Р ис. 46. Технологическая схема производства листового строительного стекла:
1 – сушильный барабан; 2 – циклон; 3 – вентилятор; 4 – элеватор; 5 – сито; 6 – бункер; 7 – транспортер; 8 – секционный бункер сырья (мела, угля, соды и т.д.); 9 – дезинтегратор; 10 – бегуны; 11 – щековая дробилка; 12 – молотковая дробилка; 13 – вагонетка-весы; 14 – смешение шихты; 15 – стекловаренная печь; 16 – машина для вытягивания стекла
Стадия стеклообразования происходит при повышении температуры до 1150-1200 °С, в этот момент завершаются процессы силикатообразования, образуется неоднородная, пронизанная пузырьками газа стекломасса.
Стадия дегазации наступает при повышении температуры до 1400-1500 °С, в этот момент происходит удаление газов и осветление стекломассы, а мельчайшие пузырьки перестают быть видимыми.
Стадия гомогенизации (усреднения) происходит параллельно со стадией дегазации.
Стадия студки стекла – этап, при котором происходит равномерное понижение температуры на 200-300 °С для обеспечения необходимой вязкости стекломассы при выработке стекла.
Для выработки листового стекла применяют вытягивание, прокат и огневую полировку; вытягиванием получают оконное стекло толщиной до 6 мм, прокатом и огневой полировкой – витринное, армированное и другие виды стекла. После выработки стекла оно подвергается отжигу и закалке для уменьшения хрупкости и повышения прочности.
Изделия из стекла
Обычное оконное стекло изготовляют в виде листов толщиной от 2 до 6 мм. Размеры листов – от 250х250 мм до 1600х2200 мм. Помимо оконного стекла изготовляется декоративное цветное, прозрачное и непрозрачное; стекло закаленное, отличающееся высокой прочностью на удар и изгиб; стекло профильное: швеллерное и коробчатое.
Стеклянные блоки – это полые светопрозрачные детали с различной фактурой внутренних и наружных поверхностей. Эти изделия предназначены для заполнения световых проемов. Размеры – 194х194х98 мм.
Профильное строительное стекло представляет собой элементы швеллерного или коробчатого сечения. Используется для светопрозрачных ограждений и самонесущих стен в строительстве.
Стеклопакеты представляют собой два или несколько листов стекла, герметично соединенных по периметру. Применяют для остекления промышленных, гражданских и общественных зданий.
Стекловолокно и стеклянная вата подробно рассмотрены в разделе теплоизоляционных материалов.
Каменное и шлаковое литье
Производство каменных литых изделий включает подготовку шихты, ее плавление, отливку изделий, кристаллизацию и отжиг. Подготовка шихты заключается в дроблении и помоле сырьевых материалов, их тщательном перемешивании до получения однородной массы.
Материалы из каменного расплава обладают высокой прочностью, износостойкостью и стойкостью в химически агрессивных средах. Сырьем служат горные породы, преимущественно базальты и диабазы, обладающие пониженной вязкостью в растворах. Для плавки шихты используют шахтные, ванные, вращающиеся и электрические печи.
Плавка базальта производится при температуре 1450 °С. Готовый расплав стекает в разливочный копильник, где охлаждается до температуры 1250 °С. Охлаждение расплава благоприятно сказывается на структуре отливаемых изделий и уменьшает количество усадочных дефектов. Отливки подвергают кристаллизации и отжигу.
Для получения светлого каменного литья используют печи с вертикальными угольными электродами. Температура плавления светлой каменной массы несколько выше – 1500 °С. При варке происходит осветление массы, постепенное исчезновение темного оттенка, обусловленного присутствием оксидов железа. Последние восстанавливаются углеродом, образуя ферросилиций, который оседает на дно печи и удаляется. Часть свободного углерода сгорает и углекислый газ удаляется при дегазации.
Для разливки расплава применяют формы из чугуна или жароупорной стали. При охлаждении каменного литья в формах начинается кристаллизация. Для получения заданной структуры необходимо строго регулировать время кристаллизации, необходимое для перехода массы из жидкого состояния в кристаллическое. За процессом кристаллизации следует стадия медленного охлаждения – отжиг, в процессе которого снимаются температурные напряжения. Охлаждение в формах и отжиг производятся в специальных печах (муфельных, тоннельных или камерных). Кристаллизация осуществляется при температуре 800-900 °С, затем изделия поступают в зону отжига и далее – на склад готовой продукции.
Способ литья представляет возможность быстро и экономно из природных каменных материалов готовить изделия любой формы, причем по своей однородности и техническим свойствам плотные изделия из плавленных каменных пород зачастую превосходят природные каменные материалы.
Широкое применение нашли плитки для полов в помещениях с агрессивными средами, облицовочные изделия для химических предприятий, брусчатка для мощения дорог, минеральная вата и изделия из нее.
Шлаки металлургической промышленности являются ценным сырьем для получения различных материалов. Производство изделий из шлаковых расплавов выгодно и экономично, поскольку не требуется дополнительных затрат топлива, отпадает необходимость в специальных плавильных печах и значительно снижаются удельные капитальные вложения в себестоимость единицы продукции. Однако для обеспечения надлежащего качества выпускаемых изделий шлаковые расплавы нуждаются в обогащении специальными добавками, что несколько усложняет производство.
Шлаки в огненно-жидком состоянии используют как готовый расплав для получения плотных изделий (половых плит, облицовочной плитки), легких материалов (шлаковой ваты, шлаковой пемзы) и шлакоситаллов.
Для отливки шлаков на подготовленной площадке устанавливают кассетные металлические формы в виде ячеек заданных размеров и формы (камни, плиты и т.д.). Для свободного перераспределения шлака между ячейками в боковых стенках форм имеются отверстия. Во избежание переохлаждения нижней части изделий дно формы покрывают тонкоизмельченным шлаком. В верхней части формы защитой от быстрого охлаждения служит покровный слой шлака толщиной 10-15 см. Охлаждаясь под ним, изделие проходит стадии кристаллизации и отжига, приобретая плотную кристаллическую структуру и высокую механическую прочность. Камни и плиты из шлакового литья идут для устройства покрытий дорог, тротуаров и полов промышленных зданий.
Шлаковая пемза представляет собой ячеистый материал, получаемый в результате вспучивания шлака при быстром его охлаждении. Вспучивание шлака осуществляется на специальных машинах центробежным, струйным способами или в бассейнах.
При центробежном способе (рис. 47) расплавленный шлак подают в приемный бункер, а затем в центробежную машину, куда одновременно поступает вода. Расплавленный шлак под действием лопастей вращающейся крыльчатки распыляется, вспучивается парами воды и под действием центробежной силы отбрасывается на охлаждающий экран, под которым расположен приемный бункер и транспортер для удаления готовой шлаковой пемзы.
Рис. 47. Технологическая схема производства шлаковой пемзы:
1 – вагонетка с жидким шлаком; 2 – бункер; 3 – центробежная машина; 4 – крыльчатка; 5 – охлаждающий экран; 6 – бункер для вспученного шлака; 7 – транспортер; 8 – привод крыльчатки; 9 – насос для подачи воды
Щебень из шлаковой пемзы является хорошим материалом для изготовления легких блоков. Применение в строительстве шлаковой пемзы в качестве пористого заполнителя позволяет снизить стоимость наружных стеновых панелей по сравнению с кирпичными стенами на 25-30% и сократить удельные капитальные вложения на организацию производства искусственных легких заполнителей в 2-3 раза.
Шлакопемзовый песок в последнее время нашел широкое применение для изготовления шлаковых асфальтобетонов. Покрытия из такого вида асфальтобетона более долговечны, морозо- и трещиноустойчивы, обладают повышенной шероховатостью.
Из шлаковых расплавов получают также шлаковую вату, используемую для изготовления теплоизоляционных материалов.
Введение в состав стекломассы специальных добавок – кристаллизаторов процесса кристаллизации с дополнительной после формования термической обработкой стекол по строго определенному режиму – позволяет получать стеклокристаллические материалы, отличающиеся от стекла как по структуре, так и по свойствам – ситаллы. Их название образовано путем сокращения двух слов: силикаты и кристаллы. Ситаллы можно также получать из шлаков черной или цветной металлургии с добавками кристаллизаторов.
Ситаллы имеют плотную мелкокристаллическую структуру и высокие показатели таких свойств, как прочность, твердость, химическая стойкость, стойкость к тепловым воздействиям.
Ситаллы могут иметь темный, коричневый, серый и кремовый цвета. Материал обладает большой прочностью – до 500 МПа. Получают ситаллы методом вытягивания, выдувания, прокатки и прессования, добавляя к стеклянным расплавам улучшающие кристаллизацию вещества – минерализующие катализаторы: соединения фторидов и фосфатов щелочных или щелочноземельных металлов, способных легко кристаллизоваться из расплавов. По сравнению с производством изделий из стекла технология ситаллов сложнее – требуется дополнительная термическая обработка стекла в кристаллизаторе, в процессе которой стекло переходит в стеклокристаллическое состояние.
В строительстве ситаллы используют в виде конструкционного и отделочного материалов в промышленном и гражданском строительстве.
Ситаллопласты – материалы, получаемые на основе пластических масс (фторопластов) и ситаллов. Они обладают высокой износоустойчивостью и химической стойкостью. Для изготовления ситаллопластов ситаллы измельчают до получения порошка заданного гранулометрического состава. В дальнейшем процесс не отличается от технологии изготовления пластмасс. Ситаллопласты находят применение в качестве антифрикционных и конструкционных материалов.
Шлакоситаллы являются одним из новых микрокристаллических материалов, получаемых на основе огненно-жидких металлургических шлаков с добавками кристаллизаторов. Шлакоситаллы обладают высокими физико-механическими свойствами, износоустойчивостью, прочностью, стойки к химической агрессии, хорошо сопротивляются атмосферным воздействиям, не обладают токсичностью.
В последние годы начали широко применять листы и плиты из прокатного шлакоситалла.
Для изготовления плит и листов шлакоситалл должен удовлетворять следующим требованиям: предел прочности при изгибе – не менее 65 МПа, потеря в массе при истирании – не более 0,06 г/см2, кислотостойкость – не менее 98%, средняя плотность – 2700 кг/м3.