Glasproduktion
Glasproduktion involverar två huvudmetoder – floatglasprocessen som producerar skivglas och glasblåsning som producerar flaskor och andra behållare. Det har gjorts på en mängd olika sätt under glasets historia .
Tillverkning av glasbehållare
I stort sett består moderna glasbehållaresfabriker i tre delar: "batchhuset", "hot end" och "cold end". Batchhuset hanterar råvarorna; den heta änden sköter själva tillverkningen - förhärden, formningsmaskiner och glödgningsugnar ; och den kalla delen hanterar produktinspektionen och förpackningsutrustningen.
Batchbearbetningssystem (batchhus)
Batchbearbetning är ett av de första stegen i glastillverkningsprocessen. Batchhuset rymmer helt enkelt råvarorna i stora silor (matade med lastbil eller järnväg), och rymmer allt från 1–5 dagars material. Vissa satsvisa system inkluderar materialbearbetning såsom råmaterialsiktning/sikt, torkning eller förvärmning (dvs. cullet ) . Oavsett om det är automatiserat eller manuellt, mäter, monterar, blandar, och levererar receptet för glasråvaran (batch) via en rad rännor, transportörer och vågar till ugnen. Partiet går in i ugnen vid "hundhuset" eller "batchladdaren". Olika glastyper, färger, önskad kvalitet, råmaterialrenhet/tillgänglighet och ugnsdesign kommer att påverka batchreceptet.
Hett slut
Den heta delen av ett glasbruk är där det smälta glaset tillverkas till glasprodukter. Satsen går in i ugnen och går sedan vidare till formningsprocessen, intern behandling och glödgning.
Följande tabell listar vanliga viskositetsfixpunkter , tillämpliga på storskalig glasproduktion och experimentell glassmältning i laboratoriet :
| log 10 (η, Pa·s) | log 10 (η, P) | Beskrivning |
|---|---|---|
| 1 | 2 | Smältpunkt (glassmälthomogenisering och finfördelning) |
| 3 | 4 | Arbetspunkt (pressning, blåsning, gobformning) |
| 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 | Glastemperatur, Tg |
| 12 | 13 | Glödgningspunkt (Stressen lindras inom flera minuter.) |
| 13.5 | 14.5 | Töjningspunkt (Stress lindras inom flera timmar.) |
Ugn
Satsen matas in i ugnen med en långsam, kontrollerad hastighet av satsbearbetningssystemet. Ugnarna är naturgas- eller eldningsolja -eldade och arbetar vid temperaturer upp till 1 575 °C (2 867 °F). Temperaturen begränsas endast av kvaliteten på ugnens överbyggnadsmaterial och av glassammansättningen. Typer av ugnar som används vid tillverkning av behållarglas inkluderar "end-port" (end-fired), "side-port" och "oxy-fuel". Vanligtvis klassificeras ugnsstorleken efter metriska ton per dag (MTPD) produktionskapacitet.
Formningsprocess
Det finns för närvarande två primära metoder för att tillverka glasbehållare: "blås och blås"-metoden endast för behållare med smal hals och metoden "press och blås" som används för burkar och avsmalnande behållare med smal hals.
I båda metoderna skärs en ström av smält glas vid dess plasttemperatur (1 050–1 200 °C [1 920–2 190 °F]) med ett klippblad för att bilda en solid cylinder av glas, som kallas en "gob". Gobben är av förutbestämd vikt precis tillräckligt för att göra en flaska. Båda processerna börjar med att klotet faller, av gravitationen, och styrs, genom tråg och rännor, in i ämnesformarna, vars två halvor är fastklämda och sedan förseglas av "baffeln" från ovan.
I "blås och blås"-processen blåses glaset först genom en ventil i baffeln, vilket tvingar ner det i den tredelade "ringformen" som hålls i "neckringsarmen" under ämnena, för att bilda " Avsluta". Termen "finish" beskriver detaljerna (såsom lockets tätningsyta, skruvgängor, hållarribba för ett manipuleringssäkert lock, etc.) vid den öppna änden av behållaren. 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 blåses de till slutlig form.
"Ringarna" tätas underifrån med en kort kolv. Efter "sedimentationen" dras kolven tillbaka något så att huden som har bildats mjuknar upp. "Motblås" luft kommer sedan upp genom kolven, för att skapa ämnet. Baffeln reser sig och ämnen öppnas. Ämnet vänds i en båge till "formsidan" av "halsringen", som håller fast ämnet vid "finishen".
När halsringens arm når änden av sin båge, sluter två formhalvor runt prästen. Halsringen öppnar sig något för att släppa greppet om "finishen" och går sedan tillbaka till den tomma sidan. "Slutblås", applicerat genom "blåshuvudet", blåser ut glaset, expanderar in i formen, för att göra den slutliga behållarformen.
I press- och blåsprocessen bildas ämnet av en lång metallkolv som reser sig upp och pressar ut glaset för att fylla ringen och ämnesformarna. Processen fortsätter sedan som tidigare, där ämnet överförs till den slutliga formen och glaset blåses ut i formen.
Behållaren plockas sedan upp från formen av "uttagsmekanismen" och hålls över "deadplate", där luftkylning hjälper till att kyla ner det fortfarande mjuka glaset. Slutligen sopas flaskorna upp på en transportör av "push out paddlarna" som har luftfickor för att hålla flaskorna stående efter landning på "deadplate"; de är nu redo för glödgning.
Formningsmaskiner
Formningsmaskinerna håller och flyttar delarna som bildar behållaren. Maskinen består av 19 grundläggande mekanismer i drift för att bilda en flaska och drivs vanligtvis av tryckluft (högt tryck – 3,2 bar och lågt tryck – 2,8 bar), mekanismerna är elektroniskt tidsinställda för att koordinera 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 tillverka behållare. Sektionerna ligger på rad och gobs matas in i varje sektion via en rörlig ränna, kallad gob-distributör . Sektioner gör antingen en, två, tre eller fyra behållare samtidigt (refererad till som "enkel", "dubbel", "trippel" och "kvadd" gob). I fallet med flera klotter skär "saxen" klotterna samtidigt, och de faller parallellt i ämnesformarna.
Formningsmaskiner drivs till stor del av tryckluft och ett typiskt glasverk kommer att ha flera stora kompressorer (totalt 30k–60k cfm) för att ge den nödvändiga tryckluften. På senare tid har emellertid servodrivningar implementerats i maskinerna som uppnår en bättre digital kontroll av formningsprocessen. Det är ett steg att initiera Industries 2.0 i denna gren.
Ugnar, kompressorer och formningsmaskiner genererar stora mängder spillvärme som vanligtvis kyls av vatten. Hett glas som inte används i formningsmaskinen avleds och detta avledda glas (kallat "kullet") kyls i allmänhet av vatten och ibland till och med bearbetas och krossas i ett vattenbadsarrangemang. Ofta delas kylkraven över banker av kyltorn anordnade för att möjliggöra backup under underhåll.
Inre behandling
Efter formningsprocessen genomgår vissa behållare - särskilt de som är avsedda för alkoholhaltiga sprit - en behandling för att förbättra den kemiska motståndskraften på insidan, kallad "intern behandling" eller dealkalisering . Detta åstadkoms vanligtvis genom insprutning av en svavel- eller fluorhaltig gasblandning i flaskor vid höga temperaturer. Gasen levereras typiskt till behållaren antingen i luften som används i formningsprocessen (det vill säga under det sista slaget av behållaren), eller genom ett munstycke som riktar en ström av gasen in i flaskans mynning efter formningen. Behandlingen gör behållaren mer motståndskraftig mot alkaliextraktion, vilket kan orsaka ökningar av produktens pH och i vissa fall behållarenedbrytning.
Glödgning
När glaset svalnar krymper det och stelnar. Ojämn kylning kan göra glaset mer känsligt för sprickor på grund av inre spänningar: ytan svalnar först, och när insidan svalnar och drar ihop sig skapar den spänningar. Jämn kylning uppnås genom glödgning . En glödgningsugn (känd inom industrin som en 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 delen av produktionen av glasbehållare är att slutföra de sista uppgifterna i tillverkningsprocessen: spraya på en polyetenbeläggning för nötningsbeständighet och ökad smörjning, 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 i den kalla änden strax efter glödgning. I den varma änden appliceras ett mycket tunt lager av tenn(IV)oxid, antingen med en säker organisk förening eller oorganisk tennklorid . Tennbaserade system är inte de enda som används, även om de är mest populära. Titantetraklorid eller organotitanater kan också användas. I samtliga fall gör beläggningen glasets yta mer vidhäftande till den kalla ändbeläggningen. änden appliceras ett lager av typiskt polyetenvax via en vattenbaserad emulsion . Detta gör glaset halt, skyddar det från repor och hindrar behållare från att klibba ihop när de flyttas på en transportör . Den resulterande osynliga kombinerade beläggningen ger glaset en praktiskt taget orapningsbar yta. På grund av minskningen av ytskador under användning beskrivs beläggningarna ofta som förstärkare, men en mer korrekt definition kan vara hållfasthetsbevarande beläggningar.
Inspektionsutrustning
Glasbehållare är 100 % inspekterade; automatiska maskiner, eller ibland personer, inspekterar varje container för en mängd olika fel. Typiska fel inkluderar små sprickor i glaset som kallas "kontroller" och främmande inneslutningar som kallas "stenar" som är bitar av den eldfasta tegelbeklädnaden i smältugnen som bryter av och faller ner i poolen av smält glas, eller mer vanligt överdimensionerade kiseldioxidgranuler ( sand) som inte har smält och som därefter ingår i slutprodukten. Dessa är särskilt viktiga att välja bort på grund av att de kan ge ett destruktivt element till den slutliga glasprodukten. Till exempel, eftersom dessa material kan motstå stora mängder termisk energi, kan de orsaka att glasprodukten utsätts för termisk chock vilket resulterar i explosiv förstörelse vid upphettning. Andra defekter inkluderar bubblor i glaset som kallas "blåsor" och alltför tunna väggar. En annan defekt som är vanlig vid glastillverkning kallas "revor". I "tryck och blås"-formning, om en kolv och form är ur linje, eller värms upp till en felaktig temperatur, kommer glaset att fastna på båda föremålen och slitas sönder. Förutom att avvisa felaktiga behållare, samlar inspektionsutrustning in statistisk information och vidarebefordrar den till formningsmaskinsoperatörerna i den heta delen. 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 kod av prickar) 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 glasaktig emaljfärg som sedan bakas på. Ett exempel på detta är den ursprungliga Coca-Cola- flaskan.
Förpackning
Glasbehållare förpackas på olika sätt. Populära i Europa är bulkpallar med mellan 1000 och 4000 containrar vardera. Detta utförs av automatiska maskiner (palleterare) som arrangerar och staplar containrar åtskilda av lagerark. Andra möjligheter inkluderar lådor och till och med handsydda säckar. När de är packade märks de nya "lagerenheterna", lagras och skickas till slut.
Marknadsföring
Tillverkning av glasbehållare i den utvecklade världen är en mogen marknad. Världens efterfrågan på planglas var cirka 52 miljoner ton 2009. USA, Europa och Kina står för 75 % av efterfrågan, där 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 lättillgängliga. Därför måste produktionsanläggningar placeras nära deras marknader. En typisk glasugn rymmer hundratals ton smält glas, och därför är det helt enkelt inte praktiskt att stänga av den varje natt, eller faktiskt under någon period kortare än en månad. Fabriker är därför igång 24 timmar om dygnet 7 dagar i veckan. Det innebär att det finns små möjligheter att varken 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 sikt på 4 till 12 veckor och på 24 till 48 månader lång sikt. Fabriker är i allmänhet dimensionerade för att uppfylla 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 positionering som en mogen marknadsprodukt, åtnjuter glas en hög nivå av 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 hålla ett högt pris på cullet för att säkerställa höga avkastningsgrader. En avkastning på 95 % är inte ovanligt i de nordiska länderna (Sverige, Norge, Danmark och Finland). Returnivåer på mindre än 50 % är vanliga i andra länder. [ citat behövs ]
Naturligtvis kan glasbehållare också återanvändas , och i utvecklingsländer är detta vanligt, men miljöpåverkan av att tvätta behållare mot omsmältning är osäker. Faktorer att ta hänsyn till här är kemikalierna och det färska vattnet som används i tvätten, och det faktum att en engångsbehållare kan göras mycket lättare med mindre än hälften av glaset (och därmed energiinnehållet) i en flerbruksbehållare. En viktig faktor i den utvecklade världens övervägande av återanvändning är också tillverkarnas oro över risken och det därav följande produktansvaret för att använda en komponent (den återanvända behållaren) med okänd och okvalificerad säkerhet.
Hur glasbehållare jämför med andra förpackningstyper ( plast , kartong , aluminium ) är svårt att säga; slutgiltiga livscykelstudier har ännu inte gjorts.
Floatglasprocess
Floatglas är en glasskiva gjord 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 plåten enhetlig tjocklek och mycket plana ytor. Moderna fönster är gjorda av floatglas. Det mesta av floatglas är soda-limeglas , men relativt små mängder speciellt borosilikat- och plattskärmsglas produceras också med floatglasprocessen. Floatglasprocessen är också känd som Pilkingtonprocessen , uppkallad efter den brittiska glastillverkaren Pilkington , som banade väg för tekniken (uppfann av Sir Alastair Pilkington ) på 1950-talet.
Miljöpåverkan
Lokala effekter
Som med alla mycket koncentrerade industrier lider glasbruk av måttligt höga lokala miljöpåverkan. Detta sammanhänger med att eftersom de är mogna marknadsföretag har de ofta varit belägna på samma plats under lång tid och detta har resulterat i intrång i bostäder. De huvudsakliga effekterna på bostadshus 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 förs in i det lokala grannskapet beror mycket på fabrikens layout. En annan faktor i bullerproduktionen är lastbilsrörelser. En typisk fabrik kommer att bearbeta 600 T material per dag. Detta innebär att cirka 600 ton råvara måste komma till anläggningen och samma från anläggningen igen som färdig produkt.
Vatten används för att kyla ugnen, kompressorn och oanvänt smält glas. Vattenanvändningen i fabrikerna varierar kraftigt; det kan vara så lite som ett ton vatten som används per smält ton glas. Av ett ton förångas ungefär hälften för att ge kyla, resten bildar ett avloppsvattenflöde.
fabriker använder vatten som innehåller en emulgerad olja för att kyla och smörja de skärande skärbladen . Detta oljefyllda vatten blandar sig med vattenflödet och förorenar det. Fabriker har vanligtvis någon form av vattenbearbetningsutrustning 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 särskilda luftföroreningsproblem kommer att mildra detta genom att använda flytande syre , men logiken i detta med tanke på kostnaden för kol för att (1) inte använda regeneratorer och (2) att behöva göra flytande och transportera syre är mycket tveksam. Svaveloxider produceras som ett resultat av glassmältningsprocessen. Att manipulera batchformeln kan påverka en viss begränsad begränsning av detta; alternativt kan avgasskurning användas.
Råvarorna för glastillverkning 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, behöver bara en liten mängd komma ut för att det ska uppstå ett dammproblem. Skärv (trasigt eller avfallsglas) flyttas också omkring i en glasfabrik och tenderar att producera fina glaspartiklar när de skottas eller krossas.
Se även
externa länkar
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
