Para la fabricación de ventanas de doble acristalamiento, que se completan con modernos bloques de puertas y ventanas, se utiliza principalmente vidrio flotado. Este material práctico ha reemplazado desde hace mucho tiempo a los prototipos obsoletos, que requerían un procesamiento adicional durante la producción, eran más caros y tenían una resistencia y características ópticas inferiores. Actualmente, se producen más de 200 artículos de productos a base de vidrio flotado a un precio asequible. Esto permitió satisfacer casi todas las necesidades actuales del mercado de la construcción.
Descripción del método de producción
El conformado térmico de una tira de vidrio sobre un metal fundido es el método más extendido y moderno de producir vidrio laminado. Su esencia radica en el hecho de que el vidrio fundido de un horno de fundición de vidrio entra en un baño de flotación lleno de una masa fundida de estaño y que tiene una atmósfera protectora de nitrógeno e hidrógeno. a la gravedad y la tensión superficial, adquiere una forma con superficies extremadamente planas y paralelas. Para obtener vidrio del espesor requerido, se realiza estirando la cinta de vidrio (para espesores pequeños) o limitando el esparcimiento del vidrio fundido (para espesores grandes). Como regla general, el vidrio flotado tiene un espesor de 3 a 19 mm. Técnicamente, es posible producir vidrio con un espesor de menos de 1 a 25 mm, pero en la construcción se recomienda utilizar un espesor de vidrio de al menos 3 mm.
En 1952, la firma británica Pilkington inició una investigación sobre la obtención de una tira continua de vidrio sobre un metal fundido, en 1959 - anunció el desarrollo de un nuevo proceso industrial y así inició un rápido crecimiento en la producción de vidrio de alta calidad.
En 1959, el Instituto Estatal del Vidrio de la URSS y su sucursal de Saratov comenzaron el trabajo de desarrollo para la creación de un proceso de flotación independiente. Al mismo tiempo, en este departamento de Ucrania se trabajó en la planta de Avtosteklo (Konstantinovka), donde posteriormente se pusieron en funcionamiento tres instalaciones de flotación. Las dos primeras líneas, TPS-1500 y TPS-3000 con un ancho de cinta de 1500 y 3000 mm, respectivamente, permitieron producir vidrio pulido con un espesor de 6-7 mm, la tercera era una línea especializada para la producción de vidrio con un espesor de 6 a 20 mm, diseñado por la Oficina de Diseño del Instituto Estatal del Vidrio utilizando certificados de derechos de autor de la planta "Autoglass".
En 1974, la empresa estadounidense Pittsburgh Plate Glass (PPG) patentó su método para la producción de vidrio flotado (patente estadounidense US 3843346), diferente de los métodos de Pilkington y del desarrollo nacional. Hoy en día, existen tres métodos de flotación fundamentalmente diferentes para la producción de vidrio plano.
1. Método de Pilkington - el suministro de vidrio fundido desde el horno de fusión de vidrio al baño de fusión se realiza mediante el método de drenaje libre a lo largo de una bandeja estrecha separada de la superficie del estaño a una cierta distancia. La tira de vidrio moldeado se retira del baño de fusión al primer eje del horno de recocido (cámara de escoria) con una temperatura de 600-615 ° C y se eleva por encima del umbral de salida (desde la curva de la tira); el nivel de estaño en el baño es de 8 a 10 mm por debajo del umbral.
2. Método de moldeo en dos etapas - desarrollado por la sucursal de Saratov del Instituto Estatal del Vidrio. La cinta de vidrio sale del baño de fusión sin doblarse sobre un soporte gas-aire (almohada) a una temperatura superior a 650 ° C.En este caso, el nivel de estaño en el baño es 2-3 mm más alto que el nivel de umbral, que se logra mediante el uso de inductores electromagnéticos, también desarrollados por el instituto (certificados de autor de la URSS 248917, 392674). Sobre el colchón gas-aire, tiene lugar la segunda etapa de formación de la tira, donde se enfría. Esto asegura la fijación final de su forma geométrica, después de lo cual la cinta se transfiere a los rodillos receptores del horno de recocido. La ventaja del método de moldeo en dos etapas es la posibilidad de transferir la tira de vidrio a los rodillos receptores del horno de recocido con una temperatura más baja (570-580 ° C), que es 20-35 ° C más baja que en el proceso Pilkington. , y garantiza de manera más confiable la seguridad de la superficie inferior. En cuanto a los procesos de reducción de óxidos de estaño, dado que la temperatura del estaño en la salida del baño de fusión es unos 50 ° C más alta y es de unos 650 ° C, los procesos de reducción de óxidos de estaño son más intensivos, lo que aumenta la calidad la superficie inferior de la cinta de vidrio.
3. Un método para la producción de vidrio flotado desarrollado por PPG - se diferencia en la unidad para verter el vidrio fundido del horno de fundición de vidrio en el baño fundido. Este método prevé el suministro de vidrio fundido desde el horno al baño fundido en forma de una capa horizontal sobre la superficie del metal fundido al mismo nivel que la capa transferida. El uso de este método hace posible producir una cinta de vidrio sin glasear en un "charco", es decir, E. sin violar la laminaridad de las capas de la masa de vidrio suministrada, lo que asegura la producción de vidrio (tanto grueso como delgado nominal) con alto rendimiento óptico. Durante el proceso de moldeo de productos con enfriamiento suficientemente rápido, surgen tensiones en el vidrio, distribuidas de manera desigual en el producto, lo que afecta negativamente a su resistencia mecánica. Para aliviar estas tensiones, se utiliza un tratamiento térmico adicional: recocido de vidrio, que es una etapa necesaria del proceso tecnológico.
El proceso de recocido incluye las siguientes etapas:
- calentamiento (o enfriamiento) del producto a la temperatura de recocido, realizado a una velocidad máxima que no provoque la rotura del vidrio;
- mantenimiento a la temperatura de recocido antes de la eliminación casi completa de las tensiones temporales: la temperatura de mantenimiento se elige de tal manera que se evite la deformación de los productos, pero al mismo tiempo se garantice una tasa suficientemente alta de relajación de la tensión;
- enfriamiento lento a la temperatura de recocido más baja a una velocidad que no permite la aparición de nuevas tensiones;
- enfriamiento rápido a una velocidad limitada únicamente por la resistencia al calor del producto.
A esto le sigue el corte y empaque del vidrio.
Método 2: vidrio soplado
En este método de formación de vidrio, el vidrio fundido se sopla en una burbuja usando un tubo de soplado. Se utiliza para la producción de botellas y otros envases.
¿Cómo funciona?
La inflación se refiere al proceso de expandir una pieza de vidrio fundido inyectando una pequeña cantidad de aire en ella. Debido a que los átomos del vidrio líquido están unidos por fuertes enlaces químicos en una red desordenada y desordenada, el vidrio fundido es lo suficientemente viscoso como para explotarlo. A medida que se enfría, se endurece lentamente.
Para facilitar el proceso de soplado, se aumenta la dureza del vidrio fundido cambiando ligeramente su composición. Resulta que la adición de una pequeña cantidad de Natron hace que el vidrio sea más difícil de soplar. (El natrón es una sustancia natural que contiene carbonato de sodio decahidratado y bicarbonato de sodio).
Cuando se sopla, las capas de vidrio más gruesas se enfrían más lentamente que las más delgadas y se vuelven menos viscosas que las más delgadas. Esto permite la producción de vidrio soplado de espesor uniforme.
En las últimas dos décadas se han desarrollado técnicas de soplado de vidrio más eficientes y efectivas. La mayoría de ellos implican los mismos pasos:
Paso 1: Coloca el vaso en un horno y caliéntalo a 1300 ° C para que sea flexible.
Paso 2: Coloque un extremo del tubo de soplado en un horno y enróllelo sobre el vidrio fundido hasta que se adhiera una "gota" de vidrio.
Paso 3: Enrolle el vidrio fundido sobre un marver, una placa de metal plana que está hecha de acero pulido, grafito o latón y unida a una mesa de madera o metal. El marver se utiliza para controlar la forma y la temperatura del vidrio.
Marver se usa para moldear vidrio
Paso 4: Sople aire en la tubería para crear una burbuja. Recoge más vidrio sobre esta burbuja para hacer una pieza más grande. Una vez que el vaso ha alcanzado el tamaño deseado, el fondo está listo.
Paso 5: Fije el vidrio fundido a una varilla de hierro o acero inoxidable (comúnmente conocida como plumilla) para formar y transferir una pieza hueca de la cerbatana.
Paso 6: Agregue color y diseño sumergiéndolo en vidrio de color roto. Estas piezas trituradas se adhieren rápidamente al vidrio base debido a la alta temperatura. Se pueden construir patrones intrincados y detallados usando un bastón (varillas de vidrio de colores) y murrine (varillas cortadas en sección transversal para revelar patrones).
Paso 7: Retira el producto y vuelve a estirarlo para darle la forma deseada.
Paso 8: Retire el vaso del tubo de vidrio con unas pinzas de acero. Normalmente, la parte inferior del vidrio soplado se separa del tubo de soplado giratorio. Se puede quitar del tubo de soldadura con un solo toque.
Paso 9: Coloca el vidrio soplado en un horno de recocido y déjalo enfriar unas horas. Para evitar grietas accidentales, no lo exponga a cambios bruscos de temperatura.
Vidrio soplado romano del siglo IV d.C.
Este método requiere mucha paciencia, perseverancia y habilidad. Se requiere un equipo de vidrieros experimentados para crear piezas complejas y grandes.
Propiedades del vidrio flotado
Una de las características más importantes del vidrio flotado incoloro y especialmente transparente es la transmitancia de luz direccional. Cuanto mayor sea el valor de este coeficiente, mayor será la transparencia del vidrio y menor será la tonalidad del color. A medida que aumenta el grosor del vidrio flotado incoloro convencional, la transmitancia de luz direccional disminuye y el tinte verdoso o azulado del vidrio se vuelve más notable. En vidrios especialmente transparentes, este no es el caso: con un aumento en el grosor del vidrio, el coeficiente de transmisión de luz direccional prácticamente no cambia. La diferencia entre el vidrio flotado especialmente transparente y el incoloro ordinario es especialmente notable si se mira el extremo del vidrio: se observa un tono de color pronunciado en el vidrio incoloro y prácticamente no hay tono de color en el vidrio especialmente transparente. composición de las materias primas. Dado que los grandes fabricantes de vidrio termopulido incoloro trabajan, por regla general, en composiciones similares y tienen una tecnología bien desarrollada para limpiar materias primas, los vidrios de diferentes fabricantes tienen aproximadamente los mismos valores de transmitancia de luz direccional, pero pueden tener diferentes tonos de color.
El vidrio pulido con calor coloreado (teñido en masa) se caracteriza por la capacidad de transmitir y absorber selectivamente la luz y la energía solar en varias regiones del espectro, lo que se debe a su color. En comparación con el vidrio descolorido, los vidrios de colores siempre transmiten menos luz y absorben mejor, por lo que a menudo se denominan "protectores de luz", "protección solar", "reguladores del sol", etc.
Con un aumento en el grosor del vidrio coloreado, su capacidad para transmitir luz disminuye significativamente y, en consecuencia, aumenta la absorción. Visualmente, esto se manifiesta en el hecho de que las gafas delgadas tienen un tono más claro, unas gruesas, una más oscura. Esto debe tenerse en cuenta en los casos en que se requiera uniformidad de color, por ejemplo, al acristalar fachadas de edificios. Además, el color del vidrio está significativamente influenciado por la composición química del vidrio, que depende, en particular, de la composición cuantitativa y cualitativa de los colorantes añadidos. Cada empresa fabricante trabaja con sus propias composiciones, por lo que la gama de vidrios de colores producidos en la actualidad es muy amplia. Los cambios en la composición del vidrio, que pueden ser causados por diferentes razones tecnológicas, pueden llevar al hecho de que dos lotes de vidrio coloreado de la misma marca y espesor, hechos por el mismo fabricante, pero en diferentes momentos, pueden diferir notablemente en el color. .
Fabricación de tipos especiales de productos de vidrio.
La producción de vidrio no se limita a láminas rectangulares. La industria moderna del vidrio abastece al mercado con una amplia gama de productos de vidrio utilizados en diversos sectores de la economía nacional y en la vida cotidiana.
- Cristal de automóvil. El requisito principal para el acristalamiento externo del automóvil es la resistencia del vidrio y la ausencia del peligro de fragmentos voladores en caso de accidente. Por lo tanto, la producción de vidrio para automóviles se lleva a cabo en dos etapas: fundición de dos espacios en blanco de vidrio idénticos y pegarlos con una película especial. El resultado es una construcción multicapa, unida con cinta adhesiva. En un accidente, los fragmentos de las ventanillas rotas del automóvil permanecen colgando de la película interior y se minimiza el riesgo de lesiones por vidrios rotos.
- Contenedores de vidrio. La producción de envases de vidrio - latas, botellas y otros envases - nos permite proporcionar los utensilios necesarios para una serie de sectores de la economía, principalmente alimentaria y farmacéutica. El procedimiento de fabricación se reduce a las siguientes etapas: obtención de un vidrio fundido; fundición de recipientes de cierta forma y volumen; endurecimiento del producto resultante.
- Vidrio reforzado. La producción de vidrio reforzado incluye la formación simultánea de una hoja con la introducción de una malla de metal o polímero de refuerzo en ella. Esto le da a la hoja una mayor resistencia mecánica y resistencia a las cargas de impacto, flexión y tensiones de fractura.
- Fibra de vidrio. Recientemente, la producción de fibra óptica de vidrio está ganando impulso. Se utiliza en diversos campos de la ingeniería eléctrica y la fibra óptica para transmitir imágenes de vídeo. La fibra óptica consta de una serie de hilos de vidrio transparente formados en haces de cables. La soldadura de los filamentos de vidrio transmisores se realiza con un equipo especial.
- Vidrio coloreado. La producción de vidrios polarizados se conoce desde hace más de cien años. El color requerido se le da al vidrio fundido con la ayuda de varios aditivos. Muy a menudo, son manganeso, cobalto y otros metales que pueden entrar en una reacción química con los principales ingredientes del vidrio.
Como puede ver, la industria moderna del vidrio es una producción de alta tecnología que produce docenas de variedades de productos. Gracias al progreso científico y tecnológico, los grados y tipos de vidrio más nuevos con características físicas y químicas mejoradas y destinados a ser utilizados en una amplia variedad de industrias se suministran regularmente al mercado mundial.
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Aplicación de vidrio flotado
El vidrio flotado es el principal material translúcido utilizado en la construcción y se puede utilizar como producto terminado para el acristalamiento directo de varias estructuras de edificios. Sin embargo, en los últimos años, el aumento de los requisitos de comodidad y seguridad ha llevado al hecho de que más del 70% del vidrio pulido térmicamente producido actualmente se envía a un procesamiento posterior: revestimiento, templado, producción de vidrio multicapa, doble acristalamiento. ventanas, etc.
La elección del tipo de vidrio pulido en caliente (incoloro, especialmente transparente, coloreado) está determinada por el propósito específico de su aplicación. El vidrio incoloro se utiliza para el acristalamiento de diversas estructuras translúcidas, que no tienen requisitos especiales para la transmisión de luz.
Fabricación de materias primas
En la producción de vidrio, se pueden utilizar los siguientes productos químicos como material principal: óxidos, fluoruros o sulfuros. La tecnología clásica más común implica el uso de arena de cuarzo (hasta el 70% de la masa total) como ingrediente principal, que contiene una gran cantidad de óxido de silicio SiO2. Como componentes adicionales se utilizan dolomitas y calizas, así como sulfato de sodio.
Los óxidos formadores de vidrio se agregan a la mezcla como catalizador y acelerador del proceso de formación del vidrio. Además, para darle al vidrio producido algunas propiedades requeridas, se introducen componentes adicionales en su composición: materiales de tinte hechos a base de manganeso, cobalto, cromo; clarificantes de salitre u óxido de arsénico.
Dependiendo de las principales materias primas que forman el vidrio y los componentes adicionales, están disponibles los siguientes tipos de vidrio:
- Silicato. Su producción se basa en óxido de silicato SiO2. La principal variedad utilizada hoy en día en todas partes en la vida cotidiana y en la industria. Estos son vidrios para ventanas y automóviles, espejos, pantallas de televisión y monitores de computadora.
- Sodio-calcio. Asimismo, este tipo de vidrio se denomina "soda" o "vidrio corona", y se caracteriza por la facilidad de fusión y suavidad, lo que facilita su procesamiento. A menudo se utiliza para la fabricación de piezas pequeñas de diseños complejos o en artes decorativas.
- Potasio-calcio o potasio. Se caracteriza por su refractariedad y dureza. La producción de vidrio potásico requería una gran cantidad de madera, la principal materia prima de la potasa. Para obtener un kilogramo de potasa era necesario quemar una tonelada de árboles, por eso a este tipo de vidrio también se le llamó "vidrio forestal". Hasta el siglo XVIII en Rusia, el vidrio de potasa era la principal variedad producida por la industria nacional del vidrio.
- Dirigir. En la vida cotidiana, este tipo de vidrio es más conocido con el nombre de "cristal". La producción de cristal se diferencia de la tecnología tradicional por la adición de óxido de plomo como componente adicional. Como resultado, se obtienen productos de vidrio pesados, que tienen un brillo brillante y la capacidad de dispersión: la descomposición de un haz de luz en componentes separados. Como resultado, al atravesar el cristal, la luz comienza a jugar con todas las tonalidades del arco iris.
- Borsilicato. Se diferencia en alta resistencia mecánica a diversas influencias agresivas: refractariedad, inmunidad a ambientes ácidos y alcalinos, cambios bruscos de temperatura. Esto se logra mediante la introducción de óxido de boro en la composición de la masa de vidrio durante el proceso de fabricación. El precio de costo del vidrio de borosilicato es más alto que el del vidrio de silicato simple, pero sus altas propiedades mecánicas compensan con creces esta desventaja. Se utiliza para la fabricación de cristalería médica y de laboratorio.
Descripción del método de producción
El estiramiento vertical del vidrio (VVS) es un grupo obsoleto de métodos para formar vidrio en láminas, cuya esencia es que, de la parte de trabajo de un horno de fusión de vidrio, se extrae gradualmente una masa de vidrio viscosa, enfriada intensamente con la ayuda de refrigeradores. por máquinas especiales en forma de cinta continua. Por el tipo de unidad de moldeo, se distingue el estiramiento "bote" y "sin bote". En el método de bote de estiramiento vertical del vidrio (LVVS), se utiliza un cuerpo de conformación especial: un "bote", que es una barra rectangular hecha de material refractario con un corte longitudinal pasante - una ranura. Cuando el barco se sumerge a la fuerza en el vidrio fundido, este último se exprime sobre él en forma de cebolla, de la que se extrae continuamente la tira de vidrio mediante un sistema de rodillos giratorios de la máquina de estiramiento (los rodillos interactúan con la tira endurecida). Para intensificar el enfriamiento y el endurecimiento de la cinta, se instalan enfriadores de agua en ambos lados de la misma. La desventaja de este método es la baja calidad de la superficie de la cinta de vidrio, debido a la formación de bandas longitudinales, dependiendo del estado de la embarcación. abertura.
El estiramiento vertical del vidrio sin bote (BVVS) se realiza directamente desde la superficie libre del vidrio fundido como resultado de una regulación óptima de su viscosidad (para formar una cebolla) protegiendo la unidad de moldeo (espejo de vidrio) con dispositivos de protección y enfriadores de agua. Para formar y sujetar los lados de la cinta a lo largo de sus bordes, se instalan rodillos formadores de cuentas de rotación forzada, y el resto del proceso es similar a tirar de un bote. Este método proporciona una mayor calidad de la superficie de la cinta de vidrio que el método LVVS, sin embargo, la falta de homogeneidad de la composición química del vidrio fundido y las fluctuaciones de temperatura en la superficie de la cinta estirada a menudo conducen a grandes distorsiones ópticas en el vidrio. El vidrio incoloro y coloreado (coloreado en masa) se produce mediante el método de estiramiento vertical. El espesor habitual del vidrio estirado es de 2 a 12 mm, sin embargo en la construcción se recomienda utilizar vidrio con un espesor de al menos 3 mm.
Propiedades del vidrio estirado
Como en el caso del vidrio pulido con calor, los principales indicadores que caracterizan la calidad del vidrio estirado son la transmitancia de luz direccional, la distorsión óptica y los defectos de apariencia.
El valor del coeficiente de transmisión de luz direccional del vidrio estirado incoloro, como regla, es 1-2% menor que el del vidrio incoloro pulido con calor del mismo espesor. Esto se debe al hecho de que en la producción de vidrio estirado se suelen utilizar materias primas de mala calidad (con un alto contenido de impurezas). Sin embargo, si es necesario, es posible realizar vidrio estirado con características ópticas similares a las del vidrio flotado incoloro y especialmente transparente.
En términos de distorsiones ópticas, el vidrio estirado es significativamente inferior al vidrio pulido con calor. Según este indicador, el vidrio estirado se considera el mejor, en el que no se observan distorsiones ópticas al ver la "pared de ladrillos" de la pantalla en un ángulo de 45 ° El número de defectos de apariencia en el vidrio estirado suele ser mayor que en el vidrio pulido con calor, sin embargo, la producción de algunos tipos de vidrio decorativo se considera una ventaja más que una desventaja.
Las distorsiones ópticas y los defectos de apariencia (defectos del vidrio) son características importantes del vidrio termopulido. La presencia de estos defectos se debe a la tecnología de producción, por lo que su presencia en el vidrio está permitida, pero está estrictamente regulada cuantitativamente por normas nacionales e internacionales. condiciones técnicas y estándares firmes.
Impacto medioambiental
El principal impacto ambiental de la producción de vidrio proviene de los procesos de fusión, que liberan diversos gases a la atmósfera.Por ejemplo, la combustión de combustible o gas natural y la descomposición de materias primas conducen a la emisión de dióxido de carbono.
Asimismo, la descomposición de los sulfatos en los materiales del lote produce dióxido de azufre, que contribuye a la acidificación. Cuando los compuestos de nitrógeno se descomponen, se liberan óxidos de nitrógeno, lo que contribuye a la acidificación y la formación de smog. Además, se emiten toneladas de partículas a la atmósfera durante la evaporación de materias primas y componentes fundidos.
Otros factores como las emisiones de compuestos orgánicos volátiles y la generación de residuos sólidos durante la fabricación también provocan problemas medioambientales.
Sin embargo, el vidrio reciclado puede resolver muchos de estos problemas. Puede procesarse varias veces sin pérdida significativa de calidad. Cada 1000 toneladas de vidrio reciclado puede resultar en una reducción de 300 toneladas en las emisiones de dióxido de carbono y un ahorro de energía de 345.000 kWh.
A menor escala, reciclar una botella de vidrio puede ahorrar suficiente energía para alimentar una lámpara LED de 20 vatios durante una hora.
Si bien ambas tecnologías de producción han mejorado significativamente en términos de eficiencia, reducir aún más las emisiones de partículas de polvo, dióxido de carbono y dióxido de azufre sigue siendo un desafío ambiental importante en la producción de vidrio plano.
Aplicaciones de vidrio estirado
En la construcción moderna, hay dos áreas principales de uso del vidrio estirado:
- acristalamiento de objetos que no tienen altos requisitos de distorsión óptica. Estos pueden ser objetos domésticos (almacenes, invernaderos, etc.) o ventanas en edificios residenciales. Para estos fines, se utiliza vidrio estirado incoloro de producción en serie;
- diseño decorativo de edificios e interiores (ventanas, puertas, tabiques, etc.). Para estos fines se utilizan diversos tipos de vidrios coloreados o incoloros, elaborados especialmente en pequeñas cantidades.
- Para mejorar el efecto decorativo, el vidrio estirado puede someterse a un procesamiento adicional: la aplicación de ciertos tipos de revestimientos, varios tipos de decoración, etc.
- En algunos casos, para aumentar la seguridad, el aislamiento térmico y acústico del vidrio, el vidrio estirado se puede fortalecer o usar en una composición de vidrio laminado y unidades de vidrio, pero esto no se recomienda, ya que conduce a un aumento significativo de la distorsión óptica. de productos.
