Günlük havuz fırın: Kapasiteleri genellikle 5 tonun altında olup, camın işlenmesi elle veya yarı otomatik gerçekleştirilir. Sürekli çalışan havuz fırı

Transkript

1 CAM ERGİTME FIRINLARI 1 Bir cam fırınının seçimi aşağıdaki faktörlere göre yapılır: Ergitilecek camın türü Ergitilecek camın miktarı Camdan beklenen kalite Üretim yöntemine bağlı olarak en son ürünün niteliği Kullanılacak yakıtın cinsi Fırın için ayrılan tesis alanı 2 Cam Ergitme Fırını Çeşitleri 1) Havuz (Tank) fırın a) Günlük b) Sürekli 2) Potalı Fırın 3) Elektrikli Cam Fırınları (Havuz Fırınlar) a) Tam Elektrikli b) Elektrik Takviyeli c) Melez Havuz (Tank) Fırın Çok miktarda üretim yapılması durumunda "havuz veya tank fırın" ismi verilen cam ergitme fırınları kullanılır. Fırına bir taraftan hammaddeler verilirken diğer taraftan nispeten soğutulmuş cam üretim için alınmaktadır. 5 Çalışma biçimi yönünden tank fırınları; kesikli çalışan günlük ve sürekli çalışan havuz fırınları 6 olarak sınıflandırılırlar. 1

2 Günlük havuz fırın: Kapasiteleri genellikle 5 tonun altında olup, camın işlenmesi elle veya yarı otomatik gerçekleştirilir. Sürekli çalışan havuz fırın: Kapasiteleri ton/gün olan ve camın otomatik olarak işlendiği fırınlardır. 7 8 Genellikle havuz fırınlar 3 bölgeye ayrılırlar: Erime bölgesi: Cam harmanını oluşturan katı hammaddeler yaklaşık olarak C sıcaklık aralığında ergitilirler. Cam hammaddelerinin ergime sıcaklığı soda-kireç camı için 1500 C civarında iken, bu sıcaklık silis camlarında 1700 C 'nin üzerine çıkar. Saflaşma bölgesi: Bu bölgede erimiş ve akıcı cam hamurundaki gazlar hamurdan ayrılarak cam hamurunun homojenitesi sağlanır İşleme bölgesi: Bu bölgede sıcaklık erime bölgesine göre daha düşük olduğundan (1100 C) hamur buradan alınarak üfleme, çekme, presleme gibi çeşitli şekillendirme işlemlerine tabi tutulur. Havuz fırınları doğal gaz, fuel-oil veya elektrikle çalışan sistemlerden oluşurlar. 1 kg cam izabesi için fuel-oil kullanan sistemlerde 0,2 kg fuel-oil, elektrikle çalışanlarda 1 kw/saat elektrik sarf edilmektedir

3 HAVUZ (TANK) FIRINLARDA KULLANILAN REFRAKTERLER A) Cam seviyesi altında kalan kısım (taban ve yan bloklar) Fırının bu bölümünde kullanılan refrakterlerin seçiminde asıl hedef, cam korozyonuna dayanabilen refrakter seçmektir. 13 Bu amaçla daha önce bu bölgelerde silimanit refrakterler kullanılmış, ancak bu malzemeler 1 2 seneden fazla dayanmadıkları için günümüzde bunların yerini AZS refrakterler almıştır. 14 B) Cam seviyesi üstünde kalan kısım Üst yapı: Bu bölge, harman tozumasına ve yüksek sıcaklığa maruz kalır. Bunun için en uygun yapı malzemesi AZS'dir. Kemer: Fırının bu bölgesinde yine harman tozumasına ve yüksek sıcaklığa maruz kalmaktadır. Bunun için bazı firmalar kemerde de AZS kullanmalarına rağmen, bu oldukça pahalıdır. Bu yüzden en uygun çözüm, silika refrakter kullanmaktır. 15 Port: Rejenaratörlerle havuz fırın arasındaki irtibatı sağlayan portların fonksiyonu, yakma havasının fırına girişini ve baca gazlarının ve harman tozumasından oluşan partiküllerin fırını terk etmesini temin etmektir. Portlardan geçen baca gazlarının sıcaklığı yaklaşık 1550 C 'dir ve içerisinde hammaddeden gelen partiküller bulunmaktadır. Bu nedenle port yapımında kullanılan malzemenin hem yüksek sıcaklığa hem de korozyona dayanıklı olması gereklidir. Bunun içinde en uygun malzeme AZS 'dir. 16 Rejenaratör: Büyük miktarda yakıt tüketen cam fırınlarında yanma sonucunda, yüksek sıcaklığa sahip baca gazlan meydana gelir. Bu gazların direk olarak bacaya verilmesi halinde, son derece önemli miktardaki ısı hiç yararlanılmaksızın heba edilmiş olur

4 Oysaki bu ısıdan, yakma havasının ısıtılması mümkündür ve rejenaratörler bu amaçla kullanılırlar. 19 Rejenaratörler; fırının ergitme bölgesine portlarla bağlanmış ve içinde havanın veya gazın geçeceği geçitler (15x15 cm veya 18x18 cm) oluşturulmuş tuğla örgülerin bulunduğu kapalı hacimlerdir. 20 Rejenaratörler, maruz kalacakları sıcaklık ile diğer fiziksel ve kimyasal etkilere dayanabilecek tipte seçilen farklı refrakterlerle örülürler. Özellikle sıcaklık ve türbülansın fazla olduğu ilk 6-7 sırada bu olay çok önemli olup, bu bölgede en yüksek kalitede bazik refrakterler kullanılır. 21 Son zamanlarda pahalı olmalarına rağmen bu bölgelerde AZS refrakterler de kullanılmaya başlanmıştır. Rejenaratörlerin daha alt bölgelerine inildikçe sıcaklık düşer (T = C). Bu sebeple bu bölgelerde silimanit refrakterler kullanılır. Sıcaklığın gittikçe düştüğü daha aşağı bölgeler için ise şamot tuğla kullanmak yeterlidir

5 2.Potalı Fırın Cam çeşitlerinin fazla olduğu, ancak cam miktarlarının az olduğu üretim süreçlerinde havuz fırın kullanılması uygun değildir. Bu nedenle, ayrı-ayrı cam türlerine ait hammaddelerin eritildiği ayrı-ayrı fırınlara ihtiyaç vardır. Bu durumlarda camın elle işleneceği küçük kapasitelerde potalı fırın adı verilen krozeler kullanılır. 25 Bu fırınların kapasiteleri kg arasında değişir. Pota fırınları sadece tek bir pota içerebileceği gibi bir düzine hatta daha fazla pota içerebilirler. Her bir pota farklı türde cam ergitmek için kullanılabileceği için, her cama uygun çalışma sıcaklığını sağlamak üzere, potaların sıcaklığının bağımsız olarak kontrol edilebilmesi gerekir. 26 Çok potalı fırınlarda potalar sıralar halinde veya dairesel olarak yerleştirilebilir. Çok sayıda pota kullanılan üretim süreçlerinde örneğin, potalı fırınların birisinde renkli cam, diğerinde kurşun camı, ötekisinde silis camı, bir başkasında bor camı olacak şekilde birden fazla sayıda fırın kullanılır Potalar açık ve kapalı şekilde yapılabilir. Kapalı olanlar, cam hamuruna yabancı maddelerin karışmaması açısından özellikle kristal işlerinde kullanılırlar. Pota fırınlarında çalışma sürekli değildir. Potaların ısıtılmasında genellikle gaz, brülörler ile püskürtülen fuel-oil veya elektrik enerjisi kullanılır

6 Potalar, refrakter çamurların elle veya alçı kalıplarda şekillendirilmesi ile üretilir. Kullanılan kilin % 3 Fe 2 O 3, % Al 2 O 3 gereklidir. içermesi Potalar ilk önce ön ısıtılmış bir fırında yavaşça 900 C'ye ısıtılır ve soğutulmaksızın potaların yer aldığı diğer büyük bir fırına yerleştirilir. Genellikle potalı fırınlarda yapılan ergitmelerde ergitme sıcaklığı 1450 C'yi geçmez. Bir potalı fırının ömrü yaklaşık 20 döküm veya haftadır Tek bir pota için ergitme odasının şematik gösterilişi: (1)SiO2 tuğlalardan oluşan kemer, (2)Cam harmanının şarjının yapıldığı kapak, (3) Cam harmanı, (4)Erimiş cam, (5) Kil cam potası, (6)Gaz ve fuel-oil yakıtı (yanma havası daima atık gazlarla ısıtılır), (7)Atık gazlar (yanma havasının ısıtılmasını sağlarlar), (8)Potanın kırılması durumunda erimiş camın aktığı bölüm

7 Elektrikli Cam Fırınları Belli bir sıcaklığın üstünde cam iyi bir iletkendir. Elektro termal enerji elektrotlar yolu ile, doğrudan camın kütlesi içinde serbestleştiği için, elektrikli fırınlarda enerji gereksinimi, fosil yakıtlı fırınlara göre çok daha düşüktür

8 Elektrotlar İlk elektrikli cam fırınlarında elektrot malzemesi olarak karbon/grafit bloklar, demir bloklar ve grafit çubuklar kullanılmıştır. Bu malzemeler, uygulama güçlükleri yanında camda arzu edilmeyen renk sorunlarına neden oldukları için ilk elektrik fırınlarında daha çok renk faktörünün önemli olmadığı camlar ergitilmiştir 'ların sonlarından itibaren ise molibden plaka ve çubuk elektrotların kullanımı hızla yaygınlaşmıştır. Bu gün bazı çok özel camların ergitilmesinde Platin elektrotların kullanılması mümkünse de, genel olarak molibden çubuk elektrotlar kullanılmaktadır. 44 Molibden elektrot

9 ELEKTRİKLİ CAM FIRINI ÇEŞİTLERİ Tam Elektrikli Fırınlar Harmanın cam yüzeyinde düzenli bir örtü oluşturacak şekilde beslenmesi çok önemlidir. Harman kalınlığı 7,5 20 cm arasında değişebilir yalnız, harman örtüsü tankın yan duvarlarına temas etmemelidir. Tam elektrikli fırında camın ergitilmesi tamamen elektrik enerjisi ile gerçekleştirilir Elektrik ısıtmalı fırın Isı geçirimlerinin çok düşük olması nedeni ile koyu renkli camların fosil yakıtlı fırınlarda ergitilmesi çok zordur. Çünkü tank yüzeyi ile tabanı arasındaki sıcaklık farkı çok fazladır. This process raises the temperature of the melt to a required 1650 degrees centigrade. Two water cooled electric booster electrodes are installed on each side of the glass melting tank. The furnace is fitted with a complete cooling water system which cools the electric booster electrodes. 51 Bu, soğuk cam problemine neden olabileceği gibi taş kayıplarını da arttırır. 52 Elektrikli fırınlarda ise enerji doğrudan camın kütlesi içinde serbestleştiği için cam içinde ısı dağılımı çok daha düzenlidir. Elektrotların yarattığı konveksiyon akıntıları ve türbülans camın daha iyi karışmasını sağlar ve homojeniteyi geliştirir. Ergime tepkimelerinin ve rafinasyonun cam/harman ara bölgesinde gerçekleşmesi kabarcık ve taş kayıplarını azaltır. 53 Elektrik Takviyeli Fırınlar Takviye uygulamasında, normal fosil yakıtlı bir fırına molibden elektrotlar yerleştirilerek ilave elektro- termal enerji girişi sağlanır. Elektrikle ergitme konusunda, elektrik fiyatının yüksek olmasından kaynaklanan ekonomik kaygılar nedeni ile tam elektrikli fırınların kullanımı yavaş gelişmişse de takviye uygulaması oldukça yaygındır. 54 9

10 Takviye şu amaçlarla uygulanabilir; 1.Kapasite Arttırmak Normal bir cam fırınına takviye ilavesi ile, fırının kapasitesini % 40'a varan oranlarda arttırmak mümkündür. Hatta süper takviye uygulaması ile kapasite % 100'e varan oranlarda arttırılabilir Camın Kalitesini Geliştirmek Takviye elektrotlarının uygun yerleştirilmesi ile camın ergitilmesinde çok önemli bir rolü olan sıcak bölgenin ve konveksiyon akıntılarının kontrolü mümkündür. 56 Elektrotlar yakın çevrelerinde yarattıkları türbülansla camın karışmasını hızlandırarak, homojeniteyi geliştirirler ve soğuk cam, sicim v.b. gibi problemleri ortadan kaldırırlar. Bütün cam banyosu daha sıcak hale geleceği için kabarcık ve taş kayıpları da azalır Ateşleme Gereksinimini Azaltmak Mevcut fosil yakıtlı fırın gerekli üretim ihtiyacını karşılıyor olabilir fakat fırının ömrü açısından fırın sıcaklığı çok önemlidir. Takviye uygulaması ile aynı kapasitede fırın sıcaklığını düşürmek ve fırın ömrünü uzatmak mümkün olduğu gibi, aynı sıcaklıkta kapasitede arttırılabilir Ateşleme sisteminden kaynaklanan darboğazı aşmak Fosil yakıtlı fırınlarda, özellikle rejeneretörlü fırınlarda, fırın ömrünün sonuna doğru rejeneratörlerin tıkanması v.s. gibi nedenlerle fırının ateşleme kapasitesi düşerek fırından yeterli-camın çekilememesi gibi sorunlarla karşılaşılabilir. Böyle durumlarda takviye uygulaması ile fırının kapasitesini istenen seviyeye çıkarmak mümkündür. 59 Melez Fırınlar Tam elektrikli fırınların yaygın kullanılmasının önündeki en büyük engel, fosil yakıtlı fırınlara göre fırın ömürlerinin kısa olması yanında, (en fazla 5 yıl) elektrik enerjisi fiyatının fosil yakıtlara göre çok daha yüksek olmasıdır. Onun için fiyatlarının ucuz olduğu bölgelerde uygulanmıştır

11 Gerçi tam elektrikli fırınların ilk yatırım ve tamir maliyetleri fosil yakıtlı fırınlara göre düşüktür buna rağmen tam elektrikli fırınlar hala, genel olarak işletme ekonomisi yönünden pahalı olmaktadırlar. Bu nedenle hem elektrikle ergitmenin sağladığı kalite ile ilgili üstünlüklerden, hem de fosil yakıtların maliyetle ilgili avantajlarından yararlanmak üzere melez cam fırınlarının yapımı 61 mümkündür. Enerji yönünden bu fırınlar ergitilen camın yarısı alttan elektrik enerjisi ile diğer yarısı da üstten fosil yakıt enerjisi ile ergitilecek şekilde tasarlanırlar. Cam yüzeyi tam elektrikli fırınlarda olduğu gibi bir harman tabakası ile kaplıdır. Harman, hem üstten alevle, hem de alttan elektrotermal enerji ile ısıtılır. Rafinasyon tam elektrikli fırınlarda olduğu gibi ergime halindeki soda tabakası içinde gerçekleşir bunun için ayrı ilave bir fırın alanına gerek yoktur