При принятии решения установить оборудование для изготовления плоского закаленного архитектурного стекла, предпочтение всё чаще  отдаётся технологии конвекции. Печи, основанные на традиционном методе радиации, уже не отвечают требованиям рынка. Производители безопасного стекла хотят обладать самыми современными технологиями, позволяющими увеличить производительность и улучшить качество конечной продукции.

В последнее время технология плоской закалки развивается стремительно. Несколько производителей оборудования улучшили и развили традиционные печи с иррадиационным нагревом с целью удовлетворения потребностей рынка. Движущие силы этой тенденции включает следующее:

Растёт объём потребления низкоэмиссионного стекла.

Более строгими становятся требования к оптическому качеству закалённого стекла.

Для экономичного производства многослойного стекла требуется хорошая плоскостность закалённого стекла. (Экономия на плёнке ПВБ.)

Увеличение потребности в высокотехнологичных стеклоизделиях.

Наиболее продуктивным и перспективным методом нагрева стекла на сегодняшний день является конвекция. Она позволяет существенно улучшить показатели производительности закалочной системы, оптического качества закалённого стекла и его плоскостности. Ключевой фактор для улучшения качества стекла – равномерность его нагрева. Неравномерный нагрев является причиной деформаций стеклянного полотна, появления оптических искажений и дефектов поверхности.

Наиболее типичная проблема возникает, когда слишком быстро нагревается нижняя поверхность стекла из-за проводимости тепла от керамических валов. Расширение нижней поверхности стекла разгибает кромки вверх и стекло передвигается по валам как лодка. Это приводит к дефекту т.н. «туман средней линии» (”centrelinehaze”).

Перегретые края и перегретая середина стекла являются другими следствиями неравномерного нагревания. Перегретые края служат причиной т.н. бистабильного седла, которое может стать причиной разрушения стекла при нагревании.

Эти проблемы обостряются при производстве низкоэмиссионного стекла (Low-E) и рефлективного стекла. Кроме проблемы проводимости тепла от керамических валов, покрытие на верхней поверхности стекла отражает инфракрасное излучение от верхних нагревательных элементов, а нижние элементы нагрева нагревают стекло два раза (радиация снизу проникает через стекло и отражается обратно от верхней поверхности с покрытием).

Неравномерное распределение тепла может возникнуть, когда различные стекла загружаются в печь друг за другом. Когда груз входит в печь, холодное стекло поглощает тепло из валов. Из-за тепловой инерции, предыдущее стекло оставляет за собой колебательный холод, а следующая загрузка поступает на валы, которые по сторонам слишком горячие, а посередине – холодные. Это частично можно компенсировать, приспосабливая поперечно-рассеченный нагрев так, чтобы нагревалась только зона фактической загрузки.

Неравномерный нагрев так же может стать причиной возникновения эффекта радужности стекла хорошо заметного в поляризованном свете, а иногда и невооруженным взглядом.
Стекло сам по себе тоже может стать источником проблем при нагреве. Иррадиационное излучение по-разному поглощается покрашенными и чистыми участками стекла.

Тепло переносится на стекло тремя разными путями: радиацией, проводимостью и конвекцией. Несмотря на тип печи, все три способа переноса тепла присутствуют. Эти способы можно проанализировать:

1. Радиация
а) непосредственная радиация от нагревательных элементов (исходный источник тепла)
б) косвенная радиация от роликов и других внутренних частей печи
2. Проводимость от керамических роликов
3. Конвекция
а) естественная конвекция от воздуха без применения воздуходувок и сжатого воздуха.
б) вспомогательная конвекция - используется сжатый (холодный) воздух для улучшения воздушного потока
в) усиленная конвекция – стекло обдувается потоком горячего воздуха.

В каком соотношении эти способы нагрева участвуют в процессе фактического нагрева, зависит от типа печи, типа стекла и стадии процесса нагрева. В традиционных печах главным источником нагрева является проводимость тепла от валов печи (на начальной фазе нагрева) и только потом радиация. В печах полной конвекции, тепло, главным образом переносится путем конвекции. Конвекция должна быть главным источником тепла, чтобы нагревать стекло с покрытием эффективно.

Закалочные системы, основанные на иррадиационном нагреве, греют прозрачное флоат стекло со скоростью около 40 секунд на миллиметр толщины. В системах с конвективным нагревом этот показатель составляет 25 – 30 секунд. Разница в производительности процесса становится ещё более очевидной при закалке низкоэмиссионного стекла Low-E.

Существуют различные типы конвективных печей.

Первые однокамерные печи конвекции были представлены на рынке в конце 90-ых годов. В настоящее время на рынке представлены следующие типы конвективных печей:

1. Иррадиационные печи с конвективной камерой предварительного нагрева.
2. Иррадиационные печи со вспомогательной конвекцией (сжатый воздух подаётся извне печи)
3. Печи истинной конвекции – горячий воздух циркулирует исключительно внутри секции нагрева и подаётся на стекло через сопла. Прямое неконтролируемое воздействие инфракрасного тепла от нагревателей исключено.

Чем больше тепла переносится с помощью конвекции, тем лучше. Для того, чтобы обеспечить равномерность распределения нагрева необходимо профилирование. А для того, чтобы это профилирование было эффективным, необходимо обеспечить быстрый ответ системы на изменяющиеся условия процесса. На практике, единственный путь для достижения эффективного контроля – это приспособление профиля к каждой конкретной загрузке печи.

Иррадиационные печи со вспомогательной конвекцией (сжатый воздух)

Эта система обычно состоит из печи с электрическими нагревателями, либо массивными, либо спиралевидными. Система конвекции состоит из труб внутри печи, через которые дуется сжатый воздух для интенсификации воздушного потока. Система вспомогательной конвекции сравнительно недорога и её можно добавить к уже существующей иррадиационной печи.  Однако, эта система является далеко не самой эффективной и приводит к значительному увеличению энергопотребления.

Профилирование нагрева осуществлямое иррадиационным нагревом и неплохо работает на прозрачном флоат стекле. Однако, современные низкоэмиссионные стёкла с коэффициентом эмиссии менее чем 0,05 отражают большую часть инфракрасной радиации от поверхности. В этом случае профилирование иррадиационным нагревом не имеет перспектив.

Системы истинной конвекции

Печь истинной конвекции (или печь усиленной конвекции) – эта система, в которой обдув верхней и нижней поверхностей стекла осуществляется горячим воздухом, циркулирующим внутри печи, и направляется на стекло через верхние и нижние выпускные сопла. Прямое неконтролируемое иррадиационное облучение стекла отсутствует, так как нагревательные элементы находятся внутри воздушных каналов и служат исключительно для нагревания воздушного потока, проходящего через них.

Данная система значительно дороже систем со вспомогательной конвекцией и не может быть встроена в уже существующую печь с иррадиационным нагревом. В то же время, система истинной конвекции значительно более эффективна по сравнению с закалочными системами, использующими вспомогательную конвекцию.

Некоторые существующие системы истинной конвекции имеют нагревательные элементы (электрические либо газовые) расположенные внутри воздушных каналов. Однако, при повышенной производительности, они не позволяют осуществлять профилирование. Они позволяют добиваться неплохих показателей на стекле небольших габаритов, но на больших габаритах возникают проблемы.

Новая линия для закалки плоского стекла RoboTemp™ от Glassrobots совмещает в себе достоинства печей истинной конвекции с возможностью высокоточного профилирования для каждой загрузки.

В печи  RoboTemp™ используется система FuzzyTemp™, позволяющая автоматически подстраивать базовый профиль нагрева. Это особенно важно при нагревании крупногабаритного архитектурного стекла. «Плоскостность стекла  при нагревании гарантируется быстротой и равномерностью нагрева, так же обеспечивающими отличную оптику и минимальную радужность закалённого стекла.» - говорит разработчик RoboTemp™ Ёко Ярвинен. «Дополнительным бонусом является возможность понижения температуры воздушного потока. Традиционные закалочные системы работают при температуре 700-720°C, в то время как RoboTemp™ работает при 680 °C»