12.3 Производство стекла

Производство стекла состоит из подготовки сырьевых материалов, приготовления шихты, варки стекломассы, изготовления стеклянных материалов и изделий.

Подготовка сырьевых материалов включает их сушку и измельчение. Приготовление шихты заключается в дозировании и смешивании компонентов. Варка стекломассы производится в основном в стекловаренных печах непрерывного действия и включает несколько стадий: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и охлаждение.

Силикатообразование для оконного стекла протекает при температуре 800–900 ºС. При этом образуются сложные силикатные соединения. Кремнезем изменяет свое кристаллическое строение. Завершается стеклообразование при температуре 1100–1200 ºС. В расплаве заканчиваются все химические реакции и образуются сложные силикаты. Зерна кварца растворяются и переходят в расплав. Все превращения сопровождаются выделением большого количества газов.

Н

Стекловарение завершается ох лаждением стекломассы до температуры, позволяющей формовать из нее изделия. Для оконного стекла – это 1100–1250 °С.

Формование стекла выполняется прессованием, выдуванием, прес-

совыдуванием, прокаткой, центробежным способом, на расплаве металла.

Наиболее распространенное лис- товое стекло производится путем вертикального (рисунок 12.1) или горизонтального вытягивания ленты из вязкой расплавленной стекломассы. Метод вертикального вытягивания заключается в перемещении вверх с помощью валков ленты стекла, выдавленной через щель из погруженной в стекломассу шамотной лодочки.

Рисунок 12.1 – Установка вертикального вытягивания стекла: 1 – стекломасса;

2 – лодочка; 3 – холодильники; 4 – шахта машины; 5 – валки; 6 – скаты для удаления боя; 7 – отломочная площадка

Наиболее совершенным способом получения листового стекла является флоат-способ. Процесс формования происходит на поверхности расплавленного олова. Плоскость листа, соприкасающаяся с поверхностью металла, настолько гладкая, что не требует полировки.

Верхняя поверхность получается гладкой за счет поверхностного натяжения стекломассы (огневая полировка).

Установка (рисунок 12.2) состоит из герметизированной ванны длиной 45–55 м, системы холодильников, электронагревателей для поддержания заданного температурного режима в расплаве олова и в газовом пространстве ванны и системы трубопроводов для подачи азотно-водородной смеси для защиты олова от окисления.

Рисунок 12.2 – Схема формования ленты стекла флоат-способом: 1 – канал выработки; 2 – отсечный шибер; 3 – стекломасса; 4 – сливной лоток; 5 – ванна с расплавом; 6 – олово; 7 – холодильник; 8 – бортоудерживающие ролики; 9 – графитовые ограничители; 10 – печь отжига.

Перемещаясь вдоль ванны, стеклолента охлаждается и при температуре примерно 600 ⁰С отделяется от расплава, а затем подается на отжиг. Совмещаются формование с электрохимической обработкой поверхности стеклоленты. Ионы металла можно внедрять на глубину 1–2 мкм в стекло и получить теплопоглощающие, теплоотражающие и другие стекла. Качество стекла очень высокое. Этот способ изготовления листового стекла освоен на заводе им. М.В. Ломоносова в г. Гомеле.

Отформованное охлажденное стекло имеет повышенную хрупкость. Оно может разрушиться из-за термоупругих напряжений, возникающих из-за неравномерного остывания поверхностных и внутренних слоев. Устраняют или уменьшают остаточные напряжения отжигом. Обычные стекла отжигают при температуре 530–470 °С. Нагревают до верхней температуры отжига и затем медленно охлаждают до нижней температуры отжига по определенному режиму. Остаточные термоупругие напряжения уменьшаются.

Для повышения прочности некоторых видов стекол их закаляют. Листовое стекло нагревают до 630–650 °С, при которой теряются хрупкие свойства, а затем в течение 2,5–3 мин охлаждают холодным воздухом. В стекле в наружных слоях создаются сжимающие, во внутренних – растягивающие напряжения. Тогда возникающие растягивающие напряжения в поверхностных слоях компенсируются сжимающими напряжениями. Прочность и термостойкость стекол повышается в несколько раз. Стекло бьется на мелкие куски с нережущими краями, что повышает его безопасность. Однако резать и сверлить такое стекло нельзя. Поверхностный сжатый слой нарушается и оно может разрушиться.