vidrio flotado

El vidrio flotado es una lámina de vidrio hecha al hacer flotar 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 ]} El proceso de vidrio flotado también se conoce como proceso Pilkington , llamado así por el fabricante de vidrio británico Pilkington , ^{[ 4 ]} que fue pionero en la técnica en la década de 1950 en su planta de producción en St Helens, Merseyside . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Las ventanas modernas suelen estar hechas de vidrio flotado, ^{[ 7 ]} aunque Corning Incorporated utiliza el método de extracción descendente por desbordamiento . ^{[ 8 ]}

La mayor parte del vidrio flotado es vidrio de sosa-cálcica , ^{[ 9 ]} aunque también se producen cantidades relativamente pequeñas de vidrio de borosilicato especial ^{[ 10 ]} y vidrio para pantallas planas utilizando el proceso de vidrio flotado.

Hasta el siglo XVI, el vidrio para ventanas u otros vidrios planos generalmente se cortaba de grandes discos (o rondeles) de vidrio de corona . Las láminas de vidrio más grandes se fabricaban soplando grandes cilindros que se abrían y aplanaban, para luego cortarlos en paneles. La mayor parte del vidrio para ventanas a principios del siglo XIX se fabricaba utilizando el método del cilindro . Los «cilindros» medían de 180 a 240 cm de largo y de 25 a 36 cm de diámetro, lo que limitaba el ancho con el que se podían cortar los paneles de vidrio y daba como resultado ventanas divididas por travesaños en paneles rectangulares. ^{[ 6 ] : 36–37}  

Los primeros avances en la automatización de la fabricación de vidrio fueron patentados en 1848 por Henry Bessemer . ^{[ 11 ]} Su sistema producía una cinta continua de vidrio plano al formarla entre rodillos. Este era un proceso costoso, ya que las superficies del vidrio necesitaban pulido. Si el vidrio pudiera colocarse sobre un cuerpo perfectamente liso y plano, como la superficie de una bandeja abierta con líquido en reposo, esto reduciría considerablemente los costos. Se hicieron intentos, incluso por Bessemer, de formar vidrio plano sobre un baño de estaño fundido, uno de los pocos líquidos más densos que el vidrio que se mantendría en reposo a las altas temperaturas necesarias para fabricar vidrio, sobre todo en los EE. UU. Se concedieron varias patentes, ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} pero este proceso no era viable en ese momento.

Antes del desarrollo del vidrio flotado, las láminas de vidrio plano de mayor tamaño se fabricaban vertiendo una gran cantidad de vidrio sobre una superficie de hierro y puliendo posteriormente ambos lados, un proceso costoso. Desde principios de la década de 1920, una cinta continua de vidrio plano se hacía pasar a través de una larga serie de pulidoras y rectificadoras en línea, lo que redujo las pérdidas de vidrio y el costo. ^{[ 15 ]}

El vidrio de menor calidad, el vidrio estirado o el vidrio plano , se fabricaba estirando hacia arriba una lámina delgada de vidrio fundido, sujeta por los bordes con rodillos. Al enfriarse, la lámina ascendente se endurecía y podía cortarse. Las dos superficies eran de menor calidad, es decir, no tan lisas ni uniformes como las del vidrio flotado. Este proceso se siguió utilizando durante muchos años después del desarrollo del vidrio flotado. ^{[ 16 ]}

Entre 1953 y 1957, en la planta de Cowley Hill en St Helens, Lancashire, Sir Alastair Pilkington y Kenneth Bickerstaff, de la empresa británica Pilkington Brothers, desarrollaron la primera aplicación comercial exitosa para la formación de una cinta continua de vidrio utilizando un baño de estaño fundido sobre el cual el vidrio fundido fluye sin obstáculos por efecto de la gravedad. ^{[ 17 ]} El éxito de este proceso radicaba en el cuidadoso equilibrio del volumen de vidrio alimentado al baño, donde se aplanaba por su propio peso. ^{[ 18 ]} Las primeras ventas rentables a gran escala de vidrio flotado se lograron en 1960, y en la década de 1960 el proceso fue licenciado en todo el mundo, reemplazando los métodos de producción anteriores. ^{[ 19 ]}

El vidrio flotado utiliza materias primas comunes para la fabricación de vidrio , que generalmente consisten en arena , carbonato de sodio , dolomita , piedra caliza y sulfato de sodio , entre otros. Se pueden utilizar otros materiales como colorantes, agentes refinadores o para ajustar las propiedades físicas y químicas del vidrio. Las materias primas se mezclan en un proceso por lotes y luego se introducen junto con una proporción controlada de vidrio reciclado (vidrio de desecho) en un horno , donde se calienta a aproximadamente 1500  °C. Los hornos comunes de vidrio flotado 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 a aproximadamente 1200  °C para asegurar una densidad homogénea .

El vidrio fundido se introduce en un "baño de estaño", un baño de estaño fundido (de unos 3-4  m de ancho, 50  m de largo y 6  cm de profundidad), desde un canal de suministro y se vierte en el baño de estaño mediante un labio cerámico conocido como labio de la boquilla. ^{[ 20 ]} 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 la del vidrio, por lo que el vidrio fundido flota sobre él. Su punto de ebullición es superior al punto de fusión del vidrio, y su presión de vapor a la temperatura de proceso es baja. Sin embargo, el estaño se oxida en atmósfera natural para formar dióxido de estaño (SnO₂ ₎ . Conocido en el proceso de producción como escoria, el dióxido de estaño se adhiere al vidrio. Para evitar la oxidación, el baño de estaño se mantiene bajo 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 por el baño de estaño, la temperatura se reduce gradualmente desde 1100  °C hasta aproximadamente 600  °C, momento en el que la lámina se puede levantar del estaño y colocar sobre rodillos. La cinta de vidrio se retira del baño mediante rodillos a una velocidad controlada. La variación en la velocidad de flujo y la velocidad de los rodillos permite obtener láminas de vidrio de diferentes espesores. Los rodillos superiores, situados sobre el estaño fundido, pueden utilizarse para controlar tanto el espesor como el ancho de la cinta de vidrio.

Una vez extraída del baño, la lámina de vidrio pasa por un horno de recocido de aproximadamente 100  m, donde se enfría gradualmente para que se recoza sin deformaciones y no se agriete por el cambio de temperatura. Al salir del extremo frío del horno, el vidrio se corta con máquinas.

Hoy en día, el vidrio flotado es la forma de vidrio más producida, ^{[ 21 ]} con multitud de aplicaciones comerciales. ^{[ 22 ]} Debido a su alta calidad sin necesidad de pulido adicional ^{[ 23 ]} y a su flexibilidad estructural durante la producción, se puede moldear y doblar fácilmente en una variedad de formas mientras se encuentra en estado caliente y viscoso. ^{[ 24 ]} Esto lo hace ideal para una variedad de aplicaciones como:

• Cristales de automóviles (por ejemplo, parabrisas, ventanas, espejos) ^{[ 25 ]}
• Espejos ^{[ 26 ]}
• Muebles (por ejemplo, en mesas y estantes) ^{[ 27 ]}
• Vidrio aislante
• Ventanas ^{[ 28 ]} y puertas

La mayoría de las formas de vidrio especializado, como el vidrio templado , ^{[ 29 ]} el vidrio esmerilado , ^{[ 30 ]} el vidrio de seguridad laminado ^{[ 31 ]} y el vidrio insonorizado ^{[ 32 ]} consisten en vidrio flotado estándar que ha sido procesado posteriormente.

• Vidrio de sosa-cálcica , incluyendo su composición y algunas propiedades del vidrio flotado.
• Producción de vidrio
• Cálculo de lotes de vidrio

• Proceso de fabricación de vidrio flotado según la Asociación del Vidrio de América del Norte.
• Proceso de fabricación de vidrio flotado a partir de las propiedades físicas de la empresa de vidrio Viglacera.