Основы производства стекла

Производство строительного стекла состоит из подготовки сырьевых материалов (дробление, помол, сушка, просеивание и др.), приготовления шихты определенного химического состава, варки стекла, формования изделий и их отжига.

Варят стекло в стеклоплавильных печах непрерывного (ванные печи) или периодического (горшковые печи) действия. Стекловарение завершается студкой стекломассы до температуры, при которой она приобретает вязкость, необходимую для формования изделий.

Формование изделий осуществляют различными способами: вытягиванием ленты стекла лодочным и безлодочным способами, прокатом, литьем, прессованием, выдуванием.

Вытягиванием изготовляют листовые стекла толщиной 2—6 мм, стеклянные трубы, стекловолокно. Сущность лодочного способа получения листового стекла заключается в следующем. В бассейн (он обычно имеет длину 5—6 м при глубине 1,2—1,5 м) с готовой стекломассой, охлаждаемой до температуры, соответствующей необходимой вязкости (не ниже 10² Па с) погружается лодочка. Лодочка — это длинный прямоугольный шамотный брус со сквозным продольным вырезом, переходящим в верхней части в узкую щель. Под влиянием гидростатического напора стекломасса выдавливается через щель; растекания при этом не происходит (рис. 18.4). Если опустить на стекломассу, выдавливаемую из щели лодочки, горизонтально подвешенную стальную раму — «приманку», а затем оттягивать ее вверх с помощью валиков специальной машины ВВС (вертикального вытягивания стекла), то за приманкой потянется лента стекла. Отформованная лента стекла охлаждается и отжигается в шахте машины. После выхода из шахты от нее отрезают листы требуемых размеров.

При безлодочном способе (вертикальном и вертикально-горизонтальном) в стекломассу погружают огнеупорный поплавок со сквозной щелью или без нее. Поплавок способствует созданию направленного потока стекломассы, помогающего стабилизировать формование ленты стекла. При этом способе лента стекла поднимается непосредственно со свободной поверхности стекломассы с помощью бортоформующих роликов (рис. 18.5).

Методом проката, при котором стекломасса сливается на гладкую поверхность и прокатывается валками с гладкой или узорча;

Рис. 18.5. Схема безлолочного вытягивания стекла:

а — лодка; б — схема вытягивания ленты стекла.

/ — растяшвающие ролики; 2 — холодильник; 3 — псрсгибной вал Рис. 18.4. Лодочный способ вытягивания стекла:

той поверхностью, изготовляют крупноразмерное листовое стекло (гладкое и узорчатое), коврово-мозаичные плитки, а также стекло, армированное металлической сеткой (рис. 18.6).

Стекло с высоким качеством поверхности и утолщенное (8—30 мм) получают эффективным флоат-способом (рис. 18.7). При этом способе формование ленты стекла происходит на поверхности расплавленного олова в результате растекания стекломассы. Такое стекло не нуждается в последующей полировке, имеет ровные края.

Прокатывая стекло и загибая его края в форме швеллера или коробки, получают профильное стекло. При изготовлении труб используют способ вальцевания, при котором непрерывная струя стек;

Рис. 18.6. Схема непрерывной прокатки листового стекла:

/ — прокатные валки: 2 — арматурная сетка. 3 — валик для арматурной сетки; 4 — выработочная часть стекловаренной печи; 5 — сливной порог; 6 — плита; 7 — транспортирующие валики Рис. 18.7. Схема установки для производства стекла по способу флоат-процесса:

1 —- стекловаренная печь; 2 — лоток для слива стекла; 3 — флоат-ванна; 4 — место подачи газов защитной атмосферы; 5 — печь отжига. 6 — расплав олова ломассы поступает на вращающийся вал, распределяется по его поверхности по спирали, затем развальцовывается и разглаживается с помощью роликов.

Методом прессования в формах с помощью керна (пуансона), создающего давление на стекломассу, изготовляют изделия крупных размеров и большой толщины (стеклоблоки). Методом центробежного формования (частота вращения форм 800—1200 об/мин) изготовляют цилиндры, трубы, светои радиотехнические приборы.

Отформованные изделия обязательно отжигают для уменьшения внутренних напряжений в специальных печах или в шахтах машин ВВС.

Если стекло нагреть до пластичного состояния, а затем резко охладить его, то можно вызвать появление равномерно распределенных остаточных напряжений, которые придают стеклу повышенную механическую прочность при ударе и изгибе, повышенную термостойкость. Этот процесс называют закалкой; для закалки используют электрические печи или шахтные закалочные агрегаты.

Высокопрочные стекла получают путем химического и термохимического упрочнения его поверхности^[1].

Некоторые стеклоизделия подвергают декоративной обработке, в частности напылению стеклопорошков плазменной горелкой на их подложки (листовое стекло, посуду). Листовое стекло шлифуют, полируют. Отходы шлифования можно использовать при производстве автоклавных силикатных материалов.

Разновидности ИСК, вяжущая часть которых представлена затвердевшим неорганическим стеклорасилавом, называют стеклоконгломератами. Их изготовляют пока в небольшом объеме, например стекло крем незит, стекломрамор, стеклошамотный огнеупор. Общие закономерности формирования их структуры соответствуют общей теории ИСК. В качестве заполнителей могут использоваться отходы от ремонта различных печей (динасовые, шамотные, магнезитовые, шпинслевые и др.), а также горные породы: кварцевый песок, мраморная крошка и др. Стекломасса при затвердевании вступает в физико-химическое взаимодействие с заполнителями, вследствие чего образуются пограничные контактные зоны. Изготовление стсклоконгломсратов может производиться по двум принципиальным технологическим схемам: 1) расплав стекломассы в минимально необходимом количестве вводят в плотную смесь огнеупорных заполнителей, температура плавления которых выше чем у стекломассы (не менее чем на 50°С); эта смесь перемешивается и формуется с уплотнением в изделие; 2) сырец изготовляют из тонкоизмельченного стекла, плавней, заполнителей, после чего образовавшуюся шихту нагревают до температуры плавления тонкоизмсльченного стекла, что способствует цементации огнеупорного заполнителя и сырца в стеклоконгломерат. В качестве вяжущей части можно использовать бой стекла, эрклез и др. Для повышения деформативности, снижения хрупкости применяют соответствующие добавки.

• [1] Железцов В. А. Янбаева ГУ. и др. Способ упрочнения изделий из стекла. Лвт.св. № 793 206. Б.И. 1981, 12, с. 5. Железцов В. А., Янбаева Г. У. Зависимость ионного обменного упрочнениястекла от его термической предыстории. — Физика и химия стекла, 1983, т. 9. № 4.