1

1. 507213
น้ำเคลือบเบื้องต้น
(Basic Glazes)
Chapter 1.2 Properties of Glass
ดร.อ่อนลมี กมลอินทร์
โปรแกรมวิชำเทคโนโลยีเซรำมิกส์ คณะเทคโนโลยีอุตสำหกรรม
มหำวิทยำลัยรำชภัฏนครรำชสีมำ
1

2. Outline of this lecture
• ความหมายของแก้ว (Definition of a Glass)
• แก้วในเชิงพาณิชย์ (Commercial Glasses)
• วัตถุดิบและการคานวณส่วนผสมของแก้ว (Raw Materials and
Batch calculation)
2

3. Definition of Glass
Glass is every where
• แก้วเป็นวัสดุอย่างหนึ่งที่มีอยู่หนทุกแห่ง และพบได้ทุกที่ในการดารงชีวิตประจาวัน
• เนื่องจากมันมีประโยชน์มากมายหลายด้าน แก้วถูกนาไปใช้งานในด้านต่างๆ โดยส่วนใหญ่แล้ว
แก้วจะสามารถมองเห็นได้ (Visible) และบางครั้งเราอาจพบมันในที่ที่เราไม่คาดคิดมาก่อน
ทุกๆ ปีจะมีการผลิตแก้วมากถึง 100 ล้านตัน
• ผู้คนที่อยู่ในโรงงานผลิตแก้ว จะต้องผลิตแก้วให้เพียงพอกับความต้องการของผู้ใช้งานมากถึง 3
ล้านคน และต้องคอยพัฒนาผลิตภัณฑ์ให้สามารถนาไปใช้งานที่หลากหาย
ตัวอย่ำงชิ้นงำน
แก้วสมัยโบรำณ
Source:
http://www.metmuseum.
org Garland bowl, late 1st
century b.c
Conical bowl, 2nd–1st
century b.c
3

4. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
งานศิลปะ (Art)
www.venicelimousin
erent.com
4

5. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
ขวด-รูปแบบ ขนาด และสีสันต่างๆ (Bottles-all shapes, size
and colors…
Mathieu Hubert, PhD CelSian Glass & Solar 5

6. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
บนโต๊ะอาหาร (At the Table)
Mathieu Hubert, PhD CelSian Glass & Solar
Eindhoven, The Netherlands
http://mocoloc
o.com
6

7. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
ในห้องครัว (In
Kitchen)
Eurokera
Source:
Schott
7

8. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
ในห้องทดลอง (In the Lab)
Mathieu Hubert, PhD CelSian Glass & Solar
Eindhoven, The Netherlands
8

9. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
อุปกรณ์เชิงแสง (In
Optics)
Multiple Mirror Telescope,
astronomy.swin.
edu.au
www.ictas.vt.e
du
Optical fibers
9

10. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
อาคาร (Buildings – Modern and
Ancient)
Shanghai World
Financial Center
10

11. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
ระบบขนส่ง (All type of
transportation)
11

12. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
สถาปัตยกรรมยุคใหม่ (In Modern
architechture)Apple Store New
York
Source:
Nypost.com Grand Canyon
Skywalk
www.tourismontheedge.
Observation deck – Willis
Tower Chicago
Credit: 360 Chicago
Tianmen
mountain, China
http://i.dailymail.
co.uk 12

13. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
โครงสร้าง (Buildings -
Insulator)Glasswool
Isover – Saint-
Foamglas®
http://www.actu-
environnement.com/ 13

14. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
โรงงานผลิตไฟฟ้ าพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Power Plan, Solar
Panels)
http://www.fm.colostate.ed
u/ P10 Solar power plant, Andalucia,
Spanje
14

15. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
หน้าจอทุกชนิด (All type of screen)
Corning Gorilla®
glass
http://www.geekalerts.c
om
15

16. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
วัสดุเสริมแรง (Reinforcement
Materials)
Souce:
wikipedia
Fiberglass-reinforced
materials
www.guizmod
o.com
16

17. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
วัสดุเสริมแรง (Reinforcement
Materials)
• Ship hulls, surfboards,
kayaks...
• Sports cars
• High-end bikes
• Antens, radomes
• Tanks, vessels
• Printed boards
• Wind Turbines
• Orthopedic casts
• Helmets and protective
equipment
• ...
17

18. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (Electronics – Glass-to-
metal seals) Sealant glass in Solid Oxide
Fuel Cells (SOFCs)
Source: www.mo-
sci.com
18

19. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
การใช้งานทางทันตแพทย์ (Dental
application)
Bioactive glass in
toothpaste*
Novamin® glass
pieces*
*J. Jones, Review of bioactive glass:
From Hench to hybrids, Acta
Biomaterialia 9 (2013) 4457–4486
Glass-
Ceramics
L. Hench et al., Glass and Medicine,
International Journal of Applied Glass
Science 1 [1] 104–117 (2010)
19

20. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
การใช้งานทางเภสัช (Medical
Application)
Radioactive
microspheres
Source: Mo-Sci Health
Care
Scaffold for bone or tissue
regeneration
M. Erol-Taygun et al., Nanoscale
Bioactive Glasses in Medical
Applications, International Journal of
Applied Glass Science 4 [2] 136–148 20

21. Glass is every where - ตัวอย่ำงแก้ว
นอกจากนี้(But
Also…)
Glass for night-vision
enhancement
(chalcogenide infrared-
transparent glasses)
Glass beads for water
purification
Bioactive glasses in
cosmetic products
Source:
Schott
Source:
photonics.com
21

22. Main Commercial
Glasses
22

23. Main type of commercial glasses (1/2)
23

24. Main type of commercial glasses (2/2)
*โดยทั่วไปแก้วชนิด display glass ที่มีอยู่ จะขึ้นอยู่กับการนาไปประยุกต์ใช้งาน เช่น ยึดติดกับ
แผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ หรือ Cover glass เป็นต้น ซึ่ง Cover glass นั้นประกอบด้วย alkalis
(ส่วนใหญ่จะเป็นโซเดียม) สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้โดยใช้วิธีการแลกเปลี่ยนไอออน (ion
exchange treatment) 24

25. ตัวอย่ำงคุณสมบัติบำงอย่ำงของแก้ว (Example of some of the glass
properties)
25

26. ควำมหนืดของแก้ว (viscosity of commercial glass)
หมำยเหตุ : การหลอมที่อุณหภูมิสูงกว่าย่อมทาให้เกิดต้นทุนในการหลอมที่สูงกว่า ต้องการพลังงานมากกว่า
และต้องใช้วัสดุทนไฟที่มีความทนต่อความร้อนสูงกว่าในการหลอม ทั้งหมดนี้จึงต้องลงทุนแพงกว่า
26

27. ส่วนผสมของแก้ว (commercial glass composition)
• จากตารางที่ 1 พบว่าประเภทของการนาไปใช้งานที่แตกต่างกันทาให้ต้องเลือกใช้แก้วตามชนิดที่แตกต่างกัน
ด้วย
• ส่วนผสมของแก้วจะถูกควบคุมโดยคุณสมบัติหรือการนาไปใช้งาน
• ธาตุแต่ละชนิดที่นามาใช้มีความจาเพาะ แต่ก็ไม่ได้มีข้อจากัด และส่วนผสมสุดท้ายจะต้องยอมรับได้กับความ
แตกต่างในสิ่งที่คาดหวังไว้
• โดยธาตุหลักที่นามาใช้ได้แก่ SiO2, Na2O, CaO, MgO, B2O3, Al2O3 แต่ glass
commercial ก็มีการเติมธาตุตัวอื่นๆ เข้าไปในปริมาณเล็กน้อยเพื่อให้คุณลักษณะที่จาเพาะ เป็นการ
ปรับปรุงส่วนผสมเพื่อให้ได้คุณสมบัติของแก้วที่เหมาะแก่การนาไปใช้งานเฉพาะด้าน
27

28. ส่วนผสมของแก้ว (commercial glass composition)
• การเติมธาตุเหล่านี้ในปริมาณเล็กน้อยสามารถช่วยให้เกิด
 Coloring agent คือ ตัวให้สี
 Fining agent คือ ช่วยให้เกิดเป็นเนื้อเดียวกัน (homogenization) ในระหว่าง
กระบวนการหลอมและการกาจัดฟองอากาศ
 Melting Flux คือ ช่วยให้อุณหภูมิในการหลอมลดลง
 Redox active species คือ เกิด oxidize หรือ reduce ในการหลอมแก้ว
 Nucleating agents สาหรับผลิตภัณฑ์ชนิด glass-ceramics
 และธาตุอื่นๆ ที่ช่วยในการปรังปรุงคุณสมบัติจาเพาะ เช่น ปรับปรุงดัชนีการหักแหแสง (reflective
index)
• สุดท้ายการรวมกันของธาตุทั้งหมดเหล่านี้จะเป็นตัวกาหนดพฤติกรรมการหลอมของส่วนผสม และคุณสมบัติ
สุดท้ายของแก้วที่ได้
28

29. จำกส่วนผสมของแก้วสู่กำรเลือกวัตถุดิบ
• ธาตุแต่ละธาตุที่เติมลงไปในส่วนผสมของแก้วจะทาให้เกิดคุณสมบัติจาเพาะ ที่ถือว่ามีอิทธิพลต่อกระบวนการ
หลอมหรือกระบวนการผลิตเป็นแก้วชนิดนั้นๆ
• จนกระทั่ง ส่วนผสมของแก้วซึ่งจะแสดงในรูปของ % oxide แต่วัตถุดิบนั้นไม่จาเป็นต้องอยู่ในรูปนี้
• ธาตุแต่ละธาตุสามารถที่จะแบ่งประเภทตามหน้าที่ของมันใน final glass หรือ กระบวนการหลอม เช่น
network former, network modifying, intermediate oxide, fining และ
fluxing agents, coloring, ion, cullet เป็นต้น
• การเลือกใช้วัตถุดิบจะต้องอยู่บนพื้นฐานของเกณฑ์ดังต่อไปนี้
29

30. จำกส่วนผสมของแก้วสู่กำรเลือกวัตถุดิบ
การเลือกใช้วัตถุดิบจะต้องอยู่บนพื้นฐานของเกณฑ์ดังต่อไปนี้
30

31. แผนภูมิแสดงควำมสมพันธ์ระหว่ำงธำตุกับผลที่เกิดกับคุณสมบัติ
31

32. ธำตุหลักและวัตถุดิบ
• Network forming oxides
–SiO2, B2O3, P2O5, GeO2
–Non-oxide components: fluorides, halides, chalcogenides (As2S3, GeS2)
• Network modifying oxides
–Na2O, K2O, Li2O
–CaO, BaO, MgO, SrO
• Intermediate oxides
–Al2O3, PbO, ZnO, ZrO2
• Fining agents/redox active components
–Sulphates: Na2SO4, CaSO4
–Oxides: As2O3, Sb2O3, CeO2
–Chlorides: NaCl - Nitrates: KNO3, NaNO3 - Carbon
• Fluxing agents
–CaF2, Spodumene (lithium raw material), blast furnace slags/calumite
• Colouring agents
–Fe2O3, Cr2O3, CoO, Mn2O3, Se, Fe3+/S2-, rare earth oxides, sulfides,
selenides
• Cullet (recycled glass, own or external cullet ) 32

33. Raw Meterials
33

34. กำรเลือกวัตถุดิบ เรำต้องพิจำรณำอะไรบ้ำง ?
ส่วนประกอบทำงเคมี (Chemical composition)
• ความเสถียร (Stability)
• การดูดความชื้นของสารประกอบ (Hygroscopicity)
• สิ่งเจือปน (Impurities)
– สีของออกไซด์ Coloring oxides (e.g. iron oxides, chromium oxides,…)
– แร่ Heavy mineral (zircon, zirconia, chromite,…), CSPs
– วัสดุอินทรีย์ Organic material  effect on redox & foaming
– Fluorides, chlorides, sulfur (in synthetic soda, cullet, clays, dolomite,
slags, filter dust):  emissions
ลักษณะของกำรหลอม (Melting Characteristics)
• การหลอมละลาย (Melting-in)
• ความร้อนในการหลอม (Melting enthalpy)
• การสูญเสียมวล (Mass losses)
• ขนาดของอนุภาค (Grain sizes)
• อยู่ในรูปที่ง่ายต่อการหลอม (Easy to melt forms: clay, feldspars for Al2O3 in glass)
• รำคำ Costs (often determined by raw material production technology) 34

35. แหล่งที่มำของวัตถุดิบ
• วัตถุดิบตั้งต้นอาจจะได้มาในรูปของแร่ (ขุดมาจากดิน/การทาเหมือง) หรือสารเคมี (ได้มาจากกระบวนการทางเคมี)
• การพิจารณาเลือกแหล่งของวัตถุดิบตั้งต้น ส่วนใหญ่จะใช้เกณฑ์การพิจารณาตามตารางด่านล่างนี้
(จากัดกระบวนการ)
(ราคาแพง)
(พบสิ่งเจือปน) (บริสุทธิ์มาก)
(ส่วนผสมเปลี่ยน
ได้)
(ส่วนผสมคงที่)
(ราคาไม่แพง)
(ไม่จากัด
กระบวนการ)(สุ่มตัวอย่างหลายที่)
(สุ่มตัวอย่างเดียว)
(รับรองคุณภาพยาก) (รับรองคุณภาพเป็นไปได้)
35

36. Network forming elements – SiO2
• ซิลิกา (SiO2) เป็นส่วนประกอบสาคัญที่ถูกพูดถึงมากที่สุดในการผลิตแก้วเชิงพาณิชย์
• ซิลิกา (SiO2) คือ ทรายควอทต์ (quartz sand) sandstone and quartzite ที่
เกิดจากแหล่งธรรมชาติ ซิลิกาที่มีความบริสุทธิ์มากพอเท่านั้นที่จะถูกนาไปใช้ในกระบวนการผลิตแก้ว
มันอาจเกิดขึ้นจากการทับทมของควอทต์ชั้นต้น (primary) ไปเป็นชั้นทุติยภูมิ (secondary)
• ทรายซิลิกาในชั้นทุติยภูมิที่ถูกทับถมพบมากที่สุดบนโลก ซึ่งประกอบด้วยทรายซิลิกาที่ผ่าน
กระบวนการชะล้างของลมและน้า ในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนแปลงนี้จะทาให้มันมีการแบ่งขนาด
ของอนุภาคที่แตกต่างกัน
• ความบริสุทธิ์อาจจะมีความหลากหลาย
36

37. แผนภูมิกำรกัดกร่อนของหินทรำยและกำรเปลี่ยนแปลงด้วยกำรทับถมของทรำยซิลิ
กำที่ผ่ำนกำรกัดเซำะ (source: sibelco)
37

38. Network forming elements – SiO2
• ขนาดของอนุภาคและลักษณะพิเศษของแร่/ส่วนผสม/ระดับการมีสิ่งเจือปนน้อยในทรายแก้ว ทั้งหมดนี้คือ
สิ่งที่ต้องเข้มงวด มันเป็นสิ่งที่ยากสาหรับการจะได้ทรายแก้วที่ตกผลึกโดยปราศจากการกาหนดปัจจัย
บางอย่างในกระบวนการผลิต
• การกระจายตัวอย่างสม่าเสมอของขนาดอนุภาคทรายแก้วจะอยู่ระหว่าง 0.125 mm ถึง 0.500
mm. มีร้อยละความละเอียดและความหยาบของอนุภาคสูงในทรายแก้วอาจจะทาให้ผลไม่น่าเชื่อถือจาก
ความเสียหายในกระบวนการผลิต
• พื้นที่และร้อยละของปริมาณเหล็กที่มีอยู่ในทรายเป็นสิ่งสาคัญ (ซึ่งผลกระทบของกระบวนการผลิตทรายที่
ละเอียดในการที่จะลดหรือแยกเหล็กออกไป)
• ฮิวมิก (Humic) หรือกรดอินทรีย์ที่เกิดจากการทับถมในทางธรรมชาติซ้าไปมาจนเกิดการละลายและ
การแยกของเหล็กออกไปจากทราย
• ปริมาณของแร่ที่ไม่สามารถหลอมได้เป็นตัวแปรสาคัญ เช่น พวกแร่ที่หลอมละลายได้ยากในซิลิเกต
38

39. Network forming elements – SiO2
เทคนิคและกระบวนกำรผลิตทรำยแก้ว ประกอบด้วย
• การลดขนาด (size reduction; sieving, hydro-sizer)
• การล้าง (washing)
• การร่อน (sieving)
• การคัดขนาด (classification)
• การบด (attrition) การขัด (abrasion) การถู (scrubbing)
• การแยกเหล็ก (magnetic separation)
• การแยกแร่ (density/gravimetric separation; spirals)
• การลอย (flotation)
• การอบแห้งและการบด (thermal drying and milling)
39

40. Network forming elements – SiO2
• แหล่งอื่นของซิลิกา ประกอบด้วย
• Cullet (recycled glass)
• China clay or Kaolin (Al2O3-2SiO2-2H2O)
• Feldspar / Nepheline components (R2O-Al2O3-xSiO2)
• ในผลิตภัณฑ์ E-glass (continuous filament glass fiber), ดินขาว (china
clay) ถูกใช้เพื่อให้อะลูมินากับส่วนผสมของแก้ว
• zirconium oxide เป็นส่วนผสมหนึ่งของแก้ว ซึ่งวัตถุดิบตั้งต้นที่สามารถใช้ได้ คือ zirconium
silicate (zircon: ZrSiO4)
• โดยทั่วไปทรายและอนุภาคอะลูมินาจะหลอมละลายได้ช้ากว่าอนุภาคดินขาวละเอียดในกระบวนการหลอม
การใช้ซิลิกาจากดินทาให้ต้นทุนไม่สูงเมื่อเทียบกับการใช้ซิลิกาบริสุทธิ์รวมกับอะลูมินาบริสุทธิ์
40

41. Network forming elements – B2O3
• B2O3 เป็นแก้วที่มีการนาไปใช้งานที่ต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน
(high thermal shocks resistance) เช่น แก้วยี่ห้อ Pyrex® แก้ว
Borosilicate ส่วนใหญ่จะมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่า (low thermal
expansion coefficient)
• ถ้าในแก้วประกอบด้วยธาตุ alkali oxide ในปริมาณต่า และมี boron เป็นวัตถุดิบ
หลัก ซึ่งโดยส่วนใหญ่จะใช้ boric acid (H3BO3) หรือ colemanite
(Ca2B6O11-5H2O) คล้ายกับในกรณีของแก้วประเภท E-glass
• ในจอกระจกชนิด LCD จะต้องไม่มีปริมำณ alkali oxide อยู่จึงจะยอมรับได้ และ
ส่วนใหญ่จะนิยมใช้ boric acid ในส่วนผสมเพื่อก่อให้ boron oxides
• Sodium-tetraborate หรือที่รู้จักในชื่อ borax (Na2B4O7-10H2O) จะ
ถูกใชสาหรับแก้วประเภท sodium-borosilicate หรือใช้สาหรับ insulation
glass wool. 41

42. Network Modifying elements
• Alkaline and alkaline earth oxides จะถูกเติมลงไปในแก้วเพื่อทำหน้ำที่
ในกำรเพิ่มอัตรำกำรหลอม (melting rate) ให้สูงขึ้น และลดควำมหนือ
(viscosity) ของน้ำแก้ว (molten glass) นอกจากนั้นยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพใน
กระบวนการขึ้นรูปได้อย่างดีเยี่ยม สาหรับ alkali oxides จะมีหน้าที่ช่วยในการปรับปรุง
ความสามารถในการหลอมแก้ว (“fluxing agent”)
• Alkali carbonates สามารถทาปฏิกิริยากับ alkali earth oxides (หรือ
alkali earth carbonates) หรือทาปฏิกิริยากับทรายซิลิกาจะทาให้อุณหภูมิใน
การหลอม (melting point )ของ SiO2 ลดลง แล้วเกิดเป็น Alkali silicates
หรือ alkali-earth alkali silicates ในระหว่างกระบวนการหลอม
• อย่างไรก็ตาม ความทนทานต่อสารเคมี (chemical durability) ของแก้วก็จะลดลง
เนื่องด้ววย alkali oxides. การแทนที่บ้างส่วนของ alkali oxides ด้วย alkali
earth oxides จะช่วยเพิ่มความต่อสารเคมีของแก้วได้
42

43. Alkaline elements – Na2O
• Na2O เป็นออกไซด์หลักที่ได้มาจากวัตถุดิบในรูปของ soda ash (Na2CO3)
สามารถผลิตได้จากSolvay process (ตามแผนผังกระบวการผลิต)
• เนื่องจากกระบวนการนี้ใน soda ที่ได้จะประกอบด้วย NaCl เป็นสารเจือปน (0.09-
0.3 wt%)
• Soda ที่ได้จากแหล่งทางธรรมชาติจะถูกใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตแก้ว (ประกอบด้วย
0.05 wt% NaCl)
• Soda สามารถดูดซับน้าได้ในประมาณมาก may absorb large quantities
of water (ถ้าอุณหภูมิต่ากว่า 35.4°C จะกลายเป็นสารประกอบที่อยู่ในรูป
ของ Na2CO3-7H2O และ Na2CO3-10H2O) เราจึงต้องคานึงถึงขั้นตอนการ
เตรียมและการขนย้ายส่วนผสมด้วย
• Na2O ที่อยู่ในวัตถุดิบอื่นๆ ได้แก่ sodium feldspars, nepheline
syenite, borax, sodium sulfate (โดยทั่วไปจะใช้เป็น fining agent), 43

44. Alkali elements – Na2O
44

45. Alkaline elements – K2O
• ในอุตสาหกรรมการผลิตแก้ว lead crystal glass, potassium oxide
(K2O) ถูกใส่เข้าไปแทนที่ Na2O และอยู่ในรูปของ potassium carbonate
(K2CO3) เพื่อเพิ่มค่าดัชนีหักเหแสง (refractive index) ให้กับผลิตภัณฑ์
• เช่นเดียวกับ soda ash, K2CO3 สามารถเตรียมได้จาก chlorides
(potassium chloride)
• K2CO3 เป็นสารประกอบที่ไวต่อความชื้นสูงมาก (ควรเก็ยไว้ในที่แห้ง และแยกเก็บเฉพาะ
ต่างหาก)
• K2O ที่อยู่ในวัตถุดิบอื่นๆ ได้แก่ potassium feldspars
(K2OAl2O36SiO2) (ประกอบด้วยแร่ K และ Al ไม่สามารถพบได้ในยุโรป
ตะวันตก)
• Potassium ในบางครั้งอาจจะอยู่ในรูปของ potassium nitrate (KNO3) ซึ่ง
สามารถทาหน้าที่เป็นตัว oxidizing agent ในกระบวนการหลอมแก้วที่มี 45

46. Alkaline elements – Li2O
• บางครั้ง lithium oxide จะถูกเติมลงไปในปริมาณเล็น้อยเพื่อทาหน้าที่เป็นตัวช่วย
หลอม (fluxing agent) ส่วนใหญ่วัตถุดิบที่ประกอบด้วย lithium oxide คือ
spodumene (Li2OAl2O34SiO2) หรือ synthetic lithium
carbonate (Li2CO3)
• Lithium oxide ทาหน้าที่เป็นตัวช่วยหลอม และเพิ่มอัตราการหลอม การเติม
lithium oxide เพียงเล็กน้อยสามารถมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติบาง เช่น
สัมประสิทธิ์การขยายตัว และความหนืด เป็นต้น
• Li2O ในน้าแก้วหลอมสามารถกัดกร่อนวัสดุทนไฟที่นามาทาเป็นเบ้าหลอมได้
46

47. Alkaline-earth elements – CaO
• Limestone (CaCO3) เป็นแร่ที่มีความสาคัญสาหรับวัตถุดิบที่ต้องต้องให้ CaO
• สาหรับกระบวนการผลิตแก้วประเภท E-glass, colemanite (Ca2B6O115H2O)
จะถูกใช้เป็นวัตถุดิบที่ให้ CaO และมี boric oxide เป็นผลพลอยได้
• Dolomite (MgCO3CaCO3) จะถูกใช้เพื่อให้ทั้ง CaO หรือ MgO ขึ้นกับการ
เลือกส่วนผสมของแก้ว
• Quick lime (CaO) หรือ hydrated lime (Ca(OH)2) บางครั้งจะถูกใช้ใน
อุตสาหกรรมการผลิตแก้ว เพื่อประหยัดพลังงานในการหลอมที่ไม่ต้องการการแตกตัวของพวก
carbonate อย่างไรก็ตามบางกระบวนการผลิตต้องใช้ limestone จึงต้องใช้พลังงานสูง
ในการผลิต (วัตถุดิบมีราคาแพง)
• Lime rich filter dust เป็นวัตถุดิบที่ได้จากเครื่องขัดและกรองเพื่อควบควบกระบวนการ
ปล่อยแก๊สจากเตาหลอมแก้ว
47

48. Alkaline-earth elements – MgO
• วัตถุดิบที่ให้ MgO คือ dolomite (MgCO3CaCO3) สิ่งเจือปนที่พบบ่อยใน
Dolomite ได้แก่ chlorides และ fluorides
• Dolomite เป็นวัตถุดิบที่ได้จากการเผา (decrepitation) (ในระหว่างการ
ให้ความร้อนอนุภาคdolomite จะเกิดการแตกตัวขึ้นที่อุณหภูมิที่
แน่นอน และปล่อยแก๊ส CO2 ออกมา ภายในอนุภาคของ
dolomite นี้แก๊ส CO2 จะค่อยทาให้ความดันสูงขึ้น และอนุภาค
จะสามารถเกิดการระเบิดได้ที่ความดันนี้
• วัตถุดิบอื่นๆ ที่ให้ MgO ได้แก่ magnesium carbonate (MgCO3) เป็นแร่
ที่มาพร้อมกับสิ่งเจือปนอย่าง Fe2O3 หรือ MgCO3 ที่บริสุทธิ์อาจจะผลิตได้จากของ
เสียจากโรงงานอุตสากรรมalkali บางครั้งอาจจะใช้ synthetic basic
48

49. Intermediate oxide– Al2O3
• intermediate oxides ช่วยทำให้แก้วเกิดควำมเสถียร ลดแนวโน้มของกำรเกิด
ผลึก ช่วยเพิ่มควำมทนต่อสำรเมี (chemical resistance) และ Al2O3 เป็นที่
นิยมนามาใช้เพื่อให้มีอิทธิพลต่อ tensile strength
• Aluminum oxide หรือที่เรียกว่า alumina or corundum (Al2O3)
ส่วนใหญ่จะใช้ทาหน้าที่เป็นตัวกลางในส่วนผสมของแก้ว
• Pure alumina powder เป็นอนุภาคที่มีการหลอมอย่างช้าๆ ในกระบวนการหลอม
แก้ว
• บางครั้งการเติมวัตถุดิบที่ให้ Al2O3 ได้แก่ kaolin, feldspar or nepheline
syenite แต่ทุกวันนี้วัตถุดิบที่ได้จากการสังเคราะห์นั้นมีราคาแพงซึ่งแตกต่างจากการใช้
aluminum oxide
• Aluminum oxide เกิดขึ้นในตะกรันจากเตาหลอมโลหะ (blast furnace
slags) (10 - 15 mass%) และมี sand และ dolomite เป็นสิ่งเจือปน (049

50. Fining agents
• Fining agents เป็นตัวเพิ่มเติม (additives) ซึ่งทาหน้าที่ในการแยกแก๊สและ
ฟองอากาศจากกระบวนการหลอมแก้วเพื่อให้ได้แก้วใส (ขนาดที่มองเห็นเส้นผ่านศูนย์กลาง
0.05 – 0.5 mm)
• ในอุตสาหกรรมกระบวนการผลิตแก้ว จะเรียก fining agents และสามารถเติมได้
สูงสุด ± 1.0 wt %.
• fining agent ที่ใช้กันโดยส่วนใหญ่ คือ sodium sulfate (Na2SO4) (salt
cake) เหมาะสาหรับนาไปใช้ใน soda lime silica glass, E-glass (ใน
บางครั้งอาจใช้ร่วมกับ reducing agents เช่น carbon หรือ oxidizing
agents เช่น nitrates เพื่อปรับอุณหภูมิการเริ่มเกิด fining)
50

51. Fining agents
• นอกจาก sodium sulfate (Na2SO4) แล้วยังมี fining agents ตัวอื่นๆ ที่
พบโดยทั่วไปในอุตสาหกรรมแก้ว ได้แก่
Antimonate or Arsenate (Sb2O5, As2O5)
Sodium chloride (NaCl)
Cerium oxide (CeO2)
Tin oxide (SnO)
Calcium sulfate (CaSO4)
• การเลือกใช้ fining agent จะใช้ช่วงอุณหภูมิเป็นเกณฑ์ในการเลือก fining (และ
บางครั้งการรวมกับ oxidizing หรือ reducing agents) ความเป็นไปได้ในการ
กาหนดส่วนผสม และการพิจารณาเฉพาะเรื่อง
51

52. Fluxing agents
• Fluxing agents เป็ นตัวเพิ่มเติมเพื่อช่วยเร่งปฏิกิริยำกในกระบวนกำรหลอมของ
ส่วนผสม กำรเกิดปฏิกิริยำของสำรประกอบเหล่ำนี้จะอำศัยหลักกำรทั่วไปดังนี้
จะเกิดหลอมของเฟสที่อยู่ในอุณหภูมิที่ต่ากว่า
แรงตึงผิว (surface tension) ของส่วนผสมที่หลอมจะลดลง ซึ่งจะช่วยทาให้เกิด wetting
ของอนุภาค sand โดยปฏิกิริยาการหลอมที่เกิดขึ้น
เกิดการของเฟสที่อยู่ในรูปของความหนืดน้อย
วัตถุดิบบางอย่างในส่วนผสมต้องการพลังงานในการหลอม เมื่อเปรียบเทียบการการแทนที่วัตถุดิบ
(e.g. cullet ถูกแทนที่ในส่วนผสมปกติ)
วัตถุดิบบางอย่างช่วยให้เกิดการถ่ายเทความร้อนในเบ้าหลอมส่วนผสม
52

53. Fluxing agents
• ประเภทหลักของ fluxing agents ที่พบในอุตสาหกรรมแก้ว ได้แก่
Fluorspar (CaF2)
Lithium carbonate (Li2CO3)
Spodumene (Li2OAl2O34SiO2 )
Sodium sulfate (Na2SO4)
Potassium / Sodium Nitrates (KNO3 / NaNO3)
Blast furnace slag (e.g. Calumite®)
Cullet
53

54. Cullet - recycled glass
• แก้วเหลือทิ้งที่สามารถนากลับมาใช้ใหม่เรียกว่าcullet (cullet มีขนาดตั้งแต่ระดับ
มิลลิเมตรไปจนถึง 2 cm) บริสุทธิ์ (purified) (แยกส่วนประกอบโลหะ, เซรามิกส์,
อินทรีย์สาร) และนาไปผสมในเตาหลอมอีกครั้ง
• ทุกวันนี้cullet ได้กลำยเป็ นวัตถุดิบหลักในผลิตภัณฑ์แก้วประเภทต่ำงๆ (ใช้มำกถึง 90
wt% ในส่วนผสมของแก้วแต่ละประเภท)
• Own (ในประเทศ) cullet: เศษแก้วที่ได้จากกระบวนผลิตในประเทศ
• Foreign (ต่ำงประเทศ) cullet: เศษแก้วที่ได้จากโรงงานแก้วต่างๆ และแก้วรีไซคลิ
นจากการเลือก (ของเสียในโรงงาน) ในอุตสาหกรรมต่างประเทศเศษแก้วจะได้จาก
กระบวนการที่ทากับแก้วหลังการผลิต หรือการแทนที่ขวดด้วยขวดใหม่ (การตัดแก้วแผ่นเรียบ
หรือ การขึ้นรูปกระจกรถยนต์ หรือหน้าต่าง)
54

55. Cullet - recycled glass
• Advantages of cullet
ใช้พลังงำนในกำรหลอมน้อยกว่ำ (lower melting energy) วัตถุดิบตั้งต้น (มันจะเกิด
การหลอมทีหลังและมีเกิดปฏิกิริยาแตกตัวแบบ endothermic ของพวก carbonates เมื่อ
เศษแก้วหลอม).
Cullet สามารถทาปฏิกิริยากับ fluxing agent และมันจะช่วยลดพลังงำนในกำรหลอม
ประหยัดพลังงาน เมื่อ 100 % ใช้ cullet เป็ นส่วนผสมประมำณ 25-30 % หาก
เปรียบเทียบกับการใช้ส่วนผสมปกติ 100 %
http://precisionrecycli 55

56. Cullet - recycled glass
• Disadvantages of cullet
• เมื่อใช้เศษแก้วในประเทศ มีความไม่จาเพาะ เช่น การเก็บเศษแก้วไม่สะอาดและแห้ง และเศษแก้วไม่มีความ
ละเอียด
• เศษแก้วที่ละเอียดมากๆ อาจที่ให้เกิดฟองอากาศ (extra foaming) และเกิดเถ้าแก้วลอย (dust
carry-over)
• การใช้เศษแก้วจากต่างประเทศอาจเกิดความเสี่ยง ในเรื่อง
ส่วนผสมของแก้วอาจจะไม่เหมื่อนเดิม
สิ่งเจือปนที่ต้องคานึงถึง (การแยก)
เซรามิกส์ หิน ดินขาว (Porcelain)
โลหะ: Ferro and nonon-Ferro (Al, Ni, Cu, Pb,…)
Glass Ceramics
สีของแก้วจากเศษแก้ว
ส่วนประกอบอินทีย์ไม่คงที่เกิดสภาวะ redox และมีผลต่อสีของผลิตภัณฑ์แก้ว
56

57. Coloring element – transition metal
คำแนะนำ: Fe เป็นสิ่งเจือปนที่ได้มาจากวัตถุดิบ ปริมาณ
เหล็กอาจจะควบคุมอย่างระมัดระวัง เนื่องจากมันมีผลกระทบ
อย่างมากกับสีของแก้วหลังเผา
57

58. Coloring element – transition metal
• ส่วนผวมที่มี ferric iron (Fe3+) ที่เหลือค้ำงที่รวมกับ sulfides (reduced molten
glass) และ alkali จะป็นสาเหตุของการเกิดสีแก้วที่มีเหลืองอาพัน (amber)
• Cadmium sulfides (CdS) สาหรับให้แก้วสีเหลือง (yellow)
• Cadmium selenides (CdSe) หรือ Gold chloride AuCl3 รวมกับ
reduction agent (อยู่ในรูปของอนุภาคทองเล็กมากๆ ในแก้ว) จสาหรับให้แก้วสีแดง (red)
• Selenium เป็ น colorizing agent สาหรับให้แก้วสีบรอนซ์ (bronze)
• Cerium oxides, กับ oxidize the melt and for absorption of X-
Rays. เมื่อปริมาณความเข้มข้นของ cerium oxide มากจะทาให้ได้แก้วสีเหลืองอ่อน (light
yellow)
• ของผสมระหว่าง Nd2O3 & Pr2O3 จะได้แก้วสีน้าเงิน (blue)
• NB: การรวมกันของ selenium + cobalt สามารถใช้เป็นตัวลดสี “decolorizing”
agent ในผลิตภัณฑ์แก้วที่ผสมตะกั่ว เนื่องจากสีได้มีเหล็กเป็นสิ่งเจือปน
58

59. Example cost price of raw materials
Typical price levels (2009) for raw materials applied in the glass industry, in EU excluding transport costs.
59

60. Example cost price of raw materials
60

61. Batch preparation
61

62. Industrial batch preparation
• วัตถุดิบชนิดต่างๆที่ถูกผสมเข้าเวยกันในอัตราส่วนผสมที่เหมาะสม เราจะเรียกการผสม
วัตถุดิบนี้ว่า “ปริมาณวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้ง (batch)”
• โดยทั่วไปปริมาณของผงวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้ง จะอยู่ในรูปของอนุภาค
(granules) หรือ เม็ดกลมเล็กๆ (pellets) ก่อนจะใส่เข้าไปในเตาเผา
• โดยปกติปริมาณวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้งจะไม่รวมวัตถุดิบที่เป็นเม็ดกลมเล็กๆ หรือ
เศษแก้ว (cullet) อย่างไรก็ตาม ทุกวันนี้โรงงานอุตสากรรมแก้วมีการนาเศษแก้ว
กลับมาใช้ใหม่มากขึ้น โดยใช้เศษแก้วที่ได้จากหลังงานการใช้งานของลูกค้าทั้งในและ
ต่างประเทศ
• มีหลายอย่างที่ควรคานึงเมื่อต้องเตรียมปริมาณวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้งในโรงงาน
อุตสาหกรรม ดังต่อไปนี้
62

63. Batch calculation
• สาหรับวัตถุดิบแต่ละชนิด มีความเกี่ยวกับปริมาณของออกไซด์และสิ่งเจือปน (Cl, F, S, iron
oxides) จะต้องคานวณหาปริมาณความเข้มข้น
• โดยส่วนใหญ่วัตถุดิบจะมีคาร์บอเนต (carbonates) และไนเตรต (nitrates) หรือน้า เป็น
องค์ประกอบ การแยกตัวของสารประกอบเหล่านี้จาเป็นต้องใช้อุณหภูมิสูงเพื่อระเหยกลายเป็นไอของ
ออกไซด์ CO2, NO2 และ H2O ซึ่งระเหยกลายเป็นไอออกไปจากปริมาณวัตถุดิบที่จะผสมในแต่
ละครั้ง เราจะเรียกสิ่งนี้ว่า “การสูญเสียเนื่องจากการหลอมตัว (melting loss) จะอธิบาย
รายละเอียดต่อไป
• ปัจจัยอื่นๆ ที่ควรนามาพิจารณา ได้แก่
 ปริมาณความชื้นในวัตถุดิบที่แตกต่างกัน
 การระเหยการเป็นไอ (Evaporation) ส่วนประกอบบางอย่างจะระเหยและกลายเป็นไอได้
จากการหลอม เช่น alkali oxides เป็นต้น
 การแพร่กระจาย (Dispersion) (ต่อเนื่อง)
 การละลายของอิฐทนไฟ
 ส่วนผสมของเศษแก้ว (Cullet composition) มันจะแตกต่างกันไปตามกระบวนการ 63

64. ตัวอย่ำงของออกไซด์ที่อยู่ในวัตถุดิบ
G. McLellan and E. Shand, Glass Engineering Handbook, 3rd edition, 1984,
Ed: McGraw-Hill Book Company
64

65. ควำมหมำยของคำว่ำ Redox
Redox = ความสมดุลระหว่างชนิดของ oxidizing และ reducing ทั้งหมดในระบบ
Redox = สัดส่วนของรูปแบบ oxidized กับ reduced ในสภาวะที่เป็น oxidation
(“redox”)
 ตัวให้ Reducing agents ทาหน้าที่ลดปริมาณออกซิเจน → reduces melt
 ตัวให้ Oxidants ทาหน้าที่เพิ่มปริมาณออกซิเจน → oxidizes melt
การวิเคราะห์สภาวะ Redox ของปริมาณวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้ง ดังนี้
 จานวนตัวเลขของ Redox (Batch redox number)
 ความต้องการออกซิเจนทางเคมี (Chemical Oxygen Demand: COD)
• การวิเคราะห์สภาวะ Redox state ของแก้วขณะหลอมโดยใช้ partial oxygen
pressure: pO2(T)
• การวิเคราะห์สภาวะ Redox state ของแก้วผลิตภัณฑ์สาหรับกรณีตัวอย่างสัดส่วนของ
เหล็ก: Fe2+/Fetot 65

66. Batch Redox number
• สิ่งสาคัญในการคานวณส่วนผสมของปริมาณวัตถุดิบที่ใช้ในแต่ละครั้งในกระบวนการผลิต คือ จานวน
ตัวเลขของ Redox
• จานวนตัวเลขนี้จะบอกถึงลักษณะความสมดุลระหว่างตัวลดปริมาณออกซิเจน reducing และตัว
เพิ่มปริมาณออกซิเจน oxidizing ในส่วนผสม
• ถ้าจานวนตัวเลข Redox ของปริมาณส่วนผสมเป็นบวกมากๆ แสดงถึงแนวโน้มของการมีปริมาณ
ออกซิเจนที่มากด้วย oxidized glass (เช่น เหล็กที่อยู่ในสภาวะ Fe3+)
• สภาวะ Redox ของส่วนผสมและแก้วขณะหลอมจะมีผลอย่างมากต่อกระบวนการหลอมและความ
ใสของแก้ว (พฤติกรรมการปล่อยแก๊ส) เช่นเดียวกับคุณสมบัติสุดท้ายของแก้ว (โดยเฉพาะสี) มัน
จะต้องควบคุม
• Oxidizing agents (เช่น nitrates) หรือ reducing agents (เช่น cokes)
สามารถที่จะเติมลงไปในส่วนผสมเพื่อปรับความเป็น redox ของปริมาณวัตถุดิบที่ใช้ในแต่ละครั้ง
66

67. Batch Redox number
การคานวณหาตัวเลข Redox โดยใช้ชนิดของ oxidizing หรือ reducing ในส่วนผสม
Rtotal =  Ri • Gi
Gi คือ สารประกอบชนิด reducing หรือ oxidizing ต่อปริมาณของทราย 2000 กิโลกรัมใน
ส่วนผสม
Ri คือ redox factor (จะมีค่าเป็นลบสาหรับสารประกอบชนิด reducing เช่น carbon)
67

68. ผลของ Redox กับ color ของ Fe และ Cr ในขวดแก้ว
From P. Laimbock, ReadOX & Consultancy, presentation at ICG 68

69. ตัวอย่ำงกำรคำนวณปริมำณของวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้ง
69
Oxide in
glass
Mass in
glass (g)
Glass
composition
SiO2 980+37.4
= 1017.4
1017.4/1373.
6 x 100
=74.1
Na2O 216.4+1.7
+4.9
= 223
223/1373.6
X 100
= 16.2
CaO 62 62/1373.6 X
100
= 4.5
MgO 42 42/1373.6 X
100
= 3.1
B2O3 10.9 10.9/1373.6
X 100
= 0.8
Al2O3 9.9 9.9/1373.6 X
100
= 0.7
K2O 7.1 7.1/1373.6 X
100

70. ตัวอย่ำงกำรคำนวณปริมำณของวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้ง
70
• ข้อสังเกต : วัตถุดิบส่วนใหญ่มี carbonates และ nitrates หรือ water เป็นองค์ประกอบ
(hydrated compounds / OH-groups) การแยกตัวของสารประกอบเหล่านี้จาเป็นต้อง
ใช้อุณหภูมิสูงเพื่อระเหยกลายเป็นไอของออกไซด์ CO2, NO2 และ H2O ซึ่งระเหยกลายเป็นไอ
ออกไปจากปริมาณวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้ง เราจะเรียกสิ่งนี้ว่า “การสูญเสียเนื่องจากการหลอมตัว
(melting loss)
• วัตถุดิบสาหรับส่วนผสมขวดแก้ว โดยปกติใช้ส่วนผสมแบบแห้งในปริมาณ 1,170 ถึง 1,190 กิโลกรัม
จะได้น้าแก้วหลอม (molten glass) ในปริมาณ 1,000 กิโลกรัม
• สาหรับ soda-lime-silica float glass โดยปกติใช้ส่วนผสมแบบแห้งในปริมาณ 1,200 ถึง
1,220 กิโลกรัม จะได้น้าแก้วหลอม (molten glass) ในปริมาณ 1,000 กิโลกรัม ส่วนต่างที่
หายไป คือ แก๊สจากการแตกตัวของวัตถุดิบ

71. ขั้นตอนสำคัญในกำรเตรียมปริมำณของวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้งในโรงงำน
อุตสำหกรรม
71
1. การแยกหรือการทาเหมืองของวัตถุดิบหรือแร่ และกระบวนการทางเคมีสาหรับสังเคราะห์วัตถุดิบตั้งต้น
2. การล้าง (Pre-treatment) บางส่วนจากผู้จาหน่ายวัตถุดิบ หรือการทาให้บริสุทธิ์
(purification) และการคัดขนาดด้วยตะแกรงร่อน (sieving/size classification)
3. การขนส่งไปยังโรงงานผลิตแก้ว
4. การตรวจสอบความบริสุทธิ์จากผู้ขาย ส่วนประกอบทางเคมี (chemical composition) ขนาด
อนุภาค (grain size) และปริมาณความชื้นในวัตถุดิบ (moisture content)
5. การจัดเก็บในคลัง (Storage in silos)
6. การชั่งน้าหนักส่วนผสม (Weighing)
7. การผสม (Mixing)
8. การลาเลียงไปยังเตาเผาหรือกรวย
9. การป้ อนส่วนผสมเข้าไปในเตาเผา

72. ขั้นตอนสำคัญในกำรเตรียมปริมำณของวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้งในโรงงำน
อุตสำหกรรม
72
ทุกขั้นตอนจะต้องควบคุมให้ได้คุณภาพ ตั้งแต่วัตถุดิบตั้งต้นไปจนถึงการนาส่วนผสมเข้าเตาเผา

73. กำรขนส่งไปยังโรงงำนผลิตแก้วและกำรตรวจสอบคุณภำพจำกผู้ขำย
73
• รับรองคุณภาพผลิตภัณฑ์ ซึ่งเป็นสิ่งสาคัญที่จะสร้างความเชื่อมั่นในขั้นตอนต่อไป จะต้องมี
ความมั่นคงและความเชื่อมั่นในการขนส่งวัตถุดิบไปยังโรงงานผลิตแก้ว
• วัตถุดิบส่วนใหญ่จะถูกขนส่งโดยรถบรรทุก เรือ หรือรถไฟขนส่งแบบราง จะมีทั้งรูปแบบที่เป็น
เม็ดและเป็นผง
• ข้อควรระวัง จะต้องหลีกเลี่ยงการมีปริมาณการปนเปื้นของวัตถุดิบก่อนการขนส่ง
• ในเวลาขนส่ง ผู้ควบคุมด้านแก้วจะต้องออกมาตรวจสอบด้วยตนเองเพื่อให้ได้วัตถุดิบที่มี
คุณภาพ (ส่วนประกอบทางเคมี, สิ่งเจือปน, ขนาดอนุภาค, ความชื้นของวัตถุดิบ) และใน
กรณีจาเป็นที่จะต้องมีการปรับส่วนผสมสาหรับปริมาณวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้ง

74. กำรจัดเก็บ (Storage)
74
• ก่อนการเตรียมวัตถุดิบที่จะผสมในแต่ละครั้ง วัตถุดิบจะถูกเก็บไว้ในบริเวณใกล้กับเตาเผา
• การเสียระบบในกระบวนการผลิตแก้ว (เช่น กรณีปัญหาเกี่ยวกับระบบการขนส่ง) แนะนาให้มี
การจัดเก็บวัตถุดิบเพื่อให้เพียงพอต่อการผลิตได้ 4-5 วันก่อนวัตถุดิบจะหมด
• การจัดเก็บวัตถุดิบในคลังจะสร้างห้องเพื่อแยกเก็บวัตถุดิบแต่ละตัว
• จะต้องดูแลรักษาเป็นพิเศษในระหว่างการเติมวัตถุดิบและการนาวัตถุดิบไปใช้จากห้องเก็บ
(การเป่าอนุภาคละเอียด, ความไม่สม่าเสมอของอนุภาค, ควบคุมความดันภายในห้องเก็บ)
• โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อนุภาคทั้งหยาบและละเอียดจะต้องมีความกระจายตัวเท่ากันอย่าง
สม่าเสมอในห้องเก็บ หลีกเลี่ยงความไม่สม่าเสมอของอนุภาค

75. กำรชั่งส่วนผสมของปริมำณวัตถุดิบที่ใช้ในแต่ละครั้ง (Weighing)
75
• ความถูกต้องของการชั่งน้าหนัก เป็นสิ่งที่มีความสาคัญมากและจะต้องควบคุมเป็นอย่างดีและ
ปรับเทียบให้เป็นปกติ
• เทคโนโลยีการชั่งน้าหนักต่างๆ ที่มีใช้ (ระดับที่สามารถเคลื่อนย้ายจากห้องเก็บไปยังห้องเก็บ, ระดับ
ถาวร)
• ความจุของการชั่งน้าหนักจะอยู่ในช่วงจาก 3,500 กิโลกรัม (ทราย) ไปจนถึงขนาด 100 กรัม
(ตัวให้เกิดสี)
• ในระหว่างช่วงของการชั่งน้าหนัก ระดับปริมาณน้าที่มีในวัตถุดิบต้องนามาคานวณ (ถ้าในกรณีที่ใช้
ทรายเปียก) และต้องคานวณส่วนผสมให้ถูกต้อง
• ความชื้นสัมพัทธ์ของทรายสามารถวัดได้จากการใช้ระบบโดยเฉพาะ เช่น การดูดซับนิวตรอน
(neutron absorption) การวัดการแผ่ความร้อนโดยใช้ไมโครเวพ (microwave
measurement of infrared)

76. กำรผสมของปริมำณวัตถุดิบที่ใช้ในแต่ละครั้ง (Batch mixing)
76
• ความเป็นเนื้อเดียวกัน (homogeneity) ของผลิตภัณฑ์แก้วเป็นสิ่งที่ต้องทาให้ส่วนผสมมี
ความเป็นเนื้อเดียวกัน เป็นธรรมชาติของการผสมที่ดี
• การผสมวัตถุดิบในโรงงานอุตสาหกรรมอาจใช้ปริมาณถึง 4,000 กิโลกรัม มันมีทั้งวัตถุดิบที่แห้ง
และเปียกผสมกัน (เกิดการแยกของวัตถุดิบ)
• บางครั้งอาจจะผสมวัตถุดิบที่ใช้ในปริมาณเล็กน้อยแยกกันก่อน หรือผสมบางส่วนกับทราย เราเรียก
กระบวนการนี้ว่า “กำรผสมก่อน (premix)” การผสมกันก่อนของวัตถุดิบที่ใช้ในปริมาณน้อย
สามารถทาใช้ได้กับวัตถุดิบหลัก
• โดยปกติ ใน 1 ชั่วโมง สามารถเตรียมผสมวัตถุดิบได้ 10 ครั้ง
• ความเป็นเนื้อเดียวกันของส่วนผสมสามารถวัดได้โดยใช้การสุ่มตัวอย่างของส่วนผสม แล้ววิเคราะห์
องค์ทางเคมีด้วย XRF

77. กำรผสมของปริมำณวัตถุดิบที่ใช้ในแต่ละครั้ง (Batch mixing)
77
• น้าที่ใช้เติมในส่วนผสมควรมีอุณหภูมิประมาณ 36 องศาเซลเซียส เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิด hydration ของ
โซดา การเติมน้าจะต้องชั่งน้าก่อนเติมในส่วนผสม (จะต้องคานวณปริมาณน้าของเศษแก้วและทราย
• ต้องจากัดปริมาณของน้าที่เติมลงไปในส่วนผสมต้องมีความจากัด เพราะการระเหยของน้าในส่วนผสมต้องใช้
พลังงานความร้อนสูงเป็นพิเศษ
• เศษแก้วที่เติมลงไปในส่วนผสมจะต้องเติมหลังกระบวนการผสมหรือหลังการผสมที่มีที่ว่างเพียงพอต่อเครื่องผสม
เป็นการป้ องกันการสึกหรอของเครื่องผสม
ตัวอย่ำงเครื่องผสม

78. กำรอัดแท่ง (Briquette)/ กำรอัดเม็ด (pellets)
78
• ก่อนการพูดถึงเรื่องเตาเผา ส่วนผสมจะต้องมีการล้างมาก่อน เพื่อทาการอัดเป็นแท่ง อัดเม็ด หรืออนุภาค
• เรื่องเหล่านี้เป็นมีผลต่อตัวเลขผลกาไรของโรงงาน (หลีกเลี่ยงการแยกตัวของส่วนผสม, การหลอมที่เร็วขึ้น, การ
ประหยัดพลังงาน, แก้วมีความเป็นน่าเดียวกันที่ดีกว่า) แต่ต้องใช้การลงทุนเป็นพิเศษและใช้วัตถุดิบที่มีราคาสูงกว่า
อ่านเพิ่มเติม:
M. Rongen et al,
“Advantages of pelletized
raw materials”, 23rd ICG
conference, Prague, 2013
(available online)

79. กำรลำเลียงส่วนผสม (Batch conveying)
79
• มันเป็นสิ่งสาคัญที่จะทาให้การผสมกันของวัตถุดิบดีขึ้นไม่เกิดการแยกตัวในระหว่างการขนลาเลียงบนสายพาน
ระยะทางของการเคลื่อนย้ายระหว่างเครื่องผสมและการลาเลียงเข้าสู่เตาหลอมจะต้องใกล้กันมากที่สุดเท่าที่จะ
เป็นไปได้
• นอกจากนั้น ร้อยละของน้า (2 - 4 %) จะควบคุมไม่ให้เกิดการแยกตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่มันจะสร้าง
ปัญหากับวัตถุดิบที่ชอบดูดซับน้า เช่น พวกโซดา
• การลาเลียงส่วนผสมของวัตถุดิบสามารถใช้สายพานเป็นตัวขนย้ายได้ โดยมีสกรูขับวัตถุดิบบนสายพานเพื่อให้เกิด
การลาเลียงในระยะสั้นๆ (กรณีที่ตัวอย่างเหนียว) หรือผ่านท่อที่มีการสั่น การขนย้ายด้วยการอัดลมสามารถใช้
สาหรับการแยกกันของส่วนผสมได้ (วัตถุดิบ)
• บางครั้งการขนย้ายด้วยการอัดลมใช้สาหรับส่วนผสมของวัตถุดิบที่มีความละเอียดมากๆ ตัวอย่างเช่น การผลิต E-
glass fibre (continuous filament glass fibres)

80. กำรเติมส่วนผสม (Batch feeding)
80
• ส่วนผสมที่จะถูกนาไปใส่ในเตาหลอมแก้วจะต้องผ่านสิ่งที่เรียกว่า “Doghouse” หรือ “day-
hopper”
• การเติมส่วนผสมจะเกิดขึ้นโดย การขับของสกรูบนสายพาน แผ่นการสั่นหรือ เครื่องขูด (ส่วนใหญ่
นิยมใช้)

81. กำรเติมส่วนผสม (Batch feeding)
81
• การเติมส่วนผสมเข้าไปในเตาเผาต้องควบคุมโดยใช้หัววัดระดับของการหลอมแก้ว (สามารถใช้ Pt-
electrodes หรือ ใช้กล้องวัด)
• โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถ้าเกิดชั้นบางๆ ของแก้วที่หลอมในเตาหลอมปกคลุมส่วนผสม จะทาให้ชั้นบนนี้มี
ผลเกี่ยวกับเรื่องของการเพิ่มอัตราการหลอมได้เร็วขึ้น แต่ถ้าเกิดชั้นหนาๆ ปกคลุมที่ชั้นบนแก้วที่หลอม
จะเป็นจากัดอัตราการให้ความร้อนของชั้นอื่นที่อยู่ถัดไปภายในส่วนผสมนี้จึงเกิดการหลอมได้ช้า
• วิธีการเติมส่วนผสมขึ้นกับ ส่วนผสมสามารถลอยได้อย่างต่อเนื่องเกิดชั้นที่ปกคลุมบนแก้วหลอม
(blanket layer) หรืออาจจะเคลื่อนที่เป็นเหมือนเกาะ (islands) บนผิวแก้วที่หลอม (ซึ่ง
เป็นกรณีทั่วไปของการหลอมแก้วสาหรับผลิตขวดแก้ว)

82. สรุปท้ำยบทที่ 1 (Conclusions)
82
• แก้วมีอยู่ในทุกๆ ที่ และสามารถนาแก้วไปใช้งานได้หลากหลาย ทั้งชนิดของแก้ว และส่วนผสมของ
แก้ว
• ส่วนผสมของแก้ว จะมีความสัมพันธ์กับคุณสมบัติที่เราต้องการ เช่นเดียวกับหลักเกณฑ์ด้านเทคนิค
และเศรษฐศาสตร์
• สิ่งสาคัญในการเลือกวัตถุดิบ มันไม่ใช่เพียงการคานวณส่วนผสมสุดท้ายของแก้วเท่านั้น แต่ยังมี
ผลกระทบอย่างมากกับกระบวนการหลอมแก้ว (รวมถึงต้นทุน)
• การคานวณส่วนผสมของวัตถุดิบที่เกิดขึ้นอย่างถูกต้องแม่นยา โดยเฉพาะ Redox ความไม่บริสุทธิ์
และสิ่งปนปื้อน เช่นเดียวกับ การกระจายตัวของขนาดอนุภาค จาเป็นต้องมีการล้างก่อน
• การเลือกวัตถุดิบที่ดี เป็นกุญแจสาคัญอันหนึ่งสาหรับโรงงานอุตสาหกรรมผลิตแก้ว

83. สรุปท้ำยบทที่ 1 (Conclusions)
83
• การเตรียมส่วนผสมสาหรับอุตสาหกรรมจะต้องมีลาดับขั้นตอนที่เชื่อมั่นได้ว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้มีคุณภาพ ซึ่งแต่ละ
ขั้นตอนจะต้องมีการควบคุมที่ดี
• การเตรียมส่วนผสมให้มีความเป็นเนื้อเดียวกันเป็นอีกปัจจัยหนึ่งในการผลิตแก้ว ผลของวัตถุดิบ การขนย้าย การเก็บ
การชั่งน้าหนัก การผสม และการลาเลียงสู่เตาหลอมก็มีความสาคัญเช่นกัน
• ทุกขั้นตอนเหล่านี้จาเป็นจะต้องหลีกเลี่ยงการมีสิ่งปนเปื่อนหากเป็นไปได้ในการผลิตแก้ว ซึ่งทาให้เกิดความเสียหาย
หรือมีผลเสียต่อกระบวนการผลิตแก้ว
• เราได้เรียนรู้เทคนิคต่างๆ ตั้งแต่การเลือกแหล่งวัตถุดิบไปจนถึงการนาส่วนผสมเข้าสู่เตาหลอม กระบวนการต่างๆ ที่
เกิดขึ้นและเกณฑ์ที่ใช้สาหรับเลือกวัตถุดิบจนกระทั่งคุณสมบัติสุดท้ายของแก้ว

84. References and further reading
• Book “Introduction to Glass Science and Technology”, J. Shelby (RSC
publishing, 2nd edition 2005)
• Book “Fundamentals of Inorganic Glasses”, A. Varshneya (Elsevier, 1993)
• Glass Technology journals (e.g. European Journal of Glass Science and
Technology)
• NCNG’s Glass Technology course and handbook 2013
• Proceedings of GlassTrend meetings and seminars (www.glasstrend.nl)
• Proceedings of “Glass Problem Conferences” (Wiley, every year)
• Youtube video: Production of Glass Bottles - How it's made
84

85. Thank you for your attention
Questions ?
85