Производство стекла включает в себя два основных метода - в флоат - стекла процесса , который производит листовое стекло, и стеклодувами , который производит бутылки и другие контейнеры. На протяжении истории стекла это делалось разными способами .
Производство стеклянной тары [ править ]
В общих чертах, современные заводы по производству стеклотары состоят из трех частей: пакетного цеха , горячего конца и холодного конца . Партия дом обрабатывает сырье; горячий конец обрабатывает производство надлежащего-питатель, формовочные машины и отжиг печи; а холодный конец обслуживает оборудование для контроля продукции и упаковки.
Система пакетной обработки (batch house) [ править ]
Пакетная обработка - один из начальных этапов стекловарения. Пакетный цех просто хранит сырье в больших силосах (загружаемых грузовиком или железнодорожным вагоном) и вмещает от 1 до 5 дней материала. Некоторые системы периодического действия включают обработку материала, такую как просеивание сырья / сито, сушка или предварительный нагрев (например, стеклобой ). Будь то автоматическое или ручное, установка для обработки порционных материалов измеряет, собирает, смешивает и доставляет рецептуру (партию) стеклянного сырья через ряд желобов, конвейеров и весов в печь. Шихта поступает в печь на «собачьей будке» или «загрузчике шихты». Различные типы стекла, цвета, желаемое качество, чистота / доступность сырья и конструкция печи будут влиять на рецепт партии.
Горячий конец [ править ]
Горячий конец в А стекольном, где расплавленное стекло изготавливает в стеклянные изделия. Шихта поступает в печь, затем проходит процесс формовки, внутренней обработки и отжига.
В следующей таблице перечислены общие точки фиксации вязкости , применимые к крупномасштабному производству стекла и экспериментальному плавлению стекла в лаборатории : [1]
| log 10 (η, Па · с) | журнал 10 (η, P) | Описание |
|---|---|---|
| 1 | 2 | Температура плавления (гомогенизация и очистка стекломассы) |
| 3 | 4 | Рабочая точка (прессование, выдув, формирование капли) |
| 4 | 5 | Точка потока |
| 6,6 | 7,6 | Температура размягчения по Литтлтону (стекло заметно деформируется под собственным весом. Стандартные процедуры ASTM C338, ISO 7884-3) |
| 8–10 | 9–11 | Дилатометрическая температура размягчения, T d , в зависимости от нагрузки [2] |
| 10,5 | 11,5 | Точка деформации (стекло деформируется под собственным весом в мкм в течение нескольких часов.) |
| 11–12,3 | 12–13,3 | Температура стеклования, Т г |
| 12 | 13 | Точка отжига (напряжение снимается в течение нескольких минут.) |
| 13,5 | 14,5 | Точка деформации (стресс снимается в течение нескольких часов.) |
Печь [ править ]
Шихта подается в печь с медленной, контролируемой системой обработки шихты. Печи природного газа - или мазут -fired, и работают при температурах до 1575 ° C (2867 ° F). [3] Температура ограничена только качеством материала надстройки печи и составом стекла. Типы печей, используемых при производстве тарного стекла, включают концевые (с торцевым обогревом), боковые и кислородно-топливные печи . Обычно размер печи классифицируется по производственной мощности в метрических тоннах в день (MTPD).
Процесс формирования [ править ]
В настоящее время существует два основных метода изготовления стеклянной тары: метод выдувания только для контейнеров с узким горлышком и метод прессования и выдувания, используемый для банок и конических контейнеров с узким горлышком.
В обоих методах поток расплавленного стекла при его пластической температуре (1 050–1200 ° C [1 920–2 190 ° F]) режется ножом для образования твердого стеклянного цилиндра, называемого каплей . Капля имеет заданный вес, достаточный для изготовления бутылки. Оба процесса начинаются с того, что капля падает под действием силы тяжести и направляется через желоба и желоба в формы для заготовок, две половины которых закрываются, а затем закрываются перегородкой сверху.
В дутье-дутье процесса, [4] стекло сначала вдувают через клапан в перегородке, заставляя его вниз в трех частей кольцевой формы , который проходит в neckring руку ниже заготовок, чтобы сформировать покрытие . Термин «покрытие» описывает деталь (например, крышки уплотнительной поверхности, витки винтовой резьбы, сохраняя ребро для защищенной от несанкционированного доступа крышки, и т.д.) на открытом конце контейнера. Затем через стекло продувается сжатый воздух, в результате чего получается полый и частично сформированный контейнер. Затем на втором этапе снова продувается сжатым воздухом для придания окончательной формы.
Производство контейнеров осуществляется в два основных этапа. На первом этапе формируются все детали («отделка») вокруг отверстия, но корпус контейнера изначально делается намного меньше его окончательного размера. Эти частично изготовленные контейнеры называются заготовками , и довольно быстро им выдувается окончательная форма.
«Кольца» уплотняются снизу коротким плунжером. По окончании «оседания» поршень слегка втягивается, позволяя образовавшейся коже смягчиться. Затем воздух "встречного удара" проходит через поршень, создавая заготовку. Перегородка поднимается, и заглушки открываются. Заготовка переворачивается по дуге к «стороне формы» «плечом шейного кольца», которое удерживает заготовку за «отделку».
Когда плечо шейного кольца достигает конца своей дуги, две половинки формы закрываются вокруг заготовки. Рычаг шейного кольца слегка приоткрывается, чтобы ослабить хватку на «отделке», затем возвращается к пустой стороне. Окончательный удар , наносимый через «выдувную головку», выдувает стекло, расширяясь в форму, чтобы придать окончательную форму емкости.
В прессе-дутье процессе, [4] заготовка образована длинный металлический плунжер , который поднимается вверх и прижимает стекло вне, для того , чтобы заполнить кольцо и черновые формы. [5] Затем процесс продолжается, как и раньше: заготовка переносится в форму окончательной формы, а стекло выдувается в форму.
Затем контейнер извлекается из формы с помощью механизма «выгрузки» и удерживается над «неподвижной пластиной», где воздушное охлаждение помогает охладить еще мягкое стекло. Наконец, бутылки сметают на конвейер с помощью «выталкивающих лопастей», которые имеют воздушные карманы, чтобы удерживать бутылки на месте после приземления на «мертвую пластину»; теперь они готовы к отжигу.
Формовочные машины [ править ]
Формовочные машины удерживают и перемещают детали, из которых состоит контейнер. Машина состоит из 19 основных механизмов, работающих для формирования бутылки и обычно приводимых в действие сжатым воздухом (высокое давление - 3,2 бар и низкое давление - 2,8 бар), механизмы синхронизированы с электронным управлением для координации всех движений механизмов. Наиболее широко используемая конструкция формовочной машины - это машина для отдельных секций (или машина IS). Эта машина имеет набор из 5–20 одинаковых секций, каждая из которых содержит по одному комплекту механизмов для изготовления контейнеров. Секции расположены в ряд, и капли поступают в каждую секцию через движущийся желоб, называемый распределителем капель . Секции делают один, два, три или четыре контейнера одновременно (называемые одиночными, двойной , тройной и четырехкамерный ). В случае использования нескольких капель ножницы разрезают капли одновременно, и они падают в пустые формы параллельно.
Формовочные машины в основном работают на сжатом воздухе, и типичный стекольный завод будет иметь несколько больших компрессоров (всего 30–60 тыс. Куб. Футов в минуту) для обеспечения необходимого сжатого воздуха. Печи, компрессоры и формовочные машины выделяют большое количество отработанного тепла, которое обычно охлаждается водой. Горячее стекло, которое не используется в формовочной машине, отводится, и это отведенное стекло (называемое стеклобоем ) обычно охлаждается водой, а иногда даже обрабатывается и измельчается на водяной бане. Часто требования к охлаждению распределяются между блоками градирен, которые обеспечивают резервирование во время технического обслуживания.
Внутреннее лечение [ править ]
После процесса формования некоторые емкости, особенно предназначенные для крепких спиртных напитков, подвергаются обработке для улучшения химической стойкости внутренней части, называемой внутренней обработкой или дещелачиванием . Обычно это достигается путем нагнетания газовой смеси, содержащей серу или фтор, в бутылки при высоких температурах. Газ обычно доставляется в контейнер либо в воздухе, используемом в процессе формования (то есть во время окончательного продувки контейнера), либо через сопло, направляющее поток газа в горловину бутылки после формования. Обработка делает контейнер более устойчивым к экстракции щелочью, что может вызвать повышение pH продукта и, в некоторых случаях, разрушение контейнера.
Отжиг [ править ]
По мере охлаждения стекло сжимается и затвердевает. Неравномерное охлаждение вызывает слабое стекло из-за напряжения. Равномерное охлаждение достигается за счет отжига . Печь для отжига (известная в промышленности как лер ) нагревает контейнер примерно до 580 ° C (1076 ° F), а затем охлаждает его, в зависимости от толщины стекла, в течение 20-60 минут.
Холодный конец [ править ]
Роль холодного конца производства стеклянной тары заключается в выполнении заключительных задач в производственном процессе: распылением полиэтиленового покрытия для обеспечения устойчивости к истиранию и повышенной смазывающей способности, осмотра тары на наличие дефектов, маркировки тары и упаковки тары для отправки.
Покрытия [ править ]
На стеклянные емкости обычно наносят два поверхностных покрытия: одно на горячем конце непосредственно перед отжигом и одно на холодном конце сразу после отжига. На горячую часть наносится очень тонкий слой оксида олова (IV) с использованием безопасного органического соединения или неорганического хлорида олова . Системы на основе олова - не единственные, хотя и самые популярные. Также можно использовать тетрахлорид титана или органо-титанаты. Во всех случаях покрытие делает поверхность стекла более липкой к покрытию холодного конца . На холодном конце обычно наносится слой полиэтиленового воска через водную основу.эмульсия . Это делает стекло скользким, защищает его от царапин и предотвращает слипание контейнеров при их перемещении по конвейеру . Получающееся в результате невидимое комбинированное покрытие дает стеклу практически не царапающуюся поверхность. Из-за уменьшения повреждения поверхности в процессе эксплуатации покрытия часто называют упрочняющими, однако более правильным определением могут быть покрытия, сохраняющие прочность.
Инспекционное оборудование [ править ]
Стеклотара проинспектирована на 100%; автоматы, а иногда и люди, проверяют каждый контейнер на наличие множества неисправностей. Типичные дефекты включают небольшие трещины в стекле, называемые решетками, и инородные включения, называемые камнями, которые являются кусками огнеупора.кирпичная футеровка плавильной печи, которая отламывается и падает в ванну с расплавленным стеклом, или, как правило, крупногабаритные гранулы кремнезема (песок), которые не расплавляются и которые впоследствии включаются в конечный продукт. Их особенно важно выбирать из-за того, что они могут придавать разрушающий элемент конечному стеклянному изделию. Например, поскольку эти материалы могут выдерживать большое количество тепловой энергии, они могут вызвать тепловой удар стеклянного изделия, приводящий к взрывному разрушению при нагревании. К другим дефектам относятся пузыри в стекле, называемые волдырями, и чрезмерно тонкие стенки. Другой дефект, часто встречающийся при производстве стекла, называется разрывом . В прессе и взорватьПри формовании, если плунжер и форма не совмещены или нагреваются до неправильной температуры, стекло прилипнет к любому предмету и разорвется. Помимо отбраковки неисправных контейнеров, инспекционное оборудование собирает статистическую информацию и передает ее операторам формовочной машины на горячем конце. Компьютерные системы собирают информацию о неисправностях и отслеживают ее до формы, из которой был изготовлен контейнер. Это делается путем считывания номера пресс-формы на контейнере, который закодирован (как число или двоичный код точек) на контейнере пресс-формой, из которой он изготовлен. Операторы вручную проводят ряд проверок образцов контейнеров, обычно визуальных и размерных.
Вторичная обработка [ править ]
Иногда контейнерные заводы предлагают такие услуги, как маркировка . Доступно несколько технологий маркировки. Уникальным для стекла является процесс прикладной керамической маркировки (ACL). Это трафаретная печать декора на емкости стекловидной эмалевой краской, которая затем накапливается. Примером может служить оригинальная бутылка Coca-Cola .
Упаковка [ править ]
Стеклянная тара упаковывается по-разному. В Европе популярны поддоны для насыпных грузов, содержащие от 1000 до 4000 контейнеров каждый. Это осуществляется автоматическими машинами (укладчиками на поддоны), которые расставляют и штабелируют контейнеры, разделенные листами. Другие возможности включают коробки и даже сшитые вручную мешки. После упаковки новые «складские единицы» маркируются, складываются и, в конечном итоге, отправляются.
Маркетинг [ править ]
Производство стеклотары в развитом мире - это зрелый рыночный бизнес. Мировой спрос на листовое стекло в 2009 году составлял примерно 52 миллиона тонн. [6] На Соединенные Штаты, Европу и Китай приходится 75% спроса, при этом потребление Китая увеличилось с 20% в начале 1990-х годов до 50%. [6]Производство стеклянной тары также является географическим бизнесом; продукт тяжелый и имеет большой объем, а основное сырье (песок, кальцинированная сода и известняк) обычно легко доступно. Поэтому производственные мощности необходимо располагать близко к своим рынкам. Типичная стекловаренная печь вмещает сотни тонн расплавленного стекла, поэтому просто нецелесообразно выключать ее каждую ночь или, по сути, в любой период, не превышающий месяца. Поэтому фабрики работают 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Это означает, что существует небольшая возможность увеличить или уменьшить производительность более чем на несколько процентов. Новые печи и формовочные машины стоят десятки миллионов долларов и требуют не менее 18 месяцев планирования. Учитывая этот факт, а также тот факт, что продукции обычно больше, чем машинных линий, продукция продается со склада.Таким образом, задача маркетинга / производства состоит в том, чтобы спрогнозировать спрос как на краткосрочный период от 4 до 12 недель, так и на долгосрочный период от 24 до 48 месяцев. Заводы обычно имеют размер, чтобы обслуживать потребности города; в развитых странах фабрика обычно приходится на 1–2 миллиона человек. Типичный завод будет производить 1–3 миллиона контейнеров в день. Несмотря на то, что стекло позиционируется как продукт зрелого рынка, оно пользуется большим спросом у потребителей и воспринимается как формат упаковки «премиум» качества.Несмотря на то, что стекло позиционируется как продукт зрелого рынка, оно пользуется большим спросом у потребителей и воспринимается как формат упаковки «премиум» качества.Несмотря на то, что стекло позиционируется как продукт зрелого рынка, оно пользуется большим спросом у потребителей и воспринимается как формат упаковки «премиум» качества.
Влияние на жизненный цикл [ править ]
Стеклянная тара полностью пригодна для вторичной переработки, и стекольная промышленность во многих странах придерживается политики, иногда требующейся государственными постановлениями, по поддержанию высокой цены на стеклобой для обеспечения высоких показателей возврата. Уровень возврата 95% не является редкостью в странах Северной Европы (Швеция, Норвегия, Дания и Финляндия). В других странах обычно процент возврата менее 50%. [ необходима цитата ] Конечно, стеклянную тару можно использовать повторно, и в развивающихся странах это обычное дело, однако влияние мытья контейнеров на окружающую среду по сравнению с их переплавкой остается неопределенным. Факторы, которые следует учитывать, - это химические вещества и свежая вода, используемые при стирке, а также тот факт, что одноразовый контейнер можно сделать намного легче, используя менее половины стекла (и, следовательно, энергосодержание) универсального контейнера. Кроме того, важным фактором при рассмотрении возможности повторного использования в развитых странах являются опасения производителя по поводу риска и вытекающей из этого ответственности за качество продукции при использовании компонента (повторно используемого контейнера) с неизвестной и неквалифицированной безопасностью. Сравнение стеклянной тары с другими типами упаковки ( пластик , картон , алюминий).) сложно сказать; Окончательные исследования жизненного цикла еще предстоит провести.
Процесс производства флоат-стекла [ править ]
Флоат-стекло - это лист стекла, изготовленный путем плавания расплавленного стекла на слое расплавленного металла, обычно олова , хотя в прошлом использовались свинец и различные сплавы с низкой температурой плавления . Этот метод дает листу однородной толщины и очень ровным поверхностям. Современные окна сделаны из листового стекла. Большинство флоат-стекла - это натриево-известковое стекло , но относительно небольшие количества специального боросиликата [7] и стекла для плоских дисплеев также производятся с использованием процесса флоат-стекла. [8] Процесс производства флоат-стекла также известен как процесс Пилкингтона , [9]назван в честь британского производителя стекла Pilkington , который впервые применил эту технику (изобретенную сэром Аластером Пилкингтоном ) в 1950-х годах.
Воздействие на окружающую среду [ править ]
Местные воздействия [ править ]
Как и все высококонцентрированные отрасли промышленности, стекольные заводы страдают от умеренно высокого воздействия на окружающую среду на местном уровне. Ситуация усугубляется тем, что, поскольку они являются предприятиями на зрелом рынке, они часто долгое время находились на одном и том же участке, что приводило к вторжению в жилые дома. Основными воздействиями на жилые дома и города являются шум, использование пресной воды, загрязнение воды, загрязнение воздуха NOx и SOx и пыль.
Шум создается формовочными машинами. Работая на сжатом воздухе, они могут производить шум до 106 дБА . То, как этот шум будет распространяться по окрестностям, во многом зависит от планировки завода. Еще один фактор шума - движение грузовиков. Типичный завод будет перерабатывать 600 т материала в день. Это означает, что около 600 т сырья должно поступить на объект и столько же - за пределы участка в виде готовой продукции.
Вода используется для охлаждения печи, компрессора и неиспользованного расплавленного стекла. Использование воды на заводах широко варьируется; это может быть всего одна тонна воды, используемая на тонну расплавленного стекла. Из одной тонны примерно половина испаряется, чтобы обеспечить охлаждение, остальная часть образует поток сточных вод.
Большинство заводы используют воду , содержащими эмульгированную нефть для охлаждения и смазки комка резки ножевых полотен . Эта насыщенная маслом вода смешивается с выходящим потоком воды, загрязняя ее. На заводах обычно есть какое-то оборудование для обработки воды, которое удаляет это эмульгированное масло с различной степенью эффективности.
Оксиды азота являются естественным продуктом горения газа на воздухе и в больших количествах производятся в газовых печах. Некоторые предприятия в городах с особыми проблемами загрязнения воздуха будут смягчать это за счет использования жидкого кислорода , однако логика этого, учитывая стоимость углерода (1) без использования регенераторов и (2) необходимость сжижать и транспортировать кислород, весьма сомнительна. Оксиды серы образуются в процессе плавления стекла. Манипулирование формулой партии может в некоторой степени смягчить этот эффект; в качестве альтернативы можно использовать очистку выхлопных газов.
Все сырье для производства стекла представляет собой пыльный материал и поставляется в виде порошка или мелкозернистого материала. Системы контроля пылящих материалов, как правило, трудны в обслуживании, и, учитывая большое количество материала, перемещаемого каждый день, только небольшое количество должно уйти, чтобы возникла проблема с пылью. Стеклобой (битое или использованное стекло) также перемещается на стекольном заводе и имеет тенденцию выделять мелкие частицы стекла при перелопачивании или разбивании.
См. Также [ править ]
- Зеркала
- Выдувное формование
- Боросиликатное стекло
- Бостонский раунд (бутылка)
- Посуда
- Стеклянный поплавок
- Болезнь стекла
- История стекла
- Ирвинг Вайтман Колберн
- Упаковка и маркировка
- Бутылка вина
- Чашка клетки
Ссылки [ править ]
- ^ Вернер Фогель: "Химия стекла"; Springer-Verlag Berlin и Heidelberg GmbH & Co. K; 2-е исправленное издание (ноябрь 1994 г.), ISBN 3-540-57572-3
- ^ Дилатометрическая точка размягчения не совпадает с точкой деформации, как иногда предполагают. Для справки см. Экспериментальные данные для T d и вязкости в: База данных свойств высокотемпературного расплава стекла для моделирования процесса ; Ред .: Томас П. Сьюард III и Тереза Васкотт; Американское керамическое общество, Вестервиль, Огайо, 2005 г., ISBN 1-57498-225-7
- ^ BHWS де Йонг, "Стекло"; в «Энциклопедии промышленной химии Ульмана»; Издание 5-е, т. A12, Издательство VCH, Вайнхайм, Германия, 1989 г., ISBN 3-527-20112-2 , стр. 365–432.
- ^ а б «Метод удара и удара» . Eurotherm . Проверено 20 мая 2013 .
- ^ "Стеклоформовочная машина" . Фарлекс . Проверено 20 мая 2013 .
- ^ a b zbindendesign
- ^ Schott Borofloat
- ^ Не все стекла для плоских дисплеев производятся методом флоат-стекла. Компания Corning использует технику нисходящей вытяжки , в то время как Schott использует технику флоат-стекла (см. Веб-сайт Schott ).
- ^ Бенвенуто, Марк Энтони (2015-02-24). Промышленная химия: для продвинутых студентов . Walter de Gruyter GmbH & Co KG. ISBN 9783110351705.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме производства стекла . |
