Jakie są obecnie największe wyzwania w branży obróbki szkła w zakresie jego hartowania? Mamy przecież dostęp do najnowszych technologii o niespotykanych dotąd parametrach
jakości i wydajności. Czy dokonując wyboru pieca hartowanego zwracamy uwagę również na poziom zużycia energii, który stanowi jeden z głównych czynników kosztotwórczych?
Dla firmy MAPPI cele w zakresie najwyższej jakości finalnego produktu, jak i niskich kosztów produkcji są równoważne, a ten ostatni parametr wciąż wymaga w wielu zakładach szklarskich poprawy. MAPPI ma w tym zakresie wieloletnie doświadczenia. Ta, założona w latach 70. ubiegłego wieku firma, łączy mocno zakorzenione w tradycji włoskiej rozwiązania w budowie pieców do produkcji szkła hartowanego z innowacyjnymi pomysłami i technologiami. Obecnie dla tej marki pracują dwa zakłady produkcyjne we Włoszech, z silnym działem rozwojowo-wdrożeniowym (R&D) oraz oddział w Ameryce Północnej. Klientów w Polsce w innowacje firmy w zakresie hartowania szkła wtajemnicza firma MEKANIKA, generalny przedstawiciel MAPPI w naszym kraju.
Jakość hartowanego szkła
Szkło jest z natury materiałem kruchym, dlatego w celu podniesienia jego właściwości użytkowych, a nade wszystko zwiększenia bezpieczeństwa, poddaje się je procesowi hartowania, wymaganemu w wielu branżach: od motoryzacyjnej, przez budowlaną po wyposażenia wnętrz i in. Hartowanie polega na obróbce cieplnej szkła w temp. 620-680°C, a następnie gwałtownym ochłodzeniu strumieniem sprzężonego powietrza. Proces ten nie zmienia zewnętrznego wyglądu szkła, a jedynie podnosi jego wytrzymałość mechaniczną – nawet siedmiokrotnie.
Precyzja w zakresie temperatury, w jakiej hartuje się szkło, ma tu niebagatelne znaczenie, a produkt końcowy musi spełnić szereg wymagań w zakresie norm oraz standardów międzynarodowych. W przypadku rynku amerykańskiego musi być to norma dla bezpieczeństwa oszklenia w materiałach stosowanych w budynkach, wydana przez Amerykański Instytut ANZI Z–97.1–1984 (R1994). Zgodnie z tą normą przeprowadzany jest specjalny test uderzeniowy na próbkach hartowanego szkła o różnej grubości. Odporność na wstrząsy termiczne i uderzenia to także właściwość badana w ramach normy UNI7142. W Unii Europejskiej, w tym także w polskich-europejskich normach, mamy do czynienia z osobnymi normami dla stosowanego w budownictwie szkła hartowanego bezpiecznego (EN 12150) oraz szkła termicznie wzmocnionego (EN 1863). Istotną rolę odgrywa także regulacja R 43 Europejskiego Komitetu Gospodarczego ONZ opublikowana w 1981 r. w Genewie, a dotycząca bezpieczeństwa pojazdów, w tym bezpiecznych szyb stosowanych w samochodach, ich odporności na czynniki atmosferyczne, ścieranie, przepuszczalność światła. Szyba bezpieczna prócz tego, że ma być wytrzymała, jak to wskazują wspomniane wcześniej normy, nie może również powodować np. zniekształceń optycznych.
|
Piece MAPPI z serii ECO Convection do hartowania szkła zapewniają pozytywne zmiany w trzech obszarach:
- lepszą wydajność energetyczną ze względu na mniejszą zainstalowaną moc elektryczną, która wpływa na koszty stałe;
- niższe koszty hartowania w przeliczeniu na mm, dzięki
- szybkiemu załączeniu (45-60 minut do osiągnięcia temperatury roboczej),
- możliwości wyłączania pieca po pracy, dzięki doskonałej izolacji termicznej komory grzewczej.
- większą wydajność produkcji, poprzez
- całkowicie zautomatyzowanie maszyny, przez co jest łatwa w użyciu,
- zmianę grubości szkła i kształtów elementów, zarządzaną przez oprogramowanie, bez przerywania produkcji,
- odsetek pękania szkła i wad produktu mniejszy niż 1%.
|
Bezpiecznie i ekonomicznie
Rosnące wymagania jakościowe, stawiane przez prawo, normy krajowe i międzynarodowe, a także przez samych użytkowników, wprost proporcjonalnie wpływają na wzrost kosztów produkcji szkła hartowanego. Jeśli kosztów tych nie można ograniczać bez wpływu na jakość końcową wyrobu i jego bezpieczne użytkowanie, gdzie należy szukać oszczędności? Zdaniem ekspertów firmy MAPPI pogromcą zysków w procesie produkcji szkła hartowanego są koszty energii. Dlatego we włoskich fabrykach opracowano dwa niezwykle ekonomiczne piece do hartowania szkła w systemie Eco Convection. Pierwszy to niewielki gabarytowo FOX oraz większy, skierowany do dużych producentów model ATS. Dla przykładu piec ATS Eco Convection przy hartowaniu czystego szkła o grubości 4 mm zużyje zaledwie 1,7 kWh/m2 energii (przy 80% wypełnieniu). Zużycie to przy szkle o grubości 6 mm wzrośnie jedynie do 2,2 kWh/m2.
Efekt ten udało się osiągnąć dzięki czterem systemom:
- Systemowi grzania podzielonemu na wiele stref (MHS–Multizone Heating System)
- Systemowi oszczędzania energii (ESS–Energy Saving System)
- Inteligentnemu systemowi grzania (IHS–Intelligent Heating System)
- Systemowi pełnej konwekcji (GHBS–Full Convection)
(...)
MHS
Ogrzewanie metalowej płyty nie pozwala na precyzyjną kontrolę temperatury ze względu na bezwładność cieplną metalu. Dlatego w piecu ATS wykorzystano ułożone poprzecznie i podłużnie systemy grzałek, tworzące sekcje grzejne (3300x600 mm), które można precyzyjnie kontrolować. W przypadku modelu pieca ATS – o powierzchni roboczej 2500x4800 mm – znajduje się 128 stref grzania kontrolowanych przez termopary. Do 180 wzrasta liczba takich stref w modelu o powierzchni roboczej 2700x5500 mm.
Każdy element grzejny jest zarządzany przez niezależną termoparę. Rezystancja przewodu kontrolowana jest przez przekaźnik statyczny, sterowany serią impulsów, co przekłada się na dużą precyzję (przekaźniki mechaniczne). Wykorzystanie wielu małych stref grzejnych pozwala także uzyskać wysoką sprawność cieplną. To oznacza również oszczędność czasu i ewentualnych przestojów w przypadku awarii. Strefy grzewcze łatwo bowiem demontować w celu szybkiej wymiany uszkodzonego elementu. Co ważne, nawet jeśli jedna grzałka w strefie wypali się, nadal możemy kontynuować pracę.
Fot. 1. Szkło trafia do pieca przesuwane na specjalnych, wysuwanych rolkach, które chowają się przekazując taflę do sekcji grzewczej.
IHS
Inteligentny system grzania oznacza umiejętne dostosowanie się do hartowanego produktu i dużą elastyczność pieca. IHS zarządza mocą grzałek, uzależniając ją od położenia arkuszy hartowanego szkła.
Fot. 2. Dzięki systemowi pełnej konwekcji (GHBS) następuje optymalny rozkład temperatur wewnątrz pieca, a nagrzewanie i schładzanie jest równomierne dla całej tafli szkła.
ESS
System oszczędzania energii bazuje na autorskim oprogramowanie do zarządzania firmy MAPPI. Potrafi on wykryć położenie arkusza szkła i w ten sposób zoptymalizować system ogrzewania, dostosowując go do aktualnego programu produkcyjnego. Oczywiście, również sam operator urządzenia może dostosowywać parametry grzania poprzez zarządzanie strefą grzewczą z poziomu ekranu PLC.
W przeciwieństwie do wielu pieców dostępnych na rynku, seria Eco Convection firmy MAPPI nie wymaga opcji STANDBY i pozostawiania maszyny w trybie oczekiwania na kolejne zlecenie. System oszczędzania energii umożliwia bowiem jego całkowite wyłączenie nawet codziennie, dzięki doskonałej izolacji termicznej komory grzewczej, a rozgrzanie jej do temperatury pracy wymaga zaledwie 60 minut.
Fot. 3. Rolki ceramiczne napędzane są z dokładnością do 1/1000 mm przez bezszczotkowy silnik prądu stałego, z przekładnią pomiędzy elementami z żelaza i gumy, co wyklucza powstawanie luzów i zapewnia doskonałą synchronizacje prędkości rolek. Eliminuje to potrzebę stosowania szkodliwego tlenku siarki.
GHBS
System pełnej konwekcji pozwala na hartowanie każdego dostępnego na rynku rodzaju szkła powlekanego, w tym także najnowszych generacji Low E o emisyjności 0,01. Oznacza on również dopuszczenie jeszcze większych tafli szkła, niż było to dotychczas możliwe ze względu na ograniczenia dostępnych na rynku pieców. System GHBS zapewnia nie tylko większą elastyczność, lecz także poprawę jakości hartowanego produktu w zakresie: zniekształceń optycznych, odkształceń szkła płaskiego, defektu powierzchni (co jest szczególne ważne, by spełnić wymagania rynku motoryzacyjnego czy wyposażenia wnętrz). Na przykład, w przypadku ciągłego cyklu produkcji i przy użyciu systemu GHBS, możemy zmniejszyć maksymalny limit zniekształceń optycznych do 0,1%.
Fot. 4. W sekcji hartowania i chłodzenia zastosowano rolki stalowe z nawiniętą izolacją z kewlaru. Prędkością nadmuchu, ilością powietrza i kierunkiem przepływu powietrza automatycznie zarządza komputer, a kompensacja góry rolek zapobiega przemieszczaniu i podnoszeniu się szkła.
System konwekcyjny przekłada się także na redukcję czasu cyklu i zwiększenie produktywności przy niższych kosztach, gdyż powietrze ogrzewa się bez dodatkowych kosztów i jest dystrybuowane przez specjalne kanały. Każda rura ze sprężonym powietrzem jest podłączona do serpentyny, która znajduje się wewnątrz pieca oraz pod grzałkami.
Dzięki zaawansowanemu programowi do zarządzania systemem konwekcji, opartym na czujnikach możliwe jest:
- zarządzanie powietrzem dostarczanym do górnej i dolnej komory pieca niezależnie;
- nadmuch powietrza jedynie w miejscach, gdzie obecne jest szkło;
- konfiguracja czasu i ilości powietrza wdmuchiwanego;
- modulowanie ciśnienia sprężonego powietrza w każdej strefie w komorze;
- zarządzanie dystrybucją ciśnienia powietrza poprzecznie do kierunku załadunku pieca.
|
Zalety systemu MAPPI
- Brak obecności dwutlenku siarki (SO2) o silnie drażniącym działaniu
- Precyzyjnie oscylujące rolki, które nie dotykają szkła w tym samym punkcie. Położenie i przemieszczanie rolek ceramicznych ma decydujące znaczenie dla jakości szkła
- Brak wibracji
- Niezawodność i ograniczenie konserwacji (smarowania łańcucha co 6 miesięcy)
|
