MCA Strumentazione Industriale – Pirometri per lehr di ricottura vetro in Italia
Controllo della curva di ricottura attraverso strain point e annealing point — pirometri MCA-IRT-7L3 e MCA-IRT-7H1 dedicati al vetro
Applicazione vetro • Lehr di ricottura (annealing)
Il lehr di ricottura è il forno-tunnel a temperatura controllata in cui il vetro appena formato (lastra dalla linea float, contenitore dalla linea IS-machine, articolo da formatura manuale o automatica) attraversa una curva di raffreddamento progressivo per eliminare le tensioni interne dovute al raffreddamento rapido del processo di formatura. Senza ricottura il vetro avrebbe tensioni residue che lo renderebbero fragile e soggetto a rottura spontanea: il lehr è un processo obbligatorio per tutti i prodotti vetrari destinati a uso strutturale, alimentare o tecnico.
La curva di ricottura attraversa due temperature critiche del vetro: l'annealing point (~548°C per vetro soda-lime), sopra il quale le tensioni si dissipano in pochi minuti, e lo strain point (~511°C), sotto il quale le tensioni si congelano permanentemente nel vetro. Il tratto tra annealing e strain point (tipicamente 470-560°C) deve essere percorso il più lentamente possibile per garantire annealing completo. Sotto strain point il raffreddamento può accelerare senza più creare tensioni.
La misura pirometrica è la fonte primaria di dato per il controllo della curva di ricottura: 4-8 pirometri distribuiti lungo il lehr (lunghezza tipica 30-100 metri) chiudono i loop di controllo delle resistenze elettriche di zona. I modelli MCA-IRT-7L3 (banda 2-2,6 µm, range 300-1300°C) per il cuore della curva di ricottura, e MCA-IRT-7H1 (banda 1-1,7 µm) per l'ingresso lehr ad alta temperatura, sono progettati specificamente per questa applicazione con tecnologia two-wire 4-20 mA loop-powered per sostituire direttamente le termocoppie esistenti.
La ricottura del vetro è un processo termico controllato in cui il vetro appena formato viene raffreddato lentamente attraverso la temperatura di trasformazione per permettere alle tensioni interne di rilassarsi. Il vetro ha due temperature caratteristiche: l'annealing point (Ta), definito come la temperatura alla quale la viscosità è 10^13 poise e le tensioni si dissipano in 15 minuti; lo strain point (Ts), alla viscosità di 10^14,5 poise, dove le tensioni si dissipano in 4 ore. Sotto Ts le tensioni residue si congelano nel materiale. Per il vetro soda-lime tipico delle linee float (~982 kt/anno Italia) e dei contenitori (~4,37 Mt/anno) Ta = 548°C e Ts = 511°C.
Il lehr è un forno-tunnel con riscaldamento elettrico a resistenze in 5-15 zone indipendenti, lungo 30-100 metri, percorso dal nastro di vetro (lehr per float) o dalla griglia di contenitori (lehr per cavo) su rulli refrattari. La curva di ricottura standard ha tre tratti: (1) zona soak/heating, dove il vetro entra a 550-650°C ed è portato uniformemente sopra Ta; (2) zona di raffreddamento lento, dove la T scende lentamente attraverso Ta e fino a Ts (velocità 5-15°C/min); (3) zona di raffreddamento veloce, dove sotto Ts la T può scendere rapidamente fino all'uscita a 50-100°C.
Il controllo automatico della curva di ricottura si fa con 4-8 pirometri installati attraverso finestre di ispezione in volta o in parete laterale, che misurano la temperatura del vetro lungo il lehr e chiudono il loop di controllo delle resistenze. La banda 2-2,6 µm dei MCA-IRT-7L3 è ottimale per il vetro a queste temperature: emissività alta e stabile (~0,85), insensibilità relativa a vapore d'acqua, energia radiativa adeguata. La tecnologia two-wire 4-20 mA sostituisce direttamente le termocoppie esistenti senza ricablare l'impianto, vantaggio decisivo nel revamping di lehr in produzione.
Quattro motivi tecnici fanno della banda 2-2,6 µm la scelta standard per la ricottura del vetro. La differenza con la banda 1-1,7 µm usata per float è strutturale.
Nella banda 2-2,6 µm il vetro è poco trasparente: l'emissività superficiale è alta (~0,85) e stabile su tutto il range di temperatura del lehr (50-650°C). Lettura affidabile e ripetibile, senza dipendenza dallo spessore della lastra o del contenitore. Per confronto, in banda 1-1,7 µm il vetro è semi-trasparente e l'emissività apparente varia con lo spessore (0,7-0,9).
Nel lehr serve la temperatura della superficie del vetro, non quella della massa: è la pelle che attraversa per prima strain e annealing point e che condiziona la qualità della ricottura. La banda 2-2,6 µm dà lettura di superficie senza penetrazione (opposto della banda 1-1,7 µm float). Per il controllo della curva è esattamente quello che serve.
A temperature del lehr (50-650°C) l'emissione radiativa picco si sposta verso lunghezze d'onda più alte. La banda 2-2,6 µm intercetta abbastanza energia per dare segnale robusto a 300°C (zone intermedie del lehr), dove la banda 1-1,7 µm sarebbe già troppo poco luminosa. Il MCA-IRT-7L3 copre tutta la curva di ricottura in una sola configurazione.
I lehr italiani in produzione sono spesso strumentati con termocoppie a contatto sui rulli o in volta. La sostituzione con pirometri richiederebbe rifacimento del cablaggio, intervento invasivo su impianto in produzione. La tecnologia loop-powered 4-20 mA dei MCA-IRT-7 usa gli stessi due fili (alimentazione e segnale insieme): si sostituisce direttamente al posto della termocoppia.
Un lehr di ricottura standard ha 4-8 postazioni pirometriche distribuite lungo le zone di controllo. Sotto le quattro più rappresentative.
Punto di ingresso del nastro float o della griglia di contenitori dal forno di formatura. La temperatura di ingresso è il punto di partenza della curva di ricottura: deve essere uniforme sull'intera larghezza del nastro o sulla sezione della griglia. La prima zona del lehr porta il vetro uniformemente sopra l'annealing point per garantire ricottura completa.
Configurazione MCA: MCA-IRT-7H1 banda 1-1,7 µm (range 650-1650°C) o MCA-IRT-7L3 banda 2-2,6 µm (300-1300°C), in volta con finestra ispezione in quarzo.Zona più critica del lehr: il vetro è sopra l'annealing point (548°C per soda-lime), le tensioni si dissipano. La temperatura deve essere mantenuta costante e uniforme per il tempo necessario alla dissipazione completa (5-30 minuti in funzione dello spessore). 2-3 pirometri intermedi monitorano la zona e chiudono il loop di controllo delle resistenze.
Configurazione MCA: MCA-IRT-7L3 banda 2-2,6 µm, 2-3 unità distribuite, two-wire 4-20 mA per integrazione PLC.Zona di raffreddamento lento attraverso lo strain point (511°C). Il gradiente termico deve essere il più piccolo possibile (1-5°C/min) per evitare di creare nuove tensioni durante il raffreddamento. 2-3 pirometri intermedi controllano il profilo termico zona per zona.
Configurazione MCA: MCA-IRT-7L3 banda 2-2,6 µm range 300-1300°C, o MCA-IRT-7L2 (100-600°C) per il tratto finale verso uscita.Punto di uscita del vetro dal lehr, pronto per taglio (vetro piano) o controllo qualità e palettizzazione (vetro cavo). La temperatura di uscita è il parametro che condiziona la possibilità di movimentazione immediata del prodotto. Pirometro per controllo finale della curva e validazione del raffreddamento corretto.
Configurazione MCA: MCA-IRT-7L2 banda 2-2,6 µm range 100-600°C, o MCA-IRT-7L1 banda 8-14 µm per range -25 a 400°C.
Postazione pirometrica MCA-IRT-7L3 in volta del lehr di ricottura: la banda 2-2,6 µm legge la temperatura di superficie del vetro con emissività stabile, integrandosi al PLC del lehr tramite output two-wire 4-20 mA per chiudere il loop di controllo delle resistenze di zona.
La selezione del modello dipende dalla temperatura della zona e dalla specificità del prodotto trattato. Sintesi nella tabella sotto.
| Zona lehr | Range temperatura | Banda spettrale | Modello MCA |
|---|---|---|---|
| Ingresso lehr da float (alta T) | 600-650°C | 1-1,7 µm | MCA-IRT-7H1 |
| Ingresso lehr da IS-machine cavo | 550-600°C | 2-2,6 µm | MCA-IRT-7L3 |
| Zona annealing (cuore) | 530-580°C | 2-2,6 µm | MCA-IRT-7L3 |
| Zona strain transition | 470-530°C | 2-2,6 µm | MCA-IRT-7L3 |
| Zona raffreddamento veloce | 200-470°C | 2-2,6 µm | MCA-IRT-7L2 o MCA-IRT-7L3 |
| Uscita lehr | 50-200°C | 8-14 µm | MCA-IRT-7L1 |
| Lehr per vetro tecnico alta accuratezza | variabile | 1550 nm | MCA-IRT-W-1550 |
Quattro modelli della famiglia MCA-IRT-7 coprono tutta la curva di ricottura del vetro, da ingresso lehr a uscita.
Range: 300-1300°C • Banda: 2-2,6 µm • Lente: double-cemented • Two-wire 4-20 mA
Il pirometro standard per il cuore della curva di ricottura: zona annealing, strain transition, raffreddamento controllato. Banda 2-2,6 µm con emissività alta e stabile (~0,85), letture rappresentative della superficie del vetro. Loop-powered per sostituzione termocoppie.
Range: 100-600°C • Banda: 2-2,6 µm • Lente: double-cemented • Two-wire 4-20 mA
Per zone di raffreddamento veloce e tratto finale del lehr (200-470°C). Range esteso a 100°C, mantenimento della banda 2-2,6 µm per coerenza di lettura con le zone superiori.
Range: 650-1650°C • Banda: 1-1,7 µm • Lente: double-cemented InGaAs • Two-wire 4-20 mA
Per ingresso lehr da float (600-650°C) dove serve coerenza di lettura con i pirometri del bagno di stagno. Banda 1-1,7 µm, range esteso fino a 1650°C.
Range: -25 a 400°C • Banda: 8-14 µm • Lente: germanio • Two-wire 4-20 mA
Per uscita lehr (50-200°C) e per vetro plastico in produzioni speciali. Banda lunga dove il vetro è completamente opaco con emissività vicina a 1, ideale per misura su prodotto già raffreddato.
Inviaci la descrizione del lehr (lunghezza, numero zone di controllo, tipo di prodotto: float/cavo/tecnico, sistema PLC esistente, eventuale revamping in progetto). Risponderemo con la configurazione MCA-IRT-7 per ogni zona della curva, integrazione con PLC esistente sostituendo le termocoppie, piano di calibrazione tracciabile ACCREDIA. Sopralluogo possibile.
Il lehr (o lehr di ricottura) è un forno-tunnel a temperatura controllata in cui il vetro appena formato viene fatto passare per eliminare le tensioni residue interne dovute al raffreddamento rapido del processo di formatura. Il vetro entra nel lehr a 550-650°C, attraversa una serie di zone di raffreddamento controllato attraverso lo strain point (~511°C per vetro soda-lime) e l'annealing point (~548°C), ed esce a 50-100°C. Senza ricottura il vetro avrebbe tensioni interne che lo renderebbero fragile e soggetto a rottura spontanea. La lunghezza tipica di un lehr è 30-100 metri.
Quattro temperature critiche. (1) Ingresso lehr: 550-650°C, deve essere uniforme sull'intera larghezza del nastro per garantire raffreddamento omogeneo. (2) Annealing point: ~548°C per vetro soda-lime, è la temperatura sopra la quale le tensioni si dissipano in pochi minuti. (3) Strain point: ~511°C, è la temperatura sotto la quale le tensioni si congelano nel vetro; tra annealing e strain point il raffreddamento deve essere il più lento possibile. (4) Uscita lehr: 50-100°C, vetro pronto per taglio e movimentazione.
Due bande in funzione della temperatura. Banda 2-2,6 µm (MCA-IRT-7L3, range 300-1300°C): standard per la maggior parte del lehr, il vetro è poco trasparente in questa banda, l'emissività è alta e stabile (~0,85). Banda 1-1,7 µm (MCA-IRT-7H1, range 650-1650°C): per la zona di ingresso lehr ad alta temperatura dove serve lettura più rappresentativa della massa del vetro, oltre che della pelle. Per uscita lehr a basse temperature si valuta anche MCA-IRT-7L2 (100-600°C, banda 2-2,6 µm) e MCA-IRT-7L1 (-25 a 400°C, banda 8-14 µm).
Sì, ma solo per casi specifici. Sopra i 5 µm il vetro è completamente opaco e si comporta come un corpo grigio con emissività vicina a 1 (~0,92-0,96). La banda 8-14 µm è adatta per misure su vetro a bassa temperatura (sotto 400°C, uscita lehr) o su vetro plastico. È meno adatta per il cuore della curva di ricottura (450-600°C) dove la banda 2-2,6 µm dà segnale più forte e più stabile. Per vetro plastico/film a temperature inferiori si usa MCA-IRT-7L1 (-25 a 400°C, 8-14 µm).
Tipicamente 4-8 postazioni distribuite lungo il lehr per il monitoraggio continuo della curva di ricottura. Le postazioni più critiche sono: ingresso lehr (550-650°C), zona annealing (530-580°C, regione dove le tensioni si dissipano), zona strain (480-520°C, regione di transizione critica), uscita lehr (50-100°C). I pirometri sono installati attraverso finestre di ispezione in volta o in parete laterale del lehr, integrati al PLC del lehr per chiudere i loop di controllo delle resistenze elettriche delle zone.
Tutti i pirometri MCA-IRT-7 hanno output 4-20 mA two-wire loop-powered che si collega direttamente al PLC del lehr (Siemens, Rockwell, Schneider) sostituendo le termocoppie esistenti senza ricablare. Il segnale chiude il loop di controllo delle resistenze elettriche delle diverse zone del lehr per mantenere la curva di ricottura nominale. Per impianti dove serve precisione assoluta sotto 5°C (vetro tecnico per aerospace o automotive) si usa MCA-IRT-W-1550 con uscita digitale RS-422 ad alta velocità (1000 letture/s) per controllo PID stretto.
MCA fornisce pirometri a vetrerie italiane (Lombardia, Veneto, Friuli, Sicilia, Sardegna) per linee float di vetro piano (~982 kt/anno) e produzione di vetro cavo (~4,37 Mt/anno, dati Assovetro 2024). Supporto applicativo, calibrazione tracciabile ACCREDIA, ricalibrazioni periodiche pianificate. La famiglia MCA-IRT-7 è interamente dedicata al vetro con 5 sottomodelli per le diverse fasi del processo. Documentazione tecnica in italiano e assistenza diretta in fase di revamping o startup di linea.
MCA fornisce pirometri industriali per lehr di ricottura del vetro a vetrerie italiane in tutto il territorio nazionale: lehr da linee float di vetro piano, lehr da IS-machine di contenitori, lehr per vetro tecnico e farmaceutico. La famiglia MCA-IRT-7 è interamente dedicata al vetro con sottomodelli per le diverse bande spettrali. Calibrazione tracciabile ACCREDIA, supporto in italiano, two-wire 4-20 mA per sostituzione diretta termocoppie esistenti.