پروسه های اضافی بر روی تک نخ های به وجود آمده اعمال می شود
. موادی که عمدتاً برای هدایت فیلامنت های گرم مورد استفاده قرار می گیرند
، موادی باپایه ی کربن هستند . هدایت کننده های سیلسیم نیتریدی و
آلومینایی برای کاربردهایی که نیاز به آهار زدن و تاب دادن دارند ، مورد
استفاده قرار می گیرند . ( در این مکان ها سایش بسیار زیاد است ) . یک
هدایت کننده ی الیاف در شکل 4 نشان داده شده است .
مواد دیگری نیز برای مکان هایی که الیاف حرکت می کنند (مکان هایی
که الیاف با آنها در تماس هستند )مورد جستجو قرار گرفته است که مواد
سرامیکی یکی از این مواد هستند ( به خاطر خواص یکپارچه ی مواد سرامیکی )
ولی باید این مواد را از لحاظ چقرمگی بهبود داد . راه حل های کم هزینه تر
نیز برای بوشینگ ها و غربال های مورد استفاده ، جستجو شده است . در این
میان اکسیدهای حاوی تقویت کننده های پراکنده شده از ایتریا ( yttria )
نیزمورد ارزیابی قرار گرفته ، که این ارزیابیها توان جایگزینی این مواد با
فلزات گران بها مورد ارزیابی قرار گرفته که نتایج آن امید بخش بوده است .
استفاده از پلاتین پوشش داده شده با مولیبدن نیز مطرح شده است ولی این ماده نیز درطی آزمایش شکسته شده است .
موقعیت
های موجود در مرحله ی تهیه ی مواد اولیه ( Batching ) شبیه آنهایی است که
در بحث ظروف شیشه ای و شیشه های فلوت مورد بررسی قرار گرفت .
شیشه های ویژه (Specialty glass ) :
قسمت های فروش و تنوع فروش این
نوع شیشه بسیار گسترده تز از شیشه های فلوت ، ظروف شیشه ای و الیاف شیشه
ای است . یک تفاوت عمده این است که تولید کنندگان این بخش بر خلاف تولید
کنندگان انواع دیگر شیشه که با شیشه های سود الایم کار می کنند ، با شیشه
های با دمای ذوب بالاتر ( آلومینو سیلیکاتی و بروسیلیکاتی ) کار می کنند .
در حالی که ترکیب شیشه های تولیدی در صنعت شیشه های ویژه با دیگر صنایع
تولیدی شیشه متفاوت است ، روشهای تولید شبیه به همان هایی است که قبلاً
مورد بحث قرار گرفت .
محصولات تولیدی در این بخش بسیار گسترده هستند
. که 60000 نوع مختلف از محصولات را شامل می شوند ولی حجم این محصولات کم
است . تعداد زیادی از تولید کنندگان شیشه های ویژه وجود دارند که بسیار
کوچکند . این کارخانه ها توسط مالک هایشان اداره می شوند و نیازمند نیروی
انسانی زیادی می باشند .
به دلیل طبیعت این حرفه ، تکنولوژی های مورد استفاده در آن مکرراً توسعه یافته و همچنین به صورت اختصاصی مانده است .
شیشه
های ویژه ترکیب های شیمیایی متنوع دارند و دارای خواص فیزیکی و شیمیایی
کاملاً واضح و تعریف شده ای هستند . کوره های مورد استفاده در این صنعت
معمولاً طراحی خاصی دارند و اساساً به وسیله ی احتراق سوخت ـ اکسیژن گرم
می شوند .
برای افزایش بازده انرژی ، پیش گرم کردن خرده شیشه ها (
مواد اولیه ) مورد ارزیابی قرار گرفته است . ظرفیت ذوب 45 تن در مورد این
صنعت یک رقم بزرگ در نظر گرفته می شود .
به دلیل دمای ذوب بالاتر ،
استفاده از نسوزها و غلاف های ترموکوپل معمولی یک مشکل تلقی می شود . از
این رو خیلی اوقات از دوربین های مادون قرمز به جای ترموکوپل های با عمر
کوتاه برای کنترل دما استفاده می شود . همچنین سیستم های با الیاف نوری
برای این موارد توسعه یافته است . به دلیل اندازه ی کوچک ، جریان های
همرفتی به جای استفاده از دمنده های گاز ، برای یکنواخت سازی شیشه مورد
استفاده قرار می گیرد .
رنج وسیعی از آلیاژهای پایه فلزی و فلزات
گران بها در بخش ذوب و مرحله ی مشکل دهی استفاده می شود ( مانند پاروهای
پلاتینی مورد استفاده در ذوب کننده ها که وظیفه ی یکنواخت سازی را بر عهده
دارند ) پس از پروسه ی ذوب ، شیشه به چندین خروجی مختلف ( با توجه به
محصول نهایی ) تقسیم می شود ، قالب های مورد استفاده درطی فرایند شکل دهی
عمدتاً از سوپر آلیاژها ساخته شده اند . قالب های سرامیکی نیزمورد استفاده
قرار می گیرند ولی معلوم شده است که باعث افزایش سنگ ریزه های به وجود
آمده در محصول شیشه ای نهایی می شوند .
مشعل های تشعشعی فلزی با سوخت گاز طبیعی وجود دارند که از آنها در طی فرآیند شکل دهی و آنیلینگ استفاده می شود اما این مشعل ها نیاز به تعمیر و نگهداری زیادی دارند .
ذوب شيشه فرايندي انرژي بر است، زيرا در دماهاي بسيار بالا (بيشتر از در كوره هاي پيوسته توليد شيشه، حجم زيادي مذاب ( 2000 100 تن ) مي بايست همواره در دماهاي بالا نگهداشته شود . با توجه به توضيحات فوق از نظر تئوريك در كوره هاي مدرن شيشه تنها 25 الي 40 درصد از كل انرژي مصرفي براي ذوب شيشه مورد نياز است و بقيه انرژي مورد استفاده به صورت هاي مختلف تلف مي شود. بازده حرارتي يك كوره ذوب شيشه عبارت است از نسبت بين انرژي جذب شده توسط بچ و مذاب شيشه به انرژي حاصل از احتراق سوخت وانرژي حاصل از تقويت الكتريكي مذاب. شدت انرژي يا انرژي مورد استفاده براي ذوب يك كيلو گرم شيشه به عوامل كلي زير بستگي دارد : - فرمولاسيون بچ و بويژه درصد قليايي هاي موجود در آن - درصد شيشه خرده - دانه بندي مواد اوليه و شكل ظاهري آن ( بچ فله يا متراكم شده ) - ميزان رطوبت بچ و شيشه خرده - دماي بچ هنگام ورود به كوره - دماي شيشه خرده هنگام ورود به كوره - عايق كاري و درز بندي قسمتهاي مختلف كوره و ريجنراتورها - حداكثر دماي كوره با توجه به كيفيت مورد انتظار در محصول - ميزان كشش روزانه كوره - نسبت هواي احتراق به سوخت و مناسب بودن آن - تنظيم شعله و موقعيت مشعل هاي كوره - دماي هواي احتراق ورودي به كوره (بازده پيش گرم كف هاي هوا ) - پيوسته يا غير پيوسته بودن فرايند ذوب - برخي عوامل طراحي كوره ( نحوه شارژ بچ به كوره، وجود حباب سازهاي هوا و..... ) 2 به همين ترتيب انرژي مورد استفاده در كوره هاي ذوب شيشه را مي توان به 4 گروه تقسيم بندي نمود : 1 انرژي انتقال يافته براي گرم نگهداشتن مذاب و ساختار كوره . 2 انرژي مصرفي براي ذوب و تصفيه شيشه 3 انرژي همراه گازهاي خروجي از كوره 4 انرژي تلف شده از سقف كف ديواره هاي كوره و منافذ آن روش هاي متداول براي بهينه سازي مصرف انرژي در كوره هاي ذوب شيشه نظير تشديد عايق كاري كوره، بهينه سازي مشعلها و احتراق، افزايش دماي هواي احتراق از طريق بهبود طراحي و نسوز چيني ريجنراتورها و غيره در جزوات و مقالات مختلفي مورد بحث و بررسي قرار گرفته،است
.: Weblog Themes By Pichak :.
