Jak produkuje się szkło
Krótki przewodnik po tym, jak produkuje się szkło
Na przestrzeni wieków metody produkcji szkła uległy znaczącym zmianom, od wykwalifikowanych rzemieślników po dzisiejszą produkcję wysokonakładową. Jedną z najważniejszych innowacji w przemyśle szklarskim było opracowanie procesu produkcji szkła float .Chcielibyśmy przedstawić sposób, w jaki szkło float jest obecnie produkowane.
Od wykwalifikowanych rzemieślników po industrializację
Szkło odkryto po raz pierwszy około 5000 lat p.n.e. Przez wieki było wytwarzane przez drobnych rzemieślników i dopiero w XX wieku produkcja stała się uprzemysłowiona, zaś samo szkło zaczęto wytwarzać w formie szyb. Jednak nadal występowała jedna, poważna wada: aby uzyskać żądaną jakość, szkło musiało być szlifowane i polerowane po obu stronach, co jest bardzo czasochłonne i kosztowne.
Potem nastąpiła być może największa rewolucja w historii szkła – wprowadzenie procesu produkcji szkła float, spopularyzowanego w latach 60. XX wieku. Ten przełom doprowadził do ogromnego wzrostu wykorzystania szkła na całym świecie.
Szkło float jest podstawowym produktem w ofercie firmy Guardian i jest dostępne w postaci powlekanego szkła przeciwsłonecznego, laminowanego szkła bezpiecznego, antyrefleksyjnego czy lustrzanego.
Proces produkcji szkła float
Proces wytwarzania szkła float jest podobny do przygotowania i przyrządzania starannie zaplanowanego posiłku. Zaczyna się od zebrania wszystkich wymaganych składników, a następnie przeprowadzenia określonego zestawu procesów obejmujących podgrzewanie do odpowiedniej temperatury, a następnie schładzanie w odpowiedni sposób. Postępowanie zgodnie z recepturą sprawia, że wyniki są warte wysiłku.
Z czego produkowane jest szkło?
Szkło sodowo-wapniowe składa się z trzech głównych składników: piasku, węglanu sodu i wapienia. Szkło float zawiera również dolomit, stosowany w celu poprawy twardości i odporności chemicznej szkła float.
Krótka historia szkła
Najstarsze znane szklane przedmioty, takie jak koraliki, pochodzą z około 2000 r. p.n.e. Przez wieki produkcja szkła opierała się na rzemieślniczych umiejętnościach pojedynczych osób, a szkło pozostawało materiałem luksusowym, zwykle stosowanym w biżuterii lub w przedmiotach dekoracyjnych. Dopiero w XIX wieku szkło stało się powszechne w domach i budynkach użyteczności publicznej. Chociaż technologia szkła float została opatentowana dopiero na początku XX wieku, została znacznie rozwinięta i wprowadzona na rynek w latach 50. przez firmę Pilkington Brothers Limited. W połowie lat 60. XX wieku ich wersja procesu float zaczęła zastępować tradycyjne metody produkcji szkła, zapewniając lepszą jakość powierzchni i mniejsze koszty produkcji.
Innowacyjna metoda szkła float firmy Pilkington jest obecnie najczęściej stosowaną techniką wytwarzania szkła płaskiego.
Jak produkuje się szkło float?
Szkło float jest wytwarzane przez rozpuszczanie surowców w piecu (proces powszechnie nazywany topieniem), a następnie ciągłe wylewanie mieszanki na wannę ze stopioną cyną. Grawitacja i napięcie powierzchniowe pozwalają mieszance unosić się na powierzchni i przekształcać się w płaski, gładki arkusz zwany wstęgą. Po procesach topienia i kształtowania wstęga jest schładzana i przycinana na wymiar.
Typowa szerokość wstęgi wynosi 3,21 metra (126 cali) w Europie i 3,30 metra (130 cali) lub 3,66 metra (144 cale) w Ameryce Północnej. Standardowe wymiary produkcyjne szkła float mogą się różnić w zależności od regionu. Grubość wstęgi może wynosić od około 2 do 19 mm (od 3/32” do 3/4”).
Linie produkcyjne szkła float mogą mieć nawet 500 metrów długości i są utrzymywane w ciągłej pracy. Zazwyczaj linia szkła float ma żywotność wynoszącą od około 18 do 20 lat. Średniej wielkości linia szkła float może wytwarzać 600 ton szkła dziennie.
Obejrzyj film i zobacz, jak powstaje szkło float:
Jakie surowce są wykorzystywane w produkcji szkła float?
Surowce wykorzystywane w procesie produkcji szkła float to mieszanka piasku krzemionkowego, węglanu sodu, wapienia i dolomitu. Wagowo szkło float składa się z mniej więcej 70–75% piasku krzemionkowego, 15% węglanu sodu oraz 15% wapienia połączonego z dolomitem. Szkło float zawiera również niewielkie ilości siarczanu sodu, węgla i tlenku żelaza.
Każdy składnik odgrywa ważną rolę. Piasek krzemionkowy tworzy sztywną, szklistą strukturę. Węglan sodu obniża temperaturę topnienia krzemionki i sprawia, że szkło jest plastyczne i łatwiejsze do rozpuszczenia. Wapień działa jak stabilizator i poprawia trwałość oraz twardość szkła. Dolomit poprawia kontrolę lepkości szkła i jego odporność na chemikalia.
Jak przebiega proces topienia
Po dokładnym odważeniu każdego surowca według wymaganej receptury, wszystkie składniki są starannie mieszane w zestawiarni przed przeniesieniem do zasobnika pieca. Od 15 do 25% mieszaniny wsadowej dla standardowego szkła float stanowi pokruszone szkło, znane jako stłuczka. Stłuczka jest zwykle pozyskiwana z poprzednich partii produkcyjnych, ale może być dostarczana przez wyspecjalizowane firmy zajmujące się recyklingiem lub przetwórstwem szkła. Należy starannie sprawdzić stłuczkę, aby upewnić się, że spełnia ona standardy jakości.
Do umieszczania mieszanki w piecu służą narzędzia zwane ładowarkami. Piec linii szkła float ma strefę topienia, w której panuje temperatura od 1500 do 1600°C (od 2700 do 2900°F).
W piecu regeneracyjnym temperatura jest utrzymywana za pomocą szeregu bocznych palników zasilanych gazem ziemnym. Każdy zestaw palników pracuje naprzemiennie przez około 20 minut, po czym następuje przełączenie na drugą stronę. Gazy spalinowe z pieca są podawane przez przeciwległy nieaktywny regenerator, utrzymując temperaturę regeneratora i oszczędzając znaczne ilości energii.
Jak kształtuje się szkło
Po zakończeniu procesu topienia wstęga płynnego szkła jest kierowana do zasobnika kondycjonującego poprzez zwężkę regulującą przepływ. Stopione szkło miesza się za pomocą chłodzonych wodą łopatek, po czym kieruje się je do wanny z cyną. Przed przepłynięciem na powierzchnię stopionej cyny szkło przechodzi przez ruchomą barierę zwaną przysłoną (ang. tweel) Stopiona cyna ma niską reaktywność ze szkłem i wysoką gęstość, wyższą niż stopione szkło. Dzięki tym właściwościom szkło może płynnie unosić się na powierzchni, tworząc idealnie płaskie arkusze.
Standardowa grubość szkła wynosi około 6 mm. Różne grubości szkła uzyskuje się za pomocą górnych walców zwanych radełkami, które rozciągają wstęgę szkła, a zwiększenie prędkości linii produkcyjnej pozwala na wytworzenie cieńszego szkła. Aby uzyskać grubsze szkło, górne walce ściskają szkło, a prędkość linii jest zmniejszana.
Po zakończeniu procesu kształtowania temperatura szkła spada z około 1100°C (2000°F) do około 600°C (1100°F). Szkło opuszcza wannę z cyną w stanie niemal stałym.
Znaczenie schładzania szkła
Następnie szkło przechodzi do tunelowej odprężarki, gdzie jest wyżarzane, aby stopniowo ostygnąć. Jest to miejsce o kontrolowanej temperaturze, służące do stopniowego schładzania świeżo uformowanego szkła. Odprężarka tunelowa do wyżarzania składa się z zamkniętego kanału, po którym następuje otwarty odcinek wystawiony na działanie wymuszonego obiegu powietrza. Odprężarki tunelowe do wyżarzania są dość długie i zwykle sięgają około 200 metrów.
W trakcie procesu wyżarzania wymuszone powietrze obniża temperaturę szkła do poziomu otoczenia. Gdy szkło ostygnie, naprężenia wewnętrzne są eliminowane, a szkło przyjmuje jednorodny profil naprężeń. Jednorodność profilu naprężeń umożliwia pocięcie szkła na przemysłowe arkusze oraz ich magazynowanie.
Jakie są właściwości szkła?
Nowoczesne szkło architektoniczne ma wiele innych cech poza przejrzystością. Szkło float to precyzyjnie zaprojektowany materiał o dokładnie określonej wytrzymałości, trwałości i przejrzystości optycznej.
Dzięki tym właściwościom szkło może być używane w szerokim spektrum zastosowań. Obróbka cieplna, powlekanie i laminowanie szkła poprawiają jego właściwości i zwiększa funkcjonalność, na przykład wytrzymałość, kontrolę przeciwsłoneczną, izolację termiczną, bezpieczeństwo, ochronę oraz wydajność akustyczną.
Kontrola jakości w produkcji szkła
Utrzymanie jakości ma zasadnicze znaczenie w produkcji szkła. Czujniki laserowe lub kamery o wysokiej rozdzielczości służą do wykrywania wad. Takie obszary są wycinane z arkuszy szkła i używane jako stłuczka.
Wydajność środowiskowa w produkcji szkła
Dążymy do poprawy wydajności środowiskowej naszych procesów produkcyjnych i produktów w całym cyklu życia. Obejmuje to wykorzystanie mniejszej ilości zasobów naturalnych, minimalizację ilości odpadów i ciągłe wprowadzanie innowacji w celu wydajnego i odpowiedzialnego działania.
Najlepszym przykładem jest nasz piec w Bascharage w Luksemburgu, który wykorzystuje technologię nowej generacji i jest obecnie naszym najbardziej energooszczędnym piecem.
Innym przykładem jest Guardian NEXA™, gama rozwiązań w zakresie szkła niskowęglowego (do 38% redukcji zawartości węgla*), uzyskana dzięki optymalizacji procesów produkcyjnych i doboru surowców.
Jak produkuje się szkło – często zadawane pytania
Jakie są etapy produkcji szkła
Zbieranie surowców, topienie, kształtowanie, schładzanie i cięcie.
Z czego produkowane jest szkło?
Piasek, węglan sodu, wapień i dolomit. Można również dodawać inne substancje w celu wzmocnienia szkła.
Czym jest szkło float?
Szkło float jest wytwarzane przez wylewanie stopionych surowców na powierzchnie stopionej cyny. W ten sposób uzyskuje się idealnie równe, płaskie tafle szkła, które nie wymagają szlifowania ani polerowania.
