Vidro

Posteriormente, 100 a.C., os romanos já produziam vidro por técnicas de sopro em moldes, para confeccionar suas "janelas". Em 300 d.C. o imperador Constantino passou a cobrar taxas e impostos aos vidreiros, tamanha a difusão e importância (lucratividade) do produto.

Entre 500 e 600 d.C., um novo método possibilitou a execução do vidro plano, por sopro de uma esfera e sua sucessiva ampliação por rotação em forno (até o século XIX, a maior parte da produção do vidro foi feita por este sistema).

Posteriormente, por volta de 1300, o vidro moldado à rolo foi introduzido em Veneza (técnica vinda do Oriente, através das Cruzadas). Assim a ilha de Murano notabilizou-se e especializou-se na produção artística do vidro, tendo aparecido nesta época o cristal.

Ainda nesta data, descobre-se um novo processo: por sopro de cilindros (que foi revolucionária para a produção de vidros planos). Por ação simultânea de sopro e força centrípeta, originária da movimentação do cano, obtinha-se um cilindro (50 cm de diâmetro por até três metros de comprimento); que depois era colocado em um forno ("estendeira") e deixado para estender.

Da Idade Média em diante, a fabricação do vidro tem sido um assunto de peritos guardado com ciúmes contra restrições familiares e espionagem industrial. A introdução de técnicas francesas na Inglaterra, nos séculos XVIII e XIX, por exemplo, foi feita somente com grande dificuldade. A introdução do vidro "crown" trefilado foi realizada por volta de 1680 por John Bowles com suborno e roubo da França e a British Cast Plate Glass Company, estabelecida em Ravenhead St. Helensm em 1773, perto das jazidas de areia de Cheshire, dependia da habilidade importada da França. A primazia inicial da França foi exemplificada pela Compagnie de St. Gobain, instalada há cerca de 300 anos, para envidraçar o Palácio de Versalhes.

A associação de Robert Lucas Chance com Georges Bontemps da França era necessária para que Bontemps persuadisse artesãos franceses relutantes a divulgar seu conhecimento da fabricação com cilindro soprado em 1832. Sem esse conhecimento, o contrato para o Palácio de Cristal e, talvez, mesmo a direção da tecnologia podiam ter seguido outros caminhos.

A concorrência para o desenho e construção do Palácio de Cristal em 1850 teve Chance concorrendo com Paxton pelo uso da folha soprada; Horeau com um fornecedor francês e James Hartley de Sunderland concorrendo com chapa moldada a um preço só ligeiramente mais alto do que a folha de Chance. Apesar da dimensão do contrato (aproximadamente 100.000 m2 de vidro), os concorrentes eram firmas pequenas e ofereciam diferentes produtos.

A indústria de vidro, como sabemos, baseada na produção em massa e mercados nacionais e internacionais, nasceu da Revolução Industrial, em particular na indústria automotiva do século XX, e também da invenção de dois métodos chave de produção - o processo da folha estirada e o de flutuação (float).

Durante a segunda metade do século XIX, muito esforço foi feito para produzir folhas de vidro por estiramento. William Clark tentara fabricar folhas estiradas em St. Helens em 1857, mas os problemas de "acinturamento" só foram resolvidos por Fourcault em 1904, na Bélgica.

Lá pela virada do século XX, três poderosos centros de produção do vidro emergiram e permaneceram os mais importantes centros a leste do Atlântico. A França, berço de muitas técnicas originais, a Inglaterra, berço da Revolução Industrial, e a Bélgica, o berço de Fourcault.

Embora a moderna fabricação de vidro seja uma criação européia, uma indústria americana emergiu logo. Ao mesmo tempo, enquanto Fourcault aperfeiçoava seu processo, um avanço paralelo acontecia do outro lado do oceano com o processo Colburn ou Libbey Owens, que representava um refinamento técnico do que Fourcult havia criado. A Pittsbourgh Plate Glass Company dele derivou um processo de estiramento ainda melhor e veio a ser mais um produtor importante. No começo da década de 20, a demanda da indústria automotiva levou a Ford Motor Company a criar um processo que colocava a produção em massa em novas bases, com um aperfeiçoado produto prensado que, mais tarde, expandiu a indústria americana.

A indústria do Reino Unido consolidou-se quando a Pilkington Borthers, fundada em 1826, assim como a St. Helens Crown Glass Company, tentou alguns experimentos em 1923, relacionados ao uso do processo Ford para fazer folhas maiores. Por volta de 1938, Pilkington criou uma máquina contínua de prensagem com cilindros, desgaste e polimento, operando comercialmente.

Por volta de 1940, a estrutura da indústria primária do vidro no mundo ocidental estava estabelecida com quatro nações envolvidas, cada uma dominada por um pequeno número de fabricantes principais, todos relacionados e separados por uma rede de patentes e interdependências.

O processo de flutuação (o vidro float)

Em 1952, foi revelada uma invenção que mudou tudo. Fazendo flutuar vidro derretido em estanho também derretido, Pilkington conseguiu produzir vidro quase tão plano quanto suas placas prensadas e polidas, a uma espessura econômica e em grandes quantidades, através de um processo contínuo. Por volta de 1955, tinham uma unidade de produtos em grande escala na St. Helens, produzindo vidro de aproximadamente 2,5 m de largura.

Essa única invenção revolucionou e petrificou a indústria. A invenção de um processo que podia produzir folhas delgadas, sem irregularidades na superfície, e ainda, chapas mais grossas com melhor acabamento do que o produto desgastado e polido colocou a Pilkington Brothers numa posição de preeminência técnica e por meio de patentes e licenças puderam ditar termos para a indústria.

Competição e Integração

Nos anos 80, Pilkington comprou a Libbey Owens Ford (LOF) nos EUA e também o controle do ramo alemão da French BSN Gervais-Danone, a companhia Flachglas. A BSN abandonou a fabricação de vidro em 1979 mas suas instalações foram logo adquiridas, não somente pela Pilkington, mas pela Japonesa Asahi na Bélgica e Holanda e pela PPG na própria França. A Asahi, que domina 50% do mercado japonês, também comprou Glaverbel na Bélgica. A Guardian Industries, nos EUA, desafiou as outras em 1971 com uma instalação para flutuação. Cresceu até se tornar uma das maiores indústrias americanas, instalando a Luxguard em Luxemburgo, além de ajudar na instalação de uma fábrica no Leste Europeu.

Mudanças comerciais no fim dos anos 80 complicaram mais adiante a interpenetração das indústrias primárias nos EUA, Europa e Japão. A Pilkington Glass no Reino Unido, a PPG nos EUA, a St. Gobain na França e a Asahi no Japão fazem parte de uma super aliança de produtores mundiais, com grandes, complexas e quase sempre particularmente não divulgadas holdings.

Embora as cifras não estivessem à disposição em relação ao mercado específico da construção, estavam-no em relação à indústria automotiva. E a queda do mercado reflete o poder da indústria automotiva japonesa e a sólida base de suprimento naquele país, concentrada nas mãos de dois principais fornecedores.

Qualquer representação simples do âmbito ou participação no mercado dá uma visão distorcida do domínio comercial. Em 1989, assistiu-se à venda para a Nippon de 10% da LOF nos EUA, por parte da Pilkington. O fato colocou a companhia "americana" (compartilhada pelas companhias do Reino Unido e do Japão) em uma importante posição no mercado de automóveis, capaz de fabricar vidro com os custos comparativamente baratos da produção americana, para venda ao mercado japonês tradicionalmente chauvinista. Uma tal alteração proporcionou enormes benefícios potenciais à Pilkington como dona de 80%, e esse é apenas um exemplo de uma mudança característica na indústria no fim dos anos 80, tão importantes para a divulgação da tecnologia.

Em 1955, a Pilkington e a PPG acertaram suas diferenças e abandonaram todos os litígios, trazendo uma nova tranqüilidade para a indústria internacional ao redor do mundo.

Por não resistir à crescente internacionalização da indústria, o efeito da produção de vidro por flutuação por um único processo foi de concentrar a maior parte dos esforços de fabricação, marketing e pesquisa das indústrias primárias na produção do vidro de 4mm e 6 mm por flutuação, marginalmente mais barato e/ou melhor do que o dos concorrentes. A concorrência é muito severa e uma olhada nos caminhões estacionados nos pátios dos processadores secundários é um sinal da difusão do mercado e da vontade dos consumidores de usá-lo.

O alto custo do capital de instalações de flutuação e critérios técnicos impõem a necessidade de operá-las sem interrupções e trás um único senão para os fabricantes. Suas exigências de produção são relativamente inflexíveis, sujeitas ao desenvolvimento de instalações a curto prazo, mas ainda se beneficiam de uma invenção, com aproximadamente quarenta anos, que revolucionou a fabricação do vidro e nos deu um produto quase perfeito.

O potencial de diversificação, mesmo na indústria primária, é muito grande. Grandes diferenças de desempenho e aparência resultam de minúsculas variações na química e no tratamento e, dados os avanços técnicos dos últimos 20 anos, é de se esperar que os designers e o mercado sejam presenteados com uma rica gama de materiais, uma vez que a indústria parte para explorar sua inventividade. A literatura dos fabricantes nos dá a impressão de que de fato é assim e os produtores contribuem com muitos produtos úteis. Entretanto, em uma industria dominada por um só processo, o incentivo para expandir a série do produto primário é pequeno.

Embora as considerações sobre a indústria do vidro se façam principalmente em torno da indústria primária, a atividade contém alguns setores essenciais e importantes, que juntos estão estimulando a mudança do quadro: a indústria secundária e a instalação.

INDÚSTRIA E A PRODUÇÃO

Toda produção de vidro resume-se essencialmente a reunir materiais básicos baratos com pequenas quantidades de aditivos, convertendo-os a um produto extremamente refinado. A maior parte do custo desse produto final está na instalação necessária.

O objetivo primordial de um fabricante de vidro plano é atuar como fornecedor bem sucedido para distribuidores, produzindo usualmente carregamentos de 20 toneladas / caminhão de vidro em séries de tamanhos padrão. As divisões semanais quanto à produção estão relacionadas com esse objetivo e avaliadas face ao estoque no depósito do fabricante. Em relação a esse aspecto, é significativo que a maior fatia dos recursos do orçamento de pesquisa de um fabricante destine-se ao aperfeiçoamento e otimização do processo primário básico, em vez de dirigir-se à ampliação de tecnologia e de novos produtos.

Somente compreendendo a natureza e o custo da fabricação, é possível explorar o potencial da tecnologia.

Indústria Primária

O vidro plano usado em edificações é fabricado em 1 ou 2 estágios: da indústria primária, na qual o produto básico plano ou produto principal é fabricado e da indústria secundária na qual o produto primário é apurado e adicionado a outro. A vantagem de usar uma técnica secundária é evitar correções de custo alto à indústria primária.

A indústria primária resume-se em geral, a três operações básicas:

Fusão

Modelagem

Resfriamento ( têmpera)

Fusão

A fusão consiste em aquecer os constituintes até uma temperatura entre 1.600 - 1.800°C, na qual eles se tornam fluidos e podem ser moldados.

Moldagem

É um processo durante o qual o vidro gradualmente esfria e endurece beneficiando-se da característica do material para endurecer, indo do estado líquido a uma consistência semelhante à do melado enquanto sua temperatura cai de 1.600°C a 800°C.

Resfriamento (Têmpera)

É o crítico terceiro processo. Resfria-se por igual o vidro sob condições muito controladas, de 600°C a 100°C. O termo Têmpera propriamente dito refere-se a um processo de aquecimento e resfriamento graduais. Na indústria do vidro, o termo é usualmente aplicado ao processo final de resfriamento controlado, praticado em um lehr, assegurando certas propriedades essenciais ao vidro como por exemplo, sua propriedade de ser cortado reto.

Métodos de moldagem têm mudado consideravelmente ao longo da história da fabricação e um estudo das mudanças progressistas dos métodos de fabricação através do tempo, ajuda a avaliar os problemas e a perícia dos fabricantes de vidro. Todos os processos antigos usavam fusão, sopramento e fiação. Os Romanos fizeram chapas fundidas de até 1m2, mas a indústria de janelas de vidro usando cilindros soprados se desenvolveu na Europa Setentrional em torno de 1000 d.c. em resposta a necessidades climáticas e de estilo. A técnica envolvia o sopramento de um grande cilindro que era cortado aberto e então achatado. Um avanço paralelo durante a Idade Média, foi o aperfeiçoamento da técnica de fazer vidro como um disco rotativo.

Ambos os métodos - cilindro e disco resultaram em vidro fino, fraco e irregular, tornando-o inadequado para aplicações que exigissem uma superfície e resistência como os espelhos e veículos. Vidros liso e transparente para vagões de trem eram então tradicionalmente feitos por meio de fusão, pulverização e polimento. O uso desse vidro em edificações era proibitivamente caro.

Por outro lado, as vidraças do Palácio de Cristal indicavam que a folha soprada de Chances e a fina lâmina prensada de James Hartlly eram bastante similares em preço.

A produção de chapas finas, de boa qualidade foi revolucionada no começo do século XIX pelo desenvolvimento simultâneo de vidro estirado na Bélgica e nos EUA. A produção de vidro plano por meio de sopro de cilindro, disco rotativo ou moldagem é intrinsecamente difícil de mecanizar nos três casos e os fabricantes pesquisaram meios de obter produção contínua.

Em 1904, Fourcault patenteou um processo de estiramento vertical, em que uma fenda moldada em barro refratário é abaixada até penetrar no vidro derretido que sobe dentro dela. O vidro é fisgado por uma longa isca à qual adere e estirado verticalmente através de roletes, resfriado e temperado. O processo encontrava-se em operação comercial por volta de 1913, produzindo larguras padrão de 1,9m a 2,3m com espessuras variáveis, obtidas pelo estiramento do vidro sob diferentes velocidades. Essa técnica possui um grave defeito, associado ao fenômeno de desvitrificação, que ocorre quando o resfriamento é inadequadamente controlado e há cristalização. No processo de Fourcault ocorre, usualmente na câmara de estiramento, que a cristalização degrada a superfície da fenda, esta requer limpeza semanal e causa consideráveis embaraços à continuidade do processo, a menos que medidas elaboradas sejam tomadas.

Esse defeito não acontece, porém, no método de produção conhecido como processo de Colburn ou Libbey Owens, patenteado nos EUA em 1905. Nesse caso, o vidro fundido é estirado por meio de uma isca de ferro através de roletes serrilhados. É então reaquecido e amolecido para ser arqueado sobre um rolete até ficar em posição horizontal. Em seguida, o vidro é estirado no meio de tratores até entrar dentro do Lehr onde se faz a têmpera.

Embora evitasse a desvitrificação, o processo americano dividia com o Método Fourcault o intrínseco problema do contato com os roletes que tornava muito difícil evitar dano ou degradação à superfície do vidro. Esse aspecto foi superado no processo desenvolvido pela Companhia de Vidro Plano Pittsbourgh, que é basicamente uma versão vertical do processo Colbourn / Libbege Owens.

Nele evita-se a necessidade de roletes ou de qualquer outra forma de contato superficial. O maior problema a ser superado era a tendência de "se acinturar" que sofre uma substância melada, quando está sendo estirada. Isso se previne pelo uso de roletes serrilhados refrigerados na borda do estiramento. O processo de estiramento, foi o principal método de fabricação de vidro plano barato para janelas pelo mundo todo até bem recentemente. E ainda é assim, em várias partes do mundo. Entretanto, o processo tem defeitos de produção intrínsecos que provaram ser muito difíceis de evitar. A ação da gravidade sobre o líquido que está se resfriando cria variações na espessura que, num material transparente, têm um efeito fundamental sobre sua propriedade primária. Até os anos 50, a indústria precisava de um método para a produção de vidro com espessuras diferentes mas constantes, com boa superfície. Ele só pôde ser encontrado no processo do vidro plano, no qual o vidro moldado ou prensado é desgastado e polido.

Técnicas avançadas para fabricar vidro plano prensado coexistiram com as usadas para produzir o vidro plano delgado em folhas nos primeiros anos do século XX.

O processo de fabricação do vidro plano simples permaneceu o mesmo desde sua invenção em 1688 até os anos 20: uma tonelada de vidro derretido era derramada num leito, prensado com cilindros até a espessura de mais ou menos o dobro da medida final, temperado, e então desgastado e polido, um lado de cada vez.

O processo Bicheroux, introduzido no começo dos anos 20, derramava o vidro entre dois cilindros . Essa técnica permitia que a espessura original do vidro produzido alcançasse melhores tolerâncias e chegasse mais perto do que eventualmente se queria, resultando em menor perda de material e menos gastos.

Uma vez reduzida a espessura original prensada, se podiam obter tamanhos maiores por quantidade de massa de vidro em fusão. A falta de continuidade na produção em ambos os processos de compressão e de desgaste / polimento continuava um obstáculo, até que a Ford Motor Company desenvolveu seu sistema na década de 20, para suprir a necessidade de vidros para automóveis.

Ford inventou um sistema no qual o vidro fundido era alimentado continuamente entre os cilindros e em seguida desgastado e polido continuamente. Os tamanhos obtidos eram adequados somente para carros; Pilkington, no Reino Unido, desenvolveu um sistema similar, de 1923 em diante, para chapas maiores. A produção completa contínua e dinâmica (inclusive a passagem além do limite entre têmpera e desgaste / polimento) foi completada, em bases comerciais, em 1938, quando a fábrica de Pilkington, de 320m de comprimento foi instalada, unindo prensagem com cilindros, têmpera e os gêmeos desgaste e polimento dos dois lados ao mesmo tempo.

A prensagem com cilindros, seja para a produção de vidros planos, seja para vidros moldados tem sido constantemente usada como técnica desde esse tempo. Muitas fábricas qua ainda estão em operação foram instaladas nessa época.

Até a década de 50, todo vidro plano de janela era feito segundo uma das duas técnicas expostas até aqui. A prensagem com cilindros era usada para fabricar vidro moldado, vidros de tamanhos grandes, ou o produto básico para chapas planas polidas, que exigissem um alto grau de perfeição óptica da superfície, completamente plana (como para espelhos); esse vidro era espesso e caro quando se exigia que tivesse boas qualidades de superfície. A outra técnica, fabricação de folhas de vidro, satisfazia a necessidade de vidro barato para janelas, e tinha um excelente acabamento queimado, porém, tinha limitações intrínsecas de tamanho e não era possível tornar sua superfície opticamente plana.

A indústria estava à caça de um método de produção contínuo que pudesse fabricar vidro em espessuras diferentes mas opticamente constantes, apresentando boas qualidades de superfície.

O processo de Flutuação (o vidro float)

O processo de flutuação, inventado e desenvolvido pela Pilkington, representa uma das importantes contribuições para a indústria do vidro. Na fabricação, apropria-se de uma das principais características do processo de prensagem com cilindros (a colocação do material horizontalmente) e integra-o ao princípio do fluxo contínuo em um passo radical.

O processo de flutuação opera sobre o princípio de que o vidro, a 110°C, ajuda a manter fundido o estanho no qual flutua: o estanho tem seu ponto de fusão a 232°C, um dos mais baixos de todos os metais, e um ponto de fervura a 2720°C. Vidro fundido derramado sobre estanho deverá, portanto, tendo peso específico mais baixo, flutuar nele, afundando-o cerca de 6mm. Nessas três propriedades - pontos de fusão, peso específico e tensão de superfície (que controla a profundidade da imersão) residem a características notáveis do processo de flutuação.

Todas as fábricas que usam a flutuação são desenhadas sob os mesmos princípios básicos.

Uma fábrica padrão que emprega o processo de flutuação, compreende 2 partes funcionais principais:

a) a instalação dos lotes de material b) a linha de produção por flutuação

A instalação para os lotes de Material

É aqui que as matérias-primas são estocadas e misturadas aos vários componentes necessários para os vidro de diferentes composições produzidos na linha de flutuação. Trata-se de um edifício isolado, com vários andares, de mais ou menos 30m de altura.

Os materiais para a produção do vidro claro, padrão, pelo processo de flutuação, são:

Areia

Cinza de soda (Na2, CO3, para conversão a NA2O)

Pedra de cal (CaCO3, para conversão a CAO)

Dolomita (Ca/Mg CO3, para conversão MgO)

Sulfato de sódio cru

Aparatas de vidro (vidro quebrado reciclado)

Após a mistura, os lotes misturados são transportados por caminhões basculantes em cargas de 4 toneladas por caminhão, ou em esteiras rolantes até a extremidade do tanque.

A linha de flutuação

Requer os seguintes potenciais de fabricação:

A produção de um fluxo contínuo de vidro fundido, na mistura requerida a 1100°C.

O estiramento disso através do estanho fundido para obter as espessuras variadas do vidro.

A espessura "natural" do vidro no estanho ( dada a tensão superficial) está entre 6mm e 7mm. Para obter vidro mais fino é preciso esticar a tira de vidro puxando-a mais rapidamente por meio de roletes no lehr de resfriamento (têmpera), enquanto se restringe sua tendência para "acinturar-se". Para obter vidro mais grosso, é preciso restringir o fluxo lateral normal por meio de anteparos. A espessura, variando de 2,5mm a 25mm é produzida regularmente. É teoricamente possível produzir espessuras de até 35mm.

A linha requer os seguintes componentes principais:

Tanque de fusão

Banho de flutuação

Lehr de resfriamento (têmpera)

Corte automático

Processo de estocagem automático

O processo é tal que não pode ser parado sem ruptura prejudicial, e as fábricas podem ser operadas por vários anos sem maiores reformas ou reparos.

O tanque de fusão

Tem 60m de comprimento, 12m de largura e 1,5m de profundidade e suporta 2.100 toneladas de vidro. Os enormes tanques modernos suportam até 5.000 toneladas. O tanque assenta-se sobre uma câmara de ventilação de 15m de profundidade construída em alvenaria ventilada. A câmara é a fonte de ar usada para fornecer oxigênio para a fornalha regenerativa sobre a qual se assenta o tanque. A fornalha é, em geral, aquecida a óleo (com facilidades para substituição por gás), e opera de ambos os lados com uma substituição a cada 20 minutos. Enquanto um lado está ardendo, os gases gerados são eliminados pelo outro lado através dos dutos subjacentes. A câmara atua como um cano de chaminé, e regenerador do calor.

A alimentação da linha com a mistura se faz a partir do recipiente provisório de recepção em direção a um cocho basculante que corre sobre um trilho suspenso na frente da fornalha. Uma vez cheio, o cocho cruza a boca da fornalha, e o composto, inclina-se por meio de um rolete resfriando a água, e cai dentro da fornalha junto com o vidro reciclado partido (cullet) que vem da outra extremidade da linha.

A fornalha aquece o composto entre 1500°C a 1600°C, o vidro flui para o tanque e resfria até 1100°C, sendo o resfriamento final por ar frio soprado sobre o vidro fundido. O nível do vidro fundido é automaticamente controlado até mais ou menos 5mm.

O processo todo é monitorado usando circuito fechado de televisão (monitores ligados a câmaras focalizam o interior do tanque) e computadores, de uma sala de controle adjacente envidraçada.

Na extremidade do tanque, a massa derretida a 1100°C passa através de um refinador, no qual os gases dispersos são eliminados e ela é despejada através de canal sobre o estanho.

O banho de flutuação

Trabalha em função do princípio de que o vidro fundido a 1100°C derrete o estanho num banho raso. O tanque tem 55m de comprimento por 600mm de profundidade e uma largura interna de 7,6m, contendo cerca de 1800 toneladas de estanho fundido. A alta densidade do estanho garante que o vidro flutue à sua superfície.

O tanque é selado e a atmosfera interior é alimentada com hidrogênio e nitrogênio para evitar a oxidação do estanho. A continuidade do processo mantém uma tira de vidro fluindo para dentro do banho, conduzindo-o para o lehr de resfriamento (têmpera) a 600oC.

A profundidade normal de imersão de 6 - 7mm torna a produção do vidro de 6mm razoavelmente fácil. Aumentando a velocidade dos roletes no alto do lehr de resfriamento, estira-se o fluxo para produzir vidro mais fino: o acinturamento é evitado com roletes laterais acima do tanque. Vidro mais espesso é produzido com anteparos.

A largura máxima possível é em geral de 3500mm, o que rende uma tira útil de 3,2mm . Um nível de fluxo de 1115 m/h rende vidro espesso de 4mm. Tanques mais largos, de até 4m, estão sendo cogitados para novas linhas.

Mudar a espessura é comparativamente rápido: mudar de 4mm para 5mm leva 45 minutos - envolvendo uma perda para cullet (aparas) de cerca de 900m.

Na extremidade do tanque,o vidro a 600°C tem uma resistência de superfície suficiente par evitar que seja marcado pelos roletes de ferro do lehr de resfriamento.

O processo de flutuação é monitorado por circuito fechado de TV e por computadores e é tão facilmente controlado como o estágio do tanque de fusão.

Lehr de Resfriamento (têmpera)

Esse processo resfria o vidro sob condições muito controladas para produzir um material com propriedades corretas, particularmente adequado ao corte. O lehr de resfriamento (têmpera), ou câmara de resfriamento (de aproximadamente 100 metros de comprimento), consiste principalmente de uma caixa fechada dentro da qual o vidro passa sobre roletes, e a temperatura de qualquer largura de vidro é controlada; isso envolve aquecer as bordas em certos pontos enquanto o centro está sendo resfriado. No momento em que o vidro aparece, sua temperatura cai para 100°C, sendo em seguida resfriado sob tubos de ventilação com furos com centros a cada 75 a 100mm, usando ar ambiente.

Verificação automática e corte

À medida que o vidro emerge do lehr, passa através de um ponto de controle no qual é iluminado de cima por uma lâmpada de vapor de mercúrio refletida num espelho. O espelho reflete uma luz regular para baixo através do vidro sobre uma superfície branca perfeita sob os roletes. A câmara de TV posicionada sob o vidro transmite uma gravação contínua de imperfeições no vidro. Todas as imperfeições observadas são registradas no computador e o setor concernente é cortado e descartado durante o processo de corte subsequente.

O corte automático transversal, diagonal e linear é realizado em resposta a ordens contidas nos computadores. Os lotes de vidro são apanhados e empilhados aos lados da linha para estocamento. Quinze tamanhos padrão são cortados continuamente mantendo altos os estoques.

Tingimento da substância

A introdução de corantes químicos, para a fabricação de produtos de controle de irradiação - transmissão é feita por modificação da série. As cores típicas verde, cinza e bronze são obtidas desse jeito. Esse processo encerra um problema - chave para o fabricante de vidro, dado que o processo é contínuo, e pode levar quatro dias desde a adição do componente para que a mistura fundida produza uma cor consistente. A um nível contínuo de fluxo de 1000m/h, isso pode criar até 300.000m2 de produto desperdiçado - cullet ( aparas) ou vidro para mobiliário, cada vez que a cor é mudada.

O desperdício extremamente alto associado à mudança de cor da substância (suficiente para 10 grandes edifícios) levou a indústria a guiar-se por dois princípios: restringir as cores comercializadas e desenvolver métodos alternativos de modificar a transmissão de energia. A Pilkington por exemplo só fabricou 2 das 3 cores - cinza e bronze) comercializadas no Reino Unido nos anos 80. "verde anti-solar" foi importado de sua fábrica alemã para o seu mercado no Reino Unido, um típico exemplo da demanda do mercado mundial para tornar viável uma fábrica.

Modificação da superfície

Em vez de fazer alterações no conteúdo da mistura completa, os fabricantes primeiro concentraram-se particularmente nas mais recentes técnicas de revestimento na modificação da superfície. Assim, íons metálicos (como chumbo e cobre) foram lançados sobre a superfície do vidro dentro do banho de flutuação por força eletromotiva.

Produção

O Processo de flutuação depende da produção contínua de uma tira de vidro que deve ser estocada. Um objetivo padrão de produção é fabricar cargas de 20 toneladas / caminhão empilhadas em tamanhos de estoque para satisfazer a demanda. Como um procedimento padrão, se costuma cortar o material em comprimento de 6m para estocagem.

Espessuras

O vidro assim produzido é feito rotineiramente em espessuras que variam de 2mm a 25mm.

A produção experimental de 50 a 100 mícrons está sendo desenvolvida embora falar em vidro muito fino soe como um meio econômico de usar a linha para gerar a área máxima de superfície por quantidade de massa de vidro, não é o método de produção mais rentável. Os melhores retornos são do vidro de 4mm e de 6mm por causa da demanda para substituição e mercados de construções novas, enquanto os vidros mais finos e fracos são usados para produtos como os vidros laminados.

Manutenção

Alguma manutenção pode ser realizada sem esvaziar e limpar completamente a fábrica. O estanho, por exemplo, permanece aceitável e não contaminado durante anos, precisando apenas ser completado. Um reparo a frio ou manutenção é necessário a cada 5 anos mais ou menos.

Prensagem com Cilindros

Embora o processo de flutuação tenha vindo a dominar a indústria primária do vidro no mundo desenvolvido, o vidro prensado ainda tem um imenso mercado, e proporciona uma extensa série de produtos. O vidro prensado não pode ter as duas faces paralelas relativamente brilhantes queimadas do processo de flutuação; mas, pode ser produzido em pequenas e econômicas partidas de vidros de diferentes composições em geral caracterizados por uma superfície moldada e uma áspera.

A prensagem compreende 5 estágios de fabricação:

Fusão

Prensagem

Resfriamento

Corte

Estocagem

Fusão

Areia, cullet (apara) - 10 a 2% - e outros constituintes necessários, misturados em uma instalação em série, são virados em um recipiente para fusão aquecido a gás a cerca de 1100mm de profundidade. O calor é suprido por maçaricos colocados acima da instalação. A massa é aquecida até atingir de 1600°C a 1800°C e então flui de encontro aos cilindros, sob condições de temperatura controladas, para assegurar que os alcance numa consistência adequada de "melaço"

Moldagem

O vidro fundido é derramado como uma tira de cerca de 1400 mm de largura em direção aos cilindros principais. Os cilindros, com aproximadamente 240mm de diâmetro, são removíveis e produzem num padrão repetido na superfície do vidro, cujo comprimento é igual à circunferência do cilindro, ou a um fração dele (cerca de 750mm). A série de moldes (padrões) estocados requer troca freqüente de cilindros em resposta às necessidades de reestocagem e a máquina é desenhada para permitir que a troca dos cilindros (para limpeza ou mudaça de desenho) seja realizada por uma equipe de mais ou menos 10 pessoas em 30 minutos. Isso requer que o fluxo de vidro seja barrado com conseqüente perda de produção.

Refrescamento, Corte e Estocagem

Esses processos são geralmente os mesmos dos descritos em relação ao processo de flutuação, embora, quase sempre, com menos automação.

Produtos

A simplicidade comparativa das técnicas de laminação tornam possível a produção de muitos produtos diferentes, e torna-os adequados para adaptação a inserção de camadas intercaladas com arames. A inserção de arames de reforço é uma das melhores aplicações existentes da técnica de camadas intercaladas. Os telhados imensos, necessários para as estações ferroviárias, edifícios para exposição e feiras da 2ª metade do século XIX, junto com a preocupação crescente com o jogo, criaram a necessidade de algum tipo de vidro de segurança. A primeira patente foi tirada em 1855, e a Pilkington iniciou a fabricação em bases comerciais em 1898.

Produtos contemporâneos incluem malhas de 6mm, redes soldadas de malhas de 12,5mm e redes com malhas hexagonais de 25mm. O rolo de rede é introduzido no vidro quente enquanto ainda está em estado maleável, por meio de um cilindro colocado justamente na frente dos cilindros principais do vidro.

Novos produtos se obtêm com facilidade desde que encaixem nos critérios de moldagem e fabricação do processo. Novos métodos de gravação com cilindros estão constantemente sendo desenvolvidos e usados incluindo foto-gravação. Novos padrões requerem um pedido de não mais que 10000m2 para serem economicamente viáveis (o equivalente ao fornecimento completo de um prédio de 30 andares).

Fabricação secundária

A fabricação primária, a produção de vidro plano numa série de passos integrados da fusão, passando pela moldagem até a têmpera, cria uma enorme série de produtos os quais, historicamente satisfizeram e criaram o mercado.

Entretanto, arquitetos, designers e consumidores em geral, tem aumentado a demanda de produtos com melhor desempenho do que uma simples lâmina temperada. Necessidades de resistência, segurança e desempenho técnico obrigaram a indústria a desenvolver novos materiais feitos para padrões mais exigentes, e não é agora espantoso, em um mercado nacional, que mais vidro seja usado para manufatura secundária do que para simples vidraças na sua forma primária produzido de uma forma ou de outra.

Para a indústria do vidro como um todo, esses produtos não são meramente um meio de vender mais vidro para satisfazer demandas mais altas; são produtos de valor, acrescentados para satisfazer um mercado sofisticado crescente com materiais de custo intrínseco mais alto, tirando maior lucro de um metro quadrado de vidro.

As técnicas de fabricação usadas pela indústria secundária, variam do simples e comparativamente tradicional, aos métodos de tecnologia extremamente aperfeiçoados, resultantes do uso de avanços da física. Dessas técnicas dependem muitos dos produtos do futuro e o conhecimento deles dá uma indicação das direções possíveis.

Endurecimento pelo calor da têmpera

A produção de um vidro seguro tem sido um objetivo dos fabricantes por mais de um século, mas foi só por volta de 1870 que a técnica foi dominada. Envolvia aquecer intensamente vidro e esfriá-lo em óleo. Em 1928, os franceses desenvolveram o SECURIT; o método de produção consistia na suspensão do vidro em uma fornalha elétrica, seguida de rápido resfriamento realizado soprando ar frio em ambos os lados. Esse método ainda é usado mas tem a desvantagem de deixar marcas das tenazes gravadas na superfície do vidro, por onde ficou preso suspenso verticalmente durante o processo.

Durante os 10 últimos anos, o processo vertical foi substituído pelo horizontal onde as demandas do mercado justificassem o alto investimento de capital necessário. Produz-se um vidro de melhor qualidade, livre das marcas das tenazes, da sua distonação e esticamento; sendo ainda plano suficiente para polimento duplo ou laminação. O processo horizontal é descrito a seguir.

Criar a resistência no vidro, por qualquer que seja o processo, requer cinco passos:

Moldagem e trabalho

Lavagem

Aquecimento

Resfriamento

Imersão em calor

Moldar e trabalhar

As tensões construídas no endurecimento tornam o trabalho com o vidro impossível após este processo. Por essa razão, o desgaste das bordas e polimentos, a formação de orifícios e cortes de qualquer tipo, devem ser realizados antes da têmpera. O impacto mais significativo que isso tem na prática normal é que todo vidro temperado deve ser cortado e processado segundo os pedidos para satisfazer a linha de montagem para a qual é planejado. Isto coloca demandas especiais no tempo de obtenção e viabilidade.

Lavagem

A lavagem é essencial para assegurar que o vidro que entra na fornalha esteja perfeitamente limpo.

Aquecimento

A essência do processo de têmpera é realizar o aquecimento cuidadosamente controlado antes do resfriamento. A fornalha é uma câmara de 80m de comprimento aquecida até a temperatura de 625°C. O vidro é conduzido através dela sobre cilindros de cerca de 50mm de diâmetro e a intervalos de 150mm, e alcança a temperatura da fornalha de maneira gradual e controlada. A principal dificuldade é a de conseguir manter a temperatura regularmente controlada em toda a área. Em fornalhas modernas as chapas de vidro são oscilantes permitindo que o equipamento seja menor.

Resfriamento

O vidro deixa a fornalha e vai para o equipamento de resfriamento. Esse compreende jatos sobre ou sob o vidro, soprando ar à temperatura ambiente sobre a sua superfície. Quanto mais alto é o grau de resistência requerido, mais depressa sopra-se o ar.

Imersão em Calor

Após a têmpera, o vidro é imerso em calor a 290°C por várias horas, para testar a qualidade de homogeneidade do material e, particularmente, para testar a presença de sulfeto de níquel que levam o vidro a despedaçar-se.

Produtos

O uso de fornalhas com "piso rolante" permite que vidros espessos e tingidos possam ser aquecidos sem a marca das tenazes. As larguras disponíveis dependem da largura planejada para o equipamento e o forno corrente típico na Europa pode produzir vidro de 4 metros de comprimento por 2100mm de largura. Os padrões de segurança requeridos são em geral definidos pelo número de partículas produzidas despedaçando o vidro num simples golpe, de modo padrão, e contando os cacos numa área de 100mm quadrados. O maior tamanho de vidro temperado disponível varia de fabricante para fabricante, com as dimensões máximas disponíveis de até 2,4m e 5m.