4.4. Гомогенизация и студка стекломассы
Гомогенизация протекает одновременно с осветлением. Приемы ускорения осветления в большинстве своем ускоряют также и гомогенизацию стекломассы. Неоднородность стекломассы может возникать вследствие недостаточно однородной шихты в результате плохого перемешивания компонентов или их расслоения при транспортировании к месту загрузки в стекловаренную печь. Однако и при отсутствии такой начальной неоднородности только что сваренная стекломасса представляет собой сотообразную структуру, каждая ячейка которой отличается от другой по составу и свойствам. Ячеистая структура стекломассы возникает в результате особенностей процесса стеклообразования. Стекольная шихта почти на 3/4 состоит из кварцевых зерен со средним размером около 0,2-0,5 мм.
Реакции силикатообразования идут на поверхности кварцевых зерен, вокруг каждого зерна возникает сферическая зона растворения, состоящая из расплава силикатов переменного состава. После завершения реакций силикатообразования наступает очередь растворения в силикатном расплаве остатка непрореагировавшего кварцевого зерна. В силу ряда причин – различия в размерах зерен, высокой вязкости расплава, замедленности диффузионных процессов образуются сферические зоны ячейки, ограничивающие реакционную область исчезнувшего кварцевого зерна со своей границей раздела, созданной несколько отличным от соседних ячеек поверхностным натяжением. Ячеистая структура вследствие пограничных натяжений может быть обнаружена при наблюдении в поляризованном свете, ее можно также проявить с помощью травления поверхности стекла смесью плавиковой и серной кислот.
На этапе гомогенизации происходит разрушение ячеистой структуры стекломассы и ее усреднение по составу до степени, определяемой стандартами. Так, например, степень однородности оптического стекла должна быть выше степени однородности оконного стекла примерно в 5 раз.
Гомогенизации способствуют выделяющиеся из стекломассы газы, повышение температуры и соотвественно понижение вязкости, повышение скорости диффузии и массообмена, а также механическое перемешивание и бурление стекломассы с помощью сжатых газов (воздух, азот, кислород и др.).
Все эти приемы в конечном счете приводят к тому, что неоднородная, сотоподобная структура стекломасса превращается в более или менее однородную. При подъеме пузырей к поверхности расплава они при своем движении разрывают и растягивают пограничные пленки ячеек, перемешивают неоднородные микроучастки и облегчают взаимную диффузию, выравнивая концентрацию химических компонентов.
Наиболее интенсивно процесс гомогенизации осуществляется при использовании механического перемешивания с помощью огнеупорных мешалок пропеллерного типа. Широкое распространение механическое перемешивание стекломассы получило на заводах оптического стекла. Оптическое стекло является наиболее однородным по сравнению с другими типами стекол, и это достигается с помощью механических мешалок. Сравнительно недавно механическое перемешивание стекломассы стали применять в производстве сортового стекла, а также на некоторых ванных печах при изготовлении массовых типов листовых стекол (оконного, термически полированного и др.).
Завершающим этапом стекловарения является студка. При этом температура стекломассы снижается (на 300-400 ºС) до температуры, необходимой для формования.
Главное условие во время охлаждения – непрерывное медленное снижение температуры без изменения состава и давления газовой среды. Нарушение этого условия может вызвать сдвиг установившегося равновесия газов и образование так называемой вторичной мошки.
Для усиления охлаждения стекломассы применяют разные преграды по стекломассе и по газовому пространству ванной печи. Назначение преград ослабить конвекционные потоки и ограничить передачу тепла из варочной в студочную часть печи. Эти приемы не должны вызывать термическую неоднородность стекломассы, которая может явиться причиной расстройства работы формующих машин и нарушения производства.