الزجاج العائم والزجاج المدلفن
الزجاج العائم
عملية التعويم، التي ابتكرها السير أليستير بيلكنجتون عام ١٩٥٢، تُنتج زجاجًا مسطحًا. تُتيح هذه العملية تصنيع زجاج شفاف وملون ومطلي للمباني، وزجاج شفاف وملون للمركبات.
يوجد حوالي 260 مصنعًا للزجاج العائم حول العالم، بإنتاج إجمالي يبلغ حوالي 800 ألف طن من الزجاج أسبوعيًا. يُنتج مصنع الزجاج العائم، الذي يعمل بلا توقف لمدة تتراوح بين 11 و15 عامًا، حوالي 6000 كيلومتر من الزجاج سنويًا بسُمك يتراوح بين 0.4 مم و25 مم، وبعرض يصل إلى 3 أمتار.
يمكن أن يبلغ طول خط التعويم نصف كيلومتر تقريبًا. تدخل المواد الخام من أحد طرفيه، وتخرج من الطرف الآخر ألواح زجاجية مقطوعة بدقة وفقًا للمواصفات، بمعدلات تصل إلى 6000 طن أسبوعيًا. وتقع بينهما ست مراحل متكاملة للغاية.
الصهر والتكرير
يتم خلط المكونات ذات الحبيبات الدقيقة، والتي يتم التحكم في جودتها عن كثب، لصنع دفعة تتدفق إلى الفرن الذي يتم تسخينه إلى 1500 درجة مئوية.
تُنتج عملية التعويم اليوم زجاجًا بجودة شبه بصرية. تجري عدة عمليات - الصهر، والتكرير، والتجانس - في آنٍ واحد في 2000 طن من الزجاج المنصهر داخل الفرن. تحدث هذه العمليات في مناطق منفصلة ضمن تدفق زجاجي معقد مدفوع بدرجات حرارة عالية، كما يوضح الرسم التخطيطي. وينتج عن ذلك عملية صهر مستمرة، تستمر حتى 50 ساعة، تُوصل الزجاج عند درجة حرارة 1100 درجة مئوية، خاليًا من الشوائب والفقاعات، بسلاسة واستمرارية إلى حوض التعويم. تُعد عملية الصهر أساسية لجودة الزجاج؛ ويمكن تعديل تركيباته لتغيير خصائص المنتج النهائي.
حمام عائم
يتدفق الزجاج من المصهر بلطف فوق فوهة مقاومة للحرارة إلى السطح الشبيه بالمرآة من القصدير المنصهر، ويبدأ عند 1100 درجة مئوية ويترك حمام الطفو كشريط صلب عند 600 درجة مئوية.
لم يتغير مبدأ الزجاج العائم منذ خمسينيات القرن الماضي، إلا أن المنتج شهد تطورًا جذريًا: من سُمك متوازن واحد يبلغ 6.8 مم إلى نطاق يتراوح بين أقل من مليمتر و25 مم؛ ومن شريط مُشوّه بشكل متكرر بالشوائب والفقاعات والخطوط إلى مظهر شبه مثالي. يُضفي الزجاج العائم ما يُعرف باللمعان الحراري، وهو بريق الخزف الصيني الجديد.
التلدين والفحص والقطع حسب الطلب
● التلدين
على الرغم من الهدوء الذي يُشكَّل به الزجاج العائم، يتعرض الشريط لإجهادات كبيرة أثناء تبريده. إذا زاد الإجهاد عن حده، سينكسر الزجاج تحت القاطع. تُظهر الصورة إجهادات عبر الشريط، يكشفها الضوء المستقطب. لتخفيف هذه الإجهادات، يخضع الشريط لمعالجة حرارية في فرن طويل يُعرف باسم "ليهر". تُضبط درجات الحرارة بدقة على طول الشريط وعرضه.
●تقتيش
تشتهر عملية التعويم بإنتاج زجاج مسطح تمامًا وخالٍ من العيوب. ولضمان أعلى جودة، تُجرى عمليات فحص في كل مرحلة. أحيانًا، لا تُزال فقاعة أثناء التكرير، أو ترفض حبيبات الرمل الذوبان، أو تُسبب اهتزازات في العلبة تموجات في شريط الزجاج. يؤدي الفحص الآلي المباشر وظيفتين: كشف عيوب العملية السابقة التي يمكن تصحيحها، مما يُمكّن أجهزة الكمبيوتر اللاحقة من توجيه القواطع لتجنب العيوب. تتيح تقنية الفحص الآن إجراء أكثر من 100 مليون قياس في الثانية عبر الشريط، لتحديد العيوب التي لا تستطيع العين المجردة رؤيتها.
تعمل البيانات على توجيه القواطع "الذكية"، مما يؤدي إلى تحسين جودة المنتج للعميل.
●القطع حسب الطلب
تُقصّ عجلات الماس الحواف - الحواف المشدودة - وتقطع الشريط بالحجم الذي يحدده الحاسوب. يُباع الزجاج العائم بالمتر المربع. تُحوّل أجهزة الحاسوب متطلبات العملاء إلى أنماط قطع مصممة لتقليل الهدر.
الزجاج المدلفن
تُستخدم عملية الدرفلة في تصنيع زجاج الألواح الشمسية، والزجاج المسطح المنقوش، والزجاج السلكي. يُسكب تيار مستمر من الزجاج المنصهر بين بكرات مبردة بالماء.
يُستخدم الزجاج المدلفن بشكل متزايد في وحدات الطاقة الشمسية والمجمعات الحرارية نظرًا لنفاذيته العالية. الفرق في التكلفة بين الزجاج المدلفن والزجاج العائم ضئيل.
يتميز الزجاج المدلفن بتركيبه المجهري. كلما زادت نفاذيته، كان ذلك أفضل، واليوم، يصل الزجاج المدلفن عالي الأداء منخفض الحديد إلى نفاذية 91%.
من الممكن أيضًا إضافة بنية سطحية على سطح الزجاج. تُختار أنواع مختلفة من هذه البنية حسب الاستخدام المطلوب.
غالبًا ما يُستخدم هيكل السطح المُحفَّز لتعزيز قوة الالتصاق بين مادة EVA والزجاج في تطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ويُستخدم الزجاج المُهيكل في كلٍّ من تطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية والطاقة الشمسية الحرارية.
يُصنع الزجاج المنقوش بعملية تمريرة واحدة، حيث يتدفق الزجاج إلى بكرات عند درجة حرارة حوالي ١٠٥٠ درجة مئوية. تُنقش الأسطوانة السفلية المصنوعة من الحديد الزهر أو الفولاذ المقاوم للصدأ بسلبية النمط، بينما تكون الأسطوانة العلوية ناعمة. يُتحكم في السُمك بضبط المسافة بين البكرات. يخرج الشريط من البكرات عند درجة حرارة حوالي ٨٥٠ درجة مئوية، ويُدعم على سلسلة من بكرات الفولاذ المبردة بالماء إلى فرن التلدين. بعد التلدين، يُقطع الزجاج حسب الحجم المطلوب.
يُصنع الزجاج السلكي بتقنية المرور المزدوج. تستخدم هذه العملية زوجين من بكرات التشكيل المبردة بالماء، كلٌّ منهما مُدار بشكل مستقل، ويُغذّى بتدفق منفصل من الزجاج المنصهر من فرن صهر مشترك. يُنتج الزوج الأول من البكرات شريطًا متصلًا من الزجاج، بنصف سُمك المنتج النهائي. يُغطى هذا الشريط بشبكة سلكية. تُضاف كمية ثانية من الزجاج، للحصول على شريط بنفس سُمك الأول، وبعد أن تُوضع الشبكة السلكية بين طبقتين، يمر الشريط عبر الزوج الثاني من البكرات ليشكل الشريط النهائي من الزجاج السلكي. بعد التلدين، يُقطع الشريط بترتيبات قطع وكسر خاصة.