مقاله در مورد شیشه

بخشی از مقاله

شيــشه

مقدمه :
در صنعت شيشه كوره ها اصلي ترين نقش را ايفا مي كنند و همچنين گران قيمت ترين بخش نيز گرانقيمت ترين بخش نيز كوره ها مي باشند . كوره هاي ذوب شيشه خواص ويژه اي همانند مقاومت در برابر خوردگي مذاب شيشه دادند .
در كوره هاي صنعتي و بي تشعشع حاصل از دوده از لحاظ مقدار به مراتب بزرگتر از تشعشع گاز غير درخشنده است . مسألة بكارگيري روابط گرماي تشعشعي كه براي ايجاد تسهيل در طراحي كورة شيشه كار شده اند بصورت مأيوس كننده اي پيچيده است . دو روش عمل امكان پذيرند :
1- روش نظري كه در ان تلاش مي شود فاكتورها منفرداً مورد توجه قرار گرفته و مطابق دانسته ها تركيب شوند .

2- روش تجربي كه در آن داده هاي آزمايشي كوره براي تعيين اثر تغييراتي كه انتظار مي رود مهم باشند .
بايد در تهيه ، اندازه گيري و حمل و نقل مواد خام شيشه دقت فراواني به كار برد زيرا تغييرات هر چند ناچيز در مقدار اجزاء ( حتي در اجزاء فرعيممكن است نه تنها روي خواص محصول بلكه به سبب افزايش يا كاهش نارواني شيشه در دماي معين روي رفتار آن در حين شكل دادن تأثير عميق بگذارد . از آنجا كه هدف اصلي از ذوب شيشه تبديل اين مواد خام به خميري يك دست است ،

يكنواختي اندازة ذرات نيز اهميت دارد . در غير اين صورت ارتعاشاتي كه در حين حمل و نقل خمير شيشه پديد مي آيد باعث مي شود كه ذرات ريز تر به سطح آن بيايد و ذرات درشتتر بصورت توده هايي با نارواني هاي گوناگون در محصول نهايي ظاهر شوند . غير از ماسه و نمك قليا و آهك كه اجزاي اصلي شيشه هاي سودا – آهكي هستند ، خرده شيشه هايي از جنس همان شيشه را به خمير شيشه اضافه مي كنند زيرا هر نوع شيشه در دماي پايين تر از دماي لازم براي ذوب هر

كدام از اجزاي تشكيل دهنده اش ذوب مي شود بنابراين افزودن خرده شيشه ، روند ذوب را تسريع مي كند و به همين دليل امكان دارد بيشتر از 40 درصد تمام شيشه مذاب را خرده شيشه تشكيل دهد . بايد با به كار بردن دقت هر چه تمامتر از خالص بودن اين خرده شيشه ها ( همانند ساير اجزاي شيشه) اطمينان حاصل كرد . اجزاي مخلوط شدة شيشه را بطور هموار در كف كوره پهن مي كنند. شيشه مذاب ماده اي فوق العاده فرساينده است . يكي از كاركشتدگان اين فن ، روند ذوب شيشه را به دست آوردن آب خالص از حرارت دادن تكه اي يخ در ظرفي از جنس شكر تشبيه كرده است .
به همين دليل بايد كوره ها تانكي ها و كوره هاي مخصوص نرم كردن شيشه را با ديوارها يا لايه هاي ضخيم از جنس مواد نسوز و مخصوصاً مقاوم در برابر فرسايش اندود كرد .
طراحي كوره ها در صنعت شيشه به موارد زير بستگي دارد :

1- منبع انرژي حرارتي .
2- نوع ، تركيب و خواص مواد .
3- روش شكل دهي مذاب
4- ميزان باري كه از كوره كشيده مي شود .
انواع كوره ها :
1)كوره ها كه از لحاظ نوع سوخت و روش گرما دهي به شرح زير مي باشند :
1- كوره هاي مشعلي :
انرژي حرارتي ناشي از سوختن گاز و يا مايعات مانند مازوت و غيره توليد آن شيشه هاي شيت و شيشه هاي مظروف است.

2- كوره هاي الكتريكي :
عبور جريان برق به شيوة القائي ، مقاومتي و قوس الكتريكي وجود دارد .
در صنعت بيشتر از قوس الكتريكي استفاده مي شود . و توليد آن در زمينة شيشه عينك و شيشه هواپيما است .
3- كوره هاي مشعلي – الكتريكي :
كوره هاي احتراقي با تقويت الكتريكي است كه بيشتر در توليد شيشه هاي رنگي استفاده مي شود .
2) كوره هاي شيشه گري از لحاظ نوع در دو نوع متفاوت وجود دارند :
1- پريوديك

2- كوره هاي تانك يا مداوم
1) كوره هاي پريوديك :
در هر پريود بعد از انتقال بچ و ذوب و بار گيري مذاب ، كره مجدداً براي دريافت بچ جديد آماده مي شود . اين روش براي ذوب در مقادير كم مانند ساخت شيشه هاي اپتيكي كه بايد از لحاظ خالصي و اتمسفر شديداً تحت كنترل باشند استفاده مي گردد . اين كوره ها معمولاً سه تا دوازده ظرف گلي نسوز را در خود جاي مي دهد . ظروف گلي را در كوره اي ويژه ( Potirch ) از قبل تا بالاي 10000c حرارت مي دهند و در همان حال كه داغ هستند به داخل كوره حمل مي كنند تا بر اثر افزايش ناگهاني حرارت ترك بر ندارند . اما اغلب كوره هاي شيشه گري از نوعي كوره هايي تانكي و احياء كننده اند .

3- كوره هاي تانك يا مداوم :
قابل استفاده براي كارور تناژهاي بالا مي باشد اين روش داراي پيوستگي مي باشد و براي سرعت هاي بالا مورد استفاده قرار مي گيرد . كوره هاي تانكي را اينگونه مي توان توصيف كرد :
كوره اي است كه ديوارهاي آن هم حرارت را حفظ و محدود و هم شيشه را نگهداري مي كند . كوره هاي تانكي جديد در حجم هاي گوناگوني از تانكي هايي كه روزانه پنج تا ده شيشه داخل آن ذوب و پالايش مي شود گرفته تا تانكي هايي كه با ظرفيت بيش از 1000 تن براي توليد ورقه هاي شيشه كه در ماه بيش از يك ميليون متر مكعب گاز مصرف مي كنند وجود دارند . اغلب كوره هاي تانكي كه امروز به كار مي روند ، بطور مداوم كار مي كنند به عبارت ديگر ، سطح خمير شيشه موجود در كوره به سبب تغذيه مجدد آن از يك طرف ، با سرعتي برابر با سرعت بارگيري آن از طرف ديگر ، ثابت مي ماند .
واضح است كه اين نوع كوره ( به سبب ماهيتي كه دارد ) براي توليد مكانيكي شيشه با سرعت زياد مطلوب ترين نوع كوره است . امروزه حتي توليد كننده شيشه هاي اپتيكي براي ذوب شيشه طبق معيارهاي استاندارد از روش توليد مداوم استفاده مي كند .
3 - تقسيم بندي كوره ها توسط hand – booktooky :
برخي كوره ها كه در اين تقسيم بندي قرار مي گيرند به شرح زير مي باشند :
1- كوره هاي daytand :

همانطور كه از نام آن پيداست اين كوره ها مصارف روزانه دارند . اين كوره ها كوچك بوده و به صورت پاتيل مي باشند . در اين كوره ها بار ايستائي وجود ندارد يعني مخزن ذوب بايد كاملاً تخليه شود و مجدداً مواد اوليه بارگيري شده پس از ذوب مواد ، براي توليد شيشه استفاده شود . ( شيشه هايي كه با استفاده از لوله در آن دميده مي شود و در اين كوره ها توليد مي شوند ) .

2- كوره هاي regenritive :

اين كوره ها داري بار ايستايي هستند يعني مواد مذاب در آن به اتمام نمي رسد و پيوسته مذاب در كوره موجود است . اين كوره ها بيشتر براي توليد شيشه هاي جام و مشجر استفاده مي شود . شركت شيشه قزوين نيز به اين روش كار مي كند .
3- كوره هاي recuperative :
اين كوره ها نيز همانند كوره هاي ريخبراتوري داراي بار ايستايي هستند و براي توليد شيشه هاي مظروف استفاده مي شوند .
4- كوره هاي unitnatter :
اين كوره نيز داراي بار ايستايي است و به صورت مشعلي كار مي كند و مي توان توليد متفاوتي از نظر نوع شيشه از آن گرفت.
5- كوره هاي الكتريكي electricefumace :
اين كوره ها هزينة بسيار زيادي دارند . اين كوره ها براي توليد شيشه هايي كه نياز به دقت فراوان دارند مثل شيشه اپتيك و يا شيشه هواپيما مورد استفاده قرار مي گيرند . در اين كوره ها چندين الكترود در ديوارة كوره قرار گرفته و در درون مذاب شيشه قرار مي گيرند . جنس الكترود از واناديم است . كه توسط مواد نسوز اندود شده اند . لازم به ذكر است كه كوره هاي دي كوپراتوري و الكتريكي نيز داراي قسمتهاي مشابه هستند .

كوره هاي ريخبراتوري نيز به دو صورت وجود دارد :
1- كوره هاي endport :
مسير حركت شعله نعلي شكل است . از نظر آجرهاي نسوز اين كوره وضعيت مطلوبتري نسبت به sideport دارد . كارخانجات ساخت ظروف از اين نوع هستند .
كوره هاي sideport : اين كوره ها مشعلهاي بيشتري دارند در نتيجه دسترسي به دما هاي بالاتر ممكن است . اين كوره ها مصرف سوخت كمتري دارد . شركت شيشه قزوين به اين صورت كار مي كند . نكته اساسي مربوط به كوره هاي ريخبراتوري وجود محفظه هاي مكعب مستطيل شكل در دو سوي تانك ذوب مي باشد كه آجرهايي به نام چكر در داخل اين ريخبراتورها پيچيده شده اند . اين آرايش آجرها به صورتهاي لانه كبوتري مستقيم لانه كبوتري متناوب – دودكشي – سبدي – لانه زنبوري و مركب و غيره است اين آجرها سبب مي شود تا سطح بيشتري را براي انتقال حرارت بين گازهاي احتراق خروجي و هوايي مورد نياز احتراق ايجاد كند . اين عمل باعث بالا رفتن دماي هواي ورودي به داخل تانك ذوب و در نتيجه دستيابي به حرارت هاي بالاتر مي باشد .
مقاومت الكتريكي :
حرارت دادن با استفاده از مقاومت الكتريكي ، شيوة ديگري است براي ذوب شيشه و در سالهاي اخير با گامهاي سريع پيشرفته است . نخستين مرحله عبارت بود از كار گذاشتن قوس الكتريكي در كوره هاي گازي يا نفتي .الكترودهايي از جنس موليبد نيوم را از سوراخهاي ديوارهاي كوره كه با مواد نسوز اندود شده اند ، عبور مي دهند تا بازده كوره را بالا برد . الكترودها ، در صورتي كه به طرز مناسبي نصب شده باشند ، نه تنها حرارت شيشه را افزايش مي دهند بلكه كنترل جريانهاي شيشه مذاب را آسانتر مي سازند . در همين اواخر استفاده از كوره هاي كوچك تمام الكتريكي ، با وجود هزينة سنگيني كه بر مي دارد آغاز شده است . اين كوره ها ، براي ذوب كردن يك تن شيشه به 900 تا 1100 كيلووات برق احتياج دارند و هزينة تأمين اين مقدار برق بيشتر از 2 % يك تن نفت كه همان مقدار شيشه را مي تواند ذوب كند است ( يعني بيشتر از 4 برابر نفت هزينه بر

مي دارد ) . مزاياي شيوة حرارت دادن با استفاده از مقاومت الكتريكي كه بر شيوه هاي ديگر آن است كه با اين شيوه مي توان كوره هايي كوچكتر و تميز تر و با صرف هزينة كمتر براي بناي آن ساخت و شرليطي كه شيشه گران در آن به كار مي پردازند از گرماي كمتري برخوردار است . اين روش به سبب هزينه هاي سنگيني كه در بر دارد براي توليد شيشه در سطح وسيع ، مناسب نيست اما براي توليد انواع ويژه اي از شيشه ، استفاده از آن معقول است .
ظروف شيشه اي ، نوع پهلو گذر :
اين كوره داراي ريخبراتورهاي ساده از نوع جعبه اي است . در مدلهاي قديمي تر ، سقف محفظة ريخبراتور در پاييين كف گذرهاي احتراق واقع شده و هرگذر بوسيلة يك بالاگير از طرف سقف

ريخبراتور به ان متصل مي شد . مزيت نوع جعبه اي در ان است كه امكان چيدن آن آجرهاي شبكه بازيابي بيشتري را در محفظة ريخبراتور ميسر مي سازد و ساختمان سقف آن نيز ساده تر است . در عملكرد كور ريخبراتوري هواي گرم شده حين بالا آمدن براي احترتق در گذر احتراق با سوخت برخورد مي كند و شعله در بالاي سطح شيشه در محوطه فضاي زير سقف مخزن ذوب مي سوزد . اين هواي گرم از طريق گذر مقابل از ميان شبكه بازيابي آن طرف پايين رفته و از راه شير تعويض

دوده به سمت دودكش تخليه ، روانه مي شود . برحسب وضعيت خاص كوره ، هر 20 تا 30 دقيقه ، مسير عوض مي شود . اين بار هواي احتراق از ميان شبكه مقابل ، كه حالا داغ شده ، بالا آمده شعله به سمت مقابل مخزن ذوب تغيير جهت مي دهد . به عبارت ديگر گرماي خروجي در شبكه بازيابي ذخيره شده، امكان راندمان بيشتر در دماي بالاتر شعله را در مقايسه با هواي سرد ميسر مي سازد . بيشترين دما در مخزن ذوب از حدود 2850 تا 2920 درجه فارنهايت است .

كوره شيشه تخت معمولاً به صورت قابل توجهي بزرگتر از كوره بطري است . سطح ذوب و سطح تصفيه چندان از يكديگر تفكيك نشده اند . تلفات ناشي از حبابهاي ريز و درشت يا سنگهاي موجود در شيشه در عمليات كشش ، به مراتب بيشتر از عمليات لقمه برداري ( يا مكش ) در بطري سازي اند كه در آن بجاي شيشه ورقي مداوم ، قطعات منفرد ساخته مي شود . كوره هاي شيشه هاي تخت خيلي بزرگتر بوده ، با 8 يا 9 گذر احتراق در مقايسه با 5 يا 6 گذر در يك كورة بزرگ بطري كار مي كنند ، به هر حال يك مخزن شيشه تخت نيز مي تواند كوچك و با شعله مستقيم بوده ، يا الكتريكي با احترتق گاز باشد ، اما اين به دلائل اقتصادي نادرست است .
ظروف شيشه اي ، كوره پشت گذر :
كوره ارزانتر كه انتخابي عاقلانه تر براي ابعاد كوچك است ، كورة ريخبراتوري پشت گذر است كه معمولاً منحصر به توليد ظروف شيشه اي است . نوع پشت گذر با اين مزيت مورد استفاده قرار مي گيرد كه فضاي كمي را اشغال مي كند، زيرا كه طويل ولي باريك است، اما از وقتي كه با اختراع روشهاي تك خطي بسته بندي و بازرسي اتوماتيك در انتهاي كارخانه طويل كارخانه نيز به اندازه عرض آن اهميت يافته، اين مزيت شعله مستقيماً به سمت ديوار پل متمركز مي شود كه همين ضعف ذاتي آن است، و سپس دور زده به سمت گذر خروجي كه گذر ديگر ديوار پشتي است برمي گردد. منظور آن است كه شعله اي شبيه نعل اسب به وجود آيد:
به دليل تماس طولاني تر با شيشه، معمولاً كوره پشت گذر در مقايسه كوره پهلو گذر، در ابتداي عمر از راندوان سوخت بيشتري برخوردار است. هزينه كوره پشت گذر بر مبناي هزينه جمعي برتن، به ميزان قابل توجهي بيشتر از كوره پهلور گذر است و هزينه سرمايه اي بالاتري دارند.

كوره هاي ساده:
در دنيا تقريباً 140 كوره ساده طراحي و ساخته شده اند گفته مي شود كه در حال حاضر فقط يكي دوتا از آنها كار نمي كنند، اين كوره ها اغلب براي توليد بطري هاي سودا – آهكي به كار مي روند، ولي 5 تا 10 مورد نيز براي توليد بلور و اشياي روميزي به كار رفته اند بسياري از كوره هاي الياف شيشه اي نيز عمدتاً بر كوره هاي توليد لوله، حباب لامپ، شيشه هاي سربس و باريمي يا شيشه تلويزيون و سيليكلات سديم، وجود دارند كه اساساً به عنوان كوره هاي ساده دسته بندي مي شوند.

دم شغال:
نوعي ديگر از حرارت دادن وجود دارد كه به دم شغال معروف است در اين حالت شعله سطح شيشه مذاب را لمس مي كند كه اصطلاحاً گفته مي شود كه ليس مي زند. تجربه نشان داده است كه حالت تشعشعي بهتر است به اين دليل كه در حالتي كه شعله سطح شيشه را لمس كند مواد شيميايي حاصل از شعله بيشتر از حالت تشعشعي وارد مذاب شيشه شده و ناخالصي بيشتر مي شود.

كارخانه هاي شيشه سازي ايران:
اولين كارخانه شيشه سازي ايران در كشور ما در سال 1941 يا 1320 به ثبت رسيد. امروزه بيش از 10 واحد شيشه سازي در سطح كشور فعاليت دارند كه مهمترين آنها عبارتند از:
1- واحد شيشه سازي شيشه و گاز:
اولين كارخانه تهيه ظروف شيشه اي است كه به صورت شركت سهامي ااز سال 1338 در تهران شروع به كار كرده است.
2- كارخانه شيشه ايران:
قديميترين كارخانه شيشه سازي به روش سنتي است كه در سال 1341 به روش جديد براي تهيه شيشه جام و ظروف شيشه اي به ثبت رسيد.
3- واحد شيشه سازي ميرال :
اولين كارخانه اي است كه براي توليد انواع شيشه هاي ايمني اتومبيل در سال 1344 شروع به بهره برداري كرده است.
4- واحد شيشه سازي مينا:
براي تهيه بطري هاي شيشه اي در سال 1344 در تهران بهره برداري از آن آغاز شد .
5- كارخانه شيشه سازي قزوين:

براي تهيه شيشه جام و مشجر از اوايل سال 1348 بهره برداري از آن آغاز شد.
6- كارخانه شيشه سازي آبگينه:
براي تهيه شيشه جام و و مشجر و تهيه شيشه ايمني و نشكن از سال 1351 شروع به بهره برداري كرد.
7- واحد صنايع شيشه نشكن:
براي توليد انواع شيشه ايمني طلقي خم دار در سه لايه وغيره از سال 1355 شروع به بهره برداري كرده است.

8- واحد شيشه سازي آريا گلاس:
براي توليد انواع شيشه هاي ايمني ويترين، در سال1355 شروع به فعالينت كرده است.
9- واحد شيشه سازي پارس سكوريت:
بزرگترين واحد تهيه شيشه ايمني طلق دار پس از واحد ميرال است كه از سال 1356 شروع به بهره برداري كرده است.
10- واحد شيشه سازي همدان:
كه جديدترين كارخانه تهيه انواع ظروف شيشه اي است كه در اواخر اسفند ماه سال 1360 شروع به بهره برداري كرده است.
مواد اصلي سازنده شيشه:
1- سيكيلا-اكسد سيليسيم(Sio2):
سيليس عمده ترين ماده اوليه در صنعت شيشه مي باشد در حدود 80-60 در سال محصول را تشكيل مي دهند و اثر قابل توجهي بر خواص فيزيكي و شيميايي دارند در صنعت شيشه از كوارتزيت به طور اعم به عنوان ماده اوليه استفاده مي شود. ماسه سنگهاي غني از كوارتز را

جود است. براي اينكه ناخالصي هاي موجود در سنگ سيليس كاهش يابند مي توان از روشهاي گوناگون فيزيكي – شيميايي مانند سرند ريز و درشت- شستشو- عبور از مغناطيس استفاده نمود.
2- كربنات سديم:

دومين ماده اي كه از نظر وزني در توليد شيشه به كار مي رود كربنات سديم است اين ماده به منظور ايجاد na2d كه در شيشه به عنوان تعديل كننده نقش دارد به مواد اوليه اضافه مي شود.
در ايران ذخاير قابل ملاحظه از اين ماده به دست نيامده است. كارخانه پتروشيمي شيراز بخشي از نياز صنايع داخلي را تأمين مي كند و مابقي عمدتاً از كشور روسيه و در مرحله دوم از تركيه-ژاپن و آلمان تأمين مي شود.

3- سولفات سديم :
نقش مهم اين ماده در تركيبات شيشه جلوگيري از تشكيل يا ايجاد سرباره در سطح شيشه مذاب در مرحلة تصفيه مي باشد هدف از كاربرد سولفات نقش حباب زدايي آن و تصفيه مي باشد يعني اكسيژن يا گاز ايجاد مي نمايد تا گازهاي درون حباب را بزرگتر نمايد و با بزرگتر شدن قطر حبابها سرعت خروج آنها نيز بيشتر مي شود . سولفا مصرفي از شركت شيميايي ورامين و شركت املاح معدني واقع در گرمسار و بصورت پودر تهيه مي شود .

4- آهك :
به منظور تثبيت cao در شيشه بكار مي رود . افزودن cao به شيشه باعث مي شود تا مقاومت شيميايي و مكانيكي شيشه افزايش مي يابد.
5- دولوميت :
دولوميت يك كربنات مضاعف كلسيم و منيزيم است 2( cao3 ) ca my.
دولوميت مورد استفاده بايستي فاقد تركيبات آهن دار باشد . منابع دولوميت مورد استفاده عمدتاً در اسلام آباد غرب – سمنان و اصفهان و ذخاير بزرگي در ماه نشان زنجان – كرمان و سيرجان يافته شده است . دولوميت مصرفي اين شركت از سمنان تهيه مي گردد .