Классификация стекла и стекольных изделий по химическому составу

     Шлакокристаллы  могут быть получены любого цвета, а  по долговечности они конкурируют  с базальтами и гранитами. Сочетание физических и механических свойств шлакоситаллов обусловливает возможность их широкого использования в строительстве: для полов промышленных и гражданских зданий, декоративной и защитной облицовки наружных и внутренних стен, перегородок, цоколей, футеровки строительных конструкций, подверженных химической агрессии или абразивному износу, кровельных покрытий отапливаемых и неотапливаемых промышленных зданий, облицовки слоистых панелей навесных стен зданий повышенной этажности.

     Экономический эффект использования изделий из шлакоситаллов обусловливает дальнейшее расширение номенклатуры изделий. Все  более широкое развитие получает производство пеношлакоситаллов, обладающих малой плотностью 300... 600 кг/м³, прочностью при сжатии до 14 МПа, теплопроводностью 0,08...0,16 Вт/(м_*°С) и рабочей температурой до 750°С

Ситаллопласты

     Ситаллопласты представляют собой материалы, получаемые на базе пластических масс (фторопластов) и ситаллов. Ситаллопласты обладают высокой износоустойчивостью и  химической стойкостью. Они находят  применение в качестве антифрикционных  и конструктивных материалов, а также  могут использоваться в промышленности, где ни ситаллы, ни пластмассы, отдельно взятые, не удовлетворяют требованиям  высокой пластичности, износоустойчивости и химической стойкости. Для изготовления ситаллопластов ситаллы измельчают до получения порошка заданного  гранулометрического состава. Дальнейший процесс отличается от технологии изготовления пластмасс, разница лишь та, что с  добавкой ситалла усадка пластмассы будет меньше.

     Существует  два способа вытягивания листового  стекла: вертикальный и вертикально-горизонтальный. Вертикальное вытягивание, в свою очередь, делится на лодочное и безлодочное. Но вертикально-горизонтальный метод  не получил достаточного распространения.

     Рассмотрим  вначале лодочный способ.

     Химические  составы листового стекла должны обеспечивать заданные свойства изделий  в зависимости от их назначения и  условий эксплуатации; достаточно высокую  скорость варки при темпераутрах, установленных производственной практикой; более низкую температуру кристаллизации расплава по сравнению с температурой формования стекла; достаточную скорость твердения стекломассы. Шихта, идущая на изготовление стекла, не должна содержать  дефицитных, дорогостоящих и токсичных  сырьевых материалов. Основа составов большинства видов листового  стекла - система SiO2 - CaO - Na2O, в которой часть CaO заменена на MgO, часть SiO2 - на Al2O3 и часть Na2O - на К2О. Такие замены позволили снизить кристаллизационную способность стекломассы, повысить скорость формования и улучшить химическую устойчивость стекла.

     В выработочной части печи и в каналах  температурный режим устанавливают  индивидуально в зависимости  от свойств стекломассы, числа и  размещения машин, размеров выработочной части печи и каналов, места расположения контрольных приборов, скоростей  вытягивания и тербований к качеству стекла. За исходные температурные  выработки принимают температуры  луковиц, измеряемые оптическим пирометром через смотровые окна в крышках  подмашинных камер. Для стекол обычных  составов эти температуры составляют 920-9800 С и зависят от лучепрозрачности стекол.

     Стекломасса на пути от щели в оборудовании (лодочки) до уровня отломки листов протекает  и охлаждается, затвердевая, она  превращается в стекло.

     В процессе формования, охлаждения и  отжига лента стекла проходит три  температурные зоны: зону интенсивного охлаждения от температуры луковицы до верхней температуры отжига, собственно зону отжига, то есть медленного охлаждения от верхней до нижней температуры  отжига, и зону ускоренного охлаждения от нижней температуры отжига до 120-1800 С. Для обычных листовых стекол верхнюю температуру отжига принимают 530-5400 С, нижнюю температуру отжига принимают в расчетах меньше 100-1500 С, то есть по абсолютному значению около 380-4300 С. Первая зона - зона интенсивного охлаждения - заканчивается при температуре 540-5600 С под первой парой валиков. При повышенных скоростях вытягивания уровень этих температур может подняться выше первой пары валиков; тогда эту пару отключают и ее роль переходит ко второй паре валиков. В первой зоне допускается высокая скорость охлаждения ленты (до 400-700 град/мин). Максимально допустимая скорость охлаждения ленты во второй зоне отжига зависит от максимально допустимых остаточных напряжений в стекле, обычно принимаемых не более 350 МПа или 100 ммкм/с. Режим отжига настраивают путем осторожного изменения интенсивности охлаждения стекла в подмашинной камере, подогрева ленты в соединительном звене с помощью трубчатых перфорированных горелок, открытия (или закрытия) люков по высоте шахты, установки скатов на требуемом расстоянии от валиков; последнее позволяет пропустить в ту или иную секцию шахты обьем горячих газов, нужный для поодержания в ней заданной температуры.

     Достоинства лодочного способа:

     Простота  выработочных усройств, относительно малые удельные капитальные затраты  на строительство установок, простота обслуживания машин.

     Недостатки  лодочного способа:

     Повышенная  полосность стекла, частые обрывы лент стекла на обновление, относительно невысокие  скорости вытягивания ленты стекла.

     Выработка стекла способом безлодочного вертикального  вытягивания.

     Температура стекломассы, идущей на формование ленты, при безлодочном способе в  среднем приблизительно на 1500С выше, чем при лодочном. Стекломасса  в каналах боковых машин на 10-150 С горячее, чем перед центральными машинами. Однако температура луковиц, измеренная оптическим пирометром, такая же, как и при лодочном вытягивании.

     Продолжительность отжига при лодочном и безлодочном  способах отличается мало, так как  большие скорости вытягивания при  безлодочном способе компенсированы увеличением высоты машины.

     4. Сырьевые материалы

     Сырьевые  материалы для производства стекла разделяются на основные и вспомогательные.

     К основным относятся минеральное сырье и некоторые продукты промышленности: кварцевый песок, сода, доломит, известняк, поташ, сульфат натрия. Кроме того, в последнее время стали широко использоваться отходы различных отраслей промышленности – доменные шлаки, кварцсодержащие материалы, тетраборит кальция, стеклобой и др.

     Минеральное сырье, как правило, имеет большое  количество примесей и непостоянный состав. Примеси условно разделяются  на две группы:

     -ухудшающие  качество стекломассы (оксиды железа, хрома, титана, марганца, ванадия)

     - соответствующие основным компонентам  состава стекла (оксиды алюминия, кальция, магния, калия, натрия)

     Примеси первой группы придают стеклу нежелательную  окраску, а также могут привести к образованию пороков в стекле в виде включений. Примеси второй группы обычно учитываются при расчете рецепта шихты.

     Вспомогательные сырьевые материалы (осветлители, глушители, красители и др.) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств.

     Осветлители (сульфаты натрия и алюминия, калиевая селитра, мышьяковистый ангидрид) способствует удалению из стекломассы газовых пузырьков.

     Глушители (криолит, плавиковый шпат, двойной  суперфосфат) делают стекло прозрачным.

     Красители придают стеклу заданный цвет –  соединения:

кобальта – синий,

 хрома  – зеленый, 

марганца  – фиолетовый,

железа  – коричневый или сине зеленый  тона и др.

     5. Основные технологические процессы  и оборудования.

     Технология получения стекла состоит из двух производственных циклов.

     Цикл  технологии стекломассы включает операции:

     • подготовки сырых материалов;

     • смешивания их в определённых соотношениях, в соответствии с заданным химическим составом стекла в однородную шихту;

     • варки шихты в стекловаренных печах для получения однородной жидкой стекломассы.

     Цикл  технологии получения стеклянных изделий складывается из операций:

     • доведения стекломассы до температуры (и вязкости);

     • формования изделий;

     • постепенного охлаждения изделий с целью ликвидации возникающих в процессе формования напряжений;

     • термической, механической или химической (в отдельности либо во взаимном сочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств.

     Стекловарение ведётся при температурах 1400°-1600°. В нём различают три стадии :

     1)варка, когда происходит химическое взаимодействие и образование вязкой массы. Варка стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и в значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Автоматически регулируются: давление, соотношение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры.

     Другой способ варки этого стекла — сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной  горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°.

     Процесс варки стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Прозрачное кварцевое стекло изготовляется из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900°—2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока. В конце варки в печь впускают воздух под давлением.

     2)осветление, происходит удаление пузырьков, а также растворение еще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в течение нескольких часов при наиболее высокой температуре.

     3)охлаждение стекломассы, когда она охлаждается до такой температуры, при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять из неё те или иные изделия.

     Формование  стеклянных изделий. Метод прессования служат ручных и машинных прессов пружинные формы или эксцентриковые прессы.

     Метод выдувание — специфический метод формования. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки».

     Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое стекло, метод заключается в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, изготовляется листовое стекло, различных видов.

     Отливка стеклянных изделий в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов.

     Способ  центробежного литья метод по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающиеся формы.

     Моллирование — способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков из оптического стекла и получаем крупную стеклянную скульптуру.

     Отжиг отформованных, еще горячих изделий служит для предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напряжении.

     Закалка стекла— операция, обратная отжигу. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов,  самолётов. Чтобы закалить стекло, его разогревают до 600°—650°, затем быстро остужают.