¿Qué proceso se utiliza para fabricar el invernadero de vidrio fundido?
Proceso de fabricación del vidrio
Utilización de óxidos ácidos, de metales alcalinos y alcalinotérreos como principales materias primas para fabricar vidrio y productos de vidrio. Los métodos de fabricación de los diferentes productos de vidrio tienen sus propias características, pero los procesos principales son similares (Figura 1).
Breve Historia En el año 2600 a.C., había varillas de vidrio verde en Babilonia. Hacia el 2500 a. C., se podían fabricar cuentas de vidrio en Mesopotamia y Egipto. La primera cristalería se talló a partir de bloques de vidrio. Más tarde, los egipcios usaron arcilla y arena para hacer un núcleo de arena de cierta forma, sumergieron el núcleo de arena en vidrio líquido capa por capa, le dieron forma y lo decoraron con tiras de vidrio de colores. Después de la solidificación, el núcleo de arena se retiró. hacer objetos de vidrio. En el año 1200 a. C., los egipcios utilizaban moldes que se abrían para prensar el vidrio y convertirlo en tazones, platos, tazas y otros productos. La antigua tecnología china de fabricación de vidrio surgió en la dinastía Zhou Occidental. El vidrio de silicato de plomo y bario apareció durante el Período de los Reinos Combatientes. En la dinastía Han, había paredes de vidrio moldeado y fundido, cuentas, etc. En el año 200 a. C., los babilonios utilizaron por primera vez tubos de hierro huecos para soplar vidrio. Soplar productos de vidrio con cerbatana es un gran avance en la fabricación de vidrio. En el siglo I d. C., los romanos formaron varillas de vidrio de varios colores, las dispusieron en haces y las fundieron, luego cortaron láminas de vidrio con un patrón y una sección transversal determinados, y calentaron y soldaron estas láminas en el molde para hacer mil -cristalería de flores. Han dominado las técnicas de grabado y pulido de la superficie del vidrio, pintando con esmaltes de colores e insertando oro en el vidrio. También colocarán una capa de vidrio opalescente sobre el vidrio oscuro y luego pulirá el vidrio opalescente para crear grabados estampados. , botellas de vidrio tallado. En el siglo VII, los sirios soplaban bolas de vidrio, luego usaban un expulsor de hierro sumergido en una pequeña cantidad de líquido de vidrio para pegarlo al fondo de la bola, luego cortaban el vidrio en la cerbatana y usaban el expulsor para calentar. La bola abierta en el horno para ablandarla y utilizó la fuerza centrífuga de rotación rápida para derretir el vidrio en una bola. La bola se aplana en una pieza plana de vidrio, lo que se llama método de la corona. Del siglo XI al XVI, Venecia se convirtió en un centro de fabricación de vidrio. En ese momento, la pirolusita se usaba para neutralizar y decolorar el color del vidrio para producir vidrio incoloro y transparente, y se restauraron los métodos decorativos de los romanos, como la pintura con esmalte de colores, el dorado del vidrio y el pulido y grabado del vidrio.
En 1615, los británicos utilizaron carbón en lugar de madera como combustible para fundir el vidrio, lo que aumentó la temperatura de fusión. En 1635, se utilizó pedernal como materia prima y se introdujo óxido de plomo para fabricar cristal de plomo con alto índice de refracción, gran dispersión y fácil de tallar y moler. En 1688, Francia utilizó el método de vertido para producir vidrio plano, que se molía y pulía para fabricar espejos. A finales del siglo XVII, el norte de Europa utilizaba el método del tubo de soplado en lugar del método de soplado de bolas. El cilindro se abría a lo largo y se recalentaba, y se aplanaba en pedazos sobre una mesa de hierro por su propio peso. Se mejoró mucho y la producción aumentó. En 1790, el suizo P.L. Guinan inventó el método de agitar líquido de vidrio para producir vidrio óptico muy uniforme. En 1821, se utilizaron moldes divididos para moldear vidrio. En 1867, los hermanos alemanes Siemens construyeron un horno de tanque continuo regenerador alimentado con carbón para fundir vidrio, que redujo el consumo de combustible y aumentó drásticamente la producción de vidrio. En 1880, los alemanes O. Schott y E. Abbe estudiaron la relación entre la composición y las propiedades del vidrio, ampliando la gama de componentes del vidrio. En 1882, Arbogast inventó el método de prensa-soplado para formar productos de vidrio huecos. En 1885, Ashley construyó una máquina semiautomática para fabricar botellas y estableció el método de soplado para fabricar botellas. De 1904 a 1905, el estadounidense M.J. Owens fabricó con éxito una máquina para fabricar botellas totalmente automática que utilizaba moldeo por succión. El desarrollo de los alimentadores por goteo comenzó en 1910. Desde entonces, han aparecido y seguido desarrollándose varias máquinas de moldeo automáticas que utilizan alimentadores para alimentar materiales, y se han comenzado a producir continuamente botellas y frascos de vidrio en grandes cantidades y a alta velocidad. En 1912, el belga E. Fulco propuso el proceso de extraer vidrio fundido a través de ladrillos y una máquina superior para fabricar vidrio plano. En 1913, se utilizó en la producción industrial y comenzó a producir vidrio plano y vidrio para ventanas en grandes cantidades. En 1910, el estadounidense I.W. Colburn estudió el método de trefilado horizontal del vidrio plano y lo lanzó en 1916, Libbey Owens Company lo puso en producción con éxito. En 1930, la Pittsburgh Glass Company (PPG) de Estados Unidos utilizó el método ascendente sin ranuras para producir vidrio plano. En 1931 se inventó el método de producción continua de fibra de vidrio.
En 1959, se puso en producción la moldura flotante de vidrio plano inventada por la compañía británica Pilkington. El líquido de vidrio flotaba sobre la superficie del metal fundido (estaño), lo que mejoró enormemente la calidad del moldeo.
Las materias primas incluyen materias primas principales y materias primas auxiliares. El primero se refiere a las materias primas como óxidos, óxidos intermedios y óxidos fuera de la red que se introducen en el vidrio para formar una estructura de red; el segundo puede acelerar la fusión del vidrio o permitirle obtener ciertas propiedades necesarias;
Principales materias primas: Según las propiedades de los óxidos introducidos, se dividen en materias primas de óxidos ácidos, materias primas de óxidos de metales alcalinos y materias primas de óxidos de metales alcalinotérreos.
①Materias primas de óxidos ácidos: Existen materias primas como SiO2, B2O3, Al2O3, etc. SiO2 es el esqueleto de la estructura del vidrio de silicato. Le da al vidrio alta resistencia, buena estabilidad química, resistencia al calor y baja expansión, pero aumentará la temperatura de fusión y la viscosidad del vidrio. Las materias primas citadas para el SiO2 son arena de sílice, arenisca y cuarcita. Agregar B2O3 al vidrio puede reducir la expansión térmica del vidrio, mejorar el índice de refracción, la resistencia a la rápida degeneración térmica y la erosión química, reducir la viscosidad del vidrio cuando la temperatura es alta y aumentar la viscosidad del vidrio cuando la temperatura es alta. bajo. Las materias primas citadas para el B2O3 son el bórax o el ácido bórico. Agregar Al2O3 al vidrio puede reducir la tendencia a la cristalización del vidrio y mejorar la estabilidad química, mejorar la resistencia y aumentar la viscosidad del vidrio. Las materias primas citadas suelen ser feldespato que contiene K2O o Na2O y SiO2, pudiendo utilizarse también alúmina industrial.
②Materias primas de óxido de metal alcalino: materias primas que incluyen Na2O y K2O. Agregar componentes Na2O y K2O al vidrio puede reducir la temperatura de fusión y reducir la viscosidad, pero empeorará la estabilidad química del vidrio. Las materias primas citadas son carbonato de sodio (Na2CO3) y álcali potásico (K2CO3).
③Materias primas de óxido de metal alcalinotérreo: materias primas que incluyen CaO, MgO, BaO, ZnO y PbO. Agregar CaO y MgO al vidrio puede debilitar la tendencia a la cristalización del vidrio de silicato de sodio, mejorar la estabilidad química, reducir la viscosidad del vidrio a altas temperaturas y promover la fusión y clarificación del vidrio. Sin embargo, la viscosidad aumenta rápidamente cuando la temperatura disminuye, lo que dificulta las operaciones de moldeo. . Las materias primas citadas son piedra caliza (CaCO3) y magnolita (MgCO3), o dolomita que contiene tanto CaO como MgO. A menudo se añaden BaO y ZnO al vidrio para ajustar la estabilidad química y el índice de refracción del vidrio. Las materias primas utilizadas suelen ser ZnO y BaCO3, BaSO4 o Ba(NO3)2 industriales. Agregar PbO al vidrio puede aumentar significativamente el índice de refracción y la dispersión, lo que permite que el vidrio absorba rayos de longitud de onda corta. Al mismo tiempo, la gravedad específica aumenta, la temperatura de fusión disminuye y el vidrio tiene buena humectabilidad con los metales. Las materias primas citadas para el PbO son el plomo rojo y el plomo amarillo o nitrato de plomo industrial.
Además, el vidrio de vidrio también es una materia prima principal, a menudo llamado clinker, que puede fundirse a temperaturas más bajas y contribuir a la fusión de los lotes de vidrio.
Las materias primas auxiliares incluyen generalmente clarificantes, colorantes, decolorantes, opacificantes, fundentes, etc.
① Agente clarificante: descompone los gases de escape durante la fusión del vidrio y acelera la descarga de burbujas del vidrio fundido. Hay arsénico blanco, óxido de antimonio, nitrato, antimonato de sodio, sal de Glauber, etc.
② Colorantes: Hacen que el vidrio tenga varios colores, normalmente compuestos de metales de transición Co, Ni, Mn, Cr, Cu, Fe, CdS, CdSe, Se, Au, Ag, etc.
③Agente decolorante: La decoloración se divide en decoloración química y decoloración física. La decoloración química implica agregar un agente oxidante para oxidar los compuestos coloreados en colores incoloros o claros. La decoloración física se basa en el principio de colores complementarios, añadiendo colorantes para compensar el color del FeO, Fe2O3, Cr2O3, TiO2 y otras impurezas. Por ejemplo, el óxido de hierro hace que el vidrio tenga un aspecto azul verdoso. Por lo general, se añaden nitrato y óxido de cerio para oxidar el hierro a un valor alto y se debilita el poder del tinte. También se pueden agregar compuestos de Se, Co, Ni y Mn para producir un color púrpura rojizo, que es complementario al color azul verdoso del compuesto de Fe para volverse incoloro, pero reduce la transmitancia de luz.
④Agente opacificante: provoca que al enfriar el vidrio precipiten cristales densos, dispersando la luz y volviéndolo opaco. Los más utilizados son piedras de cristal, fluoruros como el fluorosilicato de sodio y fosfatos como el fosfato de calcio.
El proceso de producción incluye principalmente pasos como la preparación del material por lotes, fusión, moldeado, recocido y posprocesamiento.
Preparación del lote: En primer lugar, las materias primas se preprocesan, incluida la trituración de las materias primas en bloque, el secado previo de las materias primas húmedas y la eliminación del hierro de las materias primas que contienen hierro. El tamaño de partícula adecuado para la trituración es de 0,25 a 0,5 mm. Las partículas que son demasiado gruesas no son fáciles de derretir por completo y formarán piedras de polvo residuales o nódulos ricos en silicio en el vidrio. Las partículas que son demasiado finas son fáciles de volar o agregar. racimos. Las materias primas con un cierto tamaño de partícula se pesan con precisión según la fórmula y luego se mezclan con un mezclador de tambor, paleta o disco.
Fusión: Los materiales del lote de vidrio se funden y clarifican a alta temperatura para formar un líquido de vidrio uniforme sin burbujas ni piedras. La temperatura de fusión de los materiales por lotes de vidrio varía según los diferentes componentes, generalmente entre 1300 y 1600 ℃. Los materiales del lote sufren una serie de reacciones físicas y químicas a altas temperaturas y gradualmente se funden por completo. A medida que aumenta la temperatura, la viscosidad disminuye significativamente, y la gran cantidad de aire que contiene y el gas generado por la descomposición de las materias primas suben y escapan de la masa fundida, aclarando la masa fundida. Si bien las burbujas se eliminan a alta temperatura, la composición química del líquido de vidrio también tiende a ser uniforme. Si es necesario, se agrega fuerza mecánica externa para agitarlo. Una vez completadas la clarificación y homogeneización, se reduce la temperatura para que el líquido de vidrio alcance uniformemente la viscosidad adecuada para los requisitos de moldeo.
La fusión se realiza en un horno de vidrio. Para la producción en masa, se funde continuamente en un horno de tanque. Los materiales del lote se añaden en un extremo del horno y el líquido de vidrio formado se descarga en el otro extremo. Durante la producción a pequeña escala, se funde de forma intermitente en un horno de crisol.
El moldeo es el proceso de procesar vidrio fundido en productos con formas geométricas fijas. Cuando el vidrio se enfría, cambia de un estado líquido y plástico a un estado sólido, conectando las etapas de producción de suministro, recuperación, conformación y finalización del vidrio. Al recoger materiales manualmente, la viscosidad del líquido de vidrio suele ser de 102,2 Pa·s; cuando la máquina alimenta automáticamente el material, es de 102 ~ 103 Pa·s, lo que equivale a 10-100 veces la viscosidad del líquido de vidrio cuando queda aclarado. La viscosidad adecuada para que las gotas de vidrio entren en el molde es normalmente de 103,5 Pa·s, y la viscosidad al desmoldar debe ser de 106 Pa·s. Dentro de este rango de plasticidad, la frita de vidrio se corta, se une, se sopla, se lamina y se realizan otras operaciones de formación. realizado. Si el tiempo de producción es largo, la composición de vidrio debe ajustarse para ralentizar la transición de viscosidad y reducir la tendencia a la cristalización para evitar el endurecimiento demasiado rápido y la cristalización durante el proceso de moldeo. Los métodos de formación de vidrio más utilizados incluyen soplado, prensado, estirado, vertido, laminado, etc.
① Método de soplado: se utiliza para fabricar productos de vidrio huecos, como tazas, utensilios, botellas, latas, bombillas, etc. Durante el soplado manual, se utiliza una cerbatana de hierro hueca de aproximadamente 1,5 m de largo, un extremo se sumerge en el líquido de vidrio (material para picar) y el otro extremo es la boquilla. Después de seleccionar el material, enróllelo uniformemente sobre la placa rodante (recipiente) y sople aire para formar una burbuja de vidrio, que se sopla en el producto terminado en el molde; también se puede soplar libremente sin molde y finalmente se desprende; soplete. Al formar productos grandes, los materiales deben recogerse y enrollarse repetidamente para recolectar suficientes materiales. Durante el soplado mecánico, el líquido de vidrio sale por la salida del horno de fusión de vidrio y se forma en gotas con un peso y forma determinados a través del alimentador. Se cortan en el molde preliminar y se soplan o presionan en el molde preliminar, y. luego se transfiere al molde de formación para darle la forma final. El método de soplado, que consiste en soplar hasta obtener una forma preliminar y luego obtener productos terminados, es adecuado para fabricar utensilios y botellas de boca pequeña. El método de soplado a presión, que consiste en presionar hasta obtener una forma preliminar y luego soplarlo hasta obtener productos terminados, es adecuado para fabricar recipientes de boca grande y botellas y frascos de paredes delgadas.
La máquina sopladora de correa de Corning es un tipo especial de máquina sopladora mecánica. Primero presiona el vidrio fundido en una cinta con bloques espaciados a través de un rodillo giratorio. Los múltiples cabezales de soplado de la máquina de soplado de burbujas funcionan sincrónicamente sobre la cinta de vidrio y la soplan hasta darle una forma preliminar. Luego, la matriz de moldeo se cierra y se sopla. producto terminado. Adecuado para la fabricación de carcasas de bombillas, carcasas de tubos electrónicos, vasos de agua, etc.
② Método de prensado: se utiliza para fabricar productos abiertos y sólidos, como cuencos, platos, cilindros, lentes, pantallas de imágenes, conos, ladrillos, etc. El prensado manual utiliza una varilla de hierro para sacar el material, cortarlo en el molde de acuerdo con la cantidad establecida y presionar el núcleo del molde (punzón) para llenar la cavidad del molde con vidrio fundido y presionarlo en el producto terminado. El prensado mecánico utiliza el mismo método de alimentación que el método de soplado para cortar el líquido de vidrio en el molde de la prensa de moldes múltiples y automáticamente deja caer el núcleo del molde para formar. La capa superficial del líquido de vidrio formado mediante el método de prensado se enfría rápidamente debido al contacto con el molde y el núcleo del molde, y es adecuada para fabricar productos más gruesos y menos profundos.
③Método de trefilado: se utiliza para fabricar tubos de vidrio, varillas, fibras, ventanas y placas planas, etc.
Al tirar manualmente del tubo, se utiliza un tubo de hierro para recoger repetidamente el material, recoger una gran cantidad de líquido de vidrio y enrollarlo uniformemente para formar una burbuja de material. La parte superior de la burbuja de material se pega con otra varilla de hierro para recoger. el material, sople aire y ábralo lentamente a cierta velocidad. La tracción mecánica se divide en tracción hacia arriba, tracción hacia abajo y tracción horizontal. Cuando se estiran mecánicamente tubos de vidrio, primero, el líquido de vidrio fluye hacia el recipiente de extracción del tubo y depende del mandril de aleación resistente al calor o material refractario y del aire introducido en el centro del eje para formar la raíz del tubo, que se estira continuamente. arrastrados en tubos por el rodillo de tracción. El método de extracción de fibras continuas consiste en controlar la temperatura del líquido de vidrio en el crisol de extracción. Hay más de 100 fugas en el fondo del crisol. El mecanismo de extracción giratorio de alta velocidad extrae las fibras continuas y las enrolla alrededor del barril. . El método de tirar mecánicamente de la placa es tirar de la placa de vidrio con el nivel de líquido de vidrio en la cámara de formación del canal. El ladrillo de vidrio con ranuras en la superficie del líquido se llama método de extracción con ranuras, y el líquido de vidrio sale a borbotones de la ranura del ladrillo; la superficie libre del líquido se tira hacia arriba y el rodillo giratorio se vuelve horizontal, lo que se denomina método de extracción sin ranuras. el método de tracción horizontal respectivamente. En el estirado con flotador, el líquido de vidrio fluye a través del puerto de desbordamiento a través del canal hasta la superficie del líquido de estaño a alta temperatura y se despliega en una placa de vidrio. Al mismo tiempo, es arrastrado hacia la cola del tanque. en la superficie del líquido de estaño utiliza tensión superficial de alta temperatura para volverse suave y lisa.
④Método de vertido: se utiliza para producir vidrio óptico, productos de decoración arquitectónica, etc. Entre ellos, el método de fundición centrífuga se utiliza para producir tubos de vidrio de gran diámetro, recipientes, recipientes de reacción de gran capacidad, conos de vidrio, etc. El líquido de vidrio utilizado para el vertido debe tener baja viscosidad y solidificarse en el molde. Durante el vertido centrífugo, el líquido de vidrio se inyecta en el molde y luego se hace girar a alta velocidad. El líquido de vidrio se presiona contra la pared del molde mediante fuerza centrífuga hasta que solidifica.
⑤Método de llamada: se utiliza para fabricar placas de vidrio gruesas, vidrio plano gofrado y vidrio plano cableado. El vidrio fundido se puede verter sobre una plataforma de metal y estirar hasta formar una placa con un rodillo de presión, o el vidrio fundido se puede hacer fluir continuamente hacia el espacio entre dos rodillos y enrollarlo hasta formar una placa plana. El rodillo está grabado con patrones para formar una placa plana en relieve. El vidrio cableado se forma intercalando alambres metálicos entre los rodillos.
El propósito del recocido es eliminar tensiones permanentes y desequilibrios estructurales en los productos de vidrio. El vidrio es un mal conductor térmico. Una vez formado el producto, se produce una diferencia de temperatura entre la capa superficial y la capa interna durante el proceso de enfriamiento. Cuando la capa superficial se solidifica y la capa interna es viscosa, la diferencia de temperatura existe pero la tensión. la relajación no existe. Esta diferencia de temperatura ocurre cuando la capa superficial se enfría a temperatura ambiente, la capa interna continúa enfriándose y encogiéndose, y la capa superficial lo impide para producir tensión de tracción. tensión de compresión, que existe permanentemente. El tamaño y distribución de las tensiones permanentes provocadas por el proceso térmico en cada parte del producto no será uniforme, por lo que la resistencia del producto de vidrio se verá afectada, pudiendo incluso romperse debido a la concentración de tensiones. El recocido elimina la tensión dañina dentro del vidrio y evita que se desarrollen nuevas tensiones. Durante el recocido, el producto de vidrio se calienta o se mantiene a la temperatura de recocido después del conformado en caliente, de modo que la tensión original se relaja y elimina, y luego se enfría lentamente por debajo de la temperatura de deformación. Después de que el vidrio entra completamente en el estado de cuerpo rígido, la diferencia de temperatura. entre las capas interior y exterior sólo produce tensión temporal. Debido a la enorme viscosidad de determinadas propiedades y funciones del vidrio (como el vidrio óptico, el vidrio de termómetro) dentro del rango de temperatura de transición, las partículas estructurales se mueven lentamente, de modo que sus propiedades no tienen tiempo de alcanzar un estado de equilibrio acorde con la temperatura. y el equilibrio lento se producirá durante el uso. Se producirán cambios de rendimiento, por lo que la temperatura de recocido debe mantenerse durante un tiempo suficiente.
A diferencia del recocido, que elimina la tensión térmica permanente, el templado del vidrio provoca una tensión de compresión en la superficie del vidrio a través del tratamiento térmico para aumentar la resistencia del vidrio. Después de calentar el producto de vidrio hasta una temperatura cercana a la de ablandamiento, se enfría inmediatamente con un medio refrigerante como aire o aceite, que puede producir de forma controlada una tensión de compresión permanente y uniforme en la superficie del producto de vidrio. Esta tensión de compresión puede compensar el daño. Causado por fuerzas externas que actúan sobre el producto de vidrio. La tensión de tracción aumenta la resistencia del producto de 4 a 5 veces, convirtiéndolo en un producto de vidrio templado.