صنايع شيشه سازي

[zeinab68]

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
صنايع توليد شيشه يکي از پايه هاي اصلي اقتصاد آمريکا مي باشد. اين صنعت بيش از 150/000شغل تخصصي ايجاد نموده است؛ که بيش از 21 ميليون تن محصولات مصرفي با ارزش تخميني 22 ميليارد دلار در سال توليد مي کند.
توليد شيشه نياز به انرژي زياد دارد که 12 درصد ازکل قيمت فروش را شامل مي شود. از لحاظ تئوري براي ذوب کردن يک تن شيشه 2/2 ميليون Btu (واحد بريتانيايي براي گرما) انرژي لازم است؛ در حقيقت مقدار انرژي مورد نياز به خاطر پايين بودن بازده و اتلاف انرژي به ميزان دو برابر افزايش مي يابد. صنايع شيشه شامل 4 بخش عمده مي شود:

1) ظروف شيشه اي (container glass)

اين گروه شامل بطري ها(Bottles) ، شيشه هاي دهنه گشاد(Jars) و... مي شود.

2) شيشه هاي فلوت(flat glass)

اين گروه شامل شيشه هاي پنجره، آينه ها و شيشه هاي اتومبيل و... مي شود.

3) الياف شيشه (fibre galss)

اين گروه الياف شيشه اي اند که به صورت عايق هاي ساختماني و الياف بافته شده توليد مي شوند.

4) شيشه هاي ويژه (specialty glass)

اين گروه شامل وسايل آشپزخانه (cook ware)، تابلوهاي نمايشگر سطح (displays flat panel)، حباب لامپ ها(light bulbs)، الياف نوري(fiber optics)، وسايل پزشکي(medical equipment) و... مي باشد.
شيشه هاي فلوت 17%توليد شيشه ي ايالات متحده آمريکا از لحاظ وزن را شامل مي شود. همچنين ظروف شيشه اي 60درصد، الياف شيشه و9 درصد و شيشه هاي ويژه 4 درصد از توليدات شيشه اي ايالات متحده را شامل مي شوند.
درحالي که صنايع ظروف شيشه اي، الياف و شيشه هاي فلوت که سهم بسيار بالايي در فروش دارند بر پايه ي شيشه هاي سودالايم(soda-lime glass) پايه گذاري شده اند؛ صنعت شيشه هاي ويژه بر روي شيشه هاي مقاوم در دماهاي بالاتر تمرکز دارد و بيش از 60/000نوع محصول مختلف توليد مي کند. مثالهايي از توليدات شيشه اي که بوسيله ي صنعت شيشه سازي توليد مي شوند در شکل 1 ديده مي شوند. حالت مطلوبي از صنعت شيشه درطول 20 سال فرمول بندي شده است؛ که اين با مشارکت DOE (دپارتمان انرژي آمريکا) انجام شده است.

و چالشهاي تکنولوژي در آينده و فرصت هاي تحقيقاتي با مقايسه ديد آينده و حالت کنوني صنعت شيشه تعريف شده است. چالشهاي تکنولوژي به طور عمومي به چهار دسته تقسيم بندي مي شوند:
1)پيشرفت ها در زمينه ي ذوب و پالايش و در زمينه ي ساخت (شکل دهي)
2)پيشرفت تکنولوژي، تکنيک هاي ساخت شيشه، کنترل پروژه ها (Processing controls) و شبيه سازي مدل براي پروسه هاي جديد با کامپيوتر
3)بهبود سيستم هاي کنترل خروج، روشهاي بازيافت و مديريت مواد جامد باطله و...
4)توسعه ي توليدات ابداعي براي استفاده هاي جديد از شيشه
بخش هاي بالا پروسه هاي توليد شيشه هاي کنوني و چگونگي رسيدن به ديد صنعتي در زمينه ي شيشه از مواد پايه سراميکي را تعريف مي کند.
موادي که معمولاً در وسايل تهيه شده بوسيله ي شيشه استفاده مي شود شامل: فيوزد سيليکا (fusedsilica)، گرانيت، فلزات گران بها، آلياژهاي آهني سرد شده در آب مي باشند. مواد سراميکي ابتدا به عنوان مواد نسوز(refractories) و اکنون نيز به صورت هرچه بيشتر و در زمينه ي پوشش هاي مقاوم به سايش کاربرد دارد. همچنين مواد سراميکي پيشرفته به ندرت در اين صنعت استفاده مي شود که علت آن قيمت بالاي اين مواد است. بعلاوه به خاطر نبود مواد مقاوم در محيط هاي بادماي بالا جهت فرآيندهاي شيشه سازي، فلاکس ها به مواد شيشه اي اضافه مي شوند تا بتوان با کاهش دماي فرآيند شيشه سازي، اجازه ي استفاده از مواد مرسوم را داشته باشيم.
بحث ما بر طبق 4 عمليات عمده در توليد شيشه متمرکز شده است که به شرح زير مي باشند:
1)مرحله ي تهيه مخلوط(Batching)
2)مرحله ي ذوب (melting)
3)مرحله تصفيه و پالايش (refining)
4)مرحله شکل دهي (forming)
همچنين در بخش هاي بعدي اين مقاله در مورد 4 بخش از صنعت شيشه سازي صحبت کرده و در بخش آخر اين مقاله در مورد مشعل ها و وسايل توليد حرارت درکوره هاي توليد مذاب شيشه صحبت مي کنيم.
عمليات تهيه ي مخلوط، ذوب و پالايش در همه ي روش هاي توليد شيشه با اندک تفاوت در نوع کوره يکسان است. پس به بررسي جداگانه ي 4 مرحله ي شيشه سازي مي پردازيم:

 

[zeinab68]

1) مرحله ي تهيه ي مخلوط (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 هاي نقل و انتقال، مخلوط کردن و دانه بندي موجب ساييده شدن وسايل وادوات مورد استفاده مي شوند بنابراين معمولاً ابزار آلات اين بخش داراي سطوح پوشش داده شده با سراميک هستند؛ و يا خطوط انتقال بوسيله ي سراميک هايي مانند آلومينا، سيلسيم کاربيد و يا تنگستن کاربيد ساخته مي شوند.
درحالي که به طورعمومي اثر قيمت و عملکرد مناسب و کافي براي انتخاب مواد در اين مکان ها بسيار مهم است ولي به دليل ريسک امکان آلودگي مذاب شيشه، استفاده از مواد ارزان قيمت تر ريسک بزرگي به حساب مي آيد.

2) مرحله ذوب(melting):

تقريباً 600 کوره ي ذوب شيشه در آمريکاي شمالي وجود دارد. توزيع نوع اين کوره ها به شرح زير است.
210کوره در زمينه صنعت بطري هاي سازي، 110 کوره مربوط به الياف شيشه، 45 کوره در صنعت شيشه ي فلوت و 235کوره مربوط به شيشه هاي ويژه است. عمر يک کوره مذاب شيشه با توجه به نحوه ي ساخت آن متفاوت است اما براي کوره هاي اين صنعت عمر 7 تا 8 سال غير معمولي نيست. البته هزينه ي بازسازي يک کوره به آساني از يک ميليون دلار تجاوز مي کند و همين امر نشاندهنده ي اهميت نحوه ي بازسازي کوره هاي شيشه سازي است. کوره ها را مي توان به دو گروه، کوره هاي گرم شونده با الکتريسته و کوره هاي گرم شونده با سوخت تقسيم کرد، که معمولاً گرمايش الکتريکي مذاب با آتش حاصل از سوختن مواد نفتي توأم است. اين عمل موجب بهبود يکنواختي گرما دهي، مهيا نمودن افزايش متناوب در ظرفيت ذوب با کم ترين هزينه، افزايش بازده مذاب، کاهش مصرف انرژي و دماي پايين تر (در بالاي نقطه ي ذوب) براي کاهش خروج انرژي مي گردد.

3) مرحله پالايش(refining):

مرحله ي اصلاح شيشه در کوره ي مقدماتي 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 نازل هاي (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). براي شيشه هاي با دماي ذوب پايين تر Inconel600 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 کوره هاي سوخت -اکسيژن fired oxy-fuel استفاده مي شوند. سيکل هاي متناوب احتراق نيز بهبود يافته که گفته مي شود مواد سراميکي پيشرفته توانايي مقاومت در برابر اين سيکل هاي احتراقي را دارند.

4)شکل دهي(forming):

با توجه به اينکه محصول نهايي، چه نوع محصولي باشد نوع و نحوه ي فرم دهي نيز متفاوت است.
روش هاي شکل دهي انواع مختلف شيشه از جمله شيشه هاي فلوت، ظروف شيشه اي، الياف شيشه و شيشه هاي ويژه معمولاً بسيار متفاوت اند. در قسمت هاي بعدي اين مقاله در مورد هر يک از اين زمينه هاي توليد شيشه صحبت کرده و درقسمت پاياني نيز در مورد مشعل ها و سيستم هاي گرمايشي مورد استفاده دراين صنعت صحبت مي کنيم. ديدگاه اين مقاله بيشتر بررسي موقعيت هاي کاربردي در زمينه ي مواد ساختاري مورد استفاده در صنعت توليد شيشه است.

 

[zeinab68]

شيشه هاي فلوت (flat)

صنايع شيشه ي فلوت ايالات متحده آمريکا شامل 6 توليد کننده ي عمده است؛ که با 28 کوره در 16 ايالت کار مي کنند در اين کارخانه ها، که 12/000 نيروي کار ماهر را به کار گرفته اند سالانه 2/9 ميليون تن شيشه توليد مي شود که اين مقدار توليد، فروشي برابر 2/1 ميليارد دلار را به خود اختصاص مي دهد. کارخانه هاي توليدي در اين بخش عمدتاً در کنار منابع ارزان قيمت انرژي قرار دارند. در سال 1991، اين صنعت 55/2 تريليون Btu انرژي مصرف کرده است که اين مقدار انرژي در درجه اول از گاز طبيعي و در درجه ي دوم از برق بدست آمده است. به دليل فشارهاي رقابتي حاصله از کشورهاي درحال توسعه، افزايش بازده توليد و راندمان انرژي به طور مداوم و مصرانه مورد توجه قرار گرفته است.
در طي 25 سال گذشته راندمان انرژي به بيش از 50% ارتقاء داده شده است؛ که اين صرفه جويي در انرژي به خاطراستفاده از مواد نسوز بهبود يافته ميسر گشته است. يک کارخانه ي توليد شيشه فلوت هزينه اي برابر 100ميليون دلار براي ساخت لازم دارد عمر مفيدي برابر 12 سال دارد.
يک کارخانه ي توليد شيشه هاي فلوت نمونه وار شامل يک سري عمليات هاي بالادستي (upstream operations) است که شامل عمليات هاي، تهيه ي مواد اوليه (Batching)، پالايش(refining)، شکل دهي (forming) و اينلينگ(annealing) است. همچنين يک سري عمليات پايين دستي شامل حرارت دهي ثانويه(reheating)، شکل دهي ثانويه(reforming)، پوشش دهي (coating)،تنپر کردن(tempering) و لايه نشاني.
عمليات هاي پايين دستي را مي توان در کارخانه ي مبدأ و يا در جاهاي ديگر انجام داد. عمليات هاي بالا دستي در همه ي کارخانه هاي توليدي يکسان است. که علت آن اين است که همه ي آنها از پروسه ي مسطح سازي براي شکل دهي شيشه ي سيليسي سودالايم به صورت ورقه هاي نازک استفاده مي کنند. برخلاف کوره هاي مورد استفاده در ساخت انواع ديگر شيشه ها، کوره هاي مورد استفاده در صنعت شيشه هاي فلوت عمدتاً بسيار بزرگ هستند. قسمت پالايش دهنده شيشه در کوره هاي توليد شيشه ي فلوت نيز به تناسب بزرگ است؛ که علت آن احتياج به زدودن عوامل مخرب ناشي از جوشش گازها و ديگرعوامل ناخالصي است. اين عوامل ناخالصي و يا گاز موجب کاهش شفافيت نوري شيشه ي توليدي مي شوند.
دو نوع روش براي شکل دهي شيشه ي فلوت استفاده مي شود که يکي از آنها به وسيله ي برادران (PB) pikington وديگري بوسيله صنايع PPG ابداع شد.
تفاوت هاي عمده بين اين دو روش نحوه خروج شيشه از کوره است. اجزاي اصلي روش PPG در شکل 1 نشان داده شده است.

يک کوره ي نمونه وار فلوت – زون (furnace float Zone ) ، 49متر طول و 9متر عرض دارد و مي تواند909 تن شيشه را در خود جاي دهد. در روش PPG، شيشه ي پالايش يافته به طور پيوسته و به صورت يک نوار با پهناي ثابت از روي يک حمام قلع مذاب عبور کرده و با عبور از يک بخش که شامل غلطک هاي فولادي آسترشده با مواد نسوز است، در هواخنک مي شود.
در روش PB، شيشه ي مذاب وارد يک ناحيه بسيار باريک مي شود و سپس به سمت يک حمام قلع مذاب حرکت مي کند و قبل از رسيدن به پهناي مناسب، يک مسير پيچيده را طي مي کند. در هر دو روش، شيشه با دماي 1040درجه سانتي گراد وارد مي شود و با دماي 600درجه سانتي گراد خارج مي شود. حمام قلع در يک دماي معين (815درجه سانتيگراد) نگه داشته مي شود و اين درحالي است که مسير فولادي دماي شيشه را به 100درجه سانتي گراد مي رساند. يک محيط شامل گاز نيتروژن 5-8 درصد گاز هيدروژن براي جلوگيري از اکسيد شدن قلع استفاده مي شود. مواد ديگري که توانايي جايگزيني با فولاد آسترشده با مواد نسوز و حمام قلع مذاب (براي مثال تنگستن و گرافيت) مورد بررسي قرار گرفته است؛ که البته اين مواد گران قيمت هستند و داراي مشکلاتي ناشي از سختي بسيار آنها (مثلاً در فرآيند شکل دهي آنها) هستند. يکي ديگر از مشکلات و عيوب هاي اين مواد مقاومت به اکسيداسيون ضعيف آنهاست. براي انتخاب مواد براي وسايلي که با قلع ارتباط دارند گزينه هاي بسيار کمي داريم که علت آن طبيعت بسيار خورنده ي قلع است.
جريان شيشه از کوره ي زون -فلوت و در بخش انتهايي پالايش دهنده بوسيله ي يک خروجي که tweel ناميده مي شود به طورمنظم خارج مي شود. جنس tweel از فيوزد سيليکا (fused silica)است. tweel، شيشه ي مذاب خروجي از کوره ي ذوب شيشه را شکل دهي مي کند که بدين وسيله کمک به کنترل اندازه ي ضخامت نهايي محصول توليدي مي شود. ضخامت پاياني شيشه ي توليدي همچنين به عواملي چون:ويسکوزيته ي شيشه، کشش سطحي و از همه مهمتر، نيروهاي انقباضي وارده به لبه هاي نوار شيشه اي (اين نيروها بوسيله ي سيستم کشش وارد مي شود) بستگي دارد. شيشه هاي نازک تر را مي توان با جريان دادن شيشه و ايجاد موانعي گرافيتي تهيه کرد در حقيقت اين موانع گرافيتي که به صورت خشک کار مي کنند به لبه هاي شيشه اعمال نيرو مي کنند. به علت کوتاهي عمر tweel که تنها 2 ماه مي باشد، مواد ديگري نيز که عمر مفيد بيشتري دارند مورد توجه قرار گرفته است. يک نکته ي مهم در مورد مواد استفاده شده در ساخت tweel اين است که جنس مواد مورد استفاده شده بايد با جنس شيشه سازگار باشند همچنين بايد مقاومت به شک بالا و قابليت تحمل نيرو در دماي ذوب شيشه را داشته باشند.
جايگزيني مواد نيازمند به سيستم خنک سازي با مواد بدون نياز به اين سيستم، به خاطر هزينه ي بالاي نگهداري و خوردگي شديدتر اين قطعات مورد توجه و پژوهش قرار گرفته است. از اين رو استفاده از آلياژهاي فلزي (مثلاً فولادها) مورد توجه قرار گرفته که به علت وجود نيکل در شيشه هاي بازيافتي و تبديل شدن آن به سولفيد نيکل در هنگام قرار گرفتن در دماي بالا، اين کار نيز مطلوب نمي باشد.
معمولاً براي کاهش خوردگي در کارخانه هاي شيشه سازي، آب مورد استفاده براي خنک سازي اجزا تصفيه شده و برخي از يون هاي مضر بوجود آمده در آب دفع مي شود.
دماي شيشه و قلع مذاب بوسيله ي هزاران بخش سيلسيم کاربيدي تعبير شده در طول کوره تنظيم مي شود. و همين طور که شيشه به سمت پايين حمام قلع حرکت مي کند، سرد شده و ويسکوزيته اش افزايش مي يابد، بنابراين مي توان بوسيله ي غلتک هايي شيشه ي سرد شده را از حمام حرکت داد. غلتک هاي جابجا کننده ي شيشه در کره آنيلينگ، که در امتداد کوره ي ذوب قرار گرفته، به گونه اي طراحي شده اند که موجب دفورمگي حاصل از وزن خود شيشه در حال سرد شدن، نشوند. اين غلتک ها تقريباً 30 سانتيمتر قطره و 4/3متر طول دارند که از فلزات سرد شده در آب يا پوشش هاي آزبستي (پنبه ي نسوز) ساخته شده اند.
يکي ديگر از وسايل مورد استفاده در پروسه ي شيشه سازي و بررسي آن، آذرسنج هاي نوري هستند اين وسايل براي اندازه گيري دماي سطح شيشه و حمام قلع مورد استفاده قرار مي گيرند. همچنين ترموکويل هاي غلاف دارمورداستفاده در اندازه گيري دماي زير سطح حمام قلع نيز يکي ديگر از اين وسايل است.
وسايل سرد کننده تعبيه شده در سقف کوره ي آينلينگ يکي از منابع عمده ي ايجاد کننده ي عيوب شيشه هستند. بخارات سولفيد بر روي اين وسايل سرد کننده چگالش مي يابد و موجب افتادن اين بخارات چگالش يافته بر سطح شيشه مي شود.
البته از منابع ديگر ايجاد عيوب در شيشه سطح ناصاف غلتک هاي آسيب ديده نيز مي تواند باشد. که اين مشکل نيز قابل حل است.
ورقه ي شيشه اي خارج شده از کوره زون -فلوت وارد کوره ي آنيلينگ مي شود. اين کوره هاي آنيلينگ عموماً lehr ناميده مي شوند. کوره ي lehrموجب از بين رفتن تنش هاي ناشي از شيب گرمايي مي شوند که اين شيب گرمايي ناشي از عملياتي است که در پروسه ي شکل دهي اتفاق افتاده است.
کوره ي lehr در دماي 200درجه سانتي گراد کار مي کند. اين کوره با احتراق گاز و يا الکتريسته گرم مي شود. اتمسفر يک کوره ي lehrالکتريکي، هوا و اتمسفر يک کوره ي lehr گازي، عموماً گازهاي ناشي از پروسه ي احتراق است.
شيشه ي توليدي از ميان کوره ي lehr و بر روي يک سري غلتک از جنس فولاد سرد شده با آب، فيوزد سيليکا و يا ماده اي با پوشش آزبست عبور مي کند که اين غلتک ها 5 سانتي متر قطر و 2/5متر طول دارند. (همان گونه که در شکل 2 نشان داده شده است.)

 

[zeinab68]

مشکلاتي که در طي حرکت صفحه ي شيشه اي در کوره lehr اتفاق مي افتد شامل:
1)آسيب رسيدن به سطح غلتک ها
2)ايجاد خط و علامات ناشي از غلتک ها برروي سطح شيشه
3)خم شدن شيشه در بين فاصله ي دو غلتک بر اثر نيروي وزن شيشه
4)موج دار شدن غلتک ها
5)تغيير فاز بر اثر گرما در غلتک ها
اندازه و سرعت يکسان غلتک ها، عوامل مهمي در جهت جلوگيري از خط دار شدن سطح شيشه است. مشعل هاي تشعشعي در بسياري از کوره هاي lehr استفاده مي شود و به عنوان يک وسيله ي مناسب و حفاظتي در برابر خط هاي ناشي از عوامل مختلف است. بمحض سرد شدن شيشه و رسيدن دماي شيشه به دماي محيط، شيشه بريده شده و براي پروسه هاي پايين دستي بسته بندي مي شوند.
عمليات هاي پايين دستي مي تواند از تعدادي مرحله شامل: حرارت دهي دوباره (reheating)، شکل دهي دوباره(reforming)، تنپرکردن(tempering) و پوشش دهي تشکيل شده باشند. مراحل حرارت دهي دوباره و تنپرينگ در کوره اي شبيه به کوره ي lehr اتفاق مي افتد و تنها، دماي کوره متفاوت است. حجم زيادي از هواي گرم شده در کوره ي lehr و براي کاهش شيب گرمايي استفاده مي شود. فن هاي مورداستفاده از فولاد دما بالا ساخته شده اند که اين فن ها همراه درايورهاي سرد شده در آب تشکيل شده اند. اعوجاج حاصل از دماي کاربرد بالا موجب کاهش طول عمر اين قطعات مي شود.
پس ازاينکه شيشه دوباره گرم شود، قابليت شکل دهي دوباره و خم کردن آن در قالب هاي فيوزد سيليکايي وجود دارد.
به خاطر خواص ساختاري ضعيف و ظريف، قالب ها به آساني آسيب مي بينند. در حالي که قالب ها قابل تعميرند ولي به خاطر صرفه جويي در وقت و هزينه اين کار انجام نمي شود. پوشش هاي رهاسازي يا موانع سراميکي يا ورقه هاي نازک فلزي براي جلوگيري از چسبيدن قالب به شيشه مورد استفاده قرار مي گيرند. به دليل اينکه شيشه ي قالب گيري شده بايد يک دوره ي زماني را بدون حرکت قرار گيرد و توان جداسازي سريع قالب از شيشه وجود ندارد، نياز به قالب هاي زيادي در اين پروسه است که بسيار پر هزينه مي باشد.

 

[zeinab68]

شيشه ي مخصوص ظروف ( Container glass) :

صنعت شيشه ي مخصوص ظروف که شامل 64 کارخانه در 25 ايالت آمريکاست ، با اشتغال 30000 کارگر ماهر ، توليد کننده ي 1203 ميليون تن شيشه در سال است . اين صنعت سالانه 5 ميليارد دلار فروش دارد .
کارخانه هاي مرتبط با اين صنعت به طور عمده در نزديک مراکز فروش کالا قرار دارند . در سال 1992 ، اين صنعت 119 تريليون Btu انرژي مصرف کرده است که 79 درصد از اين انرژي به وسيله ي گاز طبيعي تامين شده است .
فشارهاي رقابتي حاصله از سليقه ي مشتري ها و بازار به سمت استفاده از مواد سبک تر (مانند آلومينيوم و پلاستيک ) براي ظروف است . همچنين عواملي مانند قيمت بالاي توزيع و پخش محصولات شيشه اي به خاطر وزن بالاي شيشه ، ارزان بودن قيمت کارگر در کشورهاي در حال توسعه ، بر روي اين صنعت تاثير مي گذارد . قيمت توزيع و پخش ظروف شيشه اي با توسعه ي شيشه هاي با استقامت کششي بالاتر و بهبود روش هاي توليد ، کاهش مي يابد . اين بهبود روش هاي توليد و افزايش مقاومت کششي شيشه موجب توليد شيشه هاي با جداره ي نازک تر مي شود . افزايش توليد و بهره وري بيشتر از انرژي باعث ايجاد توان رقابتي بالا در برابر کشورهاي در حال توسعه است .
براي ساخت يک کارخانه ي توليد شيشه هاي مخصوص ظروف هزينه اي برابر 70 ميليون دلار نياز است . که آخرين کارخانه ي توليد اين محصولات در سال 1981 ساخته شد . به دليل به کمال رسيدن روش هاي توليد ، روشهاي توليد در همه ي کارخانه ها يکسان است .
يک کارخانه ي توليد شيشه هاي مخصوص ظروف نمونه وار شامل عمليات هاي بالا دستي :
تهيه ي بچ اوليه ، ذوب کردن شيشه ، اصلاح و پالايش شيشه ( conditioning ) و شکل دهي است . همچنين عمليات هاي پايين دستي شامل : پوشش دهي و آنيلينگ مي شود . که البته عمليات هاي پايين دستي را مي توان در داخل کارخانه و يا بيرون از آن انجام داد . عمليات هاي مربوط به تهيه بچ اوليه ، ذوب ، اصلاح و آنيلينگ شيشه هاي توليدي شبيه به آنهايي است که در قسمت قبل گفته شد . در اينجا در مورد شکل دهي شيشه هاي ظروف صحبت مي کنيم .

 

[zeinab68]

شکل دهي شيشه هاي مخصوص ظروف :

پس از اصلاح دما و يکنواختي : شيشه مذاب به عمليات شکل دهي منتقل مي شود .
gob feeder يک قسمت کوچک از کوره ي مقدماتي است که شامل يک ميکسر ، پيستون ، خروجي و جرثقيل است که در شکل (1) نشان داده شده است . gob feeder وزن ، دما و شکل تکه هاي شيشه را کنترل مي کند . که همه ي اين فاکتورها بر روي کيفيت ظروف توليدي موثر است .سرعت شکل دهي تکه هاي شيشه را مي توان تا 300 تکه بر دقيقه افزايش داد . مواد ساختاري مورد استفاده براي gob feeder شامل : فلزات سرد شده در آب (پره هاي برش دهنده ) ، فلزات گران بها ( هم وزن ) ، مواد نسوز ( پيستون ) مي شود که در طي پروسه دماي تکه هاي شيشه به 1100 درجه سانتيگراد مي رسد . تکه هاي شيشه سپس وارد عمليات شکل دهي مي شوند . در طي پروسه ي شکل دهي گرما از شيشه گرفته شده که اين از دست دادن حرارت بر اساس روش کنترل شده اي انجام مي شود . چندين روش براي شکل دهي تکه هاي شيشه وجود دارد ؛ که انتخاب نوع روش به عواملي چون ترکيب ، شکل ظرف ، اندازه و سرعت توليد بستگي دارد . روش پرس ـ دمش معمولاً براي تهيه ي ظروف دهان گشاد استفاده مي شود . شکل (2)

در عمليات شکل دهي به روش پرس ـ دمش ، تکه هاي شيشه وارد قالب شده و ابتدا پرس مي شوند . درطي عمليات پرس کردن ، دماي پيستون به 550 درجه سانتيگراد مي رسد . به دليل اينکه مواد مورد استفاده در ساخت پيستون ، سختي مناسبي در اين دما ندارند معمولاً سطح پيستون به واسطه ي شيشه ي سرد شده خراشيده مي شوند .
قطعه ي شيشه ي پرس شده که Blank نام دارد از قالب خارج شده و دوباره گرم مي شود و در قالب ثانويه که قالب دمش نام دارد ، قرار مي گيرد و با دمش به شکل ظرف مورد نظر در مي آيد . هنگامي که شيشه ي فرم داده شده از قالب دمش خارج مي شود ، دماي آن به 78 درجه سانتيگراد کاهش مي يابد .
سرعت توليد به سرعت خروج حرارت وابسته است که مي توان سرعت توليد را به 100 ظرف در دقيقه رساند (اين سرعت توليد هنگامي اتفاق مي افتد که از قالب هاي چند برابر براي يک سيستم تغذيه ي تکه هاي شيشه بهره برده شود )عمليات شکل دهي سهم زيادي در هزينه و کيفيت ظروف شيشه اي پاياني دارد که مقدار زيادي از اين سهم مربوط به قالب هاي شکل دهي مي شود.
مواد مورد نياز براي توليد قالب هاي مناسب بايد خصوصياتي از جمله : ارزان بودن ، توانايي توليد شکل هاي پيچيده ، پيچش کم در هنگام استفاده ، توانايي ايجاد سطح پاياني مطلوب براي شيشه ، انبساط گرمايي پايين ، خواص ساختاري پايدار در دماي بالا ، ضريب انتقال گرمايي بالا و مقاومت بالا در برابر سيکل هاي گرمايي را داشته باشند . مواد قالب هاي اوليه از چدن است .سرمايش به وسيله ي فشار کم هوا براي تسريع در عمليات انتقال گرما و بهبود کنترل گرمايي انجام مي شود . به هر حال به دليل اينکه سيستم خنک سازي با هوا ايجاد سر و صدا مي کند ، سيستم سرد کردن با آب ، به عنوان يک راهکار ممکن است انتخاب شود . البته يکي از نقايص سيستم هاي خنک سازي با آب ، ايجاد نشست آب و خوردگي است .
براي کاهش زمان قالب گيري در هر سيکل ، مي توان دماي قالب را به وسيله ي هوا يا آب کاهش داد . مواد مورد استفاده براي قالب ها که انتقال حرارت بهتري دارند نيز مي تواند به عنوان يک راهکار باشد . (مثلاً آلياژهاي پايه مس ).
براي جلوگيري از چسبيدن قالب به شيشه ، ايجاد خطوط نامطلوب بر روي شيشه و يا اکسيداسيون فلز قالب ، قالب در هر سيکل به مواد روانساز آغشته مي شود . به خاطر اينکه دماي قالب به 500 درجه سانتيگراد مي رسد؛ مواد روانساز مورد استفاده در قالب ، ايجاد بخار يا دود مي کنند و در برخي موارد به طور خود به خود آتش مي گيرند . روش هاي ديگر جهت رفع اين مشکل وجود دارد که شامل استفاده از روانسازهاي جامد غير فلزي فيلم مانند و يا وارد کردن گاز استيلن به داخل قالب گرم در هر دوره ، مي شود.(وارد کردن گاز استيلن موجب شکسته شدن گاز استيلن و ايجاد يک لايه ي کربني در بخش داخلي قالب مي گردد ).
مواد ديگري که اخيراً جهت ساخت قالب ها مورد استفاده قرار مي گيرند شامل سوپر آلياژهاي پايه نيکل ، گرافيت و پوشش هاي سراميکي مي شوند . موادي که شامل آزبست (پنبه ي نسوز ) بودند نيزبراي مدتي استفاده مي شد ولي به خاطر سرطان زايي و مسائلي با گرافيت جايگزين شد . سوپر آلياژهاي پايه نيکل در جاهايي مورد استفاده قرار مي گيرد که نياز به سختي و مقاومت کششي بالاتر باشد ( مثلاً در پيستون ها ، وسايل تنظيم جريان ( baffles ) ، قيف ها ، سري هاي دمش ، صفحات زيري و قطعات مسدود کننده ( plugs ) .
مانند شيشه ي فلوت ، آلودگي ناشي از نيکل مي تواند در پروسه ي شکل دهي ايجاد مشکل کند . گرافيت ماده ي ترجيح داده شده براي استفاده است زيرا اين ماده خيس نمي شود و موجب ايجاد خط يا چسبندگي نيز نمي شود . همچنين خود گرافيت خاصيت روانسازي دارد . اين ماده در دماي بالا مقاومت کششي خود را از دست نداده و ابعاد آن نيز ثابت مي ماند گرافيت ماده اي ارزان ، با قابليت ماشين کاري آسان و از لحاظ محيط زيست نيز ماده اي خنثي است . کاربرد گرافيت شامل لايي هاي سري دمش ( blow-head inserts ) ، لايي هاي دهانه ي خروجي ( take - out - tongue ) ، ميلرهاي باربر کوره ي (lehr-loading bars)lehr ، دفلکتورهاي تکه هاي شيشه ( gob deflectors ) ، جهت دهنده هاي بالابر ( conveyor guides ) ، مي شود . نمره و گريد گرافيت مورد استفاده بر اساس کاربردش تعيين مي شود .
مثلاً گرافيت متخلخل براي کوره ي lehr مطلوب است زيرا اين نوع گرافيت از واکنشهاي گرمايي که موجب انتقال سريع گرما در انتقال ظروف جلوگيري مي کند . گرافيت هاي با دانسيته ي بالاتر براي قالب ها ، که نيازمند استحکام و سختي بيشتري هستند ، مورد استفاده قرار مي گيرد . در حالي که گرافيت به خاطر بسياري از ويژگي هايش ترجيح داده مي شود ، اشکال کليدي آن عمر کوتاه آن به خاطر مقاومت در برابر اکسيداسيون و خواص کششي نامناسب آن است . همچنين استفاده از سراميک نيزموجب افزايش عيوب شيشه مي شود . همين طور که ظروف نازک تر مي شوند ، مواد با سختي بالاتر نيزبراي سطح قالب مطلوب تر مي شوند . که علت آن اين است که مواد سخت تر در سطح قالب ها به خاطر کاهش دادن ميزان آلودگي و ايجاد سطح پاياني تميزتر و کاهش اندازه ي بحراني ، بيشتر مورد توجه اند .
مواد با سختي بالاتر موجب کاهش ميزان سايش قالب نيز مي شوند . يکي از راه کارهاي مورد استفاده براي سخت کاري سطح قالب ، استفاده از پوشش هاي سخت (مانند : کاربيد تنگستن و کاربيد تيتانيم ) است . اين مواد در سطوحي که با دماي بالا سر و کار دارند (مخصوصاً در پيستون ها ) ، مورد استفاده قرار مي گيرند . در حالي که قطعات پوشش داده شده گران ترند و ماشين کاري آنها سخت تر است؛ مقاومت به سايش و اکسيداسيون ، و حفظ ابعاد اوليه در دماي بالا ، هنگامي که اين پوشش ها بر روي چدن و يا گرافيت ايجاد شود ، بسيار خوب است .
پس از انجام عمليات قالب گيري ، ظروف توليدي به داخل کوره ي lehr (براي از بين بردن تنش هاي داخلي ) برده مي شوند . ساختار کوره ي lehr مانند همان حالتي است که در مورد شيشه هاي فلوت گفته شد ؛ تنها تفاوت اوليه ي آنها در اين است که در توليد شيشه هاي ظروف از نوار نقاله براي حرکت دادن مواد اوليه از ميان نقطه ي گرم به وسيله ي يک روش کنترل شده که نوار نقاله کاملاً در داخل کوره قرار دارد .که اين کار موجب کاهش پرت حرارتي و افزايش بازده مي شود . به جز پوشش هاي مورد استفاده در برخي از قالب ها ، هيچ گواهي از استفاده ي مواد پيشرفته ي سراميکي در فرآيند شکل دهي شيشه هاي مخصوص ظروف نيست .
فرصت هاي خاص براي استفاده از مواد جايگزين با گرافيت در مکان هاي بسيار گرم وجود دارد که اين مواد جايگزين بايد خواصي از جمله تا فنس بهتر ، سختي بالاتر ، پايداري در برابر اکسيداسيون بهتر داشته باشند .
همچنين مواد ارزان تر جهت جايگزيني با فلزات گران بهاي مورد استفاده در gob feeder و کوره ي مقدماتي مورد تحقيق قرار گرفته است .
مواد با انتقال حرارت بيشتر و سختي بالاتر در دماي بالا براي ساخت قالب ها مورد استفاده قرار گرفته که موجب افزايش طول عمر قالب ، کاهش زمان انجام يک قالب گيري (بدون نياز به سرمايش داخلي ) شده است . مواد با مقاومت گرمايي بالاتر را همچنين مي توان در ساخت قطعات ديگر ماشين قالب گيري استفاده کرد . که اين امر موجب کاهش هزينه هاي نگهداري و بهبود کيفيت مي شود .
سنسورها جديد و غلاف سنسورهايي براي اندازه گيري دماي تکه هاي شيشه مورد استفاده قرار مي گيرند . اين سنسورها همچنين يکنواختي دما ، خروج حرارت در طي فورم دهي را اندازه گيري مي کنند که در همه ي موارد ، سراميک هاي پيشرفته در مرکز حل مشکلات قرار دارند . به دليل اينکه سازگاري سراميک هاي پيشرفته با مواد مذاب شيشه اي زياد است ؛ اين مواد که عمدتاً برپايه ي اکسيدها هستند ، انتخاب خوبي هم به صورت خالص و هم به صورت کامپوزيت با مواد ديگر هستند که در دماهاي بالا فازهاي پايدار نيزدارند .براي مثال مواد ممتاز در اين زمينه شامل : آلومينا ، مولايت ، کامپوزيت هاي سيلسيم کاربيد با آلومينا هستند . کامپوزيت هاي پايه موليبدن سيليسيد نيز از جمله مواد مناسب براي بسياري از اين کاربردهاست .
سراميک هاي پايه سيلسيم يک انتخاب خوب براي کاربردهاي با دماي بالاست که در اين کاربردها بهينه سازي خواص ساختاري مدنظر است و تماسي ميان شيشه مذاب و نسوز وجود ندارد .

 

[zeinab68]

الياف شيشه و شيشه هاي ويژه

الياف شيشه ( fiber glass) :

صنعت الياف شيشه از دو بخش فروش عمده تشکيل شده است ؛ يکي مواد عايق با الياف کوتاه ( wool insulation) و ديگري الياف نساجي .
مواد عايق ، اليافي با اندازه ي کوتاه هستند که در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار مي گيرند و الياف نساجي يک سري الياف مداوم هستند که به طور کلي به عنوان يک تقويت کننده در کامپوزيت هاي زمينه پليمري مورد استفاده قرار مي گيرند . به علاوه چهار توليد کننده ي عمده ي الياف کوتاه و 6 توليد کننده ي عمده ي الياف نساجي ، 16000 کارگر ماهر را به کار گرفته اند ؛ که بر فرض مثال يک توليد کننده مي تواند 27 کوره ي ذوب شيشه را به کار بگيرد . در سال 1991 الياف شيشه 9% کل توليد شيشه را تشکيل مي دادند . و اين مقدار 21 درصد از کل فروش را تشکيل مي داد . در سال 1981 ، 71 درصد وزني از الياف شيشه اي فروخته شده به صورت الياف کوتاه مخصوص مواد عايق بود .
مصرف انرژي در صنعت الياف شيشه در سال 1991 ، 59/9 تريليون Btu بوده ، که تنها مصرف انرژي در بخش ظروف شيشه اي از اين مقدار مصرف بالاتر بوده است . بر خلاف صنايع شيشه فلوت و ظروف شيشه اي ، مقدار زيادي انرژي مصرف شده در صنعت الياف شيشه صرف توليد الياف از شيشه ي مذاب مي شود . در حالي که هر دو بخش در زمينه ي صنعت الياف شيشه سرمايه بر هستند ، صنعت اليام مداوم نساجي سرمايه برتر است زيرا اين صنعت محتاج فلزات گران بهاست . کيفيت شيشه ي مورد استفاده نيز متفاوت است ، اما محصولات الياف نساجي نيازمند مواد اوليه ي با کيفيت بيشتري اند . همچنين اين صنعت نيازمند استفاده از کنترل فرآيند بهتري هستند . کليدهاي محرک براي استفاده از تکنولوژي هاي جديد در صنعت الياف شيشه شامل کاهش قيمت ، افزايش توان عملياتي و موقعيت هاي رقابتي مي شود . فشارهاي رقابتي عمدتاً از سوي محصولات با پايه ي آلي است. روش استفاده شده براي توليد الياف شيشه را مي توان به مراحل زير تقسيم کرد :
1 ـ تهيه ي مواد اوليه ( Bat ching )
2 ـ ذوب ( Melting )
3 ـ توليد الياف ( Fiberzation )
در هر يک از اين مراحل فرصت هايي براي استفاده از سراميک هاي پيشرفته وجود دارد .

1 ـ تهيه ي مواد اوليه ( Batching ) :

مرحله تهيه ي مواد اوليه در صنعت الياف شيشه شبيه به همان هايي است که در توليد ديگر انواع شيشه مورد استفاده قرار مي گيرد ؛ با اين تفاوت که ترکيب شيشه و اندازه ي ذرات مواد اوليه متفاوت است . به دليل اينکه اندازه ي ذرات مواد اوليه مورد نياز بايد ريزتر باشد ، کنترل انتشارات ( emissions control ) و ناخالصي هاي سراميکي ، فلزي ، آلي و يا آلياژي بيشتر است و يک مسئله ي مورد توجه است .
يک جزء کليدي براي توليد الياف شيشه عنصر بور است . اين عنصر ويسکوزيته ي مذاب را کاهش داده و دوام شيشه را بهبود مي دهد ولي بور عنصري فرار است و به خاطر همين در مکان هاي نامطلوب رسوب مي کند . عنصر بور درشيشه در يک رنج 5 ـ 10 درصد وزني دارد که 50 ـ 75 درصد از قيمت کلي را به خود اختصاص مي دهد .
براي توليد الياف کوتاه مخصوص عايق کاري از درصد زيادي شيشه خورده ي بازيافتي که از شيشه هاي ظروف و شيشه هاي فلوت تشکيل شده اند ، استفاده مي شود (علت آن اين است که براي الياف کوتاه عايق ، مواد اوليه ي با کيفيت کمتر نياز است ) الياف شيشه ي بازيافتي هم اکنون به علت وجود عنصر بور در آنها مورد استفاده قرار نمي گيرند .

2 ـ ذوب ( Melting ) :

عمليات ذوب کردن شيشه در صنعت الياف شيشه شبيه عمليات ذوب کردن شيشه در ديگر صنايع توليد شيشه است . (مانند تهيه ي مواد اوليه ) . تفاوت هاي موجود بين ذوب کردن شيشه در صنعت الياف شيشه با ديگر صنايع محدود به چالش هاي عملياتي نتيجه شده از ترکيب شيميايي شيشه و اندازه کوچکتر کوره ي ذوب ، مي شود . به علت وجود درصد کمي مواد قليايي در الياف نساجي ، نياز به دماي بالاتر ذوب کردن و اندازه ي الياف بزرگتر براي رسيدن به حالت يکنواختي بدون نياز به استفاده از افزودني هاي ( فلاکس ها ) ، است .
هر دو صنعت ( هم الياف نساجي و هم الياف کوتاه مخصوص عايق بندي ) از بور استفاده مي کنند که اين بور استفاده شده مي تواند فلز آلات کوره را آلوده کند و موجب افزايش انتقالات گرمايي ذره به ذره شود .
ذوب کننده هاي شيشه شامل مولد ، جهت دهنده ي آتش و کوره ي بهبود دهنده مي شوند .
در حقيقت کوره ي بهبود دهنده ي گازي به طور عمده منبع ذوب کننده ي شيشه است .
عمر مفيد يک کوره ي 7 تا 10 سال است و بازسازي آن هزينه بر و وقت گير است . تعدادي کوره ي مبدل الکتريکي و تقويت کننده هاي الکتريکي گاز ، براي کاهش مصرف گاز ، افزايش بازده مذاب و کاهش انتشار گازهايي مانند NOx و SOx ساخته شده است .
کوره هاي الکتريکي از الکترودهايي استفاده مي کنند که اين الکترودها از کف يا بالا به مذاب وارد شده اند . البته نوع تعبيه شده در بالا با سهولت بيشتري تعمير و نگهداري مي شوند . عمر مفيد کوره هاي الکتريکي 6 ماه است . و براي ساخت مجدد يک کوره ي الکتريکي نمونه دار دو روز وقت لازم است . يک مثال از ديواره هاي فلزي سرد شده با آب و دستگاه ذوب کننده ي از کف در شکل 1 نشان داده شده است .

مذاب از بين يک گلويي مانند شناور خارج مي شود و به بخش داخلي يکنواخت کننده وارد مي شود اين بخش يکنواخت کننده به وسيله ي يک اجاق دنبال مي شود که اين کار براي توزيع شيشه به دستگاه هاي شکل دهي مختلف انجام مي شود . با تبديل اجاق به شعله اي که از احتراق سوخت با اکسيژن تغذيه مي شود بازده مصرف انرژي و گازهاي انتشار يافته بهبود مي يابند .
تعدادي از فرصت هاي استفاده از مواد سراميکي پيشرفته در داخل ذوب کننده موجود است . دماي بالاتر مذاب که به دليل ترکيب شيميايي شيشه ( وجود درصد کمتر از عناصر قليايي ) به وجود مي آيد باعث ايجاد اجبار در استفاده از نسوزهاي حاوي کروم مي گردد . اين نسوزها حاوي کروم موادي خطرناک براي محيط زيست هستند . نسوزهاي کروم دار همچنين از لحاظ الکتريکي رسانا هستند که اين امر موجب خروج جريانات گرمايي از داخل شيشه مي گردد و باعث کاهش عمر نسوز مي شوند .
با توليد احتراق و دماي بالاتر به وسيله ي شعله ي سوخت با اکسيژن ، عمر مفيد اين نسوزها نيز کاهش مي يابد . نسوزهاي ثابت کننده ي شيشه نيز براي کاهش تعميرات و نگهداري مورد توجه قرار گرفته اند .
فلزات گران بها (پلاتين و روديم ) در سر تا سر دستگاه ذوب کننده مورد استفاده قرار مي گيرد ؛ که بخش هاي دستگاه ذوب کننده شامل خروجي هاي گاز ( gas bubblers ) ، پيستون ها ( plungers ) و غلاف هاي ترموکوپل مي شود . مصرف فلزات گران بها در هر کوره مبلغ تقريبي 10 ميليون را به خود اختصاص مي دهد . پلاتين و روديم به خاطر سازگاري دماي بالايشان و پايداري در زمان برخورد با مذاب با دماي بالاتر از 1371 درجه سانتيگراد ، استفاده مي شوند . اشکالات اين مواد ( پلاتين و روديم ) شامل قيمت بالا ، استحکام خزش پايين و منابع تهيه ي نامطمئن ، مي شود .
مواد جايگزين براي پلاتين و يا روديم نيزمورد پژوهش قرار گرفته و موادي پيش بيني شده که شامل موليبدن سيليسيد دوپ شده با ژرمانيم و Inconel بوده که استفاده از آنها موفقيت آميز نبوده است . انتخاب مواد پايه سراميکي مثل ترکيب هاي داراي آلومينا يا زيرکونيا با خلوص و دانسيته ي بالا ، انجام شده است . اکسيدهاي با فاز سه گانه نيز مي توانند مورد استفاده قرار گيرند اما پايداري فازي آنها هنوز مورد توجه است . انتخاب ديگر ترکيب هاي غيراکسيداني داراي مقاومت به خزش بالاست ( مانند سيليسيم کاربيد باپوشش پلاتين يا روديم براي سازگاري با مذاب شيشه ) موليبدن نيز يک ماده ي عمده استفاده شده در ذوب کننده هاي ( melters ) الياف شيشه است که کاربردهايش شامل الکترودها و وسايل کنترل جريان شيشه مي شود . براي کاربردهاي با دماي پايين تر ( دماي کمتر از 1315 درجه سانتيگراد ) ، 1600 Incone استفاده مي شود .
در هر دو مورد بالا (موليبدن ، Inconel600 ) شکستگي نا به هنگام به خاطر خوردگي و سايش مفرط ، انجام مي شود . مواد پيشرفته ي سراميکي ساخته شده اند که مي توانند بدون سرد شدن و در زير يا روي خط مذاب کار کنند (اين مواد مقاومت به خزش بسيار خوبي در دماي بالا دارند ).موقعيت ها و فرصت هاي استفاده از سراميک هاي پيشرفته در مشعل هاي سوخت اکسيژن و غلاف سنسورها وجود دارد . اين سنسورها براي تامين سايش در نسوزها استفاده شده است .

 

[zeinab68]

3 ـ توليد الياف ( Fiberization ) :

شيشه ي مذاب پس از عبور از کوره ، وارد پروسه ي توليد الياف مي شود که اين کار يا به طور مستقيم يا بعد از پروسه ي ماربليزينگ مياني ( Intermediate Marblizing ) انجام مي شود .
ماربليزينگ معمولاً در توليد الياف نساجي و در هنگامي که پروسه ي شکل دهي در کنار ذوب کننده قرار ندارد ، مورد استفاده قرار مي گيرد .
توليد ليف با نازک کردن باريکه اي از شيشه مذاب با هوا ، بخار و يا گازهاي احتراقي ( براي الياف کوتاه عايق بندي ) يا به وسيله ي کشيدن شيشه ي مذاب از ميان بوشينک هايي با جنس فلزات گران بها ( Precious metal bushing ) انجام مي شود . براي توليد الياف کوتاه مثالي درشکل 2 مي بينيد . که در آن يک تکه رشته از شيشه ي مذاب به داخل يک سيلندر چرخنده ي سريع ، مي افتد ( سانتريفيوژ ) . اين سيلندر از آلياژهاي پايه فلزي دما بالا ساخته شده اند که داراي 12 ـ 32 سانتيمتر قطر هستند و شامل 10000 ـ 30000 کنترل کننده ي ليزري مي شود که قطر رشته ي شيشه را بين 0/1 تا 0/015 سانتيمتر کنترل مي کنند .

شرايط عملياتي شامل شرايط پايداري ( Steady state ) و دماي 2000 درجه فارنهايت در حالي که در معرض هوا قرار دارد ،
مي شود .
آلياژهاي پايه فلزي استفاده شده عمدتاً به طور اختصاصي و براي کاهش هزينه ي سرمايه گذاري بازيافت مي شوند . همچنين مواد ديگري که مقاومت به خزش بهتر ، مقاومت به خوردگي ( سولفيد شدن ) و اکسيداسيون بهتري دارند ، نيز مورد تحقيق قرار گرفته اند . همين طور که شيشه ي مذاب از ميان سيلندر شکل دهي به سمت پايين مي آيد ( از بالا به پايين ) جت هاي گازي با سرعت بالا باعث نازک شدن جريان و افزايش طول الياف مي شوند . الياف به وسيله ي بيندرهاي ( binders ) آلي اسپري شده و به حالت يک کمربند متحرک جمع مي شوند و در آنجا به آون عمل آوري برده مي شوند . درپروسه ي شکل دهي الياف پيوسته که درشکل 3 نشان داده شده است .

شيشه ماربيل شده و از ميان سوراخ هايي به داخل بوشينگ هاي از جنس آلياژ پلاتين تغذيه مي شوند . يک بوشينگ نمونه وار داراي يک برش کناري با ابعاد 25 ـ 50 سانتيمتر و 18 ـ 20 سانتيمتري است که عمقي برابر 5 سانتيمتر دارد . تقريباً 100 دستگاه شکل دهي براي هر ذوب کننده مورد استفاده قرار مي گيرد و يک کارخانه ي توليدي به صورت نمونه وار ، 4 ذوب کننده دارد . هر واحد توليدي مي تواند 400 تا 3000 فيلامنت با قطر بين 3/5 الي 20 ميکرون توليد کند . عمر بوشينگ ها تقريباً 6 ماه است . بوشينگ هاي فرسوده به علت گراني مواد اوليه ي آن بازيافت مي شود . عمر اين قطعات با سايش سوراخ يا کج شدن آنها کم مي شود . شرايط عملياتي شامل شرايط پايداري ( steady state ) (با دماي 1200 ) در هوا مي باشد . سرد کردن به وسيله ي هوا با جريان اجباري ، پيش از آهار زدن براي افزايش فرآوري مورد استفاده قرار مي گيرد .
يک پيچه ي استوانه اي شکل ، فيلامنت ها را جمع آوري مي کند و يک نيروي کششي براي کشيدن الياف اعمال مي کند . در حين اعمال اين نيروي کششي ، الياف از ميان يک وسيله ي مکانيکي عبور کرده که با آهار زدن و ايجاد تاب در چندين فيلامنت به هم نزديک شده ، ايجاد يک تکه نخ مي شود . با توجه به نوع کاربرد ، پروسه هاي اضافي بر روي تک نخ هاي به وجود آمده اعمال مي شود . موادي که عمدتاً براي هدايت فيلامنت هاي گرم مورد استفاده قرار مي گيرند ، موادي باپايه ي کربن هستند . هدايت کننده هاي سيلسيم نيتريدي و آلومينايي براي کاربردهايي که نياز به آهار زدن و تاب دادن دارند ، مورد استفاده قرار مي گيرند . ( در اين مکان ها سايش بسيار زياد است ) . يک هدايت کننده ي الياف در شکل 4 نشان داده شده است .

مواد ديگري نيز براي مکان هايي که الياف حرکت مي کنند (مکان هايي که الياف با آنها در تماس هستند )مورد جستجو قرار گرفته است که مواد سراميکي يکي از اين مواد هستند ( به خاطر خواص يکپارچه ي مواد سراميکي ) ولي بايد اين مواد را از لحاظ چقرمگي بهبود داد . راه حل هاي کم هزينه تر نيز براي بوشينگ ها و غربال هاي مورد استفاده ، جستجو شده است . در اين ميان اکسيدهاي حاوي تقويت کننده هاي پراکنده شده از ايتريا ( yttria ) نيزمورد ارزيابي قرار گرفته ، که اين ارزيابيها توان جايگزيني اين مواد با فلزات گران بها مورد ارزيابي قرار گرفته که نتايج آن اميد بخش بوده است .
استفاده از پلاتين پوشش داده شده با موليبدن نيز مطرح شده است ولي اين ماده نيز درطي آزمايش شکسته شده است .
موقعيت هاي موجود در مرحله ي تهيه ي مواد اوليه ( Batching ) شبيه آنهايي است که در بحث ظروف شيشه اي و شيشه هاي فلوت مورد بررسي قرار گرفت .

 

[zeinab68]

شيشه هاي ويژه (Specialty glass ) :

قسمت هاي فروش و تنوع فروش اين نوع شيشه بسيار گسترده تز از شيشه هاي فلوت ، ظروف شيشه اي و الياف شيشه اي است . يک تفاوت عمده اين است که توليد کنندگان اين بخش بر خلاف توليد کنندگان انواع ديگر شيشه که با شيشه هاي سود الايم کار مي کنند ، با شيشه هاي با دماي ذوب بالاتر ( آلومينو سيليکاتي و بروسيليکاتي ) کار مي کنند . در حالي که ترکيب شيشه هاي توليدي در صنعت شيشه هاي ويژه با ديگر صنايع توليدي شيشه متفاوت است ، روشهاي توليد شبيه به همان هايي است که قبلاً مورد بحث قرار گرفت .
محصولات توليدي در اين بخش بسيار گسترده هستند . که 60000 نوع مختلف از محصولات را شامل مي شوند ولي حجم اين محصولات کم است . تعداد زيادي از توليد کنندگان شيشه هاي ويژه وجود دارند که بسيار کوچکند . اين کارخانه ها توسط مالک هايشان اداره مي شوند و نيازمند نيروي انساني زيادي مي باشند .
به دليل طبيعت اين حرفه ، تکنولوژي هاي مورد استفاده در آن مکرراً توسعه يافته و همچنين به صورت اختصاصي مانده است .
شيشه هاي ويژه ترکيب هاي شيميايي متنوع دارند و داراي خواص فيزيکي و شيميايي کاملاً واضح و تعريف شده اي هستند . کوره هاي مورد استفاده در اين صنعت معمولاً طراحي خاصي دارند و اساساً به وسيله ي احتراق سوخت ـ اکسيژن گرم مي شوند .
براي افزايش بازده انرژي ، پيش گرم کردن خرده شيشه ها ( مواد اوليه ) مورد ارزيابي قرار گرفته است . ظرفيت ذوب 45 تن در مورد اين صنعت يک رقم بزرگ در نظر گرفته مي شود .
به دليل دماي ذوب بالاتر ، استفاده از نسوزها و غلاف هاي ترموکوپل معمولي يک مشکل تلقي مي شود . از اين رو خيلي اوقات از دوربين هاي مادون قرمز به جاي ترموکوپل هاي با عمر کوتاه براي کنترل دما استفاده مي شود . همچنين سيستم هاي با الياف نوري براي اين موارد توسعه يافته است . به دليل اندازه ي کوچک ، جريان هاي همرفتي به جاي استفاده از دمنده هاي گاز ، براي يکنواخت سازي شيشه مورد استفاده قرار مي گيرد .
رنج وسيعي از آلياژهاي پايه فلزي و فلزات گران بها در بخش ذوب و مرحله ي مشکل دهي استفاده مي شود ( مانند پاروهاي پلاتيني مورد استفاده در ذوب کننده ها که وظيفه ي يکنواخت سازي را بر عهده دارند ) پس از پروسه ي ذوب ، شيشه به چندين خروجي مختلف ( با توجه به محصول نهايي ) تقسيم مي شود ، قالب هاي مورد استفاده درطي فرايند شکل دهي عمدتاً از سوپر آلياژها ساخته شده اند . قالب هاي سراميکي نيزمورد استفاده قرار مي گيرند ولي معلوم شده است که باعث افزايش سنگ ريزه هاي به وجود آمده در محصول شيشه اي نهايي مي شوند .
مشعل هاي تشعشعي فلزي با سوخت گاز طبيعي وجود دارند که از آنها در طي فرآيند شکل دهي و آنيلينگ استفاده مي شود اما اين مشعل ها نياز به تعمير و نگهداري زيادي دارند .

 

[zeinab68]

گرمايش کوره هاي ذوب شيشه و مسائل مربوط به آن :

وسايل و ادوات متنوعي براي گرم کردن کوره ها وجود دارد که معمولاً انرژي اين فرآيند از گاز طبيعي ، برق و يا هر دوي آنها و ديگر انواع سوخت ها به دست مي آيد در زير به بررسي کوره هاي ذوب فلز مي پردازيم .

کوره هاي احتراقي ( Combustion Heated Furnaces ) :

کوره هاي احتراقي را مي توان مجدداً و با توجه به روش استفاده شده در آن براي بازيافت گرماي تلف شده به وسيله ي گاز خروجي و يا روش آتش گرفتن سوخت (به وسيله ي احتراق به همراه هوا يا اکسيژن )طبقه بندي کرد .بازيافت گرما بسيار مهم است زيرا تنها 10 درصد از گرماي توليدي به وسيله ي مذاب شيشه جذب مي گردد و 67 درصد از اين مقدار به وسيله ي گازهاي خروجي تخليه مي شود .
بازيافت گرماي تلف شده به وسيله ي گازهاي خروجي ، توسط يک مولد يا ريکلاپتور ( recuperatr ) انجام مي شود .
کوره ي مولد ( Regeneratorfurnace ) يکي از قديمي ترين و فراگيرترين وسايل براي صرفه جويي در صنعت شيشه است .
يک مثال از اين کوره هاي مولد درشکل 1 نشان داده شده است .

بچ (مواد اوليه ) از يک انتهاي کوره به داخل آن ريخته مي شوند و به سرعت شروع به ذوب شدن مي کنند . همين طور که شيشه مذاب از سمت ديگر کوره خارج مي شود ، شيشه هاي جامد جديد وارد مي شوند وپس از ذوب ، يکنواخت شده و حباب هاي هواي درون آن نيز به بيرون هدايت مي شوند . پس از گذر از نقطه ي ذوب ، شيشه ي ذوب شده وارد مکان شيشه ي مذاب از لحاظ حرارتي يکنواخت (Homogeneous ) مي شود .پس از عبور از مرحله ي پالايش ، شيشه وارد کوره ي مقدماتي مي شود .اين کوره ي مقدماتي جايي است که شيشه ي مذاب به يک يا چند ماشين شکل دهي تزريق مي شود .
مواد نسوزي که معمولاً در کوره هاي مولد شيشه مذاب استفاده مي شوند در شکل 2 آمده است . مواد AZS ( آلومينا ، زيرکونيا ، سيليکا ) ، موادي هستند که براي ديوارهاي کناري انتخاب مي شوند که درصد زيرکونياي موجود در آنها از 33 تا 41 درصد متغير است .

نسوزهاي کروم دار متنوعي معمولاً در صنعت الياف شيشه استفاده مي شوند که علت آن مقاومت به ايروژن بسيار خوب اين نوع نسوزهاست ؛ ولي به علت مشکلات زيست محيطي کروم ، اين آجرها به تدريج جايگزين پيدا کرده اند . به هر حال بدون توجه به عملکرد نسوزهاي کروم دار ، اين نسوزها ، استفاده ي وسيعي در صنايع شيشه فلوت ، ظروف شيشه اي و شيشه هاي ويژه ندارند که علت آن ، اين است که ناخالصي هاي کروم باعث به وجود آمدن رنگ نامناسب درشيشه مي شوند .
در جلوي کوره ، جايي که مواد اوليه به کوره شارژ مي شوند ، ايروژن و خسارت هاي ناشي از گرما ، مهمترين عوامل کاهش عمر کوره است . موادي که مقاومت به خوردگي خوبي دارند براي ديواره هاي کناري مورد نياز هستند . نسوزهاي روکش دار ( CLADDING REFRACTORIES ) باپلاتين يا موليبدن نيز در مورد اين قسمت ها مورد استفاده قرار گرفته اند ولي بسيار گران قيمت هستند . الکترود AZS و بلوک هاي قسمت دمنده ي آتش در روي ديوار کناري و در زير خط مذاب قرار دارند که نشان داده نشده اند . اين بلوک ها ، تقويت کننده هاي الکتريکي ، الکترودهاي گرمايي و نازل هاي آتش را نگه مي دارند . در اين مکان ها هم دما بالاست و هم تنش هاي گرمايي اتفاق مي افتد . و موجب کاهش عمر آنها مي شود .
اصلي ترين منبع مشکل ساز در بالاي مذاب شيشه (در جايي که دماي بالاتر را تجربه مي کند ) قرار دارد . در اين مکان احتراق اتفاق مي افتد .
نسوزهاي با ساختار بالا ( Superstructure refractories ) مي توانند دماي 1600 درجه سانتيگراد را در هنگامي که سوخت + هوا براي احتراق انتخاب شده ، تحمل کنند . و اين دماي قابل تحمل برايشان در هنگامي که سوخت انتخابي همراه اکسيژن ، سوزانده شود حتي بيشتر از اين مقدار نيز مي شود .
سيليکا (سيليس ) به علت ارزان بودنش و همچنين قابليت حل نشدن در مذاب در صورت جدا شدن از سقف براي سقف کوره ها در نظر گرفته شده است . البته سيليکا عملکرد مناسبي در محيط ناملايم سوختن مواد نفتي با اکسيژن را ندارد .
مولايت ( Mullite ) درپروسه هاي داراي دماي بالاتر جايگزيني مناسب براي سيليکاي سقف کوره است اما اين ماده موجب ايجاد ناخالصي در شيشه مي شود .
AZS نيز براي سقف کوره مطلوب است اما قيمت آن بسيار بيشتر است و وزن آن نيز بيشتر است . به علت ناهمگوني ميان سيليکا و نسوزهاي AZS ديواره ها ، يک لايه ي خنثي از زيرکون ( Zrsio4 ) در ميان آنها قرار داده مي شود .
مشعل هاي فولادي ضد زنگ در ديواره هاي کوره و در بالاي مذاب قرار دارند .در کوره هاي مولد عمل دميدن آتش به صورت متناوب از سمتي به سمت ديگر تغيير مي کند . و در هنگام روشن بودن مشعل هاي يک سمت ، هواي ورودي به اين مشعل ها به واسطه ي عبور از يک ساختار آجر چيني گرم مي شود و گازهاي خروجي از سمت ديگر به داخل اين ساختارهاي آجرچيني وارد مي شوند تا انرژي از بين نرود و صرف پيش گرم شدن هواي مورد نياز جهت پروسه ي احتراق شود . دهنه ي مشعل هاي که از جنس فولاد ضد زنگ هستند همچنين مي توانند به وسيله ي آب و هواي خنک شده ، سرد شوند البته هنگامي که مشعل در حال سوختن است ، دهنه ي آن به طور مداوم با مخلوط هوا و سوخت نيز خنک مي شود . در هنگامي که خاموش بودن مشعل هاي يک طرف از کوره (در هنگامي که مشعل هاي سمت مقابل در حال حرارت دهي هستند ) ، دهنه ي مشعل ها با هوايي که دماي تقريبي 1040 درجه سانتيگراد دارند ، خنک سازي مي شوند .
اندازه و هندسه ي نازل هاي مشعل متنوع است اما يک نوع از آنها به طور نمونه وار داراي قطر 3/17 cm 10/16cm است . دهنه هاي سراميکي با طول عمر بيشتر نيز توليد شده اند اما اين نوع دهنه براي باقي ماندن در رقابت با نوع فلزي خود بيشتر از 200 دلار نمي تواند قيمت داشته باشد ( نوع فلزي دهنه ها 150 دلار قيمت دارد ) .
کوره اي به طور نمونه شامل 20 مشعل مي شود . يک مثال از مشعل هاي گازي ( gas - fired burner ) با يک نازل مستطيلي شکل در شکل (3) آمده است .

همزن ها و دهنده ها براي بهبود يکنواختي در نقطه ذوب استفاده مي شوند . همزن ها به طور نمونه وار از فولاد زنگ نزن سرد شده در آب و پاروها از پلاتين ساخته مي شوند که در مذاب شيشه با دماي 1425 درجه ي سانتيگراد کار مي کنند . طول عمر پاروهاي مجهز به سيستم خنک سازي بيکران است .در حالي که در مورد پاروهاي پلاتيني نياز به هيچگونه خنک سازي وجود ندارد ، اين پاروها گران قيمت و کم دوام اند . عمليات دمش نيز به وسيله ي نازل هاي فولاد پرکربني سرد شده در آب ، که در کف تعبيه شده اند ، انجام مي شود . عمز نازل هاي شيشه مذاب چندين سال است ؛ به هر حال هر وقت که جايگزين کردن يک دمنده ي نو به جاي قبلي مدنظر باشد ، اين کار با سوراخ کردن ديواره ي کناري ، مسدود کردن آرام سوراخ و سوراخ کردن مجدد براي جا انداختن خروجي شيشه ي مذاب که نازل به آن متصل مي شود ، انجام مي شود .
اخيراً خروجي هاي مذاب از جنس دي سيليسيد موليبدن ( Molybdenum disilicide ) ساخته شده که طول عمرشان بيشتر است . اگر چه مواد پر کننده شيشه براي محدود کردن مدت تعميرات کافي است ، موادي براي تعميرات توليد شده ، که عمر و ماندگاري بيشتري دارند .
پروسه ي ذوب کردن با ترموکوپل هاي تعبيه شده در بالا و پايين مذاب و همچنين مشاهدات بصري از عملکرد مشعل هاي بالاي مذاب تحت نظارت قرار مي گيرد .
تقريباً 8 ترموکوپل در طول سقف کوره تعبيه شده است . يک غلاف از جنس آلومينا ، مولايت و يا آلوميناي پوشش داده شده باپلاتين براي محافظت از ترموکوپل تعبيه شده است . به هر حال شکست پس از دو ماه رخ مي دهد . يک عامل بسيار معمول در شکست اين قطعات ، شک هاي حرارتي يا زيان هاي ناشي از فشار است که موجب کاهش عمر ترموکوپل از 12 ماه به 2 ماه مي شود . البته در ترموکوپل هاي بلندتر ، خزش نيز يکي از اين عوامل است .
يک غلاف نمونه وار ، 0/063 ـ 1/27 سانتيمتر قطر و 92 ـ 30 سانتيمتر طول دارد .
پس از جا گذاري ترموکوپل به داخل غلاف ، ابتدا آن آزمايش مي شود و سپس در داخل کوره توليد نصب مي شود . البته کاوشگرهاي الياف اپتيکي ( Fibre optis probes ) نيز به منظور ثبت دما ، در جاهاي مختلف مذاب مورد استفاده قرار مي گيرد . مشاهدات بصري از عملکرد مشعل با يک دوربين انجام مي شود که داراي زواياي وسيعي است . يک نوع دوربين مخصوص کوره وجود دارد که داراي يک تيوپ فولادي داخلي است که اين تيوپ داخلي شامل مجموعه اي از لنزهاي خنک شونده با هوا است .همچنين اين دوربين داراي يک تيوپ فولادي خارجي است که به وسيله ي آب خنک مي شود . شکست پيش از موعد پوسته ي حاوي آب به علت بسته شدن بخشي از سيستم خنک کننده ، اتفاق مي افتد . شکست در سيستم خنک کننده ي اين نوع دوربين سرانجام باعث شکست کل سيستم تصوير برداري مي شود که موجب از دست رفتن کنترل دماي کوره مي شود . از اين رو احتياج به جايگزيني يک ماده ي مناسب براي ماده ي استفاده شده در اين تيوپ خارجي داريم که نياز به خنک سازي نداشته باشد . اين بخش سراميکي بايد خواص زير را داشته باشد :
1 ـ مقاومت در برابر شک حرارتي ( از دماي 1650 درجه سانتيگراد به دماي اتاق در چند ثانيه )
2 ـ استقامت کافي در هنگام بيرون آوردن آن از ديواره ي با ضخامت 30 سانتيمتر
3 ـ سازگاري با نسوزهاي ديواره ي کناري کوره
4 ـ قابليت اتصال به يک تيوپ فولادي که در دماي 427 درجه سانتيگراد کار مي کند .
5 ـ قيمت مناسب (قيمت مناسب براي يک تيوپ با قطر 6/4 سانتيمتر و طول 15/2 سانتميتر و ضخامت 1/3 سانتيمتر 400 دلار است )
علاوه بر اين مطالبي که در مورد دماي کوره گفتيم ، سنسورهايي براي اندازه گيري ضخامت ديواره ي نسوز کوره تعبيه شده است . اين سنسورها بر اساس جريان مخالف ـ صوتي ( acoustic , eddy current ) يا اندازه گيري ظرفيت الکتريکي که با زمان تغيير مي کند ، کار مي کنند . سنسورها مستقيماً در داخل نسوز و به طور محکم قرار مي گيرند و تغييرات را اندازه گيري مي کنند . يک غلاف سراميکي جهت محافظت از سنسورها از محيط نامناسب بر روي سنسور قرار مي گيرد .
ماکزيمم توليد خروجي شيشه از کوره به وسيله ي مقدار انرژي که مي توان به داخل کوره ي ذوب فرستاد محدود مي گردد . محدوديت در هنگامي مشخص مي گردد که مشعل ها در حالت ماکزيمم گرمادهي باشند . و تقويت کننده هاي الکتريکي نيز با حداکثر توان کار کنند .افزايش هاي ديگر در گرمايي که به داخل کوره ي ذوب مواد وارد مي شود به وسيله ي ظرفيت دمايي مواد مورد استفاده در ساخت کوره و تابش فزاينده اي که توليد مي شود محدود مي شود .
يکي از روش هايي که براي غلبه بر اين محدوديت ها به دست آمده است ، اين است که مخلوط شيشه خورده و مواد اوليه ( بچ اوليه ) را پيشگرم کنيم . همانگونه که در شکل 4 نشان داده شده است . گاز گرم دودکش از يک قسمت مبدل حرارتي عبور کرده در حالي که پودر بچ در جهت مخالف مسير گاز دودکش فرو مي ريزد . پيش گرم کردن مواد اوليه با استفاده از مشعل مجزا نيز مي تواند انجام شود . در هر دو حالت يک فن براي کشاندن گازهاي داغ از بين مبدل حرارتي مورد استفاده قرار مي گيرد . حالات عملياتي پيش گرم شامل دماي گاز ورودي است که دمايي بالاتر از 982 درجه سانتيگراد دارد .

همچنين در معرض قرار گرفتن به وسيله ي محصولات احتراق است که اين گاز خروجي از دودکش مقدار زيادي رطوبت و گازهاي خورنده دارند .
مبدل هاي فلزي اخيراً مورد استفاده قرار گرفته که نيازمند نگهداري و تعمير مداوم هستند .
و محدوديت دمايي نيز دارند که با استفاده از مبدل هاي سراميکي عمرشان طولاني ، وزن شان کاهش و ظرفيت گرمايي افزايش مي يابد . همچنين اين مزايا در مورد استفاده از فن هاي سراميکي نيز صادق است . يکي ديگر از مزاياي اين روش سهولت ارتقاء قطعات جديد در کوره مورد نظر است . يکي ديگر از روش هاي افزايش راندمان کوره ي شيشه ي مذاب ، ورود اکسيژن در عمل احتراق به جاي هوا است . بهبود راندمان کوره نتيجه اي از دماي بالاتر کوره و کاهش گازهاي خروجي است که به علت کاهش نيتروژن از سيستم احتراق ، انجام مي شود . اکسيژن احتراقي را مي توان يا به طور محلي به داخل مذاب و به وسيله ي يک تيوپ وارد کرد و يا با هواي مورد استفاده براي احتراق جايگزين کرد . تيوپ ورود اکسيژن از فلزات سرد شده با آب ، فلزات گران بها و اخيراً نيز از سيليسيد موليبدن ساخته شده است . در حالي که ارزانترين و ساده ترين روش انجام اين کار ، تزريق اکسيژن در مکان هاي گرم است ولي اين کار موجب آسيب ديدن ديواره هاي کوره و مشعل ها و ... مي شود . احتراق برپايه ي اکسيژن خالص با استقبال روبروست که اخيراً از 87 کوره از اين نوع که عمدتاً در بخش شيشه هاي ويژه و الياف شيشه اي است ، مورد استفاده قرار گرفته است . مزاياي اين نوع احتراق شامل پايداري شعله اي بيشتر ، توان عملياتي بيشتر ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش قيمت کوره ، کاهش گازهاي NOx ، تابش هاي ذره به ذره و افزايش بازده بدون استفاده از مولدها ، ريکلاپچرها و تقويت کننده هاي الکتريکي گران قيمت است . يک اشکال مهم در اين روش تغيير خواص گازهاي خروجي است . به عنوان مثال يک کوره ي مولد معين داراي يک خروجي گاز با دماي 315 ـ 482 و رطوبت 8 ـ 10 درصد است در حالي که کوره هاي بهبود يافته هم دما و هم رطوبت بيشتري دارند . در کوره هاي با سوخت اکسيژن گاز خروجي ، دماي 1204 ـ 1426 و رطوبت 55 ـ 67 درصد دارند .
به علت دماي بالا و وجود بخارات خورنده( مانند بخارات بور )در گازهاي خروجي از کوره ي گرم شده با سوخت + اکسيژن ، فرصت مناسبي براي استفاده از مواد سراميکي در اين کوره ها ، مهيا گشته است .

 

[zeinab68]

کوره هاي گرم شونده با الکتريسته :

حرارت دهي الکتريکي در بسياري از محصولات کم اهميت و کوره هاي ذوب الياف شيشه اي کاربرد دارد که علت آن قيمت ابتدايي کمتر و انتشار گاز کمتر است ، اگر چه قيمت برق مصرفي بسيار بالاست . اشکالات کليدي تمام کوره هاي الکتريکي ، هزينه ي انرژي مصرفي بالا و عمر کوتاه آنها است . کوره هاي الکتريکي را معمولاً هر 6 ماه يک بار بازسازي مي کنند اما به علت اندازه ي کوچک ، زمان بازسازي تنها 2 روز است . يک مثال از کوره هاي الکتريکي با مجراي خروجي در کف در شکل (5) نشان داده شده است .

الکترودهاي مورد استفاده معمولاً براي آسان بودن تعويض و نگهداري بدين نحوه (در بالاي کوره ) قرار گرفته اند که به خاطر عمر کوتاه مواد مورد استفاده در ساختار اين کوره ها ايجاد رخنه در کف و ديواره هاي کوره مطلوب نمي باشد . اجزاي تقويت کننده (دمنده ها و قطعات الکتريکي ) در بالاي طرفين مخزن کوره قرار داده شده اند . اين مکان هاي قرارگيري دسترسي به اجزاي حرارتي را براي اپراتور آسان تر مي کند . در کوره ي مثال زده در شکل (5) مذاب در ميان يک بخش مجزا قرار گرفته که اين بخش مذاب را از لحاظ دمايي تنظيم مي کند . سيلندرها و همزن ها در کاربردهاي مختلف استفاده مي شود که هدف همه ي آنها يکنواخت سازي دماي شيشه ي مذاب است ؛ همچنين اين قطعات موجب کم شدن حباب هاي گاز موجود در مذاب مي شوند . مواد مورد استفاده در ساخت کوره هاي الياف شيشه و توليدات شيشه اي کوچک شامل فلزات گران بها ( براي سيلندرها ، همزن ها و پيستون ها ) و موليبدن (براي ساخت الکترودها و بخش هاي مکانيکي کنترل سيال ) مي شود .
مواد جايگزين که داراي قيمت ارزان تر نسبت به اين مواد هستند ، نيز مورد جستجو قرار گرفته اند . که اين مواد حتي عمر مفيد بالاتري دارند . مواد جايگزين براي نگهدارنده هاي الکترودها نيز توليد شده است که نياز به سرد شدن با آب ندارند .