星期三,三月16 2011 19:10

電燈管製造

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燈由兩種基本類型組成:燈絲(或白熾)燈和放電燈。 兩種燈類型的基本組件包括玻璃、各種金屬線件、填充氣體和通常的燈座。 根據燈製造商的不同,這些材料可能是內部製造的,也可能是從外部供應商處獲得的。 典型的燈製造商會製造自己的玻璃燈泡,但可能會從專業製造商或其他燈公司購買其他零件和玻璃。

根據燈的類型,可以使用各種玻璃。 白熾燈和熒光燈通常使用鈉鈣玻璃。 高溫燈將使用硼矽酸鹽玻璃,而高壓放電燈將使用石英或陶瓷作為電弧管,並使用硼矽酸鹽玻璃作為外殼。 含鉛玻璃(約含 20% 至 30% 的鉛)通常用於密封燈泡的末端。

在燈結構中用作支撐或連接器的電線可能由多種材料製成,包括鋼、鎳、銅、鎂和鐵,而燈絲則由鎢或鎢釷合金製成。 對支撐線的一項關鍵要求是它必須與玻璃的膨脹特性相匹配,其中線穿透玻璃以傳導燈的電流。 在這種應用中經常使用多部分引線。

底座(或蓋子)通常由黃銅或鋁製成,當需要戶外使用時,黃銅是首選材料。

燈絲或白熾燈

燈絲燈或白熾燈是仍在製造的最古老的燈類型。 它們的名字來源於這些燈產生光的方式:通過將燈絲加熱到足以使其發光的溫度。 雖然幾乎可以用任何類型的燈絲製造白熾燈(早期的燈使用碳),但今天大多數此類燈使用由鎢金屬製成的燈絲。

鎢絲燈. 這些燈的普通家用版本由一個玻璃燈泡和一個鎢絲燈絲組成。 電流通過支撐燈絲並延伸穿過密封到燈泡的玻璃支架的電線傳導至燈絲。 然後將電線連接到金屬底座,一根電線焊接在底座的中心孔眼處,另一根連接到螺紋外殼。 支撐線採用特殊成分,使其具有與玻璃相同的膨脹特性,防止燈具在使用過程中受熱時漏電。 玻璃燈泡通常由石灰玻璃製成,而玻璃支架則由含鉛玻璃製成。 二氧化硫常用於製備鑲樣。 二氧化硫在高速燈組裝過程中起到潤滑劑的作用。 根據燈的設計,燈泡可能封閉真空或可能使用氬氣或一些其他非反應性氣體填充氣體。

這種設計的燈使用透明玻璃燈泡、磨砂燈泡和塗有各種材料的燈泡出售。 磨砂燈泡和塗有白色材料(通常是粘土或無定形二氧化矽)的燈泡用於減少透明燈泡中燈絲的眩光。 燈泡還塗有各種其他裝飾塗層,包括燈泡外部的彩色陶瓷和漆以及燈泡內部的其他顏色,例如黃色或粉紅色。

雖然典型的家用形狀是最常見的,但白熾燈可以製成許多燈泡形狀,包括管狀、球形和反射器,以及許多尺寸和瓦數,從超小型到大型舞台/演播室燈。

鹵鎢燈. 標準鎢絲燈設計中的一個問題是鎢在使用過程中蒸發並凝結在較冷的玻璃壁上,使其變暗並降低透光率。 在填充氣體中添加鹵素,例如溴化氫或溴甲烷,可以消除這個問題。 鹵素與鎢反應,防止其凝結在玻璃壁上。 當燈冷卻時,鎢會重新沉積在燈絲上。 由於這種反應在較高的燈壓下效果最好,因此鎢鹵素燈通常包含幾個大氣壓的氣體。 通常,鹵素作為燈填充氣體的一部分添加,通常濃度為 2% 或更低。

鎢鹵素燈也可以使用石英而不是玻璃製成的燈泡。 石英燈泡比玻璃燈泡能承受更高的壓力。 然而,石英燈泡存在潛在危險,因為石英對紫外線是透明的。 雖然鎢絲產生的紫外線相對較少,但長時間近距離照射會使皮膚變紅並引起眼睛刺激。 通過蓋玻片過濾光線將大大減少紫外線的數量,並在燈在使用過程中破裂時提供保護免受熱石英的影響。

危害和注意事項

總的來說,無論產品類型如何,燈生產中最大的危害是由於自動化設備的危害以及玻璃燈泡、燈和其他材料的處理。 玻璃割傷和伸入操作設備是最常見的事故原因; 材料處理問題,例如重複運動或背部受傷,尤其令人擔憂。

鉛焊料經常用在燈上。 對於用於高溫應用的燈,可以使用含鎘焊料。 在自動化燈組裝操作中,接觸這兩種焊料的可能性很小。 在進行手工焊接的地方,如維修或半自動操作,應監測鉛或鎘的暴露情況。

自 20 世紀中葉以來,燈具製造過程中接觸有害物質的可能性一直在下降。 在白熾燈製造中,以前大量使用氫氟酸或二氟化物鹽溶液腐蝕燈管,製成磨砂燈管。 這在很大程度上已被使用低毒性粘土塗層所取代。 雖然沒有完全替代,但氫氟酸的使用已大大減少。 這種變化降低了因酸引起的皮膚灼傷和肺部刺激的風險。 一些燈具產品外部使用的陶瓷彩色塗層以前含有鉛、鎘、鈷等重金屬顏料,並使用矽酸鉛玻璃料作為成分的一部分。 近年來,許多重金屬顏料已被毒性較小的著色劑所取代。 在仍然使用重金屬的情況下,可以使用毒性較低的形式(例如,用三價鉻代替六價鉻)。

盤繞鎢絲繼續通過將鎢纏繞在鉬或鋼心軸絲上來製造。 線圈成型並燒結後,使用鹽酸(用於鋼)或硝酸和硫酸的混合物(用於鉬)溶解芯軸。 由於潛在的酸暴露,這項工作通常在通風罩系統中進行,或者最近在完全封閉的溶解器中進行(尤其是在涉及硝酸/硫酸混合物的情況下)。

鹵鎢燈中使用的填充氣體在完全封閉的系統中添加到燈中,幾乎沒有損失或暴露。 由於其腐蝕性,溴化氫的使用存在其自身的問題。 必須提供 LEV,並且氣體輸送系統必須使用耐腐蝕管道。 某些類型的燈仍在使用釷鎢絲(通常含 1% 至 2% 的釷)。 然而,線狀釷的風險很小。

二氧化硫必須小心控制。 將材料添加到過程中的任何地方都應使用 LEV。 洩漏檢測器也可用於存儲區域。 由於災難性釋放的潛在後果,使用較小的 75 公斤氣瓶優於較大的 1,000 公斤容器。

皮膚刺激可能是助焊劑或基礎水泥中使用的樹脂的潛在危害。 一些基礎水泥系統使用多聚甲醛而不是天然樹脂,導致在基礎水泥固化過程中可能會接觸甲醛。

所有燈都使用化學“吸氣”系統,其中在組裝前將材料塗在燈絲上。 吸氣劑的目的是在燈密封後與燈中的任何殘餘水分或氧氣發生反應並清除它們。 典型的吸氣劑包括氮化磷以及鋁和鋯金屬粉末的混合物。 雖然氮化磷吸氣劑在使用中相當溫和,但處理鋁和鋯金屬粉末可能存在易燃危險。 吸氣劑在有機溶劑中濕塗,但如果材料溢出,乾燥的金屬粉末可能會因摩擦而點燃。 金屬火災必須使用特殊的 D 級滅火器進行滅火,不能用水、泡沫或其他常用材料滅火。 第三種吸氣劑包括使用磷化氫或矽烷。 這些材料可以以低濃度包含在燈的氣體填充物中,或者可以以高濃度添加並在最終氣體填充之前在燈中“閃蒸”。 這兩種材料都是劇毒的; 如果在高濃度下使用,應在現場使用帶有洩漏檢測器和警報器的全封閉系統。

放電燈管

放電燈,無論是低壓還是高壓型號,在每瓦特光的基礎上都比白熾燈更有效。 熒光燈已在商業建築中使用多年,並且在家庭中的使用也越來越多。 最近,專門開發了緊湊型熒光燈作為白熾燈的替代品。

高壓放電燈長期以來一直用於大面積和街道照明。 這些產品的低功率版本也正在開發中。

熒光燈

熒光燈因在玻璃管內塗上熒光粉而得名。 這種粉末吸收燈中使用的汞蒸氣產生的紫外線,並將其轉換為可見光並重新發射。

這種燈中使用的玻璃類似於白熾燈中使用的玻璃,燈管使用石灰玻璃,兩端的支架使用含鉛玻璃。 目前正在使用兩種不同的熒光粉系列。 基於鈣或氯-氟-磷酸鍶的滷代磷酸鹽是較舊的熒光粉,在 1950 年代初開始廣泛使用,當時它們取代了基於矽酸鈹的熒光粉。 第二個磷光體系列包括由稀土製成的磷光體,通常包括釔、鑭等。 這些稀土熒光粉通常具有較窄的發射光譜,並且使用它們的混合物——通常是紅色、藍色和綠色熒光粉。

熒光粉與粘合劑系統混合,懸浮在有機混合物或水/氨混合物中,並塗在玻璃管的內部。 有機懸浮液使用乙酸丁酯、乙酸丁酯/石腦油或二甲苯。 由於環境法規,水基懸浮液正在取代有機懸浮液。 一旦塗上塗層,它就會在管子上乾燥,然後將管子加熱到高溫以去除粘合劑。

一個支架連接到燈的每一端。 現在將水銀引入燈中。 這可以通過多種方式完成。 雖然在某些地區,汞是手動添加的,但主要的方式是自動添加,燈管垂直或水平安裝。 在立式機器上,燈一端的安裝桿是封閉的。 然後將水銀從上方滴入燈內,燈內充滿低壓氬氣,密封頂部安裝桿,將燈完全密封。 在臥式機器上,水銀從一側引入,而燈從另一側排出。 再次加入氬氣至適當壓力,將燈管兩端密封。 密封後,將蓋子或底座添加到末端,然後將引線焊接或焊接到電觸點上。

可以使用兩種其他可能的引入汞蒸氣的方法。 在一個系統中,汞包含在浸汞條上,在燈首次啟動時會釋放汞。 在另一個系統中,使用的是液態汞,但它包含在一個附在支架上的玻璃膠囊中。 在燈密封並耗儘後,膠囊破裂,從而釋放出汞。

緊湊型熒光燈是標準熒光燈的小型版本,有時包括電子鎮流器作為燈的一個組成部分。 緊湊型熒光燈通常會使用稀土熒光粉的混合物。 一些緊湊型燈將包含一個輝光啟動器,其中包含少量放射性材料以幫助啟動燈。 這些輝光啟動器通常使用氪 85、氫 3、钷 147 或天然釷來提供所謂的暗電流,這有助於燈更快地啟動。 從消費者的角度來看,這是可取的,因為消費者希望燈立即啟動,而不會閃爍。

危害及注意事項

熒光燈製造已經發生了相當多的變化。 含鈹熒光粉的早期使用於 1949 年停止,消除了熒光粉生產和使用過程中嚴重的呼吸危害。 在許多操作中,水基熒光粉懸浮液已經取代了熒光燈塗層中的有機懸浮液,減少了工人的暴露並減少了揮發性有機化合物向環境的排放。 水基懸浮液確實涉及到一些最小的氨暴露,特別是在懸浮液的混合過程中。

汞仍然是熒光燈製造過程中最受關注的材料。 雖然除排氣機周圍外的暴露相對較低,但駐紮在排氣機周圍的工人、在這些機器上工作的機械師以及在清理操作期間可能會有大量接觸。 應使用個人防護設備,例如工作服和手套以避免或限制接觸,並在需要時使用呼吸保護設備,尤其是在維護活動和清理期間。 應為熒光燈製造場所製定包括尿液汞分析在內的生物監測計劃。

目前生產的兩種磷光體系統使用的材料被認為具有相對較低的毒性。 雖然母體磷光體的某些添加劑(例如鋇、鉛和錳)具有由各種政府機構制定的暴露限值,但這些成分通常以相對較低的百分比存在於組合物中。

酚醛樹脂在燈的端蓋中用作電絕緣體。 水泥通常包括天然和合成樹脂,其中可能包括皮膚刺激物,例如六亞甲基四胺。 自動混合和處理設備限制了皮膚接觸這些材料的可能性,從而限制了皮膚刺激的可能性。

高壓汞燈

高壓汞燈包括兩種相似類型:僅使用汞的燈和使用汞和各種金屬鹵化物的混合物的燈。 燈的基本設計是相似的。 兩種類型都使用含有汞或汞/鹵化物混合物的石英弧管。 然後將該電弧管封裝在堅硬的硼矽酸鹽玻璃外護套中,並添加金屬底座以提供電觸點。 外套可以是透明的,也可以塗有漫射材料或磷光體以改變光的顏色。

汞燈 燈的石英弧光管中只含有汞和氬。 水銀在高壓下會產生藍光和紫外線含量高的光。 石英弧光管對紫外線是完全透明的,如果外護套破損或被拆除,它是一種強大的紫外線光源,可對暴露在外的人造成皮膚和眼睛灼傷。 雖然典型的水銀燈設計在外殼被移除後仍會繼續運行,但製造商也提供了一些採用融合設計的型號,如果外殼破損就會停止運行。 在正常使用期間,外護套的硼矽酸鹽玻璃會吸收大部分紫外線,因此完好無損的燈泡不會造成危險。

由於汞燈光譜中的藍光含量高,外護套的內部經常塗有磷光體,例如釩酸釔磷酸鹽或類似的紅色增強磷光體。

金屬鹵化物燈 電弧管中也含有汞和氬,但添加了金屬鹵化物(通常是鈉和鈧的混合物,可能還有其他)。 添加金屬鹵化物增強了燈的紅光輸出,產生了具有更平衡光譜的燈。

危害及注意事項

除汞外,高壓汞燈生產中使用的潛在危險材料包括外殼上使用的塗層材料和金屬鹵化物燈中使用的滷化物添加劑。 一種塗層材料是一種簡單的漫射器,與白熾燈中使用的相同。 另一種是顏色校正熒光粉、釩酸釔或磷酸釩酸釔。 雖然與五氧化二釩相似,但釩酸鹽被認為毒性較小。 暴露於鹵化物材料通常並不重要,因為鹵化物在潮濕空氣中發生反應,在處理和使用期間必須保持乾燥並處於惰性氣氛中。 同樣,雖然鈉是一種高活性金屬,但也需要在惰性氣氛下處理,以避免金屬氧化。

鈉燈

目前生產兩種類型的鈉燈。 低壓燈僅包含金屬鈉作為發光源並產生高度黃光。 高壓鈉燈使用汞和鈉來產生更白的光。

低壓鈉燈 有一個玻璃管,其中包含金屬鈉,封閉在第二個玻璃管中。

高壓鈉燈 在高純度陶瓷氧化鋁電弧管中含有汞和鈉的混合物。 除了電弧管的組成以外,高壓鈉燈的結構與汞燈和金屬鹵化物燈基本相同。

危害及注意事項

在高壓或低壓鈉燈的製造過程中幾乎沒有獨特的危害。 在這兩種燈類型中,鈉都必須保持乾燥。 純金屬鈉會與水劇烈反應,產生氫氣和足夠的熱量來引燃。 留在空氣中的金屬鈉會與空氣中的水分發生反應,在金屬上形成一層氧化物塗層。 為避免這種情況,通常在乾燥的氮氣或氬氣氣氛下,在手套箱中處理鈉。 對於製造高壓鈉燈的場所,需要採取額外的預防措施來處理汞,類似於那些製造高壓汞燈的場所。

環境和公共衛生問題

含汞燈的廢物處理和/或回收是過去幾年在世界許多地區受到高度關注的問題。 雖然從成本的角度來看充其量是一種“收支平衡”操作,但目前存在從熒光燈和高壓放電燈中回收汞的技術。 目前燈材料的回收更準確地描述為回收,因為燈材料很少被再加工和用於製造新燈。 通常,金屬零件被送到廢金屬經銷商處。 回收的玻璃可用於製造玻璃纖維或玻璃塊,或用作水泥或瀝青路面的骨料。 回收可能是成本較低的替代方案,具體取決於回收的位置和可用性以及危險或特殊廢物處理選項。

熒光燈裝置中使用的鎮流器以前包含使用 PCB 作為電介質的電容器。 雖然含 PCB 鎮流器的生產已經停止,但由於預期壽命較長,許多較舊的鎮流器可能仍在使用。 含 PCB 鎮流器的處置可能受到監管,可能需要作為特殊或危險廢物處置。

玻璃製造,尤其是硼矽酸鹽玻璃,可能是 NO 的重要來源x 排放到大氣中。 最近,純氧代替空氣已被用於燃氣燃燒器作為減少 NO 的手段x 排放。

 

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