Основы производства стекла

Производство строительного стекла состоит из подготовки сы­рьевых материалов (дробление, помол, сушка, просеивание и др.), приготовления шихты определенного химического состава, варки стекла, формования изделий и их отжига.

Варят стекло в стеклоплавильных печах непрерывного (ванные печи) или периодического (горшковые печи) действия. Стекловаре­ние завершается студкой стекломассы до температуры, при кото­рой она приобретает вязкость, необходимую для формования изделий.

Формование изделий осуществляют различными способами: вы­тягиванием ленты стекла лодочным и безлодочным способами, про­катом, литьем, прессованием, выдуванием.

Вытягиванием изготовляют листовые стекла толщиной 2—6 мм, стеклянные трубы, стекловолокно. Сущность лодочного способа получения листового стекла заключается в следующем. В бассейн (он обычно имеет длину 5—6 м при глубине 1,2—1,5 м) с готовой стекломассой, охлаждаемой до температуры, соответствующей не­обходимой вязкости (не ниже 10² Па*с) погружается лодочка. Ло­дочка — это длинный прямоугольный шамотный брус со сквозным продольным вырезом, переходящим в верхней части в узкую щель. Под влиянием гидростатического напора стекломасса выдавливает­ся через щель; растекания при этом не происходит (рис. 18.4). Если опустить на стекломассу, выдавливаемую из щели лодочки, гори­зонтально подвешенную стальную раму — «приманку», а затем оттягивать ее вверх с помощью валиков специальной машины ВВС (вертикального вытягивания стекла), то за приманкой потянется лента стекла. Отформованная лента стекла охлаждается и отжигает­ся в шахте машины. После выхода из шахты от нее отрезают листы требуемых размеров.

При безлодочном способе (вертикальном и вертикально-гори­зонтальном) в стекломассу погружают огнеупорный поплавок со сквозной щелью или без нее. Поплавок способствует созданию на­правленного потока стекломассы, помогающего стабилизировать формование ленты стекла. При этом способе лента стекла поднима­ется непосредственно со свободной поверхности стекломассы с по­мощью бортоформующих роликов (рис. 18.5).

Рис. 18.4. Лодочный способ вытягивания стекла:

а — лодка; б — схема вытягивания ленты стекла

Рис. 18.5. Схема безлодочного вытягивания стекла:

1 — растягивающие ролики; 2 — холодиль­ник; 3 — перегибной вал

Методом проката, при котором стекломасса сливается на глад­кую поверхность и прокатывается валками с гладкой или узорчатой поверхностью, изготовляют крупноразмерное листовое стекло (гладкое и узорчатое), коврово-мозаичные плитки, а также стекло, армированное металлической сеткой (рис. 18.6).

Стекло с высоким качеством поверхности и утолщенное (8—30 мм) получают эффективным флоат-способом (рис. 18.7). При этом способе формование ленты стекла происходит на повер­хности расплавленного олова в результате растекания стекломас­сы. Такое стекло не нуждается в последующей полировке, имеет ровные края.

Рис. 18.6. Схема непрерывной прокатки листового стекла:

1— прокатные валки; 2 — арматурная сетка; 3 — валик для арматурной сетки; 4 — выработочная часть стекловаренной печи; 5 — слив­ной порог; 6 — плита; 7 — транспортирующие валики

Рис. 18.7. Схема установки для производства стекла по способу флоат-процесса:

! — стекловаренная печь; 2 — лоток для слива стекла; 3 — флоат-ванна; 4 — место подачи газов защитной атмосферы; 5 — печь отжига; 6 — расплав олова

Прокатывая стекло и загибая его края в форме швеллера или ко­робки, получают профильное стекло. При изготовлении труб испо­льзуют способ вальцевания, при котором непрерывная струя стекломассы поступает на вращающийся вал, распределяется по его

поверхности по спирали, затем развальцовывается и разглаживается с помощью роликов.

Методом прессования к формах с помощью керна (пуансона), создающего давление на стекломассу, изготовляют изделия крупных размеров и большой толщины (стеклоблоки).

Методом центробежного формования (частота вращения форм 800 -1200 об/мим) изго­товляют цилиндры, трубы, свето- и радиотехнические приборы.

Отформованные изделия обязательно отжигают для уменьшения внутренних напряжений в специальных печах или в шахтах машин ВВС.

Если стекло нагреть до пластичного состояния, а затем резко ох­ладить его, то можно вызвать появление равномерно распределен­ных остаточных напряжений, которые придают стеклу повышенную механическую прочность при ударе и изгибе, повышенную термо­стойкость. Этот процесс называют закалкой; для закалки использу­ют электрические печи или шахтные закалочные агрегаты. Высоко­прочные стекла получают путем химического и термохимического упрочнения его поверхности.

Некоторые стеклоизделия подвергают декоративной обработке, в частности напылению стеклопорошков плазменной горелкой на их подложки (листовое стекло, посуду). Листовое стекло шлифуют, полируют. Отходы шлифования можно использовать при производ­стве автоклавных силикатных материалов.

Разновидности ИСК, вяжущая часть которых представлена за­твердевшим неорганическим стеклорасплавом, называют стеклоконгломератами. Их изготовляют пока в небольшом объеме, напри­мер стеклокремнезит, стекломрамор, стеклошамотный огнеупор. Общие закономерности формирования их структуры соответствуют общей теории ИСК. В качестве заполнителей могут использоваться отходы от ремонта различных печей (динасовые, шамотные, магне­зитовые, шпинелевые и др.), а также горные породы: кварцевый песок, мраморная крошка и др.

Стекломасса при затвердевании вступает в физико-химическое взаимодействие с заполнителями, вследствие чего образуются пограничные контактные зоны.

Изго­товление стеклоконгломератов может производиться по двум прин­ципиальным технологическим схемам:

1) расплав стекломассы в ми­нимально необходимом количестве вводят в плотную смесь огнеупорных заполнителей, температура плавления которых выше, чем у стекломассы (не менее чем на 50°С); эта смесь перемешивается и формуется с уплотнением в изделие;

2) сырей изготовляют из тонкоизмельченного стекла, плавней, заполнителей, после чего образовавшуюся шихту нагревают до температуры плавления тонкоизмельченного стекла, что способствует цементации огнеупорного заполнителя и сырца в стеклоконгломерат.

В качестве вяжущей части можно использовать бой стекла, эрклез др. Для повышения деформативности, снижения хрупкости применяют соответствующие добавки.

 

Рыбьев И.А.

“Строительное материаловедение”