ES2951143T3

ES2951143T3 - Procedimiento y dispositivo para templar láminas de vidrio

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Publication number: ES2951143T3
Application number: ES21175502T
Authority: ES
Inventors: Juha Sulonen
Original assignee: Glaston Finland Oy
Current assignee: Glaston Finland Oy
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2041-05-24
Also published as: EP3922611C0; EP3922611A1; JP2021193063A; EP3922611B1; TW202206382A; FI20205593A1; PL3922611T3; FI129685B; US20210380461A1; CN113831005A

Abstract

La invención se refiere a un método para templar láminas de vidrio hasta una tensión de compresión superficial de al menos 150 MPa, sin grietas finas, con una calidad ópticamente buena y de forma energéticamente eficiente, en el que el enfriamiento de la lámina de vidrio se lleva a cabo cuando la lámina de vidrio viaja a través de la sección de enfriamiento soplando chorros de aire sobre las superficies superior e inferior de la lámina de vidrio mediante un soplador, a través de aberturas de soplado (6, 7) en la tapa de la caja de soplado y por medio de la presión del compresor de aire a través de boquillas de tubería (10), en cuya sección de enfriamiento, tanto por encima como por debajo de la lámina de vidrio, se encuentran al menos tres zonas sucesivas de soplado por convección de aire comprimido con presión de soplado ajustable por separado. El coeficiente medio de transferencia de calor por convección producido conjuntamente por el soplado y los chorros de aire comprimido sobre las superficies superior e inferior de la lámina de vidrio es de al menos 750 W/m2/K en la primera zona, al menos un 10% inferior en la segunda zona que en la primera, y al menos igual de alto en la tercera zona que en la primera. Las diferencias en el coeficiente de transferencia de calor específicas de cada zona se logran modificando las presiones de soplado de las boquillas de tubería (10). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para templar láminas de vidrio

La invención se refiere a un método para templar láminas de vidrio, en donde una lámina de vidrio a la temperatura de templado experimenta una extinción soplando aire de enfriamiento en ambas superficies de la lámina de vidrio. La invención se refiere además a un dispositivo para implementar el método, el cual comprende una pista de transporte y, por encima y por debajo de la pista de transporte, cajas de aire de enfriamiento con aberturas de soplado de aire de enfriamiento colocadas de tal manera que el efecto de enfriamiento del soplado a través de las aberturas de soplado se dirige hacia las superficies superior e inferior de la lámina de vidrio en movimiento.

Antecedentes de la invención

El templado de vidrio es un proceso en donde el vidrio primero se calienta a la temperatura de templado y luego se enfría rápidamente. Las líneas de templado de láminas de vidrio constan de una mesa de carga, un horno de calentamiento, un extintor y una mesa de descarga. La invención se refiere a un extintor.

El tipo más común de vidrio templado es el vidrio de silicato de cal sodada, cuyo templado se refiere particularmente a la invención. La rectitud y las propiedades ópticas del vidrio que ingresa al proceso de templado son excelentes. En el proceso de templado, el objetivo es aumentar suficientemente la resistencia de la lámina de vidrio a la vez que se deteriora lo menos posible su rectitud y propiedades ópticas. Además de la resistencia, otra propiedad deseada del vidrio templado es su seguridad en caso de rotura. El vidrio no templado se rompe en fragmentos grandes que presentan riesgo de corte. El vidrio templado se rompe en pedazos pequeños casi inofensivos.

La tensión de compresión formada en la superficie del vidrio durante el templado (el grado de refuerzo o templado) depende del perfil de temperatura perpendicular del vidrio cuando el vidrio se enfría a través del rango de temperatura de transición característico del vidrio (para vidrio de silicato de cal sodada aproximadamente 600 ^ 500°C). En tal caso, el perfil de temperatura perpendicular del vidrio tiene aproximadamente la forma de una parábola. Por ejemplo, en un vidrio de 4 mm de espesor, para el cual se busca una compresión superficial de 100 MPa, la diferencia de temperatura entre la superficie y el centro del vidrio es de aproximadamente 100°C en el perfil de temperatura. El perfil de tensión residual el cual se formó en el vidrio durante el templado también tiene forma de parábola, donde la compresión superficial de 100 MPa mencionada anteriormente corresponde a una tensión de tracción de aproximadamente 46 MPa en el espesor promedio del vidrio.

Al comienzo de la extinción, se forma una tensión de tracción momentánea en la superficie del vidrio, la cual la lámina de vidrio soporta teóricamente hasta un promedio de 30 MPa. Este límite se supera si la temperatura de templado del vidrio es demasiado baja. Entonces aumentará el riesgo de que se rompa el vidrio. Por el contrario, una temperatura de templado demasiado elevada perjudica la calidad óptica del vidrio. La tensión de tracción momentánea al comienzo de la extinción también aumentará con la eficiencia de enfriamiento.

En el proceso de templado del vidrio, especialmente cuando los niveles deseados de tensión superficial del vidrio son relativamente altos en comparación con el proceso normal de templado del vidrio, se forman fisuras capilares en el vidrio, las cuales son difíciles de detectar, en las primeras etapas del proceso de templado por diversas razones, por ejemplo, debido a la expansión de micro-fisuras ya existentes originalmente en la superficie del vidrio, diferencias de temperatura interna en el vidrio y la variación del espesor del vidrio. Sin embargo, en el templado en donde el templado destinado a la superficie del vidrio es notablemente mayor que en el templado normal, las fisuras capilares se deben principalmente a una alta eficiencia de enfriamiento, es decir, un alto nivel de presión de soplado del enfriamiento. Especialmente en las primeras etapas del templado, la alta eficiencia de enfriamiento en la superficie del vidrio provoca un enfriamiento rápido de la superficie del vidrio y una fuerte tensión de tracción momentánea, lo que hace que se expandan las micro-fisuras en la superficie del vidrio. En este caso, la temperatura de la lámina de vidrio más abajo de la superficie todavía está casi a la temperatura de templado original y es altamente elástica. Por lo tanto, las fisuras capilares, sólo afectan a la capa superficial del vidrio. Dentro del área superficial de la lámina de vidrio, se forman con mayor frecuencia en su centro. Este fenómeno se enfatiza especialmente cuando se usa aire comprimido para mejorar el templado, en cuyo caso la transferencia de calor de un solo chorro es intensa en cualquier punto.

La invención resuelve el problema anterior de las fisuras capilares el cual afecta, en particular, al llamado vidrio súper templado. En el súper templado, se desea un temple significativamente mayor para el vidrio que en el templado normal. El súper templado se puede lograr cuando la eficiencia de enfriamiento de los chorros de aire en la unidad de extinción aumenta significativamente con respecto al templado. El vidrio súper templado más común es el llamado vidrio resistente al fuego, o vidrio FRG, el cual se utiliza para frenar la progresión del fuego en los edificios. Los acristalamientos de las superficies límite de los locales compartimentados a prueba de fuego deben superar exigentes pruebas de resistencia de acuerdo con las normas de seguridad contra fuego. La tensión de compresión de la superficie del vidrio de silicato de cal sodada templado en vidrio resistente al fuego es de al menos 150 MPa y, por lo general, mayor. Por ejemplo, a menudo se busca una compresión superficial de aproximadamente 175 MPa para vidrio de 6 mm de espesor con el fin de que el vidrio pase con más seguridad la prueba de resistencia al fuego E30. Por otro lado, en el mercado también ha surgido la necesidad de vidrio templado FRG con un temple aún mayor que los anteriores, lo cual pasaría al menos la prueba de resistencia al fuego E60, es decir, resistiría más de 60 minutos en una prueba de seguridad al fuego donde la temperatura de cocción y ambiente supera los 900°C durante la prueba. También hay demanda en el mercado de vidrio templado la cual pasa la prueba de resistencia al fuego E90. Así, se pretenden tensiones superficiales de hasta 220 MPa para el vidrio. Al mismo tiempo que han aumentado los requisitos sobre los niveles de tensión superficial del vidrio, también han aumentado los requisitos sobre el tamaño del vidrio. Por lo tanto, también se requieren rendimiento mejorado, capacidad de ajuste y reproducibilidad del equipo de súper templado. Templar el vidrio a una tensión superficial superior a 160 MPa, y especialmente superior a 180 MPa, es problemático debido al problema mencionado anteriormente relacionado con las fisuras capilares. El vidrio que contiene fisuras capilares está básicamente roto y, por lo tanto, no es apto para su uso. La invención permite el templado de vidrio en vidrio FRG sin el problema de rotura mencionado anteriormente. El vidrio FRG tiene típicamente un espesor de 6 a 6.5 mm, lo cual, cuando se mide a partir del vidrio, en la práctica significa un espesor de vidrio de 5.8 a 6.7 mm. También hay demanda de vidrio FRG más grueso y de 4 mm (3.8 a 4.2 mm medidos a partir del vidrio).

Actualmente, la forma más común de tratar de impedir las fisuras capilares es aumentar la temperatura de templado por encima de los 670°C, lo cual, sin embargo, deteriora la calidad óptica del vidrio. La invención permite bajar la temperatura de templado. En el método de acuerdo con la invención, la temperatura final adecuada en el horno, es decir, la temperatura de templado para vidrio de silicato de cal sodada templado a una tensión superficial superior a 180 MPa, es preferiblemente de aproximadamente 645°C a 665°C, y en cualquier caso por debajo de 670°C.

Las eficiencias de enfriamiento requeridas en el súper templado son altas y su implementación requiere motores eléctricos de alta potencia para las turbomáquinas, los cuales consumen mucha electricidad. La invención también hace posible un ahorro considerable en el consumo de energía.

De las publicaciones FI90046B y FI104422B se conoce un método y un dispositivo, en donde, en la etapa de templado, los chorros de aire de enfriamiento se producen en parte con aire comprimido a través de boquillas de tubería y en parte con soplado de aire a través de las aberturas en la caja de soplado. Los dispositivos sólo comprenden una zona de extinción. En referencia a FI104422B, la misma zona también actúa como zona de enfriamiento posterior, pero el chorro de aire comprimido se detiene en la etapa de enfriamiento posterior.

En el método de la patente US4445921, el vidrio se templa primero con aire seco, después de lo cual el vidrio se templa con un material sublimable gaseoso. El aire seco tiene un coeficiente de transferencia de calor menor que el material sublimable. En el ejemplo de la referencia, el coeficiente de transferencia de calor del aire seco es de 70 BTU/hr/pie2/°F (=397 W/m2/K) y la del material sublimable es de 115 BTU/hr/pie2/°F (=653 W/m2/K).

En solicitud de patente US2007122580A1, la tensión de tracción momentánea de la superficie superior a 4800 psi (=33 MPa) y la rotura del vidrio durante el templado se impiden ajustando el coeficiente de transferencia de calor en la primera zona del extintor a un nivel significativamente más bajo que en la segunda zona. De acuerdo con los cálculos de la tabla 3 de la referencia, por ejemplo, la extinción de vidrio de 0.25 pulgadas (= 6.35 mm) de espesor, cuya temperatura de templado es de 1266 F (= 686°C), se puede iniciar con el coeficiente de transferencia de calor de 94 BTU/h/pie2/°F (=533 W/m2/K) al máximo para garantizar que no se supere el límite de tensión de tracción de 33 MPa de acuerdo con la referencia y que el vidrio no se rompa. Los cálculos de la referencia dan como duración de esta primera etapa de extinción 0.05 s, lo cual correspondería a una longitud de zona de extinción de 17.5 mm a la tasa de transferencia típica de 350 mm/s. En la segunda zona de extinción, el coeficiente de transferencia de calor es de 198 BTU/hr/pie2/°F (=1123 W/m2/K). De acuerdo con la enseñanza de la referencia, una lámina de vidrio con una temperatura de templado de 686°C no soporta un coeficiente de transferencia de calor superior a 121 BTU/hr/pie2/°F (= 686 W/m2/K) en la primera zona de extinción. Se propone que el ajuste específico de la zona del coeficiente de transferencia de calor se realice ajustando la distancia de soplado, la temperatura del aire, el caudal o el caudal volumétrico.

El documento US 9617 181 B2 divulga una lámina de vidrio que tiene un espesor de 3.8 a 6.4 mm y la lámina de vidrio está templada a una temperatura no inferior a 650°C y no superior a 720°C. El horno de rodillos es al menos parcialmente oscilante y el horno de templado con soporte de aire es continuo. Dicha lámina de vidrio es un vidrio resistente al fuego y tiene una tensión superficial de compresión de al menos 160 MPa.

El documento US 2020/131070 A1 divulga un vidrio FRG. Divulga además un método para templar por calor una lámina de vidrio mediante la inyección de aire de enfriamiento sobre ambas superficies. La unidad de inyección inicial está dividida, en una dirección transversal a un movimiento de vidrio, en zonas de inyección iniciales ajustables por separado, cuyo tiempo de inyección o una presión de inyección se ajustan por separado.

La presión de inyección en la unidad de enfriamiento inicial es típicamente de 0.1 a 8 bar, y preferiblemente de 0.5 a 4 bar. El coeficiente de transferencia de calor se obtiene dividiendo la capacidad de enfriamiento por la diferencia de temperatura entre el vidrio y el aire, es decir, al aumentar la presión de inyección y acortar el rango de inyección aumenta el coeficiente de transferencia de calor, lo cual aumenta el efecto de enfriamiento.

El documento US 2015/082834 A1 divulga un método para templar láminas de vidrio, comprendiendo dicho método calentar las láminas de vidrio a una temperatura de templado en un horno en el cual la lámina de vidrio se mueve de un lado a otro a la vez que se sostiene sobre rodillos, y alimentar las láminas de vidrio calentadas a una unidad de extinción la cual se divide en dos zonas de extinción con presiones de inyección controladas por separado. Es un objetivo en el documento US 2015/082834 A1 proporcionar un método y un aparato, los cuales sean capaces de minimizar el problema de la anisotropía sin aumentar sustancialmente los costes de un horno de templado tradicional.

Resumen de la invención

Para obviar las desventajas de la técnica anterior, el objeto de la invención es un método y un dispositivo los cuales permiten el templado de vidrio a una tensión superficial de hasta 150 MPa, y preferiblemente hasta 180 MPa, sin el problema de fisuración capilar mencionado anteriormente, de buena calidad óptica y también de bajo consumo.

Este objeto se consigue con el método de acuerdo con la invención, sobre la base de las características divulgadas en la reivindicación 1 adjunta. El objeto también se consigue con el dispositivo de acuerdo con la invención, sobre la base de las características divulgadas en la reivindicación 12. Las reivindicaciones dependientes divulgan realizaciones preferidas de la invención.

Breve descripción de las figuras.

La invención se describe con mayor detalle a continuación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales

la Figura 1 muestra en detalle las cajas de aire de enfriamiento del dispositivo para implementar la realización preferida del método,

la Figura 2 muestra una vista lateral esquemática del dispositivo de templado utilizado para implementar la invención,

la Figura 3 determina las longitudes de las zonas de extinción.

Descripción de las realizaciones de la invención

El aparato de templado que se muestra en la Figura 2 comprende un horno 15 provisto con elementos 17 calefactores, a través de los cuales la carga de vidrio que contiene al menos una lámina 5 de vidrio que se mueve sobre la pista de rodillos se calienta a la temperatura de templado. La carga de vidrio puede incluir diversas láminas 5 de vidrio adyacentes entre sí y en sucesión, pero en aras de la claridad, la Figura 2 solo muestra una lámina 5 de vidrio. La carga de vidrio se mueve alternativamente en el horno y cuando ha transcurrido el tiempo de calentamiento de acuerdo con la receta de calentamiento, la carga de vidrio calentado se transfiere en la pista de rodillos a la sección 16 de extinción. La velocidad de transferencia W de la carga de vidrio es de 250 a 800 mm/s, velocidad a la cual la carga de vidrio viaja a través de la sección 16 de extinción. El templado formado en la lámina 5 de vidrio depende del proceso de enfriamiento de la sección de extinción, y el propósito de la sección 18 de enfriamiento posterior es enfriar la lámina de vidrio a la temperatura de manejo manual. En la sección 18 de enfriamiento posterior, la eficiencia de enfriamiento es significativamente menor que en la sección 16 de extinción. En la sección 16 de extinción, por encima y por debajo del plano de transporte formado por la pista de rodillos se encuentran las cajas 2 de soplado, dentro de las cuales se encuentran las cajas 9 de aire comprimido. El aire de enfriamiento se suministra a las cajas 2 de soplado a través de los sopladores 11. A las cajas 9 de aire comprimido, se suministra aire de enfriamiento a partir de un cilindro 13 de aire comprimido, el cual se llena con un compresor 12 de aire. La sección de extinción comprende diversas zonas de extinción en las cuales las presiones de soplado del aire comprimido se ajustan por separado mediante válvulas 1 reguladoras de presión específicas de la zona. Estas zonas también pueden denominarse zonas de soplado de aire comprimido. En la Figura 2, hay cinco zonas de este tipo por encima de la lámina de vidrio y cinco por debajo de la lámina de vidrio. En la Figura 2, cada zona cubre dos cajas 9 de aire comprimido. Las cajas de soplado y aire comprimido se muestran con mayor detalle en la Figura 1.

En la Figura 1, las cajas de aire comprimido y soplado por encima y por debajo de la lámina 5 de vidrio soportadas sobre los rodillos 3 son esencialmente similares. Así, estas y sus partes están marcadas con los mismos números de referencia en ambos lados de la lámina de vidrio. La longitud de las cajas 2 de soplado y de las cajas 9 de aire comprimido, es decir, la medida para el movimiento del vidrio en la dirección transversal horizontal es de 1 a 3.5 m, dependiendo del ancho de la línea de templado. Las cajas 2 de soplado están provistas de aberturas 6 y 7 de soplado, a través de las cuales el aire generado por el soplador 11 se descarga como un chorro hacia la lámina 5 de vidrio.

Estos chorros pueden denominarse chorros de aire de soplado. Las aberturas 6, 7 de soplado forman filas en la dirección longitudinal de la caja 2 de soplado, en donde la distancia entre las aberturas de soplado adyacentes es preferiblemente de 30 a 50 mm y las aberturas de soplado en diferentes filas son preferiblemente de 15 a 25 mm en diferentes puntos en la dirección longitudinal de la caja de soplado. El diámetro de las aberturas 7 de soplado es de 4 a 10 mm, preferiblemente de aproximadamente 5 a 8 mm. El diámetro de las aberturas 6 de soplado es preferiblemente de 1 a 3 mm más pequeño que el diámetro de las aberturas 7 de soplado, cuando la distancia vertical a partir de las aberturas 6 de soplado hasta la lámina de vidrio es más corta que a partir de las aberturas 7 de soplado. Cuando las distancias son iguales, los diámetros son preferiblemente idénticos. Las filas formadas por las aberturas 6 de soplado están ubicadas entre las filas formadas por las aberturas 7 de soplado. El número de aberturas 6 de soplado puede ser esencialmente igual al número de aberturas 7 de soplado. El caudal volumétrico del flujo de aire generado por el soplador 11 que descarga a través de las aberturas 6, 7 de soplado depende de la magnitud de la presión de soplado o sobrepresión utilizada, la cual es de al menos 2 kPa y dentro del rango de 2 a 20 kPa, dependiendo del espesor del vidrio y el objetivo del templado. Esta presión de soplado de los chorros de soplado está preferiblemente dentro del rango de 4 a 10 kPa. La presión de soplado se puede ajustar cambiando la velocidad de rotación del impulsor del soplador 11. La presión de soplado se puede ajustar por separado para cada lado del vidrio, pero la presión de soplado, por ejemplo, en las cajas de soplado por encima de la sección de extinción, es preferiblemente igual en todas las zonas de extinción.

Un fuerte flujo de aire en el espacio relativamente reducido entre las cajas 2 de soplado y la lámina 5 de vidrio genera una sobrepresión en el área con respecto a la presión ambiental. Cuando esta sobrepresión es mayor en la superficie inferior del vidrio que en la superficie superior, existe el riesgo de que la lámina de vidrio se desprenda de los rodillos, lo cual daría lugar a que golpee una caja de soplado y luego se rompa. En la Figura 1, encima de la lámina 5 de vidrio, frente a los rodillos 3 hay falsos rodillos 4, cuyo propósito es aumentar la presión sobre la superficie superior de la lámina 5 de vidrio para impedir que la lámina de vidrio flote. En aras de la claridad, se han omitido de las Figuras 2 y 3. Asegurar que la lámina de vidrio permanezca en contacto con los rodillos también se controla ajustando por separado la distancia de soplado arriba y abajo.

Las cajas 9 de aire comprimido dentro de las cajas 2 de soplado están provistas de boquillas 10 de tubería atornilladas a ellas, las cuales se extienden hacia las aberturas 7 de soplado. Las boquillas 10 de tubería tienen aberturas 8 de aire comprimido con diámetros que oscilan entre 2 y 5 mm. La velocidad del flujo de aire descargado a través de la boquilla 10 de tubería y como chorro hacia la lámina de vidrio depende de la magnitud de la presión de soplado o sobrepresión utilizada, cuyo pi está dentro del rango de 0 a 10 bar, y preferiblemente entre 0 a 6 bar, dependiendo de la zona de soplado de aire comprimido, el espesor de la lámina de vidrio y la tensión de compresión superficial deseada para el vidrio templado. Los chorros descargados a partir de las boquillas 10 de tubería pueden denominarse chorros de aire comprimido. La presión de soplado se puede ajustar por separado para cada zona mediante válvulas 1 reguladoras de presión. El número de boquillas 10 de tubería en una caja 9 de aire comprimido es normalmente de 40 a 80 por metro de caja de aire comprimido.

El flujo de aire descargado a partir de las boquillas 10 de tubería se descarga preferiblemente a partir de la caja 2 de soplado hacia la lámina de vidrio a través de una abertura 7 de soplado, a través de la cual también se descarga aire a partir del soplador 11 hacia el vidrio. Los bordes exteriores de las boquillas 10 de tubería se estrechan cónicamente hacia la punta de la boquilla de tubería. La punta de una boquilla 10 de tubería particular está casi al ras con la superficie interior de una caja 2 de soplado y puede extenderse dentro de la abertura 7 de soplado o permanecer ligeramente fuera de ella. La punta de una boquilla 10 de tubería particular preferiblemente no limita, al menos sustancialmente, el área de flujo de la correspondiente abertura 7 de soplado. El diámetro de la abertura 7 de soplado es preferiblemente al menos 1 mm mayor que el diámetro de la abertura 8 de aire comprimido. Preferiblemente, del 30 al 80% de las aberturas de soplado de la caja 9 de soplado están provistas de boquillas 10 de tubería.

La distancia de soplado vertical a partir de las aberturas 6, 7 de soplado hasta la lámina de vidrio está configurada para ser ajustable, por ejemplo, a través de cadenas, ruedas dentadas y un motor eléctrico. Es importante poder ajustar las distancias de soplado superior e inferior por separado. La distancia de soplado es la misma para todas las aberturas de soplado correspondientes en el mismo lado de la sección 16 de extinción. La distancia de soplado vertical a partir de las aberturas 6, 7 de soplado hasta la lámina de vidrio es preferiblemente de 10 a 25 mm, en cuyo caso es preferiblemente de 3 a 12 mm mayor a partir de las puntas de las boquillas 10 de tubería hasta el vidrio.

En la sección 16 de extinción, se lleva a cabo un procedimiento de enfriamiento mejorado soplando dos tipos de chorros de aire sobre la misma superficie de la lámina de vidrio, es decir, chorros de aire generados por un compresor 12 de aire a través de las boquillas 10 de tubería y chorros de aire generados por el soplador 11 a través de las aberturas 6, 7 de soplado. Juntos, los chorros de aire producen un coeficiente de transmisión de calor por convección h en la superficie del vidrio. En la extinción, el vidrio también se enfría por radiación, pero en el súper templado, la proporción de radiación es menor. La radiación del vidrio a una temperatura de templado típica de 650 a 670°C equivale aproximadamente a 40 kW/m2 de la superficie del vidrio, la cual como coeficiente de transferencia de calor por radiación correspondiente al coeficiente de transferencia de calor por convección corresponde a aproximadamente 60 W/m2/K, cuyo valor disminuye a medida que disminuye la temperatura del vidrio.

A partir del punto de vista de la invención, es esencial que el soplado de aire comprimido se divida al menos en tres, y preferiblemente en al menos cinco zonas de extinción, cuyas presiones de soplado de aire comprimido se pueden ajustar por separado. La eficiencia de enfriamiento Q (la unidad es W/m2) lograda por los chorros de aire sobre la superficie de la lámina de vidrio se puede calcular a partir de la ecuación Q = h * (Tvidrio - Taire), donde Taire es la temperatura del aire descargado hacia el vidrio y Tvidrio es la temperatura en la superficie del vidrio. El coeficiente medio de transferencia de calor por convección h depende de los diámetros, el número, la ubicación, las distancias de soplado y las presiones de soplado de las aberturas de soplado y las aberturas de aire comprimido. Existe una variación local en el coeficiente de transferencia de calor logrado por el sistema de chorro de aire de enfriamiento en la superficie del vidrio. El coeficiente de transferencia de calor local es más alto en los puntos de impacto de los chorros de aire sobre la superficie del vidrio. El coeficiente de transferencia de calor promedio se refiere al coeficiente de transferencia de calor promedio sobre el área cubierta por una parte del sistema de chorro. Por ejemplo, el coeficiente de transferencia de calor promedio de la zona 1 es el coeficiente de transferencia de calor promedio sobre el área L1 * ANCHO, donde L1 es el largo que cubre la zona 1 del largo del extintor y ANCHO es el ancho del vidrio, es decir, la medida para el movimiento del vidrio en la dirección horizontal transversal. En la práctica, la eficiencia de enfriamiento de un sistema de chorro de aire de enfriamiento específico en la superficie del vidrio solo se puede ajustar cambiando la distancia de soplado o la presión de soplado. Simplemente cambiando la distancia de soplado, no se puede lograr un cambio significativo en la eficiencia de enfriamiento. El ajuste a través de la presión de soplado es claramente más efectivo, más simple y más preciso que el ajuste a través de la distancia de soplado. Además, la reducción de la eficiencia de enfriamiento a través de la distancia de soplado no reduce en absoluto el consumo de aire comprimido, pero la reducción a través de la presión de soplado sí lo hace.

La división de la eficiencia de enfriamiento en zonas con respecto al tiempo de extinción, es decir, en la dirección de desplazamiento de la lámina de vidrio en la sección de extinción, se realiza preferiblemente ajustando por separado la presión de soplado en sucesivas zonas de soplado de aire comprimido. Esta división de la eficiencia de enfriamiento en zonas es necesaria a partir del punto de vista de la invención con el fin que se pueda resolver el problema de la fisuración capilar de la lámina de vidrio en súper templado, como se discutió anteriormente en la memoria descriptiva. El contacto de la lámina de vidrio con los rodillos se asegura mediante el ajuste de la distancia de soplado, y de forma específica para la zona por separado cambiando la presión de soplado de las boquillas 10 de tubería por encima y por debajo de la lámina de vidrio. La presión de soplado de las boquillas 10 de tubería en la superficie superior de la lámina de vidrio es preferiblemente al menos 0.2 bar mayor que en la superficie inferior cuando la presión de soplado es al menos 1 bar. En el templado, la lámina de vidrio debe enfriarse esencialmente a lo largo de la misma curva de temperatura en las superficies superior e inferior, para impedir que se doble la lámina de vidrio templado acabada. Este enfriamiento uniforme de las superficies de vidrio se controla cambiando las presiones de soplado en ambos lados.

En el ejemplo de dispositivo de la Figura 2, hay cinco zonas de extinción (Z1 - Z5 en la Figura 3), es decir, zonas de aire comprimido ajustables por separado por la presión de soplado de las boquillas 10 de tubería, a cada lado del vidrio. La longitud de la zona de extinción es la proporción de la longitud L del extintor cubierta por la zona de extinción. Las longitudes de las zonas en las Figuras 2 y 3 son L1 - L5. En el ejemplo de dispositivo de las Figuras 2 y 3, cada zona con presión de soplado de aire comprimido ajustable por separado cubre dos espacios entre rodillos y dos cajas de aire comprimido a cada lado del vidrio. Las zonas Z1 - Z5 también puede ser de diferentes longitudes. Las presiones de soplado de aire comprimido establecidas para las válvulas 1 reguladoras de presión de las zonas hacia la superficie superior del vidrio son pu1 - pu5, los cuales junto con el aire de soplado producen coeficientes de transferencia de calor por convección hu1 -hu5 en la superficie superior del vidrio. Las presiones de soplado de las aberturas 8 de aire comprimido de las zonas hacia la superficie inferior del vidrio son pn - pi5, las cuales junto con el aire de soplado producen coeficientes medios de transferencia de calor por convección hn - he en la superficie inferior del vidrio. La distancia de soplado superior Hu y la presión de soplado pventilador,u fijadas por los sopladores 11 a las cajas de soplado superiores son las mismas en todas las zonas por encima de la lámina de vidrio. La menor distancia de soplado Hi y la presión de soplado pventiiador,¡ fijadas por los sopladores 11 a las cajas de soplado inferiores son iguales en todas las zonas por debajo de la lámina de vidrio.

Cuando la lámina de vidrio se transfiere a partir del horno de templado a la sección de extinción a la velocidad de transferencia W, llega a la zona Z1, donde las boquillas 10 de tubería soplan chorros de aire en su superficie superior a la presión de soplado p-iu y en su superficie inferior a la presión de soplado pn. Estas presiones de soplado oscilan entre 1 y 10 bar, y preferiblemente entre 1 y 6 bar. Preferiblemente p-iu s pn 0.2 bar. La presión de soplado de los sopladores 11 en las cajas 2 de soplado y más a través de las aberturas 6, 7 de soplado como chorros de aire hacia el vidrio es pventi¡ador,u encima del vidrio y pventiiador debajo del vidrio. El coeficiente promedio de transferencia de calor por convección producido conjuntamente por los chorros de aire en la zona Z1 es h-iu en la superficie superior del vidrio y h1¡ en la superficie inferior del vidrio. Estos coeficientes de transferencia de calor superan los 800 W/m2/K con vidrio de menos de 3.8 mm de espesor y más de 750 W/m2/K con vidrio de al menos 3.8 mm de espesor, y preferiblemente superior a 800 W/m2/K. La lámina de vidrio (cada punto de la misma) permanece en la zona Z1 por un tiempo t1 = L1 / W. La longitud de la zona Z1 es de 80 a 550 mm, y consta de 1 a 4 cajas 9 de soplado de aire comprimido. La longitud de la zona Z1 es preferiblemente de 100 a 400 mm, y consta de 1 a 3 cajas 9 de soplado de aire comprimido. El tiempo de residencia en la zona Z1 es 0,2 a 2 s. Preferiblemente, el tiempo de residencia en la zona Z1 es 0.3 a 1.5 s.

En la segunda zona Z2, las presiones de soplado son p2u, p2¡ y son al menos 0.5 bar, y preferiblemente al menos 1 bar, más bajos que en la primera zona Z1. Preferiblemente p2u ^ p2¡ 0.2 bar, si p2¡ s 1 bar. Las presiones de soplado de los sopladores 11 en las cajas de soplado y más hacia la lámina de vidrio son las mismas que en la zona Z1. El coeficiente promedio de transferencia de calor por convección producido conjuntamente por los chorros de aire en la zona Z2 es h2u en la superficie superior del vidrio y h2¡ en la superficie inferior del vidrio. Estos coeficientes de transferencia de calor son más bajos que en la zona Z1. En la segunda zona de extinción, son preferiblemente al menos un 10%, e incluso más preferiblemente al menos un 20%, inferiores a los de la primera. La longitud de la zona Z2 es de 80 a 550 mm, y consta de 1 a 4 cajas 9 de soplado de aire comprimido. La longitud de la zona Z2 es preferiblemente de 100 a 400 mm, y consta de 1 a 3 cajas 9 de soplado de aire comprimido. El tiempo de residencia en la zona Z2 es 0.2 a 2 s. Preferiblemente, el tiempo de residencia en la zona Z2 es 0,3 a 1.5 s.

En la tercera zona Z3, las presiones de soplado son p3u, p3¡ y son preferiblemente al menos 0.5 bar más altas que en la zona Z1 y al menos 1 bar más alta que en la zona Z2. Preferiblemente p3u ^ p3¡ 0.2 bar. Las presiones de soplado de los sopladores 11 en las cajas de soplado y más hacia la lámina de vidrio son las mismas que en la zona Z1. El coeficiente promedio de transferencia de calor por convección producido conjuntamente por los chorros de aire en la zona Z3 es h3u en la superficie superior del vidrio y h3¡ en la superficie inferior del vidrio. Estos coeficientes de transferencia de calor son más altos, y preferiblemente al menos un 20% más altos que en la zona Z2, y un 10% superior a la zona Zi. Los coeficientes promedio de transferencia de calor por convección en la tercera zona Z3 son al menos tan altos como en la primera zona Z1. En la primera zona de extinción, la presión de soplado de las boquillas de tubería es preferiblemente de al menos 1 bar, en la segunda zona como máximo de 0.5 bar y en la tercera zona de al menos 2 bar.

La longitud de la zona 3 es de al menos 1500 mm, si es la última zona. Preferiblemente, la sección de extinción también comprende al menos una cuarta y una quinta zona. Las longitudes de las zonas 3 a 5 son en ese caso de al menos 300 mm y en total de al menos 1500 mm. Las presiones de soplado en la zona 4 son del mismo nivel que en la zona 3. Las presiones de soplado de los sopladores 11 a las cajas de soplado y más hacia la lámina de vidrio son las mismas en las zonas 3 a 5 que en la zona 1.

La magnitud de las presiones de soplado del aire comprimido que sopla en las zonas primera y tercera es de al menos 1 bar. Preferiblemente, la magnitud de las presiones de soplado de aire comprimido que sopla en la primera zona está dentro del rango de 1 a 3 bar, en la segunda zona dentro del rango de 0 a 1 bar, y en la tercera zona dentro del rango de 2 a 5 bar.

Preferiblemente, y cuando el espesor de la lámina de vidrio a templar sea de 5.8 a 6.7 mm, el coeficiente promedio de transferencia de calor por convección en la primera zona de extinción sea de al menos 750 W/m2/K, y en la segunda zona de extinción como máximo 600 W/m2/K, y en la tercera zona de extinción al menos 800 W/m2/K. La velocidad de transferencia del vidrio es entonces preferiblemente de 250 a 600 mm/s y cada unidad de longitud de la lámina de vidrio permanece en las dos primeras zonas durante 0.5 a 1.3 segundos. En la Tabla 1 se muestran los valores límite preferidos para los coeficientes promedio de transferencia de calor por convección de las zonas 1a 3. En particular, el coeficiente de transferencia de calor de la zona 3 depende de la tensión superficial deseada del vidrio la cual es de al menos 150 MPa.

Tabla 1

Ejemplo 1

En la realización 1 de la Tabla 2, la sección de extinción comprende seis zonas de soplado de aire comprimido ajustables por separado. Los dispositivos de soplado, es decir, las cajas de soplado y las cajas de aire comprimido y sus características eran idénticas en todas las zonas. El espacio entre rodillos era de 125 mm, es decir, por ejemplo, la primera zona de 375 mm de largo cubría tres cajas de aire comprimido. Las longitudes de zona Li (donde i es el número correlativo de la zona) y las presiones de soplado utilizadas se muestran en la Tabla 2, la cual también muestra los coeficientes de transferencia de calor por convección promedio calculados (= coeficiente ht) producidos conjuntamente por los chorros de aire en las diferentes zonas. El espesor del vidrio templado era de 6 mm y la velocidad de transferencia W era de 375 mm/s. La distancia de soplado en la superficie superior del vidrio fue de 15 mm y en la superficie inferior de 15 mm. La temperatura de templado del vidrio fue de 665°C. En la Tabla 2 , el tiempo ti se refiere al tiempo de residencia de un determinado punto del vidrio en la zona, es decir, ti = Lij W.

Tabla 2

Con la extinción de acuerdo con el ejemplo 1, se logró un nivel de tensión superficial de aproximadamente 220 MPa para vidrio de 6 mm, lo cual proporcionó la durabilidad requerida para al menos la clasificación de resistencia al fuego E60 e incluso E90 en una prueba de resistencia al fuego. El vidrio templado estaba libre de fisuras capilares y de una calidad óptica aceptable. Se encontró que la disminución significativa en las presiones de soplado del aire comprimido y los coeficientes de transferencia de calor en la segunda zona de extinción con respecto a las presiones de soplado en las zonas 1 y 3 eran importantes para impedir fisuras capilares. Por otro lado, la caída de la presión de soplado en la primera zona de soplado claramente por debajo del valor de la Tabla 2 (1.6 bar) resultó perjudicial para el nivel de tensión superficial del vidrio templado y la calidad óptica del vidrio. Las reducciones de presión de soplado al final, es decir, en las zonas Z5 y Z6, se hicieron por razones de ahorro de energía porque manteniendo la presión de soplado al mismo nivel que en las zonas Z3 y Z4, no aumentó la tensión superficial del vidrio en más de aproximadamente 2 MPa.

Mediante el dispositivo de acuerdo con la invención se controla el nivel de tensión superficial del vidrio, la prevención de fisuraciones capilares y la rectitud del vidrio mediante el ajuste del nivel de presión de las válvulas reguladoras de presión en cada zona y a ambos lados del vidrio. Si las válvulas reguladoras de presión de una zona no se abren en absoluto, el vidrio de la zona solo se ve afectado por la presión de soplado utilizada durante el transporte de transferencia. Dividir la sección de extinción en al menos tres y preferiblemente en al menos cinco zonas de soplado de aire comprimido ajustables por separado y la característica de la válvula reguladora de presión a través de la cual se puede cortar muy rápidamente el suministro de aire a la zona de soplado de aire comprimido, es decir, la presión de soplado se puede reducir a cero, son factores muy importantes a partir del punto de vista del ahorro de energía en la producción de aire comprimido. El soplado de aire comprimido a cada una de las zonas comienza cuando el borde delantero de la carga de vidrio se acerca al comienzo de la zona en el margen R1 y finaliza cuando el borde posterior de la carga de vidrio se aleja del final de la zona en el margen R2. Los márgenes R1 y R2 oscilan preferiblemente entre 0 y 150 mm. Incluso más preferiblemente, el margen R1 es de 0 a 50 mm y el margen R2 de 0 a 50 mm. En el siguiente ejemplo, los márgenes se establecen en cero para mayor claridad del ejemplo. Por ejemplo, si la longitud de la carga de vidrio fuera de 1000 mm, la velocidad de transferencia fuera de 500 mm/s y el extintor solo tuviera una zona de 3000 mm de largo, el aire comprimido que sopla sobre toda la zona duraría (3000 1000) / 500 = 8 s. En el caso de seis zonas de 500 mm de largo, el soplado en una zona solo tardaría (500 1000) / 500 = 3 s. En este ejemplo, la división en zonas ahorra 5/8 del consumo de aire comprimido. Así, la velocidad de transferencia y la longitud de carga del vidrio determinan el tiempo de funcionamiento de cada zona de soplado de aire comprimido individual.

El dispositivo de acuerdo con la invención también incluye un ordenador y un dispositivo que proporciona al sistema de control datos de localización de la carga de vidrio, a partir de los cuales se abren y cierran las válvulas de regulación de presión de las zonas. El dispositivo es, por ejemplo, el servomotor del transportador del horno de templado o un transmisor de pulsos conectado a los actuadores del transportador. El dispositivo de acuerdo con la invención también incluye manómetros para medir las presiones de soplado.

La invención descrita anteriormente no se limita a la realización descrita, sino que puede modificarse de diversas formas dentro del alcance de la protección definida por las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para templar láminas de vidrio a una tensión de compresión superficial de al menos 150 MPa, en cuyo método la extinción de la lámina de vidrio se lleva a cabo cuando la lámina de vidrio se desplaza a través de la sección de extinción soplando chorros de aire en las superficies superior e inferior de la lámina de vidrio con un soplador, a través de aberturas (6, 7) de soplado en la caja de soplado y a través de la presión del compresor de aire a través de boquillas (10) de tubería, caracterizado porque la sección de extinción comprende al menos tres zonas de extinción sucesivas, y el coeficiente promedio de transferencia de calor por convección producido conjuntamente por el soplado y los chorros de aire comprimido en las superficies superior e inferior de la lámina de vidrio es de al menos 750 W/m2/K en la primera zona, al menos un 10% más bajo en la segunda zona que en la primera, y al menos igual de alto en la tercera zona como en la primera, y estas diferencias específicas de la zona en el coeficiente de transferencia de calor se implementan cambiando las presiones de soplado de las boquillas (10) de tubería.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque en la primera zona de extinción, el coeficiente promedio de transferencia de calor por convección es de al menos 800 W/m2/K.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque el coeficiente medio de transferencia de calor por convección es al menos un 10% superior en la tercera zona de extinción que en la primera.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque el espesor de la lámina de vidrio a templar es de 5.8-6.7 mm y el coeficiente promedio de transferencia de calor por convección en la primera zona de extinción es de al menos 750 W/m2/K, en la segunda zona de extinción como máximo 600 W/m2/K, y en la tercera zona de extinción al menos 800 W/m2/K.

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque la temperatura de templado de la lámina de vidrio a templar es inferior a 670°C, y la tensión de compresión buscada en la superficie de la lámina de vidrio es de al menos 180 MPa.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque el coeficiente de transferencia de calor en la primera y tercera zonas de extinción es al menos un 20% mayor que en la segunda zona de extinción.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque en la segunda zona de extinción, la presión de soplado de las boquillas (10) de tubería es al menos 0.5 bar menor que en la primera y tercera, donde la presión de soplado de las boquillas (10) de tubería es al menos 1 bar.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque en la primera zona de extinción, la presión de soplado de las boquillas (10) de tubería es de al menos 1 bar, en la segunda de 0.5 bar como máximo y en la tercera al menos 2 bar.

9. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 7 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque en al menos una zona de extinción, la presión de soplado de las boquillas (10) de tubería por encima de la lámina de vidrio es al menos 0.2 bar superior a la de las que están debajo de la lámina de vidrio.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque la velocidad de transferencia del vidrio es de 250-600 mm/s, y cada unidad de longitud de la lámina de vidrio permanece en las dos primeras zonas durante 0.3-1.5 segundos.

11. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 7 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque el soplado de aire comprimido con las boquillas (10) de tubería en cada una de las zonas se inicia cuando el borde delantero de la carga de vidrio se acerca al inicio de la zona a una distancia de 0-150 mm, y finaliza cuando el borde posterior de la carga de vidrio se aleja del final de la zona a una distancia de 0-150 mm del final de la zona.

12. Un dispositivo para templar láminas de vidrio a una tensión superficial de compresión de al menos 150 MPa, en donde la extinción de la lámina de vidrio se lleva a cabo cuando la lámina de vidrio se desplaza a través de la sección de extinción soplando chorros de aire sobre la superficie del vidrio, los cuales se generan por el soplador (11), a través de las aberturas (6, 7) de soplado en las cajas de soplado y a través de la presión del compresor de aire a través de las boquillas (10) de tubería conectadas a las cajas de aire comprimido dentro de las cajas de soplado, caracterizado porque en la sección de extinción, a cada lado de la lámina de vidrio, hay al menos tres zonas de soplado por convección de aire comprimido de las boquillas (10) de tubería, cuya presión de soplado se establece para ser ajustable por separado, y la longitud de la primera y la segunda zonas es de 80-550 mm.

13. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque al comienzo de la sección de extinción, tanto por encima como por debajo de la lámina de vidrio hay al menos cinco zonas de soplado de convección de aire comprimido sucesivas con presión de soplado ajustable por separado.

14. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque la longitud de la primera y la segunda zona es de 100-400 mm.

15. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12 para templar láminas de vidrio, caracterizado porque tanto la primera como la segunda zona cubren de 1-3 cajas de soplado de aire comprimido a ambos lados de la lámina de vidrio.