آشنایی با سیر تکاملی طراحی حمام قلع

پس از ایده‌پردازی و در مواردی اقدامات توسط افرادی مانند هنری بِسِمِر، لویجی لُمباردی، ویلیام هیل، اچ.کی. هیچکاک و کارخانه گریگتون از مجموعه کارخانجات P.P.G برای تولید شیشه به روش شناور در سال‌های 1850 تا 1950 در نهایت این برادران پیلکینگتون بودند که توانستند بیشترین پیشرفت را در این زمینه داشته باشند. البته آن‌ها تا سال 1962 مسائل و مشکلاتی برای تولید داشتند ولی در ادامه و تا سال 1970 تکنولوژی به جایی رسید که عملا قابلیت جایگزینی سایر تکنولوژی‌های تولید شیشه را بدست آورد.

چگونگی کارکرد حمام قلع

مهمترین قسمت و ویژگی جداکننده‌ی تکنولوژی فلوت از سایرین حمام قلع است. حمام قلع را می‌توان به ظرف بزرگی تشبیه کرد که قلع مایع را در خود نگه داشته است؛ از یک طرف آن شیشه مذاب وارد می‌شود و از طرف دیگر شیشه‌ی صلب با اختلاف 500 درجه دما خارج می‌شود. با گذر مذاب از حمام قلع که هم از نظر حرارتی و هم از نظر شیمیایی کنترل می‌شود، شیشه بر روی قلع شناور شده و سطح زیرین آن کاملا صاف و صیقلی می‌شود؛ سطح زبرین شیشه نیز در حمام قلع زمان کافی را دارد تا بر اثر نیر‌وهای طبیعی (گرانش) به شکل مسطح در بیاید.

مسئله‌ی ریزش مذاب به داخل حمام قلع

یکی از مسائلی که برادران پیلکینگتون را به خود مشغول کرده بود، مسئله‌ی نحوه‌ی ریزش مذاب به داخل حمام بود. اولین ایده روش نورد غلطکی (Roll Cast) بود. تا قبل از اختراع فرآیند فلوت توسط پیلکینگتونی‌ها، نورد شیشه یکی از مهمترین روش‌های تولید شیشه توسط آن‌ها بود؛ بر همین اساس آن‌ها ابتدا شیشه را نورد نموده و سپس آن را به حمام قلع می‌فرستادند. این یعنی مذاب از میان غلطک‌های که با گردش آب خنک می‌شدند می‌گذشت و سپس وارد حمام می‌شد. حرارت حمام، زمان کافی، نیروی گرانش و کشش سطحی باعث می‌شد که ناهمواری‌های شکل‌گرفته هنگام نورد از بین رفته و شیشه‌ای صیقلی کاملا صاف بدست آید.

مشکل وارد شدن مذاب به وسیله غلطک‌ها

دلایل مختلفی وجود داشت که از این روش استفاده می‌شد ولی مهمترین آن‌ها این بود که این تصور غلط وجود داشت که ضخامت شیشه توسط فاصله‌ی غلطک‌های نورد‌کننده تعیین می‌شود. بزرگترین مشکل این روش، میعان‌شدن بخارات قلع و ترکیبات آن به دلیل اختلاف دمای آن با مذاب بر روی غلطک‌ها بود که باعث نشستن رسوبات قلع بر روی شیشه و بروز عیوب بلوری شکل بر سطح شیشه می‌شد.

با توجه به مشکلاتی که سیستم نورد داشت، روش جایگزینی پیشنهاد شد که در آن به جای غلطک‌ها از یک آجر یا قطعه‌ی بزرگ نسوز برای ریختن مذاب به درون قلع استفاده می‌شد.

شکل‌گیری طراحی امروزی ورودی حمام قلع

از آنجایی که این قطعه نسوز در نقطه ریزش مذاب به قلع با آن در تماس بود و سایر دلایل مربوط به طراحی و خورندگی مذاب، بیشترین فرسایش در سطح مشترک بین شیشه و قلع صورت می‌گرفت و به این ترتیب این نقطه عامل ایجاد کژدیسی (اعوجاج) در سطح زیرین شیشه می‌شد. این عیب باعث کم شدن کیفیت شیشه می‌شد و نیازمند اصلاحاتی بود که در ادامه منجر به ابداع روش دیگری شد.

در روش بعدی ارتفاع قطعه‌ی نسوز مسئول ریزش افزایش داده شد، به شکلی که در این وضعیت با قلع تماس نداشت. در این روش مذاب آزادانه به روی قلع می‌ریخت و خوردگی تا حد زیادی کاهش می‌یافت.

با قطع تماس قلع با نسوز در این طرح، مشکل خوردگی مربوط به قلع برطرف شد ولی شیشه مذاب که از لحاظ شیمیایی فعال است همچنان باعث انحلال و خوردگی نسوز می‌شد، که این باعث ایجاد گژدیسی یا اعوجاج در شیشه می‌شد. به منظور جلوگیری از انحلال آجر لیپ، سطح آن را با ورقه‌ای از پلاتین پوشاندند، اما این خود باعث بروز مشکلات دیگری از جمله تبدیل پلاتین به پلاتینیم سیلیساید شد.

طراحی نهایی برادران پیلکینگتون از ورودی حمام قلع

در نهایت تیم پیلکینگتون با پذیرفتن بروز عیب به دلیل انحلال و خوردگی نسوز، در طراحی آجر لیپ و نحوه‌ی ریختن آن اصلاحاتی ایجاد کردند که باعث می‌شد آن قسمتی از مذاب شیشه که در تماس با آجر لیب بوده‌اند به عقب رانده شده و در نهایت به گوشه‌های مذاب شیشه برود، به این ترتیب مذابی که در وسط بود کاملا بدون عیب باقی می‌ماند و گوشه‌ی مذاب شیشه که دارای عیب بیشتر بود در قسمت‌های برش‌زنی از شیشه حذف می‌شد.

این اصلاحات تقریبا تا سال 1959 طول کشید و در این سال این مشکلات حل شده و شیشه‌ای با قابلیت عرضه به بازار تولید شد.

روش شرکت P.P.G

شرکت P.P.G یا شیشه پلیت پیتزبورگ در سال 1974 روش دیگری را برای ورود مذاب به حمام قلع ابداع کرد. در این روش مذاب شیشه از روی مجموعه‌ی کوتاهی از آجر‌های نسوز می‌گذرد و با عرض و ضخامتی نسبتا ثابت وارد حمام قلع می‌شود؛ این در حالی است که در روش برادران پیلکینگتون مذاب ابتدا از آجر لیپ با یک عرض کم به روی قلع ریخته و سپس به شکل یک پیازچه با عرضی بیشتر از عرض شیشه در می‌آید که در نهایت توسط ابزاری به نام تاپرول به عرض ثابتی می‌رسد.

تفاوت این دو روش را با مقایسه‌ی دو تصویر زیر می‌توانید درک کنید.

در کل در روش P.P.G به دلیل عریض‌بودن توزیع و ریزش مذاب، نوسانات دما کمتر و سرعت جلورفتن شیشه متعادل‌تر خواهد بود، اما هردو روش شرایط مناسبی برای تولید شیشه فراهم کرده و هر دوی آن‌ها هم‌اکنون در پلنت‌های مختلف در سرتاسر دنیا مورد استفاد قرار می‌گیرند.

برای آشنایی بیشتر با کارکرد‌ها و فرآیند‌های انجام‌گرفته در حمام قلع بر روی این لینک کلیک کنید.