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Proceso de Manufactura del Vidrio Flotado

Hoy en día existen tres tipos de vidrio plano que se fabrican en el mundo: hoja, flotado y placa. El Vidrio Flotado cuenta por más del 90% del vidrio plano que se produce en la actualidad. Este es la piedra angular en el mundo entero para la fabricación de vidrio arquitectónico. El proceso de vidrio flotado fue desarrollado en 1952, y es el estándar mundial para la producción de vidrio de alta calidad. El proceso de Vidrio Flotado consiste de cinco pasos principales:

Almacenamiento y procesado por lotes
Fundición
Formado y revestido – StewartFloat^®, AcuraCoat^®
Recocido
Cortado y empacado

I : Almacenamiento y procesado por lotes

En el primer paso de almacenamiento y procesado, se prepara la materia prima para su fundición. Los materiales llegan a través de camiones o trenes en bases continuas, y estos son: arena silica, dolomita, carbonato de calcio, carbonato de sodio y sulfato de sodio. Estos materiales se guardan en el almacén, el cual consiste de silos, tolvas, contenedores, conductos, colectores de polvo y los controles necesarios para manejar adecuadamente la materia prima y la mezcla de la misma.A partir del momento en que los materiales arriban, están prácticamente en constante movimiento. En el interior del almacén, un contenedor plano y largo toma los materiales en capas secuenciales de sus silos y los envía a un elevador que los sube y deposita en una báscula para verificar su peso combinado. El vidrio reciclado ha sido molido en la parte final de la línea de la planta y se añade a estos ingredientes. Cada lote contiene aproximadamente 10-30% de vidrio molido, los materiales secos se añaden a un mezclador para formar el lote. Este, se entrega al recipiente del horno a través de un transportador manejado por una banda, en donde se conserva para posteriormente vaciarlo en el horno de fundición a un ritmo controlado.

Typical Glass Composition.
figura 1: Composición típica del vidrio.

Stored piles of cullet.
figura 2: Almacenamiento en pilas del vidrio molido.

A hopper feeds the mixed materials into the entrance end of the melting furnace, where temperatures reach 1650°C.
figura 3:: Una tolva alimenta los materiales mezclados a la entrada del horno de fundición, en el cual las temperaturas se elevan hasta 1600 ºC.

II : Fundición

El horno típico de fundición consiste en un horno de 6 puertos con fuego regenerativo cruzado de aproximadamente de 25 metros de ancho por 62 metros de largo con una capacidad de 500 toneladas métricas por día. Las secciones principales del horno son la fundición/refinación, terminado, regeneradores y puertos, como se muestra en la figura numero 4, y están construidos de un material refractario especial forrado por un marco de acero.Tan pronto el lote esta siendo alimentado a través de la tolva de carga hacia el área del horno de fundición, es calentado por los quemadores de gas natural a una temperatura aproximada de 1650ºC. De la fundición, el material derretido fluye hacia el refinador y de ahí al área del cuerpo de estrechamiento en donde un agitador homogeniza el vidrio liquido. De ahí fluye hacia la parte final de la operación en donde se permite que el vidrio se enfríe lentamente hasta una temperatura de 1100 ºC aproximadamente y así lograr su correcta viscosidad antes de enviarlo a la tina de flotación.

Typical melting furnace cross section.
figura 4:Sección en corte típica de un horno de fundición

III : Formado y Revestido – StewartFloat^® y AcuraCoat^®

Empezando por el proceso de formado del vidrio liquido refinado, en un listón sólido se logra manipulando mecánicamente el mismo hacia su tendencia de espesor de 6.88mm. El horno de fundición, el vidrio líquido se vacía en el área del canal el cual contiene una compuerta ajustable (tweel), que regula el flujo y el espesor dentro de más o menos 0.15mm. De ahí va hacia la parte alta de la tina de flotación, que contiene estaño liquido, en la cual el vidrio flota -de aquí viene el termino de “Vidrio Flotado”-. El vidrio y el estaño no reaccionan entre ellos, por lo tanto se mantienen separados; su mutuo nivel de resistencia molecular hace que el vidrio se mantenga perfectamente liso, suave y sin grumos.

El horno de tina de flotación esta sellado con una unidad que mantiene una atmosfera controlada de nitrógeno e hidrogeno. Este consiste de soportes de acero, cubierta superior e inferior, línea refractaria, estaño, generadores de calor, reductor atmosférico y sensores de temperatura. El sistema de control de proceso esta computarizado y es de aproximadamente 8 metros de ancho y 60 metros de largo y trabaja a una velocidad de 25m/min. El horno de fundición con tina de flotación, contiene aproximadamente 200 toneladas de estaño líquido de alta pureza a una temperatura promedio de 800 ºC.

Typical float bath cross section
figura 5: Esquemática del Horno Float Baño - extremo estrecho

En la entrada del horno de tina de flotación, se forma una hoja de vidrio llamada “Listón”, la cual es manipulada por una serie de maquinas ajustables en la parte superior. El ancho y espesor de este listón se obtiene a través de un programa controlado, que mantiene la velocidad de recocimiento y los equipos de rotación que evitan la salida del calor y la entrada del oxigeno. El espesor del listón tiene un rango de 0.55 - 25mm.En la parte superior, se usan zonas con elementos de calor intenso para controlar la temperatura del vidrio. Conforme el listón se va moviendo a través del horno de la tina de flotación, la temperatura es reducida gradualmente, permitiendo que el vidrio sea plano y paralelo. En este punto se usa el sistema AcuraCoat^® para llevar acabo el Deposito de Vapores Químicos por calor para revestir el vidrio y hacerlo Reflectante, de Bajas Emisiones, Control Solar, Fotovoltaico, y de Auto Limpieza. En este momento el vidrio esta listo para ser enfriado.

Glass is poured in a thin layer atop a bath of molten tin, from which it stays separate as it takes shape. Heating elements hang above and provide heat. The top roll machine speed and angle controls the glass width and thickness.
figura 6: El vidrio es vaciado sobre una capa delgada en la parte superior de la tina que contiene estaño líquido, en la cual se mantiene separado mientras toma su forma. Elementos cuelgan en la parte superior para proveer calor. La velocidad y el ángulo de la maquina de balanceo controlan el ancho y el espesor del vidrio.

IV : Recocido

Conforme el listón va dejando el horno y la tina de flotación, el vidrio esta a una temperatura de 600ºC. Si a este se le enfriara a través de aire ambiente, las superficies se podrían enfriar mucho mas rápidamente que la parte interna del vidrio; esto causaría que las superficies estuviesen bajo una severa compresión y podría causar también tensión interna no deseable para el listón. La historia térmica del vidrio demuestra que es aceptable que la tensión interna se mantenga presente durante el formado, y después del mismo; por lo tanto se hace necesario exponer el vidrio gradualmente a temperaturas ambientes a través de un tratamiento de control térmico llamado recocido.

En la practica, el recocido, se lleva a cabo en un transportador (ver Figura 7); de aproximadamente 6 metros de ancho y 120 metros de largo, con un gradiente de temperatura predeterminado, a través del cual pasa el vidrio. Los elementos eléctricos de calor y los sopladores de aire se usan en el recocimiento para mantener un perfil consistente de temperatura en todo el ancho del listón de vidrio. El resultado final del proceso de recocimiento permite que el vidrio haya sido cuidadosamente enfriado a temperatura ambiente, evitando así la presencia temporal de tensión indeseada.

Annealing Lehr - Section View
figura 7: recocido Lehr

V : Cortado y Empacado

El listón de vidrio enfriado sale del transportador de recocido y es llevado hacia el área de cortado a través de un sistema de rodillos. El vidrio pasa por la línea de inspección para eliminar cualquier defecto; el vidrio es marcado por medio de cortadores de carburo y los bordes son eliminados de las piezas externas (el sobrante es reciclado como parte de la materia prima). Ahora, es cortado en tamaños que cumplan con los requerimientos del cliente de la planta. El vidrio recibe una aplicación de un talco como medio de separación para permitir a los paneles ser apilados sin que se peguen entre ellos o se rayen. El listón de vidrio libre de defectos se separa en paquetes para su empacado por el personal de descarga o un equipo automático para ser transferido al almacén para embarque al cliente.

After exiting the annealing lehr, a ribbon of fully formed glass drops in temperature further as it moves down the cooling line. As it cools, an on-line inspection system checks it for flaws.
figura 8: El listón de vidrio completamente formado reduce su temperatura conforme se va moviendo hacia la línea de enfriamiento. Mientras se enfría, un sistema de inspección en línea lo revisa por defectos.

The glass as it passes under automated cutters that score it into preprogrammed widths before cutting it lengthwise. The cutting blades are computer-adjusted to fulfill the specified dimensions for different sizes of prefabricated glass sheets.
figura 9: Conforme pasa el vidrio a través de la línea automática de corte, es marcado en los anchos pre-programados antes de cortar a lo largo. Los cortadores son ajustados por computadora para cumplir con las dimensiones especificadas para diferentes tamaños de hojas de vidrio prefabricado.

Workers in the warehouse transport bulk loads of glass, weighing about 7,500 Kg.
figura 10:Trabajadores en el almacén transportan lotes de vidrio, que pesan aproximadamente 7500kg.