Технология

Процесс производства флоат-стекла

В настоящее время в мире выпускается листовое стекло трех типов: листовое, флоат-стекло и плоское стекло. На флоат-стекло приходится свыше 90% объема выпускаемого в настоящее время листового стекла. Это основной мировой строительный блок по производству архитектурного стекла. Процесс производства флоат-стекла, разработанный в 1952 году, является всемирным стандартом производства качественного стекла. Он состоит из пяти основных стадий:

  • Приготовление шихты
  • Плавление
  • Формовка и нанесение покрытий – StewartFloat® и AcuraCoat®
  • Отжиг
  • Резка и упаковка

I – Приготовление шихты

На первой стадии, приготовления шихты, приготавливается сырье для плавления. Сырье непрерывно подвозится на грузовиках или по железной дороге: песок, доломит, известняк, кальцинированная сода и сульфат натрия. Эти материалы хранятся в цехе приготовления шихты, который состоит из бункеров, загрузочных воронок, конвейеров, желобов, пылеуловителей и необходимых средств управления для соответствующих грузовых операций и смешивания сырья. С момента прибытия материалов их движение практически не прекращается. В цехе приготовления шихты длинный ленточный транспортер с плоской лентой забирает материалы из бункеров в виде последовательных слоев и отправляет их в ковшовый подъемник, который подает материалы на весы для определения их комбинированного веса. К этим ингредиентам добавляются осколки (стеклобой) вторично используемого стекла, представляющие собой битое стекло, полученное в результате конечной обработки стекла. Каждая партия сырья содержит приблизительно 10-30% стеклобоя. Сырье поступает в смеситель, перемешивающий его для формирования шихты. Перемешанная шихта по транспортировочной ленте поступает из цеха приготовления шихты в накопительный бункер, где хранится, а затем загрузчик шихты подает ее с контролируемой скоростью в стекловаренную печь.

Typical Glass Composition.
Рисунок 1. Стандартный состав стекла


Stored piles of cullet.
Рисунок 2. Запасы стеклобоя


A hopper feeds the mixed materials into the entrance end of the melting furnace, where temperatures reach 1650°C.
Рисунок 3. Из бункера шихта подается в загрузочную часть стекловаренной печи, где температура достигает 1650°C

II – Плавление

Типичная стекловаренная печь представляет собой регенерационную печь перекрестного огня на шесть портов шириной приблизительно 25 м и длиной 62 м; ее производительность составляет 500 тонн в сутки. Основными частями печи являются варочная часть/зона осветления, выработочная часть, регенераторы и порты, как показано на рисунке 4, которые изготовлены из специального огнеупорного материала с наружной рамной конструкцией из стали. По мере подачи шихты загрузчиком шихты в варочную часть стекловаренной печи она нагревается горелками на природном газе до температуры приблизительно 1650°C. Из варочной части расплавленное стекло протекает через зону осветления, а затем через пережим, где мешалки гомогенизируют стекло. Далее стекломасса стекает в выработочную часть, где стекло медленно остывает до температуры примерно 1100°C, достигая правильной вязкости, прежде чем поступить во флоат-ванну.

Typical melting furnace cross section.
Рисунок 4. Типичная плавильная печь в разрезе

III – Формовка и нанесение покрытий – StewartFloat® и AcuraCoat®

Процесс формовки рафинированного жидкого стекла в твердую ленту является одним из механических процессов обработки материала с естественным стремлением приобрести толщину 6,88 мм. Из стекловаренной печи стекло выливается через канал с регулируемым затвором (называемым шибером), который регулирует объем расхода и толщину стекла в пределах до ± 0,15 мм. Стекло попадает на поверхность расплава олова в электрованне, на которой «плавает» (англ. – «float»), – отсюда термин «флоат-стекло». Стекло и олово не вступают в реакцию друг с другом, а остаются изолированными; их взаимное сопротивление на молекулярном уровне делает стекло идеально гладким.

Флоат-ванна является герметичным узлом с контролируемой атмосферой, состоящей из азота и водорода. В ее состав входят: стальное основание, верхний и нижний кожух, огнеупорная футеровка, олово, нагревательные элементы, восстановительная атмосфера, датчики температуры, компьютерная система управления технологическим процессом. Ванна имеет ширину приблизительно 8 м и длину 60 м, при скорости линии до 25 м/мин. Флоат-электрованна содержит около 200 тонн чистого расплавленного олова со средней температурой 800°C.

Typical float bath cross section
Рисунок 5. Схематическое изображение флоат-ванны – узкая часть

По мере того, как стекло образует тонкий слой, называемый лентой, с загрузочной стороны флоат-ванны по обеим сторонам ленты ею манипулирует ряд регулируемых роликовых бортодержателей. Нужная ширина и толщина достигается с помощью программы под управлением оператора, которая задает скорость движения в лере для отжига и бортоформирующих машин. Толщина ленты варьируется от 0,55 до 25 мм. Для регулирования температуры стекла используются зоны накаливания верхних нагревательных элементов. По мере движения непрерывной ленты через флоат-ванну ее температура постепенно снижается, позволяя стеклу приобрести гладкую и ровную форму. На этой стадии с помощью системы пиролитического химического осаждения из паровой фазы на поточной линии AcuraCoat® наносится отражающее, Low E, солнцезащитное, фотоэлектрическое и самоочищающееся покрытие. Теперь стекло готово к охлаждению.

Glass is poured in a thin layer atop a bath of molten tin, from which it stays separate as it takes shape. Heating elements hang above and provide heat. The top roll machine speed and angle controls the glass width and thickness.
Рисунок 6. Стекло выливается тонким слоем на поверхность ванны с расплавом олова, с которым не смешивается, и приобретает форму. Нагревательные элементы нависают сверху и производят тепло. Скорость и угол движения бортоформирующей машины регулируют ширину и толщину стекла.

IV – Отжиг

При выходе ленты стекла из флоат-ванны его температура составляет 600°C. Если оставить ленту стекла остывать на открытом воздухе, поверхности будут остывать намного быстрее, чем внутренняя масса стекла. Это может привести к сильному сжатию поверхности и создать нежелательные внутренние напряжения в ленте.

Термическая предыстория стекла во время и сразу после формовки такова, что внутренние напряжения обязательно присутствуют. Поэтому необходимо приводить стекло к температуре окружающего воздуха постепенно, с помощью контролируемой термической обработки – отжига. На практике отжиг осуществляется в длинном лере (см. рисунок 7), шириной приблизительно 6 м и длиной 120 м, с заданным температурным градиентом, через который проходит стекло. В лере для отжига предусмотрены регулируемые электрические нагревательные элементы и воздуходувки для поддержания постоянного профиля температуры по всей ширине ленты стекла.

Annealing Lehr - Section View
Рисунок 7. Лер для отжига

Конечным результатом процесса отжига является стекло, тщательно охлажденное до температуры окружающего воздуха без индукции временных или остаточных напряжений.

V – Резка и упаковка

Охлажденная лента стекла выходит из лера для отжига и поступает в зону резки с помощью системы роликов и приводов, связанных с системой приводов лера. Стекло проходит систему контроля на линии для устранения дефектов, а затем после надреза карбидными режущими роликами кромки с наружных сторон отделяются (отходы утилизируются как стеклобой). После этого стекло нарезают по заданным заказчиком размерам. Стекло укладывают с помощью разделительных прокладок и посыпают мелким порошком, позволяющим складывать панели без прилипания и царапин. Стекло, не имеющее дефектов, затем подразделяется по формам для упаковки персоналом или автоматическим оборудованием для дальнейшего хранения на складе либо для отправки заказчику.

After exiting the annealing lehr, a ribbon of fully formed glass drops in temperature further as it moves down the cooling line. As it cools, an on-line inspection system checks it for flaws.
Рисунок 8. После выхода из лера температура ленты полностью отформованного стекла понижается по мере перемещения по линии охлаждения. После охлаждения система контроля на линии проверяет стекло на предмет дефектов.


The glass as it passes under automated cutters that score it into preprogrammed widths before cutting it lengthwise. The cutting blades are computer-adjusted to fulfill the specified dimensions for different sizes of prefabricated glass sheets.
Рисунок 9. Стекло проходит под автоматическими режущими приспособлениями, которые нарезают его по заданной ширине, а затем отрезают по длине. Компьютер управляет режущими дисками для обеспечения заданных размеров готовых листов стекла с разными габаритами.


Workers in the warehouse transport bulk loads of glass, weighing about 7,500 Kg.
Рисунок 10. Рабочие на складе транспортируют бестарный груз стекла весом около 7500 кг