صنایع گوناگون تولید شیشه، عملیات‌های عمده برای تولید شیشه و چالش‌های تکنولوژی در آینده

شیشه‌های گوناگون فرایند‌های تولید گوناگونی نیز دارند، البته معمولا همه دارای مراحل مشترک زیر هستند.

تهيه بچ (Batching)

ذوب (melting)

تصفيه و پالايش (refining)

شکل‌دهی (forming)

عمليات تهيه‌ی آمیز، ذوب و تصفیه در همه‌ی روش‌های توليد شيشه با اندکی تفاوت در نوع کوره، تقریبا يکسان است. پس در ادامه به به بررسی جداگانه‌ی این مراحل شيشه‌ساز‌ی می‌پردازيم:

1. تهيه‌ی بچ (Batching)

انتخاب مواد خام با توجه به ترکيب شيميايي، يکنواختي و اندازه ي ذرات انجام مي شود. مواد افزودني آلي و فلزي و سراميکي از بين مراحل حمل ونقل، انبار کردن، مخلوط کردن و دانه بندي عبور مي کند. اين مراحل شبيه مراحلي است که شيشه هاي بازيافتي عبور مي کنند. به علت اثرات مواد افزودني و با توجه به کيفيت محصول توليد شده، مقدار شيشه ي بازيافتي تغيير مي کند.

صنعت توليد شيشه هاي فلوت 39درصد از شيشه هاي شکسته ي خود را باز يافت مي کند. مواد ناخالصي سراميکي واکنش کمي با مذاب شيشه دارند و ذوب نمي شوند بنابراين به صورت سنگ ريزه هايي در محصول نهايي ديده مي شوند. ناخالصي هاي فلزي و آلي باعث بوجود آمدن ناپايداري در طي پروسه ي شيشه سازي مي شوند(از طريق واکنش هاي اکسايش -کاهش). که اين مواد موجب کاهش کيفيت شيشه مي شوند. مواد آلي موجود در بچ، منبعي مناسب جهت افزايش گازهاي خروجي هستند و موجب افزايش ارزش تميزکنندگي گازهاي خروجي مي شوند (اين مواد موجب افزايش گازهاي خروجي مي گردد و خروج گاز را از مذاب آسانتر مي کنند).

پروسه های نقل و انتقال، مخلوط کردن و دانه بندی موجب ساييده شدن وسايل و ادوات مورد استفاده می‌شوند بنابراين معمولاً ابزارآلات اين بخش دارای سطوح پوشش داده شده با سراميک هستند؛ و يا خطوط انتقال بوسيله‌ی سراميک‌هایی مانند آلومينا، سيلسيم کاربيد و يا تنگستن کاربيد ساخته می‌شوند.

درحالي که به طورعمومي اثر قيمت و عملکرد مناسب و کافی برای انتخاب مواد در اين مکان ها بسيار مهم است ولی به دليل ريسک امکان آلودگی مذاب شيشه، استفاده از مواد ارزان قيمت‌تر ريسک بزرگی به حساب می‌آيد.

2. ذوب (melting):

کوره‌ها را می‌توان به دو گروه، کوره‌های گرم‌شونده با الکتريسته و کوره‌های گرم‌شونده با سوخت تقسيم کرد، که معمولاً گرمايش الکتريکي مذاب با آتش حاصل از سوختن مواد نفتي توأم است. اين عمل موجب بهبود يکنواختي گرما‌دهی، مهيا نمودن افزايش متناوب در ظرفيت ذوب با کم‌ترين هزينه، افزايش بازده مذاب، کاهش مصرف انرژي و دماي پايين‌تر (در بالاي نقطه ي ذوب) برای کاهش خروج انرژی می‌گردد.

3. تصفیه (refining):

مرحله ي اصلاح شيشه در تانک اتفاق مي افتد و موجب يکسان شدن دماي مذاب مي گردد. کوره ي مقدماتي معمولاً با گاز طبيعي کار مي کند. همچنين ازتقويت کننده هاي الکتريکي نيز براي افزايش بازده و بهبود يکساني دما، مي توان بهره برد. مبدلهاي گرمايي سرد شده با آب (water-cooled metal heat exchangers) براي کمک به ايجاد دماي يکنواخت مورد استفاده قرار مي گيرند. همچنين ممکن است از سراميک هاي پيشرفته نيز استفاده شود. تغييرات دمايي در کوره ي مقدماتي بسيار حياتي است و موجب ايجاد مشکلاتي شبيه به آنهايي که در مرحله ي ذوب با آنها روبرو بوديم، مي شود. پيستون ها(plungers) و نازل‌های (nozzles) مورد استفاده براي حرکت دادن و پخش کردن مذاب شيشه از سراميک هاي نسوز و يا موليبدن ساخته شده اند. ولي اين اجزا به علت رويا رويي و مواجهه با سايش بالا و ايروژن (erosion )نوعي خوردگي است که به واسطه ي حرکت سيال بر روي يک سطح اتفاق مي افتد). برای شيشه‌های با دماي ذوب پايين تر 600 استفاده شده است که در اين مورد نيز شبيه به مورد بالا خوردگي شديد گزارش شده است. در دماهاي بالاتر خنک سازي با آب نيز مي تواند براي کاهش دماي اجزا مورد استفاده قرار گيرد. تعداد زيادي از مواد مناسب (مواد سراميکي پيشرفته) مورد استفاده در مراحل پالايش و ذوب شيشه وجود دارد که بسياري از اين مواد مناسب، براي ساخت کوره‌های سوخت -اکسيژن fired oxy-fuel استفاده مي شوند. سيکل هاي متناوب احتراق نيز بهبود يافته که گفته می‌شود مواد سراميکي پيشرفته توانايي مقاومت در برابر اين سيکل‌های احتراقي را دارند.

4. شکل‌دهی (forming):

با توجه به اينکه محصول نهايي، چه نوع محصولي باشد نوع و نحوه‌ی فرم‌دهی نيز متفاوت خواهد بود. روش‌های شکل‌دهی انواع مختلف شيشه از جمله شيشه‌های فلوت، ظروف شيشه‌ای، الياف شيشه و شيشه‌های ويژه معمولاً بسيار متفاوت هستند.