صفر تا صد صنعت شیشه شناور

پس از خردایش سنگ‌های ورودی از معادن با سنگ‌شگن چندین آهن‌ربا در مسیر قرار می‌گیرد تا آهن موجود در مواد اولیه را به حداقل برساند. دلیل نیاز به گرفتن آهن: پایین آمدن عبور نور و سبزشدن شیشه در صورت حضور آهن بالا است. پس از حذف آهن مواد اولیه به منظور رسیدن به دانه‌بندی مناسب به آسیاب منتقل می‌شوند. این آسیاب‌ها می‌تواند از جنس فکی، چکشی، توپی یا میله‌ای باشند.

بخش چهارم: همگن‌ساز

در این انبار، سیلیس که قسمت بیشتر مواد اولیه سازنده شیشه را تشکیل می‌دهد، انبار می‌شود. سیلیس موجود در این انبار کاملاً مناسب برای تولید شیشه است. در واقع دراین انبار سیلیس تولید شده در چند روز که ممکن است از نظر آنالیز شیمیایی و همچنین دانه‌بندی کمی با هم فرق داشته باشند، توسط نوار نقاله بر روی یکدیگر ریخته و انبار شوند تا یک سیلیس همگن تولید شود. در این واحد می‌توان با استفاده از تجهیزی با نام ریکلایمر از مکان‌های مختلف سیلیس انبار شده برداشت انجام داد و سیلیس کاملاً همگن‌شده را با استفاده ار نوار نقاله به واحد بچ‌پلنت جهت ذخیره در سیلوهای مخصوص ارسال کرد.

پخش پنجم: بچ‌پلنت

برای تولید شیشه مواد اولیه باید با نسبت خاصی که با در نظر گرفتن فرمول شیشه نهایی تعیین می‌شود با هم مخلوط شوند. به مخلوط مواد اولیه یک بچ گفته می‌شود. مواد تشکیل دهنده بچ شیشه عبارتند از سیلیس، فلدسپار، آهک، دولومیت، کربنات سدیم، سولفات سدیم، کربن و رنگدانه. رنگدانه‌ها در واقع اکسید فلزاتی هستند که با استفاده از یک یا مخلوطی از آن‌ها می‌توان شیشه رنگی تولید کرد.

هرکدام از این مواد در سیلوهای مخصوص به خود ذخیره می‌شوند و به هنگام تولید بچ توسط توزین‌کننده‌های نصب شده در زیر سیلوها وزن شده و بر روی نوار نقاله می‌ریزند. مواد اولیه از طریق نوار نقاله وارد میکسر شده و ابتدا به صورت خشک و سپس به صورت تر (پس از تزریق مقدار مشخصی آب به میکسر) مخلوط می‌شوند در نهایت بچ آماده شده از طریق نوار نقاله برای شارژ به کوره وارد هاپر بزرگی در جلوی کوره می‌گردد و از آنجا از طریق دستگاهی با نام بچ شارژر به کوره وارد می‌شود.

لازم به ذکر است که مخلوط مواد اولیه قبل از ورود به کوره با درصد مشخصی از خرده شیشه که از لبه زنی شیشه تولیدی و یا بازگشت دادن شیشه‌هایی که کیفیت لازم را نداشته‌اند، بدست آمده است، مخلوط می‌شود. مهم‌ترین دلایل استفاده از خرده شیشه در ادامه آورده شده‌اند:

1. از خرده شیشه‌ای که اجباراً تولید شده و نمی‌توان آن را به طور کامل حذف کرد، استفاده مجدد می‌شود.

2. خرده شیشه به راحتی ذوب می‌شود چرا که فعل و انفعالات لازم برای تشکیل شیشه قبلاً بر روی آن انجام شده است، بنابراین خرده شیشه می‌تواند به عنوان کمک ذوب در نظر گرفته شود.

3. استفاده از خرده شیشه انرژی کمتری برای ذوب نیاز دارد و در نتیجه باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود.

بچ‌پلنت یکی از مهم‌ترین بخش‌های کارخانه بوده و کنترل نحوه‌ی ساخت بچ و تزریق آن به کوره از اهمیت بالایی برخوردار است.

بخش ششم – بچ شارژر

سیستم‌های شارژ بیلچه‌ای که دارای حرکت متناوب است، متداولترین سیستم تغذیه می‌باشد. پروفایل توزیع خوب بچ نشان‌دهنده‌ی یک سیستم شارژ مناسب است. با یک پروفایل توزیع خوب، جذب حرارت به حداکثر رسیده و طول بلنکت کوتاه می‌شود. یکی از مهمترین مکانیزم‌های انتقال حرارت در کوره، تشعشع است. از آنجایی که در انتقال حرارت بوسیله تشعشع هرچه سطحی که در معرض تشعشع قرار گرفته بزرگتر باشد، میزان جذب حرارت بیشتر است، پس هر چه توزیع بیشتری داشته باشیم و در نتیجه سطح بیشتری داشته باشیم، ذوب بهتری خواهیم داشت.

بخش هفتم – کوره

مشعل‌ها دمای آمیز را افزایش داده و اینچنین برهمکنش‌های فیزیکی و شیمیایی در آمیز رخ داده تا در نهایت مذاب تشکیل شود. این فعل و انفعالات به شکل زیر است: مرحله‌ی اول خروج رطوبت است که در آن آب‌های موجود در آمیز از آن خارج می‌شوند. در مرحله‌ی دوم که مرحله‌ی تجزیه است، ترکیبات کربناتی و سولفاتی تجزیه شده و گاز تشکیل می‌دهند. واکنش پایانی همان ذوب است که پس از تشکیل مذاب اولیه، باقی مواد ذوب نشده در مذاب حل و ذوب می‌شوند.

بخش هشتم: ناحیه ذوب کوره

منطقه‌ای از کوره که پس از داگ‌هاوس قرار دارد را ناحیه ذوب می‌نامیم. داگ‌هاوس بخشی از کوره است که مواد اولیه یا بچ به آن می‌ریزد ومواد به شکل قالیچه‌ای بر روی ذوب قرار می‌گیرند تا در نهایت در ناحیه ذوب توسط حرارت مشعل ذوب شده و با سایر مواد مذاب موجود در کوره به شکل همگن درآیند. بر اساس نیاز‌ها، نوع و ظرفیت ممکن است کوره ابعاد گوناگونی داشته باشد. برای مثال در یک کوره‌ی 800 تا 900 تنی ابعاد داگ‌هاوس می‌تواند عرضی برابر 12.6 متر و طولی برابر 23 متر داشته باشد. این در حالی است که ناحیه ذوب با همان عرض 12.6 متر، طولی برابر 28.75 خواهد داشت.

ناحیه ذوب در حقیقت ناحیه‌ای از کوره است که در آن مواد جامد بچ در اثر گرمای دریافتی از مشعل‌ها تغییر حالت داده و به مایع تبدیل می‌شوند. این تغییر حالت فقط یک تغییر حالت از جامد به مذاب نیست، بلکه ترکیبی از تغییر حالت حاصل از واکنش‌های شیمیایی و تغییر حالت فیزیکی است. بنابراین فرآیند اولیه ذوب مواد اولیه یک فرآیند فیزیکی، شیمیایی و فیزیکی-شیمیایی است. مذاب شیشه شامل مجموعه‌‌ای از اکسید‌های گوناگون است که پس از سرد‌شدن و در جریان عملیات شکل‌دهی ساختاری آمورف به خود می‌گیرند. به این دلیل که تغییر حالت مواد از جامد به مایع در ناحیه‌ی ذوب صورت می‌گیرد، بالاترین دما را در همین ناحیه خواهیم داشت. دمای بسیار بالا در بلند مدت می‌تواند باعث خوردگی و آسیب به نسوز شود، به این ترتیب باید تلاش کرد بیشترین دمای کوره را در یک محدوده‌ی متعادل نگه داشت.

ناحیه ذوب خود به دو قسمتِ بلنکت و فلاکس تقسیم می‌شود که در ادامه به معرفی هر کدام از این مناطق خواهیم پرداخت.

ناحیه بلنکت به قسمتی از منطقه‌ی ذوب گفته می‌شود که واکنش‌های اولیه در آن صورت می‌گیرد. این واکنش‌ها شامل تبخیر آب همراه مواد اولیه، تجزیه کربنات‌ها و انحلال سیلیس است. به قسمتی از ناحیه ذوب کوره که در آن تجزیه سدیم سولفات، انحلال و تجزیه ذرات باقی‌مانده‌ی سیلیس و تا حدی عمل تصفیه صورت می‌گیرد، ناحیه فلاکس می‌گویند. فلاکس معمولا شیشه‌ی حبابدار است و معمولا فوم یا کف نامیده می‌شود.

زمانی که دمای سطح شیشه از دمای تجزیه سولفات که حدودا 1440 درجه سانتی‌گراد است تجاوز کند، فلاکس شکل می‌گیرد. طول ناحیه فلاکس از طول ناحیه بلنکت کوتاه‌تر است. افزایش دمای شیشه در ناحیه فلاکس منجر به این می‌شود که مقدار SO3 اضافی موجود در مذاب که از مقدار تعادلی بیشتر است، جوشیده و خارج شود. بنابراین دمای فلاکس بیشتر برابر است با مقدار SO3 باقیمانده کمتر در مذاب.

از آنجایی که فلاکس شیشه حبابدار است، برای تبدیلش به محصول نهایی در منطقه‌ی دارای مشعل با دو مکانیزم شفاف می‌شود. با حضور مشعل، دمای مذاب افزایش یافته و در نتیجه حباب‌های موجود در بچ منبسط شده و بزرگتر می‌شوند. با بزرگ‌شدن حباب‌ها آن‌ها به سمت سطح حرکت می‌کنند و به این ترتیب پوسته‌ی آن‌ها نازک می‌شود که در نهایت منجر به ترکیدنشان می‌شود. کربن یا ذرات دوده درحضور شعله بر روی سطح حباب نشسته و باعث جذب و ترکیدن حباب می‌شود.

برای اینکه مکانیزم دوم کار کند باید تنظیمات شعله در خط فلاکس (خط کف) به درستی انجام بگیرد. در حقیقت عملیات ذوب بچ شامل فرایند‌های زیر است:

بخش نهم: اهمیت دانه‌بندی مواد در کوره

نرخ ذوب‌شدگی یا انرژی لازم برای ذوب‌کردن بچ یک پارامتر بسیار پراهمیت است که می‌تواند به صرفه‌گی یا شدنی بودن یک پروژه را مشخص کند، اما همواره کیفیت شیشه پراهمیت‌ترین پارامتر خواهد بود. از جمله پارامتر‌های پر اهمیت دیگر به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

هدف اصلی فرآیند ذوب شیشه این است که نسوزترین اجزای بچ یعنی کوارتز‌ها را بصورت پیوسته در کوره ذوب کند که در این راه اندازه‌ی دانه یک عامل انکارناپذیر است. بعضی از اثرات اندازه دانه در زیر آورده شده است.

بخش دهم: اهمیت کنترل میزان آهن در کوره

سطح آهن یکی از مهمترین عوامل تعیین کننده‌ی رنگ شیشه است. به شکلی که شیشه‌های کریستال کیفیت بالا کمتر از 0.01 آهن در ترکیب خود دارند. این در حالی است که شیشه‌ی فلوت که به نسبت سبز‌ رنگ‌تر است، به طور متوسط 0.1 درصد آهن دارد و شیشه‌های ظرف شفاف و کریستال پرس با درصد‌های 0.4 و 0.25 از فلوت شفاف‌تر یا بهتر است بگوییم کم‌رنگ‌تر هستند.

حالت ردوکس تعیین‌کننده‌ی رنگ شیشه فلوت

واکنش‌های فیزیکی‌شیمیایی ردوکس یکی از مهمترین عوامل برای تعیین رنگ نهایی شیشه است. در هنگام تولید شیشه سطح ردوکس دریک مقدار ثابت نگه داشته می‌شود، البته گاها ممکن است به دلیل بعضی مشکلات نوساناتی به وجود بیاید. پارامتر‌هایی که بیشترین تاثیر را بر سطح ردوکس دارند: نرخ Fe دوبار مثبت به Fe سه‌بار مثبت، همچنین سطح SO3 حل‌شده در شیشه است.

در کل Fe دوبار مثبت به شیشه رنگی سبز-آبی می‌دهد، این در حالی است که Fe سه‌بار مثبت به شیشه رنگی سبز-زرد می‌دهد. البته تاثیر منفی Fe سه‌بار مثبت را با مقداری سلنیوم و کبالت می‌توان جبران کرد.

تاثیر SO3 بر سطح ردوکس و رنگ شیشه

شیشه بسیار اکسیدی حاوی بیش از 0.3 درصد SO3 است، این در حالی است که شیشه کاهشی حاوی کمتر از 0.2 درصد SO3 است. معمولا شیشه‌ی فلوت اکسیدی رنگی خاکستری تا برنزی دارد و شیشه‌ی کاهشی رنگی سبز دارد.

بخش یازدهم: حباب و تصفیه کوره

در فرآیند تولید شیشه و ذوب شدن موادِ بچ گاز‌هایی آزاد می‌شوند که باعث تشکیل مقداری زیادی حباب در مذاب شیشه می‌شوند. این حباب‌ها استحکام و کیفیت بصری محصول یعنی شیشه را کاهش می‌دهند. برای همین باید آن‌ها را از مذاب زدود. به این فرآیند فاینینگ یا تصفیه یا تصفیه مذاب می‌گویند.

در تانک‌های صنعتیِ کوره‌ی شیشه از عوامل شیمیایی برای بهبود فرآیند تصفیه استفاده می‌شود. تمام عوامل شیمیایی استفاده شده برای افزایش کیفیت تصفیه، زیان‌آور هستند. تا به حال مفید بودن هیچکدام از روش‌های فیزیکی به اثبات نرسیده است. با بررسی کامل پیشینه‌های نظری فیزیکی، دو روش فیزیکیِ «تحریک دمایی کوچ حباب‌ها» و «تصفیه آلتراسانیک یا فراصوتی» برای استفاده در مخازن ذوب شیشه صنعتی نامناسب تشخیص داده شدند. پس در حال حاضر عوامل شیمیایی تصفیه شیشه اصلی‌ترین وسیله‌ی تصفیه مذاب هستند و جایگزینی ندارند. البته استفاده از آن‌ها باید کاهش یابد و این فقط از طریق بهینگی عمل تصفیه ممکن است. این مهم نیازمند دانش بیشتری از واکنش‌های تصفیه است.

عوامل تصفیه شیمیایی شامل یون‌های چند ظرفیتی اکسیدی هستند که به شکل بیشترین حالت اکسیدی در بچ حاضر هستند. با افزایش دما، عوامل تصفیه کاهش‌یافته و همزمان گاز آزاد می‌شود. این گازِ تصفیه در حباب‌های موجود پخش‌شده و باعث بزرگ‌شدن آن‌ها می‌شود و از آن جایی که حباب‌های بزرگ‌‌تر سرعت اوج‌گیری بالاتری دارند، می‌توانند مذاب را با سرعت بیشتری ترک کنند.

اکسید آنتیمونی، اکسید سریم و سولفات از جمله از عوامل تصفیه هستند. زمانی که از سولفات به عنوان عامل تصفیه استفاده شود، سولفور دی‌اکسید به عنوان گاز تصفیه آزاد می‌شود. واکنش‌های ردوکس نیز زمانی رخ می‌دهند که مذاب شیشه حاوی دیگر عناصر چند ظرفیتی نظیر آهن و کرومیوم باشند. وضعیت ظرفیتی این یون‌ها، رنگ ذوب (و با آن توزیع گرما در کوره) و رنگ نهایی محصول را تعیین می‌کند. عدد‌های ثابت‌ تعادلِ واکنش‌های گوناگون ردوکس که وابسته به دما هستند، برای بهینه‌سازی مطلوب فرآیند تصفیه اهمیت بالایی دارند.

مقادیر ثابت تعادل ردوکس را با روش‌های گوناگونی می‌توان بدست آورد. پس از بحث در مورد مزایا و معایب همه‌ی این روش‌ها، دو روش برگزیده شدند که به وسیله آنها می‌توان وضعیت تعادل واکنش‌ها در شیشه مذاب را به عنوان تابعی از دما اندازه گیری کرد. در ادامه پیشینه‌های نظری و شرح و بسط این دو روش یعنی، ولتامتری موج مربع و اندازه‌گیری تعادل فشار اکسیژن، به تفصیل مورد بحث قرار گرفته‌اند. نتایج اندازه‌گیری‌های تعادل واکنش ردوکس آهن، آنتیمونی، سریم، کرومیوم و گوگرد در سه شیشه تجاری (سودا-آهک-سیلیکا، شیشه نمایشگر تلوزیون و ای-گلس) نیز ارائه شده‌اند.

حالت تعادل واکنش ردوکس نه تنها به دما، بلکه به ترکیب مذاب شیشه نیز بستگی دارد. پیش‌بینی و مقایسه عدد ثابت تعادل یک واکنش ردوکس در یک مذاب شیشه‌ با ترکیبی معین بر اساس اندازه‌گیری‌ها با یک شیشه‌ی دیگر با ترکیبی متفاوت غیرممکن است. بنابراین، عدد ثابت تعادل واکنش ردوکس باید برای هر ترکیبی از شیشه به طور جداگانه تعیین شود.

حالات تعادلی واکنش‌های ردوکس آهن و آنتیمونی با هر دو روش اندازه‌گیری می‌شوند. نتایج به خوبی مطابقت دارند و همچنین مشابه داده‌های موجود در پژوهش هستند.

با استفاده از ولتامتری موج مربعی نمی‌توان میزان تعادل سریم در شیشه صفحات تلویزیون را تعیین کرد. اندازه‌گیری‌های ولتامتری موج مربعی در مذاب‌های شیشه‌ای حاوی گوگرد نتایجی را به‌دست آوردند که هنوز قابل توضیح نیستند. بنابراین عدد‌های ثابت تعادل واکنش‌های ردوکسِ سریم و سولفور از اندازه‌گیری فشار تعادل اکسیژن و همچنین با آنالیزهای شیمیایی مرطوب به دست می‌آیند. مقادیر ثابت تعادلِ دو گام احیای کروم در مذاب شیشه سودا-لایم-سیلیس با استفاده از ولتامتری موج مربعی تعیین می‌شود. از اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در مذاب شیشه‌های حاوی آهن، آنتیمونی یا سریم مشخص می‌شود که غلظت کل عناصر چند ظرفیتی تأثیر بالایی بر وضعیت تعادل دارد. در شیشه نمایشگر تلویزیون اکسیده‌ترین شکل عنصر چند ظرفیتی در غلظت‌های پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مورد آهن موجود در مذاب شیشه‌های سودا-لایم-سیلیس قضیه برعکس است. این، تاثیر قوی ترکیب شیشه را بر حالت تعادل نشان می‌دهد.

حالت‌های تعادلی واکنش‌های گوناگون ردوکس را می‌توان در مذاب‌های شیشه‌‌ی حاوی بیش از یک عنصر چند ظرفیتی با استفاده از اندازه‌گیری فشار تعادل اکسیژن یا ولتامتری موج مربعی تعیین کرد. به نظر می‌رسد که حضور یون‌های دیگر بر روی مقادیر ثابت تعادل تاثیری ندارد. با این حال، از آنجایی که اکسیژن در تمام واکنش‌های ردوکس شرکت می‌کند، فشار تعادل اکسیژن به شدت تحت تأثیر قرار می‌گیرد. بنابراین نسبت ردوکس (نسبت کاهش یافته است به گونه‌های اکسید‌شده) در مذاب حاوی چندین عنصر چند ظرفیتی با نسبت ردوکس در مذاب حاوی تنها یک عنصر چند ظرفیتی متفاوت است.

در طول خنک‌شدن مذاب شیشه، کاهنده قوی‌تر آنقدر اکسیژن مصرف می‌کند که کاهنده ضعیف‌تر کاهش می‌یابد. بنابراین نسبت ردوکس ممکن است در طول خنک‌شدن مذاب به طور قابل توجهی تغییر کند. چنین تغییری در نسبت‌های ردوکس در شیشه نمایشگر تلویزیونِ حاوی آهن و سریم قابل مشاهده است.

بخش دوازدهم: ریژنراتور و سیستم ریورسال کوره

هدف اصلی از قراردادن ریژنراتور در طرفین کوره بازگرداندن حرارت حاصل از گاز‌های احتراق و پیش‌گرم کردن هوای احتراق است. ریژنراتور‌ها سازهایی در اطراف کوره هستند که بسته به ظرفیت کوره دارای چندین زوج پورت می‌باشند. در هر کدام از این پورت‌ها تعدادی مشعل قرار می‌گیرد. مشعل‌ها حرارت مورد نیاز برای ذوب مواد اولیه را تامین می‌کنند. ریژنراتور‌ها به دلیل قرارگیری مشعل‌ها در پورت تقریبا کل منطقه‌ی ذوب را پوشش می‌دهند. در طراحی ریژنراتور از آنجایی که طول آن با طول منطقه ذوب برابر است، تنها متغیر‌های دیگر عرض و عمق چکر‌ها است. مدلسازی‌های بر پایه‌ی تجربه نشان می‌دهد که ریژنراتور‌های باریک و بلند از نظر بازدهی حرارتی بسیار مناسب‌تر از ریژنراتور‌های کوتاه و عریض هستند.

در کوره‌های با سیستم ریورسال در یک بازه‌ی زمانی مشخص مشعل‌های روشن یک سمت از کارافتاده و مشعل‌های خاموش مقابل روشن می‌شوند و این چرخه همواره تکرار می‌شود. گاز‌های حاصل از احتراق از ریژنراتور روبرویشان خارج می‌شوند. در ریژنراتور گرمای گاز‌ها از میان شبکه‌های آجری عبور می‌کند و در نتیجه آجر‌ها را داغ می‌کند. در ریورسال بعدی که جای مشعل‌های روشن و خاموش را عوض می‌کند، هوای از میان این آجر‌ها عبور کرده و به این ترتیب پیش‌گرم می‌شود. مجموعا یک ریژنراتور کنترل هوای لازم برای احتراق را بر عهده دارد و باعث می‌شود کوره عملکرد و انعطاف‌پذیری بیشتری داشته باشد.

بخش سیزدهم: ویست پایپ (لوله خنک‌کاری)

از ویست پایپ به سه منظور استفاده می‌شود:

1. کنترل بعضی از جریان‌های ناخواسته در کوره

2. خنک‌کاری

3. آشغال‌گیری یا جمع‌کردن مواد جامد معلق در مذاب مانند ذرات سیلیس ناشی از خوردگی آجر‌های نسوز

این لوله‌ها در بازده حرارتی همچنین در تولید شیشه با کیفیت نقش مهم و موثری ایفا می‌کنند. هر چه میزان بار ورودی بالاتر رود، عمق لوله نیز باید افزایش یابد. هنگامی که لوله‌ها در ارتفاع کمتر 45 درصد عمق شیشه قرار بگیرند، این لوله‌ها را کم عمق می‌نامیم و زمانی که بین 45 تا 55 درصد عمق شیشه قرار گیرند، آن‌ها را لوله‌های عمیق می‌نامیم.

با افزایش عمق لوله آب، مقدار هوای خنک‌کننده مورد نیاز در بخش انتهایی کوره (Working End) کاهش می‌یابد، به این دلیل که با افزایش عمق لوله، مقدار جریان مذاب به بخش پایانی کوره کاهش می‌یابد. بسته به اندازه‌ی کوره عمق لوله‌ها متفاوت خواهد بود اما عمق استاندارد آن در یک کوره‌ی 800 تن چیزی حدود 630 میلی‌متر است. از آنجایی که ویست پایپ در سرتاسر نک یا گلویی کوره قرار می‌گیرد به طور کامل در ناحیه‌ی گلویی یک مانع ایجاد می‌کند که باعث جمع‌آوری مواد جامد شناور خواهد شد. قسمت بعدی پس از این لوله‌ها در گلویی کوره، همزن است که با میکس‌کردن مذاب همگنی را ارتقا و از شکل‌گرفتن گروهی از عیب‌ها جلوگیری می‌کند.

بخش چهاردهم: همزن

همزن علاوه بر یکدست‌کردن مذاب از لحاظ شیمیایی، ناهمگنی آن را نیز کاهش می‌دهد. به این ترتیب همزن‌های جای گرفته در نک (گلویی) کوره دارای دو هدف بنیادین هستند: 1. جریان رو به جلوی مذاب را خنک کنند. 2. عمق مذاب را خنک کنند.

برای آشنایی با سایر کوره‌های شیشه‌ساز این نوشته را مشاهده فرمایید.

بخش پانزدهم: حمام قلع

زمانی که مواد اولیه شیشه ذوب، تصفیه و همگن شدند و در قسمت انتهای کوره از لحاظ دمایی کنترل و به حد مطلوب رسیدند، از طریق جریان ثابت و پایدار مذاب در کانال و با دمای تقریبی 1100 درجه سانتیگراد بر روی قلع مذاب در حمام قلع پخش می‌شوند.

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. همچنین برای این که قلع به بدنه‌ی حمام نچسبد، بدنه را با گرافیت می­‌پوشانند. 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. با توجه به دمای ورودی مذاب شیشه به حمام (C˚1050) و دمای شیشه خروجی از حمام (C˚600) دمای مذاب قلع در حمام را می‌توان حدود C˚950 در نظر گرفت. با این وجود در صورت نیاز به تأمین حرارت برای کنترل دما و همچنین تأمین شرایط مناسب برای تولید شیشه با مشخصات مورد نیاز، می‌­توان از المنت‌­ها استفاده کرد.

باید دانست که دمای کف حمام قلع نباید از 150 تا 200 درجه سانتی‌گراد بیشتر شود، چرا که اگر قلع به ساختمان فولادی کف حمام برسد باعث خوردگی می‌‌شود. بنابراین همواره محفظه فلزی حمام (کیسینگ) را با جریان هوا خنک می‌کنند.

حمام قلع در واقع محلی است که می‌­توان با استفاده از ابزارهای موجود، شیشه را در عرض و ضخامت­‌های مختلف تولید کرد و شناور شدن مذاب بر روی حمام قلع نیز بهترین راه­ تولید شیشه به صورت پیوسته و با بهترین کیفیت ممکن می­‌باشد. مذاب شیشه با ورود به حمام به شکل یک ریبون صاف و پیوسته تشکیل می‌­شود که از طریق رلرهای بیرون کشنده انتهای حمام (Lift out roller) و همچنین نیروی کشش لهر از حمام قلع خارج می­‌شود.

در شناور ماندن شیشه روی سطح حمام قلع سه نیرو دخیل است­:

در صورتی که تنها این سه نیرو بر مذاب اعمال شود و نیروی خارجی دیگری دخالت نکند، مذاب بر روی قلع شروع به پخش شدن می­‌کند تا جایی‌که ضخامت تعادلی آن به 7 میلیمتر برسد. در صورتی که بخواهیم ضخامت تعادلی را کمتر کرده و به حدود 6 میلیمتر برسیم، به نیروی چهارمی نیاز داریم که این نیرو همان کشش لهر است. با استفاده از نیروی کشش لهر می­‌توان ضخامت شیشه را به 6 میلیمتر وکمی کمتر از آن رساند. کشش رلرهای لهر از یک سمت و از سمت دیگر، اصطکاک بین شیشه و قلع مذاب باعث ایجاد نیروی معکوس در جهت مخالف شده و ریبون شیشه هنگام خروج نازک می‌­شود. همچنین در مقابل نیروی کشش لهر، نیروی اینرسی مذابی که به سمت جلو حرکت می­‌کند نیز مخالفت می­‌کند.

در صورتی که تنها از کشش لهر برای کاهش ضخامت شیشه استفاده کنیم، روش تولید را ” روش کشش مستقیم یا DS ” می­‌گوییم. در صورتی که بخواهیم شیشه با ضخامت کمتر از 6 میلیمتر تولید کنیم باید بسته به مشخصات محصول تولیدی از نظر پهنا و ضخامت، از تاپ­رلر استفاده کنیم. تاپ­رلرها شیشه را به صورت عرضی و از کناره­‌ها می­‌کشند و بر مرکز ریبون شیشه تأثیری ندارند. کشش مرکز ریبون تحت تأثیر کشش لهر قرار می­‌گیرد.

در صورتی که علاوه بر نیروهای فوق الذکر، نیروی کشش تاپ­رلرها را نیز در تولید شیشه دخالت دهیم، روش تولید را ” روش پیشرفته کشش مستقیم یا ADS” می­‌گوییم.  

برای بیان موقعیت دقیق تجهیزات می‌توان هر دو سمت حمام قلع را مانند خط­کش اندازه­‌گیری کرد و هر 3 متر را جدا کرد. به هر قسمت 3متری یک Bay گفته می­‌شود. هر 3 متر را نیز می‌­توان به 10 قسمت 30 سانتی‌متری تقسیم کرد. با این روش می­‌توان هر دو سمت حمام را تقسیم‌­بندی کرد و در بیان موقعیت دستگاه­‌ها از آن کمک گرفت.

فضای حمام قلع بایستی کاملاً ایزوله شود تا امکان ورود اکسیژن به اتمسفر حمام وجود نداشته باشد. عملکرد مناسب حمام قلع تا حد زیادی به کنترل شرایط در کانال بستگی دارد. در صورتی که شرایط کانال ثابت باشد، عملکرد حمام نیز تا حد زیادی ثابت می­‌ماند. به عنوان مثال حجم مذاب ورودی به حمام و همچنین دمای آن بسیار با اهمیت می­باشد و در فرآیند شکل‌­دهی تأثیرگذار هستند.­ در صورتی که شرایط نامبرده در ذیل را بتوان ثابت نگه داشت، می­‌توان عرض ریبون شیشه در ناحیه ابتدایی حمام، که حوضچه نامیده می‌­شود، را ثابت نگه داشت.

سه فاکتور بر روی جریان شیشه به داخل حمام اثر می­‌گذارند که عبارتند از:

1- دمای کانال

2- ارتفاع مذاب در کانال (پشت تویل)

3- موقعیت تویل

دمای مذاب در پشت تویل باید 1100-1070 درجه سانتیگراد باشد. اگر دما تغییر کند مقدار جریان مذاب و در نتیجه عرض ریبون در ناحیه حوضچه حمام تغییر خواهد کرد. با نوسان عرض نوار شیشه، ضخامت نیز تغییر خواهد کرد. دمای مذاب شیشه در پشت تویل با پیرومتر تشعشعی قرار گرفته در سقف کانال اندازه گرفته می‌شود. دقت اندازه­‌گیری دمای کانال باید 5/0 ± باشد. توجه به این نکته ضروری است که کنترل دمای کوره در کنترل دمای کانال و ثابت بودن آن مؤثر است. زمانی که دمای کانال از محدوده مورد نظر بالاتر یا پایین‌­تر باشد، می‌توانیم با استفاده از مشعل‌­ها و یا هوای خنک کننده در قسمت انتهایی کوره، نسبت به تنظیم دوباره دما اقدام کنیم. معمولاً دمای کانال با هوای خنک­‌کننده در قسمت Working End در مدار بسته کنترلی قرار دارند و میزان هوای خنک­کننده دمیده شده، به دمای مذاب در کانال بستگی دارد.

همان­طور که می‌­دانید در قسمت Working End، دمای مذاب برای رسیدن به حد مطلوب، جهت شکل­دهی مناسب تنظیم می‌شود. دمای مذاب با ویسکوزیته آن مرتبط است. در نتیجه هدف عمده از تنظیم دما در واقع تنظیم ویسکوزیته مذاب است تا مذاب برای شکل­دهی شرایط مطلوبی داشته باشد. بنابراین برای کاهش نوسان ویسکوزیته، لازم است خنک‌­کاری در قسمت Working End به حداقل رسیده و کنترل دما را در قسمت­‌های قبلی نیز انجام دهیم.

هرچه ارتفاع مذاب در پشت تویل بالاتر رود، شدت جریان مذاب بیشتر می­‌شود. ارتفاع مذاب در پشت تویل نیز با سطح مذاب در کوره ارتباط مستقیم دارد. کنترل سطح مذاب با سرعت تغذیه بار در بچ شارژر مرتبط است و در صورت تغییر ارتفاع مذاب، از طریق لوپ کنترلی شدت جریان مواد در بچ شارژر نیز تغییر خواهد کرد.

جهت تولید شیشه با کیفیت، باید دقت کنترل سطح مذاب 1/0 ± میلیمتر باشد.

توجه به این نکته ضروری است که، تویل ابزاری است مکانیکی، که بعد از ثبات نسبی شرایط عملکردی کوره، ثابت می‌­ماند. اما در مواقعی که کنترل دما و یا شدت جریان بار ورودی به کوره قابل تنظیم نباشد، مجبور هستیم با تویل برای کنترل شدت جریان مذاب به حمام بازی کنیم.

مذاب با دمای C˚1100 با عبور از روی آجر لبه وارد حمام قلع می­‌شود. درطراحی­‌های گذشته آجر لبه یا Lip در جلوی حمام قلع طوری قرار می‌­گرفت که لبه آن با سطح مذاب قلع مماس بود. بنابراین مذاب شیشه عبوری از روی آجر نسوز مستقیماً روی سطح مذاب قلع ریخته و شروع به گسترده شدن و پیشروی می­‌کرد. در این حالت همیشه سطح زیرین ریبون شیشه که با آجر نسوز در تماس بوده دارای کیفیت لازم نبوده و این عیب بوجود آمده که مانند خش بر روی سطح زیرین شیشه است، ادامه­‌دار باقی می­‌ماند. برای رفع این مشکل طراحی را تغییر داده و آجر لبه را در موقعیتی قرار دادند که لبه آن تا سطح مذاب mm70 فاصله داشته باشد. در این صورت مذاب به صورت آبشاری بر روی سطح قلع ریخته می‌­شود. در این صورت مذاب نامرغوب که روی سطح آجر کشیده شده به سمت عقب حرکت می‌­کند و مذاب با کیفیت به سمت جلو حرکت خواهد کرد. مذاب نامرغوب که به سمت عقب حرکت کرده، به دیواره گرافیتی Wet Back برخورد می­‌کند. با برخورد به Wet Back به سمت کناره­‌های حمام حرکت می­کند و از این به بعد از کناره­‌ها حرکت کرده و به سمت جلو پیش می‌­رود. با این روش مذاب نامرغوب در لبه‌­های ریبون قرار می­‌گیرد که در قسمت Cutting برش خرده و به عنوان خرده شیشه از آن استفاده می­‌شود. با اعمال این تغییر در موقعیت آجر لبه، کیفیت شیشه تولیدی بهبود یافت.

بخش شانزدهم – لهر

گرمخانه تنش‌زدایی (لهر) از يک تونل عایق‌بندی شده تشکيل يافته که قسمت ورودی و خروجی آن باز است. اين تونل به‌طور کامل از يک محفظه فلزی ساخته‌شده است. ازجمله تعدادی از بخش‌های استاندارد که به يکديگر متصل گرديده و در آن پیش‌بینی‌هایی برای انبساط به‌عمل‌آمده است. گرمخانه تنش‌زدایی همچنين به چند بخش عمده تقسيم می‌گردد. هر بخش دارای جزئيات ساختمانی متفاوت و همچنين سیستم‌های گرمايشی و سرمايشی متفاوتی است. قسمتی که دارای تونل عایق‌بندی حرارتی بوده و دارای پوشش‌های فلزی است بنام بخش عايق حرارتی شده ناميده می‌شود.

عمل گرم و سرد نمودن به‌صورت غیرمستقیم به‌وسیله تبادل تشعشعات حرارتی بين ورقه شيشه و مانيفلدهای فوقانی و تحتانی انجام می‌شود. در اين تونل سيستم درجه حرارت ثابت بوده و شدت سرد نمودن کم است. بعلاوه المنت‌های حرارتی جهت گرم نمودن لبه‌ها نيز تعبيه شده‌اند. بنابراين اختلاف درجه حرارت عرضی به‌صورت منظمی تنظيم گرديده و اطمينان حاصل می‌گردد که شيشه تنش‌زدائی گرديده و به آرامی سرد گردد. بنابراين تنش‌های دائمی که با اختلاف درجه حرارت بروز می‌نمایند به‌صورت مؤثری حذف می‌گردند تا برش شيشه به آسانی در قسمت کاتینگ انجام پذيرد.

 قسمت انتهائی باز گرمخانه بخش عایق‌بندی نشده حرارتی خوانده می‌شود. در اين بخش نازل‌های هوا در قسمت فوقانی و تحتانی به‌صورت عرضی به بخش‌هایی تقسيم شده‌اند که سرمايش را تنظيم می‌نمایند بطوريکه با عبور شيشه عمل تنش‌زدائی و هم سرد نمودن به‌طور مستقيم از طریق جابجایی گرما بين ورقه شيشه و هوای سرد انجام می‌پذیرد. درجه حرارت اتمسفر محل بشدت تغيير می‌نماید و شدت سرد نمودن در اين قسمت بالا است. ورقه شيشه در درجه حرارت اين بخش فقط دارای تنش‌های موقتی است و می‌تواند با سرعت بيشتری سرد شود. شيشه به تدريج به درجه حرارتی که تأمین‌کننده حداقل تنش مورد قبول برای برش است نزديک می‌شود و درنهايت تنش‌های موقتی به طور مؤثر حذف می‌گردند.

به‌طور کلی در خلال تنش‌زدایی و سرد شدن شيشه، عوامل ذيل تأثیرگذار می‌باشد:

فرآيند تنش‌زدائی شيشه را می‌توان عليرغم سرعت بالا وکشش افقی به نحو مطلوبی به دست آورد. دلایل اين امر به شرح ذيل بيان می‌گردد.

پیش‌نیازهای ساخت شيشه فلوت از نظر مواد اوليه بسيار دقيق است، تصفيه و يکنواختی شيميائی در مواد اوليه بايستی به‌مراتب بالاتر از صنعت شيشه جام معمولی باشد.بخش شکل‌گیری شيشه از يک محفظه بسيار دقيق و بسته تشکيل يافته و نياز به کنترل دقيقی دارد بطوريکه کوچک‌ترین اختلاف درجه حرارت عرضی بايستی کنترل گردد. اختلاف درجه حرارت عرضی ورقه شيشه پس از عبور از جعبه دراس  بسيار کوچک است  و زمانی که وارد گرمخانه می‌شود اين پیش‌شرط خوبی برای عمل تنش‌زدائی است.

گرمخانه تنش‌زدائی مجهز به مبدل‌های حرارتی مستقيم و غیرمستقیم و سيستم کنترل اتوماتيک درجه حرارت می‌باشد که شرایط لازم و مطلوب را جهت فرآيند تنش‌زدائی ورقه شيشه ممتد با سرعت بالا را فراهم می‌نماید.

روش تنش‌زدائی يکنواخت و برای یک‌بار است که از درجه حرارت بالا تا درجه پائين بدون گرم نمودن مجدد صورت می‌پذیرد. مقدار اختلاف درجه حرارت شيشه فلوت بين قسمت فوقانی و تحتانی گرمخانه در حد نرمال می‌باشد. اين اختلاف درجه حرارت و بالاتر بودن درجه حرارت قسمت تحتانی حرارت به دلیل جبران حرارت ازدست‌رفته از غلتک حمل‌کننده شيشه است که بتواند ايجاد سطوح با درجه حرارت يکنواخت در بالا و پایین ورقه شيشه بنمايد. در صورت بالاتر بودن درجه حرارت قسمت فوقانی نسبت به قسمت تحتانی ورقه شيشه، امکان بروز خمش در قسمت مرکزی ورقه شيشه بالعکس خواهد شد. لبه‌های شيشه نيز امکان خم برداشتن خواهند داشت. کنترل بهتر حرارت بی‌شک به ساخت شيشه خوب کمک شايانی می‌نماید.

بخش هفدهم: برش‌زنی شیشه

برای برش‌زنی، جداکردن و ایجاد اندازه‌های گوناگون در شیشه‌ها باید در شیشه شکافی ایجاد شود. این شکاف توسط الماس یا چرخ برش ایجاد شده و تا قسمتی از ضخامت شیشه ادامه پیدا می‌کند. شکل زیر شکاف میانی تولید­شده توس عمق و کیفیت شکاف میانی وابسته به چندین گزینه است:

در هنگام خط­‌زنی شیشه باید از نوک الماسی با زاویه‌­ی مناسب استفاده شود، استفاده از الماسی با زاویه­‌ی بیشتر یا کمتر از آنچه ایده­‌آل است، می­‌تواند مشکلاتی ایجاد کند. زاویه­‌ی بسیار تند (یعنی الماسی بران و نوک­‌تیز) باعث ایجاد شکاف­‌های ناخواسته یعنی شکاف­‌های بال­‌مانند می‌­شود. زاویه‌ی بسیار باز (یعنی الماسی با نوکی پهن‌­تر) نیاز به بار برش بیشتر دارد و می‌­تواند در هنگام تولید شیشه­‌ی کم­ ضخامت از قطر شیشه عبور کند و ریبون را قبل از رسیدن به اسنپر دو­نیم کند.

درنظر داشته باشید که بار برش بیش از حد می‌­تواند باعث گیر­افتادن الماس، برش نامطلوب، لب‌­پرانی و مشکلات دیگری ­شود. روی هم رفته باید از الماسی استفاده شود که زاویه‌­ی نوکش مانع ایجاد شکاف­‌های بال­‌مانند ­شود و همچنین خط‌زنی مناسبی روی بیشتر شیشه‌ها داشته باشد.

قطر الماس (چرخ­‌برش) بر عمق شکاف میانی موثر است. هر چه قطر الماس بیشتر باشد، بار برش نیز باید بیشتر باشد تا شکافی با همان عمق تولید کند. با افزایش سرعت برش، عمق برش میانی از برشی کم‌عمق در سرعت پایین به برشی عمیق‌­تر در سرعت­‌های بالا می‌رسد و پس از سرعتی خاصی ثابت می‌­ماند. {توجه داشته باشید که این اختلاف عمق در حد چند میلی­متر است.} معمولا، الماسی با زاویه­ی 134 درجه در سرعت 100 متر بر ساعت به ما شکافی به عمق 0.175 میلی­متر می‌دهد، افزایش سرعت به 1500 متر در ساعت به ما عمقی برابر 0.225 میلی‌متر می­دهد. (در بارِ برشِ ثابت 5 پوند). اندازه‌گیری­‌های آنلاین با ذره­‌بین معمولی عمق شکافِ یک خط­برش ایده­‌آل (اسنپ ایده‌­آل) را  تقریبا 0.2 میلی­متر تا 0.3 میلی­متر برآورد می­‌کنند.

ایجاد شکاف­‌های بال­ مانند

یکی از محصولات ناخواسته­‌ی خط‌اندازی شکاف­های بال‌مانند هستند. شکاف بال­ مانند، در اصل شکافی جانبی است که توسط الماس ایجاد شده، این شکاف­های ناخواسته، تقریبا عمود بر شکاف میانی و موازی با سطح شیشه هستند. وقتی از الماسی در بار برش مطلوب و با زاویه­ی تند استفاده شود، بی ­درنگ شکاف­‌های بال­ مانند ایجاد می‌شوند. در شکل بالا پخش‌شدن شکاف­های بال­ مانند در بدنه‌­ی شیشه مشخص شده است. شکاف بال­ مانند در زمان خط­زنی از سطح شیشه جدا می­‌شود و در هنگام دونیم شدن شیشه (اسنپینگ) به شیشه­‌های تقسیم‌­شده می­‌چسبد. بزرگترین مشکل اینجاست که جدا‌کردن آن­ها با کاردک هوایی ناممکن و توسط کنترل کیفیت و مشتری غیرقابل قبول انگاشته می­‌شوند.

اگر این تکه‌های جدا­شده­‌ی  شیشه که قبل از این، برش بال مانند نامیده می‌­شدند روی دسته­‌های شیشه باقی بماند، در زمان حمل و نقل و جابجایی باعث خراشیده شدن شیشه می‌­شوند. مهم است که از الماسی با زاویه­ی نوکی استفاده کرد که دامنه­‌ی بالایی از مقادیر بار برش را پوشش بدهد و همزمان شکاف­‌های بال­ مانند ایجاد نکند. زاویه­‌ی انتخاب­شده­‌ی نوک الماس نباید در اندازه­ایی باشد که نیازمند به بار برش بالا باشد و پایان این باعث برش خوردن (دونیم شدن) ریبون شود. زاویه­ی 144 درجه تمام موارد بالا را رعایت می­‌کند. بار برش مفید در این زاویه از 5 پوند تا 16 پوند است و شکاف­های باله­ مانند نیز بسیار کند انتشار می­‌یابند. از این زاویه می‌­توان برای همه­‌ی مواد از 2 میلی­متر تا 6 میلی­متر استفاده کرد.

برای برش هرچیزی بالاتر از 6 میلی­متر، باید از الماسی با زاویه­ی 150 درجه و با بار برشی بیشتر استفاده کرد.

بخش هجدهم: 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.