FI86167B - Kylavdelning foer glasskivor i en haerdningsanlaeggning. - Google Patents

Description

1 86167

Lasilevyjen karkaisulaitoksen jäähdytysosasto.

Kylavdelning för glasskivor i en härdningsanläggning.

Keksinnön kohteena on lasilevyjen karkaisulaitoksen jäähdytys-osasto karkaisujäähdytystä, lämpölujitusjäähdytystä tai jälki-jäähdytystä varten, johon jäähdytysosastoon kuuluu jäähdytys-ilman puhallussuuttimet jäähdytettävien lasilevyjen ylä- ja alapuolella. Tällaisen jäähdytysosaston rakenteeseen kuuluu tyypillisesti myös vaakasuuntaiset pyöritettävät kuljetintelat lasilevyjen kuljettamiseksi ylä- ja alapuolisten suuttimien välissä ja telojen yläpuolella olevat ilmasuihkujen heijastus-levyt, ns. "valetelat".

Lasinkarkaisuprosesseissa on yleensä ollut käytäntö, että karkaisujähdytyschilleri on suunniteltu ja tehty siten, että lasin jäähtyminen tapahtuisi mahdollisimman tehokkaasti. Chilleri ja puhallin ovat mitoitetut siten, että ohuimman halutun lasin karkaisjäähdytyksessä käytetään maximaalista jäähdytystehoa. On kuitenkin ainakin kaksi sovellutusta, missä edellinen ei päde: - lasin taivuttaminen + karkaisu uunin ulkopuolella - paksun lasin ( > 8 mm) lasin lämpölujittaminen esim. arvoon 40 N/mnT2 Näissä tapauksissa lasin jäähtymistä täytyy hidastaa vielä siitä tilanteesta, että lasia ainoastaan oskilloidaan eikä sitä lainkaan varsinaisesti jäähdytetä.

Lasin taivuttamisessa uunin ulkopuolella, erityisesti 3 mm:n lasin tapauksessa, jäähtyy lasi niin nopeasti ettei lasin karkaisu enää onnistu. Jotta karkaisu voisi onnistua, pitäisi lasin lämpötilan olla 3 mm:n lasin tapauksessa luokkaa 610°C karkaisujäähdytyksen alkaessa. Mikäli näin ei ole, ei lasiin :‘‘.j ole mahdollista saada riittävää puristusjännitystä. Toisaalta 2 86167 lasin uunin jälkeistä ulostulolämpötilaa ei juurikaan voida nostaa yli 630°C:een, sillä tällöin lasissa alkaa olla liikaa teloista ym. muusta aiheutuvia optisia vikoja, kuten kuumapis-teitä. Taivuttaminen kestää esim. hakijan EP-patentin 0261611 mukaisella periaatteella toimivassa laitteessa niin kauan, että 3 mm:n lasi jähtyy alle em. 610°C:een. Tällöin todellisia kehitysmahdollisuuksia (oletetaan ettei taivutusta voi nykyisestä nopeuttaa) on kaksi: - tuodaan lisälämpöä lasiin taivutuksen aikana tai sen jälkeen - hidastetaan lasin jäähtymistä taivutuksen aikana

Lisälämmön tuominen lasiin taivutuksen aikana on ongelmallista, sillä ensinnäkin tällöin joudutaan kaikki taivuttimessa olevien koneenosien materiaalit valitsemaan korkeampaa lämpötilaa kestäviksi. Kuitenkaan kaikki osat eivät kestä kuumuutta, jolloin näitä osia joudustaan erikseen suojaamaan tai sijoittamaan niiden toiminnan kannalta epäedullisempaan paikkaan. Toiseksi lämpölaajeneminen aiheuttaa suuria ongelmia erityisesti lasin muotovaatimusten suhteen. Kolmas ongelma on se, ettei esim. EP-patentin 0261611 mukaisessa taivuttimessa ole yksinkertaisesti tilaa 1ämmityslaittei11 e, sillä lämmityksen täytyy olla hallit-*: tua, yhtä suurta kummallekin puolelle lasia ja tasaista taso- maisesti, eli lämmittämisen täytyy tapahtua läheltä lasia.

*. Lisäksi lisälämmön tuominen voi helposti aiheuttaa turvalli- suusriskin, mikäli lämmittäminen tapahtuu esim. kuumakaasupu-^ halluksella.

Mikäli lämmittäminen tapahtuisi taivutuksen jälkeen, muodostuu ongelmaksi erityisesti muototoleranssit: lasi ei pysy muodos- *: saan lämmityksen aikana, sillä mainitussa omassa laitteessamme : ei ole mahdollista tukea lasia taivutuslohkon jälkeen. Toinen *. ongelma on se, että mikäli lämmitys tapahtuu kohtuullisessa • ♦. ajassa tarvitaan tähän paljon lämmitystehoa.

* * 3 86167

Paksujen lasien lämpölujittamisessa on samanasuuntaisia ongelmia: yli 8 mm:n lasi jäähtyy liian nopeasti tapauksessa, jossa se vain otetaan huoneenlämpöön, eikä sitä varsinaisesti jäähdytetä. Tällöin lasiin muodostuu suurempi puristusjännitys kuin 40 N/mm2, (= erään japanilaisen yrityksen sisäinen normi).

Lasin jäähtymistä täytyy siis hidastaa.

Lasin jäähtymistä voi hidastaa suomalaisen patenttihakemuksen no: 903362 mukaisesti, jossa lasin lämpölujitus toteutetaan huoneenlämpöä korkeampilämpöisessä tilassa ja tilan lämpötilaa ohjataan välillisellä jäähdytyksellä. Ongelmaksi muodostuu paitsi laitoksen hinta, myös laitoksen soveltuvuus joustavasti karkaisutuotantoon, sillä lujitustila ei luonnollisestikaan sellaisenaan sovellu karkaisuun, vaan jäähdytyslevyt joudutaan aina purkamaan ensin pois. Purkaminen kestää arviolta yhden päivän.

Seuraavassa selvitetään lähemmin lasin jäähtymisen perusteita. Kokemusten ja mittausten mukaisesti 600°C:nen 3 mm:n lasi .·. jäähtyy huoneenlämpöisessä chillerissä noin 5.5 ... 6°C/s, . jolloin lämpöä poistuu lasista teholla:

m-c· Δ T

Ö =----------= 56 kW/m2 t missä m = lasin massa c = lasin ominaislämpö Δ T = lasin jäähtyminen aika-askeleen aikana (°C) ·'. t = aika-askel

Jos oletetaan, että lasista siirtyy tasaisesti lämpöä ylös ja alas, siirtyy kummastakin pinnasta lämpöä pois noin 28 kW/m2 teholla.

4 86167 Lämpöä siirtyy pois säteilemällä, luonnollisella konvektiolla ja johtumalla teloihin.

Säteily

Pinta lähettää säteilyä ylöspäin: q+ = ε ·σ·Τ4 % 32 kW/m2 missä ε = lasin emissiviteetti a = Stefan-Bolzmannin vakio = 5.6693*10~eW/m2*K4 T = lasin lämpötila

Lasin läheiset pinnat heijastavat takaisin lasin lähettämää lämpösäteilyä sekä lähettävät lasiin lämpösteäilyä oman lämpötilansa ja emissiviteettinsä mukaisesti: q~ = q~h«i j + q_-q-h«ij 5 F*(1-a)*q+ • · .' missä P = näkyvyyskerroin, eli kerroin joka määrää minkä verran täydellinen peilipinta palauttaisi säteilystä lasiin eikä muualle ympäristöön; chillerissä F % 0.55 a = absorptiokerroin % ε

Esim. hapettuneet alumiinipinnat palauttavat säteilystä takaisin lasiin q-h.ij = 0.55·(1-0.4)*32 * 10.6 kW/m2

Lisäksi pinnat lähettävät säteilyä noin 0.2 kW/m2. Tällöin luonnollisen konvektion osuudeksi jää noin 7 kW/m2

Kokonaislämpövirtaa lasista alaspäin on vaikea määritellä, 5 86167 koska johtuminen teloihin on vaikeasti määriteltävissä. Voitaneen kuitenkin olettaa, että säteily alaspäin on lähes samaa luokkaa kuin ylöspäin, mutta johtuminen teloihin korvaa osan luonnollisesta konvektiosta.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan lasilevyjen karkaisu-laitoksen jäähdytysosasto, jossa lasin jäähtymistä voidaan hidastaa verrattuna siihen tilanteeseen, että lasi jäähtyisi normaalissa huoneen lämpötilassa ilman jäähdytyspuhallusta. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on saada aikaan jäähdytys-osasto, joka ilman rakennemuutoksia soveltuu sekä tehokkaaseen karkaisujäähdytyspuhallukseen että lasilevyn jäähtymisen hidastamiseen.

Näiden tarkoitusten saavuttamiseksi on keksinnössä oivallettu, että lasin läheisyydessä olevat, huonosti lämpösäteilyä heijastavat pinnat vaihdetaan hyvin lämpösäteilyä heijastaviin pintoihin. Tällaisia pintoja ovat mm. suutinkannet, ilmasuihkujen . heijastuslevyjen (valetelojen) pinnat ja kuljettimen telojen • · « : näkyvät metallipinnat.

Keksinnön tunnusmerkit on esitetty oheisissa patenttivaatimuk-sissa.

» ·

Lisäksi on edullista, että kyseiset hyvin lämpösäteilyä heijastavat pinnat eristetään irti rungosta, jolloin lämpöä ei johdu massiivisiin metalliosiin. Tällöin lasia lähinnä olevien pintojen lämpötila nousee verrattuna tilanteeseen, missä lämpö-eristettä ei ole. Tämä aiheuttaa paitsi suuremman pintojen lähettämän lämpösäteilyn lasiin, myös pienemmän konvektion lasista ympäröivään ilmaan.

• » · « *··, Keksintöä on havainnollistettu oheisessa piirustuksessa, joka esittää pystyleikkausta jäähdytysosastosta pieneltä matkalta :*·. jäähdytysosaston pituutta.

6 86167

Kuvassa näkyy jäähdytysilman puhallussuuttimista ylempi suutin-palkki 1 ja alempi suutinpalkki 2, joiden toisiaan kohti olevissa pinnoissa on suutinreiät jäähdytysilman puhaltamiseksi lasilevyn vastakkaisiin pintoihin. Lasilevyä kuljetetaan vaakasuuntaisilla pyöritettävillä teloilla 8 suuttimien 1 ja 2 välissä. Ylempään suutinpalkkiin 1 on lisäksi kiinnitetty kiinnityslevyn 7 välityksellä ilmasuihkujen heijastuslevyt eli ns. valetelat 6, jotka kääntävät lasin pinnasta ylöspäin suuntautuvat ilmasuihkut takaisin lasin pintaan. Nämä rakenteet ovat ennestään tunnettuja ja yleisesti käytössä.

Keksintö on toteutettu siten, että nykyisten suutinkansien 3 päälle asennetaan suutinkansien muotoiset, ohuet (0,5 - 1 mm), lämpösäteilyä hyvin heijastavat ( on pieni) rei'itetyt levyt 4. Heijastuslevyt 4 on rei'itetty luonnollisestikin suutinrei-kien kohdalta siten, että levyjen 4 reikien halkaisija on muutaman millin isompi, jotta levy 4 ei haittaisi karkaisuilma-suihkuja. Levyt 4 on eristetty suutinkansista 3 niiden väliin asetetulla ohuella (1-2 mm) kankaalla 5 (esim. Kevlar-kan-/ gas). Vastaavalla tavalla on myös ilmasuihkujen heijastuslevyt I (valetelat) 6 eristetty ohuella lämpöeristekerroksella 5 (esim.

Kevlar-kangas) kiinnityslevystä 7.

Keksinnön tavoitteiden saavuttamiseksi on levyt 4 ja 6 tehtävä sellaisesta materiaalista ja/tai pintakäsiteltävä siten, että levyjen 4 ja 6 pinnat heijastavat lämpösäteilyä yli 0,8 kertaisesti. Tämä asettaa erityisiä vaatimuksia käytetyille materiaaleille ja/tai niiden pintakäsittelymenetelmille, koska levyjen 4 ja 6 lämpötila voi hetkellisesti nousta jopa 200°C:seen ja • lisäksi heijastin joutuu hetkellisesi tekemisiin S02:n kanssa (tosin hyvin pieninä pitoisuuksina). Vaikka esim. alumiinin, kuparin ja messingin kiilloitetut pinnat heijastavat hyvin lämpösäteilyä (huomattavasti yli kertoimen 0,8), soveltuvat nämä aineet huonosti keksinnön toteuttamiseen, koska käyttöolosuhteissa pinnat pysyvät kirkkaina vain jonkin aikaa ja hapet- 7 86167 tuvat melko nopeasti harmaaksi mattapinnaksi.

Sen sijaan on saavutettu tyydyttäviä tuloksia koelaitteella, jossa heijastavat pinnat 4, 6 ovat ruostumatonta terästä AI SI 304 2 BA (merkinnän loppuosa tarkoittaa aineen kiiltoheh-kutusta). Ruostumattoman teräksen kiilloitetun pinnan emissio-kerroin on 0,07 (puhdistettuna levynä ilman kiilloitusta vain noin 0,5).

Jotta heijastava pinta säilyttäisi mahdollisimman pitkään hyvän heijastuskyvyn eli pienen emissiviteetin, on edullista, että heijastava pinta sisältää yhtä tai useampaa seuraavista aineista (tai on tehty näistä aineista): kromi, kromiseosteinen ruostumaton teräs, platina, titaani ja/tai kulta. Nämä aineet vastustavat erityisen hyvin syöpymistä ja hapettumista kyseisissä olosuhteissa. Paitsi materiaalin valintaan, on myös pinnan kii1loitukseen kiinnitettävä erityistä huomiota. Esim. kromaus tulee tehdä ns. kovakromauksena mieluiten ruostumattoman teräksen päälle. Kii1tokromaus soveltuu huonommin ko. olosuhteisiin, koska kromin alla käytetään nikkelipinnoitetta ja nikkeli patinoituu erityisesti rikkipitoisessa ympäristössä.

Kuitenkin pinnoitteen materiaalivalinnassa voidaan sallia • kohtuullisen pitkän ajan kuluessa tapahtuvaa tummumista, koska .'· | keksinnön mukaiset hei jastuspinnat voidaan vaihtaa uusiin pin- . töihin helposti ja pienin materiaalikustannuksin. Esim. suutin- kansia 3 ei ole edullista tehdä kokonaan heijastavasta mate-riaalista, jolloin ne jouduttaisiin tarvittaessa kokonaan vaih-tamaan. Tähän kuluisi sekä aikaa että kustannuksia. Sen sijaan ohut erillinen heijastuslevypinta 4 voidaan vaihtaa nopeasti ja pienin materiaalikustannuksin. Heijastulevypinta 4 voidaan • · ·. : kiinnittää lämpöeristekankaaseen 5 esim. liimaamalla. Heijas- : tuspintojen 4 helppo vaihdettavuus ja pieni materiaalikulutus on olennainen etu, sillä teol lisuusympäristössä lähes kaikki taloudelliset, pienen emissiviteetin omaavat aineet vähitellen • · · • · · • · · • · · • · • m • · · s 86107 hapettuvat ja menettävät näin heijastuskykyään.

Eristävän kankaan 5 merkitys on vähäinen esim. EP-patenttijul-kaisun 0261611 mukaisen taivuttimen tapauksessa, missä taivutus kestää vain lyhyen aikaa (noin 4-6 sekuntia). Eristävän kankaan 5 merkitys kuitenkin korostuu lämpölujitustapauksessa, missä esim. 12 mm:n lasi on lämpölujitusjäähdyttimessä luokkaa 5-6 min.

Suoritetuissa kokeissa ja mittauksissa on todettu, että lasin jäähtymistä voidaan keksinnöllä hidastaa noin 30 %. Tämä osuu hyvin yhteen myös tehtyjen teoreettisten laskelmien kanssa.

Keksinnöllä on voitu olennaisesti laajentaa jäähdytysosaston käyttösovellutusaluetta. Esim. EP-patentin no: 0261611 mukaisella taivutus- ja karkaisulaitteella kyetään karkaisemaan ECE R 43 -normeihin (ajoneuvonormi) aiemman 3,2 mm:n lasin sijasta jopa 2,9 mm:n lasia puhallustehon pysyessä samana. Läm-pölujituksessa pystytään lujittamaan 12 mm:n (jopa 13 mm:n) lasia puristusjännitykseen 40 N/mm2. Aiemmin, kun heijastus-pinnat ovat olleet harmaaksi hapettunutta alumiinia, on pystytty lämpÖlujittamaan vain 8 mm:n ja siitä ohuempaa lasia kyseiseen puristusjännitykseen.

Claims (10)

1. Lasilevyjen karkaisulaitoksen jäähdytysosasto karkaisujäähdytystä, lämpölujitusjäähdytystä tai jälki jäähdytystä varten, johon jäähdytysosastoon kuuluu jäähdytysiIman puhallussuuttimet (1, 2) jäähdytettävien lasilevyjen ylä- ja alapuolella, tunnettu siitä, että ylä- ja alapuolisten suuttimien (1, 2) suutinkannet on tehty sellaisesta materiaalista ja/tai pintakäsitelty siten, että suutinkansien pinnat (4) heijastavat lämpösäteilyä yli 0,8 kertaisesti ja että heijastavat pinnat (4) on 1ämpöeristetty (5) irti rungosta (3, 7).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytysosasto, jossa on vaakasuuntaiset pyöritettävät kuljetintelat (8) lasilevyjen kuljettamiseksi ylä- ja alapuolisten suuttimien (1, 2) välissä ja telojen (8) yläpuolella olevat ilmasuihkujen heijastuslevyt, ns. "valetelat" (6), tunnettu siitä, että myös heijastuslevyt (6) on tehty sellaisesta materiaalista ja/tai pintakäsitelty siten, että pinnat heijastavat lämpösäteilyä yli 0,8 kertaisesti.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai mukainen jäähdytysosasto, tunnettu siitä, että suutinkansien (3) heijastavat pinnat (4) . ovat irroitettavissa varsinaisista suuttimista (1, 3) ja siten .·. : vaihdettavissa tarpeen mukaan. ”1

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen jäähdytysosasto, tunnettu siitä, että heijastava pinta (4, 6) on *-·-* ruostumatonta terästä (esim. AISI 304 2 BA), jonka pinta on ’ kiil loitettu.

·,**· 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jäähdytysosasto, tunic: n e t t u siitä, että kiilloitus on tehty kii1tohehkutuksena.

# · · • · *..! 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen jäähdytysosasto, » * • · · • · » • · · » · • · « * « ίο 8 61 67 tunnettu siitä, että heijastava pinta (4, 6) sisältää yhtä tai useampaa seuraavista aineista: kromi, kromiseosteinen ruostumaton teräs, platina, titaani, kulta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen jäähdytysosasto, tunnettu siitä, että heijastava pinta (4, 6) on tehty ruostumattoman teräksen päälle ns. kovakromauksena.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen jäähdytysosasto, tunnettu siitä, että heijastavan pinnan (4, 6) muodostavan pinnoitekerroksen alla oleva perusaineen pinta on myös kiilloitettu.

9. Patenttivaatimusten 1 ja 3 mukainen jäähdytysosasto, tunnettu siitä, että lämpöeristeessä (5) ja heijastavassa pinnassa (4) on suutinaukkojen kohdalla suutinaukkoja olennaisesti isommat reiät.

9 86167 Patenttivaat imukset

10. Jonkin patenttivatimuksen 1-9 mukainen jäähdytysosasto, tunnettu siitä, että taivutusosasto on yhdistetty jäähdytysosastoon, jonka heijastavat pinnat hidastvat lasin jäähtymistä taivutuksen aikana. • · · ·«« * · · • · · • · *«1 « · · • · · ♦ n 86167