ガラスはどのように作られるのですか？

ガラスの製造プロセスには、バッチ処理、溶解、成形、アニーリングなどが含まれます。具体的なプロセスは次のとおりです。

1. バッチ処理。各種原料を原料シートに合わせて秤量し、混合機で均一に混合します。ガラスの主な原料は、珪砂、石灰石、長石、ソーダ灰、ホウ酸などです。

2. 形成: 準備された原料を高温で加熱して、泡のない均一なガラス液体を形成します。これは非常に複雑な物理的および化学的反応プロセスです。ガラスの溶解は溶解炉で行われます。溶解炉には大きく分けて2種類あります。 1 つは、ガラスをるつぼ内に保管し、るつぼの外側で加熱するるつぼ炉です。小型のるつぼ炉には 1 つのるつぼしか搭載できませんが、大型のるつぼ炉には最大 20 個のるつぼを搭載できます。るつぼ炉は断続的な生産プロセスを使用しており、現在は光学ガラスと色ガラスのみがこの方法で生産されています。もう一つの溶解炉には、炉内でガラス材料を溶解し、ガラス液の表面を直火で加熱するタンク炉があります。ガラスの溶解温度は1300～1600℃が多いです。多くは炎で加熱しますが、一部は電気溶解炉と呼ばれる電流で加熱するものもあります。現在も炉は継続的に生産されています。小さな炉は長さが数メートルになることもあり、大きな炉は長さが 400 メートルを超えることもあります。

3.成形。溶融ガラスを一定の形状の固体製品に変換することです。成形は、一定の温度範囲内で行う必要があり、主に冷却プロセスであり、ガラスが最初に粘稠な液体から可塑性の状態に変化し、次に脆い固体に変化します。成形には手成形と機械成形があります。手動成形の場合、労働集約的で効率が低いため、特別な場合を除いて徐々に廃止されます。

フロートガラスは、溶融ガラスを炉から溶融スズの床が入っているチャンバーに流し込むことによって作られます。このプロセスはピルキントンプロセスと呼ばれることもあります。チャンバー内の雰囲気は注意深く管理されています。ガラスは錫の上に浮かび、容器の形に形作られます。製造時に決定された厚さで幅90～140インチに広がります。ガラスの上面をエアーサイドまたはスコアサイドと呼びます。火で磨いていきます。下面を錫面と呼びます。火で磨かれたものではありません。ガラスはチャンバーからレーアと呼ばれるオーブンに入れられます。そこで、特定の速度でゆっくりと冷却されます。アニーリングと呼ばれるこのプロセスは、ガラスの内部応力を軽減します。冷却速度は、最終製品の成功にとって非常に重要です。ガラスは室温で連続したリボンとして徐冷炉から出てきます。上部は平らで火仕上げされており、表面は滑らかで平行です。自動カッターがエッジをトリミングし、ガラスを適切な長さに切断します。

るつぼ炉内でのガラスの製造における欠陥。

ガラスの素地化の過程では、耐火物とガラス液が高温で相互作用し、耐火物に腐食損傷が生じます。ガラス炉の場合、溶融ガラスによる耐火物の腐食は避けられず、腐食の強さは主に溶融ガラスの粘度や表面張力などの物性に依存します。

1.るつぼ壁の腐食

一方で、複雑な材料の形成、ガラス液の清澄化および均質化の過程で大量のガスと温度差の影響が放出され、ガラス液の激しい撹拌が引き起こされます。撹拌効果によりガラス液体の撹拌が促進され、るつぼの壁に研磨効果が生じ、浸食されます。これらの磨耗と腐食の影響により、るつぼの壁の表面が常に剥がれてガラス液体に入り込み、拡散と均質化が遅すぎるとガラスに多数の縞模様や小結節が発生します。

2. 撹拌翼による腐食

撹拌翼が回転するとガラス液が常に反転し、ガラス液中の小さな気泡が再構成・重合して大きな気泡となって上昇・排出され、ガラス液の均質化が強化されます。しかし、撹拌翼はコランダムムライトでできているため、常にガラス液によって侵食されてしまいます。ブレードを交換すると、ブレードのエッジや角が腐食によってボロボロになっていることがわかります。これは、撹拌ブレードの材料組成の粒度の違い、撹拌ブレードの力の違い、腐食の強さの違いによるものです。ガラス液中に落ちた粗粒耐火物の一部は石を形成し、核ノジュールは完全に溶解できません。

対応策

1. 溶解温度と清澄温度を適切に下げること。

ガラス液の温度が高いほど粘度が低くなり、均質化に有利になります。それにもかかわらず、るつぼ壁への腐食はさらに進行し、ガラスに傷がつきやすくなります。したがって、均質化の品質を確保する条件下では、ガラス液体の完全な清澄と均質化を確実にするために、溶融温度を1320度に、清澄温度を1450度に適切に下げる必要があります。

2. 上部レンガを適時に修理または交換する

剥離した耐火物が坩堝内に落ちないようにするには、炉を停止した際に炉屋根レンガの表面が腐食により歪んでいるため、剥離する可能性のある部分をきれいに除去する必要があります。腐食がひどい場合は、新しい高品質の耐火レンガを適時に交換する必要があります。

参考: アニーリング

アニーリングは金属の熱処理プロセスであり、金属を特定の温度までゆっくりと加熱し、十分な時間保持した後、適切な速度で冷却します。硬度を下げて被削性を向上させることが目的です。残留応力を除去し、サイズを安定させ、変形や亀裂の傾向を軽減します。また、穀物を精製し、仕込みを調整し、仕込みの弱さを取り除く働きもあります。正確に言うと、アニーリングは金属材料や非金属材料を含む材料の熱処理プロセスの一種です。