Технология производства листового стекла

Для перемешивания шихты  широкое распространение на стекольных заводах получили скоростные тарельчатые  смесители периодического действия, обладающие высокой производительностью  и обеспечивающие достаточную гомогенизацию  шихты. Применяются также смесители  барабанного типа[3].

Варка стекла.

Шихту следует загружать  в печь в виде гряд или небольших  кучек высотой 100–250 мм. Такая подача обеспечивается при помощи механических питателей с несколькими отдельными бункерами и столами, расположенными по ширине загрузочного отверстия (кармана).

Варка стекла производится в ванной стекловаренной регенеративной печи непрерывного действия с поперечным направлением пламени. Для отопления  печи используют природный газ.

Варка стекла является процессом  многостадийным превращения твердых  сырьевых материалов в жидкую стекломассу.

Процесс варки стекла состоит  из 5 стадий:

• силикатообразование;
• стеклообразование;
• осветление;
• гомогенизация;
• студка.

Стекловарение протекает  при высоких температурах 1400–1500^оС в движущейся вязкой среде (стекломассе) переменного и сложного состава и зависит от состава стекла, условий теплообмена, характера движения стекломассы и газов.

Силикатообразование – компоненты шихты взаимодействуют и претерпевают физические и химические изменения. К концу стадии большинство газообразных веществ из шихты улетучивается, основные химические реакции между компонентами шихты заканчиваются, шихта превращается в спекшуюся массу, состоящую из силикатов и кремнезема. Для натрий-кальций-силикатных стекол стадия завершается при температуре 900…1150 °С. Повышение температуры ускоряет силикатообразование.

Стеклообразование – начинается плавление спекшейся массы, взаимное растворение компонентов и кремнезема. К концу стадии стекломасса становится прозрачной, без непроверенных частиц шихты, однако она еще пронизана большим числом пузырей и свилей, содержит не растворившиеся зерна кремнезема и продолжает оставаться химически неоднородной. Обычно эта стадия завершается при температуре 1150…1250 °С. Повышение температуры, применение перемешивания ускоряют процессы стеклообразования.

Осветление – стекломасса, становясь менее вязкой, освобождается от видимых газообразных включений. Стадия заканчивается при 1450…1550 °С и вязкости стекломассы 7…20 Па-с. Осветление ускоряется при повышении температуры, уменьшении толщины слоя стекломассы, добавке осветлителей, бурлении.

Гомогенизация – стекломассу выдерживают при высоких температурах или перемешивают. К концу стадии она освобождается от свилей и становится однородной. Обычно гомогенизация протекает одновременно с осветлением.

Охлаждение – температуру стекломассы снижают на 200…300 °С, чтобы получить необходимую для выработки изделий вязкость.

Охлаждение стекломассы  производится с помощью введенных  в стекловаренную печь водяных холодильников, мешальных устройств и подачи воздуха в подсводовое пространство студочного бассейна.

После прохождения всех выше перечисленных процессов стекломасса  поступает на формование ленты стекла. Формование ленты осуществляется в  ванне расплава. Ванна расплава представляет собой тепловой агрегат, содержащий слой расплавленного металла (олова), защитную восстановительную атмосферу, средства подачи и формования стекломассы, вывода ленты стекла из ванны расплава, КИП.

Ванна расплава имеет огнеупорную  футеровку, выполненную из шамотных брусьев. Огнеупоры свода крепятся к раме кожуха. Срок службы огнеупоров ванны расплава до капремонта не менее 10 лет.

Процесс формования ленты  стекла на расплаве металла включает следующие стадии:

• регулируемую подачу стекломассы на поверхность расплавленного металла;
• активное формование;
• охлаждение готовой ленты.

По длине ванна расплава разделена на 16 технологических  зон, из которых 8 широких (с 1^ой по 8^ую зоны), 3 средних (с 9^ой по 11^ую зоны) и 5 узких (с12^ой по 16^ую зоны).

В боковых стенках кожуха свода имеются окна для вставки  и выемки нагревателей. В боковых  стенках между бассейном и  подвесной стеной имеется промежуток, заполненный герметизирующими вставками. Основное тепло в ванну вносится стекломассой поступающей из стекловаренной печи. Регулирование температуры в процессе формования ленты стекла осуществляется сводовыми электрическими нагревателями, расположенными на специальной керамике. Для защиты олова от окисления используется защитный газ (смесь азота и водорода), находящийся в ванне под небольшим избыточным давлением. Количество кислорода в защитном газе не должно превышать 0,0001%. Вывод ленты стекла из ванны расплава осуществляется с перегибом при поднятии ленты стекла на приемные валы шлаковой камеры.[2]

Шлаковая камера является промежуточным конструктивным элементом  между ванной расплава и печью  отжига. Ее основное назначение – защита выходного отверстия ванны от проникновения кислорода в ванну  и осуществления выравнивания температуры  и предварительного охлаждения ленты  перед отжигом.

В шлаковую камеру, под второй и третий вал под углом к  образующей вала подается сернистый  газ. Обработка стекла сернистым  газом производится с целью защиты поверхности стекла от повреждения  на валах печи отжига и предотвращает  загрязнение валов оксидами, выносимыми нижней поверхностью ленты стекла.

Толщину и скорость формования ленты стекла регулируется с помощью  растягивающих устройств.

После формования лента стекла проходит отжиг. Отжиг ленты стекла осуществляется в печи отжига, имеющий  корпус, футерованный теплоизоляцией, и снабженный системой транспортирования  и охлаждения ленты стекла, электрообогревом и КИП. Процесс отжига листового стекла включает следующие основные стадии:

• предварительное охлаждение;
• ответственный отжиг;
• ускоренное охлаждение.

Печь отжига обеспечена системой автоматического аварийного переключения приводов на питание от аккумуляторной батареи.

Конвейеры транспортировки  ленты и листов стекла имеют скорости, соответствующие скорости перемещения  ленты стекла в печи отжига и обеспечивающий его транспортировку в широком  диапазоне скоростей выработки. Раскрой ленты стекла на листы  проводится с точностью, соответствующей ГОСТ 111–2001 и технических условий на вырабатываемую продукцию.

Концевые операции:

• раскрой стекла на форматы на конвейере
• отрезка и отломки бортов на конвейере;
• поворот листа стекла на 90^о;
• контроль качества листов стекла на конвейере;
• упаковка листов стекла, хранение и отгрузка.

Нанесение прокладочного  материала, укладка, маркировка и упаковка нарезанного стекла осуществляется в цехе.

Главным требованием ко всему  технологическому оборудованию является надежность и непрерывность (бесперебойность) работы[5].

 

 

 

 

 

 

 

3.3 СЫРЬЁ И ПОЛУФАБРИКАТЫ

Шихта представляет собой смесь материалов, обеспечивающих прохождение при высокой температуре  химических реакций с образованием стекла.

Для производства стекла применяют материалы, при  помощи которых в состав стекла вводят окислы: Si0₂, Na₂0, СаО, MgO, А1₂0₃ и др.

Кварцевый песок – горная порода, при помощи которой в состав стекла вводится Si0₂. Окись кремния является основой стекла. В кварцевых песках первого сорта содержание Si0₂ должно быть не менее 97,5–99%, а в песках второго сорта – не менее 97–98,7%. Примеси окислов железа (Fe₂0₃), титана (Ti0₂) и хрома (Сг₂0₃) являются вредными и к их содержанию в песке предъявляются особенно жесткие требования. Содержание оксидов Fe₂0₃ не должно превышать 0,05%.

К песку предъявляются  также требования в отношении  его зернового (гранулометрического) состава. Наиболее подходящим является песок со средним размером зерен  – 0,15–0,40 мм. Поступающий в шихту песок дополнительно просеивается через сито с сеткой №08 (81 отв/см²).

Доломит представляет собой осадочную горную породу, включающую в себя главным образом минералы доломита с некоторыми примесями. Доломит в химически чистом состоянии содержит CaCO₃ – 54.3%, MgCO₃ – 45,7%. Через доломит в стекло вводят MgO (не менее 19%) и CaO (в пределах 29–32%). Содержание примесей оксида железа в доломите не должно превышать 0,15%. В настоящее время доломит с карьера поступает обработанным и обогащенным, но подается в шихту после дополнительного просеивания через сито с сеткой №1,2 (36 отв/см²).

Известняк широко распространен в природе. Это осадочная горная порода состоящая из СаСО₃ и некоторых примесей Si0₂, А1₂О₃, MgO в количестве до 2% эти примеси не вредны. Применяемый в стекловарении чистый известняк содержит 56% СаО и 44% СО₂. Через известняк в состав стекла вводят СаО. Содержание окислов железа должно быть менее 0,3%. В последние годы известняк поступает в виде мела в готовом виде, но перед поступлением в шихту просеивается через сито с сеткой №1,2 (36 отв/см²).

Пегматит представляет собой прочную природную смесь, состоящую из 71% Si0₂ и 15% А1₂О₃. В составе примесей находятся около0,4% окислов железа. На карьере он проходит процесс размола и обогощения и в производство поступает в готовом виде. Через пегматит в стекло вводится А1₂О₃. Перед подачей в шихту производится контрольное просеивание через сито с сеткой №0,7 (100 отв/см²). В рецепте шихты может быть заменен полевошпатом.

Полевошпатный концентрат представляет собой отходы горнодобывающих фабрик, которые перерабатывают пегматитовые и нефелиновые руды для извлечения из них ценных минералов. Полевошпатный концентрат содержит до 68% Si0₂,21,7% А1₂О₃ и до 0,5% Fe₂0₃.

Кальцинированная  сода – продукт химического производства и представляет собой хорошо растворимый в воде мелкокристаллический порошок белого цвета. Химический состав соды – Na₂CO₃ содержащий 58,5% Na₂O и 41,5% CO₂. В составе примесей содержится не более 0,02% оксидов железа. Кальцинированная сода является главным реагентом, обеспечивающий процесс химических реакций при варке стекла и входит в состав стекла в виде оксидов натрия Na₂O(R₂O). Сода является сильнопылящим материалом, обладающим высокой гигроскопичностью и хорошей растворимостью в воде. Последнее свойство затрудняет хранение соды, поэтому ее приходится складировать в специальных вертикальных силосах, оснащенных системой аэрации, исключающие попадание влаги и слеживания соды.

Сульфат натрия – синтетический продукт, натриевая соль серной кислоты Na₂SO₄ который в основном составе содержит 43,7% Na₂O и 56,3% SO₃.

Сульфат представляет собой  растворимый в воде мелкокристаллический порошок. Он применяется для активизации  процесса осветления стекломассы. Обычно в комбинации с углеродом в  качестве которого добавляется каменный уголь. Сульфат и уголь поступают на завод в готовом виде, но перед подачей в шихту проходит контрольное просеивание на сите с сеткой №1,2 (36 отв/см²).

 

 

 

Таблица 4

№ п/п	Материал	Применяемые сита		Объемный вес, т/м3	Угол естественного откоса в градусах
		№ сита	Кол-во отверстий на 1 см2
1	Песок	0,8	81	1,4–1,6	27
2	Сода	1,4	25	0,9–1,4	36 (тяжелая)
3	Доломит	1,2	36	1,4–1,6	30
4	Известняк	1,2	36	1,3–1,6	38
5	Полевой шпат	0,7	100	1,4–1,6	38
6	Сульфат	1,2	36	1,4–1,6	-
7	Уголь	1,2	36	0,8–1,2	35
8	Мел	-	-	1,3	-
9	Готовая шихта (при влажности 4%)	-	-	~1,2	-

 

Одним из наиболее важных факторов определяющих выбор рецепта стекла для флоат-процесса, является кристаллизационная способность стекла, то есть те температурные пределы внутри которых оно может закристаллизоваться. Поэтому состав промышленного стекла всегда следует подбирать таким образом, чтобы температура верхнего предела кристаллизации была ниже температуры формования не менее чем на 25–30^оС.