1.2.2 Способы производства закаленного стекла

Все способы производства закаленного стекла в зависимости от положения листов при закалке могут быть разделены на вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные, в свою очередь, в зависимости от типа транспортирующего устройства разделяются на следующие:

- с применением твердых опор;

- с использованием газо-воздушной подушки.

Вертикальный способ закалки листового стекла.

При вертикальном способе закалки стекла изготавливают на закалочных установках вертикально-щелевого типа, состоящих из проходной электропечи сопротивления и обдувочного воздухоструйного устройства, над которым проходит монорельс для передвижения листов стекла (рисунок 3).

Рисунок 3 - Поперечный разрез вертикально-щелевой печи для закалки листового стекла: 1 - каретка, 2 - сквозная щель, 3 - лист стекла, 4 - каркас печи,5 - фасонный шамотный кирпич, 6 - теплоизоляция, 7 - нихромовая спираль, 8 - механизм откатывания.

Заготовка стекла с помощью зажимов подвешивается в вертикальном положении и автоматически перемещается в электропечь. Прогретое в течение некоторого времени стекло затем подается в обдувочное устройство, где резко охлаждается и передается на контроль. Температура закалки плоского стекла в печах вертикального типа 630-670^оС, продолжительность нагревания (на 1 мм толщины стекла) 35-40 с.

Обдувочная секция в качестве основного элемента содержит обдувочную решетку, подающую сжатый воздух под углом 90^о к поверхности листа через круглые отверстия (сопла) малого диаметра (3-5 мм), расположенные в шахматном порядке на расстоянии 25-50 мм от стекла. Для более равномерного охлаждения стекла решетка приводится в возвратно-поступательное или вращательное движение. Сжатый воздух подается в решетку воздуходувками или вентиляторами. В обдувочных устройствах применяют решетки различного типа - коробчатые, трубчатые, ротационные, секционные (последние наиболее распространены).

Недостатки данного способа закалки очевидны:

- при температуре закалки 625-650°С происходит пластическая деформациястекла (з?10⁹ Па^.с) под действием собственной массы (оттяжка, искривление листа);

- операции съема и подвески стекла практически не поддаются механизации, что ограничивает производительностъ закалочных установок;

- ограниченный ассортимент закаливаемых изделий;

- большие температурные градиенты по высоте печи из-за интенсивных конвективных потоков;

- неравномерный нагрев стекла приводит к снижению его прочности либо к разрушению в ходе охлаждения.

Горизонтальный способ закалки на твердых опорах

Установки этого способа получили наибольшее распространение из-за их простоты. Устройство закалки листового стекла содержит печь с нагревательными элементами и закалочную камеру, включающую дутьевой узел с соплами, регуляторами охлаждения и горизонтальными транспортировочными валками. Транспортирующие валки выполняют из различных материалов, в зависимости от температурных условий службы: на входе и на выходе линии - металлические; в высокотемпературной части - с чулками из кремнеземистой нити или керсиловые. Кремнеземистые чулки предохраняют поверхность стекла от дефектов (царапин, вмятин, потертостей и т. п.). В зоне закалки валы снабжены устройством для быстрого съема. Для устранения отпечатков и других дефектов на нижней поверхности стекла может быть использован асимметричный нагрев в зоне высоких температур, причем нагрев листа сверху больше чем снизу. В результате стекло незначительно выгибается и упирается на валы лишь кромками. Для получения плоского листа применяют асимметричную обдувку; причем верхнюю поверхность охлаждают более интенсивно, чем нижнюю, в результате чего обе поверхности затвердевают одновременно и лист выравнивается.

Этот метод требует высокой точности регулирования режимов нагрева и закалки изделии.

Одной из основных проблем данного способа производства закаленного стекла является деформация (поперечная волнистость изделий вследствие прогиба размягченных листов при движении по валкам).

Предотвратить деформацию размягченного стекла и ухудшение качества поверхности при движении по валкам возможно путем повышения скорости перемещения листов (до 18-30 м/мин), что, однако, ведет к удорожанию линий из-за их большой длины. Второй метод состоит в снижении температуры поверхности стекла на заключительной стадии нагрева (выдержка) за счет конвективной подстудки его поверхностей. В итоге удается снизить опасность волнообразного искривления листов при закалке на твердых опорах без уменьшения степени закалки.

Склонность к поперечной деформации особенно возрастает с уменьшением толщины стекол, поэтому при закалке тонких стекол уменьшают шаг валков (расстояние между осями валков) в пределе до значений, близких к величине их диаметра.

Разновидностью горизонтальных закалочных установок на твердых опорах являются:

- осциллирующие печи

- поточные печи

В нынешнее время существует большое количество компаний, выпускающих закалочные установки на твердых опорах. Landglass - один из самых распространенных поставщиков осциллирующих печей в страны СНГ (рисунок 4).

Рисунок 4 - Печь LD-A Landglass

Печи применяются для закаливания плоского стекла, используемого в архитектуре, мебельной и транспортной отраслях. Виды нагрева в печах Landglass: радиационный нагрев, система теплового баланса (радиационный + конвекция через компрессор), верхний конвективный нагрев, преимущественный конвективный нагрев. Компания Landglass занимает одно из лидирующих мест на рынке оборудования для закалки стекла за счет применения нового конвективного нагрева, который позволяет получать качественную закалку низкоэмиссионных стекол с коэффициентом эмиссии от 0.03 (с мягким покрытием). Также печи компании Landglass не лишены всех необходимых свойств современных печей.

Так же распространенной является компания Tamglass (Финляндия). Oна является мировым лидером на рынке оборудования для предварительной обработки и закалки стекла (рисунок 5). Линия плоской горизонтальной закалки HTF состоит из стола загрузки, нескольких модулей предварительного разогрева, секции закалки и охлаждения, разгрузочного стола, блока управления, шкафов электрообеспечения и системы нагнетания воздуха для осуществления самой закалки и охлаждения стекла. Конструкция печи рассчитана на полунепрерывную либо непрерывную обработку. Различные типы печей HTF позволяют закаливать стекло размерами от 1360Ч2400 мм до 2440Ч5400, причем закаливать качественно. В стандартном исполнении линии HTF гарантируют качественную закалку стекла толщиной 4-12 мм. При заказе дополнительного оборудования возможна закалка стекла толщиной от 2,2 до 19 мм.

Рисунок 4 - Линия плоской горизонтальной закалки Tamglass HTF

Горизонтальная закалка стекла на газовой подушке

В этом принципиально новом технологическом процессе стекло во время нагрева и последующего охлаждения поддерживается в горизонтальном положении газовыми струями, причем поверхность размягченного стекла не соприкасается с элементами конструкции установки и сохраняет исходные оптические свойства. Малая высота воздушной подушки (до 1,5 мм) обеспечивает высокую интенсивность охлаждения, что позволяет достигать высокой степени закалки тонких стекол.

Использование способа закалки на газовой подушке предусматривает выполнение следующих условий:

- равномерность нагрева стекла по его площади;

- равномерное регулирование давления газовых струй на нижнюю поверхность стекла, исключающее его деформацию в размягченном состоянии при непрерывном перемещении в печи и закалочном устройстве;

- высокую интенсивность и равномерность охлаждения при закалке.

Для создания газовой подушки используются обдувочные решетки с соплами.

Линия горизонтальной закалки стекла на газо--воздушной подушке включает приемный стол, печь на газовой подушке, закалочное устройство на воздушной подушке, закалочно-охлаждающее устройство на рольганге и выходной рольганг. Для фиксации листов относительно сопел газо-воздушной подушки и их транспортировки с увеличенной скоростью использовано цепное устройство с захватами. Приемный стол, печь и закалочное устройство на воздушной подушке расположены под углом б к горизонту, что облегчает транспортировку листов. Горячая газовая опора (подушка) создается множеством газовых струй, которые поддерживают стекло во взвешенном состоянии и одновременно нагревают его. При этом стекло нагревается снизу горячими струями газовой подушки, а сверху - инфракрасными горелками. Для закалки на воздушной подушке используют гребенчатые решетки, а на рольганге - трубчатые сопла. Указанный способ закалки требует точного соблюдения температурно-временного режима нагрева стекла. Характерным видом брака изделий является эффект «картинной рамки» - свисание кромок листа вследствие неодинаковых условий эвакуации отработанного газа в центральной части листа и на периферии.

На основании всего выше перечисленного для данного курсового проекта самым рациональным является горизонтальный способ закалки стекла на твердых опорах, так как он обеспечивает заданное качество продукции (обеспечивает достаточную степень закалки), обладает высокой производительностью и степенью автоматизации, является относительно недорогим и для него в наибольшей степени разработано аппаратурное оформление.

На основании выше изложенного а данном курсовом проекте принят горизонтальный способ закалки стекла на твердых опорах, так как он обеспечивает высокое качество продукции, обладает высокой производительностью и степенью автоматизации, является относительно недорогим и для него в наибольшей степени разработано аппаратурное оформление.