در این نوشته که در ادامهی چگونگی تولید شیشه شناور (بخش اول) آمده است به فعل و انفعالات انجامگرفته در کورهی شیشه یعنی ذوب، تصفیه، همگنسازی و خنککاری مذاب خواهیم پرداخت. سپس واحدهای تولیدی دیگر شیشهی شناور مانند حمام قلع، لهر و در پایان واحد بستهبندی و انبار را مورد بررسی قرار خواهیم داد.
کوره
قسمتی است که بچ یا مواد اولیه شیشه در آن ذوب، تصفیه و برای شکلدهی آماده میشوند. فعل و انفعالات انجام گرفته در کوره را میتوان به 4 دسته تقسیم کرد.
1- ذوب (Melting)
2- تصفیه (Refining)
3- همگنسازی مذاب (Homogenization)
4- خنککاری مذاب (Cooling End Or Conditioning)
1. ذوب (Melting)
ناحیه ذوب، منطقهای از کوره است که بعد از قسمت داگهاوس واقع شده است. لازم به ذکر است که داگ هاوس بخشی از کوره است که در این ناحیه مواد بر روی سطح حوضچه مذاب به صورت قالیچهای پخش میشوند. در واقع داگهاوس همان بخش ورود مواد اولیه است. ناحیه ذوب در واقع ناحیهای است که در آن جامد در اثر گرمای دریافتی حاصل از احتراق سوخت در مشعلها، تغییر حالت داده و به مایع تبدیل میشود. در واقع میتوان گفت که ناحیه ذوب، منطقهای است که باید تمام مواد جامد به مذاب تبدیل شوند. در نظر اول ممکن است این تغییر حالت از جامد به مذاب یک فرآیند فیزیکی به نظر برسد اما آنچه مسلم است در جریان این تغییر حالت واکنشهای شیمیایی مختلفی نیز انجام میشود. بنابراین میتوان فرایند ذوب مواد اولیه را یک پروسه فیزیکی، شیمیایی و شیمی-فیزیکی در نظر گرفت.
مذاب شیشه شامل مجموعهای از اکسیدهای مختلف است که در جریان سرد شدن و شکلدهی به صورت ساختار آمورف تبدیل میشوند. با توجه به تغییر حالت مواد از جامد به مذاب، بالاترین دمای کاری کوره در این منطقه قرار دارد. ماکزیمم دمای کوره باید در محدودهای قرار گیرد که به نسوزهای کوره آسیبی وارد نکند. انرژی لازم برای ذوب مواد از سوختن گاز طبیعی تأمین میگردد و با توجه به این که تولید شیشه فرآیند پیوستهای است که تا پایان عمر کوره به هیچ وجه نباید متوقف شود، لازم است که برای مواقع اضطراری تمهیداتی اندیشیده شود. به همین منظور در صورتی که گاز طبیعی قطع شود سوخت جایگزین گازوئیل در نظر گرفته شده است.
2. تصفیه
بعد از ذوب مواد اولیه نوبت به حذف حبابهای موجود در مذاب شیشه میشود، که به این عمل تصفیه یا حبابزدایی میگویند. به ناحیهای از کوره به طول 5/16 متر و به عرض 60/12 متر که بعد از ناحیه ذوب قرار گرفته است، ناحیه تصفیه گفته میشود. تصفیه فرآیندی است برای حذف حبابهای گاز از مذاب، که بوسیله رشد جبابها و تجمع و بهم پیوستن آنها و حرکت به سمت بالا و با جذب سطحی آنها، مادامی که شیشه سرد میشود، انجام میگیرد.
3. همگنسازی
به سبب تجهیزات نصب شده در نک کوره (Neck)، فرایند همگنسازی در این قسمت انجام میشود. در بعضی منابع به نک، ناحیه Waist نیز گفته میشود. نک، منطقهای از کوره است به طول 7 و عرض 8/4 متر که بعد از ناحیه تصفیه قرار دارد. عرض ناحیه نک از عرض ناحیه ذوب و تصفیه کمتر بوده و عمق آن نیز حدود 20 سانتیمتر کمتر از عمق نواحی ذوب و تصفیه میباشد. مابین ناحیه ذوب و تصفیه، و نک کوره دیواره j شکلی قرار گرفته که تا نزدیکی سطح مذاب پایین آمده است و فضای ناحیه ذوب و تصفیه را از فضای نک کوره جدا میکند.
به همین دلیل ناحیه نک را یک ناحیه محصور شده مینامند که برای کنترل جریان مذاب شیشه، خنک کردن مذاب و همچنین به دلیل تجهیزات همگنسازی نصب شده در آن، برای همگن کردن مذاب شیشه طراحی شده است. به دلیل وجود دیوار j شکل مابین منطقه ذوب نک کوره گازهای حاصل از احتراق به سمت نک وارد نمیشوند و به همین جهت به خودی خود ناحیه نک کوره خنکتر میشود.
4. خنککاری و کنترل فشار کوره
کاهش دمای جریان مذاب تا دمای مورد نیاز در کانال، که مناسب برای ورود به حمام قلع و شکلدهی باشد، در قسمت Working End انجام میشود. ویسکوزیته مذاب برای شکلدهی مناسب و موفق بسیار با اهمیت است. در دمای بالا، مذاب شیشه دارای ویسکوزیته پایین خواهد بود به ویژه در منطقه همگنسازی مذاب، کاهش ویسکوزیته بیشتر خواهد بود، بنابراین برای افزایش ویسکوزیته مذاب بایستی دمای آن کاهش یابد و تا حدود دمای 1100 درجه سانتیگراد برسد. توجه به این نکته ضروری است که رابطه دما با ویسکوزیته مستقیم میباشد، یعنی با افزایش دما، ویسکوزیته کاهش و با کاهش دما، ویسکوزیته افزایش مییابد.
حمام قلع
حمام قلع در واقع یک محفظه فولادی است که برای محافظت از فولاد در برابر اثرات خوردگی قلع مذاب، با آجر نسوز پوشیده شده است. ساختار فولادی کف حمام قلع اجازه حرکت طولی به حمام قلع را میدهد و قاب فوقانی آن نیز از نوع معلق میباشد. المنتهای سیلیکون کاربید کارگذاشته شده در سقف حمام، برای کنترل دما استفاده میشوند. هرچند نقش اصلی این المنتها تأمین گرما برای ذوب شمشهای قلع در ابتدای گرم کردن حمام است و هنگام تولید شیشه اکثر این المنتها خاموش بوده و گرمای مورد نیاز برای مذاب نگهداشتن قلع از طریق خود مذاب شیشه تأمین میشود. نقطه ذوب قلع 247 درجه سانتیگراد است که همواره از دمای مذاب شیشه در حمام که در کمترین دما به 600 درجه سانتیگراد میرسد، کمتر میباشد.
بنابراین گرمای مذاب شیشه قلع را همواره در حالت مذاب نگه میدارد. حمام قلع در واقع محلی است که میتوان با استفاده از ابزارهای موجود، شیشه را در عرض و ضخامتهای گوناگون تولید کرد و شناور شدن مذاب بر روی حمام قلع نیز بهترین راه تولید شیشه به صورت پیوسته و با بهترین کیفیت ممکن میباشد. بنابراین گرمای مذاب شیشه قلع را همواره در حالت مذاب نگه میدارد. حمام قلع در واقع محلی است که میتوان با استفاده از ابزارهای موجود، شیشه را در عرض و ضخامتهای گوناگون تولید کرد و شناور شدن مذاب بر روی حمام قلع نیز بهترین راه تولید شیشه به صورت پیوسته و با بهترین کیفیت ممکن میباشد.
شکل دادن شیشه در حمام قلع شامل تعیین عرض ریبون و ضخامت آن میباشد و ابزار مورد استفاده برای تعیین عرض و ضخامت ماشینهایی تحت عنوان تاپرلر میباشد. مذاب شیشه پس از اینکه با عبور از روی آجر لیپ به روی قلع مذاب ریخته شد شروع به پخش شدن میکند. در صورتی که هیچ نیروی خارجی به ریبون وارد نشود برآیند نیروهای کشش سطحی مذاب روی قلع و همچنین کشش ریبون توسط لهر، ریبون را تا حد ضخامت 6 میلیمتر پخش میکند اما در صورتی که بخواهیم ضخامت بالاتر یا پایین تر از 6 میلیمتر تولید کنیم باید به وسیله ابزاری نیروی مازادی را به مذاب پخش شده بر روی قلع وارد کنیم. این ابزار تاپرلرها هستند. دیسکهای دانهدار سر تاپرلرها بر روی لبههای ریبون پخش شده قرار میگیرد و با چرخش این دیسکها و درگیری سر دندانهای شکل آن با مذاب شیشه نیروی مازاد مورد نیاز برای تولید ضخامتهای مختلف تأمین می گردد.
تاپرلرها به صورت جفتی بوده و در هر دو سمت حمام قلع قرار دارند و برای جلوگیری از دفرمه شدن آنها در جریان تماس با مذاب شیشه با گردش آب خنک میشوند. تعداد جفت تاپرلرهای مورد استفاده و جهت قرار گیری آنها بر روی ریبون و سرعت گردش آنها تعیین کننده ضخامت و عرض ریبون شیشه خواهد بود. جریان مذاب در حمام قلع با حرکت به سوی جلو همواره در حال خنک شدن است. دمای ریبون ورودی حدود 1100 درجه و ریبون خروجی از حمام حدود 610 درجه میباشد. ریبون شیشه تا دمای 870 درجه قابل شکلدهی مناسب در حمام قلع است و بنابراین موقعیت قرار گرفتن تاپرلرها نهایتاً تا جایی است که دمای ریبون به 870 درجه میرسد. بعد از این نقطه عملاً شکلدهی تمام شده اما هنوز باید ریبون حرارت و دمای خود را از دست بدهد تا هنگام ورود به قسمت لهر به حالت جامد و دمای 610 درجه رسیده باشد. بنابراین بعد از اتمام فرآیند شکل دهی و در قسمت پایانی حمام قلع با استفاده از تعدادی کولر که شامل قوطیهای فلزی است که آب به صورت رفت و برگشتی در آنها جریان دارد و در فاصله نزدیکی سطح ریبون قرار دارند خنک میشود. تا دمای خروجی به حدود 610 درجه برسد. همچنین برای جلوگیری از بالا رفتن دمای قلع و همچنین آجر نسوزها و محفظه فلزی نگهدارنده آن، با استفاده از تعدادی فن بزرگ محفظه فلزی به صورت مستقیم با جریان هوا خنک میشود.
به دلیل میل شدید قلع به واکنش با اکسیژن لازم است که به منظور حفظ قلع مذاب تماس قلع با این عنصر به حداقل مقدار ممکن برسد. بنابراین فضای داخلی حمام قلع با گازهای محافظ نیتروژن و هیدروژن (هیدروژن حدود 4%) پر شده و دارای فشار مثبت می باشد تا از ورود هر گونه اکسیژن به داخل حمام از فضای بیرون جلوگیری به عمل آید. گاز نیتروژن به عنوان گاز خنثی در نظر گرفته شده و حضور مقداری گاز هیدروژن برای این است که با اکسیژن ورودی به حمام قلع زودتر از قلع واکنش داده و تولید بخار آب نماید. بخار آب به همراه گازهای محافظ نیتروژن و هیدروژن از خروجی های مخصوص خارج میگردد.
لهر
لهر بخش ارتباط دهنده بین برش و حمام قلع است و در واقع با کنترل روند سرد شدن شیشه به برش خوردن راحتتر آن کمک میکند. لهر در پروسه تولید شیشه سه هدف را دنبال میکند.
- شیشه را به سمت کاتینگ یا در واقع بخش انبار منتقل میکند.
- شیشه را با سرعتی سرد میکند که کمترین شکستگی را داشته باشد.
- با کنترل روند سرد شدن شیشه در حقیقت مقدار تنش در شیشه را کنترل میکند تا برش خوردن آن راحتتر باشد.
دمای شیشه ورودی به لهر تقریباً 600 درجه سانتیگراد است و هنگامی که شیشه از لهر خارج میشود تقریباً 70 درجه سانتیگراد دمای آن میباشد.
بستهبندی و انبار
پس از برش، شیشهها بر حسب نیاز در باکسهای چوبی مخصوص بستهبندی شده و توسط جرثقیل سقفی یا لیفتراک به انبار منتقل میشوند. بر اساس درخواست مشتری، شیشهها از انبار به قسمت بارگیری منتقل میشوند و توسط کامیون به مقصد ارسال میگردند.
