Glasproduktion - Glass production
Glasproduktion innefattar två huvudmetoder - flottörglasprocessen som producerar glasplåt och glasblåsning som producerar flaskor och andra behållare. Det har gjorts på olika sätt under glasets historia .
Glasbehållare produktion
I stort sett är moderna glasbehållarfabriker tredelade operationer: batchhuset , den varma änden och den kalla änden . Den sats Huset hanterar råvaror, den varma änden hanterar rätt tillverkning - framhästen, formningsmaskiner och glödgningsugnar ; och den kalla änden hanterar produktinspektions- och förpackningsutrustningen.
Batchbehandlingssystem (batchhus)
Satsbearbetning är ett av de första stegen i glasframställningsprocessen. Satshuset rymmer helt enkelt råvarorna i stora silor (matas med lastbil eller spårvagn) och rymmer allt från 1–5 dagars material. Vissa batchsystem inkluderar materialbearbetning, såsom råmaterialsilning/-sikt, torkning eller förvärmning (dvs slakt ). Oavsett om det är automatiserat eller manuellt mäter, monterar, blandar och levererar batchhuset glasråvaroreceptet (batch) via en rad rännor, transportörer och vågar till ugnen. Partiet går in i ugnen vid "hundhuset" eller "satsladdaren". Olika glastyper, färger, önskad kvalitet, råvarans renhet / tillgänglighet och ugnsdesign påverkar batchreceptet.
Het slut
Den varma änden av ett glasverk är där det smälta glaset tillverkas till glasprodukter. Partiet kommer in i ugnen och övergår sedan till formningsprocessen, intern behandling och glödgning.
Följande tabell listar vanliga fixeringspunkter för viskositet , tillämpliga på storskalig glasproduktion och experimentell glassmältning i laboratoriet :
| logg 10 (η, Pa · s) | logg 10 (η, P) | Beskrivning |
|---|---|---|
| 1 | 2 | Smältpunkt (homogenisering av glas och smältning) |
| 3 | 4 | Arbetspunkt (tryckning, blåsning, tappformning) |
| 4 | 5 | Flödespunkt |
| 6.6 | 7.6 | Littleton Mjukningspunkt (glas deformeras synligt under sin egen vikt. Standardprocedurer ASTM C338, ISO 7884-3) |
| 8–10 | 9–11 | Dilatometrisk mjukningspunkt, T d , beroende på belastning |
| 10.5 | 11.5 | Deformationspunkt (Glas deformeras under sin egen vikt på μm-skalan inom några timmar.) |
| 11–12.3 | 12–13.3 | Glasövergångstemperatur, T g |
| 12 | 13 | Glödgningspunkt (Stress lindras inom några minuter.) |
| 13.5 | 14.5 | Slagpunkt (Stress lindras inom flera timmar.) |
Ugn
Satsen matas in i ugnen med en långsam, kontrollerad hastighet av satsbearbetningssystemet. Ugnarna är naturgas - eller eldningsoljeeldade och fungerar vid temperaturer upp till 1575 ° C (2867 ° F). Temperaturen begränsas endast av kvaliteten på ugnens överbyggnadsmaterial och av glaskompositionen. Typer av ugnar som används vid tillverkning av behållarglas inkluderar ändport (sluteldad), sidoport och oxibränsle . Normalt klassificeras ugnsstorleken efter metriska ton per dag (MTPD) produktionskapacitet.
Bildande process
Det finns för närvarande två primära metoder för att tillverka glasbehållare: blåsa och blåsa- metoden endast för smalhalsade behållare och press- och blåsmetoden som används för burkar och avsmalnande smalhalsbehållare.
I båda metoderna skärs en ström av smält glas vid dess plasttemperatur (1 050–1 200 ° C [1 920–2 190 ° F]) med ett skärblad för att bilda en solid cylinder av glas, kallad en gob . Tappen har en förutbestämd vikt som räcker för att göra en flaska. Båda processerna börjar med att tappen faller av tyngdkraften och styrs genom tråg och rännor in i blankformarna, av vilka två halvor kläms fast och sedan förseglas av baffeln ovanifrån.
I blåsa och blåsa processen blåses först glaset genom en ventil i baffeln, vilket tvingar ner det i den tredelade ringformen som hålls i halsringen under armarna, för att bilda finishen . Termen "finish" beskriver detaljerna (såsom lockets tätningsyta, skruvgängor, fästribba för ett manipuleringssäkert lock, etc.) vid behållarens öppna ände. Därefter blåses tryckluft genom glaset, vilket resulterar i en ihålig och delvis formad behållare. Tryckluft blåses sedan igen i det andra steget för att ge slutlig form.
Behållare tillverkas i två stora steg. Det första steget formar alla detaljer ("finish") runt öppningen, men behållarens kropp görs initialt mycket mindre än dess slutliga storlek. Dessa delvis tillverkade behållare kallas parisons , och ganska snabbt formblåsas de till slutlig form.
"Ringarna" förseglas underifrån med en kort kolv. Efter att "sedimenteringsblåsan" är klar dras kolven tillbaka något, så att huden som bildas mjuknar. "Motblås" luft kommer sedan upp genom kolven, för att skapa parison. Baffeln stiger och ämnena öppnas. Parisonen är inverterad i en båge till "mögelsidan" av "halsringarmen", som håller parisen med "finishen".
När halsringens arm når slutet av sin båge, stängs två mögelhalvor runt fängelset. Halsringens arm öppnas något för att släppa greppet om "finishen" och återgår sedan till den tomma sidan. Slutslag , applicerat genom "blåshuvudet", blåser ut glaset och expanderar in i formen för att få den slutliga behållarformen.
I press- och blåsprocessen bildas parisonen av en lång metallkolv som stiger upp och pressar ut glaset för att fylla ringen och blankformarna. Processen fortsätter sedan som tidigare, med parisonen överförs till den slutliga formen och glaset blåses ut i formen.
Behållaren plockas sedan upp från formen av "take-out" -mekanismen och hålls över "deadplate", där luftkylning hjälper till att kyla ner det fortfarande mjuka glaset. Slutligen sopas flaskorna på en transportör av "push out paddles" som har luftfickor för att hålla flaskorna stående efter landning på "deadplate"; de är nu redo för glödgning.
Formning av maskiner
Formmaskinerna håller och flyttar delarna som bildar behållaren. Maskinen består av 19 grundläggande mekanismer i drift för att bilda en flaska och generellt drivs av tryckluft (högt tryck - 3,2 bar och lågt tryck - 2,8 bar), mekanismerna är elektroniskt tidsinställda för att samordna alla rörelser av mekanismerna. Det mest använda formningsmaskinarrangemanget är den individuella sektionsmaskinen (eller IS -maskinen). Denna maskin har en bank med 5–20 identiska sektioner, som var och en innehåller en komplett uppsättning mekanismer för att göra behållare. Sektionerna är i rad, och gobs matar in i varje sektion via en rörlig ränna, kallad gob -distributör . Sektioner gör antingen en, två, tre eller fyra behållare samtidigt (kallas enkel , dubbel , trippel och fyrkantig gob). I fallet med flera droppar de sax klippa gobs samtidigt och de faller in i tomma formar parallellt.
Formmaskiner drivs till stor del av tryckluft och ett typiskt glasverk kommer att ha flera stora kompressorer (totalt 30 000–60 000 cfm) för att tillhandahålla nödvändig tryckluft. Ugnar, kompressorer och formningsmaskiner genererar stora mängder spillvärme som vanligtvis kyls av vatten. Varmt glas som inte används i formningsmaskinen avleds och detta avledda glas (kallat cullet ) kyls i allmänhet med vatten och ibland bearbetas och krossas i ett vattenbadarrangemang. Ofta delas kylbehovet över banker med kyltorn som är anordnade för att möjliggöra säkerhetskopiering under underhåll.
Intern behandling
Efter formningsprocessen genomgår vissa behållare - särskilt de som är avsedda för spritdrycker - en behandling för att förbättra den kemiska resistensen på insidan, kallad intern behandling eller dealkalization . Detta åstadkommes vanligtvis genom injektion av en svavel- eller fluorinnehållande gasblandning i flaskor vid höga temperaturer. Gasen levereras vanligtvis till behållaren antingen i luften som används vid formningsprocessen (det vill säga under behållarens sista slag), eller genom ett munstycke som leder en ström av gasen in i flaskans mynning efter formning. Behandlingen gör behållaren mer motståndskraftig mot alkaliextraktion, vilket kan orsaka ökningar av produktens pH och i vissa fall nedbrytning av behållare.
Glödgning
När glaset svalnar krymper det och stelnar. Ojämn kylning orsakar svagt glas på grund av stress. Jämn kylning uppnås genom glödgning . En glödgningsugn (känd inom industrin som lehr ) värmer behållaren till cirka 580 ° C (1 076 ° F), kyler den sedan, beroende på glastjockleken, under en period på 20 - 60 minuter.
Kallt slut
Rollen för den kalla änden av tillverkning av glasbehållare är att slutföra de sista uppgifterna i tillverkningsprocessen: spraya på en polyetenbeläggning för nötningsbeständighet och ökad smörjighet, inspektera behållarna för defekter, märka behållarna och förpacka behållarna för transport.
Beläggningar
Glasbehållare får vanligtvis två ytbeläggningar, en vid den varma änden , strax före glödgning och en vid den kalla änden strax efter glödgning. I den varma änden appliceras ett mycket tunt lager tenn (IV) oxid antingen med hjälp av en säker organisk förening eller oorganisk stanniklorid . Tennbaserade system är inte de enda som används, även om de är mest populära. Titantetraklorid eller organotitanater kan också användas. I samtliga fall beläggningen gör ytan av glaset mer adhesiva till kalla änden beläggningen. Vid kalla änden av ett skikt av typiskt, polyeten -vax , matas via en vattenbaserad emulsion . Detta gör glaset halt, skyddar det från repor och stoppar behållare från att fastna när de flyttas på en transportör . Den resulterande osynliga kombinerade beläggningen ger glaset en praktiskt taget repfri yta. På grund av minskning av ytskador i bruk beskrivs beläggningarna ofta som förstärkare, men en mer korrekt definition kan vara hållfasthetsbeläggningar.
Inspektionsutrustning
Glasbehållare är 100% inspekterade; automatiska maskiner, eller ibland personer, inspekterar varje behållare för olika fel. Typiska fel inkluderar små sprickor i glaset som kallas checkar och främmande inneslutningar som kallas stenar som är bitar av smältugnens eldfasta tegelfoder som bryts av och faller ner i poolen av smält glas eller vanligare överdimensionerade kiseldioxidgranuler (sand) som har misslyckades att smälta och som sedan ingår i slutprodukten. Dessa är särskilt viktiga att välja ut på grund av det faktum att de kan ge ett destruktivt element till den slutliga glasprodukten. Till exempel, eftersom dessa material tål stora mängder värmeenergi, kan de få glasprodukten att uppstå termisk chock som resulterar i explosiv förstörelse vid uppvärmning. Andra defekter inkluderar bubblor i glaset som kallas blåsor och alltför tunna väggar. En annan defekt som är vanlig vid glastillverkning kallas en riva . I press- och slagformningen , om en kolv och form inte är i linje eller värms upp till en felaktig temperatur, kommer glaset att klibba fast vid endera föremålet och rivas. Förutom att avvisa defekta behållare, samlar inspektionsutrustning statistisk information och vidarebefordrar den till formningsmaskinoperatörerna i den heta änden. Datorsystem samlar in felinformation och spårar den till formen som producerade behållaren. Detta görs genom att läsa formnumret på behållaren, som är kodat (som en siffra eller en binär kodpunkt) på behållaren av formen som gjorde den. Operatörer utför en rad kontroller manuellt på prover av behållare, vanligtvis visuella och dimensionella kontroller.
Sekundär bearbetning
Ibland kommer containerfabriker att erbjuda tjänster som märkning . Flera märkningstekniker finns tillgängliga. Unikt för glas är den tillämpade keramiska märkningsprocessen (ACL). Detta är screentryck av dekorationen på behållaren med en glasartad emaljfärg , som sedan bakas på. Ett exempel på detta är den ursprungliga Coca-Cola- flaskan.
Förpackning
Glasbehållare förpackas på olika sätt. Populärt i Europa är bulkpallar med mellan 1000 och 4000 containrar vardera. Detta utförs av automatiska maskiner (palleterare) som ordnar och staplar behållare åtskilda av skiktark. Andra möjligheter inkluderar lådor och till och med handsydda säckar. När de nya "lagerenheterna" har packats märks, lagras och levereras slutligen.
Marknadsföring
Glasbehållartillverkning i den utvecklade världen är en mogen marknadsverksamhet. Världens efterfrågan på plattglas var cirka 52 miljoner ton 2009. USA, Europa och Kina svarar för 75% av efterfrågan och Kinas konsumtion har ökat från 20% i början av 1990 -talet till 50%. Tillverkning av glasbehållare är också en geografisk verksamhet; produkten är tung och stor i volym, och de viktigaste råvarorna (sand, soda och kalksten) är i allmänhet tillgängliga. Därför måste produktionsanläggningar placeras nära deras marknader. En typisk glasugn rymmer hundratals ton smält glas, så det är helt enkelt inte praktiskt att stänga av det varje kväll, eller faktiskt under en period på mindre än en månad. Fabriker går därför 24 timmar om dygnet 7 dagar i veckan. Detta innebär att det finns små möjligheter att antingen öka eller minska produktionstakten med mer än några procent. Nya ugnar och formningsmaskiner kostar tiotals miljoner dollar och kräver minst 18 månaders planering. Med tanke på detta faktum, och det faktum att det vanligtvis finns fler produkter än maskinlinjer, säljs produkter från lager. Marknadsförings-/produktionsutmaningen är därför att förutsäga efterfrågan både på kort 4- till 12-veckors sikt och på 24- till 48-månaders lång sikt. Fabriker är generellt dimensionerade för att tillgodose kraven i en stad; i utvecklade länder finns det vanligtvis en fabrik per 1-2 miljoner människor. En typisk fabrik kommer att producera 1-3 miljoner containrar om dagen. Trots sin position som en mogen marknadsprodukt, åtnjuter glas hög konsumentacceptans och uppfattas som ett "premium" kvalitetsförpackningsformat.
Livscykelpåverkan
Glasbehållare är helt återvinningsbara och glasindustrin i många länder har en policy, som ibland krävs av statliga föreskrifter, att upprätthålla ett högt pris på cullet för att säkerställa höga avkastningshastigheter. Avkastning på 95% är inte ovanligt i de nordiska länderna (Sverige, Norge, Danmark och Finland). Avkastning på mindre än 50% är vanligt i andra länder. Naturligtvis kan glasbehållare också återanvändas , och i utvecklingsländer är detta vanligt, men miljöpåverkan av tvättbehållare mot omsmältning är osäker. Faktorer att tänka på här är kemikalierna och färskvattnet som används i tvätten, och det faktum att en engångsbehållare kan göras mycket lättare, med mindre än hälften av glaset (och därför energiinnehållet) i en fleranvändningsbehållare. En viktig faktor i den utvecklade världens övervägande av återanvändning är också producenternas oro över risken och produktansvaret för att använda en komponent (den återanvända behållaren) av okänd och okvalificerad säkerhet. Hur glasbehållare jämförs med andra förpackningstyper ( plast , kartong , aluminium ) är svårt att säga; slutgiltiga livscykelstudier återstår att ta fram.
Flytglasprocess
Flytglas är ett glasskiva framställt av flytande smält glas på en bädd av smält metall, vanligtvis tenn , även om bly och olika legeringar med låg smältpunkt användes tidigare. Denna metod ger arket jämn tjocklek och mycket plana ytor. Moderna fönster är gjorda av flytglas. Mest floatglas är sodaglas , men relativt små kvantiteter särskilt borsilikat och platt bildskärm glas produceras också med hjälp av flytglasprocessen. Flytglasprocessen är också känd som Pilkingtonprocessen , uppkallad efter den brittiska glastillverkaren Pilkington , som var föregångare inom tekniken (uppfunnet av Sir Alastair Pilkington ) på 1950 -talet.
Miljöpåverkan
Lokala effekter
Som med alla högkoncentrerade industrier lider glasbruk av måttligt höga lokala miljöpåverkan. Sammandragande är att eftersom de är mogna marknadsföretag har de ofta varit belägna på samma plats under lång tid och detta har resulterat i inkräktande på bostäder. De viktigaste effekterna på bostäder och städer är buller, färskvattenanvändning, vattenföroreningar, NOx och SOx luftföroreningar och damm.
Buller skapas av formningsmaskinerna. De drivs av tryckluft och kan producera ljudnivåer på upp till 106 dBA . Hur detta buller transporteras in i det lokala grannskapet beror starkt på fabrikens utformning. En annan faktor för bullerproduktion är lastbilsrörelser. En typisk fabrik kommer att bearbeta 600 T material om dagen. Det betyder att cirka 600 T råmaterial måste komma in på platsen och samma från platsen igen som färdig produkt.
Vatten används för att kyla ugnen, kompressorn och oanvänt smält glas. Vattenanvändning i fabriker varierar mycket; det kan vara så lite som ett ton vatten som används per smält ton glas. Av ett ton avdunstas ungefär hälften för att ge kylning, resten bildar en avloppsström.
De flesta fabriker använda vatten som innehåller en emulgerad olja för att kyla och smörja droppskär saxblad . Detta oljeladdade vatten blandas med vattenutflödet och förorenar det. Fabriker har vanligtvis någon form av vattenbehandlingsutrustning som tar bort denna emulgerade olja till olika grader av effektivitet.
Kväveoxider är en naturlig produkt av förbränning av gas i luft och produceras i stora mängder av gaseldade ugnar. Vissa fabriker i städer med speciella luftföroreningsproblem kommer att mildra detta genom att använda flytande syre , men logiken för detta med tanke på kostnaden i kol för (1) att inte använda regeneratorer och (2) att behöva flytande och transportera syre är mycket tveksamt. Svaveloxider produceras som ett resultat av glasets smältprocess. Manipulering av batchformeln kan medföra en begränsad begränsning av detta. alternativt kan avgasrengöring skrubbas.
Råvarorna för glasframställning är alla dammiga material och levereras antingen som ett pulver eller som ett finkornigt material. System för att kontrollera dammiga material tenderar att vara svåra att underhålla, och med tanke på de stora mängder material som flyttas varje dag måste bara en liten mängd fly för att det ska bli ett dammproblem. Cullet (krossat eller avfallglas) flyttas också runt i en glasfabrik och tenderar att producera fina glaspartiklar när de skottas eller bryts.