25. Ванные стекловаренные печи, устройство, работа
Ванная стекловаренная печь представляет собой сложный теплотехнический агрегат, конструкция которого зависит от способа обогрева, направления движения газов, способа разделения бассейна и пламенного пространства. Главная часть печи — бассейн (ванна), выложенный из огнеупорных брусьев, поэтому печи называются ванными. Варочная часть бассейна (ванны) обычно имеет прямоугольную конфигурацию в плане. Она состоит из рабочей камеры, горелок, устройства для использования тепла отходящих газов (рекуператоров или регенераторов), переводных клапанов, фундаментов, опор и каркаса. С одного торца ванны через загрузочный карман непрерывно автоматически загружается в печь шихта, доставляемая в контейнерах. Уровнемеры регистрируют уровень зеркала стекломассы. Если он поднимается выше заданного предела, то загрузчик шихты автоматически отключается. По мере выработки уровень стекломассы понижается, срабатывает система автоматического включения загрузчика и в ванну поступает новая порция шихты. В производстве сортовой посуды преимущественно применяют ванные печи с протоком, который располагается ниже уровня дна варочной чести. Из протока отбирают лучше проваренную и более охлажденную стекломассу. Различные стадии стекловарения протекают одновременно в разных зонах печи. Оптимальные температуры в зонах варки 1420°С, осветления — 1430°С, выработки — 1260°С.
Обычно различают верхнее и нижнее строение ванной печи. Верхнее строение состоит из рабочей камеры и горелок, а нижнее, соединенное каналами с верхним, включает теплоиспользующие устройства, каналы для отвода отходящих газов, фундамент и стены или колонны, поддерживающие верхнее строение.
В стекольной промышленности наиболее распространены непрерывно действующие ванные печи. Их применяют для варки и выработки листового, сортового, бутылочного, тарного и другого массового промышленного стекла. Эти печи более экономичны, производительны и легко поддаются механизации и автоматизации.
Рис. 2 Ванные печи
а — регенеративная печь с поперечным направлением пламени, б — то же с подковообразным, в — рекуперативная печь с продольным направлением пламени, г — то же с комбинированным, д, е — то же, с подковообразным.
В ванных печах (рис. 2, а-е) газы могут двигаться в поперечном, продольном, подковообразном и комбинированном направлениях по отношению к направлению движения стекломассы. Поперечное направление газов понимается как перпендикулярное потоку стекломассы, продольное — как параллельно или совпадающее с ним. В регенеративных печах применяют поперечное и подковообразное направление газов, в рекуперативных, кроме того, продольное и комбинированное.
В средних и крупных ванных печах обычно применяют поперечное направление газов, и горелки располагают на продольных сторонах печи. Такое расположение горелок позволяет регулировать распределение температур, давлений и состава газовой среды по длине печи.
26. Отжиг стеклоизделий, печи. Кривая отжига штучных изделий
Быстрое охлаждение отформованного стеклоизделия может привести к созданию в нем внутренних напряжений. Когда процесс охлаждения заканчивается и температура наружных и внутренних слоев выравнивается, внутренние напряжения могут остаться (тогда они называются остаточными) или исчезнуть (такие напряжения называются временными). Остаточные и временные напряжения возникают при разных температурах охлаждения стекла. На возникновение напряжений влияют различные факторы, например скорость охлаждения изделий, их массивность. Для того чтобы в изделии не было опасных для эксплуатации напряжений, его подвергают тепловой обработке — отжигу. Стекло может разрушиться, если остаточные напряжения в нем достигают 700 кгс/см2. В процессе отжига эти напряжения снижаются до 35 кгс/см2, т. е. до 5%. Для каждого вида стекла в зависимости от его конфигурации и химического состава устанавливают свой режим отжига. Для этого определяют, прежде всего, температурный интервал, в котором могут возникнуть или исчезнуть остаточные напряжения. Этот интервал, называемый зоной отжига стекла, ограничивается высшей и низшей температурой отжига. Разница между высшей и низшей температурами отжига для обычных стекол составляет 100° С, а для оптического стекла — 150° С. Процесс отжига стекла состоит из четырех стадий (рис. 3).
Рис. 3 Кривая отжига: а — штучных изделий, б — листового стекла; I—IV — стадии отжига
I стадия — предварительный нагрев или охлаждение (отрезок I). Изделия доводятся до заданной высшей температуры отжига со скоростью, не вызывающей их разрушения. II стадия — выдержка при постоянной температуре (отрезок II). Изделия выдерживают при высшей температуре отжига в течение времени, достаточного для заданного уменьшения напряжений. III стадия — медленное охлаждение (отрезок III). Изделия охлаждаются с достаточно малой скоростью, не допускающей возникновения новых остаточных напряжений, превышающих заданные. IV стадия — быстрое охлаждение (отрезок IV). Изделия охлаждаются со скоростью, обеспечивающей допустимые временные напряжения.
Температура, скорость охлаждения и продолжительность каждой стадии зависят от вида изделия, его конфигурации, химического состава. Поэтому для каждого производственного процесса устанавливают свой особый режим отжига. При отжиге листового стекла, вырабатываемого машиной ВВС, II стадия отсутствует. При изготовлении стеклоизделий большое значение имеет контроль качества отжига. Методы контроля качества отжига основаны на том, что в стекле под действием внутренних напряжений возникает двойное лучепреломление, которое проявляется в виде окраски при просмотре в полярископе.
Стеклоизделия отжигают в камерных, вагонеточных, муфельных, роликовых, циркуляционных и вертикальных печах. Наибольшее распространение получили муфельные отжигательные печи ЛМН-1000-18 и 2ПО-180. Эффективность муфельных печей высока, так как для тепловой обработки стеклоизделий максимально используется тепло самих отжигаемых изделий. Листовое стекло отжигают также в электрических отжигательных печах ЭПО-160.