1.1 Сырье для получения
Современное стекольное производство включает в себя три этапа: подготовка сырья, стекловарение и формование стеклоизделий.
Подготовка сырья. Химический состав обыкновенного оконного стекла но основным оксидам следующий: Si02 — 71...72 %; Na20 — 15...16 %; CaO — 5...7 %; MgO-3...4%; А120} - 2...3 %; содержание FeaOj не более 0,1 %, гак как оксиды железа придают стеклу зелено- вато-коричневый («бутылочный») цвет и снижают свстопропускание. Основные оксиды вводятся в сырьевую шихту в виде следующих веществ.
Кремнезем (Si02) вводят в виде кварцевого песка, молотых кварци- тов или песчаников. Основное требование к кремнеземистому сырью — минимальное количество примесей, особенно оксидов железа. Это основной стеклообразующий оксид, повышающий тугоплавкость и химическую стойкость стекла.
Глинозем (А1203) поступает в сырьевую шихту в виде полевых шпатов и каолина. Его влияние на свойства стекла аналогично действию Si02.
Оксид натрия (Na20) вводят в стекло в виде соды и сульфата натрия. Na20 понижает температуру плавления стекла, повышает коэффициент термического расширения и уменьшает химическую стойкость.
Оксид кальция (СаО) и магния (MgO) вводят в стекольную шихту в виде мела, мрамора, известняка, доломита и магнезита. Эти оксиды повышают химическую стойкость стекла.
В специальные стекла вводят оксиды бора, свинца, бария и др.
Вспомогательные сырьевые материмы делят по своему назначению на следующие группы: осветлители — вещества, способствующие уда- лению из стекломассы газовых пузырей; обесцвечиватели — вещества, обецвечивающие стекольную массу; глушители — вещества, делающие стекло непрозрачным.
Красители для стекла могут быть молекулярными, полностью рас- творяющимися в стекломассе, и коллоидными, равномерно распреде- ляющимися в стекломассе в виде мельчайших (коллоидных) частиц. К первым относятся соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый), марганца (фиолетовый), железа (коричневый и сине-зеленые тона), а ко вторым — металлическое золото (рубиновый), серебро (желтый), селен (розовый).
Перед варкой стекла сырьевые материалы измельчают, тщательно смешивают в требуемых соотношениях, брикетируют и подают в стекловаренную печь.
1.2 Методы получения стекла
Стекловарение. Обычное стекло получают в непрерывно действу- ющих ванных печах с полезным объемом до 600 м3 и суточной производительностью более 300 т. Для варки специальных (оптических, цветных и др.) стекол применяют периодически действующие ванные, а также горшковые печи.
Стекловарение — главнейшая операция стекольного производства. На первой стадии этого процесса — силикитообразовании ■— щелочные компоненты образуют с частью кремнезема силикаты, плавящиеся уже при 1000...1200° С. В этом расплаве при дальнейшем нагревании рас- творяются наиболее тугоплавкие компоненты Si02 и А1203. Образую- щаяся при этом масса неоднородная по составу и насыщена газовыми пузырьками.
Удаление пузырьков и полная гомогенизация расплава осуществ- ляется на второй наиболее длительной стадии стекловарения — стек- лообразовании — при температуре 1400... 1600° С. Третья заключитель- ная сталия — студка — охлаждение стекломассы до температуры, при которой она приобретает оптимальную для данного метода формования стеклоиздслий вязкость.
Формование. Метод выработки (формования) зависит от вида из- делия. Для получения строительного стекла используют вытяжку, прокат, прессование.
При охлаждении стекла вследствие низкой его теплопроводности в нем возникают большие градиенты температур, вызывающие внутренние напряжения. Наиболее опасным моментом с этой точки зрения является переход стекла от вязкопластического состояния к хрупкому, поэтому для снятия внутренних напряжений после формования производят отжиг — охлаждение по специальному режиму:
Быстрое до начала затвердевания стекломассы, очень медленное в опасном интервале температур (600..300° С) и вновь быстрое до нормальной температуры.
Основной вид строительного стекла — листовое. С начала XX в. большая часть листового стекла стала производиться (а в России производится и до сих пор) методом вертикального вытягивания на машинах ВВС (рис. 6.1).
Р и с. 6.1. Машина вертикального вытягивяния стенда:
1 — стекломасса: 2 — лодочка. 3 — холодильники; 4 — шахта машины; 5 — тянущие валки; 6— скаты для удаления бок; 7— отломочная площадка
Гак получают стекла толщиной до 6 мм. Суть метода сводится к следующему. Лента стекла формуется из стекломассы лодочкой (шамотным брусом с прорезыо), удерживаемой на надлежащем уровне штангами. Стекломасса выдавливается в щель лодочки и оттягивается вверх валками машины в виде ленты шириной до 4,5 м. Скорость вытягивания достигает 2 м/мин. Проходя между холодильниками Jot лодочки до первой пары валков, стекломасса охлаждается настолько, что становится твердой и валки не оставляют на ней отпечатков (1 зона). Далее стекло валками 5 подается в шахту высотой 5—7 м. В нижней части шахты производится отжиг стекла (II зона). В верхней части стекло охлаждается окончательно и, выходя на отломочную площадку 7, нарезается на требуемые размеры.
В 1959 г. появился новый способ получения высококачественного стекла — флоат-метод (от англ. float — плавать), при котором горячая стекломасса выливается на поверхность расплавленного металла (обычно олова) и формуется на нем. Производительность таких установок до 3...4 тыс. м'/ч. Размер листов: ширина до 3 м; толщина от 2 до 25 мм. Преимущества флоат-метода — стабильная толщина листа и высокое качество поверхности, не требующее дальнейшей полировки. В Европе большая часть стекла вырабатывается именно этим методом.