कांच का तापानुशीतन

किसी पदार्थ के अंदर एक इकाई क्रॉस सेक्शन पर लगने वाले अंतःक्रिया बल को आंतरिक तनाव कहते हैं। कांच के आंतरिक तनाव को इसके उत्पन्न होने के विभिन्न कारणों के अनुसार तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है।
(1) कांच में ऊष्मीय तनाव तापमान अंतर के कारण कांच में उत्पन्न तनाव को ऊष्मीय तनाव कहा जाता है। इसकी अस्तित्व विशेषताओं के अनुसार, इसे अस्थायी तनाव और स्थायी तनाव में विभाजित किया जाता है।
1 अस्थायी तनाव जब तनाव बिंदु से कम तापमान वाले लोचदार विरूपण तापमान रेंज में कांच गर्म या ठंडा करने के दौरान असमान तापमान परिवर्तन से गुजरता है तो उत्पन्न थर्मल तनाव को अस्थायी तनाव कहा जाता है। यह तनाव तापमान ढाल के अस्तित्व के साथ मौजूद होता है और तापमान ढाल के गायब होने के साथ गायब हो जाता है।
2 स्थायी तनाव कांच की भीतरी और बाहरी परतों के बीच तापमान ढाल के गायब होने के बाद कांच में जो थर्मल तनाव रहता है उसे स्थायी तनाव कहते हैं। कांच में स्थायी तनाव की उत्पत्ति तनाव तापमान सीमा के भीतर तनाव विश्राम का परिणाम है। स्थायी तनाव की उत्पत्ति को कम करने के लिए, कांच की रासायनिक संरचना और उत्पाद की मोटाई के अनुसार उपयुक्त एनीलिंग तापमान और शीतलन दर का चयन किया जाना चाहिए ताकि अवशिष्ट तनाव मूल्य स्वीकार्य सीमा के भीतर हो।
(2) कांच में संरचनात्मक तनाव असमान रासायनिक संरचना के कारण संरचनात्मक असमानता के कारण कांच में उत्पन्न तनाव को संरचनात्मक तनाव कहा जाता है। संरचनात्मक तनाव एक स्थायी तनाव है। उदाहरण के लिए, कांच के पिघलने की प्रक्रिया के दौरान, खराब पिघलने के समरूपता के कारण, धारियाँ और पत्थर जैसे दोष उत्पन्न होते हैं। इन दोषों की रासायनिक संरचना मुख्य कांच से अलग होती है, और उनके विस्तार गुणांक भी अलग होते हैं। तापमान कमरे के तापमान तक पहुँचने के बाद, अलग-अलग विस्तार गुणांक वाले आसन्न हिस्से अलग-अलग सिकुड़ते हैं, जिससे कांच में तनाव पैदा होता है। कांच की अंतर्निहित संरचना के कारण होने वाले इस तनाव को एनीलिंग द्वारा समाप्त नहीं किया जा सकता है।
(3) कांच का यांत्रिक तनाव यांत्रिक तनाव कांच पर बाहरी बल के कारण होने वाले तनाव को संदर्भित करता है। यह एक अस्थायी तनाव है। बाहरी बल के गायब होने पर यह गायब हो जाता है।

कांच का तापानुशीतन एक ताप उपचार प्रक्रिया है, जो ढलाई या ताप प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान कांच में उत्पन्न स्थायी तनाव को कम या समाप्त करने तथा कांच के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए की जाती है।
कांच में तनाव के निर्माण के कारण के अनुसार, कांच का एनीलिंग अनिवार्य रूप से दो प्रक्रियाओं से बना होता है: तनाव को कम करना और खत्म करना; नए तनाव की पीढ़ी को रोकना। कांच का कोई निश्चित गलनांक नहीं होता है। यह उच्च तापमान से ठंडा होकर तरल से भंगुर ठोस पदार्थ में बदल जाता है। इस तापमान सीमा को संक्रमण तापमान सीमा कहा जाता है। ऊपरी सीमा का तापमान मृदुकरण तापमान है और निचली सीमा का तापमान संक्रमण तापमान है। संक्रमण तापमान सीमा में, कांच में कण अभी भी गति कर सकते हैं, अर्थात संक्रमण तापमान के पास एक निश्चित तापमान पर, ताप संरक्षण और समीकरण कांच में थर्मल तनाव को समाप्त कर सकते हैं। चूंकि इस समय कांच एक विस्कोलेस्टिक निकाय है, हालांकि तनाव को शिथिल किया जा सकता है, लेकिन यह उत्पाद की उपस्थिति को नहीं बदलेगा।

(1) कांच का एनीलिंग तापमान और एनीलिंग तापमान रेंज कांच में स्थायी तनाव को खत्म करने के लिए, कांच के प्रत्येक भाग के तापमान ढाल को खत्म करने और तनाव को कम करने के लिए गर्मी संरक्षण और समीकरण के लिए कांच को कांच संक्रमण तापमान टीजी से नीचे एक निश्चित तापमान पर गर्म किया जाना चाहिए। इस ऊष्मा संरक्षण और समीकरण तापमान को एनीलिंग तापमान कहा जाता है। कांच का उच्चतम एनीलिंग तापमान उस तापमान को संदर्भित करता है, जिस पर 3 मिनट के बाद 95% तनाव को समाप्त किया जा सकता है, जो एनीलिंग बिंदु (n-1012Pa·s) के बराबर है, जिसे ऊपरी एनीलिंग तापमान भी कहा जाता है; निम्नतम एनीलिंग तापमान उस तापमान को संदर्भित करता है, जिस पर 3 मिनट के बाद केवल 5% तनाव को समाप्त किया जा सकता है। इसे निम्न एनीलिंग तापमान भी कहा जाता है। उच्चतम एनीलिंग तापमान से निम्नतम एनीलिंग तापमान तक के तापमान रेंज को एनीलिंग तापमान रेंज कहा जाता है वास्तविक उत्पादन में, आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला एनीलिंग तापमान उच्चतम एनीलिंग तापमान से 20 ~ 30 डिग्री कम होता है। सबसे कम एनीलिंग तापमान उच्चतम एनीलिंग तापमान से 50 ~ 150 डिग्री कम होता है। कांच का एनीलिंग तापमान इसकी रासायनिक संरचना से संबंधित है। कोई भी संरचना जो कांच की चिपचिपाहट को कम कर सकती है, वह एनीलिंग तापमान को भी कम कर सकती है।

(2) ग्लास एनीलिंग प्रक्रिया ग्लास उत्पादों की एनीलिंग प्रक्रिया में चार चरण शामिल हैं: हीटिंग, गर्मी संरक्षण, धीमी गति से ठंडा करना और तेज़ ठंडा करना। प्रत्येक चरण की हीटिंग और कूलिंग गति, गर्मी संरक्षण तापमान और समय के अनुसार, तापमान और समय के बीच संबंध का एक वक्र खींचा जा सकता है। चित्र 2-35 एनीलिंग वक्र है।
पहला चरण हीटिंग चरण है। मुख्य कार्य उत्पाद को एनीलिंग तापमान तक गर्म करना है। जब कांच उत्पाद बनता है और एनीलिंग भट्टी में भेजा जाता है, तो निर्माण संचालन और परिवहन प्रक्रिया के दौरान उत्पाद के तापमान में गिरावट के कारण, उत्पाद का तापमान आम तौर पर एनीलिंग भट्टी में प्रवेश करते समय कांच के एनीलिंग तापमान से कम होता है, खासकर कुछ पतली दीवार वाले उत्पादों के लिए। इसलिए, जब उत्पाद एनीलिंग भट्टी में प्रवेश करता है, तो उत्पाद को पहले से निर्धारित एनीलिंग तापमान तक गर्म किया जाना चाहिए।

जब कांच को गर्म किया जाता है, तो इसकी सतह परत पर दबाव पड़ता है और इसकी भीतरी परत पर तन्यता तनाव पड़ता है। चूँकि कांच की संपीड़न शक्ति इसकी तन्यता शक्ति से लगभग 10 गुना होती है, इसलिए गर्म करने की गति भी उसी अनुपात में तेज़ हो सकती है। हालाँकि, तापमान ढाल द्वारा उत्पन्न अस्थायी तनाव और हीटिंग प्रक्रिया के दौरान अंतर्निहित स्थायी तनाव का योग इसकी तन्यता शक्ति सीमा से अधिक नहीं हो सकता है, अन्यथा यह टूट जाएगा। वास्तविक उत्पादन में, कांच के उत्पादों की मोटाई की एकरूपता, उत्पादों का आकार और आकार, और एनीलिंग भट्टी में तापमान वितरण की एकरूपता जैसे कारक हीटिंग और हीटिंग गति को प्रभावित करेंगे।
उत्पाद बनने के तुरंत बाद एनीलिंग को प्राथमिक एनीलिंग कहा जाता है, और उत्पाद के ठंडा होने के बाद एनीलिंग को द्वितीयक एनीलिंग कहा जाता है। बोतल और कैन ग्लास उत्पादों का उत्पादन हमेशा बनाने के तुरंत बाद एनीलिंग भट्टी में प्रवेश करने की प्राथमिक एनीलिंग विधि को अपनाता है। जटिल आकार, असमान दीवार मोटाई या 8 मिमी से अधिक बोतल तल मोटाई वाले कुछ उत्पादों के लिए, द्वितीयक एनीलिंग के लिए एक बार के एनीलिंग भट्ठे का उपयोग करना सख्त वर्जित है। यदि फिर से एनीलिंग की आवश्यकता है, तो एनीलिंग के लिए एक द्वितीयक एनीलिंग भट्ठा का चयन किया जाना चाहिए, अन्यथा कांच के उत्पाद फट जाएंगे। उदाहरण के लिए, सतह के डीकल उत्पाद द्वितीयक एनीलिंग से संबंधित हैं, और बेकिंग भट्ठे का उपयोग द्वितीयक एनीलिंग के लिए उत्पाद को एनील करने के लिए किया जाता है। कुछ उत्पादों के लिए जिन्हें सुखाने से संसाधित करने की आवश्यकता होती है, यदि सुखाने के बाद तनाव बहुत बड़ा है, तो तनाव को खत्म करने के लिए द्वितीयक एनीलिंग की भी आवश्यकता होती है।
दूसरा चरण इन्सुलेशन चरण है, जिसका मुख्य उद्देश्य तेजी से गर्म होने से उत्पन्न तापमान ढाल को खत्म करना और उत्पाद में निहित आंतरिक तनाव को खत्म करना है। सतह के तापमान और उत्पाद की आंतरिक परत के बीच तापमान अंतर को गायब करना। इस चरण में, पहले एनीलिंग तापमान निर्धारित किया जाना चाहिए, उसके बाद इन्सुलेशन समय। आम तौर पर, एनीलिंग तापमान एनीलिंग तापमान की ऊपरी सीमा से 20 ~ 30 डिग्री कम होता है। प्रत्यक्ष माप के अलावा, जिस तापमान पर चिपचिपापन 1012Pa ·s है, उसकी गणना कांच की संरचना के आधार पर भी की जा सकती है। जब एनीलिंग तापमान निर्धारित किया जाता है, तो इन्सुलेशन समय की गणना 70a2 ~ 120a2 के अनुसार, या स्वीकार्य तनाव मूल्य के अनुसार की जा सकती है।
आम तौर पर, मोटी दीवारों वाले उत्पादों के लिए, तापमान का समय लंबा होना चाहिए, ताकि उत्पाद में तनाव पूरी तरह से शांत हो सके, अन्यथा, उत्पाद में एक बड़ा आंतरिक तनाव बना रहेगा। पतली दीवार वाले उत्पादों के लिए, इन्सुलेशन समय उचित रूप से कम हो सकता है।
तीसरा चरण एनीलिंग भट्टी में उत्पाद का धीमा ठंडा होना है। एनीलिंग तापमान पर गर्मी संरक्षण की एक निश्चित अवधि के बाद, उत्पाद का मूल तनाव समाप्त हो गया है। ठंडा करने के बाद स्थायी तनाव उत्पन्न होने से रोकने के लिए, या उत्पाद द्वारा आवश्यक तनाव सीमा तक इसे कम करने के लिए, स्थायी तनाव के गठन को रोकने के लिए समीकरण के बाद धीमी गति से ठंडा करना आवश्यक है।
चौथा चरण कांच का तेजी से ठंडा होने वाला चरण है। तेजी से ठंडा होने का प्रारंभिक तापमान कांच के तनाव बिंदु से कम होना चाहिए, क्योंकि कांच की संरचना तनाव बिंदु के नीचे पूरी तरह से स्थिर होती है। हालांकि इस समय तापमान ढाल उत्पन्न होता है, लेकिन कोई स्थायी तनाव उत्पन्न नहीं होगा। तेजी से ठंडा होने के चरण में, केवल अस्थायी तनाव उत्पन्न हो सकता है। यह सुनिश्चित करने के आधार पर कि कांच के उत्पाद अस्थायी तनाव के कारण टूट न जाएं, उन्हें जितनी जल्दी हो सके ठंडा किया जा सकता है।
वास्तविक उत्पादन में, कम शीतलन दर का उपयोग किया जाता है। सामान्य ग्लास के लिए, इस मान का 15%~20% लिया जाता है, और ऑप्टिकल ग्लास के लिए, 5% से कम लिया जाता है।
कांच के उत्पादों का कुल एनीलिंग समय हीटिंग, गर्मी संरक्षण, धीमी गति से ठंडा करने और तेजी से ठंडा करने के समय का योग है। प्रत्येक चरण की एनीलिंग दर स्वीकार्य तनाव मूल्य तक सीमित होनी चाहिए जिसे उत्पाद झेल सकता है। सबसे पहले, गणना द्वारा सबसे उपयुक्त एनीलिंग वक्र निर्धारित करें, और आमतौर पर इसे उत्पादन अभ्यास में समायोजित करें। बोतल ग्लास के लिए! एनीलिंग सिस्टम तालिका 2-34 में दिखाया गया है।

(3) एनीलिंग सिस्टम तैयार करते समय ध्यान देने योग्य बातें बोतल ग्लास का एनीलिंग तापमान उत्पाद के आकार, वजन, कांच की संरचना, उत्पाद भट्ठा तापमान और प्रत्येक एनीलिंग भट्ठा की संरचनात्मक विशेषताओं के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए। साथ ही, निम्नलिखित बिंदुओं पर भी विचार किया जाना चाहिए।
① एनीलिंग फर्नेस में तापमान अंतर का प्रभाव कई तकनीकी उपायों के बावजूद, एनीलिंग फर्नेस के क्रॉस सेक्शन में तापमान का वितरण अभी भी असमान है, जो उत्पाद के तापमान को असमान बनाता है। इसलिए, एनीलिंग सिस्टम तैयार करते समय, इन्सुलेशन समय को उचित रूप से बढ़ाया जाना चाहिए, और धीमी गति से ठंडा करने की दर वास्तविक स्वीकार्य स्थायी तनाव मूल्य के अनुरूप शीतलन दर से कम होनी चाहिए, आम तौर पर गणना के लिए स्वीकार्य तनाव मूल्य का आधा हिस्सा लिया जाता है। हीटिंग दर और तेज शीतलन दर के निर्धारण में एनीलिंग फर्नेस तापमान अंतर के प्रभाव पर भी विचार करना चाहिए।
जब उत्पाद को ठंडे छिड़काव की आवश्यकता नहीं होती है, तो एनीलिंग भट्ठा श्रृंखला में बोतलों की दूरी भट्ठे में गर्मी चक्र और हवा के गर्मी चक्र को प्रभावित किए बिना यथासंभव करीब होनी चाहिए। आम तौर पर, 15 ~ 20 मिमी उपयुक्त है। इसके अलावा, बोतल की ऊंचाई और आकार पर भी विचार किया जाना चाहिए। यदि बोतल लंबी है, तो दूरी की ऊपरी सीमा ली जा सकती है, और यदि बोतल छोटी है, तो निचली सीमा ली जा सकती है। जब उत्पाद को ठंडे छिड़काव की आवश्यकता होती है, तो बोतल की दूरी ठंडे अंत छिड़काव पर आधारित होनी चाहिए जो बोतल के शरीर पर समान रूप से स्प्रे करने में सक्षम हो।
③ मोटी दीवारों और जटिल आकृतियों वाले उत्पादों की एनीलिंग समस्याएँ मोटी दीवारों वाले उत्पादों की भीतरी और बाहरी परतों के बीच तापमान का अंतर बड़ा होता है। इसलिए, एनीलिंग तापमान सीमा के भीतर, मोटी दीवारों वाले उत्पादों के इन्सुलेशन समय को तदनुसार बढ़ाया जाना चाहिए ताकि उत्पादों की भीतरी और बाहरी परतों का तापमान सुसंगत हो सके, लेकिन ठंडा करने की दर भी तदनुसार धीमी होनी चाहिए, और कुल एनीलिंग समय बढ़ाया जाना चाहिए। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मोटी दीवारों वाले उत्पादों के इन्सुलेशन समय का विस्तार उत्पादों की मोटाई के अनुपात में नहीं है। ऐसा इसलिए है क्योंकि मोटाई बढ़ने के बाद लोड बड़ा होता है। यदि उत्पादों को लंबे समय तक उच्च तापमान पर रखा जाता है, तो वे ख़राब होने में आसान होते हैं। जटिल आकृतियों वाले उत्पाद तनाव सांद्रता के लिए प्रवण होते हैं। इसलिए, उन्हें मोटी दीवारों वाले उत्पादों की तरह अपेक्षाकृत कम इन्सुलेशन तापमान का उपयोग करना चाहिए, और इन्सुलेशन समय को उचित रूप से बढ़ाया जाना चाहिए। हीटिंग और कूलिंग दोनों दरें धीमी होनी चाहिए।
④ एक ही भट्टी में विभिन्न प्रकार के उत्पादों की एनीलिंग समस्याएँ जब एक ही रासायनिक संरचना और अलग-अलग मोटाई वाले उत्पादों को एक ही एनीलिंग भट्टी में एनीलिंग किया जाता है, तो पतले उत्पादों के विरूपण से बचने के लिए एनीलिंग तापमान को सबसे छोटी दीवार मोटाई वाले उत्पाद के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए। हालाँकि, इन्सुलेशन समय को उचित रूप से बढ़ाया जाना चाहिए, और हीटिंग और कूलिंग दरों को सबसे बड़ी दीवार मोटाई वाले उत्पाद के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि मोटी दीवार वाले उत्पाद थर्मल तनाव के कारण टूटेंगे नहीं।
जब विभिन्न रासायनिक संरचना वाले उत्पादों को एक ही एनीलिंग भट्टी में एनीलिंग किया जाता है, तो सबसे कम एनीलिंग तापमान वाले ग्लास उत्पाद को इन्सुलेशन तापमान के रूप में चुना जाना चाहिए। साथ ही, इन्सुलेशन समय बढ़ाया जाना चाहिए ताकि विभिन्न एनीलिंग तापमान वाले उत्पाद अच्छी एनीलिंग प्राप्त कर सकें।
⑤ उत्पादों के अंतर्निहित तनाव का प्रभाव तेजी से गर्म करते समय, तापमान अंतर के अनुसार अस्थायी तनाव की गणना करने के अलावा, अंतर्निहित तनाव के प्रभाव का भी अनुमान लगाया जाना चाहिए।