Horno de vidrio

Hornos de olla
Los Hornos de Olla son estructuras construidas con materiales refractarios en las que no existe contacto entre el horno y el vidrio. El vidrio se funde en varios recipientes fabricados con materiales refractarios resistentes al ataque del vidrio a altas temperaturas. Las ollas se cargan con un lote, que se funde durante varias horas y se trabaja en un ciclo de 24 o 18-horas. Una olla promedio puede contener 600-700 kg de vidrio. Se utilizan hornos de olla donde el vidrio se forma soplando a mano y con la boca. Una de las principales ventajas de este sistema es que se pueden fundir varios tipos de vidrios al mismo tiempo. Un crisol puede utilizarse durante unos 30 ciclos de fusión y producir así entre 18 y 21 toneladas de vidrio.

Hornos de tanque
Los hornos de tanque se utilizan cuando se necesita un flujo continuo de vidrio para alimentar máquinas automáticas de formación de vidrio. Son más económicos en el uso de combustible y se utilizan principalmente para la producción a gran escala de recipientes, vidrio plano, bombillas eléctricas, tubos y vajillas domésticas fabricadas a máquina. Un gran horno de vidrio flotado puede tener una capacidad de 2,000 toneladas. Un horno de tanque consta de un baño, construido con un material altamente refractario muy especial, que puede resistir el ataque químico del vidrio fundido a temperaturas superiores a 1500 grados, y una superestructura donde tiene lugar la combustión. La calidad de los materiales refractarios utilizados para la construcción del baño ha mejorado hasta tal punto que, mientras que hace unos 30 años la vida útil de un horno era muy inferior a dos años, ahora supera los nueve años.

Hornos de combustión regenerativa
Regenerative combustion furnaces recover heat from the exhaust stream to preheat the incoming combustion air by alternatively passing the exhaust and combustion air through large stacks of latticework refractory brick (regenerators or checkers). There are two sets of regenerators, so that as one is being preheated by the exhaust gases the other is transferring heat to the incoming combustion air. The cycle is reversed approximately every 20 min. Most glass-container plants have either end-fired (burners at each end) or cross-fired (burners on each side) regenerative furnaces, and all flat glass furnaces are cross-fired with five or six ports on each side with two burners for each port. Combustion air preheat temperatures of up to 1400°C may be attained, leading to very high thermal efficiencies. A variant of the regenerative furnace is the recuperator, in which incoming combustion air is preheated continuously by the exhaust gas through a heat exchanger. Recuperative furnaces can achieve 800°C preheated air temperatures. This system is more commonly used in smaller furnaces (25–100 tons per day). For large-capacity installations (>500 toneladas por día), casi siempre se utilizan hornos regenerativos de fuego cruzado. Para instalaciones de capacidad media (100 a 500 toneladas por día), los hornos de puerto final regenerativos son los más comunes.

Horno de fuego directo
Un horno de combustión directa no utiliza ningún tipo de intercambiador de calor. La mayoría de los hornos de combustión directa utilizan oxígeno en lugar de aire como oxidante. Esto comúnmente se llama fusión de oxicombustible. Las principales ventajas de la fusión con oxicombustible son una mayor eficiencia energética y una reducción de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx). Al eliminar el aire, se elimina el nitrógeno, lo que reduce el volumen de los gases de escape en aproximadamente dos tercios y, por tanto, reduce la energía necesaria para calentar un gas que no se utiliza en la combustión. Esto también da como resultado una disminución dramática en la formación de NOx térmico. Sin embargo, los hornos diseñados para la combustión de oxígeno no pueden utilizar sistemas de recuperación de calor para precalentar el oxígeno. Inicialmente, los hornos que utilizaban 100% oxicombustible se utilizaban principalmente en fusores más pequeños (<100 tons per day), but there is a movement toward using oxy-fuel in larger, float glass plants.

Horno eléctrico
Un horno eléctrico utiliza electrodos insertados en el horno para fundir el vidrio mediante calentamiento resistivo a medida que la corriente pasa a través del vidrio fundido. Estos hornos son más eficientes, relativamente fáciles de operar, tienen un mejor desempeño ambiental en el sitio y tienen costos de reconstrucción más bajos en comparación con los hornos que funcionan con combustibles fósiles. Sin embargo, es posible que se necesiten combustibles fósiles cuando se pone en marcha el horno y se utilizan para proporcionar calor en el extremo de trabajo o en el antecrisol. Estos hornos son más comunes en aplicaciones más pequeñas porque, a cierto tamaño, el alto costo de la electricidad anula la eficiencia mejorada.

Derritiendo
La mezcla del lote se entrega al horno de fusión donde el lote se calienta a aproximadamente 1580 grados (2875 grados F). El aislamiento, las características especiales de flujo de aire y el calentamiento del aire de combustión permiten que el calefactor funcione con la máxima eficiencia de combustible con emisiones contaminantes insignificantes. El lote se funde con combustibles fósiles, gas natural o fueloil.
El horno de fusión está compuesto por ladrillos refractarios, tanto en formas estándar como especiales, acero de soporte y unión, aislamiento, sistema de combustión del combustible, sensores de temperatura y los controles necesarios. El diseño del horno se adapta para cumplir los objetivos de tonelaje específicos de la planta.
Desde el fusor, el vidrio fluye a través de la zona de la cintura, donde los agitadores homogeneizan el vidrio hasta el extremo de trabajo. La cintura es un canal revestido de refractario que conecta el fusor con el extremo de trabajo.

Combustión del fusor
Un horno utiliza regeneradores para almacenar el calor residual contenido en los gases de escape que se desarrollan durante el ciclo de encendido del horno. El calor residual se utiliza luego para precalentar el aire de combustión durante el siguiente ciclo de combustión, lo que resulta en una mejora considerable en la economía de combustible.
El primer ciclo comenzará con el encendido desde el lado norte del horno. El combustible, ya sea gas natural o fuel oil, se introduce al horno a través de varios quemadores que se ubican debajo de las lumbreras. Cuando el combustible ingresa al fusor, se mezcla con el aire de combustión que ha viajado y ha sido precalentado por el regenerador. La proporción de combustible a aire y la cantidad total de combustible para cada quemador y puerto se controlan muy de cerca. A medida que la mezcla de aire y combustible ingresa al fusor, el combustible se enciende por el intenso calor del fusor y se desarrolla una llama continua que se extenderá casi por todo el ancho del fusor. Los gases de escape de la combustión salen del fusor a través de los puertos del lado sur del fusor, hacen un giro de 90 grados y fluyen hacia abajo a través del regenerador sur. Los regeneradores son estructuras refractarias con un área de 11m x 3m y una altura de 10m. En el interior de los regeneradores se apila una matriz de ladrillos refractarios desde abajo hasta el nivel del puerto. Los ladrillos adquieren calor a medida que los gases residuales pasan a través de las aberturas de la matriz del ladrillo. En la parte inferior del regenerador hay un conducto de escape revestido de refractario que canaliza los gases de escape a través de una válvula de inversión hasta la chimenea para su descarga. El gas residual que pasa a través del regenerador calienta el ladrillo (damas) a 650 grados en la parte inferior de la matriz de fichas y a 1320 grados en la parte superior de la matriz.
Cuando las fichas del regenerador Sur han alcanzado la temperatura máxima deseada, el horno invierte la marcha. Esto significa que la alimentación de combustible se detiene en el lado norte y se inicia en el lado sur junto con la posición de la válvula de inversión cambiando de modo que el conducto de escape norte esté abierto a la chimenea y el conducto de escape sur esté cerrado a la chimenea y abierto al Suministro de aire de combustión que puede fluir hacia arriba a través del regenerador Sur, adquiriendo calor y combinándose con el combustible de los quemadores del puerto Sur para proporcionar combustión al fusor.
Un horno regenerativo cambia su dirección de encendido periódicamente, generalmente cada 15 a 20 minutos, para permitirle recuperar parte del calor que se pierde en los gases de escape residuales y, por lo tanto, hacerlo funcionar de manera más eficiente.

Refinación
El refinador es una extensión del fusor con una superficie de 13m x 9,5m (123,5m2). Cuando todas las materias primas se han derretido por completo, grandes cantidades de gases que quedan en el vaso pueden formar burbujas, semillas o ampollas. El objetivo del refinador es eliminar estas inclusiones gaseosas.

formando
Una vez que el vidrio ha sido refinado, el vidrio fundido está listo para darle la forma deseada. Esto se hace sumergiendo una varilla de metal, llamada junta, en el horno y recogiendo una gota de vidrio fundido en el extremo. Luego, el vidriero le da forma al vidrio soplando en el fruncido, usando presión de aire para crear la forma deseada.

Enfriamiento
Una vez formado el vidrio, se enfría lentamente hasta temperatura ambiente durante varias horas o incluso días. Esto se hace en un proceso llamado recocido, que ayuda a prevenir cualquier tensión en el vidrio al permitir que se enfríe de manera gradual y uniforme. Luego, el vidrio terminado está listo para pulirse, cortarse o terminarse según sea necesario.