Технологический процесс производства листового стекла

       Сырьевые  материалы не должны иметь очень  крупных или очень мелких фракций. Крупные фракции (особенно это относится  к кварцевому песку) с недостаточно развитой реакционной поверхностью труднее провариваются. Очень мелкие фракции с более развитой реакционной поверхностью труднее перемешиваются как между собой, так и с зернами средних (оптимальных) размеров и обладают склонностью к комкованию. Кроме того, стекломасса, сваренная с использованием очень мелких фракций, труднее осветляется. Поэтому применительно к каждому виду сырья устанавливают оптимальные размеры зерен. Сырьевые материалы просеивают через сито с числом отверстий 64... 100 на 1 см² . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       8 

       1.3.    Характеристика технологии производства листового стекла

       Производство  строительного стекла включает следующие  основные операции: подготовку сырьевых материалов, приготовление стекольной шихты, варку стекла, формование изделий, отжиг отформованных изделий.

       Сырьевые  материалы, поступающие на завод  в виде кусков (мел, известняк и др.), предварительно дробят, затем подвергают сушке, тонкому измельчению. Кварцевый песок обогащают, высушивают. Подготовленные материалы просеивают через сито (сетка № 07—№ 09). Составные компоненты, взятые для получения стекла заданного химического состава в строго определенном соотношении, взвешивают на автоматических весах, а затем перемешивают в смесителях тарельчатого типа, получая таким образом однородную шихту.

       Основное  требование к шихте — высокая  степень однородности. Однородная шихта  облегчает процесс стеклообразования  и исключает ряд пороков в  готовом стекле. С целью сохранения однородности шихты при транспортировке  и загрузке в печь проводят ее брикетирование и гранулирование. В результате этих операций устраняется пыление шихты, а главное — расслаивание, ускоряется провар, улучшается качество стекломассы.

       Стекловарение — главнейшая и самая сложная  операция стекольного производства. Процесс варки стекломассы условно принято делить на четыре стадии: силикатообразование, стеклообразование, гомогенизация и студка. Между этими стадиями нет четко определенных границ, они накладываются друг на друга и последовательно переходят одна в другую, однако каждую из них можно охарактеризовать по главнейшим признакам протекающих процессов.

       На  первой стадии процесса — силикатообразовании  — уже при температуре 400 °С начинаются реакции в твердой фазе. Затем  при нагревании появляется жидкая фаза и образовавшиеся силикаты превращаются в плотный монолитный спек. При дальнейшем нагревании силикаты расплавляются, начинается стадия стеклообразования.

       В образовавшемся расплаве растворяются наиболее тугоплавкие компоненты —  SiO и А1₂Оз- Этот расплав насыщен газовыми пузырьками и неоднороден по составу. Газообразные включения удаляются из расплава путем диффузии к поверхности стекломассы. Подъем газовых пузырьков к поверхности стекломассы может быть ускорен введением добавок, а также перемешиванием стекломассы, обработкой ультразвуком.

       На стадии гомогенизации должна обеспечиваться химическая однородность стекломассы, так как после процессов силикато- и стеклообразования стекломасса представляет собой сотообразные или пучкообразные сплетения отдельных слоев (свили), различающиеся по химическому составу. Решающим фактором обеспечения химической однородности стекломассы является повышение температуры варки. На рассматриваемой стадии температура повышается до 1400... 1600  °С.

       9

       Химическая  однородность стекломассы зависит  от степени однородности и постоянства состава сырьевых материалов, шихты и условий варки, в частности уровня температур на стадиях стеклообразования и гомогенизации.

       Студка  — охлаждение стекломассы до такой  температуры, при которой она  приобретает оптимальную для  принятого метода выработки стекла вязкость. На этой стадии стекломасса должна быть не только охлаждена до установленной выработочной температуры, но и подведена к местам формования стекла.

       Для варки стекла применяют периодические  и непрерывно действующие ванные печи. В производстве строительного стекла в настоящее время используются мощные автоматизированные стекловаренные ванные печи непрерывного действия производительностью по сваренной стекломассе до 350 т/сут, а в последнее' время и печи более высокой производительности — до 600 т/сут.

       Стекловаренная  печь — главный агрегат в технологическом  процессе производства строительного  стекла. От работы стекловаренной печи, в которой протекают основные процессы варки и термической  подготовки стекломассы для выработки  изделия, в решающей степени зависит как выход, так и качество вырабатываемой продукции. Конструкции варочных частей крупных печей независимо от способа и режима варки стекломассы принципиальных различий не имеют. Изготовляют стекловаренные печи из огнеупорных материалов. Направление пламени в ванных печах поперечное. Печь имеет от шести до восьми пар горелок, что позволяет сравнительно легко устанавливать и поддерживать необходимые температурный и газовый режимы по длине печи. В качестве топлива используют природный газ. Максимальная ширина бассейна варочной части достигает 10 м, общая длина — 65...70 м, глубина бассейна— 1,2...1,5 м.

       Шихту и стеклобой загружают через  загрузочный карман, соединенный  с бассейном печи. Перемещаясь  вдоль печи, шихта под воздействием высоких температур превращается в стекломассу, пройдя последовательно все стадии процесса Охлажденная до необходимой выработочной температуры стекломасса поступает в выработочные каналы на формирование изделий.

       Формирование  стеклянных изделий из расплавленной стекломассы называют выработкой. Оно может производиться вытягиванием, прокатом, прессованием, выдуванием, литьем и комбинированными способами. Выбор метода выработки строительных изделий зависит от их конфигурации. Сложные изделия из двух и более деталей изготовляют свариванием или склейкой. Листовое стекло вырабатывают из вязкой стекломассы путем вытягивания (лодочный и безлодочный способы) или проката. При лодочном и безлодочном способах выработки стекла применяются машины вертикального вытягивания.

       Принцип формования изделий при лодочном способе заключается в

       10

         следующем. В выработочный канал,  где стекломасса охлаждена до 1000 °С, погружается шамотовый параллелепипед (лодочка) со сквозным продольным вырезом в виде щели. Стекломасса выдавливается через щель лодочки, прихватывается к металлической затравочной раме и оттягивается вверх с помощью асбестовых валиков машины вертикального вытягивания (ВВС) в виде плоской стеклянной ленты.

       При безлодочном способе лента стекла формируется со свободной поверхности расплавленной стекломассы. Для этого в стекломассу погружается поплавок на определенную глубину, благодаря чему создается направленный поток стекломассы. При этом способе вытягивание ленты производится сначала вверх, а затем она перегибается через вал, расположенный на некоторой высоте над зеркалом стекломассы, и далее вытягивается в горизонтальном направлении. За счет изменения глубины погружения поплавка регулируется толщина ленты: чем глубже погружен поплавок, тем она тоньше.

       Лодочный  способ является основным в производстве листового стекла. Преимущество этого способа заключается в возможности получения стекла любой толщины (0,6...12 мм), недостаток — резко выраженная полосность и волнистость вырабатываемого стекла, а также невысокая скорость вытягивания стеклянной ленты (45...50 м/ч).

       Основные  достоинства безлодочного способа  формования изделий — высокая  производительность (120...140 м/ч) и лучшее качество поверхности стекла (меньше полосность), недостатки — громоздкость, сложность установки, а также  сложность выдерживания температурного режима по ширине камеры.

       В нашей стране освоен новый способ непрерывного производства листового  стекла (флоат-процесс) — формование ленты стекла на поверхности расплавленного металла. В настоящее время флоат-процесс  — основной способ производства полированного листового стекла. По этому методу изготовляют стекла, окрашенные в массе, а также стекла с поверхностью, модифицированной металлами. Разрабатывают и осваивают способы производства армированного, узорчатого и профилированного стекла, пеностекла и других видов изделий.

       Сущность  флоат-процесса состоит в том, что  определенная доза стекломассы, имеющей  температуру 1050 °С, поступает из стекловаренной печи / (рис. 11.2) в прокатную машину 2, а затем по наклонной плите в специальную ванну 3 на зеркальную поверхность расплавленного металла (олова) 4 и, растекаясь, превращается в ленту.. Перемещаясь по расплаву, лента проходит последовательно зоны нагрева I, огневой полировки 11 и охлаждения Ш. Нагрев ленты снизу осуществляется расплавленным металлом и сверху—газом. Температура в зоне нагрева составляет 1000... 1050 °С, благодаря чему все неровности на ленте исчезают и толщина ее становится одинаковой. На выходе из зоны охлаждения лента имеет температуру 600 °С и направляется в отжигательную печь (лер) 5. Для

       11

       предупреждения  окисления олова во флоат-ванне  поддерживают азотно-водородную защитную атмосферу, иначе на поверхности  стекла будут образовываться дефекты.

       Выработанное  тем или иным способом стекло или  изделие подвергается специальной термической обработке — отжигу. При выработке стекло охлаждается неравномерно: наружные слои остывают быстрее, внутренние — медленнее из-за низкой теплопроводности стекла. В результате в отформованных изделиях появляются внутренние температурные напряжения, которые могут вызвать разрушение изделий. Для уменьшения этих напряжений изделия подвергают отжигу, нагревая до температуры 20°С ниже температуры размягчения стекла (400...600 °С), и медленно охлаждают. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

12 

3 Динамика трудозатрат  при развитии технологического  процесса

TЖ (t)=1000/(87t+l 160)     Tп(t)=0,03HO,4

Из графика  видно ,что вариант развития - ограниченный.

Необходимо рассмотреть  отношение Тж /Тп

Для   t = 1         Тж/ Тп=0,8 /0,43=1,9

Для  t= 4        Тж/Тп=0,б6 /0,52=1,3

Оно уменьшается  во времени, следовательно, преобладает экономия живого

труда, т.е. процесс  развития трудосберегающий. 

Экономический предел накопления прошлого труда:

Тс = Тж+Тп = 1000/87t +1160+0,03t +0,4

(Тс)' = -87000 (87t +1160) + 0,03

87000 (87t +1160) = 2900000

871+1160=1702,94

87t = 542,94

t* = 6,24 - экономический предел накопления прошлого труда

Тж=1000/(871+1160)

Тж =1000/87(( Тп-0,4)/0,03)+1160 =1000/(2900Тп-1160+1160)=10/29Тп

Тп =0,031+0,4

t =Тп-0,4/0,03

(Тж)'=(10/29Тп)'=-(10/29Тп²)

так как значение Тж =  -(10/29Тп²)   уменьшается во времени, следовательно

реализуется убывающий  тип отдачи дополнительных затрат труда. 

17 

 

 
 
 
 
 
 

18 

2.1. Пооперационная  структура технологического процесса. 
 
 
 
 

 
 

 
 

  
 

 

 
 

 

 
 

 
 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    - временные связи;                                                    - предметные связи. 

13 

2.2. Структура  основной операции- стекловарения.