Τεχνολογία Υάλου (Glass Technology) Η παραγωγή υάλου ξεκινά με την ανάμειξη των αρχικών υλικών που αποτελούνται στο μεγαλύτερο μέρος τους από φυσικά ορυκτά ( άμμος ασβεστόλιθος) και σε μικρότερες ποσότητες βιομηχανικά ορυκτά (Na 2 CO 3 )σε κατάλληλες αναλογίες. batch melt glass 1. BATCH (τα αρχικά υλικά ) forming Σχεδόν όλα οι βιομηχανικοί ύαλοι είναι ύαλοι οξειδίων Υαλοσχηματιστές: SiO 2, στην μορφή άμμου (99% με λιγότερο από 0.2% προβληματικές ακαθαρσίες- Fontainebleau sands με 0.01-0.02% Fe 2 O 3 ) B 2 O 3, κυρίως σε enamels ή borosilicate glasses. Χρησιμοποιείται ως βορικό οξύ (Η 3 ΒΟ 3 ) ή 2B 2 O 3 Να 2 CO 3. (1%) Αλούμινα, Αl 2 O 3 (former) βρίσκεται στην μορφή ηφαιστειακών λίθων (αλουμινοπυριτικά). Επίσης με την μορφή άστριων. Γενικά πάντως εισάγεται ως επεξεργασμένη Al(OH) 3 από τον βωξίτη. P 2 O 5 σε ειδικού υάλους. Τροποποιητές:Τα οξείδια του Na 2 O και K 2 O που ονομάζονται και soda ash ή potash αντίστοιχα είναι τα ευτηκτικά για να κατέβει η θερμοκρασία παρασκευής αρκετές εκατοντάδες βαθμούς.(εισάγονται κυρίως στην μορφή ανθρακικών και θεικών) Το K2O είναι περισσότερο ακριβό και γενικά χρησιμοποιείται για crystal-glasses και ορισμένα χρωματισμά. Εισάγεται ως άστριοι. CaO (calcia) βλετιώνει την σταθερότητα. Εισάγεται ως κιμωλία,ασβεστόλιθος ή μάρμαρο η μαζί με MgO ως δολομίτης.-bao ως ανθρακικό ή θειικό. Άλλα συστατικά που δεν υπερβαίνουν το 1% προστίθενται για χρώμα ή να μεταβάλλουν τις συνθήκες παρασκευής. Τέτοιου είδους είναι τα As 2 O 3 και Sb 2 O 3 που διευκολύνουν το λεγόμενο fining. Επίσης ΜnO 2 ή Se για να αντισταθμίσουν το χρώμα από την ύπαρξη σιδήρου.
2. GLASS PRODUCTION (η παρασκευή του γυαλιού ) α-melt (τήξη): ανάλογα με την σύσταση η θερμοκρασία σταδιακά φτάνει τους 1300-1400 ο C. Κατά τη διάρκεια της θέρμανσης αρκετές αντιδράσεις γίνονται όπως απουδροξυλίωση, διάσπαση ανθρακικών και θειικών με τη απελευθέρωση CO 2, SO 2,SO 3, σχηματισμός πυριτικών ενώσεων με αντιδράσεις στη στερεά κατάσταση, sintering της μάζας, τήξη ορισμένων από τις πρώτες ύλες και τελικά διαλυτοποίηση των πιο πυρίμαχων συστατικών σε αρκετά χαμηλότερη θερμοκρασία από αυτήν που τήκονται. β-fining και ομοιογενοποίηση: Το τηγμένο γυαλί δεν είναι ομοιογενές καθώς περιέχει αρκετές φυσαλίδες οι οποίες παράγονται από την αποσύνθεση των αρχικών ενώσεων και τις αντιδράσεις με τα πυρίμαχα και τα αέρια της ατμόσφαιρας του φούρνου και παγιδεύονται στο υψηλού ιξώδους τήγμα.ηδιαδικασίατουfining ελαχιστοποιεί το πρόβλημα. 1.αύξηση θερμοκρασίας (1450-1550 ο C)-2.ανάδευση,ροή αέρα- 3.προσθήκη χημικών ενώσεων. Na 2 SO 4 Na 2 O+SO 2 +1/2O 2 As 2 O 5 As 2 O 3 + O 2 γ- conditioning (προσαρμογή) Στο τέλος του fining η θερμοκρασία είναι υψηλό και το ιξώδες χαμηλό με αποτέλεσμα να μην μπορεί η ύαλος να μορφοποιηθεί. Η θερμοκρασία χαμηλώνει στους 1200-1000 ο C Συστάσεις %κ.β. ορισμένων βιομηχανικών ύαλων
Κλίβανοι τήξης υάλου 1.Ασυνεχής διαδικασία (pots furnaces and Pt-crucible furnaces) Τούβλα από SiO 2 Συνήθως χρησιμοποιούνται κλίβανοι των 10 χωνευτηριών για οικονομία.(1000lit) Τα χωνευτήρια είναι από clay ψημένο στους 1450 ο C Χρησιμοποιούνται 20-25% υάλου σε κομμάτια melting: 6-8h Fining: 4-6h Conditioning: 4-6h Χρόνος ζωής χωνετηριού: 20 τήξεις ή 10-12εβδομάδες καυστήρας άνοι γμα batch τήγμα Χωνευτή ρι από ψημένο άργιλο πόρτα ασφαλείας Εξαγωγή αερίων
2. συνεχούς λειτουργίας (glass tanks) α-κλίβανοι παραγωγής επίπεδου γυαλιού ύψος tank 1-1.5m Κάυσιμο: αέρια (0.2kg/kg υλικού) Ανά 1/4h αναστροφή διαδικασίας θέρμανσης Χωρητικότητα: 1000tons Επιφάνεια κλιβάνου: 300m 2 2tons/μέρα για 6-8χρόνια 1. Πυρίμαχα με βάση την αλούμινα 2. ζώνη τήξης 3. Ζώνη ψύξης 4. Ζώνη μέγιστης Τ επιφάνειας 5. Μηχανικός τροφοδότης 6. Τήξη του Batch 7. Τούβλα σίλικας 8. Χαμηλό τόξο 9. Καυστήρες 10. Πόρτες εισαγωγής αερίου 11. Ανακυκλωτές 12. Κατασκευή window glass 13. Κατασκευή Cast glass
β-κλίβανοι για φιάλες κλπ (hollow wears) 1. Ζώνη τήξης και fining 2. Αυτόματος τροφοδότης 3. Καυστήρες 4. Πόρτα ανακύκλωσης 5. Σημείο λαιμού 6. Συστοιχία τούβλων από σίλικα 7. Περιοχή προσαρμογής 8. Τροφοδότης 9. Κανάλια μεταφοράς 10. Έξοδος μηχανισμός μορφοποίησης Μερική ή ολική χρήση ηλεκτρικών αντιστάσεων (1KWh/Kg glass)
3. FORMING PROCESSES (Διαδικασία παραγωγής) 1.επίπεδο γυαλί(flat glass) 2.κοίλο γυαλί(hollow glass) 3.ίνες γυαλιού(glass fibers) Βιομηχανική παραγωγή επίπεδου γυαλιού α-με κύλιση Συνεχής ταινία 3-15mm πάχους και έως 3.60m πλάτους. Ακολουθεί grinding (τροχοί από σίδηρο, άμμος, λιπαντικά) και polishing (οξείδια σιδήρου) ώστε να προκύψει plate glass(τζάμι) β- με τράβηγμα (drawing) αρχή της μεθόδου Fourcault Το πάχος του κενού είναι συνήθως 5-8cm και μπορεί να παράγει ένα γυαλί πάχους 1.9mm(single strength) με ταχύτητα 70m/h έως 6mm(double strength) με ταχύτητα 25m/h. Το πλάτος μπορεί να φτάσει τα 2.7m/
μέθοδος Fourcault (1904) Μέθοδος Pittsburgh (1925) Μεγαλύτερη ταχύτητα τραβήγματος (100m/h), μείωση ατελειών, απαίτηση για καλύτερο έλεγχο θερμοκρασίας, ομοιογένειας Αντί για Débiteuse ένα πυρίμαχο Μέθοδος Libbey-Owens (1917) Λειτουργεί χωρίς Débiteuse,το γυαλί λυγίζει σε 90 ο περίπου 1m από την επιφάνεια του τήγματος. Ταχύτητα τραβήγματος 140m/h και έως 3.6m πλάτος
γ-μέθοδος επίπλευσης (1959-float) 1.πίεση(pressing) 2. Εμφύσηση(blowing) Με την βοήθεια επιφανειακής τάσης παράγεται επίπεδο γυαλί ομοιόμορφου πάχους περίπου 6.5cm.Στα πλεονεκτήματα της μεθόδου, η υψηλή οπτική ποιότητα των φύλλων, ηαπουσία στίλβωσης και η μεγαλύτερη ταχύτητα παραγωγής (5-10φορές ταχύτερη). Μειονέκτημα ο έλεγχος της ατμόσφαιρας και της επιφανειακής τάσης. Βιομηχανική παραγωγή υάλινων κοίλων σκευών (hollow ware) 1.πίεση(pressing) 2. Εμφύσηση(blowing) Η παραγωγή μπορεί να φτάσει σε 500000/ημέρα. Τα καλούπια είναι συνήθως ειδικό ατσάλι με επιφάνειες από χρώμιο
Μηχανικός τρόπος παραγωγή μάζας υάλου για εμφύσηση ή πίεση Μορφοποίηση με φυγόκεντρο και πίεση παραγωγή βιομηχανικών υάλινων ινών (glass fibers) 1.μηχανικό τράβηγμα (mechanical drawing) 2.φυγοκεντρικό τράβηγμα (centrifugal drawing) 3. τράβηγμα με την βοήθεια αερίου (gas drawing) 4. Μικτή διαδικασία Παραγωγή οπτικών ινών και Οπτικών κυματοδηγών (optical fiber and optical waveguides) Ίνες υάλου Textile fibers (συνεχείς ίνες) Insulation or wool fibers (ασυνεχείς-μπλεγμένες ίνες)
1. μηχανικό τράβηγμα Gossler (1920) Schuller(1938)
Ηλεκτρική συσκευή Pot-melter για την παρασκευή ινών τύπου textile fiberglass (E-glass)- ημερήσια παραγωγή 20tons τράβηγμα ρευστού υποβοηθούμενου (fluidassisted drawing) Μικτή διαδικασία για την παραγωγή wool-fibers
παραγωγή οπτικών ινών