5. Расчет стекловаренных печей

Расчет печей периодического действия включает определение размеров печи, горения топлива, распределения температур в кладке печи, а также определение расхода топлива в отдельные периоды, расчет горелок, регенераторов или рекуператоров, клапанов и каналов, определение сопротивлений на пути движения газов и размеров тяговых устройств. Расчет печей непрерывного действия значительно проще, чем печей периодического действия, так как отпадает необходимость определения температур кладки в отдельные периоды; кроме того, тепловой баланс составляют и расход топлива определяют только для одного периода.

Определение размеров печи

Размеры рабочей камеры горшковой печи определяют по размерам горшка, зависящим от условий выработки и теплопередачи, а также от режима работы. Размеры пода зависят от расположения горшков. Расстояние между горшками и стенами печи принимают минимальным 50-100мм, от горшков до горелок 250-300мм. Необходимость выемки и вставки горшка краном, а также смены их иногда вынуждает увеличивать эти расстояния. Высота рабочей камеры зависит от высоты горшка и окна для выработки, а также величины стрелы подъема свода. Высоту окружки принимают равной высоте горшка (500-700 мм). Для удобства ручной выработки предусматривают уклон окружки в 85° и простенков между окнами в 70°. Высота рабочих окон составляет 300-450мм, подъем свода - '/в-'/ю пролета. Размеры рабочей камеры ванных печей для существующих конструкций и режимов часто определяют на основе практических данных. Площадь зеркала стекломассы определяют по допустимому удельному съему стекломассы, установленному на практике. Если такой съем стекломассы с 1м2 зеркала варочной части в единицу времени, например в сутки, составляет К кг/м2 и требуется сварить в сутки Ос кг стекломассы, то необходимую площадь Рв м2 варочной части печи рассчитывают по формуле

РЛ = Ос:КмЛ. (25) Данные о величине удельного съема приведены в табл. 13. Более высокие значения, приведенные в таблице, относятся к содовой шихте, более низкие - к сульфатной. Эти данные являются ориентировочными, требующими уточнения в каждом отдельном случае. Применение больших печей, кондиционной шихты и хороших огнеупорных материалов, допускающих поддержание высокотемпературного режима, позволяет значительно повысить эти величины. Для ванных печей периодического действия величина удельного съема обычно на 30-50% ниже, чем для ванных печей непрерывного действия. Применительно к ванным печам разработана методика расчета теплообмена в рабочей камере, позволяющая приближенно определить необходимые размеры зеркала по формулам теплообмена в пламенном пространстве, шихте и стекломассе с учетом покрытия зеркала шихтой, распределения температур в печи и конвекционных потоков. Кроме того, могут быть проверены для заданного режима температур, размеров и свойств факела максимальные температуры кладки. Количество тепла, необходимого для стекловарения, определяют с учетом нагрева,стекломассы до температуры, при которой ее отводят из рассматриваемой зоны рабочего пространства, нагрева продуктов дегазации, а также с учетом отдачи тепла конвекционным потоком стекломассы. Требуемое количество тепла для варки приведено ниже, причем принято, что стекломасса нагревается до 1500° С. Возможен корректив на действительную температуру стекломассы. В варочной зоне печи шихта нагревается и проваривается за счет тепла, воспринимаемого ее верхней поверхностью в пламенном пространстве, а также отдаваемого ее нижней поверхности конвекционным потоком стекломассы, который также компенсирует теплоотдачу наружу стенами и дном бассейна печи. Размеры студочной части печи определяют из ее теплового баланса. Величину поверхности кладки студочной части, отдающей тепло наружу, определяют по уравнению (4). Если расчетный периметр сечения студочной части 5СТ, то длина ее /ст составляет /ст = ^т:5ст. Ниже приведены некоторые практические данные о размерах студочной части. Площадь зеркала студочной части в печах для механизированной выработки листового стекла с лодками зависит от производительности печи, составляя при съеме стекломассы по варочной части 600- 700 кг/м2 • сутки 80% и при съеме 1400-1500 кг/м2• сутки 160% площади варочной зоны. При этом студочной частью считают всю неотапливаемую часть печи за варочным бассейном. Площадь зеркала выработоч-ного бассейна в печах с протоком и решетчатым экраном, достаточная для студки и выработки, обычно составляет 10-20% площади зеркала варочного бассейна. Размеры выработочного бассейна уточняют в зависимости от расположения рабочих окон или приспособлений для механизированной выработки. Иногда от студочной части совсем отказываются, например студку осуществляют в фидере. В печах без протока для выработки бутылочного и сортового стекла площадь зеркала студочной и выработочной частей составляет 30-40% площади зеркала варочной. Длина и ширина ванных печей в значительной мере зависят от длины факела. Полное сгорание можно получить при малой длине факела, но для этого необходимо лучшее смешивание струй, требующее значительного напора, который не всегда может быть обеспечен конструкцией печи или нагнетательными средствами. При большой длине факела неизбежна значительная неравномерность температур по его длине, нежелательная вследствие получения недостаточно однородной стекломассы. Обычные конструкции печей и горелок позволяют обеспечить полноту сгорания и достаточную равномерность распределения температур по длине факела равной 4-12м. В печах с поперечным пламенем за длину факела следует принимать ширину печи, соответствующую расстоянию между противоположными горелками; ширина этих печей составляет 4-12 м. В печах с подковообразным пламенем длина факела равняется удвоенной длине печи, считая до ограждения. В печах с продольным пламенем длина факела определяется расстоянием между горелкой и дымовым пролетом, т. е. длиной варочной части. В печах малых размеров принимают подковообразное направление пламени, что допускает значительное уменьшение ширины печи, невозможное в печах с поперечным направлением пламени. При надлежащей конструкции горелок печь можно сделать очень небольшой. Ширина печи с подковообразным пламенем составляет 2-6 м, обычно 3-5м. Длина варочной части печей с подковообразным пламенем может быть до 15м, но обычно не превышает 8 -10м. Соотношение длины и ширины в этих печах 2: 1. В печах с поперечным пламенем, в которых можно расположить большое количество горелок, длина варочной части может значительно превышать ширину и обычно находится в пределах 5-30м. Соотношение длины и ширины варочной части составляет 4: 1. Длина обогреваемой части печей с продольным пламенем 3-7м и ширина 2-5м. Помимо длины и температуры факела, при выборе размеров печи учитывают и ряд конструктивных условий. Ширина печи обычно не превышает 10м. При большей ширине требуются мощные подвесные приспособления. Кирпич для подобного свода должен быть достаточно прочен; свод должен иметь необходимую толщину, что увеличивает его вес и нагрузку на опоры. За сводом большого пролета требуется тщательное наблюдение. Сооружение экранов в виде секций свода и плоских подвесных приспособлений в таких печах затруднительно. Свободное пространство под экраном излишне велико ввиду большого подъема арки экрана. При очень большой ширине в студочное или рабочее отделение печей без протока по оси печи поступает значительно сильнее нагретая стекломасса, чем с боков. При слишком большой длине печи обслуживание усложняется, потери в окружающую среду возрастают, увеличивается поверхность соприкосновения стекломассы со стенами бассейна, вследствие чего усиливается разъедание брусьев и понижается качество стекла. Соотношение размеров выработочной части печи зависит от расположения и количества рабочих отверстий. Если количество их велико, более удобны широкие печи. Это особенно существенно при производстве мелких изделий, вырабатываемых из большего количества рабочих окон или с помощью большого числа питателей. Руководствуясь приведенными соображениями, определяют размеры печи в плане. Глубина бассейна зависит от свойств стекломассы и огнеупорных материалов, применяемых для кладки бассейна, а также от конструкции печи. При небольшой глубине бассейна дно сильнее прогревается и изнашивается. При хорошем качестве огнеупора дна допустима меньшая глубина печи. Качество стекломассы у дна варочной части низкое. Вовлечение ее в активный поток обусловливает появление пороков и ухудшение качества стекла, поэтому глубина бассейна также зависит от допустимости вовлечения природного слоя в активный поток. Если требуется однородное стекло, то глубина бассейна с лодками или холодильниками должна быть большой. Это позволяет значительно снизить температуру придонного слоя и избежать вовлечения его в возвратный поток при нормальном режиме. В печах с протоком происходит более активный обмен стекломассы у дна и глубина бассейна, ограничиваемая износом дна, меньше. Глубина бассейна уменьшается с понижением прозрачности и увеличением вязкости стекломассы. При частом изменении состава стекла желательна возможно меньшая глубина бассейна. Изменение потерь тепла при изменении глубины бассейна не имеет большого значения. Повышение температуры стекломассы у дна при уменьшении глубины компенсируется уменьшением боковой поверхности бассейна. Продолжительность наварки стекломассы и стоимость сооружения растут с увеличением глубины бассейна. Глубина бассейна печей периодического действия 0,4-0,7 м. При значительной глубине на дне такой печи скапливается инородная инертная стекломасса, неблагоприятно влияющая на состав и свойства вырабатываемого стекла. При малой глубине интенсивные конвекционные потоки вовлекают в движение почти всю толщу стекломассы, благодаря чему выравнивается состав и уменьшается влияние остатка стекломассы после выработки, но износ дна увеличивается. Варочные бассейны печей для листового стекла, разделенные лодками, имеют глубину 1,2-1,5 м, печей с протоком для бесцветного стекла - 0,8-1,2м. При варке вязких и малопрозрачных стекол глубина бассейна составляет 0,5-0,6м. Нижний уровень протока находится обычно в плоскости дна бассейна. При малопрозрачном стекле верхний уровень протока располагается на глубине не более 500мм, при бесцветном - не более 900мм. Высота протока обычно составляет в больших печах 300 и в небольших 200мм, а ширина соответственно 600 и 400мм. При высокой производительности печи проток заглубляют, а также устраивают у дна порожки, задерживающие возвратный поток стекломассы. В случае уменьшения величины коэффициента потока, которая значительна в существующих печах, глубина бассейна может быть меньше вследствие резкого падения температуры по высоте неподвижного слоя стекломассы. По изложенным причинам глубина студочной части в печах для листового стекла большая, ширина студочной части незначительно отличается от ширины варочной, а иногда даже превышает ее. В печах с лодками для листового стекла глубину студочной части бассейна часто уменьшают сравнительно с варочной (1,2 против 1,5 м), т. е. делают ее как бы переходной к более мелкой выработочной части, Глубину выработочной части бассейна значительно уменьшают сравнительно с варочной частью (обычно до 0,9м). Для печей с протоком глубина выработочного бассейна составляет при прозрачном стекле 0,6-0,9 и при малопрозрачном 0,4-0,6м. Постепенное углубление бассейна по направлению к выработочной части при отборе стекломассы у дна имеет целью избежать неблагоприятных потоков у дна, захватывающих непроваренную стекломассу вблизи загрузки; кроме того, появляется возможность отбирать для выработки достаточно охлажденную стекломассу. Обмен стекломассы у дна происходит главным образом вблизи мест отбора, где стекломасса вполне проварена. Отдельные размеры пламенного пространства определяются размерами бассейна и расположением факела пламени. Свод и стены должны быть достаточно удалены от факела во избежание износа, но и в то же время бесполезных объемов в печи следует избегать. Возрастание коэффициента теплоотдачи излучением благодаря увеличению поверхности кладки незначительно. Предельно сниженное положение арочного свода при обычных шахтных горелках достаточно безопасно. Для печей с подковообразным и продольным пламенем расстояние между верхним краем влетного отверстия и сводом должно быть не менее 300мм. Расстояние между влетом и стеной следует принимать с учетом раскрытия факела и расширения его при ударе о зеркало (угол 25-30°). В печах с поперечным пламенем высота пламенного пространства складывается из высоты промежутка между бассейном и горелочным зубом (80-120мм), высоты последнего (200 мм), высоты влета (450- 900 мм), толщины влетной арки (250-300 мм) и высоты подъема свода ('/9-Уз пролета, 0,4-1м), т.е. составляет 1,3-2 м. Применение в горелках взамен подвешиваемых зубьев плит, лежащих на стеновых брусьях, и сопряжение влетов и свода позволяют снизить общую высоту на 400-500мм. Дополнительное снижение свода достигается применением полностью подвешенных плоских сводов. Излишнего снижения подобных сводов избегают вследствие возможности их быстрого прогара. Размеры горелок с предварительным частичным сгоранием топлива определяют по следующим данным. В шахтных горелках ванных печей угол встречи струй газа и воздуха принимают равным 20-25°; скорость газов, поступающих в камеру предварительного сгорания, 4-7 м/сек (увеличение скорости улучшает смешивание); расстояние от места начала смешивания газа и воздуха до влета 800-1500мм (чем больше длина факела, тем эта величина меньше); угол наклона влета свода камеры предварительного сгорания к зеркалу стекломассы 20-30°. При сжигании жидкого топлива по указанным выше причинам эта скорость может быть снижена на 15-30%, В печах с поперечным пламенем суммарная ширина влетов горелок составляет максимально 50% длины зеркала. В печах с подковообразным пламенем ширина влета составляет максимально 25-35% ширины зеркала. Горелкам придают форму диффузора для уменьшения сопротивления и улучшения распределения отходящих газов в насадках. Скорость газов в шахтных горелках горшковых печей и размеры принимают те же, что и для ванных печей, но не предусматривают наклона свода горелок для направления газов на горшки. Расчетной является скорость газов в период варки и осветления, когда расход топлива максимальный. Скорость газов в кадях принимают равной 12-15 м/сек, считая по максимальному потреблению топлива. Ширину колодцев - камер предварительного сгорания - принимают на уровне газовых и воздушных каналов не более 500-600мм во избежание излишнего разгара колодцев: ниже уровня каналов эта ширина может быть больше для увеличения емкости колодцев. Отверстия для подвода не подогретого высококалорийного газа рассчитывают на скорость до 100 нм/сек в зависимости от требуемого перемешивания газа и воздуха. Размеры регенераторов определяют .с учетом следующих данных: в ванных печах высота вертикальной насадки 4-7м; длина в печах с поперечным пламенем соответствует расположению горелок вдоль печи, а ширина до 2,5-3 м. Высота вертикальных насадок в горшковых печах составляет 2-3м, ширина до 2м и длина -до 3-4м. Для ванных печей рекомендуется на 1м2 поверхности зеркала варочной части 25-35 м2 поверхности нагрева пары насадок, что соответствует объему 1,5-2м3 пары насадок на 1м2 зеркала варочной части. Для одной воздушной насадки при высококалорийном топливе соответственные величины - 25м2; 1,2-1,5м3. В обычных горшковых печах можно рекомендовать на 1 м2 пода 15-20 л2 поверхности нагрева пары насадок (или~ 12 м2 одной воздушной насадки при высококалорийном топливе). Указанные величины относятся к стадии варки. При расчете регенератора проверяют понижение температуры подогрева воздуха и газа за период охлаждения. При слишком большом понижении температуры уменьшают длительность периодов или увеличивают поверхность нагрева, или толщину кирпича. Скорость газов в минимальном сечении насадки (плоскость стыка кирпичей насадки) принимают равной 0,2-0,3 нм/сек в печах с поперечным пламенем, а в печах с подковообразным пламенем - 0,3- 0,5 нм/сек. Размеры переводных клапанов определяют по скорости воздуха и горючего газа в их каналах, составляющей 0,5-2,5 нм/сек. Меньшие скорости принимают для печей малых размеров и в случае использования неочищенного генераторного газа.

Определение расхода топлива

На основе полученных расчетом данных составляют эскиз печи,

уточняют размеры и величины потерь тепла, а также параметры по отдельным зонам печи и сводные, составляют тепловые балансы и определяют расход топлива. Отдельные размеры и параметры предварительно устанавливают по приближенным формулам для расхода топлива. Отнесение расхода тепла к единице вырабатываемой стекломассы может привести к большим ошибкам, так как стекловаренные печи имеют низкий к.п.д. и изменение производительности печи не вызывает соответственного изменения расхода топлива. Несколько более обосновано определение расхода тепла по площади зеркала варочной части в ванных печах и пода в горшковых, так как основные потери тепла в известной мере соответствуют этим площадям. Такой расчет можно производить лишь ориентировочно и при условии небольшого съема стекломассы. Вообще же при определении расхода топлива следует учитывать съем стекломассы, величину печи и особенности ее работы. Расход тепла, отнесенный к варочной части ванной печи, обычно выражают в виде количества потенциального тепла, вводимого в печь с топливом, и приходящегося на 1м2 площади варочной части. Ввиду сложности определения количества и теплоты сгорания топлива, поступающего в печь при пользовании неочищенным генераторным газом, расход тепла на 1 м2 поверхности зеркала варочной части или пода относят к топливу, загруженному в газогенератор. Потери тепла в газогенераторной установке составляют при неочищенном газе примерно 15%, при очищенном газе из смолистых топлив - 30% и бессмольных-20%. Приближенная величина расхода тепла может быть быстро определена по формуле теплового баланса печи. Расход тепла рассчитывают по затрате тепла на получение стекломассы (^1 (варка), покрытие потерь с отходящими газами С)23 (нагрев и неполнота сгорания) и в окружающую среду С?45: 3 = 31+<г2,3 + <Э4,5- (27) При введении через клапаны регенеративной печи неочищенного генераторного газа полезно используется только часть теплоты нагрева газа, приблизительно 30% количества теплоты нагрева газа. За счет остальных 70% увеличивается теплота нагрева отходящих газов. Таким образом: (} = УГ ($пот + 0,3<2нач) кдж/м* • ч, (28) где Ут -расход газа в м3/м2-ч; <2ПОТ -низшая теплота сгорания газа в кдж/м3; <2наг- теплота нагрева газа в кдж/м3. Далее <21 = Рп кдж/г, (29) где Р - съем стекломассы в кг/м2-ч; п - расход тепла на получение стекломассы в кдж/кг. Для жидкого топлива расчет ведут на весовые количества и учитывают все тепло его нагрева (до 80-90° С); теплоемкость мазута принимают равной 2,09 кдж/кг -град. Расход тепла на собственно варку стекломассы при температуре 1500° С составляет для шихты без боя (в кдж/кг): в случае листового стекла - 29200, фидерного (сортового и тарного) 25950, свинцового хрусталя и аппаратного 22500. Для боя, вводимого с шихтой, тепло затрачивается только на нагрев. Средняя теплоемкость стекломассы при 1500° С составляет: для фидерного (сортового и тарного) и листового стекла ВВС 1,239, аппаратного 1,2 и свинцового хрусталя 0,88 кдж/кг • град. Величина <32 составляет долю величины <Э, т.е. <32 = К1(2. При отоплении мазутом, природным газом и очищенным генераторным газом 7^1 = 0,2^-0,25, а при отоплении неочищенным генераторным газом - 0,25-0,3. Потери тепла в окружающую среду всей печью и> кдж/м2 • ч зависят от размеров печи. При средней температуре кладки 1400° С и площади варочной части печи 100 м2 оу2 составляет 167000, при 60м2 - 189000, при 20 м2 - 193 000 и при 5 м2 - 377 000 кдж/м2 • ч. Формулу (27) можно представить в следующем виде: где /С2 и /Сз поправочные коэффициенты на температуру печи или С гЛ, .*-]- ОУ/\2 -% , о /о 1 \ = кож/м*-ч. (31) Удельный расход тепла ч = Г^г^ • (32) Значения <2 и да могут быть отнесены к варочной части или общей площади печи. Циркулирующий поток стекломассы не рассматривается, так как тепло, затрачиваемое на его нагрев, учтено в величине ш. По данным Английского печного комитета, коэффициент Кг имеет следующие значения: при 1300°С -0,88; 1350° С -0,94; 1400°С- 1; 1500° С-1,15 и 1600° С-1,3. Для этих же температур значения /С3 соответственно: 0,8; 0,9; 1; 1,25; 1,5. Расход тепла при варке темноокрашенных стекол примерно на 10- 15% меньше, чем при варке слабоокрашенных. Расход топлива увеличивается с возрастом печи и составляет 1-2% в месяц расхода топлива в начале кампании. Это зависит от свойств и размеров огнеупоров, способа охлаждения, применения изоляции, заноса регенераторов. Формулы (30) - (32) могут быть использованы при условии, что теплота сгорания вводимого в печь горючего не ограничивает ее производительности. Если принять значение да равным 168000 кдж/ч на 1 Л2 зеркала варочной части; п=2394 кдж/кг и /С] =0,3, то количество тепла ф газового и жидкого топлива, необходимого для получения на 1 м2 зеркала стекла Р кг/м2 • ч стекломассы, составит п _ 168 000+2394Р _ V- 0>7 к.п.д о ю го зо ~<а 50 ' 60 ' 70 ' во' 90 'ню Съем с I м зеркала та пода в т/ч.

Рис. 13. Зависимость удельного и общего расхода тепла от нагрузки печи (пунктирные кривые составлены с учетом изменения температуры печи и потерь в зависимости от нагрузки) / - удельный расход тепла в ванной печи; 2 - то же, в горшковой; 3 - расход тепла на 1 м2 зеркала ванной печи в час; 4 - то же, пода горшковой печи; 5 - к. п- д. ванной печи; 6 - к. п. д. горшковой печи жены формулы расхода тепла: -Лайля~ 2 205 000 Г/ := Р Брандум – Ринсума ч. (33) На рис. 109 даны расход тепла на 1 м2 зеркала варочной части в час (в Мдж/м2 • ч) и удельный расход тепла (Мдж/кг), вычисленные по формуле (36). Чтобы определить расход тепла, считая на потенциальное тепло топлива, загруженного в газогенератор, эту величину нужно разделить на к.п.д. газификации. На рис. 13 показана также зависимость к. п. д. от съема стекломассы, причем полезной считают затрату тепла на варку (2394 кдж/кг). С увеличением удельной производительности к.п.д. растет сначала очень быстро, потом медленнее. Для ванных печей с протоком также предло- (34) 4190000 + 9240Р кдж/м^ч. 1"эсу В горшковых печах расход топлива в меньшей степени зависит от количества провариваемой массы вследствие больших потерь в окружающую

среду. Для расчета небольших печей может служить формула, аналогичная выведенной для ванных печей: <3 = 23ИЮО + 2394Р = 38514() + 39дор кдж/м2. ц> (3б) где 231000 - потери тепла в окружающую среду на 1 м2 пода в кдж; Р - количество стекломассы, провариваемой на 1 м2 пода в час за период времени варки и осветления.

ОГНЕУПОРЫ

Качество продукции и производительность труда в стекольной промышленности во многом зависят от вида огнеупоров, применяемых для кладки стекловаренных печей. Эти огнеупоры иногда называют огнеупорным стеклоприпасом или просто стеклоприпасом. Высококачественные огнеупоры позволяют резко сократить брак стекла и дают возможность варить стекло при высоких температурах, что в свою очередь является одним из важных условий для увеличения производительности стекловаренных печей. Возможное при этом даже значительное повышение стоимости огнеупоров, связанное с улучшением их свойств, в конечном итоге дает обычно большую экономию.

ОГНЕУПОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТЕКЛОДЕЛИИ

Применяемые в стеклоделии огнеупоры должны быть прежде всего высокоустойчивы к воздействию расплавов и парообразных реагентов и выдерживать механические нагрузки при высоких температурах и резкие колебания температуры (т. е. быть термостойкими). В стекольной промышленности применяют следующие виды огнеупоров: нейтрального и основного характера, полукислые, кислые и карбидные. Огнеупоры нейтрального характера: шамотные - из обычных огнеупорных глин, каолиновые и всевозможные керамические высокоглиноземистые, изготовляемые как методами керамической технологии - силлиманитовый, муллитовый, корундовый, циркономуллитовый и др., так и электроплавкой с последующим литьем в формы - муллитовый, циркономуллитовый, циркониевоглиноземные (бакор, корхарт ЗАК, монофракс С) и глиноземные или корундовые (несколько типов монофракса, корвишит). В шамотных огнеупорах отношение числа молекул глинозема к числу молекул кремнезема приближается к 1:2; эти огнеупоры состоят из очень мелких кристаллов муллита (ЗА12О3 • 25Ю2), почти невидимых в обычные микроскопы, и довольно значительного количества стекловидной фазы, представляющей собой при температуре службы весьма вязкую жидкость. Микроструктура шамотного стеклобруса, видимая в минералогическом шлифе, в поляризованном свете показана на рис. 14. Шамотные огнеупоры применяют для кладки бассейнов ванных печей, каналов, питателей, регенераторов и отдельных частей горшковых печей. Из шамотных масс изготовляют также стекловаренные горшки и различные специальные фасонные детали.

Рис. 14. Микрофотография шлифа шамотного стеклобруса в проходящем свете (Х90)

Каолиновые огнеупоры содержат несколько больше глинозема, меньше плавней и красителей (МдО, СаО, N320, К2О, Ре203 и ТЮ2); по сравнению с шамотными они имеют повышенную стойкость против разъедания (при условии одинаковой пористости и огнеупорности). Огнеупоры этого типа применяют для стен бассейна, особенно варочной части, хотя область их применения может быть значительно расширена. В частности, каолиновый кирпич можно использовать в верхних рядах насадки регенераторов. Керамические высокоглиноземистые огнеупоры изготовляют из различных видов природного высокоглиноземистого сырья или синтетического полуфабриката на связующем из огнеупорных глин, смеси глины с каолином и другими добавками. Высокоглиноземистые огнеупоры могут быть также изготовлены без глины и каолина из предварительно синтезированных материалов. Огнеупоры силлиманитового типа содержат 50-60% А12О3, муллитового - 70-75% А12О3 и корундового - более 75% А12О3. В огнеупорах силлиманитового и муллитового типов преобладающей кристаллической фазой является муллит. Они находят применение в различных участках кладки стекловаренных печей и в регенераторах, особенно в верхних рядах насадок. Муллит состоит из силлиманита АЬОз • 5Юг и прагита 2А12О3 • 5Ю2. Электролитые (электроплавленые литые) огнеупоры, отличающиеся высокой стойкостью к действию расплавов, изготовляют из природного и искусственного сырья. Плавленые огнеупоры муллитового типа в качестве главной кристаллической фазы содержат муллит. Плавленый огнеупор бакор 20 содержит около 20% 2гО2, бакор 33 и американский корхарт ЗАК - до 34% 2гО2. Принципиально аналогичен по составу американский огнеупор монофракс С. Эти огнеупоры характеризуются наличием в них корунда (а -А12О3) и бадделеита (2гО2). На основе технического глинозема путем его плавки без добавок или со специальными добавками вырабатывают корундовый огнеупор корвишит, содержащий около 99% А12Оз и корундовый огнеупор под названием монофракс, включающий те или иные количества р-А12Оз. Некоторые огнеупоры марки монофракс содержат значительные количества Сг2О3 и 2гО2. Плавленые огнеупоры применяют для кладки бассейна, а некоторые из них - и для кладки влетов горелок. Огнеупоры основного характера - магнезитовый, хромомагнезитовый, магнезитохромитовый и форстеритовый - обладают повышенной стойкостью в насадках регенераторов, причем обычный магнезитовый кирпич недостаточно термостоек для этой цели. Пригоден только специальный термостойкий магнезитовый огнеупор. Хромомагнезитовый кирпич можно применять в регенераторах печей при варке зеленого стекла. Форстеритовый кирпич - силикато-магнезиальный материал - находит ограниченное применение в насадке регенераторов. Полукислые огнеупоры - синтетические огнеупоры типа шамотных из глин и каолинов с добавками кремнеземных материалов, огнеупоры на основе пирофиллита и циркониевые. Полукислые огнеупоры типа шамотных содержат повышенное количество кремнекислоты и пониженное количество глинозема (менее 30%). Из полукислых масс можно изготовлять брусья бассейна, лодочки и стекловаренные горшки. Глино-песчаные безобжиговые огнеупоры, т. е. огнеупоры, изготовленные из песка и глины в пропорции 2:1, раньше применяли для кладки бассейнов ванных печей и даже сводов небольших печей, где, однако, они довольно быстро деформировались. За рубежом полукислые огнеупоры изготовляют из полукислых глин. В России разработана технология изготовления полукислых огнеупоров из огнеупорных глин с добавками тонкодисперсных кварцевых материалов. Муллитовая фаза в полукислых огнеупорах развита очень слабо.

Кислые огнеупоры - динас, плавленый кварц (непрозрачное кварцевое стекло) и цирконовые. Динас изготовляют из кварцитов с небольшими добавками неорганических и органических связующих веществ (но не глины), поэтому он обычно, содержит более 93% 5Ю2. Изделия из динаса можно применять при более высоких температурах, чем из шамота (примерно на 200°), но он менее стоек против разъедающего действия расплавленных солей и стекол. Микроструктура динаса характеризуется наличием главным образом тридимита, кристобалита и остатков непереродившегося кварца. Микроструктуры динаса в минералогическом шлифе (в поляризованном свете) видны на рис., показано хорошее перерождение в обжиге (высокая степень тридимитизации), заметны значительные количества непереродившегося кварца, зерна которого пронизаны трещинами. Динас применяют для кладки сводов, стен пламенного пространства и горелок стекловаренных печей. Огнеупоры из плавленого кварца (непрозрачного кварцевого стекла) содержат около 99% 5Ю2 почти полностью в стеклообразном состоянии. В качестве примеси в этот материал вводят иногда около 0,5% глинозема. Огнеупоры из плавленого кварца отличаются низким коэффициентом расширения, но перерождаются в службе и свойства их изменяются. В настоящее время их используют преимущественно для кладки бассейнов и протоков печей, в которых варят малощелочные тугоплавкие стекла. Цирконовые огнеупоры изготовляют из циркона 2г5Ю4, получаемого путем обогащения пород, содержащих этот минерал. Карбидные огнеупоры, например карборундовый, изготовляют из 51С. Благодаря высокой теплопроводности его используют в качестве муфельного материала в отжигательных печах, где он служит при температуре 500-600° С. При более высоких температурах он разлагается, реагируя с кислородом воздуха; тем не менее карборунд применяют также для изготовления рекуперативных элементов стекловаренных печей. Выше были указаны характерные кристаллические фазы различных огнеупоров. Однако наряду с кристаллическими веществами в огнеупорах содержится и стеклообразная фаза в различных количествах от величины, близкой к 100% (плавленый кварц), до весьма незначительной величины, например менее 1% (корвишит). Примерный химический состав огнеупоров, наиболее применяемых в стекольной промышленности, приведен в табл. Плавленый циркономуллитовый огнеупор содержит 4 - 7% 2тО? 2 Близкий к этому состав имеют огнеупор бакор 33 и монофракс

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ

Из сырьевых материалов для производства стекла составляют в заданной пропорции смесь, называемую шихтой. Подготовка сырьевых материалов и тщательное смешивание их в однородную шихту обусловливают качество сваренной стекломассы. Нарушение однородности является причиной многих пороков стекломассы и стекла: полосности, плохого отжига, повышенной хрупкости, недостаточной термической и механической прочности. В результате этих пороков увеличиваются бой и брак изделий и снижается производительность завода.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ШИХТЕ

Зерновой состав

Зерна сырьевых материалов, составляющих шихту, должны иметь определенный размер, так как от этого зависят равномерность их растворения и возможное расслоение шихты. Установлено, что механическая однородность - необходимое условие успеха стекловарения. На заводах строительного и технического стекла к механической однородности отдельных сырьевых материалов предъявляются следующие требования: песок, доломит, известняк и мел должны просеиваться сквозь сито № 07 (90 отв/см2); сода и сульфат, а также древесный или каменный уголь должны просеиваться сквозь сито № 085 (64 отв/см2). Пески различных месторождений имеют значительные отклонения в зерновом составе. Так, около 98% люберецкого песка имеют диаметр зерен 0,49-0,12мм, а 94,9% попаснянского песка - 0,2-0,088мм, причем на фракцию зерен 0,12-0,088мм приходится 26,6% песка. Крупные зерна песка провариваются медленно, поэтому для ускорения стеклообразования необходимо применять песок с наименьшей крупностью зерен. До недавнего времени существовало мнение, что слишком мелкий пылевидный песок применять не следует, так как он при перемешивании образует комки, что в последующем вызывает образование камней и свилей; кроме того, такой песок содержит большое количество адсорбированного воздуха, при осветлении стекломассы образующего трудно удаляемые мелкие пузыри и мошку. Это предубеждение поддерживалось еще и тем, что пылевидные фракции песка содержат наибольшее количество окислов железа и других вредных примесей. Так, по данным Института стекла, крупные фракции люберецкого песка содержат 0,08% окислов железа, средние - 0,05%, мелкие (менее 0,12мм) - 1,73%. Однако за последние годы были проведены обширные исследования, в результате которых установлено, что тонкоизмельченные компоненты позволяют ускорить как провар, так и осветление стекломассы. С увеличением измельчения (в пределах 500-1мк) скорость варки возрастает на 15-40%. Особо положительные результаты получены на стеклах высокоглиноземистого и боросиликатного составов. Для определения степени измельчения отдельных составляющих шихты необходимо учитывать удельные веса сырьевых материалов, как правило, мало отличающихся друг от друга. Так, удельный вес песка 26,0 (2,6), известняка - 27,0 (2,7), соды - 25,0 (2,5) и сульфата - 26,6 кн/м3 (2,66 г/см3). Исключением являются реже применяемые материалы: борная кислота с удельным весом 15, углекислый барий - 42,9, свинцовый сурик - 90,6, окись цинка - 56,5 и окись сурьмы - 56,7 кн/м3. Чтобы предотвратить расслаивание компонентов шихты в результате неодинакового веса их зерен, обычные сырьевые материалы должны измельчаться примерно до одинаковой степени крупности. Расслаивание шихты зависит в основном от соотношения крупности зерен отдельных компонентов. При одинаковой крупности зерен компонентов шихта расслаивается тем больше, чем крупнее зерна.

Влажность

Влага благоприятно влияет на однородность шихты. Сухие материалы плохо перемешиваются, поэтому шихта быстро расслаивается. Это объясняется тем, что зерна отдельных материалов под влиянием различного рода толчков и сотрясений при транспортировании шихты располагаются соответственно своим размерам и удельным весам. Увлажненная шихта комкуется, поэтому следует увлажнять песок, а к нему добавлять другие материалы в сухом состоянии и затем все перемешивать. Увлажнение песка препятствует расслоению шихты по следующей причине. Влага равномерно распределяется вокруг зерен песка, образуя водяную пленку, в которой растворяется до 5% соды и сульфата. В результате этого кварцевые зерна покрываются тонким слоем соды и сульфата, что повышает реакционную способность шихты и в известной степени закрепляет взаимное расположение частиц материалов после смешивания. Принято, что влажность содовой шихты должна быть в пределах 3-5%, а сульфатной - до 7%. Степень влажности песка зависит от размера его зерен. Чем больше активная поверхность, т. е. чем выше степень измельчения песка, тем большее количество воды необходимо для его увлажнения. Песок, как правило, прибывает на завод влажным, поэтому сначала его сушат в специальных сушильных агрегатах, иначе просеивание и магнитная сепарация будут затруднены. Затем его увлажняют путем распыления воды при давлении 3-4 ат. Такой способ позволяет добиться равномерного распределения влаги на поверхности кварцевых зерен.

Содержание газов

Для успешной варки стекла из шихты при ее нагревании должно выделяться определенное количество газов: СС>2, ЗСЬ, 62 и др. Эти газы, выделяясь, оказывают перемешивающее действие на стекломассу в стадии ее осветления и гомогенизации.

При недостатке стойких газообразователей в шихте их вводят дополнительно, чтобы получить стекломассу, более богатую газами на поздних стадиях варки. К таким газообразователям относятся сульфат, селитра, мышьяковый ангидрид и др. Шихта должна содержать определенное количество газов, способных выделяться в результате термической диссоциации компонентов, в противном случае стекло оказывается плохо очищенным и свилеватым. Для хорошего осветления натрийизвесткового стекла оно должно содержать не менее 15 и не более 20% газообразных. В табл. 1приведены пять разных шихт для стекла одного и того же химического состава, но отличающихся по содержанию газа. Варка стекла из этих шихт дала разные результаты: шихты № 2 и

5 оказались наилучшими, а № 1, 3 и 4 - худшими, так как высокое содержание газа вызывает ненужное вспенивание, а малое делает стекломассу "мертвой" и не дает необходимого осветления.

Таблица 1 Содержание газа в разных шихтах

Однородность шихты

На однородность шихты кроме размера частиц и влажности влияют также постоянство химического состава сырьевых материалов, способ и продолжительность перемешивания, транспортирование, хранение и загрузка готовой шихты. Стекломасса для листового стекла считается однородной, если в отдельных участках отклонение в содержании 5Ю2 и N320 не превышает 0,3%, а СаО, М§О, А12О3 - 0,2%. Сырьевые материалы должны быть хорошо высушены. Высушенные материалы могут иметь влажность: песок 0,1-0,2%, мел, доломит и известняк 0,2-0,4%; сульфат можно применять с влажностью не выше 18-19%. Использование материалов с переменной влажностью нарушает однородность стекломассы, так как поправка рецепта на влажность ввиду ее изменчивости обычно полностью не достигает цели. При переменном составе стекла необходимо приготавливать шихту только из тех материалов, на основании анализа которых составлен рецепт. Усреднению отдельных материалов и надлежащему отбору средних проб для анализа надо уделять большое внимание. Пока анализ партии того или иного материала не закончен, его нельзя использовать для приготовления шихты. Однородность шихты зависит также от способа и продолжительности смешивания. Наиболее эффективное перемешивание достигается в смесителях, в которых частицы материалов совершают сложное движение. К ним относится, например, тарельчатый смеситель. Продолжительность перемешивания определяют экспериментальным путем, и она бывает разной в зависимости от конструкции смесителя. Чтобы составленная шихта не расслаивалась, необходимо: подавать шихту так, чтобы исключить или сократить до минимума ее падение; уменьшить длину пути шихты от составного цеха до загрузочного кармана, избегая лишних поворотов, подъемов и спусков, а также различного рода вибраций.

ПОДГОТОВКА МАТЕРИАЛОВ, И ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ

Сушка

Чаще всего сушат песок и материалы известковой группы (мел, известняк, доломит). Влажный песок образует комки, которые затрудняют просеивание. Материалы известковой группы во влажном состоянии плохо размалываются и комкуются. Мел, известняк и доломит сушатся хуже песка, в связи с чем производительность одного и того же сушильного устройства значительно меньше для материалов известковой группы, чем для песка. Температура сушки мела, известняка и доломита не должна превышать 400° С, так как при более высоких температурах начинается термическая диссоциация этих материалов. Сульфат весьма гигроскопичен и влажность его может достигать 40-50%, тогда измельчение и просеивание его становятся невозможными. Сульфат с влажностью более 18-19% образует комки, налипает на стенки, движущиеся части дробилок и сит, поэтому его также сушат. Сушка сульфата с влажностью более 20% весьма затруднена, так как при температуре 32,4° С происходит плавление мирабилита (Ма2ЗО4- 10Н2О) в своей кристаллизационной воде. Этот расплав прилипает к стенкам сушильных агрегатов, образуя твердую корку, препятствующую дальнейшей сушке и выгрузке. Существует несколько способов сушки сульфата. При высокотемпературном способе (650-700° С) используют сушильные барабаны, при низкотемпературном (300-400° С) -туннельные сушилки. Кроме этого, используют способ осушающей добавки, в качестве которой применяют соду (8-10%). Она связывает гигроскопическую влагу, и сульфат приобретает свойство сыпучести, что позволяет его молоть и просеивать. В настоящее время наиболее распространены вращающиеся сушильные барабаны. Сушильный барабан принятого в стекольной промышленности типа представляет собой металлический цилиндр из котельного железа, установленный под углом 3-4° к горизонту. Наклон барабана содействует передвижению материала к выгрузочному отверстию. Барабан снабжен внутри системой полок, способствующих лучшему соприкосновению высушиваемого материала с дымовыми газами. Они имеют вентилятор для отсоса дымовых газов и циклон для улавливания пыли. Прямоточный сушильный барабан с внутренним обогревом представлен на рис.15. Производительность барабана - до 12 т песка или 3,5г мела в час. Скорость вращения при сушке песка 10 -12 об/мин, мела З- 4 об/мин. Температура сушки песка 700- 800° С, температура высушенного песка 85-90° С.

Рис. 15. Прямоточный сушильный барабан 1 - циклон; 2 - воронка для засыпки материала; 3 – вентилятор

Для сушки материалов могут быть использованы также пневматические сушилки, которые осуществляют три операции: сушку, транспортирование и сепарацию. Материал сушится во взвешенном состоянии, что ускоряет самый процесс и удешевляет его стоимость. Сушилка состоит из системы труб, питателя, вентилятора и циклона. Материал, подаваемый питателем, подхватывается струей горячих газов и уносится по трубам, подвергаясь сушке и сепарации.

Измельчение

Часто многие материалы шихты (доломит, известняк, полевой и плавиковый шпаты и др.) поступают на заводы в виде более или менее крупных кусков. Чтобы получить из этих кусков зерна не более 0,75мм в поперечнике, их измельчают. Различают две стадии измельчения. При грубом измельчении производится: крупное дробление при измельчении кусков от 1000 до 100 мм, среднее дробление от 150 до 30мм и мелкое дробление - от 30 до 5мм. При тонком измельчении осуществляется грубый помол до величины зерна 0,1-0,3мм и тонкий помол до величины зерна менее 0,1мм. Материалы можно измельчать одним из четырех способов или их комбинаций, а именно: раздавливанием, ударом, истиранием и раскалыванием. Способ измельчения зависит от твердости материала, требуемой степени измельчения и величины измельчаемых кусков. Для твердых материалов наиболее эффективно раздавливание или удар, для хрупких - раскалывание, для вязких влажных материалов - раздавливание в сочетании с истиранием. При тонком помоле измельчают ударом или раздавливанием в соединении с истиранием. На стекольных заводах для грубого измельчения доломита, известняка и других материалов чаще всего применяют щековые и молотковые дробилки, а для измельчения боя стекла - вальцовые дробилки. Для тонкого измельчения используют бегуны, дезинтеграторы, шаровые, аэробильные и вибрационные мельницы. В щековых дробилках осуществляют первичное измельчение материалов с кусками величиной 70мм и выше. Дробилки этого типа бывают с простым и сложным качанием щеки. Работа дробилок основана на принципе раздавливания материала между двумя рифлеными плитами, одна из которых неподвижна, а другая приводится в качательное движение шатунно-рычажным механизмом. Величина кусков после дробления зависит от ширины выходной щели, которая в отдельных типах дробилок может меняться. В щековых дробилках на стекольных заводах обычно измельчаются материалы до величины кусков 35-50мм. Чтобы уменьшить загрязнение материала железом, дробильные плиты делают из марганцовистой износоустойчивой стали. Валковые дробилки бывают с гладкими, рифлеными и зубчатыми валками. Дробилки этого типа весьма просты и эффективны в работе. Их чаще применяют для измельчения боя, а иногда и для грубого измельчения других материалов с кусками величиной до 50мм. Тонкое измельчение доломита, известняка и других материалов осуществляют в бегунах, которые бывают с вращающейся и неподвижной чашами. Работа их основана на раздавливании и истирании кусков материала в результате качения и частичного скольжения катков. Молотковые дробилки применяют для измельчения как твердых (полевой шпат, плавиковый шпат и др.), так и мягких материалов (мел, известняк и др.), в частности для измельчения кусков слежавшихся сульфата и соды. Молотковые дробилки работают по принципу ударного действия и отличаются высокой производительностью. Для тонкого измельчения пластичных материалов и для разбивания кусков сульфата и соды применяют дезинтеграторы. Дезинтегратор состоит из двух "корзин" - вращающихся в разные стороны дисков, на окружности которых укреплены концентрическими рядами пальцы. Количество рядов пальцев (1, 2 и 3) зависит от необходимой степени измельчения материала. В дезинтеграторах измельчают материалы с большей влажностью, чем в бегунах и молотковых мельницах. В последнее время на стекольных заводах применяют пневматические (аэробильные) мельницы, в которых совмещены помол, сушка, сепарация и транспортирование материала. Принцип работы пневмомельницы заключается в следующем: куски материала размером до 20мм подаются в так называемую разгонную трубу, где подхватываются потоком газов и, ударяясь о плиту, измельчаются. Иногда материалы измельчаются в какой-либо быстроходной мельнице, например молотковой, установленной в начале аэротрубы. Измельченный материал отсасывается из мельницы вентиляторами. Измельченный материал разделяется в сепараторе на тонкую и грубую фракции, причем последняя возвращается на повторное измельчение. Готовый продукт из сепаратора поступает в циклон, где и улавливается. Необходимую скорость газовоздушной смеси (до 65 м/сек) создают два вытяжных вентилятора. Производительность пневмомельницы 35- 27 т/ч при величине зерна менее ОД мм. Расход мощности 20-21 квт на 1г продукта. Шаровые мельницы сравнительно мало распространены на заводах вследствие большого расхода энергии и малой производительности. Но они имеют и свои достоинства, а именно: дают хороший и ровный помол, а также любую степень измельчения материалов. Эти мельницы незаменимы там, где требуется весьма тонкий помол и последующее тщательное распределение добавки, как, например, в производстве пеностекла. Для тонкого измельчения материалов применяют также вибромельницы. Так, для измельчения песка в производстве боросиликатного стекла применена вибромельница типа М-200 с гуммированным корпусом (загрузка 220 кг мелющих тел - стекольных шаров и 65 кг песка). С помощью такой мельницы в течение 1 ч обычный люберецкий песок измельчался до остатка на сите 10000 отв/см2 - 20%, а на сите 1600оте/сж2 -0,5%. Общим недостатком всех помольных устройств является попадание в материалы железа от истирающихся металлических деталей. Этот фактор не имеет значения только для некоторых заводов, например для заводов консервной тары. В производстве оптического, листового, светотехнического и других видов стекол попадание железа из мелющих агрегатов является серьезной помехой в борьбе за качество изделий. Металлические детали, которым свойственно истирание, должны поэтому быть заменены деталями из особых сортов износоустойчивых сталей (марганцовистых и др.), там, где это возможно - кварцевыми,

гранитными, диабазовыми и др.

Просеивание

Все без исключения сырьевые материалы стекольного производства просеиваются. Для просеивания применяют сита-трясучки, сита-бураты, сита-вибраторы. Сита-бураты представляют собой многогранный барабан из деревянных рам, обтянутых металлической сеткой. Материал загружают через открытый конец бурата и при вращении барабана он просеивается. Барабан установлен с небольшим наклоном, непросеянная часть материала высыпается через его нижний открытый конец. Более совершенным типом являются сита-вибраторы, которые отличаются высокой производительностью, малым расходом энергии, простотой обслуживания и высоким качеством просеивания. Вибрационные сита в зависимости от устройства, вызывающего вибрацию, подразделяются на инерционные, ударные и электрические. Вибрационное сито представляет собой коробку с корытообразным днищем, в котором натянуты две металлические сетки. Коробка установлена на пружинящих опорах и приводится в колебательное движение от эксцентрикового вала, эксцентрицитет которого равен 1,25мм. Просеиваемый материал можно разделить на несколько фракций в зависимости от числа установленных сеток. Производительность этого сита 1000 кг/ч. Число колебаний в минуту 1800. Требуемая мощность 2,5л. с. Длина сита 2100мм, ширина - 820мм.

Взвешивание и смешивание

Взвешивание - очень ответственная операция, так как от ее точности зависит качество стекломассы. Все используемые на стекольных заводах весы можно объединить в четыре группы: 1) стационарные весы, отвешивающие только один компонент (платформенные весы, весы-воронка); 2) подвижные весы, отвешивающие все материалы поочередно (весы-тележка, весы на монорельсе); 3) стационарные полуавтоматические весы, отвешивающие все материалы по очереди; 4) автоматические весы, устанавливаемые под каждым бункером готового материала. Наиболее совершенным является отвешивание сырьевых материалов на автоматических весах. Установка для автоматического взвешивания состоит из весов, расположенных под каждым бункером, и электрореле для управления их работой. К раме, укрепляемой под бункером с помощью рычажной системы,

подвешен ковш. Загрузочное отверстие периодически перекрывается качающимся затвором. Ковш с отвешенным материалом опрокидывается при помощи электромагнита, количество включений которого регулируется числом замыканий тока в час. Весы снабжены счетчиком количества опрокинутых ковшей, а также электрической сигнализацией на случай порчи весов. Существует много типов смесителей, из которых на стекольных заводах чаще всего применяют тарельчатый смеситель типа Эйриха и барабанный смеситель конусного типа Дрей-Смис.

Рис. 16. Тарельчатый смеситель а - общий вид; б - схема движения частиц материала; 1 - тарелка; 2 лопасти; 3- держатели лопастей 4 - привод катков; 5 – катки

В настоящее время предпочтение отдается тарельчатому смесителю (рис. 16). Этот смеситель состоит из вращающейся на роликах тарелки, на которую подаются сырьевые материалы, и лопастей с катками, установленных эксцентрично по отношению к тарелке и имеющих самостоятельный привод. Благодаря двум независимо вращательным движениям чаши и лопастей частицы материалов совершают сложный спиралеобразный путь, что обеспечивает интенсивное и полное перемешивание. Смесители этого типа отличаются высокой производительностью.

Брикетирование шихты

Брикетирование шихты имеет целью сохранить ее однородность. Кроме того, оно устраняет пыление, что очень важно в санитарно-гигиеническом и технологическом отношениях. Не существует другого более надежного способа борьбы с расслаиванием, кроме брикетирования. Все меры, которые в настоящее время принимаются на заводах для сохранения однородности шихты (увлажнение, сокращение транспортных путей, устранение вибрации и т. п.), лишь уменьшают расслоение, но не устраняют его. Пыль, которая неизбежно образуется при загрузке сыпучей шихты, приносит вред не только здоровью людей; она разрушительно действует на огнеупоры ванных печей и особенно регенераторов, сокращая срок их службы и нарушая нормальную работу. Брикетирование шихты впервые применил русский техник А. К. Чугунов, который еще в 1856г. проводил опыты по изготовлению брикетов и варке из них стекла. Он смешивал увлажненную шихту в лопастном барабане, формировал из полученной массы брикеты, подвергал их сушке и легкому обжигу, а затем с успехом применял для варки стекла. Брикетирование сохраняет однородность шихты, ликвидирует пыление и занос пылью регенераторов, а также уменьшает износ огнеупорных материалов стекловаренных печей. При необходимости можно создать значительные запасы готовой шихты и в отдельных случаях централизовать подготовку материалов и шихты для группы заводов. Брикетирование шихты можно осуществлять следующим образом. В смесителе шихту подвергают пульверизации жидким стеклом, которое играет роль связующего. Затем шихту подают в промежуточный бункер и оттуда шнековым питателем в брикетный пресс. Брикетировать шихту можно на прессах с вальцами, вращающимися навстречу друг другу. На вальцах имеются формующие углубления, которые и создают брикет. Можно также использовать прессы других типов, например для сухого прессования кирпичей. Из пресса брикеты подаются ковшовым конвейером в бункер, установленный у загрузочного конца ванной печи. Ковшовый конвейер может быть заключен в кожух, куда засасываются горячий воздух или дымовые газы с температурой до 200° С для подсушивания брикетов.

РАСЧЕТ ШИХТЫ

Расчет состава шихты основан на химическом анализе применяемых сырьевых материалов и на заданном химическом составе стекла, выраженном в процентах, в молекулярной формуле или в частях шихты. При расчете допускают, что стекло образуется только из окислов, ангидриды же соответствующих кислот и вода в результате термической диссоциации полностью улетучиваются и что летучесть самих окислов незначительна. В действительности углекислые и азотнокислые соли разлагаются

достаточно полно, а сульфат - не полностью. Пренебрежение улетучиванием компонентов шихты приводит к незначительной ошибке, которая становится заметной для борного ангидрида, фтора и некоторых других материалов.

Шихту рассчитывают на 100 вес. ч. песка или на 100 вес. ч. стекломассы. Удобнее рассчитывать на 100 вес. ч. стекломассы, так как при этом нагляднее отражается состав стекла и значительно упрощается калькуляция себестоимости готовой стекломассы. Чтобы определить количество материалов шихты, составляем уравнения, обозначая: количество песка - через х; доломита - через у, технического глинозема - через z, соды - через t, мела - через q. Число уравнений равно числу окислов в стекле. Составляем уравнение по SiO₂, этот окисел вводят в стекло посредством песка. Кроме этого, SiO₂ содержится в меле (0,0147q), доломите (0,032y) и техническом глиноземе (0,064z). В 100 вес. ч. стекломассы SiO₂ должны быть 71 вес. ч.

Уравнение примет следующий вид:

71 = 0,9895 x + 0,0147 q + 0,032 у + 0,004 z.

Рассуждая таким же образом, составляем уравнения и для других окислов:

для СаО

8,5 = 0,539 q + 0,2706 у + 0,0058 х + 0,0035

для А1₂O₃

1,5 = 0,979 z + 0,0257 у + 0,0064x;

для МgО

3,5 = 0,1962 у;

для Na₂O

15,5 = 0,572 t .

Решая эти уравнения, находим значения неизвестных:

x = 71,09; y =17,84; z = 0,6; t = 27,1; q = 6,08.

Потеря соды на улетучивание в процессе варки равна 3,2%, поэтому количество соды нужно соответственно увеличить:

27,1∙1,032 = 27,97 вес. ч.

Таким образом, состав шихты на 100 вес. ч. стекломассы будет:

песок 71,09 вес. ч.

доломит 17,84 вес. ч.

технический глинозем 0,6 вес. ч.

сода 27,97 вес. ч.

мел 6,08 вес. ч.

_____________________________

Итого 123,58 вес. ч.

ВАРКА СТЕКЛА

Стекловаренные печи и горшки

Оптическое стекло варят в горшковых и ванных печах. Одногоршковые пламенные печи (как рекуперативные, так и регенеративные) обеспечивают наибольшую маневренность режимов. Реже применяют двухгоршковые печи, многогоршковые печи вообще не применяют. Наиболее совершенными являются верхнепламенные печи, работающие на очищенном газе с автоматическим регулированием температуры и автоматическим поддержанием заданного окислительного характера пламени (отношение газ: воздух). Ванные печи непрерывного действия имеют ограниченное применение для варки оптического стекла. В них целесообразно варить массовые сорта стекла, например очковое. Электрические, главным образом высокочастотные печи применяют для варки некоторых, особо пузырных и сильно растворяющих огнеупоры сортов стекол, например сверхтяжелых и тяжелых кронов, баритовых флинтов. Такое стекло варят в платиновом тигле, помещенном в магнитное поле индуктора. Платиновый тигель находится в защитном керамическом тигле. По литературным данным, баритовые флинты, сваренные в ванной печи с газово-электрическим обогревом имеют 0,3 пузыря на 1кг стекла. Этого достигают как применением платиновой футеровки бассейна печи, так и продуванием газа через стекломассу. Стекловаренный горшок является одним из основных источников образования неоднородностей в оптическом стекле и к нему предъявляют высокие требования в отношении плотности. Оптическое стекло можно варить в горшке любой емкости, однако чем меньше горшок, тем меньше получается относительный выход годного стекла и тем ниже его качество по однородности, светопоглощению и пузырности. При варке в малых горшках неблагоприятно сказывается влияние свободной поверхности стекломассы и контактной зоны стекломасса - горшок. Чем меньше горшок, тем относительно больше свободная поверхность и контактная зона. Емкость горшков составляет обычно 400-600л и больше. Горшки всегда имеют круглое сечение. Отношение внешний диаметр: высота составляет около 1,25. Горшки изготовляют из лучших сортов огнеупорных глин. Формовать горшки можно различными способами: вручную (в натир), отливкой шликера в гипсовую форму и способом трамбования из полусухих масс. Большое значение имеет состояние внутренней поверхности горшка, которая должна быть особенно плотной и гладкой. Для понижения растворимости на внутреннюю поверхность горшка наносят тонкий слой плотной, мало растворимой в стекле защитной намазки. Намазки представляют собой мелкозернистые, сильно спеченные (малопористые) массы, мало отличающиеся по химическому составу от состава горшка; толщина наносимого слоя - около 1-1,5мм. Также используют высокоглиноземистые (до 90% А12О3) и высококремнеземистые (до 80% 5Ю2) составы, не содержащие окрашивающих окислов (Ре2Оз, Сг2Оз). Расход горшков в производстве оптического стекла чрезвычайно велик. На каждую одногоршковую печь требуется до 25 горшков в месяц. Поэтому сушка их приобретает особое значение на заводах оптического стекла. Для ускорения сушки горшки с внутренней стороны обогревают лампами накаливания или пропускают переменный ток через толщу сырого черепка с помощью электродов из оловянной фольги. Сроки сушки горшков, изготовленных методом пластического формования или литья, удается сократить таким путем до 1 месяца. Горшки, изготовленные методом трамбования, не требуют специальных приспособлений для сушки и высушиваются в теплых камерах за 8-10 суток. Горшки обжигают в периодических одногоршковых электрических печах. Применяют также печи с газовым отоплением. Наиболее равномерно и быстро (до 2 суток) обжиг происходит в электрических печах с нихромовыми нагревателями и программными регуляторами. За рубежом горшки обжигают также в газовых, непрерывно действующих туннельных печах, устанавливая их на движущемся поду. Перспективным материалов для изготовления горшков и бруса для ванных печей является непрозрачное малопористое кварцевое стекло, содержащее минимальное количество окрашивающих примесей (<0,1% Ре203). В качестве материала для огнеупоров в последние годы применяют платину, которая обеспечивает получение малопузырных с малым светопоглощением стекол.

Варка

К моменту установки горшка стекловаренная печь имеет температуру около 900° С. До этой температуры или несколько выше обжигают и горшок. Ставят и вывозят горшок при помощи мостового передвижного крана со специальным приспособлением, подвешенным вместо крюка. Это приспособление, снабженное ухватом, перемещается в горизонтальной и вертикальной плоскостях; ухват поворачивается вокруг горизонтальной оси, благодаря чему можно не только ставить и вывозить горшок, а также отливать стекло в форму или на литейный стол. Вся операция ставки при помощи крана продолжается 1-2 мин. Непосредственно после установки горшка заслонку опускают, плотно устанавливают и замазывают щели. Температуру печи медленно повышают и в течение 5-10 ч доводят ее до 1400-1450°С.

После этого ведут наварку стекломассы. Сначала в горшок забрасывают бой стекла на высоту нескольких сантиметров, чтобы засыпаемая после него шихта не приходила в соприкосновение с еще слабо обожженным дном горшка. После расплавления боя в несколько приемов засыпают шихту "на кучу" или "на конус". На верху кучки всякий раз, как только предыдущая засыпка разварится, должен оставаться небольшой кашеобразный участок диаметром около 20см. После развара последней порции шихты снова засыпают бой. Шихту и бой засыпают вручную ковшом через небольшое окно с подъемной заслонкой в передней стенке печи. Ковш емкостью до 40кг шихты подвешивают на ролике, и он может передвигаться по направляющей перпендикулярно к стенке печи. После провара шихты стекломассу бурлят при помощи сырой деревянной чурки 1-2 раза. Для проверки качества осветления берут пробы железным прутом или черпаком. В этой стадии варки температуру печи поднимают до необходимой для осветления данного сорта стекла. Студку начинают лишь тогда, когда на пробе остается два-три средних или крупных пузыря. Студка оптического стекла продолжается обычно 5-10ч. Это необходимо, чтобы иметь достаточно времени для размешивания стекла. Прежде чем начать размешивание, стекломассу хальмуют, удаляя верхний, более неоднородный свилистый слой толщиной 2см. Размешивание является важнейшей операцией в производстве оптического стекла и только благодаря ему стало возможно получать стекло высокой однородности. Размешивание осуществляют различными способами.

1. Мешалкой является цилиндрический или слегка конический стержень диаметром около 10см, изготовленный из шамотной горшечной массы. После предварительного разогрева мешалку вертикально погружают в стекломассу и приводят в круговое движение при помощи специальной мешальной машины, установленной перед окном печи и соединенной с мешалкой штангой, охлаждаемой водой. Этот наиболее старый метод применяют и в настоящее время. Современные мешальные машины позволяют очень точно регулировать число оборотов, радиус движения мешалки, а также регистрировать усилие, затрачиваемое на перемешивание стекломассы. Это усилие при постоянном числе оборотов мешалки характеризует вязкость стекла. Максимальное число оборотов мешалки невелико (~ 30 в минуту) и ограничено возможностью механического затягивания пузырей волной, которую гонит мешалка. С понижением температуры число оборотов мешалки по той же причине должно уменьшаться.

2. Мешалкой является шамотный стержень, снабженный внизу двумя лопастями (наподобие гребного винта). Мешалку крепят на охлаждаемой водой стальной штанге, проходящей через свод печи и приводимой во вращение от электродвигателя. Число оборотов мешалки может быть доведено до 100-150 в минуту без опасения захлестывания пузырей.

3. Мешалкой является винтообразный стержень, изготовленный из платины, вращающийся вокруг своей оси и совершающий одновременно круговые движения. Этот способ размешивания применяют при варке в платиновых тиглях. Режим варки оптического стекла можно изменять в весьма широких пределах. Например, засыпать можно одну шихту или шихту в смеси с боем стекла частыми мелкими порциями или же большими, заполняя горшок в три-четыре приема. Операции хальмования и бурления иногда не производят, бурление заменяют интенсивным размешиванием в процессе варки, а иногда и развара шихты. Важно, чтобы разработанный и установленный для данного сорта режим варки был хорошо освоен и повторялся при последующих варках с чрезвычайной точностью во всех деталях. Общая длительность варки большинства стекол, считая от вставки горшка до окончания перемешивания, составляет 25-30 ч. Более быстро варятся флинты, наиболее длительна варка тяжелых кронов. Режим варки стекла типа "крон" приведен на рис.

ПРОИЗВОДСТВО СОРТОВОГО СТЕКЛА

Ассортимент столовой или сортовой посуды очень разнообразен. Основными изделиями являются: стаканы - чайные, пивные, винные и стопки; изделия на ножке - рюмки, бокалы, бокальчики, фужеры, вазочки, вазы и т. д.; графины для воды и вина; кувшины, жбаны, молочники, сливочники, блюдца чайные и для варенья, тарелки, подносы; салатники, сахарницы, масленки; изделия различного назначения - вазы для цветов, туалетные приборы, пепельницы и др.; прессованные изделия различных фасонов и размеров.

Обычно поверхность стеклянной посуды украшают различными рисунками и обрабатывают различными способами. Основные виды обработки: нанесение рисунков и узоров шлифовальными кругами; в зависимости от сложности рисунка применяют валовую, номерную и алмазную шлифовку; широкоплоскостная шлифовка изделий (гранение) с помощью кварцевого песка на чугунной шайбе или абразивными кругами; рисовка или художественная гравировка с помощью медного колеса и тонкого наждачного порошка или абразивными кругами; украшение изделий матовой лентой; декоративное травление плавиковой кислотой; художественное глубокое травление; живопись, цементация и др. Столовую посуду изготовляют из бесцветного, цветного накладного многослойного стекла, чаще всего из двухцветного. К столовой посуде предъявляют высокие требования. Она должна быть изготовлена из прозрачной и бесцветной стекломассы (отсутствие цветных оттенков и тусклости). В этих изделиях недопустимы дефекты, портящие внешний вид, как-то: камень, свиль, шлир, пузырь и мошка (последние допускаются в небольшом количестве). Поверхность изделий должна быть чистой, блестящей, с четким рисунком. Не допускаются острые или режущие края. Кроме того, термическая устойчивость сортовой посуды, т.е. сопротивление резким изменениям температуры, должна быть достаточно высокой.

ВАРКА СОРТОВОГО СТЕКЛА

Состав стекла для изготовления столовой посуды должен отвечать следующим требованиям: иметь хорошую варочную способность и минимальную склонность к заруханию; хорошо поддаваться механической и химической обработке; иметь выработочные свойства, способствующие высокой производительности автоматов, а при выработке изделий сложной конфигурации должно быть обеспечено медленное твердение стекла в процессе изготовления изделий; иметь достаточную химическую и термическую устойчивость. Для выработки столовой посуды массового ассортимента применяют

следующие составы (в вес. %): для простых изделий, вырабатываемых ручным способом в ванных печах: 5Ю2 - 75, СаО - 9- 9,5, №2О - 15,5-16; для машинного производства: 5Ю2 - 73 - 75, СаО - 8,5 - 10,5, №2О - 15 - 16. При этом до 3% СаО может быть заменено на М§О. Рекомендуется вводить 1% В2О3 и 0,5 ВаО, для улучшения стекла вводят до 3%. Высокохудожественные изделия изготовляют из разнообразных цветных и хрустальных стекол. Хрустальные изделия имеют различный состав: известково-калиевый, баритовый и свинцовый. Наибольший интерес представляет свинцовый хрусталь. Введение в состав стекла окиси свинца придает ему ряд ценных свойств. Свинцовые стекла имеют высокий показатель преломления и в связи с этим - красивый яркий блеск. Игра света в стекле особенно сильно проявляется при нанесении на него рисунка шлифовкой, когда свет, отражаясь от многочисленных граней, придает стеклу исключительно красный вид. Свинцовые стекла имеют большой удельный вес. Характерным для них является чистый звон. Свинцовые стекла менее вязки и медленнее твердеют, поэтому из них можно легко изготовлять изделия сложной конфигурации. Недостатками свинцовых стекол являются большая их склонность к кристаллизации и меньшая химическая устойчивость по сравнению с известковонатриевым стеклом. Соответствующий подбор состава стекла показывает, что склонность к заруханию может быть значительно уменьшена при содержании 5Ю2 в свинцовых стеклах не более 60%. Для получения стекол, более устойчивых к воздействию воды, соотношение между отдельными окислами подбирают по формуле К2О = 0,27,(76- РЬО). Содержание отдельных окислов в свинцовом стекле примерно следующее (в %): 5Ю2 - 55-57, К2О- 10-13 и РЬО - 30-35. Широкое применение нашел хрусталь с меньшим количеством окиси свинца. Примерное содержание в нем отдельных окислов составляет (в %): ЗЮа- 62,5, К2О - 12,5, Ма2О - 4, В2О3 - 1, РЬО - 18, 2пО - 2. Сырьевые материалы для производства столовой посуды должны отличаться большой чистотой. Хороший цвет стекла, игра и блеск достигаются только при минимальном содержании окислов железа, которое не должно превышать: в песке для массовых изделий - 0,03%, для хрусталя- 0,01-0,02%; в меле или доломите - 0,04%. Некоторое количество окислов железа переходит в стекло при разъединении горшков или огнеупоров ванных печей, поэтому необходимо путем сортировки и магнитной сепарации удалить из огнеупорных материалов максимальное количество окислов железа. Для варки столовой посуды лучше применять огнеупор из более чистого сырья, например из каолина. Сырье подготавливают так же, как и при варке высококачественного стекла. Применение сырья необходимого зернового состава, очистка, его от вредных примесей, увлажнение шихты, смешивание молотого боя с шихтой, однородность ее, предотвращение расслаивания, тонкослойная загрузка - все эти мероприятия являются важнейшими и обязательными условиями для получения высококачественной стекломассы и повышения производительности стекловаренных печей. Варку стекла для основной массы сортовых изделий осуществляют в проточных ванных печах. При изготовлении прессованных изделий механизированным способом у печи устанавливают 4-6 машин; общий объем при этом достигает 25-40 т/сутки. При выработке стаканов выдувными автоматами у печи устанавливают 1-3 машины; производительность машин достигает. 10-30 т/сутки. Производительность ванных печей при ручной выработке сортовых изделий определяется ассортиментом и периметром рабочей части печи, т.е. возможностью установить необходимое количество рабочих бригад. Обычно съем стекломассы составляет 10-15 т/сутки. Режим варки сортового стекла определяется теми же факторами, что и варки качественного стекла другого назначения. Для изготовления изделий сложной конфигурации, хрусталя и разнообразных цветных стекол применяют горшковые печи. Наиболее распространены горшковые печи с нижним пламенем на 14-16 горшков. Емкость горшков составляет 300-500кг стекломассы. Режим варки в горшковых печах зависит от состава стекла. При варке известковонатриевых стекол печь разогревают до 1370-1420° С и в горшки засыпают бой стекла; затем в три приема засыпают шихту и повышают температуру до 1460-1470°С. При этой температуре стекломасса осветляется двух или трехкратным бурлением ее мокрым деревянным бруском - "чуркой". Кроме того, бурление стекла осуществляют сжатым воздухом. Свинцовые стекла сравнительно легко восстанавливаются, поэтому в их состав вводят повышенное количество окислителей и варку ведут при окислительном режиме печи. В зависимости от условий вводят от 0,4 до 1кг трехокиси мышьяка и от 4 до 40кг селитры на 100кг песка. В свинцовых стеклах реакция стеклообразования протекает при более низких температурах. Эти стекла также значительно легче очищаются, поэтому варить свинцовый хрусталь можно при температуре на 30-50° ниже, чем известковонатриевые стекла. Свинцовые стекла сильно разъедают горшки, в результате чего в них появляются свиль и шамотный камень. Для устранения этого необходимо применять высококачественные горшки и варку вести при более низких температурах. Свинцовый хрусталь до последнего времени варили только в горшковых печах, так как опасались, что в ванных печах вследствие отсутствия принудительного перемешивания не удастся получить гомогенную стекломассу, а также качественное стекло вследствие сильного разъедания огнеупора и восстановления окиси свинца до металлического. Опыт варки свинцового хрусталя в рекуперативных ванных печах с протоком, отапливаемых керосином, позволил вырабатывать разнообразный высококачественный хрусталь. Производительность ванной печи составляла 1,5г в сутки при коэффициенте использования стекломассы, равном 41%. Стены бассейна такой печи были выложены из каолинового бруса, а дно его - из шамотного. Максимальный съем стекломассы достигал 421кг в сутки. Свинцовый хрусталь варили при температуре 1360-1400°С, а студку его осуществляли при 1200-1220° С. Состав хрусталя был такой же, как и при варке его в горшковых печах (в вес. %): 5Ю2-65,0, К2О-16,0, РЬО -18,0, В2О3 -2,0, 2пО -1,0. Стекломассу лучшего качества получают при применении огнеупора марки бакор 33. Окраску свинцового и бессвинцового стекла получают также путем применения редкоземельных элементов. В качестве красителей бытового стекла могут быть использованы: двуокись церия в комбинации с двуокисью титана (церат титана) - получают стекло приятного желтого цвета; окись неодима окрашивает стекло в фиолетовый цвет. Окись неодима в сочетании с селеном дает неодимовый рубин. Дидим окрашивает стекло в голубой цвет, празеодим - в зеленый с золотистым оттенком и т. д. Многочисленными комбинациями редкоземельных окислов с другими красителями можно создать широкую гамму цветов. Обесцвечивание стекла является важнейшим средством для улучшения его колера и блеска. Даже при небольшом содержании окислов железа стекло будет заметно окрашено. Введение в состав шихты окислителей (химическое обесцвечивание) способствует переводу соединений железа из закисной формы в окисную с меньшей красящей способностью. В качестве химических обесцвечивателей при варке известково-натриевых стекол рекомендуется вводить примерно 0,5% На2О посредством сульфата, 1% №2О через селитру и 0,3% мышьяка. В качестве физических обесцвечивателей для известковонатриевых стекол широко применяют селен, окись кобальта и закись никеля. Количество вводимых обесцвечивателей зависит от режима варки, содержания окислов железа и других компонентов. Обычно содержание селена колеблется от 0,5 до 4г на 100кг стекла. При содержании в стекле 0,04-0,06% окиси железа рекомендуют вводить 2,4г селена, 0,04 - 0,2г окиси кобальта. На 100 кг стекла вводят от 3 до 10г закиси никеля. Для лучшего перемешивания небольшого количества обесцвечивающих веществ с шихтой их предварительно смешивают с каким-либо компонентом шихты, лучше всего с содой. Для обесцвечивания хрусталя кроме физических обесцвечивателей вводят от 1 до 3г закиси никеля на 100кг стекла.

ВЫРАБОТКА СОРТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Существуют три способа изготовления сортовых изделий: выдувание, прессование и прессовыдувание. Последний применяется редко. Наиболее распространен способ выдувания, обеспечивающий выработку разнообразных изделий высокого качества.

Ручной способ выработки выдувных изделий

Ручной способ выдувания состоит из следующих операций. Изготовление баночки. На предварительно нагретую железную трубку набирают небольшую порцию стекла, которое закатывают на металлической плитке и затем раздувают в небольшой пузырек.

Изготовление пульки. На баночку набирают требуемую порцию стекла, которому после обработки в "долоке" (деревянном бруске с выдолбленным эллиптическим углублением) придают грушевидную форму. После этого стекло раздувают в пузырь и затем, поднимая трубку со стеклом или опуская ее вниз, придают ему требуемую форму (пульки), близкую к форме изделий. Все эти операции и вращение набора обеспечивают равномерное распределение стекла в изделии.

Выдувание изделий в форме. Подготовленную пульку опускают в форму, где при одновременном вращении окончательно выдувают изделие. Основную массу выдувных изделий изготовляют в металлических, хорошо отполированных формах. Поверхность формы покрывают слоем углеродсодержащих смесей - древесных опилок с льняным маслом, сурика и древесного угля, растертого на льняной олифе. При выгорании углерода под действием горячего стекла образуется газовая подушка, мешающая стеклу соприкасаться с металлом. Для изделий немассового ассортимента применяют формы из твердых пород дерева. Металлические формы после каждого выдувания охлаждают водой в аппарате несложной конструкции. Для изготовления столовой посуды используют трубки - самодувки, в которые воздух подается специальным резиновым баллоном. При выработке изделий на ножке этим способом выдувают только чашу. Для изготовления ножки к нижней части чаши прикрепляют небольшую порцию стекла, из которой раскатывают специальным инструментом ножку требуемой формы. Для оформления донышка к ножке снова прикрепляют небольшую порцию стекла, которую расплющивают и округляют. Для крупных изделий ножку изготовляют в специальной форме, затем к ней приделывают донышко и при помощи горячей стекломассы соединяют с выдутой чашей. Применяют также комбинированный способ изготовления изделий на ножке: ножку с донышком прессуют, а затем в горячем состоянии соединяют с выдутой чашей. При выработке графинов сложной конфигурации пульку изготовляют и выдувают обычным способом. Затем графин прикрепляют к специальной железке - "понтии", отделяют от трубки и горло его разогревают в печи; после этого специальными ножницами расширяют горло и вырезают стекло соответственно требуемой конфигурации горла, оттягивают носик и выступ для прикрепления ручки, которую оформляют из специально закатанного на плитке набора стекла цилиндрической формы. Пользуясь различными приемами, стекольные мастера вырабатывают изделия самой сложной конфигурации. Художественные сортовые изделия изготавливают также из накладного многослойного стекла различных цветов. В качестве накладных стекол используют окрашенные окислами кобальта, марганца, хрома, меди, а также селеном и золотом. Кроме того, в качестве цветных применяют стекла, окрашенные редкоземельными окислами, красители вводят сверх 100%. При варке наблюдается вспенивание стекломассы. Ниже приведена характеристика красителей:

1) полирит - отходы ториевого производства, порошок шоколадного цвета 50,2%;

2) концентрат неодима - дидим - 80,2%;

3) рутил - 92,1%;

4) окись неодима - 93%;

5) окись церия - 93%.

Редкоземельные красители окрашивают стекла в следующие цвета: необожженный полирит и двуокись титана - желто-лимонный цвет; полирит и рутил - зеленый; 80% концентрата двуокиси церия совместно с двуокисью титана-желтый; двуокись церия и двуокись титана - оранжевый; полирит с двуокисью титана и пиролюзитом - дымчатый; неодим - фиолетовый; дидим № 70 или № 72 - голубой; окись неодима и металлический селен - красный; двуокись церия и пятиокись ванадия - зелено-желтый. Соотношение отдельных красителей соответственно подбирается, наиболее простой способ выработки таких изделий состоит в том, что набор баночки делают из бесцветного стекла, затем его несколько охлаждают и на него набирают из другого горшка слой окрашенного стекла. После этого баночку обрабатывают обычным способом. Такой способ, однако, не обеспечивает равномерного распределения слоя цветного стекла. Наиболее распространенным является способ "лейки". Из цветного стекла раздувают тонкий пузырь и придают ему форму двухстенной воронки, в которую вставляют баночку из бесцветного стекла. После этого сильным раздуванием спаивают бесцветное стекло с цветным, а наружную стенку воронки обрызгивают водой и отбивают. На бесцветной баночке остается тонкий равномерный слой цветного стекла. Известны многочисленные способы украшения изделий столовой посуды непосредственно в процессе выработки.

Опишем главнейшие из них. Декорирование изделий из цинксульфидного стекла получают при определенном температурном режиме обработки (глушением). Присутствие в стекле 2п5 сопровождается появлением желто-коричневой окраски вследствие образования в стекле также сульфида железа - продукта реакции между серой и окисью железа. Появление замутненности на поверхности стекла при его охлаждении и повторном нагреве сопровождается изменением оттенка желто-коричневой окраски этого слоя до белого, по мере роста в стекле кристаллов сульфида цинка. Скорость глушения стекла в значительной степени зависит от соотношения окислов СаО и 2пО. Практически установлено, что содержание 2п0 в стекле следует поддерживать от 2 до 8%. На скорость глушения оказывает также влияние количество вводимой в шихту серы, которое должно быть не более 5-7%. В качестве красителей могут быть использованы все красители, применяемые для окраски обычных стекол. Химический состав сульфидного стекла (в %): 5Ю2 - 68,6; Ма2О-17,5; Са(c) - 3,9; 2пО- 7,9: ВгОз-1,1; ЙазЗ^Рб'-1,0. Для получения окрашенных сульфидных стекол к основному стеклу добавляют для голубой окраски окись кобальта, для зеленой окраски - хромпик натриевый, для желтой окраски - сернистый и углекислый кадмий и селен.

Изготовление вальцованных изделий. Пульку опускают и раздувают в металлической форме, в которой сделаны параллельные и вертикальные прорезы; при этом на пульке остаются параллельные грани, которые при раздувании дают красивую игру света. Путаная нитка получается при обвивке поверхности изделий беспорядочно расположенными разноцветными нитями. Эту операцию выполняют на простом станке. Пульку стекла с трубкой устанавливают на подставке и приводят во вращение червячным винтом, затем к ней прикрепляют разогретую палочку из цветного стекла, которая при вращении равномерно обвивает пульку.

Мрамор. Наиболее простой способ обработки под мрамор состоит в том, что в пульку глухого стекла на плитке закатывают кусочки цветного стекла размером 4-8мм. После этого ее разогревают в печи, закатывают в долоке и выдувают окончательно в форме. Если кусочки стекла расположить на плите в виде некоторого узора, то и на изделии цветные прожилки расположатся в определенном порядке.

Атласные стекла получают следующим образом. Подготовляют баночку из накладного или из слабоокрашенного стекла в виде продолговатой воронки. Другой набор из молочного стекла раздувают в специальной форме, в которой сделаны различные выступы в виде квадратиков, полосок и т. д. Таким образом, на нем образуются многочисленные углубления. Затем его опускают в воронку из цветного стекла, и оба набора при раздувании спаивают. При этом в углублениях остается воздух, который и дает соответствующий эффект. Готовые изделия подвергают тонкому травлению плавиковой кислотой. Ирризирующие стекла имеют поверхность с радужными переливами, похожую на перламутр. Их получают непосредственно при выработке или при последующей обработке. Для этого нагретые изделия вносят в специальную камеру, где на них воздействуют парами ирригирующих веществ. Для бесцветной ирризации применяют чистое хлористое олово, для получения синего оттенка - 80% хлористого олова, 5% азотнокислого стронция и 15% хлористого бария; для красноватого оттенка - 88% хлористого олова, 7% азотнокислого стронция и 5% хлористого бария. Степень ирризации зависит от температуры и времени воздействия.

"Мороз". Такое стекло имеет поверхность, покрытую многочисленными заплавленными трещинами, которые растягиваются, образуя узоры наподобие узоров мороза на стекле. Для этого набор стекла опускают в холодную воду и затем нагревают в печи. После такой трехкратной обработки набор стекла выдувают в форме обычным способом. Изделиям с узором "мороз" можно придать цветные оттенки, если до погружения в холодную воду набор стекла покрыть цветным порошком.

Венецианские стекла. Пользуясь комбинациями различных цветных палочек и приплавляя их к пульке, можно после обработки получать изделия высокой художественной ценности (мозаичное, сетчатое, милле-фиоры, филигранное). Изготовление их требует большого опыта и мастерства. Сравнительно несложная обработка таким способом сводится к следующему. Вытягивают палочки разных цветов, связывают их проволокой в пучок, разогревают в печи и обрабатывают на плитке. Получается более толстая палочка, имеющая в поперечном сечении много разноцветных кружочков. Небольшие кусочки такого цилиндра прикрепляют к поверхности пульки и после соответствующей обработки различными инструментами придают ему форму многоцветных лепестков. Цветными палочками наносят на поверхность изделий витую нить. Для этого в металлическую форму с продольными канавками вставляют цветные палочки, а затем пульку из бесцветного стекла. Пульку с прилипшими палочками разогревают в печи и обрабатывают обычным способом. Если при этом один конец пульки держать неподвижно, а другой закручивать, то изделия получаются обвитыми цветными стержнями или нитями.

ОТЖИГ СОРТОВОЙ ПОСУДЫ

Сортовую посуду отжигают так же, как и другие полые стеклянные изделия. При отжиге изделий массовой выработки применяют наиболее совершенные конвейерные, непрерывно действующие печи. Для отжига некоторых видов сортовых изделий сохранились еще так называемые тягуны - длинные туннельные печи, а высокохудожественные и уникальные изделия, требующие специального режима, отжигают в печах периодического действия - опечках.

ОБРАБОТКА СОРТОВОЙ ПОСУДЫ

Обработка прессованных изделий

Для украшений некоторых изделий применяют матирование отдельных их частей, в большинстве случаев химическим путем. Перед обработкой изделия тщательно промывают водой и сушат. После этого на места, подлежащие матированию, наносят легкой кистью специальную пасту, состоящую из 6 вес. ч. фтористого аммония, 3 вес. ч. плавиковой кислоты (35%) и 1 вес. ч. крепкой соляной кислоты. Эту смесь тщательно перемешивают, отстаивают в продолжение 8-10 ч. и затем к ней добавляют крахмал до густоты сметаны. Изделия с нанесенной пастой выдерживают в течение 2-4 мин. Затем пасту смывают холодной водой, а изделия промывают в ванне водой, нагретой до 40-60° С.

Обработка выдувных изделий

Обработка края. Большинство выдувных изделий выходит из цеха выработки с колпачками, которые должны быть удалены. Только у некоторых видов изделий (кувшины, графины и т. п.) колпачок удаляют непосредственно у печи. При массовом производстве выдувных стаканов машинным способом колпачки могут быть удалены в горячем состоянии на специальном автомате непрерывного действия с 24-36 секциями. Стакан из машины переставляется в специальный патрон отколочного автомата. Стакан ставится колпачком вниз и удерживается в патроне с помощью вакуума. На столе машины установлена металлическая чаша, внутри которой по ее окружности смонтированы ряды горелочек с сильным острым факелом. На следующей позиции патрон, укрепленный к трубке, опускается, и колпачок стакана попадает между горелками, которые прогревают его по месту отколки. На третьей позиции на это место направляется струя холодного воздуха. Вследствие значительной разницы температуры в месте нагрева возникают напряжения, вызывающие образование круговой трещины. Колпачок откалывается по этой трещине и попадает в бункер для боя стекла. Трубка продолжает двигаться и подводит стакан к ряду горелок с кислородным пламенем, которое оплавляет его край. Обработанный таким образом стакан подается в отжигательную печь. Способ этот весьма эффективен. Более распространена обработка края сортовых изделий в холодном состоянии с помощью следующих операций: отрезка колпачка, шлифовка края, мойка и сушка, отопка края. Отрезку колпачка осуществляют на ручных станках и автоматах. По периметру изделий у колпачка делают надрез алмазом и прогревают это место узким пламенем специальных горелок. Вследствие возникающих напряжений колпачок отскакивает по линии надреза. Ручной станок для отрезки колпачка состоит из стола с рядом вращающихся патронов, в центре которых ставят изделия. Напротив них на требуемой высоте установлены горелки. На отдельном столе в колодке с помощью свинца закрепляют алмаз, которым изделия надрезают по их периметру. На изделие наносят риску; его прижимают к алмазу и одновременно поворачивают вокруг оси. После этого изделие устанавливают на вращающийся патрон и прогревают по месту надреза. При этом образуется сквозная трещина, и колпачок отделяется от изделия. Основным браком при отрезке колпачка является косой край в результате неправильной установки алмаза, плохого отжига и однобокости изделия. Производительность такого станка 8-10 тыс. стаканов в смену. На этом же принципе основаны непрерывно действующие отколочные автоматы, имеющие столы, которые вращаются от электродвигателя мощностью 0,25л.с. На столе смонтировано 12 патронов. Изделия ставят в патрон в горизонтальном положении, в котором они удерживаются вакуумом, создаваемым небольшим насосом. На станине укреплена центральная большая шестерня, связанная с вертикальными шпинделями, которые посредством конических шестерен приводят во вращение патроны с изделиями. При вращении автомата изделия подводятся к алмазу или карборундовому диску, которым они и надрезаются по линии отколки колпачка. На следующей позиции изделия в месте надреза прогреваются острым пламенем горелки, после чего колпачок отскакивает, а изделие вынимается из патрона. Для лучшего обслуживания горелки после нагрева изделия отводятся с помощью кулисы в сторону. Имеется приспособление для передвижения в разные стороны как горелок, так и алмаза, что позволяет обрабатывать изделия разных размеров. Колпачки у толстостенных изделий сложной конфигурации отрезаются на специальных прорезных шлифовальных кругах, жало которых заправляется соответствующим образом. На изделии мелом или краской намечают линию отреза, после чего его прижимают к кругу, вращающемуся со скоростью 400-600 об/мин. При соприкосновении с кругом по линии отреза образуется трещина, которая при поворачивании изделия расходится по всему периметру, при легком постукивании колпачок откалывается.

Шлифовка края. После отрезки колпачка край изделий получается неровным, поэтому его шлифуют. Ручную шлифовку, применяемую главным образом для обработки изделий сложной формы, осуществляют на чугунной шайбе диаметром 0,4-0,8м, вращающейся со скоростью 200-450 об/мин. Изделия шлифуют мелким песком зернистостью до 0,2-0,5мм, предварительно просеянным и промытым. Песок разжижается водой и из деревянного ящика непрерывно подается на шайбу. Однако после шлифовки края крупным песком (обдирка) на нем остаются многочисленные бороздки и царапины. Для их удаления изделия вторично обрабатывают на таких же станках, но с песчаниковыми, карборундовыми или электрокорундовыми кругами зернистостью 120 - 180, вращающимися со скоростью 450-480 об/мин (дистировка). На некоторых заводах край изделий обрабатывают на ручных шлифовальных станках. Выдувные стаканы с успехом обрабатывают на высокопроизводительных автоматах, например Ш-12. Этот автомат состоит из массивного чугунного основания и вертикальной полой колонны. Вокруг колонны вращаются два стола, скрепленные между собой болтами. На нижнем столе расположено 12 головок, внутри которых на шариковых подшипниках вращаются стальные шпиндели. На нижнем конце шпинделя помещается шлифовальное колесо, а на верхнем - желобчатый шкив, приводимый во вращение от вертикального вала, расположенного внутри колонны. На верхнем столе расположено 12 механизмов. С их помощью стакан поднимается кверху и прижимается к кругу. Подготовленный для обработки стакан устанавливают в гнездо, которое поднимается с помощью зубчатой рейки и сектора, и прижимают его к вращательному кругу. После окончания шлифовки гнездо опускается и стакан вынимают. Кроме установки и съема стакана, все операции выполняются автоматически за один оборот машины. Шлифовальные круги из электрокорунда или карборунда зернистостью 100-120 имеют диаметр 100мм. Стол вращается со скоростью от 1,34 до 2,33 об/мин. Соответственно производительность составляет от 16 до 27 шт/мин. Шпиндель вращается от электродвигателя мощностью 10л.с., а стол 0,62л.с. После шлифовки край изделия заплавляется. Более распространено огневое оплавление края. В отдельных случаях край изделия полируют на деревянных колесах. Огневое оплавление проводится на тех же отопочных машинах непрерывного действия, что и оплавление прессованных изделий. Однако при этом необходимо изменить скорость движения машины и режим оплавления, учитывая, что выдувные изделия имеют тонкие стенки и требуют лишь оплавление края. Дно некоторых изделий шлифуют и полируют на специальных машинах. Эти машины достаточно просто устроены. На металлической станине укреплен горизонтальный вал, на котором обычно установлено четыре шлифовальных круга диаметром 300-800мм и толщиной 60-80мм. Над каждым кругом расположен металлический подвижной шпиндель, поднимаемый и опускаемый ножной педалью. Шпиндель вращается укрепленными на нем сверху червячными колесами, связанными с червячным валом, который, в свою очередь, приводится в движение от шкива общей трансмиссии. Внизу шпиндель оканчивается деревянным патроном, на который надет стакан. Дно шлифуется следующим образом. Ножной педалью поднимается шпиндель, и стакан надевается на патрон. Затем шпиндель опускается, и под действием положенного наверху груза стакан прижимается к шлифовальному кругу и шлифуется на кругах зернистостью 120 - 180, вращающихся со скоростью 450 - 480 об/мин. Полируются изделия на деревянных или пробковых кругах. При обработке края стакана можно рекомендовать следующую организацию технологического процесса. Стаканы сортируются непосредственно на сетке отжигательной печи. Годные ставят на ленту длинного конвейера, установленного перпендикулярно к отжигательной печи. С одной стороны конвейера устанавливают отрезную машину. Когда стакан доходит до машины, работница снимает его с конвейера и ставит в патрон машины. После откола колпачка стакан снова ставят на конвейер, где проверяют качество отрезки. Бракованные стаканы передают для обработки на шайбу. В конце конвейера установлена машина для шлифовки края. После обработки края стаканы устанавливают на шпиндели моечно-сушильного конвейера, расположенного рядом со шлифовальной машиной. Промытые и высушенные стаканы обрабатывают на отопочной машине; затем их ставят на сортировочный конвейер, на котором их после охлаждения сортируют по видам обработки. Осуществленный таким образом технологический процесс обеспечивает непрерывность потока, устраняет многочисленные перестановки изделий и снижает бой. Непрерывность процесса должна быть создана также при обработке края других видов изделий.

Шлифовка и полировка сортовых изделий.

Нанесение различных рисунков шлифовальным кругом является наиболее распространенным способом декорирования сортовых изделий. Декоративную шлифовку осуществляют в зависимости от требований кругами различных размеров. Абразив воздействует на обрабатываемую поверхность изделий жалом круга, т.е. его режущей кромкой, заточенной под различными углами. Обычно для шлифовки сортовых изделий применяют электрокорундовые круги. Электрокорунд представляет собой кристаллическую окись алюминия с содержанием 98-99% А1₂О₃. Большое влияние на скорость шлифовки оказывает зернистость круга. С увеличением зернистости скорость обработки повышается. Так, при увеличении зернистости с 230 до 170 скорость шлифовки возрастает на 15-25%; чем крупнее зерна, тем они глубже "ранят" стекло. Поэтому предпочтительнее применять электрокорундовые круги с зернистостью 170. Большой эффект достигается при применении карборундовых кругов. Скорость шлифовки при этом увеличивается в несколько раз, особенно при обработке толстостенных изделий. Скорость вращения круга также имеет большое значение. Опытами установлено, что оптимальная окружная скорость электрокорундовых кругов составляет около 9,5м/сек. При увеличении окружной скорости получается "прижог", а при снижении - уменьшение производительности. Валовая шлифовка наиболее простая. Грани представляют собой различные сочетания из сферических шлифов и ямочек. Номерная шлифовка более сложная. Наносимый рисунок состоит из отдельных элементов валовой шлифовки и алмазной грани. Некоторые виды изделий обрабатывают широкоплоскостной шлифовкой. Гранение осуществляют на горизонтальных или вертикальных кругах. Такие изделия, как стаканы, блюдца, графины и т.п., с успехом обрабатывают на обычных шайбочных станках: вначале на чугунных шайбах (обдирка), затем на шлифовальных кругах (дистировка) и, наконец, на деревянных колесах пемзой, мумией или трепелом (полировка). Некоторые изделия (рюмки, вазы и т. д.) обрабатывают на вертикальных станках. Наиболее красивые рисунки получают при глубокой шлифовке, так называемой алмазной грани, когда на изделия в разнообразном сочетании наносят глубокие прорези, канавки трехгранной формы и т. д. Столовую посуду шлифуют главным образом на ручных станках. Такой станок представляет собой чугунную станину, в которой в двух подшипниках укреплен металлический горизонтальный вал длиной 700-1000мм. На конец вала надет шлифовальный круг. Над кругом установлена воронка, из которой на него непрерывно подается вода. Обычно на столе установлено несколько таких станков. В настоящее время эти станки заменяются шлифовальными станками с индивидуальным приводом, которые имеют ряд преимуществ по сравнению со станками старой конструкции. Наиболее распространено при ручной обработке столовой посуды нанесение граней алмазной шлифовкой. Каждый рисунок имеет основной и вспомогательный контуры. Основные линии определяют правильность всего рисунка, поэтому они должны быть достаточно четко оформлены. Это достигается предварительной разметкой рисунка специальным инструментом. Вначале намечают основные линии, а затем уже вспомогательные. На производительность и качество работы сильно влияет состояние станка и шлифовального круга. Станок должен быть правильно отрегулирован и устранена его вибрация. Шлифовальный круг надо прочно закрепить на валу. Для этого центральное отверстие круга заливают свинцом, затем круг постепенно навинчивают на конец вала, имеющий винтовую нарезку. Каждый круг требует "чинки", т. е. придания режущей части кромки требуемого профиля. Для этого край круга обрабатывают алмазом, кусочком карборунда и наждаком соответствующей зернистости. Большинство рисунков состоит из отдельных элементов, обрабатываемых различными кругами. Поэтому весь процесс шлифовки изделий может быть расчленен на отдельные операции. Это позволяет организовать поточную (конвейерную) обработку изделий, при которой каждый рабочий выполняет определенную операцию. Шлифовальные и полировальные станки устанавливаются по бокам конвейера, а моечные и сушильные устройства - в его конце. Такой способ обработки позволяет значительно повысить производительность труда и понизить бой. Валовую и номерную шлифовку выполняют на полуавтоматах, и автоматах. На основе машины укреплен вал, вращающийся посредством системы передач от электродвигателя. Движение вала передается при помощи конических шестерен восьми шпинделям с насаженными на них абразивными кругами. Поворотом ручки круги можно устанавливать под различным углом (до 50°) к вертикали. Изделия вставляются в патроны, смонтированные на движущемся взад и вперед столе. Эксцентрик, связанный с главным валом, приводит стол в движение. Изделия удерживаются в патроне в горизонтальном положении с помощью вакуума. При поступательном движении стола изделия подводятся под круги, стол поднимается и прижимает изделия к кругам, которые наносят на них прямую грань под определенным углом. После этого стол опускается, изделия поворачиваются на заданный угол и на них снова шлифуется грань и т. д. Таким способом наносят серию параллельных граней. Поворачивая круги на некоторый угол, можно на эти же изделия нанести другую серию параллельных граней, пересекающих первую. Размеры граней могут изменяться в зависимости от движения стола и формы жала круга. На круг непрерывно подается вода. Производительность машины определяется ассортиментом и сложностью рисунка и составляет от 40 до 120 изделий в час. Сортовые изделия полируют механическим или химическим способом. Механическую полировку осуществляют пробковыми кругами или щетками из щетины или морской травы. Полировальные круги или щетки крепят на валу шлифовального станка специальной гайкой. Скорость вращения полировальной щетки 1700-2000 об/мин, в зависимости от размера изделий. В качестве полирующего материала чаще всего применяют тонкий порошок пемзы, просеянный через сито с 4900 отв/см². В последней стадии полировки используют оловянный порошок, который разжижают водой и периодически наносят кистью на полировальные щетки. Изделия прижимаются к щеткам и непрерывно поворачиваются во избежание перегрева. Химическую или кислотную полировку осуществляют смесью 40% -ной плавиковой кислоты и 91,5% -ной серной кислоты. Смесь эту в количестве 30л наливают в свинцовый резервуар или резервуар из специальной пластмассы, подогреваемой снаружи до 40°С паром. Изделия до полировки промывают теплой водой и укладывают в прямоугольные корзины. Сначала корзину с изделиями погружают в ванну с горячей водой, где она прогревается до температуры смеси. Затем ее переносят на 1сек в кислотную ванну, на 5сек в водяную ванну и так до тех пор, пока грани не будут хорошо отполированы. Весь процесс продолжается около 1,5 мин. Когда концентрация кислоты в ванне ослабевает, время увеличивают от 3 до 5 мин. Длительность полировки зависит от состава и температуры ванны, химического состава стекла и размеров изделий. Ускорению процесса кислотной полировки и улучшение ее качества достигаются более крепкой 70%-ной плавиковой кислотой. Лучшие результаты получают при полировке изделий из свинцового стекла, при этом качество химической полировки значительно выше механической. Художественная обработка изделий

Рисовкой или художественной гравировкой на изделия наносят любые сложные и тонкие рисунки. Для шлифовки применяют небольшие медные круги диаметром от 1 до 100мм, укрепленные на небольшом шлифовальном станке. Шлифующим материалом служит тонкий наждачный порошок, смешанный с машинным маслом или керосином, подаваемый на колеса деревянной лопаточкой. Рисунки выполняют мастера - художники высокой квалификации. Травлением поверхности стекла плавиковой кислотой можно наносить на столовую посуду разнообразные тонкие рисунки. Способ этот весьма производителен для массовой обработки изделий. Характер изменения поверхности стекла при обработке ее плавиковой кислотой определяется рядом факторов: составом и концентрацией травильной ванны, продолжительностью травления и т. д. Если на поверхности стекла остаются нерастворимые соли, она становится матовой и непрозрачной. При удалении их поверхность остается светлой. Для декорирования изделий применяют светлое травление. Изделия покрывают слоем мастики, устойчивой к воздействию плавиковой кислоты. Эта мастика состоит из 50% смолы и 50% технического парафина или 60-70% озокерита и 30-40% парафина. Мастика плавится при 70-80° С и ее наносят на изделия тонким слоем. Она должна хорошо прилипать к стеклу, не размягчаться при температуре 18-30°С, иметь невысокую пластичность и хрупкость. После затвердения слоя мастики изделия обрабатывают на специальных машинах, которые в соответствии с заданным рисунком прорезают иглой слой мастики до поверхности стекла. Подготовленные таким образом изделия погружают на определенное время (10-30 мин) в травильную ванну. Примерный состав такой ванны: плавиковой кислоты (35%-ной) - 51%, серной кислоты (80%-ной) - 20% и воды - 29%. После травления изделия промывают водой и с них удаляют слой мастики. Поскольку обрабатывались места, освобожденные от мастики, на поверхности: изделия остается светлый протравленный рисунок. Для декорирования изделий способом травления рекомендуется следующий технологический процесс, не требующий сложного оборудования. Подготовленные для травления изделия устанавливают на сетчатый конвейер длиной около 10м, который транспортирует в подогревательную камеру. Камера представляет собой железный изолированный ящик, обогреваемый паром. Температуру в ней поддерживают в пределах 70-80° С. Нагретые до 40-50°С изделия покрывают защитной массой - воском. Стаканы обрабатывают на аппарате, состоящем из железного сосуда, наполненного воском, нагретым паром до 115° С. Внутри сосуда укреплен вал, на котором насажены 4-8 шпинделей. Вал со шпинделями вращается со скоростью 8 об/мин. Стаканы надеваются на держатели и, перемещаясь вместе с ними, погружаются в сосуд с воском. Стаканы, покрытые воском, снимают с держателя и устанавливают на конвейер, где они охлаждаются в течение 4-5 мин. Посуду сложной конфигурации покрывают защитной мастикой ручным способом. Подготовленные таким образом изделия обрабатывают на рисовальных травильных машинах различной конструкции. Наиболее совершенная машина позволяет одновременно наносить рисунок на восемь изделий. Она имеет восемь вращающихся столиков-поддонов, на которые устанавливают изделия. Столики покрыты листовой резиной с отверстиями в центре, через которые создается вакуум. После включения машины все столики вращаются одновременно. Когда столики поворачиваются на 360°, они автоматически выключаются. Машина вращается от электродвигателя мощностью 3л.с., который через трансмиссию приводит в движение все механизмы и вакуумный насос. К каждому столику прикреплены три рамки с иглами, приводимые в движение системой зубчатых колес. Одна игла совершает кругообразное движение, другая - поступательное в вертикальной плоскости. Третья игла укреплена неподвижно и наносит на изделие кольцевые линии. Сочетание движений всех игл создает требуемый рисунок. Рисунок определяется подбором соответствующих шестерен и количеством установленных игл. Производительность такой машины 4500-5000 изделий в смену. Более сложные рисунки наносят на многошпиндельных копировальных станках (пантографах). Производительность такого станка 3000-3500 шт. в смену. После обработки на станке изделия прикрепляют к решетчатым щиткам той же защитной массой и переносят в отдельное помещение, где установлены травильные ванны. В них опускают щитки с изделиями и травят в продолжение некоторого времени, определяемого опытным путем для данных условий. После травления на специальном конвейере удаляется воск водяным душем при t = 90-95°С. Основная масса защитной пасты улавливается для повторного использования. Глубокое травление плавиковой кислотой применяют для нанесения сложных художественных рисунков на изделия из многоцветного стекла. Для нанесения рисунка на мастику иногда применяют заранее заготовленные шаблоны.

Декоративная обработка живописью является старинным способом украшения столовой посуды. Для живописи применяют только муфельные краски, закрепляемые на стекле последующим обжигом. Основной частью краски является глазурь-флюс, в состав которой вводится 10 вес. ч. песка, 70 вес. ч. сурика и 20 вес. ч. борной кислоты. Эти материалы перемешивают и сплавляют в тигле горшковой печи при температуре 1300-1450°С в течение 60-80 мин. Сваренный флюс выливают в холодную воду, измельчают в шаровой мельнице, высушивают при 60-70° С и просеивают через сито 4900 отв/см2. Готовый флюс смешивают в шаровой мельнице с краской и просеивают через сито 10000 отв/см2. Содержание краски составляет около 15% веса флюса. Для получения зеленого цвета вводят окись хрома и меди, синего - окись кобальта, красного - окись железа и т. д. Примерный состав желтой краски - флюса 96,5% и хромовокислого свинца 3,5%, темно-синей - флюса 99% и окиси кобальта-1%. Перед употреблением краску смешивают со скипидаром до сметанообразной массы и 2-3 раза пропускают ее через краскотерку. Существует несколько способов нанесения живописных красок. Широко применяют ручную раскраску изделий кистью, а также с помощью пульверизатора. Шаблон с вырезанным контуром рисунка прикладывают к изделию и на вырезанные его части наносят краску. Для нанесения живописных рисунков применяют иногда переводные картинки, изготовленные хромолитографским способом. На поверхность изделий накладывают переводную бумагу, которую удаляют через 20-30 мин, а краска остается на стекле. В последнее время разработан новый способ нанесения рисунка через шелковую сетку. Тончайшее шелковое полотно прикрепляют к деревянной раме и на нем наносят трафарет рисунка вырезанным или фотографическим способом. Для выполнения рисунка шелковую сетку помещают над изделием, наливают на нее краску и прокатывают резиновым валиком так, чтобы краска проходила через незащищенную часть сетки. После этого сетку поднимают и на изделии остается отчетливый отпечаток рисунка. Живописные краски закрепляют на поверхности изделий обжигом при температуре 500-550°С. При этом краски, богатые легкоплавкими окислами свинца и бора, размягчаются и реагируют с поверхностными слоями стекла, взаимно проникая друг в друга. Краски прочно связываются с поверхностью изделий, сохраняя блеск, свойственный стеклу. Изделия обжигают в муфельных печах, а при массовом производстве - в печах непрерывного действия. Температурный режим устанавливают с учетом того, что изделия попадают в печь холодными и до температурного максимума их нужно нагревать постепенно. Цементация или протравное крашение позволяет окрашивать изделия в яркие цвета (желтый, красный) путем покрытия их поверхности пастой с красителем и последующим обжигом при температуре, близкой к размягчению стекла. Цементация основана на способности некоторых красителей диффундировать при нагревании в стекло и образовывать тонкий, интенсивно окрашенный поверхностный слой. Окрашивание в желтый цвет дают соединения серебра; соединения меди окрашивают в красный цвет, аналогичный медному рубину. Для серебряного протравливания применяют пасту, состоящую из смеси азотнокислого или, лучше, хлористого серебра и прокаленного тонко измельченного шамота, охры или окиси железа. Последние не участвуют в реакции и служат как бы наполнителем для равномерного распределения красителя. Примерный состав такой пасты: 3 вес. ч. дробленого шамота, просеянного через сито 400 отв/см², 1 вес. ч. хлористого серебра и декстрина, растворенного в воде в количестве, необходимом для создания пасты требуемой консистенции. Эту смесь хорошо растирают и кистью наносят на поверхность изделия. После сушки при 90-100° С изделия обжигают в муфеле при температуре 550 -600° С. Чём выше температура и продолжительность обжига и чем больше в смеси серебра, тем темнее желтая окраска стекла. Основные компоненты стекла значительно не влияют на качество окраски. Обожженные изделия отмывают от пасты. Медное протравливание основано также на диффузии красителя в стекло. Для протравливания приготовляют смесь окиси или сернокислой безводной меди с наполнителем из чистой охры или глины сухим или мокрым способом. Перед употреблением смесь затворяют в воде, добавляя к ней небольшое количество сахара, и наносят кистью на изделие. Хорошие результаты дает следующий состав пасты: 65-70 вес. ч. сернокислой меди и 35-30 вес. ч. охры. Высушенные изделия дважды обжигают в муфеле при температуре около 600-630°С, в зависимости от состава стекла. Первый обжиг - окислительный в воздушной среде. После этого с поверхности удаляют пасту теплой водой. Изделие приобретает лимонно - желтую окраску, частицы меди диффундируют в поверхностный слой стекла. Второй обжиг вначале ведут в восстановительной среде. Для этого в муфель кладут древесный или каменный уголь. Изделия при этом окрашиваются в черный цвет. Затем уголь выгребают и проводят окончательный обжиг. Поверхность изделий окрашивается в интенсивный красный цвет. На качество окраски в значительной мере влияет состав стекла. Известковонатриевые стекла дают неустойчивую окраску. Лучшие результаты получают при введении 5,5-6% К₂О и около 2,5% В₂О₃. Благоприятное влияние оказывает также окись магния и цинка. Введение окиси бария и свинца не рекомендуется. Цементация стекла дает возможность сравнительно простым способом окрашивать поверхность изделий в красивые, устойчивые цвета.