1 Le fasi fondamentali per la produzione di vetro mediante fusione

Le fasi fondamentali per la produzione di vetro mediante fusione delle materie
prime e successivo raffreddamento sono le seguenti:
1)  Preparazione della carica e miscelazione
2)  Fusione
3)  Affinazione (ovvero, rimozione delle bolle dal liquido) e omogeneizzazione
4)  Formatura
5)  Raffreddamento
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In genere la carica è costituita dal 60-70% di materie prime macinate finemente
e dal 30-40% di materiale più grossolano (spesso rappresentato dal rottame).
La frazione grossolana permette una più agevole eliminazione del gas
(prodotto dalla decomposizione delle materie prime) durante il riscaldamento.
La frazione fine consente di ottenere fase liquida più agevolmente e a più basse
temperature.
Ci sono alcuni fattori importanti da tenere in considerazione per ottenere una
buona miscela.
1)  La curva granulemetrica delle materie prime: una grana fine produce fase
liquida a bassa temperatura; una grana più grossa permette l’eliminazione dei
gas;
2)  Il peso specifico dei vari componenti: sostanze con diverso peso specifico
tendono a smiscelarsi; il problema viene risolto con l’impiego di silos diversi,
uno per ciascuna delle sostanze fondamentali oppure con l’utilizzo di silos con
forme particolari;
3)  Lo stato superficiale delle materie prime: un fattore importante per la
miscelazione è l’umidità presente per cui si lavora “ad umido”, ossia in
presenza di acqua la quale favorisce l’omogeneizzazione delle materie prime
ma deve poi essere eliminata nel riscaldamento con apporto di energia;
4)  La resistenza all’agglomerazione.
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I forni a crogiolo, di limitate dimensioni, sono utilizzati per produzioni limitate
(10 – 100 Kg di vetro). Sono realizzati con mattoni refrattari e, se utilizzano
bruciatori (in alternativa alle resistenze elettriche) per il riscaldamento,
possono essere forniti di recuperatori. Questi sono sostanzialmente camere in
refrattario, spesso a struttura alveolare (con molti canalicoli ricavati tra un
refrattario e l’altro). Sono in genere due e funzionano alternativamente. L’aria
necessaria alla combustione entra in uno dei recuperatori già caldo, si riscalda
ed entra quindi nel forno per partecipare alla combustione. I fumi caldi escono
passando nell’altro recuperatore riscaldandolo. Ogni 10-20 min il ciclo si
inverte. In questo modo viene recuperato parte del calore dei fumi, altrimenti
disperso, con notevole risparmio di energia. La durata di una produzione è
dell’ordine delle 24 ore.
Nel forno a bacino il processo produttivo è in continuo. Le materie prime, dopo
aver subito la fase di fusione e affinazione, vengono convogliate attraverso una
“gola” alla zona di omogeneizzazione e raffreddamento. Tale passaggio viene
reso necessario perché il liquido proveniente dalla prima zona altrimenti
sarebbe ricco di bolle. Così facendo, invece, riesce a passare solo la fase
vetrosa più pesante (esente da bolle).
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A seconda del tipo di vetro che si vuole ottenere vengono utilizzati:
- forno per vetro piano
- forno per vetro cavo (differente dal precedente solo nella parte finale)
Note:
1) ingresso aria proveniente dai recuperatori 2) bruciatore (a metano o gasolio)
3) uscita fumi (ogni 10-20 min il ciclo si inverte!)
4) gola
5) uscita continua a”stramazzo” del vetro
6) punzone
7) canaletta
8) uscita discontinua a “goccia” del vetro; il punzone genera sul fondo della
canaletta una goccia per volta
Il riscaldamento è garantito dai bruciatori (per irraggiamento) e da elettrodi
sommersi (effetto Joule). Tali elettrodi sono in in genere grafite o in molibdeno
e sfruttano la conducibilità (ionica) del vetro liquido.
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I forni che utilizzano solo elettrodi sono in genere più piccoli.
In questi gli elettrodi vengono infilati dall’alto, mentre nei forni più grandi
vengono introdotti lateralmente.
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La temperatura nel forno a bacino varia a seconda della posizione dei
bruciatori e degli elettrodi. Nei forni per vetro sodico-calcico la temperatura
massima è in genere attorno ai 1500°C in corrispondenza della zona dei
bruciatori e scende fino ai 900-1000°C nella zona dell’estrazione del vetro.
La presenza di elettrodi sommersi promuove il rimescolamento del fluido e
facilita l’affinazione.
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I rigeneratori o recuperatori sono camere in refrattario a struttura alveolare.
Sono in genere due e funzionano in alternanza.
Il loro utilizzo consente di recuperare circa il 50% del calore immagazzinato
dai fumi ottenendo un risparmio globale anche del 20-30%.
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Note:
Frecce azzurre = trasferimento di calore necesssario al processo
Frecce rosa = dissipazioni di calore
Freccia gialla = recupero di calore dai fumi
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La tabella mostra il consumo energetico e altre variabili operative di forni da
vetro moderni.
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