stringtranslate.com

Флоат-стекло

Использование флоат-стекла на железнодорожной станции Кристал-Пэлас в Лондоне

Флоат-стекло — это лист стекла, изготовленный путем плавления расплавленного стекла на слое расплавленного металла с низкой температурой плавления , как правило, олова , [1] хотя в прошлом для этого процесса использовался свинец . [2] Этот метод обеспечивает листу равномерную толщину и очень ровную поверхность. [3] Процесс флоат-стекла также известен как процесс Pilkington , названный в честь британского производителя стекла Pilkington , [4] который первым применил эту технологию в 1950-х годах на своем производственном участке в Сент-Хеленс, Мерсисайд . [5]

Современные окна обычно изготавливаются из флоат-стекла, [6] хотя Corning Incorporated использует метод перелива вниз . [7]

Большая часть флоат-стекла представляет собой натриево-кальциевое стекло [ 8], хотя относительно небольшое количество специального боросиликатного стекла [9] и стекла для плоских дисплеев также производится с использованием флоат-процесса.

История

Старое окно, содержащее один лист флоат-стекла в верхней левой части, Йена , Германия . Остальные секции, возможно, не являются флоат-стеклом, на что указывают искаженные отражения дерева.

До XVI века оконное стекло или другое плоское стекло обычно вырезалось из больших дисков (или ронделей) кронгласа . Более крупные листы стекла изготавливались путем выдувания больших цилиндров , которые разрезались и становились плоскими, а затем разрезались на панели. Большая часть оконного стекла в начале XIX века изготавливалась с использованием цилиндрического метода . «Цилиндры» имели длину от 6 до 8 футов (от 180 до 240 см) и диаметр от 10 до 14 дюймов (от 25 до 36 см), что ограничивало ширину, которую можно было вырезать из стеклянных панелей, и в результате окна делились фрамугами на прямоугольные панели.

Первые достижения в автоматизации производства стекла были запатентованы в 1848 году Генри Бессемером . [10] Его система производила непрерывную ленту плоского стекла, формируя ленту между роликами. Это был дорогостоящий процесс, так как поверхности стекла требовали полировки. Если бы стекло можно было установить на идеально гладком, плоском теле, например, на поверхности открытой кастрюли со спокойной жидкостью, это значительно снизило бы затраты. Были предприняты попытки формовать плоское стекло на ванне с расплавленным оловом — одной из немногих жидкостей плотнее стекла, которая была бы спокойной при высоких температурах, необходимых для изготовления стекла, — особенно в США. Было выдано несколько патентов, [11] [12], но этот процесс был неработоспособен в то время.

До разработки флоат-стекла более крупные листы листового стекла изготавливались путем литья большой лужи стекла на железную поверхность, а затем полировки с обеих сторон, что было дорогостоящим процессом. С начала 1920-х годов непрерывная лента листового стекла пропускалась через длинную серию встроенных шлифовальных и полировальных машин, что сокращало потери стекла и стоимость. [13]

Стекло более низкого качества, тянутое стекло, изготавливалось путем вытягивания вверх из ванны расплавленного стекла тонкого листа, удерживаемого по краям роликами. По мере охлаждения поднимающийся лист затвердевал и затем мог быть разрезан. Обе поверхности были более низкого качества, т. е. не такими гладкими или однородными, как у флоат-стекла. Этот процесс продолжал использоваться в течение многих лет после разработки флоат-стекла.

Между 1953 и 1957 годами на заводе Cowley Hill Works в Сент-Хеленс, Ланкашир, сэр Аластер Пилкингтон и Кеннет Бикерстафф из британской компании Pilkington Brothers разработали первое успешное коммерческое приложение для формирования непрерывной ленты стекла с использованием ванны с расплавленным оловом , по которой расплавленное стекло беспрепятственно течет под действием силы тяжести. [14] Успех этого процесса заключался в тщательном балансе объема стекла, подаваемого в ванну, где оно расплющивалось под действием собственного веса. [15] Полномасштабные прибыльные продажи флоат-стекла впервые были достигнуты в 1960 году, а в 1960-х годах процесс был лицензирован по всему миру, заменив предыдущие методы производства. [16]

Производство

Линия флоат-стекла

В производстве флоат-стекла используются обычные сырьевые материалы для производства стекла , обычно состоящие из песка , кальцинированной соды ( карбоната натрия ), доломита , известняка и сульфата натрия и т. д. Другие материалы могут использоваться в качестве красителей, осветлителей или для корректировки физических и химических свойств стекла. Сырье смешивается в периодическом процессе, затем загружается вместе с контролируемой пропорцией стеклобоя (отходов стекла) в печь , где оно нагревается примерно до 1500 °C. Обычные печи для флоат-стекла имеют ширину 9 м и длину 45 м и вмещают более 1200 тонн стекла. После расплавления температура стекла стабилизируется примерно до 1200 °C, чтобы обеспечить однородную плотность .

Расплавленное стекло подается в «ванну для расплавленного олова» ( шириной около 3–4 м, длиной 50 м, глубиной 6 см) из подающего канала и выливается в ванну для расплавленного олова через керамическую горловину, известную как носик. [17] Количество стекла, которое можно вылить на расплавленное олово, контролируется затвором, называемым твил .

Расплавленное олово подходит для процесса флоат-стекла, поскольку оно имеет более высокую плотность, чем стекло, поэтому расплавленное стекло плавает на нем. Его температура кипения выше, чем температура плавления стекла, а давление его паров при температуре процесса низкое. Однако олово окисляется в естественной атмосфере с образованием диоксида олова (SnO 2 ). Известный в процессе производства как шлак, диоксид олова прилипает к стеклу. Для предотвращения окисления в ванне для олова создается защитная атмосфера с положительным давлением из азота и водорода .

Стекло течет по поверхности олова, образуя плавающую ленту равномерной толщины с идеально гладкими поверхностями с обеих сторон. По мере того, как стекло течет по ванне с оловом, температура постепенно снижается с 1100 °C до тех пор, пока при температуре около 600 °C лист не может быть поднят из ванны на ролики. Стеклянная лента вытягивается из ванны роликами с контролируемой скоростью. Изменение скорости потока и скорости роликов позволяет формировать стеклянные листы различной толщины. Верхние ролики, расположенные над расплавленным оловом, могут использоваться для контроля как толщины, так и ширины стеклянной ленты.

После ванны стеклянный лист проходит через лерную печь примерно 100 м, где он постепенно охлаждается, чтобы отжигаться без деформации и не трескаться от перепада температур. На выходе из «холодного конца» печи стекло режется машинами.

Использует

Светильник из флоат-стекла. Обычное флоат-стекло имеет зеленый цвет в более толстых листах из-за примесей Fe2+ .

Сегодня флоат-стекло является наиболее широко производимой формой стекла [18] с множеством коммерческих применений. [19] Благодаря своему высокому качеству без необходимости дополнительной полировки [20] и структурной гибкости в процессе производства, его можно легко формовать и сгибать в различные формы, пока оно находится в нагретом, сиропообразном состоянии. [21] Это делает его идеальным для различных применений, таких как

Большинство видов специализированного стекла, таких как закаленное стекло , [26] матовое стекло , [27] многослойное безопасное стекло [28] и звуконепроницаемое стекло [29], состоят из стандартного флоат-стекла, прошедшего дополнительную обработку.

Рынок

По состоянию на 2009 год на мировом рынке флоат-стекла, не включая Китай и Россию, доминируют четыре компании: Asahi Glass , NSG / Pilkington , Saint-Gobain и Guardian Industries . Другие компании включают Sise Cam AS, Vitro, ранее PPG , Central Glass, Hankuk (HanGlas), Carlex Glass и Cardinal Glass Industries. [30]

Смотрите также

Ссылки и сноски

  1. ^ Рише, Паскаль (2021-02-05). Энциклопедия стеклянной науки, технологии, истории и культуры. John Wiley & Sons . стр. 73–74. ISBN 978-1-118-79939-0.
  2. ^ Бингели, Корки (7 октября 2013 г.). Материалы для внутренней среды. Wiley . стр. 86. ISBN 978-1-118-30635-2. OCLC  819741821. 819741821.
  3. ^ Грувер, Микелл П. (2021). Основы современного производства: материалы, процессы и системы. John Wiley & Sons . стр. 207. ISBN 978-1-119-70642-7.
  4. ^ Бейкер, Ян (2018-06-21). Пятьдесят материалов, из которых состоит мир. Springer . стр. 66. ISBN 978-3-319-78766-4.
  5. ^ "История Pilkington UK". www.pilkington.com . Получено 2023-04-09 .
  6. ^ Шакелфорд, Джеймс Ф. (2005). Введение в материаловедение для инженеров. Pearson Education . Prentice Hall . стр. 237. ISBN 978-0-13-142486-9.
  7. ^ "ЖК-стекло - Стекло дисплея". Schott AG . Архивировано из оригинала 2008-02-01 . Получено 2008-01-30 .
  8. ^ Хатиб, Джамал (2016-08-12). Устойчивость строительных материалов. Woodhead Publishing . стр. 80. ISBN 978-0-08-100391-6.
  9. ^ Вурм, Ян (2007). Стеклянные конструкции: проектирование и строительство самонесущих оболочек. Springer Science & Business Media . стр. 37. ISBN 978-3-7643-7608-6.
  10. ↑ Бессемер, Генри; Британский патент № 12,101 (выдан: 22 сентября 1848 г.).
  11. ↑ Уильям Э. Хил, «Производство оконного и листового стекла», архивировано 17 августа 2017 г. в Wayback Machine, патент США № 710,357 (подано: 25 января 1902 г.; выдано: 30 сентября 1902 г.)
  12. ^ Хэлберт К. Хичкок, «Устройство для производства стеклянных листов или пластин», Архивировано 17 августа 2017 г. в Wayback Machine, патент США № 789,911 (подано: 30 июля 1902 г.; выдано: 16 мая 1905 г.).
  13. ^ «Двойная кража — правильный и неправильный способ украсть коммерческие секреты». socxfbi.org . Получено 29.04.2023 .
  14. ^ Pilkington, LAB (1969). «Обзорная лекция. Процесс флоат-стекла». Труды Лондонского королевского общества. Серия A, Математические и физические науки . 314 (1516). Королевское общество: 1–25. Bibcode : 1969RSPSA.314....1P. doi : 10.1098/rspa.1969.0212. JSTOR  2416528. S2CID  109981215.
  15. ^ Патент США 2911759 – Производство листового стекла
  16. ^ Nascimento, Marcio Luis Ferreira (сентябрь 2014 г.). «Краткая история патента на плоское стекло – Шестьдесят лет флоат-процесса» (PDF) . World Patent Information . 38 : 50–56. doi :10.1016/j.wpi.2014.04.006.
  17. ^ BHWS de Jong, «Стекло»; в Энциклопедии промышленной химии Ульмана ; 5-е издание, т. A12, VCH Publishers, Вайнхайм, Германия, 1989, ISBN 3-527-20112-2 , стр. 365–432. 
  18. ^ Шиттих, Кристиан; Стаиб, Джеральд (10 декабря 2012 г.). Руководство по изготовлению стекла. Вальтер де Грюйтер . п. 61. ИСБН 978-3-0346-1554-9.
  19. ^ Шарма, SK (2016). Строительные материалы для гражданского строительства. Издательство Khanna. стр. 362. ISBN 978-93-82609-84-1.
  20. ^ Леско, Джим (2007-12-14). Промышленный дизайн: Материалы и руководство по производству. John Wiley & Sons . стр. 222. ISBN 978-0-470-05538-0.
  21. ^ Хеггер, Манфред; Аух-Швельк, Фолькер (12 февраля 2013 г.). Руководство по строительным материалам. Вальтер де Грюйтер . п. 86. ИСБН 978-3-0346-1455-9.
  22. ^ Рише, Паскаль (2021-02-05). Энциклопедия стеклянной науки, технологии, истории и культуры. John Wiley & Sons . стр. 1092. ISBN 978-1-118-79939-0.
  23. ^ Спенс, Уильям П.; Култерманн, Ева (2016-01-19). Строительные материалы, методы и приемы. Cengage Learning . стр. 516. ISBN 978-1-305-53710-1.
  24. ^ Punmia, Dr BC; Jain, Ashok Kumar (2003). Основы гражданского строительства. Firewall Media. стр. 111. ISBN 978-81-7008-403-7.
  25. ^ Дедек, Питер Б. (2014-03-27). Сохранение исторического наследия для дизайнеров. A&C Black . стр. 244. ISBN 978-1-60901-509-1.
  26. ^ Хатиб, Джамал (2016-08-12). Устойчивость строительных материалов. Woodhead Publishing . стр. 97. ISBN 978-0-08-100391-6.
  27. ^ Шунк, Эберхард; Остер, Ханс Йохен (21 января 2013 г.). Руководство по устройству крыш: Скатные крыши. Вальтер де Грюйтер . п. 160. ИСБН 978-3-0346-1563-1.
  28. ^ Спайсер, Марк (2016-11-30). Иллюстрированное руководство по снайперскому мастерству. Перо и меч . стр. 127. ISBN 978-1-4738-8452-6.
  29. ^ Иглесиас, Карен (2014-02-07). Инновационное использование материалов в архитектуре и ландшафтной архитектуре: история, теория и эффективность. Макфарланд . стр. 76. ISBN 978-0-7864-7080-8.
  30. ^ ""Рынок листового стекла к 2010 году достигнет 39 миллионов тонн"". Архивировано из оригинала 2012-07-28 . Получено 2010-08-11 .

Внешние ссылки