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 .