4.Технология производства стекла строительного профильного и его технико-экономическая оценка

Производство строительного стекла состоит из следующих основных операций: подготовка сырьевых материалов, приготовление стекольной шихты, варка стекла, формование изделий, отжиг отформованных изделий.

Сырьевые материалы, применяемы в производстве изделий из стекла, делятся на две группы: главные и вспомогательные. Главные сырьевые материалы используются для введения в стекломассу основных компонентов стекла: оксидов кремния, алюминия, бора, натрия, калия, кальция и магния. Вводятся в стекломассу они, как правило, в виде природных соединений (песок, сода, доломит, известняк, сульфат, пегматит). Вспомогательные сырьевые материалы вводятся в стекломассу для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств. Это восстановители, окислители, красители, осветлители, обесцвечиватели и ускорители варки.

Подготовка сырьевых материалов заключается в дроблении, тонком измельчении, сушке, сортировке и их обогащении.

Стеклянную шихту приготавливают путем тщательного перемешивания предварительно подготовленных и строго отвешенных в определенном соотношении сырьевых материалов, взятых для получения стекла заданного химического состава. Основное требование к шихте – высокая степень однородности.

Приготовленная шихта подается на варку стекла. Процесс варки стекломассы условно принято делить на три стадии: силикатообразование, стеклообразование и студку. Между этими стадиями нету четко определенных границ, все они накладываются и последовательно переходят одна в другую, однако каждую из них можно охарактеризовать по главным признакам протекающих процессов.

При нагревании шихты вначале испаряется гигроскопическая и химически связанная вода. На стадии силикатообразования происходит термическое разложение компонентов, реакции в твёрдой и жидкой фазе с образованием силикатов, которые вначале представляют собой спекшийся конгломерат, включающий и не вступившие в реакцию компоненты. По мере повышения температуры отдельные силикаты плавятся и, растворяясь друг в друге, образуют непрозрачный расплав, содержащий значительное количество газов и частицы компонентов шихты. Стадия силикатообразования завершается при 1100-1200 °С.

На стадии стеклообразования растворяются остатки шихты и удаляется пена - расплав становится прозрачным; стадия совмещается с конечным этапом силикатообразования и протекает при температуре 1150-1200 °С. Собственно стеклообразованием называют процесс растворения остаточных зёрен кварца в силикатном расплаве, в результате чего образуется относительно однородная стекломасса. В обычных силикатных стеклах содержится около 25% кремнезёма, химически не связанного в силикаты (только такое стекло оказывается пригодным по своей химической стойкости для практического использования). Стеклообразование протекает значительно медленнее, чем силикатообразование, оно составляет около 90% от времени, затраченного на провар шихты и около 30% от общей длительности стекловарения. Обычная стекольная шихта содержит около 18% химически связанных газов (СО₂, SO₂, O₂ и др.). В процессе провара шихты эти газы в основном удаляются, однако часть их остаётся в стекломассе, образуя крупные и мелкие пузыри.

На стадии осветления при длительной выдержке при температуре 1500-1600 °С уменьшается степень пересыщения стекломассы газами, в результате чего пузырьки больших размеров поднимаются на поверхность стекломассы, а малые растворяются в ней. Для ускорения осветления в шихту вводят осветлители, снижающие поверхностное натяжение стекломассы; стекломасса перемешивается специальными огнеупорными мешалками или через неё пропускают сжатый воздух или др. газ.

Одновременно с осветлением идёт гомогенизация - усреднение стекломассы по составу. Неоднородность стекломассы обычно образуется в результате плохого перемешивания компонентов шихты, высокой вязкости расплава, замедленности диффузионных процессов. Гомогенизации способствуют выделяющиеся из стекломассы газовые пузыри, которые перемешивают неоднородные микроучастки и облегчают взаимную диффузию, выравнивая концентрацию расплава. Наиболее интенсивно гомогенизация осуществляется при механическом перемешивании (наибольшее распространение эта операция получила в производстве оптического стекла).

Последняя стадия стекловарения - охлаждение стекломассы (студка) до вязкости, необходимой для формования, что соответствует температуре 700-1000 °С. Главное требование при студке - непрерывное медленное снижение температуры без изменения состава и давления газовой среды; при нарушении установившегося равновесия газов образуется т. н. вторичная мошка (мелкие пузыри).

Для получения профильного стекла применяют щелочное прокатное и термостойкое стекло. Температура стекломассы, поступающей на формование, должна быть на 20— 30° С выше, чем при производстве прокатного стекла, поскольку отформованная лента стекла теряет в форме профилирования дополнительную часть тепла. При использовании водоохлаждающих форм температуру ленты стекла на входе в формующее устройство увеличивают еще на 25- 30°С.

Профильное стекло формуют на любой прокатной машине в один или несколько потоков. В связи с этим по-разному выполняют сливные линейки машины. С помощью ограничителей производственный поток стекломассы разделяют на необходимое число потоков формования. Формование профильного стекла заключается в том, что лента стекла после Прокатной машины поступает в устройство, состоящее из двух составных полуформ, формующего и дополнительных   вкладышей. Лента стекла как бы протаскивается через формующее устройство, неподвижно стоящее между прокатной машиной и печью отжига и сворачивается вокруг формующего, вкладыша в заданный профиль. Дополнительные вкладыши предохраняют от деформации сохранивший еще пластичность материал, идущий на отжиг.

Изделия швеллерного типа формуют следующим образом. Края пластичной ленты стекла при подходе к правой и левой графитовым полуформам начинают загибаться, а затем при помощи графитовых вкладышей ,  роликов приобретают форму швеллера. Готовое профильное стекло поступает на рольный стол и далее в печь отжига.

Изделия коробчатого типа формуются сложнее . При помощи полуформ и графитовых вкладышей кромки загибаемых сторон ленты стекла накладываются друг на друга и благодаря пластичности и давлению прижимных графитовых роликов свариваются между собой, образуя продольный стык в центре профиля. Внутренние графитовые вкладыши, сцепленные между собой, препятствуют прогибу верхней поверхности коробки во время формования, пока стекло полностью не затвердеет. Отформованное изделие поступает в печь отжига.

Для отжига изделия коробчатого типа требуется больше времени, чем для отжига швеллерного изделия.

Блок-схема технологического процесса производства профильного строительного стекла: 1 - подготовка сырьевых материалов и приготовление шихты;

2 – варка стекла;

3 – формование стеклянных изделий(лент стекол);

4 – отжиг стеклоизделий