Подготовка сырья и приготовление шихты

Общие требования, предъявляемы к сырьевым материалам, включают: постоянство химического состава; минимальное содержание примесей; определенный гранулометрический состав; заданную влажность. В зависимости от вида и состояния исходных материалов их подвергают различным видам обработки. Один из вариантов подготовки стекольной шихты представлен на рис 6.

Песок. Необогащенный песок проходит сложную обработку, основная цель которой удаление оксидов железа до установленных нормами пределов. Для обезжелезивания применяют разные методы обогащения: промывку, оттирку, флотацию, флотооттирку, электромагнитную сепарацию, химическую обработку. После обогащения песок сушится и просеивается (сито №8).

Известняк и доломит на заводы обычно поступают в виде кусков. Их обработка осуществляется по следующей схеме: дробление, сушка, тонкий помол, грохочение, магнитная сепарация.

По этой же схеме подготавливают другие кусковые материалы, включая полевой и плавиковый шпаты.

Стекольный бой. Его подготовка заключается в удалении загрязнений (магнитная сепарация, сортировка, промывка) и дроблении.

Рис.6.Схема подготовки компонентов шихты

в дозировочно-смесительном цехе

Приготовление шихты – одна из важнейших технологических операций. Шихта – однородная смесь компонентов для стекловарения, которую готовят путем дозирования по заданному рецепту подготовленных сырьевых материалов и их тщательного перемешивания. От точности и тщательности подготовки исходных компонентов и их смешивания зависит качество сваренной стекломассы. Допустимые отклонения от заданного содержания компонентов в шихте устанавливаются отдельно для каждого вида стекла и обычно не превышают +0,5 – 1%. Дозирование производят порционным или роторным питателями. Смешивание осуществляют в смесителях периодического действия: тарельчатых, барабанных, а конусных бетономешалках. Влажность шихты рекомендуется поддерживать на уровне 4 – 5%. Влага благоприятно влияет на однородность шихты и позволяет избежать расслаивания и пыления. Увлажнение производят в специальных смесителях. Дополнительные возможности интенсификации процесса стекловарения дает агломерация стекольных шихт путем ее грануляции или прессования. В уплотненном материале возрастает теплопроводность, что сокращает время прогрева и компенсирует затраты на уплотнение.

Стекловарение

Силикатообразование. На данном этапе образуются силикаты и другие промежуточные соединения, появляется жидкая фаза за счет плавления эвтектических смесей и их солей. Возникшие в шихте силикаты и непрореагировавшие компоненты вместе с жидкой фазой образуют к концу этапа плотную спекшуюся массу. Для стекол обычного промышленного состава этот этап завершается при 950 - 1150 ºС.

Стеклообразование. Образовавшийся спек плавится с повышением температуры, завершаются реакции стеклообразования, происходит взаимное растворение силикатов. В расплаве силикатов идет постепенное растворение избыточного кремнезема. Скорость растворения мала из-за высокой вязкости расплава, которая продолжает возрастать по мере увеличения содержания кремнезема. Стадия стеклообразования является самой длительной и составляет около 70% всего процесса стекловарения. К концу этапа появляется прозрачный, не однородный по составу расплав, содержащий много газовых пузырей. Для обычных стекол этот этап завершается при 1200 - 1250 ºС.

Осветление. В течение этого сложного и важного этапа из расплава удаляются видимые газовые включения – крупные и мелкие пузыри. Для обычных стекол этот этап завершается при 1500 – 1600 ºС.

Гомогенизация. На данном этапе происходит усреднение расплава по составу, он становится химически однородным. Гомогенизация и осветление протекают одновременно при одних и тех же температурах.

Студка – завершающий этап стекловарения. В процессе студки происходит подготовка стекломассы к формованию, для чего равномерно снижают температуру на 300 – 400 ºС и добиваются необходимой для выработки вязкости стекла.

Разделение процесса варки на отдельные стадии достаточно условно, поскольку некоторые из них протекают одновременно. В то же время любой ограниченно малый объем шихты обязательно проходит все пять стадий стекловарения.

Стекловаренные печи

Варка стекла проводится в печах разных конструкций с газовым или электрическим обогревом. По режиму работы различают печи периодического и непрерывного действия.

Периодические печи бывают ванные и горшковые. При варке стекла в печах периодического действия все стадии процесса стекловарения осуществляются последовательно одна за драгой в объеме горшка или ванны, а варка и выработка стекломассы разделяются во времени. В разогретый горшок или ванну засыпают шихту и бой стекла, затем стекломассу проваривают, охлаждают и вырабатывают. Цикл варки включает следующие этапы: разогрев печи, засыпку боя, засыпку шихты, варку, бурление, осветление, студку и выработку. Затем цикл повторяется. Продолжительность цикла для сортового стекла составляет 24 – 32 ч, для технического – 24 - 48 ч. После провара стекломасса содержит значительное количество газовых включений, ускорение осветления достигается искусственными приемами бурления стекломассы. Для бурления используют сжатый воздух или старинный прием – бурление посредством пропитанного водой куска дерева (чурки). Выделяющиеся при бурлении газы (воздух, пары воды) образуют в стекломассе крупные пузыри, которые по пути к поверхности стекломассы застывают пузыри из расплава.