VŠCHT Praha Fakulta chemické technologie Ústav skla a keramiky
Exkurze
Jméno: Zdeněk Tišler Studijní skupina: 505 Termín: 26. - 30.9.2011 Místo konání: Německo Vyhotovení práce: říjen 2011 Vedoucí : Ing. Miroslav Rada, CSc.
26.9.2011 Technické muzeum Hermsdorf - zkoušení izolátorů Počátky výroby porcelánu v Hermsdorfu sahají až do roku 1890. Od roku 1892 byl systematicky vyráběn elektroporcelán a to zejména ze steatitové keramiky. Zkušebna izolátorů byla zachována jako technická památka (1990). Zkoušení izolátorů se zde provádí od roku 1941 (výkon zdroje 40 kW, napětí až 100 kV).
Zkušební hala s izolátory
Jiskrový výboj (85 kV)
Zdroj pro zkoušení
V muzeu se nachází přehled výrobků, které místní firmy vyráběly a nebo dnes vyrábějí. U některých firem došlo vlivem nedostatečného odbytu k rapidní změně sortimentu a odklonu od sklářského a keramického průmyslu.
Přehled části regionálních výrobků
CERA SYSTEM GmbH, Hermsdorf Hlavním výrobním sortimentem firmy CERA SYSTEM jsou speciální armatury (trubky s vyložením a kulové ventily) zejména pro chemický průmysl. Využívají se všude tam kde je třeba zajistit vysokou abrazivní odolnost, odolnost vůdči vysokým teplotám a nebo vysokou korozní odolnost. Armatury jsou vyráběny na zakázku v malých seriích a ve firmě se pouze kompletují z již dodaných částí. Kulové ventily jsou obvykle vyloženy korundovou keramikou pouze vlastní kulová část, která je nejvíce namáhána je vyrobena z vysoce odolné zirkoničité keramiky. Specifikace: Materiály:
- korundová keramika (Al2O3 96 %) - yttriem stabilizovaný ZrO2 - karbid křemíku SiC - nitrid křemíku Si3N4
Průměry: DN10 - DN 300 Pracovní teploty: až 850 °C
Doprovodným sortimentem firmy je výroba drobných keramických součástek pro průmysl např. sedla do vodovodních baterií. Tyto jsou nejprve vylisovány z práškové keramické směsi a poté vysušeny a vypáleny v pecích (1450 °C korundová keramika, 1600 °C zirkoničitá keramika).
27.9.2011 Thüringer Behälterglas GmbH, Schleusingen Firma Thüringer Behälterglas GmbH je výrobcem obalového skla. V sortimentu je obsaženo 250 druhů výrobků – sklenic a lahví. Ve svých dvou vanových pecích vyrobí denně až 340 tun bílého a hnědého skla. Sklářský kmen se skládá ze 70 % recyklovaných skleněných střepů. Po smísení a homogenizaci střepů se sklářským kmenem vstupuje do tzv. “U” plamenových vanových pecí (ohřev střídán po 15 minutách, palivo plyn + topný olej). U pecí je využívána rekuperace vzduchu a u pece na hnědé sklo je navíc použit elektrický příhřev (600 kW, 1600 A), aby se zabránilo vzniku gradientů a sklovina byla homogenní. Na výrobu je používán lisofoukací způsob (osmipozicové stroje s dvoukapkou) kdy je nejprve vylisováno hrdlo obalu a poté ve formě vyfouknut výsledný tvar. Po průchodu chladící pecí kde dojde k odstranění napětí ve skle jsou výrobky opatřeny nástřikem, který zabraňuje poškrábání lahví a usnadňuje posun na pasech. Poté jsou všechny lahve automaticky a ručně kontrolovány (kontrola hrdla a tvaru lahve, síly stěn a dna, hmotnosti atd.). Výsledný produkt je balen na palety a expedován. Za den je vyrobeno 250 tisíc lahví (ročně 500 milionů) při výtěžnosti 95 %. Na objednávku je možné vyrobit i sklo s modrým zabarvením. Na zabarvení je využívána kobaltová frita.
Kmenárna Lisofoukací stroj Kontrola lahví Balení a expedice
Pohled do tavící pece a schema pece ve velíně
Elektronická kontrola lahví
Elektrotechnik Sonneberg GmbH, Sonneberg
Firma Elektrotechnik Sonneberg GmbH je výrobcem porcelánových izolátorů s dlouholetou tradicí (již od roku 1887). V současné době je součástí skupiny SEVES Group a svoji produkci exportuje do celého světa, zejména do Arábie, Číny, Egypta. Roční produkce firmy je cca. 7700 tun a sortiment výrobků obsahuje izolátory od malých pro trakční vedení až po velké pro rozvodné a transformátorové stanice a elektrárny. Maximální vyráběné rozměry jsou: 10 m délka (lepeno z několika menších kusů), průměr 0,8 m a maximální použitelné napětí 1100 kV.
Vstupní surovina (kaolinit, živec, Al2O3 a další přísady) je homogenizována v kulém mlýnu. Suspenze (50 % vody) je vedena na kontrolní vibrační síto a následně filtrována na kalolisech. Ze vzniklého foltračního koláče jsou vylisovány cihly, které jsou 24 h sušeny volně na paletách (obsah vody 20 %). Poté jsou z cihel v odpovídající velikosti k danému konečnému produktu vylisovány válce, které jsou dalších 24 – 36 hodin sušeny (využívá se Jouleova tepla - teplo, které vzniká ve vodiči průchodem elektrického proudu) čímž vlhkost materiálu klesne na cca. 4 %. Z takto připravených válců je na vertikálním stroji pomocí nože obroben vlastní tvar izolátoru, který je ještě dále v sušárně sušen (130 °C) až do maximálního obsahu vody 0,5 %. Takto vysušený izolátor je nejprve nastříkán klihem (zabránění vniknutí vody z glazury do těla izolátoru) a následně ponořen do suspenze glazury (nejčastěji hnědá, šedá). Výpal izolátorů probíhá po dobu 5 – 125 hodin při teplotě 1300 °C. U výrobku jsou pak ještě do konečné velikosti seříznuty konce, které jsou poté opatřeny uchycovacími kovovými patkami (zatmelenými cementovým tmelem nebo zalité cínem). Velké izolátory jsou lepeny speciálními epoxidovými lepidly (Araldite®, tvrzení při teplotě 150 °C). Konečný výrobek je kontrolován, zabalen a expedován odběrateli.
28.9.2011 Technische Glaswerke Ilmenau GmbH (TGI), Ilmenau Firma TGI je výrobcem laboratorního a technického skla. Firma vznikla v roce 1995 a ročně vyrobí na 40ti linkách 20 000 tun skla. Výrobky jsou vyráběny ze čtyř druhů skel, na každé sklo je využívána samostatná pec. Sortiment firmy tvoří: 18 % laboratorní sklo 26 % domácí sklo 32 % kapiláry, tyče a trubice 24 % lisované sklo. Sklo se zpracovává foukáním, lisováním a tažením. Hlavními surovinami pro výrobu skla je písek, borax, kyselina boritá, vápenec a soda + další přísady (čeřiva atd.). Po namíchání kmene probíhá tavba v dané peci a následné zpracování na výrobky. Popisky a rysky se na sklo nanášejí sítotiskem. Při výrobě vodoznaků a průzorů se jako brusiva a leštiva využívá CeO2.
Přehled výrobků ve vstupní hale firmy
Druhy a množství vyráběných skel: borosilikátové sklo ILMABOR® I-330 ... 25 t/den borosilikátové sklo ILMADUR® I-420 … 5 t/den sodnovápenaté sklo ILMATHERM® I-860 … 20 t/den sodnovápenaté sklo ILMATHERM® I-880 … 2 t/den
Zpracování skloviny - foukání a lisování Bližší specifikace a použití: ILMABOR® I-330 složení: 80 % SiO2, 13 % B2O3, 4 % Na2O, 2 % Al2O3, 1 % K2O střední lineární teplotní roztažnosti: α (20 °C ... 300 °C) = 3,3 ± 0,1 x 10-6 K-1 hustota při 20 °C: ρ = 2,23 g/cm³ průměrná tepelná vodivost (20 °C ... 100 °C): λ = 1,2 Wm-1K-1 maximální povolená teplota použití: 500 °C modul pružnosti: E = 64 GPa hydrolytická třídy odolnosti: 1 HGB použití: laboratorní sklo, domácí varné sklo – konvice, objektivy, čočky reflektorů
ILMADUR® I-420 složení: 77 % SiO2, 11 % B2O3, 5 % Na2O, 5 % Al2O3, 1 % K2O, 1% ZrO2 střední lineární teplotní roztažnosti: α (20 °C ... 300 °C) = 4,2 ± 0,1 x 10-6 K-1 hustota při 20 °C: ρ = 2,28 g/cm³ maximální povolená teplota použití: 500 °C modul pružnosti: E = 66 GPa měrný odpor při 25 °C: R = 6,6 x 1013 Ωcm měrný odpor při 300 °C = 1,4 x 106 Ωcm index lomu: n = 1,48 Poisson číslo: μ = 0,20 • 103 N/mm2 hydrolytická třídy odolnosti: 1 HGB použití: průhledy a vodoznaky, objektivy, čočky reflektorů
ILMATHERM® I-860 tzv. teploměrové sklo hydrolytická třídy odolnosti: 3 HGB použití až do 350 °C extrémní odolnost proti stárnutí použití: teploměry ILMATHERM® I-880 použití: kapiláry, trubice, tyče
Technická univerzita Ilmenau Technická univerzita Ilmenau je moderní nově vybudovaná univerzita. Celý campus tvoří spolu s menzou, kolejemi a sportovišti množství jednotlivých pracovišť a kateder, které se nacházejí v samostatných budovách pojmenovaných po různých vědcích. Katedra anorganických nemetalických materiálů se nachází v budově s názvem Arrhenius. V budově je umístěno množství laboratoří s moderním vybavením. Po vyslechnutí úvodní přednášky o výzkumu a zaměření ústavu následovala prohlídka laboratoří a pracoviště plasmového nanášení materiálů.
Univerzitní campus a foto skupiny VŠCHT Praha
Ukázka témat a prací ústavu anorganických nekovových materiálů
Ukázka řezání anorganických materiálů plasmovým hořákem
29.9.2011 Weigand-Glas GmbH, Steinbach am Wald Firma Weigand-Glas GmbH vznikla již roku 1906 a od roku 1926 vyrábí sklo ve městě Steinbach am Wald. Hlavním sortimentem jsou vratné a nevratné lahve z čirého a barevného skla. V závodě se nacházejí 4 vanové pece a 9 výrobních linek s celkovou kapacitou 2 miliony lahví denně. Denní produkce spotřebuje 1200 – 1300 tun surovin. Podíl použitých střepů při výrobě čirého skla je 70 %, u barevného skla až 90 %. V nové továrně postavené roku 1990 jsou k dispozici další 2 vanové pece a 5 linek s denní produkcí 1,3 milionu lahví. Z uvedeného množství lahví připadá 53 % na víno, 19 % na pivo, 11 % na lihoviny a 12 % na sekt.
Výroba lahví probíhá na 10ti a 12ti pozicových lisofoukacích strojích s dvou a tříkapkou. Odstíny skloviny jsou volitelné v rozmezí od čiré přes čistě zelenou a olivovou až po hnědou. Technoligie je podobná jako u firmy Thüringer Behälterglas GmbH pouze jde o novější a moderněji zařízenou továrnu s vyšší kapacitou. Na přání zákazníka lze lahev opatřit speciálním lakem, který je dostupný v širokém spektru odstínů včetně reflexních a který následně obsahu poskytuje další UV ochranu.
Pro doplnění sortimentu a uspokojení potřeb svých zákazníků vystavěla firma r. 1996 novou továrnu na PET obaly. Zde je k dispozici 13 lisů s denní produkcí 5 milionů PET lahví.
Ruční lis dříve používaný při výrobě lahví a jiných skleněných obalů.
Přehled sortimentu v hale závodu
Deutsche FOAMGLAS® GmbH, Schmiedefeld Firma Deutsche FOAMGLAS® GmbH patří společně s dalšími podniky např. belgickým Tessenderloo a podnikem v Klášterci nad Ohří pod společnost Pittsburgh Corning Europe, která vlastní na výrobu tohoto produktu několik patentů. Vlastní výrobek má unikátní vlastnosti a tím i široké použití. Bohužel jeho většímu používání brání vysoká cena daná způsobem jeho výroby. Firma ve Schmiedelfeldu vyrábí denně 25 tun desek, ze kterých je pak možné tvarovat i jiné složitější výrobky např. pouzdra na potrubí, izolace ventilů a různých nádrží (tepelná odolnost od - 260 °C do + 430 °C). Surovinami pro výrobu jsou odpadní sklo, písek, soda, vápenec, dolomit, burel, oxid železitý (vysoký obsah kyslíku ve sklovině zajistí následné napěnění, později se přidává uhlík). Uvedené suroviny se taví a z pece tak vychází tavenina s přesným složením, která se prudce chladí vodou a společně s mletým uhlíkem je sklo rozemleto na velmi jemný prášek (bubnový mlýn, mlecí tělesa korundové koule). Výsledná směs je v tenké vrstvě rozprostřena do ocelových forem vysypaných kaolinem pro následné snadnější oddělení produktu. Do prachu je předem vytlačen raznicí rastr pro rovnoměrnější vypěnění (velikost forem cca. 80x60x20 cm, vrstva prášku cca. 5 cm, rastr loženého prachu 2,5x2,5 cm). Formy jsou následně zahřáté v tunelové peci na cca 1000 oC. Tak dojde k opětovnému roztavení skleněného prášku a k současné oxidaci částic uhlíku na CO2. Tento plyn vytvoří drobné bublinky, které až dvacetinásobně zvětší původní objem roztaveného skla a vyplní celou formu. Po vypěnění je vzniklý blok pěnového skla zvolna ochlazován z 900 oC na 20 oC (CO2 zůstává v jeho jednotlivých buňkách). Vychlazené bloky pěnového skla jsou obroušeny, zbaveny povrchové “kůrky” a je zkontrolována kvalita a homogenita vypěnění. Bloky jsou dále řezány na desky formátu 600 x 450 mm s konstantní tloušťkou (od 30 do 180 mm) nebo na spádované desky či jiné tvarovky.
Vlastnosti pěnového skla FOAMGLAS®: Vodotěsnost - v celém svém objemu zcela vodotěsné a současně je nenasákavé . Parotěsnost - zcela neprodyšné pro všechny plyny včetně vodní páry a radonu. Nehořlavost - vyrobeno pouze z anorganických materiálů, jedná se proto o nehořlavý materiál. Vysoká mechanická pevnost - nejvyšší pevnost v tlaku mezi tepel. izolacemi (0,7 až 1,6 MPa). Tvarová stálost - nemění své rozměry ani tvar vlivem působení vnějšího prostředí. Biologická odolnost - nepoživatelné pro hlodavce, pro hmyz ani pro mikroorganizmy. Chemická odolnost - chemicky odolné obdobně jako běžné sklo Snadná opracovatelnost - lehce opracovatelné, jeho řezání se provádí obyčejnou pilou. Ekologická nezávadnost - ekologicky nezávadné, neohrožuje životní prostředí, recyklovatelné.
Pec na výrobu skloviny a kulový mlýn na mletí a homogenizaci vstupní skloviny
Forma vyplněná pěnovým sklem a výstup produktu z chladící pece
29.9.2011 Wienerberger GmbH Poroton-Ziegel, Eisenberg Firma Wienerberger GmbH je výrobcem stavebních materiálů a sdružuje několik výrobních závodů po celé Evropě. Pobočka v Eisenbergu vznikla roku 1994 a vyrábí široký sortiment cihel s volnými dutinami nebo s dutinami vyplněnými izolační hmotou (perlit, minerální vata), překladů a nosníků. Hlavní surovina jíl se těží v povrchovém lomu v blízkosti závodu, zásoby jsou odhadovány na 30 – 40 let. Natěžený jíl se nejprve několikrát překládá na depa čímž je zajištěna dostatečná homogenizace suroviny. Vstupní suroviny (jíl + recyklované střepy ajko ostřivo) se melou v kolovém mlýnu a následně ve válcových mlýnech. Produkt je zpracován na těsto do kterého je přidán podíl pilin (vyhoří při výpalu, vytvoří ve výrobku drobné dutiny = lepší izolační vlastnosti) a něho jsou následně na lisech pomocí matrice vytlačovány cihly požadovaného tvaru. Vzniklé cihly jsou sušeny v sušárně při 45 – 105 °C (v závislosti na tvaru výrobku) a následně vypáleny v tunelové peci (délka 140 m, max. Teplota 1010 °C, palivo zemní plyn). Teplý vzduch z chlazení je použit pro výhřev sušáren. Vychlazené cihly jsou seříznuty na pořadovanou velikost diamantovými pilami s tolerancí ± 0,2 mm, zkontrolovány a vstupují do další haly, kte jsou dutiny npalněny izolačním materiálem. Perlit je nasypán do dutin a zafixován pomocí klihu. Napěnění probíhá v tunelové peci (150 °C, výdrž 1h). V závodě probíhá také kompletace nosníků a překladů. Do seřazených cihel v požadované délce je vložen armovací prut nebo armovací konstrukce a tato je následně zalita betonovou směsí. Výrobní kapacita závodu je 400 tun za den což odpovídá množství potřebnému k postavení cca. 10 rodinných domů.
Sortiment výrobků a jejich použití
Povrchový lom na jíl
Vylisované výrobky
Skupina VŠCHT Praha před továrnou
Závěr Jednotlivé exkuze byly velmi dobře připravené, včetně dopravy, ubytování a stravování a přispěly k rozšíření poznatků a zkušeností s provozy používanými při výrobě jednotlivých produktů a úpravě vstupních surovi. Bohužel do exkurzí nebyla zařazena žádná, týkající se více mého oboru tj. anorganických pojiv.
Pro vypracování této práce byly použity materiály a zdroje jednotlivých firem dostupné volně na internetu a fotografie a poznámky pořízené během jednotlivých exkurzí.
