Технология производства.

Варка стекла в горшковых печах.

Шихта в стекловаренном горшке получает тепло главным образом за счет излучения от свода печи и частично за счет теплопроводности стенки горшка, обращенной к факелу пламени.

Рис. 1 Размеры стекловаренного горшка ёмкостью около 500 кг стекломассы

В круглых и прямоугольных горшковых печах как с верхним, так и с нижним подводом пламени части стен горшков, обращенных к стенам печи, не получают тепла, а скорее отдают его. Лишь небольшая поверхность шихты в печах с верхним пламенем получает тепло за счет конвекции. В этих условиях важное значение приобретает теплопрозрачность стекломассы. Чем она ниже, тем меньше толщина слоя, на которую будет действовать излучение, поэтому при варке стекломассы с малой теплопрозрачностью следует применять низкие и широкие стекловаренные горшки. И, наоборот, при стекломассах с высокой теплопрозрачностью можно применять более высокие горшки. Овальные горшки имеют преимущество перед круглыми, так как лишь небольшая часть их стенки обращена к стене печи. Для горшковых печей особое значение имеет высота свода печи: чем ниже свод, тем интенсивнее прогреваются горшок и находящаяся в нем шихта. Шихту нужно загружать только в горячие горшки, иначе процесс варки будет сильно замедлен. Температурный режим варки должен быть построен таким образом, чтобы первые стадии провара протекали интенсивно. Для этого необходимо плотно закрывать все окна и другие неплотности, через которые может засасываться холодный воздух, и подводить максимально допустимое для данной печи количество тепла. При замедлении темпа варки стекла на первой ее стадии, когда в шихте протекают эндотермические реакции, она не проваривается в должной мере. При этом уменьшается интенсивность выделения продуктов термической диссоциации; пузыри уже не могут пройти через вязкую стекломассу и процесс осветления затягивается. Вторую и третью порции шихты следует засыпать после того, как нижележащие слои проварились. После провара всей загруженной шихты стекломассу подвергают бурлению с помощью деревянной влажной чурки. Бурление ведут обычно 2-3 раза при максимально высоких температурах с промежутками в 0,5; 1 и 1,5 ч. После бурления стекломассе дают спокойно отстояться. Когда она освободится от включенных газов, в горшок до края насыпают стекольный бой. Если пробы стекла содержат не больше 1-2 крупных пузырей, температуру в печи начинают снижать до 1150-1100° С. Температурный максимум и кривую температурного режима варки стекла следует устанавливать для каждого сорта стекла с учетом его химического состава, легкоплавкости и активности в отношении огнеупоров. Общего правила для всех стекол и всех типов печей быть не может так, при варке хрусталя или некоторых оптических стекол, главным образом флинтов, не следует устанавливать температурный максимум выше 1300-1400°С. При обычно принятой температуре варки, например бутылочного стекла 1480 -1500°С, неизбежно усиленное взаимодействие свинцовой стекломассы со стенками горшков и появление резкой свили, которая портит стекломассу. Наоборот, при варке тугоплавких стекол обычные температуры (1480-1500°С) оказываются недостаточными. Практикуемая на некоторых заводах одновременная варка в много горшковых печах различных по химическому составу и своим особенностям стекол, чаще всего цветных и специальных, нецелесообразна и вредна. Условия, необходимые для одного стекла, задерживают и ухудшают варку другого. Так, свинцовые и некоторые цветные стекла необходимо варить в условиях окислительной среды, в то время как цветные стекла требуют восстановительной среды. Нельзя, например, варить одновременно в одной печи зеленое сигнальное стекло, для которого красящим компонентом является окись меди, и рубин, для последнего красящим компонентом является закись меди, восстанавливаемая в металлическую медь. Периодичность процесса варки стекла в горшковых печах обусловливает весьма трудные условия службы стекловаренных горшков: ежесуточно они переносят резкие, разрушительно действующие термические толчки, поэтому особое внимание должно быть уделено качеству горшков, от которых в значительной степени зависит качество стекломассы. Частые пороки стекломассы - свиль, шамотный камень и мошка вызываются недостаточной термической стойкостью и стеклоустойчивостью горшков. Для повышения устойчивости горшков рекомендуется обжигать их при высоких температурах (1450 -1480°С). К сожалению, на многих заводах в обжигательных печках нельзя развить температуру выше 1200°С. Горшки, обожженные при недостаточно высокой температуре, при первой же варке начинают разрушаться, поэтому заводам следует рекомендовать после вставки горшка в печь не засыпать его в течение суток шихтой и тем самым завершить его обжиг при высокой температуре (1450 -1480° С). На вторые сутки следует загрузить бой и отглазуровать расплавленным боем стенки горшка. Лишь после глазуровки стенок можно начать загрузку шихты. Потеря времени для одной варки компенсируются более длительной службой горшка.

Прокатка

Из всех применяемых к стеклу способов формования прокатка является наименее специфическим для него приемом, несомненно, заимствованным у других технологий. Процесс прокатки может быть осуществлен двумя способами: прокаткой на плоскости давлением катящегося вала и прокаткой между вальцами, вращающимися навстречу друг другу. Прокатка на плоскости является более старым способом и в настоящее время заменяется более совершенной прокаткой между вальцами. Схема первого прокатного станка, получившего промышленное значение, показана на рис. 2. Станок имеет две пары вальцов. Стекломасса выливается из ложки 1 на разливную плиту 2. Прокатанный между предварительными вальцами 3 пластичный лист поступает по наклонной плоскости 4 в окончательные (гладильные) вальцы 5, выравнивающие его. На пути от первой пары вальцов на вторую лист несколько растягивается под действием собственного веса, в результате чего окончательные вальцы должны иметь большую окружную скорость, чем предварительные.

Рис. 2 Схема прокатки стекла

Рис. 3. Схема выливания стекломассы в современных машинах для производства толстого листового стекла

Из гладильных вальцов лист по наклонной плоскости 6 поступает на приемный стол 7, движущийся слева направо. При прокатке между вальцами обе стороны листа охлаждаются более или менее одинаково: непрерывное вращение вальцов способствует равномерному распределению температуры по их поверхности; непродолжительное соприкосновение стекла с формующими поверхностями позволяет применять более холодную стекломассу, что уменьшает величину температурного градиента по толщине стекла. Все эти факторы обусловливают значительно меньшую волнистость и более гладкую поверхность листа, чем при прокатке на столе. Применение междувальцовой прокатки для производства гладкого стекла позволило изготовлять тонкие листы и, что особенно важно, дало большую экономию на шлифовке и полировке. Однако технологический процесс работы на этих станках имел еще существенные недостатки: питание ковшом не обеспечивало нужной для полированного стекла гомогенности; листы получались небольших размеров; наконец, крупным недостатком способа являлась его периодичность, не способствовавшая повышению производительности. Дальнейшее усовершенствование пошло по пути борьбы с этими недостатками. В начале 20-х годов текущего столетия в Европе большое распространение получил усовершенствованный периодический способ прокатки толстых листов стекла большой площади. Этот способ не являлся оригинальным, но он отличался продуманностью и учитывал опыт работы на всех других установках такого типа. Отметим главнейшие особенности этого способа. Как видно из схемы, изображенной на рис. 3, ось поворота горшка при выливании проходит не по середине горшка, а у верхнего края, так что стекломасса во время всего процесса выливания падает с одной и той же и притом очень небольшой высоты. Это способствует освобождению отливок от пузырей, с которыми очень трудно бороться при старом способе выливания. Вторая особенность заключается в устройстве промежуточного сосуда между горшком и вальцами, являющегося как бы питателем. Как видно из схемы процесса, стекломасса выливается из горшка сначала на некоторый

плоский поддон, простирающийся на всю ширину вальцов, который, по мере своего наполнения, начинает постепенно наклоняться и осторожно переливает стекломассу в пространство между вальцами всегда под одним и тем же напором. Это приспособление является самой важной особенностью этого способа, которая устраняет трудности литания вальцов стекломассой в периодических способах прокатки. Имеется еще одна немаловажная деталь: нижний вал делают слегка рифленым, так что и стекло приобретает легкое продольное рифление; приемные же столы, на которые поступает прокатанное стекло, делаются рифлеными в поперечном направлении. В результате лист стекла соприкасается с металлом лишь в отдельных точках, что существенно улучшает условия охлаждения. Очень длинный (до 20м) лист поступает не на один приемный стол, а на два-три стола, движущиеся один за другим. Одновременно стекло разрезается между столами. Таким образом, пока одна часть листа еще прокатывается, предыдущая уже отвозится на отжиг. Этим предотвращается слишком резкое, вызывающее растрескивание охлаждение стекла, которое было бы неизбежно при прокатке листа таких размеров старым способом. Этот способ, сохраняя типичные недостатки периодического процесса, сочетает преимущества прокатки на плоскости в отношении размера листов с преимуществами прокатки между вальцами в вопросе коробления стекла. Этим способом можно прокатывать листы площадью до 40м2 и толщиной от 4 до 20-25мм. Кроме того, этот способ обеспечивает высокое качество стекла и полное использование емкости больших стекловаренных горшков. В течение весьма долгого времени все попытки перехода на непрерывный режим оставались безрезультатными и лишь в 20-х годах текущего столетия удалось найти благоприятное решение. При непрерывном прокате струя стекломассы, вытекающая по желобу из бассейна ванной печи и регулируемая специальными заслонками, поступает в прокатное устройство, состоящее из двух полых, охлаждаемых водой вальцов. Прокатанная лента стекла поступает на охлаждаемую плиту и далее по роликовому транспортеру - в туннельную печь для отжига длиной свыше 100м. Высота падения струи массы стекла на нижний вал, количество стекломассы, подаваемого в единицу времени, скорость вращения валов и, наконец, температура стекломассы комбинируются таким образом, чтобы собирающаяся в бухте между вальцами под некоторым напором стекломасса стекалась на желаемую ширину. После того как проблема непрерывной прокатки толстого листового стекла была принципиально решена, стали появляться различные конструктивные варианты соответствующих машин. Постепенно они начали приобретать все более и более универсальный характер в отношении ассортимента выпускаемой продукции: толщина стекла могла быть изменяема в значительно более широких пределах: применяя гравированные вальцы, можно было получать рифленое и узорчатое стекло с наружным или внутренним рисунком.