El vidrio flotado es una lámina de vidrio hecha flotando vidrio fundido sobre un lecho de metal fundido de bajo punto de fusión , típicamente estaño , [1] aunque en el pasado se usaba plomo para el proceso. [2] Este método proporciona a la lámina un espesor uniforme y una superficie muy plana. [3]
Las ventanas modernas suelen estar hechas de vidrio flotado. [4] La mayor parte del vidrio flotado es vidrio sodocálcico , [5] aunque también se producen cantidades relativamente menores de borosilicato especial [6] y vidrio para pantallas planas mediante el proceso de vidrio flotado. [7] El proceso de vidrio flotado también se conoce como proceso Pilkington , llamado así por el fabricante de vidrio británico Pilkington , [8] que fue pionero en la técnica en la década de 1950 en su sitio de producción en St Helens, Merseyside . [9]
Hasta el siglo XVI, el vidrio de ventana u otro vidrio plano generalmente se cortaba a partir de grandes discos (o rondels) de vidrio corona . Se fabricaban láminas de vidrio más grandes soplando grandes cilindros que se abrían, se aplanaban y luego se cortaban en paneles. La mayor parte del vidrio de las ventanas de principios del siglo XIX se fabricaba mediante el método del cilindro . Los 'cilindros' tenían de 6 a 8 pies (180 a 240 cm) de largo y de 10 a 14 pulgadas (25 a 36 cm) de diámetro, lo que limitaba el ancho en el que se podían cortar los paneles de vidrio y daba como resultado ventanas divididas por travesaños en rectangulares. paneles.
Los primeros avances en la automatización de la fabricación de vidrio fueron patentados en 1848 por Henry Bessemer . [10] Su sistema produjo una cinta continua de vidrio plano formando la cinta entre rodillos. Este fue un proceso costoso, ya que las superficies del vidrio necesitaban ser pulidas. Si el vidrio pudiera colocarse sobre un cuerpo plano y perfectamente liso, como la superficie de una cacerola abierta con un líquido tranquilo, los costos se reducirían considerablemente. Se hicieron intentos de formar vidrio plano en un baño de estaño fundido, uno de los pocos líquidos más densos que el vidrio que permanecería en calma a las altas temperaturas necesarias para fabricar vidrio, sobre todo en Estados Unidos. Se concedieron varias patentes [11] , pero este proceso era impracticable en aquel momento.
Antes del desarrollo del vidrio flotado, se fabricaban láminas más grandes de vidrio plano fundiendo un gran charco de vidrio sobre una superficie de hierro y luego puliendo ambos lados, un proceso costoso. Desde principios de la década de 1920, se pasó una cinta continua de placas de vidrio a través de una larga serie de esmeriladoras y pulidoras en línea, lo que redujo las pérdidas y los costos de vidrio. [12]
El vidrio de menor calidad, el vidrio trefilado, se fabricaba extrayendo hacia arriba de un charco de vidrio fundido una lámina delgada, sujeta por los bordes con rodillos. A medida que se enfriaba, la lámina ascendente se endurecía y luego podía cortarse. Las dos superficies eran de menor calidad, es decir, no tan lisas ni uniformes como las del vidrio flotado. Este proceso continuó utilizándose durante muchos años después del desarrollo del vidrio flotado.
Entre 1953 y 1957, Sir Alastair Pilkington y Kenneth Bickerstaff de los Pilkington Brothers del Reino Unido desarrollaron la primera aplicación comercial exitosa para formar una cinta continua de vidrio utilizando un baño de estaño fundido sobre el cual el vidrio fundido fluye sin obstáculos bajo la influencia de la gravedad. [13] El éxito de este proceso residió en el cuidadoso equilibrio del volumen de vidrio introducido en el baño, donde se aplanó por su propio peso. [14] Las ventas rentables a gran escala de vidrio flotado se lograron por primera vez en 1960, y en la década de 1960 el proceso obtuvo licencia en todo el mundo, reemplazando los métodos de producción anteriores. [15]
El vidrio flotado utiliza materias primas comunes en la fabricación de vidrio , que generalmente consisten en arena , carbonato de sodio ( carbonato de sodio ), dolomita , piedra caliza y torta de sal ( sulfato de sodio ), etc. Se pueden usar otros materiales como colorantes, agentes refinadores o para ajustar el estado físico. y propiedades químicas del vidrio. Las materias primas se mezclan en un proceso por lotes y luego se introducen junto con una proporción controlada de vidrio de desecho en un horno , donde se calienta a aproximadamente 1500 °C. Los hornos de vidrio flotado habituales tienen 9 m de ancho y 45 m de largo y una capacidad de más de 1200 toneladas de vidrio. Una vez fundido, la temperatura del vidrio se estabiliza en aproximadamente 1200 °C para garantizar una densidad homogénea .
El vidrio fundido se introduce en un "baño de estaño", un baño de estaño fundido (de unos 3 a 4 m de ancho, 50 m de largo, 6 cm de profundidad), desde un canal de distribución y se vierte en el baño de estaño mediante un labio cerámico conocido como el labio del pico. [16] La cantidad de vidrio que se permite verter sobre el estaño fundido se controla mediante una compuerta llamada tweel .
El estaño fundido es adecuado para el proceso de vidrio flotado porque tiene una densidad mayor que el vidrio, por lo que el vidrio fundido flota sobre él. Su punto de ebullición es mayor que el punto de fusión del vidrio y su presión de vapor a la temperatura del proceso es baja. Sin embargo, el estaño se oxida en una atmósfera natural para formar dióxido de estaño (SnO 2 ). El dióxido de estaño, conocido en el proceso de producción como escoria, se adhiere al vidrio. Para evitar la oxidación, el baño de estaño está provisto de una atmósfera protectora de presión positiva de nitrógeno e hidrógeno .
El vidrio fluye sobre la superficie de estaño formando una cinta flotante de espesor uniforme con superficies perfectamente lisas en ambos lados. A medida que el vidrio fluye a lo largo del baño de estaño, la temperatura se reduce gradualmente desde 1100 °C hasta aproximadamente 600 °C, la hoja se puede levantar del estaño y colocarla sobre rodillos. La cinta de vidrio se retira del baño mediante rodillos a velocidad controlada. La variación de la velocidad del flujo y de la velocidad del rodillo permite formar láminas de vidrio de distintos espesores. Se pueden usar rodillos superiores colocados sobre el estaño fundido para controlar tanto el espesor como el ancho de la cinta de vidrio.
Una vez fuera del baño, la lámina de vidrio pasa por un horno lehr durante aproximadamente 100 m, donde se enfría gradualmente para que recozca sin tensión y no se agriete por el cambio de temperatura. Al salir del "extremo frío" del horno, el vidrio es cortado por máquinas.
Hoy en día, el vidrio flotado es la forma de vidrio más producida, [17] con multitud de aplicaciones comerciales. [18] Debido tanto a su alta calidad sin necesidad de pulido adicional [19] como a su flexibilidad estructural durante la producción, se puede moldear y doblar fácilmente en una variedad de formas mientras se encuentra en un estado almibarado calentado. [20] Esto lo hace ideal para una variedad de aplicaciones como
La mayoría de las formas de vidrio especializado, como el vidrio templado , [25] el vidrio esmerilado , [26] el vidrio laminado de seguridad [27] y el vidrio insonorizado [28], consisten en vidrio flotado estándar que ha sido procesado posteriormente.
En 2009, el mercado mundial del vidrio flotado, sin incluir a China y Rusia, está dominado por cuatro empresas: Asahi Glass , NSG / Pilkington , Saint-Gobain y Guardian Industries . Otras empresas incluyen Sise Cam AS, Vitro, anteriormente PPG , Central Glass, Hankuk (HanGlas), Carlex Glass y Cardinal Glass Industries. [29]