книги из ГПНТБ / Саркисов, П. Д. Технология стеклодувных работ учеб. пособие

характера стекломассы температуру снижают примерно на 200—300° С.

При нарушении режимов охлаждения стекломассы может измениться равновесие между жидкой и газовой фазами, что может привести к возникновению газообраз­ ных включений в стекле, так называемых повторных пу­ зырей и мошки (мельчайших пузырьков). Это — пороки стекла, избавиться от которых чрезвычайно трудно. В практике известны случаи, когда ради избавления от вновь образованных пузырей и мошки приходилось вы­ пускать всю стекломассу из печи.

Причины появления повторной мошки мало изучены. Известно, что вторичная мошка возникает в результате нарушения равновесия в стекломассе. Поэтому важно при ведении технологического процесса на этой стадии строго соблюдать установленный режим: постоянное и непрерывное понижение температуры стекломассы, по­ стоянство характера и давления газовой среды.

Выше были описаны все пять стадий процесса стекло­ варения. В результате их осуществления удается полу­ чить весьма однородную, осветленную и пригодную для выработки стекломассу.

§ 20. П Р А К Т И К А СТЕКЛОВАРЕНИЯ

На скорость протекания процессов стекловарения в практических условиях оказывает влияние целый ряд технологических факторов: тепловые режимы варки, хи­ мический и гранулометрический состав шихты и спосо­ бы ее загрузки.

Тепловые режимы варки стекла. В зависимости от конструкций стекловаренных печей варку стекла под­ разделяют на варку в ванных печах и варку в горшковых печах.

В а р к а с т е к л а в в а н н ы х п е ч а х . Варка стекла в ванных печах ведется непрерывно. В этом состоит от­ личие варки стекла в ванных печах от варки в горшковых.

Непрерывность процесса варки стекла создает целый ряд преимуществ: позволяет установить стабильный тем­ пературный и газовый режимы по всей длине печи, орга­ низует условия для автоматического управления рабо­ той лечи и т. д.

70

Рис. 7. Температурные графики варки в ванных пе­ чах стекла:

а — полированного, б — оконного, о — электровакуумного « м а з д а » , г — жароупорного

Для качества стекломассы имеют значение состав и давление газовой среды. Небольшие на первый взгляд изменения в их показаниях могут значительно ухудшить стекломассу. Обычно при варке большинства стекол ус­ танавливают окислительную среду и нейтральное или слабоотрицательное давление.

Главное условие стабилизации режима варки в ван­ ных печах — автоматическое управление работой печи.

Тепловые режимы варки стекла в горшковых печах коренным образом отличаются от режимов варки в ван­ ных печах вследствие периодичности их работы. Проте­ кание отдельных стадий стекловарения в горшковых пе­ чах имеет более резкие границы во времени, хотя варка в целом происходит в одном небольшом сосуде — горшке. Все этапы стекловарения при варке стекла в горшковых печах осуществляются периодически. Это связано с тем что, сваренная стекломасса в горшке вырабатывается полностью и для приготовления нового количества стек­ ла необходимо вновь повторить все операции по варке.

С целью ускорения процессов осветления и гомогени­ зации часто применяют бурление стекломассы. Принцип бурления состоит в том, что в стекломассу на стадии осветления вносят материалы, дающие при сгорании большое количество газообразных продуктов и образую­ щие пузыри. Последние, бурно выделяясь из стекломас­ сы, способствуют ее осветлению и гомогенизации. В ка­ честве материалов для бурления могут использоваться древесные чурки.

На некоторых стекольных заводах 'бурление создают сжатым воздухом, который под давлением 4 атм подает­ ся в нижние слои стекломассы. Образующиеся пузыри, поднимаясь наверх, в атмосферу печи, производят бур­ ление.

При варке в горшковой печи оптических стекол, как правило, используют механическое перемешивание стек­ ломассы. Для этого в горшок со стекломассой при тем­ пературе осветления вводят .керамическую пропеллер­ ную мешалку, которая, вращаясь, перемешивает стекло.

73

Тепловой режим варки стекла устанавливают в зави­ симости от химического состава и сорта стекла. На рис. 8 приведены температурные графики варки в горшковых печах ряда химико-лабораторных стекол.

ние стараются ограничить. Это связано с тем, что наряду с положительным влиянием, которое они оказывают на варку стекла, эти окислы и прежде всего Na2 0 и К 2 0 значительно ухудшают некоторые физико-химические свойства стекла (химическую и термическую устойчи­ вость, механическую прочность и др.). Поэтому вопрос

74

их замены приобретает существенное значение. В ряде случаев, в частности при производстве химико-лаборатор­ ного стекла и стеклянного волокна, используют В2 0з, ко­ торый, не ухудшая свойств стекла, благоприятно влияет па их варку и выработку. С этой точки зрения большое значение имеют боратные, бороснликатные и алюмоборосиликатные стекла.

Вообще при синтезе новых стекол следует руковод­ ствоваться не только улучшением их физико-химических свойств, но и тем, чтобы они были технологичными с точ­ ки зрения варки и формования.

Гранулометрический состав компонентов шихты. Гра­ нулометрический состав компонентов шихты влияет как на склонность шихты к расслаиванию, так и на скорость протекания процессов силикато- и стеклообразования. Рекомендуется использовать шихты, состоящие из пыле­ видных компонентов, так как они менее склонны к рас­ слаиванию. В тонкомолотой шихте, вследствие того что у компонентов увеличена активная поверхность, быстрее протекают реакции силикатообразования. Установлено, что уменьшение величины зерна кварцевого песка с 6,28 до 0,03 мм при прочих равных условиях повышает ско­ рость стеклообразования в 13 раз.

Имеет значение и влажность шихты. Неудовлетвори­ тельно ведет себя шихта с пересушенным кварцевым песком. При транспортировке она легко расслаивается. Поэтому пески при составлении шихты увлажняют. Для каждого песка существует свой оптимум увлажнения. Так, для чистых песков достаточно ввести 1 % воды, для песков, содержащих глинистые примеси, количество во­ ды увеличивается и составляет до 3—4% от веса песка.

В значительной степени предохраняет шихту от рас­ слаивания при ее транспортировке и загрузке в стекло­ варенную печь брикетирование шихты.

Тонкослойная варка стекла. Скорость протекания процессов силикато- и стеклообразования во многом за­ висит от того, насколько интенсивно получают тепло от­ дельные частички шихты на поверхности стекломассы. При тонком распределении шихты на поверхности стек­ ломассы частицы шихты получают'тепло конвекцией и излучением сверху и теплопроводностью стекломассы снизу. Кроме того, тонкослойная варка стекла препятст­ вует проникновению непроваренных частиц шихты в глу­ бинные слои. Таким образом, тонкослойная варка стекла

75

рис. 9 приведен снимок пузыря, характерного для окон» кого стекла.

В пузырях могут содержаться различные газы: кис­ лород, азот, окись и двуокись углерода, сернистый газ, окислы азота, пары воды, воздух, а также их смеси. Возникновение газообразных включений может происхо­ дить по следующим причинам.

1. Неполное удаление газообразных продуктов раз­ ложения шихты. Как известно, при разложении шихты выделяется 'большое количество газообразных продук­ тов. Их можно удалить с помощью высоких температур варки стекла, применения бурления и барботажа (при­ нудительное введение в стекломассу воздуха) стекло­ массы, .введения в шихту осветлителей и др.

2. Вторичное разложение составных частей стекло­ массы и взаимодействие ее с печными газами. Выше уже отмечалось, что не все газы улетучиваются в атмосферу печи, часть из них растворяется в стекломассе и остает­ ся в ней. Это может произойти тогда, когда стекломасса из зоны осветления поступает в зону студки и выработ­ ки, где резко меняются условия ее нахождения. В этих случаях может наблюдаться появление пузырей и мошки.

К вторичным явлениям можно отнести также разло­ жение сульфата натрия. Неуспевший ранее прореагиро­ вать (возможно из-за недостатка восстановителя) суль­ фат натрия начинает разлагаться в зоне осветления. Образующиеся при этом пузырьки не успевают выде­ литься и остаются в стекломассе.

Для предотвращения появления всех этих пузырей необходимо строго соблюдать правильный газовый и тем­ пературный режим печи.

3. Попадание воздуха в стекломассу. Воздух может попасть в стекломассу вместе с шихтой и боем стекла, а также вследствие погружения в стекломассу каких-ли­ бо предметов (стеклодувной трубки, кранцев, ковшей и др.), что происходит обычно при неумелом использо­ вании инструмента. Удалить пузыри, возникшие из-за погружения предметов, бывает трудно, так как они об­ разуются уже в вязкой стекломассе в зоне выработки стекла.

4. Присутствие в стекломассе металлического желе­ за. Из-за неосторожности или небрежности в работе (за­ несли с плохо отсортированным боем стекла, случайно

77

Причинами появления стекловидных включений мо­ гут быть недостаточная гомогенизация стекломассы и попадание в нее инородных веществ из окружающей сре­ ды. Наиболее часто это происходит из-за разрушения огнеупоров печи. Поэтому к выбору огнеупоров для каж­ дой лечи, к их эксплуатации следует подходить особенно тщательно.

Причиной появления стекловидных включений могут быть капли, стекающие в бассейн со свода печи. Хотя подвижные стены и свод печи не соприкасаются со стек­ ломассой, они могут разрушаться из-за воздействия на них атмосферы печного пространства. В атмосфере печи обычно содержатся щелочи, улетучивающиеся из расплава и агрессивно действующие на огнеупор. По­ верхность стен бывает остеклована, и на ней из-за высо­ ких температур образуются капли, которые стекают вниз. Эти капли содержат большое количество кремнезема. Попадая в стекло, капли растворяются, образуя свили и шлиры.

Кристаллические включения. Это — наиболее опас­ ный порок стекла. Кристаллические включения портят внешний вид изделий и главное — ухудшают оптическую однородность и механическую прочность стекла. Они встречаются в виде отдельных кристаллов или большими скоплениями, от самых мелких, видимых только в мик­ роскоп при большом увеличении, до крупных, размером до нескольких сантиметров.

Кристаллические включения подразделяют обычно на шихтные камни; камни, образующиеся при разрушении огнеупоров стекломассой; сводовые динасовые камни; продукты кристаллизации (расстекловывания).

Ш и х т н ы е к а м н и — это кристаллические вклю­ чения, которые образуются вследствие непровара шихты (непроваренные частицы шихты). Происходит это из-за того, что компоненты шихты не успевают прореагировать между собой и в виде зерен кварца или глинозема оста­ ются в стекломассе. Причиной образования шихтных камней может быть неоднородность шихты или недоста­ ток в шихте щелочей. В последнем случае относитель­ ный избыток кремнезема может непрореагировать и не

7?