Производство стекла
Стеклами называются переохлажденные расплавы смесей оксидов и бескислородных соединений с высокой вязкостью, обладающие после охлаждения механическими свойствами твердого тела.
В структуре стекла существуют аморфные и кристаллические фазы, находящиеся в состоянии неустойчивого равновесия. Вследствие весьма высокой вязкости стеклянного расплава скорость кристаллизации его мала и равновесие почти полностью сдвинуто в сторону аморфной фазы, т.е. стекло имеет преимущественно аморфную структуру. Поэтому стеклам присущи специфические свойства, характерные для аморфных тел: отсутствие четкой температуры плавления и переход из твердого состояния в жидкое в некотором интервале температур, который характеризуется температурой размягчения, а также изотропность оптических свойств.
Состав силикатных стекол может быть выражен общей формулой:
nR2О * mRО *рR2О3 *qRО2,
где n, m, р, q –переменные величины,
R2О – оксиды щелочных металлов Nа2О, К2О, Li2О3;
RО - оксиды щелочно-земельных и других двухвалентных металлов;
R2О3 –кислотные оксиды Аl2О3, В2О3, Fе2О3;
RО2 –оксид кремния SiО2, составляющий 72% массы.
Всем стеклам присущи некоторые общие свойства: прозрачность, низкая теплопроводность, диэлектрические свойства, высокая химическая стойкость к кислотным реагентам. Свойства стекол зависят от их состава, от соотношения основных и кислотных оксидов.
Оксиды щелочных металлов снижают вязкость, температуру размягчения, механическую прочность и твердость стекол. Оксиды щелочно-земельных металлов позволяют регулировать вязкость стеклянных расплавов в заданных пределах. Кислотные оксиды повышают механическую прочность, термическую и химическую стойкость стекол.
По назначению стекла делятся на строительное, тарное, бытовое, художественное, химическое, оптическое и стекла специального назначения.
Сырьем для производства стекол служат разнообразные природные и синтетические материалы.
По их роли в образовании стекла, они делятся на пять групп:
1.Стеклообразователи, создающие основу стекла: оксиды кремния и свинца (II), карбонаты натрия, калия и кальция, сульфаты натрия и бария, борная кислота, бура, оксид алюминия.
2.Красители, придающие стеклу необходимый цвет: оксиды и соли металлов, образующих в стекле коллоидные растворы: меди (I), железа (II), кобальта (II), хрома (III), хлорида золота, сульфата меди (II) и др.
3.Глушители, делающие стекла матовыми и молочными: оксиды мышьяка (III), олова (IV), сульфид олова (II).
4.Обесцвечиватели, устраняющие желтую и зеленоватую окраску стекла: оксид марганца (IV).
5.Осветлители, удаляющие из стекломассы газовые включения: нитрат натрия, хлорид аммония, оксид мышьяка (III) и др.
В химическое стекло и стекло «пирекс» входит также оксид бора (III).
Процесс производства стеклянных изделий:
Сырье
Подготовка компонентов
Приготовление шихты
Варка стекломассы
Стеклянное изделие
Формование изделия
В подготовку компонентов сырья входят операции промывки, сушки, измельчения, классификации и брикетирования веществ. Подготовленные таким образом материалы смешиваются в нужных пропорциях для образования однородной смеси- шихты, поступающей на стадию высокотемпературной обработки – варку стекломассы. Все материалы, используемые в стекловарении, должны быть чистыми, однородными по химическому составу и не превышать допустимого предела влажности.
Варка стекломассы – это совокупность сложных физико-химических процессов, протекающих в гетерогенной системе через стадии собственно варки, осветления (гомогенизации) массы и ее охлаждения. Эти процессы начинаются в твердой фазе до расплавления шихты и продолжаются в расплаве. Для варки стекломассы используют стекловаренные печи различной конструкции.
Методы формования стеклянных изделий из стекломассы весьма разнообразны и зависят от их вида и назначения. Важнейшими методами формования изделий являются:
– выдувание и прессвыдувание на прессвыдувочных машинах;
– вытягивание на автоматических машинах;
– прессование на автоматически прессах;
– отливка в формы и т.д.