Πως δημιουργειται ενας φλοατ υαλοπινακας

Γενικα για το γυαλι

Οι περισσότερες δυσκολίες στο σχεδιασμό, στην κατασκευή και στην λειτουργία ενός εργοστασίου παραγωγής γυαλιού επίπλευσης προκύπτουν από την ιδιάζουσα φύση του γυαλιού. Σε υψηλές θερμοκρασίες, το υγρό γυαλί αρχίζει να συμπεριφέρεται σαν το ιδανικό γενικό διαλυτικό: αποτελεί πρόβλημα να βρεθεί ένα χημικά ανθεκτικό δύστηκτο υλικό ικανό να το συγκρατήσει. Αλλά το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του γυαλιού είναι το ότι αλλάζει προοδευτικά από υγρό με μορφή σιροπιού στη θερμοκρασία των 1.500ο C σε συμπαγές στερεό καθώς ψύχεται στους 400 ο C, όπου και χάνει την κόκκινη λάμψη του. Κατά την διάρκεια της αλλαγής, το ιξώδες του αλλάζει κατά έξη τρισεκατομμύρια φορές. Τα ρευστά χαρακτηριστικά του γυαλιού καθιστούν δυνατή την επεξεργασία του με πολλούς τρόπους: φυσώντας το για την κατασκευή μπουκαλιών και βάζων, με συμπίεση για την κατασκευή επιτραπέζιων σκευών, με ελκυσμό για την κατασκευή τζαμιών για παράθυρα και σωλήνων, με έλαση για την κατασκευή ανάγλυφου γυαλιού και υαλοπινάκων. Μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι απλό να ορισθούν τα ρευστά χαρακτηριστικά με μετρήσεις του ιξώδους σε διάφορες θερμοκρασίες κατά την επεξεργασία και να ρυθμιστούν τα μηχανήματα επεξεργασίας γυαλιού σύμφωνα με τις συνήθεις αρχές της μηχανικής. Κάτι τέτοιο δεν ισχύει. Στην επεξεργασία του γυαλιού η θερμοκρασία του γυαλιού είναι κάθε άλλο παρά στατική. Η θερμοκρασία του γυαλιού πέφτει με ρυθμό που διαφοροποιείται σημαντικά, μεταξύ άλλων, από τη παρουσία ακάθαρτων σωματιδίων και από το βαθμό οξείδωσης τους. Κάτω από τους 200ºC το γυαλί αποτελεί καλό θερμικό μονωτή, αλλά σε υψηλότερες θερμοκρασίες, η ακτινοβολία υπερισχύει στην μεταφορά θερμότητας και η διαφάνεια του γυαλιού του δίνει ένα υψηλό ποσοστό μεταφοράς θερμότητας, που εξαρτάται ως ένα βαθμό από το χρώμα του. Έτσι μικρές διαφορές στο βαθμό ψύξης, επιφέρουν μεγάλες διαφορές στα χαρακτηριστικά ρευστότητας. Το γυαλί έχει πολλές χρήσεις εξαιτίας της διαφάνειάς του, της υψηλής αντοχής του στην έκθεση σε χημικά, της αποτελεσματικότητάς του ως κακού αγωγού του ηλεκτρισμού, και της ικανότητάς του στην διατήρηση κενού. Το γυαλί είναι ένα εύθραυστο υλικό και επιδεικνύει χαρακτηριστικά πολύ μεγαλύτερη αντοχή σε θλίψη από ότι αντοχή σε εφελκυσμό. Τεχνικές ενίσχυσης, οι περισσότερες από τις οποίες συμπεριλαμβάνουν προένταση με την εισαγωγή της συμπίεσης λειτουργίας έχουν αναπτυχθεί σε σημείο που το γυαλί μπορεί να εργαστεί σε πιο δυσχερές περιβάλλον από ότι παλαιότερα. Παράγονται περίπου 800 διαφορετικές συνθέσεις γυαλιού, ορισμένες με ειδική έμφαση σε κάποια ιδιότητα και ορισμένες με προσανατολισμό σε ένα πιο εξισορροπημένο συνδυασμό ιδιοτήτων.

Επιπεδο Γυαλι

Η βιομηχανία γυαλιού μπορεί να διαιρεθεί σε 3 μεγάλους τομείς: επίπεδο γυαλί, καταναλωτικό και τεχνικό γυαλί, και γυαλί συσκευασίας. Οι τομείς χωρίζονται κατά προϊόν και κατά αγορές. Σε αυτήν την κατηγοριοποίηση δεν συμπεριλαμβάνονται λάμπες, εργαστηριακός εξοπλισμός, ίνες γυαλιού και οπτικές ίνες. Υπάρχουν βασικά 3 τύποι επίπεδου γυαλιού: τεχνολογίας sheet, τεχνολογίας plate και τεχνολογίας float. Η βασική διαφορά ανάμεσα σε αυτούς τους τύπους επίπεδου γυαλιού αφορά στο πως φτιάχνονται, αφού οι διαδικασίες που ακολουθούνται κατά την επεξεργασία τους είναι πολύ διαφορετικές .Οι αγορές και οι εφαρμογές όμως επικαλύπτονται. Στην παγκόσμια βιομηχανία γυαλιού σήμερα περισσότερο από 95% του διαφανούς γυαλιού που χρησιμοποιείται στα παράθυρα και του γυαλιού που χρησιμοποιείται στην αυτοκινητοβιομηχανία παράγεται μέσω της διαδικασίας float , ενώ το ποσοστό θα αυξηθεί καθώς τα εναπομένοντα εργοστάσια τεχνολογίας sheet και τεχνολογίας plate στις χώρες του τρίτου κόσμου και της πρώην Σοβιετικής Ένωσης κλείνουν και αντικαθιστούνται από εργοστάσια τεχνολογίας float.

Παραγωγη Επιπεδου Γυαλιου (Flat Glass)

Σχεδόν όλα τα εργοστάσια παραγωγής επίπεδου γυαλιού που διοικούνται από επιχειρήσεις της Δυτικής Ευρώπης και της Ιαπωνίας χρησιμοποιούν την τεχνολογία float. Η τεχνολογία float είναι μια συνεχής διαδικασία η οποία ξεκινάει με την τήξη των ακατέργαστων υλικών στον κλίβανο στους 1.500 °C, συνεχίζεται με την μορφοποίηση στο λουτρό υγρού κασσίτερου ( η καρδιά της διαδικασίας), και τελικά με την ψύξη και την αυτόματη κοπή σύμφωνα με τις απαιτήσεις του πελάτη. Η υψηλή θερμοκρασία επιτρέπει να διορθωθούν οι ανωμαλίες και να διαμορφωθούν οι επιφάνειες του γυαλιού σε επίπεδες και παράλληλες. Πριν το 1959, όταν εφευρέθηκε η τεχνολογία float, το επίπεδο γυαλί παραγόταν με την χρήση της τεχνολογίας sheet (etire) ή της τεχνολογίας plate (Pittsburgh). Η διαδικασία με βάση την τεχνολογία sheet ήταν η πιο διαδεδομένη από τις δύο, παράγοντας γυαλί με μία σκληρή, επεξεργασμένη με φωτιά επιφάνεια, παρότι υπέφερε από οπτική παραμόρφωση – παραμόρφωση που προκαλείται από την κατακόρυφη διαδικασία ελκυσμού. Η διαδικασία με βάση την τεχνολογία twin ground plate glass παρήγαγε ένα προϊόν χωρίς παραμορφώσεις αλλά ακριβό. Η τεχνολογία float συνδυάζει τα πλεονεκτήματα από τις δύο προαναφερθείσες διαδικασίες, έτσι το γυαλί που παράγεται: είναι απαλλαγμένο από παραμορφώσεις, έχει τελική επεξεργασία γυαλίσματος με φωτιά (fire polished finish) και είναι πιο φτηνό. Η τεχνολογία plate έχει ολοκληρωτικά ξεπεραστεί και η τεχνολογία sheet glass αποτελεί μόνο ένα μικρό ποσοστό της παγκόσμιας κατανάλωσης επίπεδου γυαλιού, αλλά χρησιμοποιείται ακόμη σε κάποιες χώρες της ανατολικής Ευρώπης και της Ασίας

Διαδικασια Παραγωγης Γυαλιου με Επιπλευση (Float Glass)

Στην τεχνολογία float τα ακατέργαστα υλικά, αναμεμιγμένα με μεγάλη ακρίβεια, λιώνουν σε πολύ μεγάλους κλιβάνους πλευρικών καυστήρων και το λιωμένο γυαλί που προκύπτει ρέει οριζόντια πάνω από λουτρό υγρού κασσίτερου με διαστάσεις περίπου 60 μέτρα μήκος και 7,5 μέτρα πλάτος. Κατά την διάρκεια της διέλευσης πάνω από τον υγρό κασσίτερο, το ζεστό γυαλί προσλαμβάνει τέλεια επιπεδότητα από την επιφάνεια του κασσίτερου και αναπτύσσει εξαιρετική ομοιομορφία πάχους. Μια συνεχής ταινία γυαλιού έλκεται από αυτήν την απλωμένη μάζα. Η διαδικασία αυτή έχει το πλεονέκτημα να σπρώχνει το δύστηκτο ρυπασμένο γυαλί στην εξωτερική πλευρά της ταινίας και αργότερα απομακρύνεται από την σκληρυμένη κορδέλα και ανακυκλώνεται ως υαλόθραυσμα (cullet). Το παρακάτω σχήμα από το The Handbook of Glass Manufacture δίνει μια σχηματική απεικόνιση της διαδικασίας παραγωγής γυαλιού με τεχνολογία float.

Μια μονάδα παραγωγής γυαλιού, με την μέθοδο float, σχεδιάζεται για να λειτουργεί συνεχώς (24 ώρες ημερησίως – 365 ημέρες τον χρόνο) μέχρι να σταματήσει για συντήρηση μετά 11-15 έτη. Για τον λόγο αυτό προβλέπονται πέντε βάρδιες προσωπικού εργασίας και σειρά άλλων εξασφαλίσεων όπως διπλή τροφοδοσία καυσίμου, διπλές ηλεκτρολογικές γραμμές κλπ.

Ένα τυπικό Βιομηχανικό Συγκρότημα παραγωγής υαλοπινάκων Float, συνήθως περιλαμβάνει:

Συγκρότημα αποθήκευσης και προετοιμασίας πρώτων υλών
Συγκρότημα φούρνου τήξης γυαλιού
Συγκρότημα επίπλευσης
Συγκρότημα ανόπτησης
Συγκρότημα κοπής και αποθήκευσης
Ειδικές Εγκαταστάσεις (ηλεκτρολογικές -αερίων – νερού ..)
Βοηθητικές εγκαταστάσεις

Η διαδικασία παραγωγής περιλαμβάνει τις φάσεις:

Προετοιμασία του ακριβούς μέγιστους των απαιτούμενων Α’ υλών και τροφοδοσία του φούρνου τήξης. Τήξη των Α’ υλών στο φούρνο και ομογενοποίηση του τηγμένου υλικού.
Προώθηση του τηγμένου προϊόντος στο Λουτρό Επίπλευσης (Tin Bath)· όπου το τηγμένο προϊόν έρχεται σε επαφή χωρίς ανάμιξη με την επιφάνεια υγρού κασσιτέρου, σχηματίζοντας μια τέλεια οριζόντια επιφάνεια στο σημείο της επαφής με τον κασσίτερο.
Η σχηματισμένη ταινία υπέρθερμου γυαλιού προωθείται στο φούρνο ανόπτησης, όπου ψύχεται ομαλά.
Η ψυχρή ταινία τροφοδοτείται στο τμήμα κοπής, όπου θα απομακρυνθούν οι δύο ακραίες λωρίδες της ταινίας και θα γίνει η κοπή στις τελικές διαστάσεις του προϊόντος.

Πρώτες Ύλες

Η παραγωγή γυαλιού απαιτεί τη χρήση Α' υλών, οι οποίες αποτελούν πρωτογενή φυσικά υλικά που προέρχονται από πλουτοπαραγωγικά κοιτάσματα. Το σύνολο των πρώτων υλών που απαιτούνται για την παραγωγή γυαλιού και η αντίστοιχη ποσοτική συμμετοχή τους, είναι οι ακόλουθες:

Πρώτη Ύλη	Χημικός Τύπος	% Ποσοτική Συμμετοχή
Χαλαζιακή Άμμος (silica sand)	SiO₂	59,42%
Ασβεστόλιθος (limestone)	CaO	5,06%
Δολομίτης (dolomite)	MgO	13,90%
Άστριος (feld spar)	–	2,09%
Σόδα (soda carbonate)	Na₂O	18,42%
Θειικό άλας (soda sulphate)	–	1,11%

Τα παραπάνω αναφερόμενα φυσικά υλικά, για να οδηγηθούν στο πρώτο στάδιο της παραγωγής γυαλιού, απαιτείται να αναμιχθούν με υαλόθραυσματα, θραύσματα δηλαδή έτοιμου μορφοποιημένου γυαλιού. Τα υαλόθραυσματα συμμετέχουν στην ανάμιξη των πρώτων υλών κατά ποσοστό 20%, έτσι ώστε η τελική σύσταση των πρώτων υλών για την παραγωγή γυαλιού float να διαμορφώνεται ως ακολούθως:

Πρώτη Ύλη	% Ποσοτική Συμμετοχή
Χαλαζιακή Άμμος	47,54%
Ασβεστόλιθος	4,05%
Δολομίτης	11,12%
Άστριος	1,67%
Σόδα	14,74%
Θειικό άλας	0,88%
Υαλόθραυσματα	20.00%
ΣΥΝΟΛΟ	100%

Χημικά και φυσικά χαρακτηριστικά Α’ υλών

Ασβεστόλιθος
Ο ασβεστόλιθος είναι μονόμεικτο πέτρωμα αποτελούμενο κυρίως από ασβεστίτη. Η απόθεση του ανθρακικού ασβεστίου μπορεί να είναι είτε χημική (κρομικός λόγος εξάτμισης ή αύξησης συγκέντρωσης αλλαγής φυσικοχημικών σταθερών) είτε βιογενής από συσσώρευση και συμπατοποίηση των σκελετικών στοιχείων διαφόρων ζωικών ή φυτικών οργανισμών μετά το θάνατό τους. Είναι πολύ διαδεδομένο πέτρωμα και υπάρχει άφθονο στη χώρα μας ιδιαίτερα στη δυτική Ελλάδα. Ο ασβεστόλιθος είναι ένα ευρέως διαθέσιμο υλικό, με πολλές χρήσεις στην βιομηχανία δομικών υλικών και βέβαια στην παραγωγή των ξηρών κονιαμάτων, όπου χρησιμοποιείται ως αδρανές υλικό.
Δολομίτης
Ο δολομίτης είναι πέτρωμα μονόμεικτο, το οποίο αποτελείται κυρίως από δολομίτη. Σχηματίζεται όταν ένα μέρος του ασβεστίου του CaCO₃ του ασβεστόλιθου αντικατασταθεί από μαγνήσιο (δολομιτίτης). Μπορεί να υπάρχουν όλα τα ενδιάμεσα σε σύσταση πετρώματα μεταξύ ασβεστόλιθου και δολομίτη. Για να είναι κατάλληλος ο ασβεστόλιθος ή ο δολομίτης στην παραγωγή, πρέπει να ελεγχθεί η σύσταση του πετρώματος από το οποίο προέρχεται, η απορροφητικότητα σε νερό το χρώμα του. Επί πλέον πρέπει να είναι καθαρός από ξένα σώματα και προσμίξεις. Ο Ασβεστόλιθος και ο δολομίτης εξορύσσονται στα αντίστοιχα λατομεία. Εκεί γίνεται ένας σταδιακός υποβιβασμός στο κοκκομετρία των μεγάλων όγκων, μέχρι να φτάσει στο επιθυμητό μέγεθος, στη συνέχεια το προϊόν διαχωρίζεται σε πολλές κοκκομετρίες με τις οποίες γίνεται η σύνθεση του μίγματος ανάλογα με την συνταγή.
Άστριος
Ο άστριος είναι ορυκτό με βάση το διπλό πυριτικό άλας αργιλίου, καλίου, νατρίου ή ασβεστίου. Οι άστριοι παρουσιάζονται σε μεγάλη αφθονία στα πετρώματα του φλοιού της Γης. Ο χημικός τους τύπος είναι πολυπλοκος. Γενικά είναι ενώσεις του καλίου, του νατρίου, του ασβεστίου και του πυριτίου.

Διακρίνονται σε 4 κύριες σειρές:

Καλιούχοι άστριοι (ορθόκλαστο, μικροκλινής KAlSi₃O₈)
Νατριούχοι άστριοι (αλβίτης NaAlSi₃O₈)
Ασβεστούχοι άστριοι (αστρίτης CaAl₂Si₃O₈)
Βαριούχοι άστριοι (κελσίτης BaAl₂Si₃O₈)

Τα χημικά συστατικά του άστριου παρουσιάζονται παρακάτω με την αντίστοιχη ποσοστιαία ποσότητα συμμετοχή τους:

Συστατικό	Ποσοστό
Al₂O₃	ελάχιστο 19.00
Fe₂O₃	μέγιστο 0.45
TiO₂	μέγιστο 0.45
Na₂O + K₂O	ελάχιστο 9.50
SiO₂	μέγιστο 70.00
CaO + MgO	μέγιστο 3.00
LOI	μέγιστο 0.50

Χαλαζιακή Άμμος

Διαδεδομένο ορυκτό, το μόριο του οποίου σε καθαρή κατάσταση αποτελείται από ένα άτομο πυριτίου και δύο άτομα οξυγόνου. Ο χαλαζίας βρίσκεται στη φύση αυτοφυής σε φλέβες, ως συστατικό πετρωμάτων και σε διαβρωμένη κατάσταση με τη μορφή άμμου. Αποτελεί συστατικό των μαγματογενών πετρωμάτων και κυρίως των ψαμμιτών και των χαλαζιτών. Γενικά βρίσκεται σε αφθονία στη φύση. Στην Ελλάδα υπάρχει κυρίως στις Κυκλάδες, στη Μάνη και στη Λέσβο. Εμφανίζεται σε διάφορες παραλλαγές, κρυσταλλικές ή κρυπτοκρυσταλλικές. Ο καθαρός χαλαζίας είναι άχρωμος, αλλά οι διάφορες προσμείξεις δημιουργούν αποχρώσεις (κίτρινες, πράσινες, μαύρες και κόκκινες). Ο χαλαζίας έχει σκληρότητα 7 και ειδικό βάρος 2,6. Ο μοριακός του τύπος είναι SiO₂. Λιώνει σε εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία. Η χαλαζιακή άμμος καθώς και οι χαλαζίτες χρησιμοποιούνται ως πρώτη ύλη της υαλουργίας σε τεράστιες ποσότητες. Η σκόνη του χαλαζία χρησιμοποιείται στις βιομηχανίες πορσελάνης και απορρυπαντικών. Η μεγάλη σκληρότητά του τον κάνει κατάλληλη πρώτη ύλη για την κατασκευή εργαλείων κατεργασίας λίθων, ξύλου και δεμάτων.

Η Χημική ανάλυση της χαλαζιακής άμμου παρουσιάζεται παρακάτω. Η άμμος χρησιμοποιείται στην παραγωγή με μέγιστη υγρασία 6%.

Συστατικό	Ποσοστό Συμμετοχής
SiO₂	95.0 ± 1.0
Al₂O₃	2.0 ± 0.5
Fe₂O₃	0.12 ± 0.03

Σόδα

Κοινή ονομασία του ανθρακικού νατρίου (Na₂CO₃). Η άνυδρη (μη κρυσταλλική) σόδα έχει τη μορφή λευκής σκόνης, ευδιάλυτης, με σημείο τήξης 853 °C και ειδικό βάρος 2,5 γραμ./κυβ.εκ. Δεν έχει οσμή και η γεύση της μοιάζει με του σαπουνιού. Δε διασπάται με θέρμανση και αντιδρά με τα οξέα δίνοντας διοξείδιο του άνθρακα. Είναι συστατικό της στάχτης διαφόρων θαλάσσιων φυτών, κυρίως των φυκών, από τα οποία εξάγονταν παλαιότερα. Παρασκευάζεται με τρεις μεθόδους: τη μέθοδο Leblanc, τη μέθοδο Solvay και την ηλεκτρολυτική μέθοδο. Η σόδα χρησιμοποιείται στη υαλουργία και τη σαπωνοποιία. Επίσης χρησιμοποιείται για την αποσκλήρυνση του νερού, την εξουδετέρωση των οξέων, την παρασκευή υδροξειδίου του νατρίου κ.ά.

Θειικό νάτριο (άλας)

Το θειικό νάτριο (Na₂SO₄) είναι ένα βασικό συστατικό του νατρίου. Έχει μορφή άχρωμων ρομβοειδών κρυστάλλων ευδιάλυτων στο κρύο νερό. Γύρω στο 50% της παγκόσμιας παραγωγής του προέρχεται από τη φυσική ορυκτή μορφή του (sal mirabilis ή Glauber's salt), ενώ το υπόλοιπο από υποπροϊόντα χημικής διαδικασίας, το σπουδαιότερο εκ των οποίων είναι το υδροχλωρικό οξύ από χλωριούχο νάτριο και θειικό οξύ. Το θειικό νάτριο είναι χημικά ιδιαίτερα σταθερό και διαλύεται ή αναγκαγκά μέσα σε κανονικές θερμοκρασίες, εφαρμόζεται στην παραγωγή υαλικών και στην υαλουργία. Στη βιομηχανία υαλικού το θειικό νάτριο χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση μικρών φυσαλίδων αέρα από λιωμένο γυαλί. Επίσης καθαρίζει και εμποδίζει τον σχηματισμό αλκαλίων από το λιωμένο γυαλί και τη διαύγαση.