Основы производства стеклянных товаров

Технологический процесс производства стеклянных изделий подразделяется на следующие основные этапы: приготовление стекломассы, варка стекломассы, выработка изделий, отжиг, об­работка и декорирование стеклянных изделий.

Приготовление стекломассы

Приготовление стекломассы состоит из подготовки сырьевых материалов, составления шихты и варки стекла.

Сырьевые материалы, применяемые для производства различ­ных видов стекол, с некоторой условностью подразделяют на две группы: основные или стеклообразующие и вспомогательные (ос­ветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, окислители, восстановители и ускорители варки).

Основные (стеклообразующие) материалы. К стеклообразу-ющим материалам относятся кремнезем, борный ангидрит, оксид алюминия, сульфат натрия, сода, поташ, известняк, доломит, свин­цовый сурик и глет, витерит и оксид цинка.

Кремнезем (§1О₂) вводят в состав стекла в виде кварцевого песка. Содержание кремнезема в высокосортных кварцевых песках должно быть 99,0-99,8%, а количество примесей не должно превы-

шать 1-0,2%. Самыми распространенными вредными примесями являются оксид и закись железа, которые даже в малых количествах придают стеклу нежелательную желтовато-зеленоватую окраску, снижающую светопрозрачность стекла. Для ускорения процес­са варки стекла используют кварцевые пески с величиной зерен от 0,2 до 0,5 мм.

Борный ангидрид (В₂О₃) добавляют в стекломассу в виде бор­ной кислоты (Н₃ВО₃) и буры (Ш₂В₄О_?- 10Н₂О). Он повышает тер­мическую и химическую' устойчивость стекла, улучшает оптичес­кие свойства стекла, ускоряет процесс варки.

Оксид алюминия (А1₂О₃) добавляют в состав стекла в виде гли­нозема, полевого шпата, пегматита, каолина и нефелина. А1₂О₃ понижает способность стекла к кристаллизации, улучшает его термические, химические и механические свойства.

Сульфат натрия (Ма₂5О₄) применяют для введения в стекло оксида натрия (Ыа₂О).

Соду (Ка₂СО₃) употребляют с той же целью, что и сульфат натрия. В стекольном производстве применяют в основном каль­цинированную соду.

Поташ (К₂СО₃) служит сырьем для введения в состав стекла оксида калия (К₂О). Оксид калия повышает блеск стекла, улучшает его цвет и прозрачность.

Известняк (СаСО₃) применяют для введения в состав стекла оксида кальция (СаО). Оксид кальция ускоряет процесс варки, повышает химическую устойчивость стекла и способствует его осветлению.

Доломит (СаСОуМ§СО₃) является двойной солью кальция и магния. Оксид магния (М§О) снижает скорость кристаллиза­ции и значительно влияет на улучшение химических, термических и механических свойств стекла.

Свинцовый сурик и глет применяют для введения оксида свин­ца (РЬО) в хрустальное и оптическое стекло.

Витерит (ВаСО₃) используют для введения оксида бария (ВаО), который повышает коэффициент преломления, плотность и блеск стекла.

Глава 9

Силикатные товары

Оксид цинка\2.пО) вводят в виде цинковых белил. Он увели­чивает коэффициент преломления, повышает химическую устой­чивость стекла.

К вспомогательным материалам относятся осветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, окислители и восстано­вители, ускорители варки.

Осветлители способствуют освобождению стекломассы от крупных и мелких пузырей, придают ей однородность. Осветли­телями являются сульфат натрия, трехокись мышьяка и селитры.

Обесцвечиватели служат для понижения или удаления цвет­ных оттенков стекла. В качестве обесцвечивателей применяют трехокись мышьяка, селитру, сульфат, хлористый натрий, оксид сурьмы и др.

Красители добавляют в процессе варки стекла для окраши­вания его в определенный цвет. Различают окрашивание стекла молекулярными красителями (оксиды тяжелых и легких металлов) и коллоидно-дисперсионными красителями (соединения золота, серебра, меди, селена, сурьмы).

Глушители применяют для придания стеклу непрозрачности. Это фтористые соединения, фосфорнокислые соединения, соеди­нения олова и сурьмы. Глушители окрашивают стекло в белый цвет.

Окислители и восстановители добавляют при варке цветных стекол для создания окислительной и восстановительной среды. Ими являются натриевая и калиевая селитры, трехокисный мышь­як, углерод, винный камень, двуххлористое олово.

Ускорители варки способствуют ускорению варки стекла: к ним относятся фтористые соединения, борный ангидрид, алюминий-ные соли.

Подготовка сырьевых материалов включает в себя обогаще­ние, сушку и измельчение кремнистых природных материалов.

Вспомогательные материалы: красители, глушители, освет­лители, обесцвечиватели и другие - вводят в состав стекломассы в небольших количества.

По специальному рецепту из подготовленных материалов со­ставляют шихту. При составлении шихты учитываются потери

летучих составных частей, образующихся при варке стекла. Ма­териалы, подготовленные каждый в отдельности, взвешивают на автоматических весах согласно рецептуре и затем в смесительных аппаратах смешивают до получения однородной массы.

Кроме этого, в шихту добавляется 25-30% стеклянного боя (отходы данного производства). Стеклобой промывают, измельча­ют и пропускают через электромагнит. Стеклобой раньше других исходных материалов расплавляется в жидкую массу и этим спо­собствует плавлению других составных частей шихты.

Варка стекла

Варка является основной стадией технологического процесса, от которой зависит качество стекла. Под воздействием высокой температуры шихта превращается в жидкую стекломассу с опре­деленными физико-химическими свойствами.

Варку стекла осуществляют в стекловаренных печах непрерыв­ного действия (ванных) и периодического действия (горшковых), а также в электропечах.

Полезная емкость горшка составляет для большинства печей около 300-400 кг стекломассы; в одну рабочую камеру печи одно­временно устанавливают 8-12 горшков. Против каждого горшка в стенах печи имеется окно, через которое загружают шихту и вы­бирают стекломассу.

Внедрение машинного производства обусловило переход к ван­ным печам, поскольку только непрерывная варка стекла совмести­ма с технологическим процессом работы этих машин.

Ванные печи являются высокопроизводительными печами не­прерывного действия емкостью до 1000 т и более стекломассы, из них непрерывно получают стекло одного цвета и химического состава.

Электрические печи считаются высокопроизводительными. К их достоинствам относятся чистота печной атмосферы; более высокий коэффициент полезного действия (50-75%) по сравнению с коэффициентом полезного действия ванной печи (20-25%); воз­можность получать очень высокие температуры в печи; большой срок службы без ремонта. Стекломасса в электрических печах

Глава 9

Силикатные товары

характеризуется большей однородностью, а также она хорошо осветлена. Применение комбинированного газоэлектрического обогрева печей повышает их производительность на 50-100%.

Выработка стекло изделий

В данном учебнике рассматриваются только те способы вы­работки стекла, которые применяются в производстве бытовой посуды и художественно-декоративных изделий.

Основными способами выработки стеклоизделий являются: прессование, выдувание, прессовыдувание, литье и центробежное литье.

Прессование. Способ формования стекла прессованием возник раньше других способов, но до сих пор он широко применяется в стекольной промышленности, поскольку отличается высокой производительностью и экономичностью. Прессование является более простым способом выработки изделий, чем выдувание.

Методом прессования изготавливаются изделия, имеющие простую форму (стаканы, блюдца и др.). Этот способ отличается высокой производительностью, т. к. позволяет применять высо­копроизводительные автоматы и полуавтоматы. Процесс прессова­ния осуществляется в металлических формах, причем внутренняя поверхность их может быть гладкой или с рельефным рисунком. Прессование изделий производится в разъемных (состоящих из двух или трех частей) и неразъемных формах.

Прессованные изделия от выдувных можно отличить по це­лому ряду признаков. Основными являются следующие: верхний диаметр изделия больше, чем нижележащий; на внешней стороне изделия имеются швы от пресс-формы, переход дна в стенки не­равномерный - дно имеет большую толщину, чем стенки.

Выдувание. Выдувной способ выработки может быть ручным (для изделий сложных форм) и механизированным. При ручном способе используют металлические трубки-самодувки длиной 1200-1400 мм, в которые воздух подается специальным резиновым баллоном. В настоящее время все заводы, вырабатывающие стек­лянную посуду, применяют трубку системы инженеров Гринбер­га, Гандуша и Благообразова, вытеснившую выдувание легкими.

Трубка-с амодувка состоит из обыкновенной выдувательной труб­ки, на верхнем конце которой надет резиновый баллон, в той ча­сти трубки, которая охватывается баллоном, на длине 40-50 мм просверлено несколько отверстий. Верхнее отверстие трубки за­крыто резиновым клапаном, который пропускает воздух только внутрь трубки. При сжатии баллона находящийся в нем воздух через отверстия поступает в клапан трубки. Так как установленный у верхнего конца трубки клапан пропускает снаружи воздух только в канал трубки, а в обратную сторону нет, то воздух по каналу труб­ки устремляется вниз для выдувания изделия. Разогретый конец трубки опускают в стекломассу, которая прилипает к нагретому металлу. На трубку навивают определенное количество стекла, выравнивают его на металлическом столе, после чего раздувают в небольшой пузырек "баночку", из которой окончательно выду­вают изделия в металлической разъемной форме.

Механизированный способ выдувания с помощью вакуумного автомата ВС-24 применяют для тонкостенных чайных стаканов, винных стаканов, а выдувание с помощью автомата ЛАМ-10 - при выработке графинов и ваз для цветов.

Прессовыдувание. Прессовыдувной способ формования стек­лоизделий сочетает прессование и выдувание. Ассортимент изде­лий, вырабатываемых прессовыдувным способом, ограничен. Это графины для вина, масленки, тарная посуда и др.

Прессовыдувной способ изготовления изделий осуществляется в два приема: вначале выпрессовывают заготовку и отделывают края изделия, а затем заготовку выдувают сжатым воздухом до заданных размеров. Выработка этих изделий производится на ав­томатических машинах.

Литье. Способ центробежного литья применяется редко. В быстровращающуюся форму подается определенная порция стекломассы, которая равномерно распределяется и приобретает конфигурацию готового изделия.

Изделия художественно-декоративного назначения изготавли­вают методом литья. Стекломассу заливают в специальную форму, где она охлаждается и принимает очертания формы. Выработанные этим методом изделия могут быть пустотелыми и полнотелыми.

Глава 9

Силикатные товары

После того как изделие изготовлено, его направляют на отжиг.

Отжигом называется процесс обработки стеклоизделий, при котором устраняются или ослабляются внутренние напряжения, возникающие в результате неравномерного остывания внутрен­них и внешних слоев изделия. Отжиг производится в особых печах как периодического (опечки), так и непрерывного действия (л еры).

Процесс отжига заключается в том, что изделие нагревают или охлаждают до температуры 530-580 °С и выдерживают его при этой температуре обычно 7-15 мин. В течение этого времени на­пряжения в различных слоях стенок постепенно выравниваются. После этого изделие медленно охлаждают. От качества проведен­ного отжига зависит термическая устойчивость изделия. Плохо отожженные изделия уже в пути или в процессе хранения покры­ваются трещинами или иногда просто разрушаются.