4788

41

при транспортировании и сжигании, улучшить условия труда, создать условия для автоматического регулирования тепловых процессов;

4)улучшение структуры производства строительных материалов за счет организации массового выпуска изделий с пониженной материалоемкостью и улучшенными технико-экономическими характеристиками;

5)комплексная механизация и автоматизация производственных процессов с применением высокопроизводительного оборудования, автоматов-укладчиков кирпича-сырца на сушильные вагонетки, автоматов садчиков для печных вагонеток и др.; модернизация оборудования малопроизводительных машин периодического действия машинами периодического действия, создание автоматических линий;

6)дальнейшее повышение качества продукции на основе совершенствования стандартов и технических условий на готовую продукцию, тару, материалы, сырье и т.д.

Реализация указанных направлений позволит снизить себестоимость керамических материалов и изделий и трудовые затраты на их изготовление.

Стекло и изделия из него

Одним из широко распространенных искусственных строительных материалов является стекло. Стеклом называются все аморфнокристаллические материалы, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их химического состава и температурной области и затвердения. Эти материалы в результате постепенного увеличения вязкости обладают механическими свойствами твердых материалов. По сравнению с другими строительными материалами оно наиболее полно удовлетворяет требованиям современных архитектурно-конструктивных решений. Прозрачность стекла, его высокая механическая прочность, химическая стойкость, плотность, водо- и газонепроницаемость, способность к механической обработке позволяют использовать изделия из него в самых разнообразных конструкциях зданий и сооружений. Стекло может быть использовано не только для остекления оконных проемов, витражей, световых фонарей, но и как эффективный конструкционно-строительный, отделочный и

42

теплоизоляционный материал.

Материалы и изделия из стекла, применяемые в строительстве, в зависимости от назначения разделяются на следующие группы:

материалы для заполнения проемов зданий и сооружений - наиболее обширная группа строительных материалов из стекла, включающая листовые стекла различных видов и стеклопакеты; в свою очередь листовое стекло подразделяется на листовое оконное, витринное, армированное, узорчатое, увиолевое, трехслойное, закаленное и др.;

материалы для строительных конструкций - профильное стекло, стеклоблоки;

облицовочные и отделочные материалы - марблит, стемалит; плитки стеклянные облицовочные, коврово-мозаичные и ковры из них; смальта;

теплоизоляционные материалы - пеностекло, стеклянная вата и изделия из нее, стекловолокно.

Сырье для производства стекла

Сырьевые материалы, применяемые в производстве изделий из стекла делятся на две группы: главные и вспомогательные.

Главные сырьевые материалы составляют основные компоненты стекла / оксиды кремния, алюминия, бора, натрия, калия, кальция, магния /, они вводятся в стекломассу в виде природных соединений. Вспомогательные сырьевые материалы вводятся в стекло массу для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств.

Кремнезем - главный стеклообразующий оксид, с увеличением его содержания повышается тугоплавкость и химическая стойкость стекла. Он вводится в стекломассу в виде кварцевого песка или молотых кварцитов и песчаников. Основное требование к пескам для стекловарения: высокое содержание кремнезема и минимальное содержание примесей, снижающих прозрачность стекла. Для обеспечения постоянства состава шихты и удаления вредных примесей пески обогащают.

Глинозем - вводится в стекломассу в виде пегматита, полевошпатовых концентратов, а для, высокосортных стекол - в виде чистого оксида

43

алюминия. Влияние глинозема на свойства стекла аналогично действию кремнезема.

Оксид бора - придает стеклу ряд ценных свойств: способствует снижению коэффициента его температурного расширения, повышению термостойкости и химической устойчивости, механической прочности, уменьшению склонности стекла к кристаллизации, а также ускорению процесса его варки. Для введения оксида бора в стекломассу используют борную кислоту, буру, борсодержащие минералы.

Оксид натрия - способствует ускорению процесса стеклообразования и облегчению осветления стекломассы, но обуславливает повышение коэффициента температурного расширения стекла и снижение его химической устойчивости. Оксид натрия вводится в стекломассу в виде соды и сульфата натрия. В производстве стекла преимущественно используют синтетическую кальцинированную соду.

Оксид калия - снижает склонность стекла к кристаллизации, придает ему блеск и прозрачность. Сырьем для введения в стекломассу оксида калия являются поташ, калиевая селитра, горные, породы и отходы различных производств.

Оксид кальция - ускоряет реакции силикатообразования, способствует облегчению варки и осветления стекла, повышению его выработочных свойств, химической устойчивости. Оксид кальция вводится в стекломассу обычно в составе углекислых солей в виде мела, известняка, мрамора и известкового шпата.

Оксид магния – способствует улучшению кристаллизационных свойств стекла, снижению коэффициента температурного расширения, повышению механической прочности. При временном введении в

стекломассу оксидов алюминия и магния улучшаются выработочные свойства стекла, повышается его химическая устойчивость. В качестве сырья для введения в стекломассу оксида магния используют доломит, магнезит, доломитизированный известняк и др.

Вспомогательные сырьевые материалы по своему назначению подразделяются на следующие группы: ускорители варки, осветлители, обесцвечиватели, красители и глушители.

44

Ускорители варки - это вещества, способствующие появлению жидкой фазы стекломассы при более низких температурах и увеличению скорости процесса силикатообразования. Обычно используется кремнефтористый натрий. При содержании фтористых соединений в стекломассе 0,5 - 1, 5% продолжительность процесса варки снижается на 10 - 15%.

Осветлители - вещества, способствующие при высоких температурах освобождению стекломассы от газовых пузырей. В качестве осветлителей применяют сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий и аммоний, селитру.

Обесцвечиватели – могут оказывать как физическое действие на стекольную массу – создавать допополнительную окраску стекла примесью, так и химическое – переводить окрашивающую примесь в бесцветную форму. Обесцвечивателями физического действия являются селен и его соединения, оксиды никеля, марганца, кобальта. В качестве химических обесцвечивателей применяют сильные окислители: мышьяковистый ангидрид, двуоксид церия, селитру, сульфат натрия.

Глушители - вещества, способствующие получению непрозрачного стекла. Глушителями являются соединения фтора и фосфора, в частности криолит, кремнефтористый натрий, фтористый кальций, фосфорнокислый натрий.

Красители - вещества, окрашивающие стекла в различные цвета. Красители могут быть молекулярными, полностью растворяющимися в стекломассе и коллоидными, равномерно распределяющимися в ней в виде коллоидных частичек. К первым относятся соединения кобальта / синий цвет /, хрома / зеленый /, марганца / фиолетовый /, урана / желтый /, железа / коричневые и сине-зеленые тона /, а ко вторым - золото /рубиновый /, серебро / золотисто-желтый /, селен / розовый / и др.

Основные требования к качеству всех сырьевых материалов - их химическая однородность, постоянство химического и гранулометрического состава, содержание красящих примесей. От химической однородности и химического состава сырьевых материалов непосредственно зависит степень химической однородности стекломассы - один из решающих факторов получения стеклоизделий высокого качества.

45

Сырьевые материалы не должны иметь очень крупных или очень мелких фракций. Крупные фракции с недостаточно развитой реакционной поверхностью труднее провариваются. Очень мелкие фракции с более развитой реакционной поверхностью труднее перемешиваются как между собой, так и с зернами средних размеров и обладают склонностью к комкованию. Стекломасса, сваренная с использованием очень мелких фракций, труднее осветляется. Поэтому применительно к каждому виду сырья устанавливают оптимальные размеры зерен.

Прогрессивная технология производства стеклянных изделий

Производство стекла включает следующие основные операции: подготовку сырьевых материалов, приготовление стекольной шихты, варку стекла, формование изделий, отжиг формованных изделий.

Сырьевые материалы, поступающие на завод в виде кусков, предварительно дробят, затем подвергают сушке, тонкому измельчению. Кварцевый песок обогащают, высушивают. Подготовленные материалы просеивают через сито N 07-N 09. Составные компоненты, взятые для получения стекла заданного химического состава в строго определенном соотношении, взвешивают на автоматических весах, а затем перемешивают в смесителях тарельчатого типа, получая таким образом однородную шихту.

Основное требование к шихте - высокая степень однородности. Однородная шихта облегчает процесс стеклообразования и исключает ряд пороков в готовом стекле. С целью сохранения однородности шихты при транспортировке и загрузке в печь проводят ее брикетирование и гранулирование. В результате этих операций устраняется пыление шихты, а главное - расслаивание, ускоряется провар, улучшается качество стекломассы.

Стекловарение - главнейшая и самая сложная операция стекольного производства. Процесс варки условно принято делить на 4 стадии: силикатообразование, стеклообразование, гомогенизация, студка. Между этими стадиями нет четко определенных границ, они накладываются друг на

46

друга и последовательно переходят одна в другую, однако каждую из них можно охарактеризовать по главнейшим признакам протекающих процессов.

На 1-ой стадии - силикатообразовании - уже при температуре 4000С начинаются реакции в твердой фазе. Затем при нагревании появляется жидкая фаза и образовавшиеся силикаты превращаются в плотный монолитный спек. При дальнейшем нагревании силикаты расплавляются, начинается стадия стеклообразования.

В образовавшемся расплаве растворяются наиболее тугоплавкие компоненты - кремнезем и глинозем. Этот расплав насыщен газовыми пузырьками и неоднороден по составу. Газообразные включения удаляются из расплыва путем диффузии к поверхности стекломассы. Подъем газовых пузырьков к поверхности стекломассы может быть ускорен введением добавок, а также перемешиванием стекломассы, обработкой ультразвуком.

На стадии гомогенизации должна обеспечиваться химическая однородность стекломассы, так как после процессов силикато- и стеклообразования стекломасса представляет собой сотообразные или пучкообразные сплетения отдельных слоев, различающиеся по химическому составу. Решающим фактором обеспечения химически однородной стекломассы является повышение температуры варки. На рассматриваемом стадии температура повышается до 1400 - 16000С. Химическая однородность массы зависит от степени однородности и постоянства состава сырьевых материалов, шихты и условий варки, в частности уровня температур на стадиях стеклообразования и гомогенизации.

Студка - охлаждение стекломассы до такой температуры, при которой она приобретает оптимальную для принятого метода выработки стекла вязкость. На этой стадии стекломасса должна быть не только охлаждена до установленной выработочной температуры, но и подведена к местам формирования стекла.

Для варки стекла применяют периодические и непрерывно действующие ванные печи. В производстве строительного стекла в настоящее время используются мощные автоматизированные стекловаренные ванные печи непрерывного действия производительностью по сваренной стекломассе до

47

350 т/сут, а в последнее время-до 600 т/сут.

Стекловаренная печь - главный агрегат в технологическом процессе производства стекла. Изготавливают печи из oгнеупорныx материалов. Печь имеет от 6 до 8 пар горелок. В качестве топлива используется природный газ. Максимальная ширина бассейна варочной части достигает 10 м, общая длина – 65 - 70 м, глубина бассейна – 1,2 - 1,5 м.

Шихту и стеклобой загружают через загрузочный карман, соединенный с бассейном печи. Перемещаясь вдоль печи, шихта под воздействием высоких температур превращается в стекломассу, пройдя последовательно все стадии процесса. Охлажденная до необходимой выработочной температуры стекломасса поступает в выработочные каналы на формирование изделий.

Формирование стеклянных изделий из расплавленной стекломассы называют выработкой. Оно может производиться вытягиванием, прокатом, прессованием, выдуванием, литьем и комбинированными способами. Выбор метода выработки зависит от их конфигурации. Сложные изделия из двух и более деталей изготовляют свариванием или склейкой. Листовое стекло вырабатывают из вязкой стекломассы путем вытягивания или проката. При лодочном и безлодочном способах выработки стекла применяются машины вертикального вытягивания.

Принцип формирования изделий при лодочном способе заключается в следующем. В выработочный канал, где стекломасса охлаждена до 1000 С, погружается шамотовый параллелепипед / лодочка / со сквозным продольным вырезом в виде щели. Стекломасса выдавливается через щель лодочки, прихватывается к металлической затравочной раме и оттягивается вверх с помощью асбестовых валиков машины вертикального вытягивания в виде плоской стеклянной ленты.

При безлодочном способе лента стекла формируется со свободной поверхности расплавленной стекломассы. Для этого в стекломассу погружается поплавок на определенную глубину, благодаря чему создается направленный поток стекломассы. При этом способе вытягивание ленты производится сначала вверх, а затем она перегибается через вал, расположенный на некоторой высоте над зеркалом стекломассы, и далее вытягивается в горизонтальном направлении. За счет изменения глубины

48

погружения поплавка регулируется толщина ленты: чем глубже погружен поплавок, тем она тоньше.

Лодочный способ является основным в производстве листового стекла. Преимущество этого способа: заключается в возможности получения стекла любой толщины / 0,6 - 12 мм /, недостаток - резко выраженная плотность и волнистость вырабатываемого стекла, а также невысокая скорость вытягивания стеклянной ленты / 45 - 50 м/ч /.

В нашей стране освоен способ непрерывно производства листового стекла / флоат - процесс / - формование ленты стекла на поверхности расплавленного металла. В настоящее время флоат - процесс основной способ производства полированного листового стекла. По этому способу изготовляют стекла, окрашенные в массе, а также стекла с поверхностью, модифицированнной металлами. Разрабатывают и осваивают способы производства армированного, узорчатого и профилированного стекла, пеностекла и др. видов изделий.

Сущность флоат - процесса состоит в том, что определенная доза стекломассы, имеющей температуру 10500 С, поступает из стекловаренной печи в прокатную машину, а затем по наклонной плите в специальную ванну на зеркальную поверхность расплавленного металла / олова / и, растекаясь, превращается в ленту. Перемещаясь по расплаву, лента проходит последовательно зоны нагрева огневой полировки и охлаждения. Нагрев ленты снизу осуществляется расплавленным металлом и сверху - газом. Температура в зоне нагрева составляет 1000 – 10500С, благодаря чему все неровности на ленте исчезают и толщина ее становится одинаковой. На выходе из зоны охлаждения лента имеет температуру 6000С и направляется в отжигательную печь. Для предупреждения окисления олова во флоат - ванне поддерживают азотно-водородную защитную атмосферу, иначе на поверхности стекла будут образовываться дефекты.

Выработанное тем или иным способом стекло подвергается специальной термической обработке - отжигу. При выработке стекло охлаждается неравномерно; наружные слои остывают быстрее, внутренние - медленнее изза низкой теплопроводности стекла. В результате отформированных изделиях

49

появляются внутренние температурные напряжения, которые могут вызвать разрушение изделий. Для уменьшения этих напряжений изделия подвергают отжигу, нагревая до температуры на 200С ниже температуры размягчения стекла / 400 – 6000С / и медленно охлаждают.

Основные виды стеклянных изделий

Листовое стекло - основной материал, вырабатываемый стекольной промышленностью. Это изделие из стекла в виде плоских листов, отношение ТОЛЩИНЫ которых к длине сравнительно невелико и составляет приблизительно 0,15 - 1,5 %.

Стекольной промышленностью вырабатывается широкий ассортимент листового стекла: обычное оконное, витринное / полированное и неполированное /, армированное, узорчатое, трехслойное и др. Вместо обычного двойного остекления окон, витражей, световых фонарей в настоящее время широко используются стеклопакеты, изготовляемые на основе различных видов стекла. Большая часть листового стекла используется в промышленном, гражданском, жилищном и сельскохозяйственном строительстве. Листовое стекло производят Константиновский. Саратовский, Лисичанский, Горьковский, Гродненский, Гомельский и др. стекольные заводы.

Оконное стекло - бесцветное прозрачное тянутое листовое стекло с гладкими поверхностями. В общем выпуске стекла - 90%.

Закаленное стекло / сталинит / - обычное листовое стекло, подвергнутое закалки, т.е. нагреву до 600 – 6700 С и резкому и равномерному воздушному охлаждению. Закаленное стекло легко претерпевает изменение температуры в пределах до 2700 С. Выпускается в виде листов определенных размеров, которые нарезаются в виде обычного стекла перед его закалкой, т.к. резать такое стекло обычным алмазом невозможно. Применяется для изготовления целых дверных полотен без обвязок, для остекления частей автомобильных, железнодорожных, и воздушных транспортных средств.

Трехслойное стекло / триплекс / получают путем склеивания двух или трех листов обычного стекла с помощью целлулоида ацетилцеллюлозы или бутафоли в автоклавах при высоком давлении и температуре 92 –

50

1000С. Триплекс обладает более высокой прочностью, чем обычное листовое. При разрушении в нем появляются радиально расходящиеся трещины, образующиеся при этом осколки не отскакивают, а удерживаются промежуточным слоем. Выпускается оно в виде прямоугольных или фасонных листов. Триплекс нельзя резать алмазом. Применяется он для устройства дверей и фонарей дневного освещения, для остекления салонов городского транспорта, самолетов и т.д.

Армированное стекло - это листовое стекло, в котором параллельно его поверхности закатана металлическая сетка с ячейками прямоугольной, шестигранной или ромбовидной формы. Оно применяется для остекления лестничных клеток, кабин подъемников, кровель промышленных зданий, фонарей и устройства перегородок.

Узорчатое стекло - имеет на одной из поверхностей четкий рельефный узор глубиной 0,5...1,5 мм. Оно может быть бесцветным, окрашенным в массе или посредством нанесения на его поверхность пленок оксидов различных металлов. Узорчатое стекло рассеивает свет, поэтому его применяют в тех случаях, когда необходимо создать равномерное и мягкое освещение» а также защитить помещения от действия прямых солнечных лучей.

Витринное стекло - представляет собой бесцветное листовое стекло с гладкими плоскостями, имеет большие размеры по сравнению с оконным. Стекольной промышленностью вырабатывается плоское и гнутое, неполированное и полированное витринное стекло. Оно характеризуется высоким пределом прочности при сжатии - до 1200 МПа. Неполированное витринное стек применяют для остекления витрин и больших световых проемов в торговых и общественных зданиях. Полированное витринное стекло используют преимущественно при возведении уникальных зданий.

Увиолевое стекло - может пропускать активную часть спектра солнечного излучения. Ультрафиолетовые лучи с длиной волн 280 - 320 нм благотворно действуют на развитие и жизнедеятельность человека, животных и растений. Обычное оконное стекло поглощает эту область ультрафиолетовых лучей спектра. Указанное свойство этих стекол предопределяется их химическим составов и степенью чистоты сырьевых