4.9.2.1 Phương pháp kéo: 1. Kéo kính tấm:
Ở tất cả các phương pháp kéo dải thủy tinh từ bề mặt tự do của vật liệu thủy tinh đều gặp phải khó khăn do các hiện tượng vật lý như: ở hai mép của dải thủy tinh đều có lực bề mặt tác dụng, có xu hướng kéo dải thủy tinh nhỏ dần và cuối cùng biến thành sợi chỉ (như hình vẽ). Vì vậy
một trong những nhiệm vụ chính trong công nghệ kéo thủy tinh tấm là giữ ổn định bề dày dải thủy tinh trong suốt thời gian kéo.
a. Phương pháp kéo thẳng đứng có thuyền:
Nguyên lý: dìm khối samot có dạng tấm hình chữ nhật dài, có rãnh xuyên suốt, có độ vát càng lên bề mặt trên rãnh càng bé vào thủy tinh đã được làm nguội đến nhiệt độ gia công (gần 10000C).
Hình4.7. Tác động của lực bề mặt khi kéo dải thủy tinh
Khi dìm thuyền xuống và đồng thời kéo dải thủy tinh lên trên theo phương thẳng đứng nhờ các trục cán làm bằng axbet dẫn hướng mà dải thủy tinh được kéo lên có bề rộng và bề dày ổn định, chúng được làm nguội bằng hơi nước lạnh của máy lạnh và không khí hoàn lưu tự nhiên trong buồng máy. Rãnh ở thuyền sẽ hướng dòng vật liệu thủy tinh có kích thước đúng theo yêu
cầu trước khi bị kéo thành dải. Dải thủy tinh từ khi được kéo ra khỏi rãnh thuyền đến khi gặp cặp trục cán đầu tiên cần được làm nguội đến trạng thái để khi tiếp xúc với trục cán không gây nên biến dạng bề mặt dải thủy tinh.
Áp suất thủy tĩnh càng lớn thì dải thủy tinh được kéo qua khe của thuyền càng lớn và trở lực thủy lực càng lớn. Vùng tạo hình tích cực của dải bắt đầu ở cửa ra của thủy tinh từ rãnh của thuyền trên ranh giới phân chia pha: lỏng (thủy tinh), rắn (bề mặt tấm samot ở mỏ cặp của thuyền), khí (không khí xung quanh) khi các lớp ngoài của thủy tinh đi vào vùng làm nguội tích cực. Trên ranh giới này xuất hiện sự bóp lại đột ngột của dải thủy tinh vừa ra khỏi mép mỏ cặp, đến một độ cao nào đó bề rộng dải thủy tinh đạt giá trị bằng bề rộng của dải kính cần gia công. Ðoạn thủy tinh nằm trực tiếp trên mép mỏ cặp của thuyền gọi là đoạn có hình “củ hành”. Thuyền được dìm vào thủy tinh với độ sâu sao cho đáy của “củ hành” không xuống dưới mức của mặt trên khe hở rãnh của thuyền. Dải thủy tinh dịch chuyển trong quá trình tạo hình thẳng đứng lên trên, chịu tác động kéo của trọng lượng bản thân của phần dải kính nằm bên dưới và lực căng bề mặt ở ranh giới thủy tinh - bề mặt khe hở thuyền. Trong quá trình làm nguội độ nhớt của thủy tinh tăng, sức căng bề mặt tăng sẽ làm cản trở lực kéo của trọng lượng bản thân của thủy tinh. Càng lên cao, dải kính càng chịu lực kéo lớn, độ nhớt của chúng càng tăng. Ở một độ cao nhất định, dải thủy tinh ổn định bề dày và
Hình 4.8. Nguyên lý tạo hình dải thủy tinh bằng phương pháp thuyền
a-sơ đồ quá trình tạo hình b-sơ đồ buồng dưới máy
chúng chuyển dịch lên trên đều hơn, quá trình tạo hình trở nên liên tục. Vận tốc tạo hình càng tăng thì lực kéo đó càng lớn.
Trong quá trình kéo, dải thủy tinh có xu hướng hẹp dần bề rộng đặc biệt là phía hai bên thành. Ðể hạn chế hiện tượng này có thể sử dụng thanh giữ bên thành. Tuy vậy, biện pháp này chỉ hạn chế được một phần mức độ thu hẹp bề rộng của dải thủy tinh. Các trục cán axbet được lắp đặt vào tháp ngang. Trong quá trình kéo thẳng đứng, các dải kính được ủ, làm nguội (ban đầu làm nguội chậm, sau đó làm nguội nhanh). Khi ra khỏi máy, chúng được cắt theo kích thước sản phẩm, phân loại và đóng gói.
Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của phương pháp và chất lượng của thủy tinh:
- Các tính chất hóa lý của thủy tinh
- Mức độ làm nguội nhanh phần “củ hành” và dải kính ở buồng dưới máy - Chiều rộng khe hở
- Nhiệt độ của thủy tinh - Chất lượng thuyền,…. Ưu điểm:
- Kết cấu thiết bị đơn giản - Chi phí đầu tư ban đầu thấp - Vận hành đơn giản
- Chi phí vận hành thấp hơn so với phương pháp kéo không thuyền Nhược điểm:
- Thường đứt dải kính khi tạo hình - Tốc độ kéo thủy tinh không lớn - Gia tăng gợn thủy tinh
Hình 4.9. Sơ đồ buồng dưới máy và máy kéo theo phương thẳng đứng
1-thuyền; 2-cầu; 3-máy lạnh; 4-thép góc; 5-tháp máy; 6-trục cán; 7-tấm trượt; 8-các cửa của khoang buồng máy; 9-buồng dưới máy; 10-cần giữ; 11-kênh của hệ thống cấp nhiệt; 12-khâu nối; 13-trục cơ cấu ép chặt; 14-bulong điều chỉnh độ sâu thuyền; 15-kìm kẹp
Hình 4.10. Sơ đồ trục cán
1-trục cán cố định; 2-dải kính; 3-các vòng đệm axbet; 4-ổ gối đỡ; 5-trục cán di động
Hình 4.11. Sơ đồ dây chuyền cắt, rửa, kiểm tra chất lượng kính phẳng, đóng gói sản phẩm tự động
1-thiết bị cắt kính thành tấm; 2-mấy bẻ gập tấm kính; 3-con trượt; 4-vùng bố trí thiết bị cắt mép; 5-vùng bố trí thiết bị bẻ gập tấm kính; 6-vùng bốt trí con trượt và đẩy sang vùng hạ cao độ nơi làm việc; 7-vùng con trượt với thiết bị đẩy lên bàn cắt cơ khí; 8-vùng bố trí thiết bị cắt cơ khí và bẻ gãy tấm kính theo kích thước; 9-cơ cấu dải theo chiều ngang và thiết bị đóng gói các tấm kính cửa sổ; 10-chồng kính đã đóng gói
Nguyên lý: trong trường hợp này băng kính được kéo lên trực tiếp từ bề mặt tự do của khối thủy tinh trong lò. Như thế ảnh hưởng của sức căng bề mặt càng lớn và lực kéo băng kính cũng tăng lên, lúc này việc tạo hình và giữ mép băng khá phức tạp.
Vùng có độ nhớt phù hợp với công nghệ kéo được khống chế bởi các bloc samot hình chữ L và làm nguội nhanh chúng. Kết
cấu này cho phép thay đổi nhanh độ nhớt dưới các bloc hình L. Còn sự thay đổi hình dạng các bloc đó và mức độ kéo căng thành đảm bảo cho thủy tinh phân bố đều theo chiều dài mép phần hình củ hành. Vật thể bằng vật liệu chịu lửa được dìm vào thủy tinh xuống độ sâu 70–120 mm theo chiều dọc tâm máy, có tác dụng nhằm đảm bảo điều kiện làm nguội dòng thủy tinh dịch chuyển từ hai phía tới phần hình củ hành bên trên bề mặt, giảm ảnh hưởng của bức xạ từ dưới và tạo khả
năng bền vững cho phần củ hành do có lực thấm bề mặt bằng thủy tinh.
Dải thủy tinh được kéo lên thẳng đứng giống như ở phương pháp kéo thẳng đứng có thuyền nhờ các cặp trục cán axbet của máy kéo thẳng đứng không thuyền. Bề mặt thủy tinh, dải thủy tinh trong buồng dưới máy ở phương pháp không thuyền làm nguội nhanh hơn so với có thuyền. Do vậy, có thể kéo dải thủy tinh từ bề mặt thủy tinh có nhiệt độ cao hơn so với phương pháp kéo có thuyền. Thân của dải kính được giữ nhờ cơ cấu giữ thành khi tạo hình có truyền động cơ khí.
Hình 4.13. Vật thể dìm trung tâm
Hình 4.12. Sơ đồ tạo hình dải thủy tinh bằng phương pháp kéo thẳng đứng không
thuyền
1-thùy tinh; 2-bloc L; 3-máy lạnh; 4-trục cán kéo; 5-phần hình củ hành; 6-vật thể dìm trung tâm
Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất: - Tính chất hóa lý của thủy tinh
- Bề rộng bề mặt thủy tinh giữa các bloc hình chữ L
- Cường độ làm nguội bề mặt thủy tinh phần hình củ hành và dải thủy tinh trong buồng dưới máy
- Nhiệt độ thủy tinh trong kênh gia công - Ðộ sâu dìm của vật liệu chịu lửa
- Tốc độ kéo của các trục cán máy kéo,…
Ưu điểm so với phương pháp kéo có thuyền:
- Tốc độ kéo lớn hơn đặc biệt với trường hợp kéo loại tấm có chiều dày trên 3mm.
- Chu kỳ hoạt động liên tục hơn
- Tiết kiệm nguyên vật liệu chứa kiềm Nhược điểm:
- Tăng chi phí đầu tư riêng cho một đơn vị sản phẩm - Khó kéo loại tấm có chiều dài mỏng (nhỏ hơn 2mm)
- Rất nhạy với sự biến đổi chế độ nấu và chuẩn bị nhiệt của vật liệu thủy tinh
- Hệ số sử dụng vật liệu thủy tinh thấp,….
c. Phương pháp kéo thẳng đứng nằm ngang:
Nguyên lý: dải thủy tinh được kéo trực tiếp từ bề mặt thủy tinh, tuy nhiên sử dụng buồng gia công nhỏ độ sâu 160-200 mm nên hạn chế dòng đối lưu của thủy tinh khi tạo hình. Ban đầu dải thủy tinh tạo hình theo phương thẳng đứng đến độ cao khoảng 600-650 mm khi còn ở trạng
thái dẻo
được uốn gập sang phương nằm ngang nhờ con lăn bằng kim loại, sau đó được kéo theo phương nằm ngang đưa vào lò ủ (vận tốc quay của con lăn bằng 20-35% tốc độ kéo dải thủy tinh)
Ưu điểm:
- Có thể kéo tấm thủy tinh có bề dày khác nhau tốc độ kéo lớn - Hoạt động của dây chuyền theo phương nằm ngang
- Chất lượng thủy tinh cao - Thời gian làm việc liên tục lớn Nhược điểm:
Hình 4.15. Tạo hình thủy tinh theo phương pháp kéo thẳng đứng, nằm ngang
Hình 4.16. Mặt cắt dọc của kênh gia công và buồng gia công
1-bể; 2-buồng trung gian; 3-buồng gia công; 4-các chi tiết samot định hình; 5-buồng cấp nhiệt; 6-vòi đốt; 7-con lăn vận chuyển; 8-các chi tiết gạch định hình; 9-máy lạnh nằm ngang; 10-con lăn dùng để uốn gập dải thủy tinh; 11-máy lạnh chạy bằng nước
- Buồng gia công có kết cấu cồng kềnh - Năng suất của thiết bị chưa cao
d. Phương pháp kéo kính nổi:
Nguyên lý: quá trình tạo hình dải thủy tinh thực hiện trên bề mặt kim loại đã nấu chảy. Dải thủy tinh được tạo thành do kết quả thủy tinh tự dàn, tự chảy dưới tác động của trọng lực bản thân trong khuôn có tổ chức, chảy theo hướng đã định, được làm nguội và chuyển sang lò ủ nhiệt. Nhu vậy, bề mặt dưới của dải thủy tinh nhận được rất nhẵn, phẳng do tiếp xúc trực tiếp với bề mặt phẳng lý tưởng của kim loại đã nấu chảy. Kim loại nấu chảy thường sử dụng là thiếc.
Thủy tinh đã được nấu chảy trong lò bể theo máng nhỏ dẫn vào bể thiếc (gọi là float), thủy tinh nóng chảy sẽ được dàn mỏng, làm nguội dải thủy tinh đến nhiệt độ đưa sang lò ủ nhiệt. Bể và kênh dẫn được che bằng vòm và tường được cách nhiệt, làm kín. Trên máng dẫn được bố trí hai van, một van lưu lượng thô và một van điều chỉnh lưu lượng tinh lượng thủy tinh nấu chảy đi qua. Ðồng thời hai van này còn làm nhiệm vụ của tấm kín khí ngăn không gian lò nấu và bể float.
Hình 4.17. Sơ đồ tạo hình dải thủy tinh theo phương pháp nổi
1-kênh gia công; 2-cặp nhiệt; 3-van điều tiết dòng thủy tinh; 4-van chỉnh lưu lượng tinh; 5-thủy tinh; 6-máng dẫn; 7-bể thiếc; 8-thanh gia nhiệt; 9-dịch thiếc; 10-vòm bể; 11-kính đã dàn; 12-máy lạnh; 13-đầu máy kéo biên; 14-thanh graphit giới hạn; 15- dải kính; 16-dàn con lăn gia tốc; 17-lò ủ
2. Kéo ống và kéo đũa:
Ống và đũa thủy tinh có thể tạo hình theo phương pháp thủ công. Hiện nay phổ biến hơn là kéo tự động bằng máy kéo đứng hoặc kéo ngang.
a. Kéo ngang (Danner process):
Phương pháp này cho phép kéo các ống có đường kính từ 1,6mm đến 66,5mm và đũa đường kính từ 2 đến 20mm.
Thủy tinh lỏng chảy thành dòng trên bề mặt ống samot quay chậm. Nhờ ống được đặt nghiêng và quay tròn thủy tinh chảy trên ống sẽ tạo thành một lớp đều đặn sau đó chảy xuống phía dưới và được kéo về phía máy kéo. Từ ống samot không khí nén được đưa vào để thổi thành ống rỗng.
b. Kéo đứng:
Ống được tạo thành sau khi nhúng mồi vào khối thủy tinh rồi kéo lên phía trên. Trong quá trình kéo ống được làm lạnh từ hai phía. Phía ngoài bằng không khí làm lạnh, phía trong bằng khí nén tạo hình. Đường kính và chiều dày ống được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ kéo, đường kính ống samot, nhiệt độ khối thủy tinh và buồng làm việc.
4.9.2.2 Tạo hình bằng phương pháp cán:
Nguyên lý: đây là phương pháp tạo hình thủy tinh tấm theo dây chuyền đơn giản và năng suất cao. Dải thủy tinh được tạo thành bằng cách cán giữa hai quả cán vật liệu thủy tinh còn dẻo trên máy cán, được làm lạng bằng nước sau đó theo con lăn đưa đến lò ủ. Dải thủy tinh vừa mới tạo hình xong tiếp xúc trực tiếp với con lăn làm lạnh và chúng không thể tiếp tục nóng chảy do dòng nhiệt tiếp tục truyền từ trong ra ngoài được và trở thành “phôi”. Do vậy, thủy tinh tạo hình theo theo phương pháp cán liên tục không thể đưa đi sử dụng khi chưa đi gia công lại nếu chúng dùng cho mục đích cần nhìn xuyên qua chúng. Loại kính sản xuất theo phương pháp này thường
dùng làm bán thành phẩm cho dây chuyền sản xuất thủy tinh mài, đáng bóng cũng như thủy tinh có cốt hay in hoa văn.
Thủy tinh đươc lấy từ vùng gia công của lò đưa đến quả cán qua máy máng rót (bề mặt làm việc của nó thấp hơn mức thủy tinh khoảng 70-80 mm), qua thước rót nằm giữa máng rót và quả cán phía dưới. Bê rộng của máng rót lớn hơn bề rộng dải thủy tinh cần cán là 100-150 mm. Ðể điều chỉnh chiều cao lớp thủy tinh cấp vào máy người ta dùng van kéo nâng lên nằm trên máng rót thủy tinh. Lớp thủy tinh còn lại trên máng rót sau khi dùng máy cán được đốt nóng qua các lỗ nằm bên tường máng rót nhờ vòi khí đốt.
Trục máy cán bố trí nghiêng một góc 15 độ (sản xuất thủy tinh có cốt) hay 20 độ so (sản xuất thủy tinh phẳng hoặc in hoa) với phương thẳng đứng. Khoảng cách giữa hai mép quả cán được điều chỉnh nhờ hệ thống vít điều chỉnh. Dải thủy tinh sau khi được cán xong được đưa lên tấm gang tiếp nhận có dạng hình hộp, sau đó đưa sang con chạy nghiêng rồi vào lò ủ.
Khi tạo hình thủy tinh dùng cho công đoạn gia công cơ khí sau đó thì cả hai trục cán có mặt nhẵn hoặc in hình (thường in hình trên quả cán trên).
Hình 4.19. Sơ đồ thiết bị tạo hình thủy tinh tấm theo phương pháp cán liên tục.
a-góc tạo hình và máy cán; b-phần gia công của lò
1-tấm gang tiếp nhận; 2,3-trục cán; 4-khung máy; 5-trụ máy; 6-vít điều
chỉnh; 7-các chi tiết hiệu chỉnh; 8-máng tiếp nhận; 9-thủy tinh; 10-máng rót; 11-van nâng lên; 12-tường cạnh nghiêng của bể; 13-vòi đốt; 14-vít; 15-đường ray; 16-xe rùa; 17-con lăn axbet; 18-con lăn tiếp nhận
Khi sản xuất thủy tinh có cốt thì có thêm tang với cuộn lưới được bố trí trên sàn thao tác nằm trên máy. Khi máy làm việc lưới tự cởi khỏi tang nhấn sâu vào vật liệu thủy tinh nằm trên máng rót bằng quả cán lăn, cùng với thủy tinh đã được cán xong đi vào lò ủ. Tuy nhiên mảnh vỡ sản phẩm trong sản xuất thủy tinh có cốt không sử dụng lại trong dây chuyền do trong thành phần của chúng có chứa lưới kim loại.
Hình 4.20. Sơ đồ tạo hình thủy tinh có cốt
a-khi cấp lưới trên: 1-lưới kim loại; 2-các quả cán;
3-dải thủy tinh; 4-quả cán lăn; 5-lò ủ
b-khi cấp lưới phía dưới: 1-lò ủ; 2-dải thủy tinh; 3- con lăn thanh trượt; 4-các quả cán; 5-van samot; 6-