Содержание 

1. Подготовка  и требования к  качеству шихты  для варки стекломассы

     Получение стекломассы включает операции:

     а) подготовки сырых материалов;

     Сырые материалы, применяемые для стекловарения, делятся на главные и вспомогательные. Последние служат для улучшения  качества стекла и получения стекла с особыми свойствами.

     Главные сырые материалы содержат кремнезём, борный и фосфорный гидриды, оксид алюминия, оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов, оксиды свинца, цинка и др.

     Кремнезём, являющийся главной частью стекла, вводится в виде молотого кварца. Пригодность песка для стекловарения определяется содержанием в нём примесей и гранулометрическим (зерновым) составом. Вредными примесями являются прежде всего соединение железа и хрома, придающие желтовато-зелёный цвета. Размер зёрен песка для стекловарения должен находиться в пределах примерно 0,2—0,5 мм.

     Оксид алюминия, применяемая в производстве большинства промышленных стекол, вводится с глиной, каолином, гидратом окиси алюминия или в виде чистого глинозёма.

     Оксид натрия вводится с кальцинированной содой либо (частично) с селитрой. Оксид калия вводится в виде солей  — кислой или азотнокислой (селитра); применяется главным образом в производство посуды, цветных, оптических и некоторых технических стекол. Оксид лития используется при выработке опаловых и некоторых специальных стекол и даётся в виде содержащих литий минералов. Оксид кальция вводится преимущественно в виде мела или известняка; оксид магния — в виде доломита, магнезита или жжёной магнезии. Оксид бария применяется в виде углекислого, азотнокислого и (реже) сернокислого бария; используется при производстве оптических стекол и хрусталя. В тех же производствах находит применение оксид свинца, который вводится в виде сурика или глёта. Оксид цинка даётся как таковая или в виде цинковых белил; применяется в производство оптических, химико-лабораторных и некоторых других стекол.

     В стекловарении используются также материалы, содержащие одновременно соответственные горные породы, доменный шлак, стеклянный бой и др.

     К вспомогательным сырым материалам относятся осветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, а также восстановители (углеродистые вещества).

     В качество осветлителей, способствующих удалению из стекла пузырей, применяют  в небольших количествах сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий, трёхокись и пятиокись мышьяка  в сочетании с селитрой, плавиковый шпат. Некоторые из этих веществ одновременно являются обесцвечивателями. Химическое действие обесцвечивателей сводится к окислению в стекло соединений железа. При применении физического методов обесцвечивания в шихту вводятся в незначительных количествах вещества, окрашивающие стекломассу в дополнительный к зелёному цвет (селен, соединения кобальта, марганца и др.). В качестве красителей применяют соединения кобальта, никеля, железа, хрома, марганца, селена, меди, урана, кадмия, серу, хлорное золото и др. Рассеивающие свет, т.е. белые, мало прозрачные стекла называются глухими или заглушенными. В зависимости от степени глушения различают молочные (наиболее заглушенные), опаловые и опалесцирующие. В качестве глушителей применяются различные фтористые соединения, фосфаты, соединения сурьмы, олова и др.

     Предварительная заготовка и формование горла  изделия производятся при этом способе  прессованием (в черновой форме), а  остальная часть изделия —  выдуванием (в чистовой форме).Подготовка сырых материалов заключается в  сушке, измельчении в дробилках, просеивании и смешивании в. определённых весовых отношениях. Однородная смесь сырых материалов составляет шихту.

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

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

     Стекловарение ведётся при температурах порядка 1400°—1600°. В нём .различают три  стадии. Первая стадия — провар, или  варка в собственном смысле слова, когда происходит химическое взаимодействие между составными частями шихты и образование вязкой массы. Так как при нагревании из шихты обильно выделяются газы, то в вязкой массе оказывается огромное количество пузырьков.

     Во  второй стадии, называемой очисткой или  осветлением, происходит удаление пузырьков, а также растворение еще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в течение нескольких часов при наиболее высокой температуре.

     Третья, заключительная, стадия — т. и. студка стекломассы, когда она охлаждается до такой температуры (в зависимости от процесса производства и, следовательно, вязкости), при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять из неё те или иные изделия. Варка стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и прочее.

     Управление  современной стекловаренной печью  строго контролируется и в значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Например, давление(разрежение) газов в рабочем пространстве печи измеряется с точностью до 0,02 мм водяного столба, уровень стекломассы — с точностью до 0,1 мм и т.д. Автоматически регулируются: давление (тяга) в печи; соотношение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры. Каждый из них влияет на температуру в печи, поэтому, регулируя их в совокупности, можно обеспечить постоянство температурного режима варки стекломассы и, следовательно, надлежащее её качество.

     Процесс варки стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого, стеклянного  волокна, отличается специфическими особенностями. Так, при производстве оптического  стекла, к которому предъявляются особо жёсткие требования в отношении постоянства оптических свойств, однородности, прозрачности и прочее, требуется на всех стадиях варки длительное размешивание массы. В связи с очень большой её вязкостью и применением высоких температур своеобразна техника варки кварцевого стекла. Прозрачное кварцевое стекло изготовляется из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900°—2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока (электропроводность стекла значительно возрастает при повышении температуры). В конце варки в печь впускают воздух под атмосферным или повышенным (от компрессора) давлением. Другой способ варки этого стекла— сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°.

     Получение стеклянных изделий состоит из следующих этапов:

     а) доведения стекломассы до температуры (и вязкости), требуемой условиями формования из неё разнообразных стеклянных изделий;

     б) формования изделий;

     Формование (иначе —выработка) стеклянных изделий  из стекломассы на протяжении тысячелетий  производилось вручную. Значительно  эффективнее ручного машинное формование. В зависимости от вида вырабатываемых изделий на практике используют несколько способов формования.

     1) Прессование применяется в производстве  некоторых видов посудных изделий  (чайные стаканы, пивные кружки, маслёнки, сахарницы и т. п.),стеклянной тары, архитектурных деталей и др. Оно может быть как ручным, так и машинным. Для ручного прессования служат пружинные или эксцентриковые прессы.

     2) Выдувание - специфический метод  формования, применяемый в технике  только к стеклу. Возможности этого метода весьма широки: производство сортовой (столовой) посуды, узкогорлой тары, электровакуумных изделий и т. д. При производстве не массовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки». Прессовыдувание применяется в машинном производстве широкогорлой стеклянной тары (банки различных типов).

     3) Вытягивание изделий из стекломассы,  как и выдувание, — своеобразный  метод формования, применимый только  к таким весьма вязким материалам, как стекло, притом с вязкостью,  быстро возрастающей при понижении  температуры. Методом вытягивания  на различных машинах (разными способами) изготовляются: оконное и техническое листовое стекло, стеклянные дроты (трубки малого диаметра), трубы, стержни, стеклянное волокно.

     4) Прокатка стекла в её современном  виде заключается в том, что  струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, убираемую транспортёром. Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое сткло, различных видов, преимущественно строительное, толщиной в 3 мми больше:армированное (стекло с закатанной в него металлической сеткой), узорчатое, волнистое (имеющее форму кровельного шифера) и др. Прокатка применяется также в производстве стеклянных труб: стекломасса непрерывно поступает на вращающийся вал и развальцовывается двумя роликами; внутренний диаметр трубы определяется диаметром формующего вала.

     5) Отливка стеклянных изделий в  формы встречается на практике  редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических  приборов. Ведутся опыты по отливке  фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающиеся формы (способ центробежного литья).

     6) Моллирование— способ образования  изделий в формах, при подаче  в них стекла в виде твёрдых  кусков. В результате постепенного  нагревания стекла становится  вязким и заполняет форму под действием либо собственного веса, либо внешнего усилия (прессование). Моллированием формуются заготовки из оптического стекла и крупная стеклянная скульптура.

     в) постепенного охлаждения изделий до комнатной температуры с целью  предотвращения растрескивания стекла;

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

     Обработка стекла служит для придания стеклу определенных свойств. Обработка (иначе  —отделка) отформованных стеклянных изделий может быть разделена на горячую (огневую), холодную (механическую) и химическую, которые применяются в отдельности либо во взаимном сочетании.

     1) Горячая обработка стекла включает  отколку, отопку, огневую полировку  и другие операции, требующие нагревания изделий. Отколка колпачков, образующихся на выдувных изделиях после выработки в форме, производится посредством надреза алмазом и последующего прогрева изделия у надреза узким пламенем горелки; колпачок отскакивает ,по линии надреза, после чего острые края шлифуются или подвергаются оплавлению вручную, с помощью горелки, или на машинах периодического либо непрерывного действия. Огневая полировка (оплавление поверхности изделий) обычно производится вручную. Закалка стекла. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны, чем отожжённые. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, автомобилей, самолётов и т. п. Чтобы закалить листовое стекло, его предварительно разогревают до 600°—650°, затем быстро охлаждают в обдувочной решётке путём равномерного обдувания воздухом.

     2) К холодной обработке стекла  относятся его резка, сверление,  шлифовка и полировка. Последние  две операции придают стеклу  ровную и гладкую поверхность.

     Шлифовка—сначала  грубая (обдирка), затем тонкая (дистировка )— осуществляется с помощью (абразивов  и даёт матовую поверхность изделий. Полировка сглаживает микро неровности поверхности, остающиеся после шлифовки, и придаёт стеклу прозрачность и  блеск. В производство листового стекла шлифовка и полировка выполняются на одинаковых станках (ручных или конвейерных), только при шлифовке применяется металлический плоский диск, а при полировке — мягкий (например, суконный) полировальник. При массовом поточном производстве автоматические шлифовка и полировка осуществляются на конвейерных линиях, производительность которых определяется сотнями тысяч квадратных метров листового стекла в год. Шлифовка применяется также для нанесения матовых узоров на поверхность стеклянных изделий с помощью пескоструйных аппаратов и для образования на изделиях алмазных граней.