POMIARY I STEROWANIE W PRODUKCJI SZKŁA

W piecach szklarskich mierzy się również takie wielkości jak: ciśnienie, poziom i przepływ. Ciśnienie i przepływ należy kontrolować na przykład w przypadku paliwa (gazu) oraz powietrza. Ciśnienie powinno się także mierzyć w przestrzeni ogniowej pieca i w kanałach spalinowych. Dzięki temu można przykładowo sprawdzić szczelność pieca. Ważną wielkością jest oprócz tego poziom masy szklanej.

Na podstawie informacji z systemu pomiarowego kontroluje się elementy wykonawcze. Na przykład zaworami, które dozują paliwo i powietrze do palników, steruje się w oparciu o odczyty temperatury, z kolei automatami, które ładują surowce do wanny - na podstawie zmian w poziomie stopionej masy szklanej.

W związku z tym, że w procesie wytopu szkła występuje wiele zaburzeń, na przykład waha się temperatura powietrza do spalania, zmienia się skład surowców oraz właściwości paliwa (kaloryczność), w sterowaniu piecami szklarskimi stosuje się m.in. algorytmy adaptacyjne. W kontroli pracy tych obiektów znajduje również zastosowanie logika rozmyta.

Ważnym etapem produkcji szklanych wyrobów jest inspekcja jakości. W czasie ich wytwarzania i obróbki w szkło mogą bowiem wnikać rozmaite zanieczyszczenia. Może też ono ulec uszkodzeniu.

JAKOŚĆ WYROBÓW SZKLANYCH

Do szkła płaskiego mogą przylegać drobiny cyny. Na jego powierzchni powstają zarysowania, stłuczenia i mikropęknięcia, natomiast w środku mogą utrwalać się pęcherze powietrza. Skazy powstają też na krawędziach szklanych tafli. Te poddawane dalszej obróbce, na przykład hartowaniu lub wyżarzaniu, pod wpływem dużego ciśnienia i temperatury, łatwiej wtedy pękają, zanieczyszczając piec.

Kontrola jakości jest też ważna na liniach pokrywania paneli szklanych specjalnymi powłokami. Przykładowe pokrycia wykonywane są z tlenku cynku, tlenku indowo-cynowego i innych przezroczystych przewodzących tlenków (Transparent Conductive Oxide, TCO). Materiały te są używane do produkcji m.in. paneli słonecznych, wyświetlaczy ciekłokrystalicznych i ekranów dotykowych.

Nieciągłość i nierówna grubość tych powłok mogą zaburzyć przepływ prądu i pogorszyć jakość pracy tych urządzeń. Ogniwa fotowoltaiczne pokrywa się również powłokami antyodblaskowymi, które ograniczają ilość światła odbijanego od panelu. Niedoskonałości w tych pokryciach zmniejszają sprawność konwersji promieniowania słonecznego w energię elektryczną.

KAMERY LINIJKOWE W INSPEKCJI SZKŁA

Do inspekcji długich tafli szkła transportowanych na przenośnikach używa się systemów wizyjnych z kamerami linijkowymi (linescan). Są one także popularne w kontroli jakości innych materiałów w ruchu, m.in. papieru, blach i tkanin. Zdecydowanie lepiej sprawdzają się bowiem w rejestracji ciągłego obrazu obiektów o dużej powierzchni niż kamery obrazowe (matrycowe, area-scan).

Te ostatnie zapisują wiele obrazów, które częściowo się pokrywają. Potem przetwarza się je w specjalnym oprogramowaniu, usuwając zdublowane fragmenty i zniekształcenia. Obraz w kamerze linijkowej tworzy się z kolei krokowo. Przetwornik, czyli pojedyncza linijka pikseli, rejestruje kolejne linie obrazu. W tym celu przesuwa się nad obiektem albo obiekt porusza się pod kamerą.

Aby uzyskać obraz dobrej jakości, kamery linijkowe powinno się zsynchronizować w czasie z ruchem obiektu, a skanowanie musi być równomierne. Dlatego zorganizowanie stanowiska pomiarowego może okazać się trudniejsze niż w przypadku kamer obrazowych. Za to unika się rozmazywania obrazów obiektów w ruchu, a ich obróbka linijka po linijce jest wydajniejsza.

Częścią stanowiska kontroli jakości szklanych tafli może być, oprócz systemu wizyjnego, na przykład zsynchronizowany z nim przecinak. W razie wykrycia uszkodzeń odcina on uszkodzony odcinek szkła. Odpady są gromadzone i wykorzystywane do produkcji kolejnej partii szkła jako stłuczka. W ramce przedstawiamy przykład stanowiska do inspekcji opakowań ze szkła.

CZĘŚĆ 2 - PRODUKCJA STALI

Mianem stali określa się plastycznie i cieplnie obrabialne stopy żelaza z węglem oraz innymi pierwiastkami. Proces produkcji tego materiału składa się z dwóch głównych etapów. W pierwszym, w wielkim piecu, wytwarza się surówkę żelaza. Drugim etapem jest jej utlenianie (świeżenie), które przeprowadza się w konwerterze tlenowym. W międzyczasie, jak i po świeżeniu, wykonywane są różne dodatkowe czynności, na przykład wstępne oczyszczanie surówki oraz obróbka pozapiecowa stali.

JAK PRODUKUJE SIĘ STAL?

Surówka żelaza produkowana jest z koksu oraz rudy żelaza. Najpierw drobnoziarnista ruda trafia do spiekalni, w której wytwarzany jest spiek gruboziarnisty. Równocześnie w piecu koksowniczym z węgla otrzymuje się koks. Następnie mieszankę spieku rudy żelaza z koksem ładuje się do wielkiego pieca, gdzie jest ona spalana w temperaturze kilku tysięcy stopni. Koks w tym procesie dostarcza ciepło i redukuje żelazo.

Powstała w ten sposób surówka jest przewożona w kadziach do stalowni. W tym celu wykorzystuje się m.in. kadzie, które jednocześnie pełnią funkcję mieszalnika. Są to zbiorniki o pojemności nawet kilkuset ton, o specjalnej konstrukcji, tzn. wyłożone tworzywem ogniotrwałym, z warstwą izolującą, która zapobiega stratom ciepła.

Surówka w stalowni najpierw poddawana jest wstępnemu oczyszczaniu. Dokonuje się tego w procesie odsiarczania. Realizuje się go na przykład, wprowadzając do metalu mieszankę substancji odsiarczających, m.in. wapna. Efektem tego procesu jest zbieranie się siarki na powierzchni surówki, w żużlu.

PO CO ŚWIEŻYĆ SURÓWKĘ?

Następnie żużel jest usuwany, a surówkę załadowuje się do zasadowego konwertera tlenowego. Na tym etapie produkcji dodaje się do niej złom oraz topniki. Celem świeżenia jest wypalenie, czyli utlenienie, niepożądanych zanieczyszczeń zawartych w surówce. Główne pierwiastki, które są przetwarzane w taki sposób na tlenki, to: węgiel - jego zawartość jest obniżana z około 4% do poniżej 1%, krzem, mangan, fosfor oraz siarka. Zanieczyszczenia są usuwane z gazem odlotowym lub z płynnym żużlem.

Po zakończeniu świeżenia stal jest znowu przelewana do kadzi. Aby uzyskała odpowiednie właściwości, poddawana jest dalszej obróbce (pozapiecowej). Przykładem jest odgazowanie, które przeprowadza się w komorze próżniowej.

Kolejnym etapem jest odlewanie ze stali różnych półproduktów, m.in. wlewek i kęsisk (slab). Następnie, w celu uzyskania produktu finalnego, najpierw poddaje się je walcowaniu, na gorąco lub na zimno, a potem, w zależności od potrzeb, na przykład tłoczy, ciągnie, prasuje albo wyciska.

CO POPRZEDZA WALCOWANIE?

Walcowanie polega na odkształcaniu półproduktów stalowych przez ich zgniatanie pomiędzy obracającymi się walcami. Ma ono na celu zmianę ich kształtu, na przykład wydłużenie i spłaszczenie, zmianę ich struktury, właściwości lub stanu powierzchni. Tak produkuje się m.in. blachy grube. Przed i po walcowaniu półprodukty poddaje się dodatkowej obróbce.

Pierwszym etapem walcowania na gorąco, gdy nie ma możliwości użycia gorącego wsadu, który jeszcze nie ostygł po procesie odlewania, jest jego rozgrzanie w piecu do odpowiednio wysokiej temperatury. Zwykle mieści się ona w przedziale od +1100°C do +1250°C. Dzięki ogrzaniu stali do jej odkształcania można użyć mniejszej siły. Ważne, aby półprodukty zostały ogrzane równomiernie oraz odpowiednio szybko. W strukturze materiału zachodzą wówczas mniejsze zmiany.

Kolejnym krokiem jest usunięcie ze stalowej powierzchni zgorzeliny. Jest to warstwa tlenków żelaza, które wytwarzają się samoistnie na rozgrzanym metalu po wyjęciu go z pieca. Zgorzelinę trzeba usuwać, gdyż jest krucha i nie ulega odkształceniu. W tym celu używane są zbijacze zgorzeliny. Urządzenia te pompują wodę pod dużym ciśnieniem, która odbija skorodowaną warstwę stali.