7. Основные стадии стекловарения.

Стекловарение – термический процесс, в результате которого смесь разнородных компонентов образует однородный расплав.

5 стадий:

1) Силикатообразование – стадия химических реакций.

- испарение гигроскопической влаги

- обезвоживание гидратов, термическое разложение солей, переход твердых веществ в другие кристаллические модификации.

Химические реакции:

• твердофазовые – 300 – 800 ˚C

Na₂CO₃ + MgCO₃ = Na₂Mg(CO₃)₂ >300˚C

Na₂CO₃ + CaCO₃ = Na₂Ca(CO₃)₂ >550˚C

Na₂Mg(CO₃)₂ + 2SiO₂ = Na₂SiO₃ + MgSiO₃ + 2CO₂↑ 340 – 620 ˚C

Na₂Ca(CO₃)₂ + 2SiO₂ = Na₂SiO₃ + CaSiO₃ + 2CO₂↑ 600 – 800 ˚C

2CaCO₃ + SiO₂ = Ca₂SiO₄ + 2CO₂↑ >600 ˚C

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂↑ 700 – 850 ˚C

• образование карбонатных расплавов

Na₂Ca(CO₃)₂ – Na₂CO₃: 740 ˚C – эвтектика

Na₂CO₃: t_пл = 850 ˚C

Na₂Ca(CO₃)₂: t_пл = 820 ˚C

K₂CO₃: t_пл = 890 ˚C

• реакция разложения

MgCO₃ = MgO + CO₂↑ - 540 ˚C

CaCO₃ = CaO + CO₂↑ - 910 ˚C

Na₂Ca(CO₃)₂ = CaO + Na₂O + 2CO₂↑ - 960 ˚C

• реакция в жидкой среде

Na₂CO₃ + Na₂Si₂O₅ = 2Na₂SiO₃ + CO₂↑ - >830˚C

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂↑ - >850˚C

Na₂SO₄ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + SO₂ + ½O₂ - >890 ˚C

+ уголь = получение в ряде последних операций активной щелочи при t = 500 ˚C

2) Стеклообразование

В первичном расплаве остаются зерна песка. Содержание SiO₂ = 25 %

t = 1200 – 1250 ˚C (1300 ˚C)

Реакция растворения имеет физико – химическую природу, для полного протекания реакций необходимо постоянное обновление расплава у поверхности зерна.

Ускорить можно применением ПАВ (сульфаты).

3) Осветление

Источники газов в стекле:

- химически – связанные газы шихты (CaCO₃, MgCO₃- выделяют газы)

- адсорбирующиеся газы шихты (на поверхности частиц, пыли)

- газопламенное пространство печи

Газ может быть в видимом состоянии (мошка) и в растворимом. Встречаются: H₂O, CO₂, SO₂, O₂, N₂

Задача технолога – довести стекломассу до такого равновесного состояния, при котором мельчайшие пузырьки становятся не видимыми , а большие уходят из массы.

Параметры, влияющие на осветление:

- температура

- вязкость

- поверхностное натяжение

- давление газа

Чем больше размер пузырька, тем легче он выходит на поверхность. Для ускорения осветления – добавки, которые образуют крупные пузырьки и уменьшает поверхностное натяжение на границе газ – раствор, также используют механическое перемешивание, барботаж, вибрация, центрифугирование.

Температура окончания процесса = 1400 – 1500 ˚C, μ = 10 Па ∙ с

4) Гомогенезация

Одновременно с осветлением. Приемы совпадают с предыдущей стадией. Сваренное стекло в расплаве – сотообразованная структура, каждая ячейка которая отличается по составу и свойствам.

На этапе гомогенезации – разрушение ячеистой структуры стекломассы до требуемой степени.

5) Студка

Температура уменьшается на 300 - 400˚C до температуры формования, μ = 100 Па ∙ с

Главное условие – непрерывное медленное понижение температуры без изменения состава и давления газовой среды (вторичная мошка – нарушение условий). Для усиления охлаждения принимают преграды по стекломассе и газовому пространству печи.

8. Сущность и технологические особенности стеклообразования и осветления стекломассы как этапов варки стекла. ( см. вопрос 7)