ТСМ II

поверхность стекломассы в загрузочный карман стекловаренной ванной печи . При вращении лопастного ротора шихты из бункера ссыпается на зеркало стекломассы, бой увлекается под слой шихты и вместе с ней поступает в печь, что позволяет лучше использовать площадь печи, а также повысить однородность стекломассы.

3. Варка стекла. Для производства стекла флоат-способом применяются стекловаренные печи производительностью от 300 до 750 тонн стекломассы в сутки Производительность установки 15-38 млн. м2 в год в условном 2-миллиметровом исчислении. По мере нагревания шихты происходят следующие стадии варки: - силикатообразование (до 800 – 900оС), стеклообразование (1150-1200оС), осветление (1400-1500оС), гомогенизация (1400-1500оС), студка (снижение температуры на 200-300оС).

Техническая характеристика линии полированного стекла флоатспособом:

Стекломасса из стекловаренной печи с температурой 1080-1100оС поступает в выработочный канал, проходит через дозирующий шибер и по сливному лотку стекломасса направляется в ванну с расплавом олова , где и происходит процесс формования и охлаждения ленты. Процесс формования ленты стекла состоит из двух стадий. Первая стадия – формование непрерывной ленты путем направленного растекания на расплаве металла. Вторая – окончательное затвердевание ленты., выходящей из ванны расплава с температурой около 650 С на газовоздушной подушке . При этом уровень олова в ванне выше уровня порога на 2-3 мм, что достигается за счет применения электромагнитных индукторов . Применение газовоздушной подушки обеспечивает надежную сохранность нижней поверхности ленты. После чего лента передается на приемные валы печи отжига .

В качестве расплавленного металла для ванны применяется олово марки 01 с температурой плавления 231,3оС. Для предохранения поверхности расплавленного олова от окисления и загрязнения шлаками применяется защитная газовая атмосфера , состоящая из инертного газа азота

71

(около 90%) с добавкой водорода (10%). Азот выполняет защитную функцию, а водород служит для связывания кислорода и восстановления образовавшихся соединений олова до металлического олова. Количество кислорода в инертном газе не должно превышать 0,0001%.

4.Отжиг стекла. Отжиг ленты стекла производиться в горизонтальных отжигательных печах длиной 100-120 метров. Перепад температур по ширине ленты не должен превышать 5оС. При быстром охлаждении нагретого стекла его наружные слои остывают быстрее, чем внутренние. В результате наружные слои стремятся к сжатию, в то время как нагретые внутренние препятствуют этому. По окончании охлаждения стекла

ивыравнивания температуры различных его слоев напряжения, возникшие в момент охлаждения стекла, или остаются в нем, либо исчезают. В первом случае они называются остаточными, а во втором – временными. Остаточные напряжения в стекле возникают обычно при относительно быстром переходе его из пластического состояния в хрупкое. Временные напряжения в стенке появляются при его охлаждении уже в хрупком состоянии, т.е. тогда, когда подвижность частиц практически равна нулю, и поэтому напряжения этого рода в стекле исчезают при выравнивании температуры.

Отжиг стеклоизделий ограничивается обычно двумя предельными температурами – верхней и нижней. За верхнюю температуру принимают температуру, соответствующую вязкости стекла 1012Па с. При этой температуре удаляется до 95% напряжений в течение 3 минут . Для большинства промышленных стекол верхний предел отжига составляет 520530ОС. Нижняя температура отжига для обычных промышленных стекол на 50-100 ОС ниже верхней температуры их отжига и составляет 470-480 ОС, что соответствует вязкости 1014 Па с. При этой температуре за 3 минуты удаляется всего 1% напряжений.

Отжиг слагается из четырех стадий:

1.Нагревание стекла до верхней температуры отжига (изделия толщиной до 5 мм можно нагревать до температуры отжига за 15 минут).

2.Выдержка стекла при верхней температуре отжига до наиболее полного исчезновения напряжений.

Для обычного стекла: t = 102 а2

где а – полутолщина наиболее толстой стенки изделия, см.

3.Медленное охлаждение стекла (изделия) до нижней температуры отжига для предотвращения в нем новых остаточных напряжений.

4.Быстрое охлаждение полностью затвердевшего стекла до температуры 20-50оС. Скорость охлаждения:

w= 10: а2 (град/мин).

Туннельная печь отжига состоит из металлического каркаса, футерованного огнеупорным кирпичом, систем отопления и отсоса газов, приводной станции и транспортирующие сетки.

72

Листовое стекло отжигают также в электрических отжигательных печах. Стекло в них перемещается с помощью вращающихся валков. После печи отжига лента стекла направляется на автоматическую линию раскроя ленты на заданные размеры, а далее на упаковку.

Для наблюдения за процессами варки стекломассы в стекловаренной печи и формования ленты внутри ванны применяют промышленные телевизионные установки.

Отходящие газы из печи отводятся через боров для отвода отходящих газов. Для утилизации тепла отходящих газов предусмотрен котелутилизатор, которые затем удаляются в дымовую трубу.

Обработка стекла

Сортовые изделия, выработанные методами выдувания и прессования для придания им облагороженного и декоративного вида подвергают дополнительной обработке.

Различают следующие способы обработки стекла:

-шлифование;

-гранение;

-гравирование;

-химическое матирование;

-“золочение”;

-нанесение керамических и других красок;

-огневое полирование;

-химическое полирование.

Шлифование.

Осуществляется с целью создания матированной (шероховатой)

поверхности стекла и нанесения на нее определенных рисунков или подготовки стекла для его последующего полирования.

Различают валовое и номерное шлифование. При валовом шлифовании изделия обрабатывают на широких абразивных кругах, рисунок при этом получают в виде плоских сферических шлифов, ямочек и углублений прямых линий. Номерное шлифование более сложный вид обработки. Рисунок в этом случае представляет собой сочетание отдельных элементов валового шлифования и алмазной грани.

Гранение.

Заключается в нанесении специальным образивным инструментом на поверхость изделий глубоких прорезей в различных сочетаниях. Алмазные грани на изделия наносят при помощи остро заточенных абразивных кругов. Сами круги изготавливают из абразивных естественных или искуственных порошков, сцементированных минеральной органической или керамической связкой. В качестве абразивных материалов применяют искуственные алмазы, корунд, карбид кремния, электрокорунд. Для нанесения алмазных граней используют станки (типа САГ и ШАГ-1(-2)). Основным узлом

73

станков является шлифовальный круг, укрепленный на шпинделе, приводящийся во вращение электродвигателем.

Гравирование.

Заключается в нанесени рисунка при помощи абразивных порошков или твердых инструментов малых размеров. Для художественной гравировки используют медные круги. Саму гравировку производят тонким порошком наждака или карбида кремния, разведенным на масле, а медные колеса служат лишь для передачи давления абразива на поверхность стекла.

Часто при декорировании высокохудожественных изделий используют иескоструйную обработку. Принцип этой обработки основан на том, что зерна кварцевого песка, сильно ударяясь о поверхность стекла , оставляют на ней свой след в виде выколов и царапин. Подача песка осуществляется с помощью сжатого воздуха. Обычно для создания рисунков используют трафареты, которые в нужных местах защищают поверхность стекла от разрушения.

Матирование.

Осуществляется для нанесения на стекло тонких рисунков. Проедварительно стеклоизделие покрывают защитным слоем, а затем с помощью иглы или другого приспособления на поверхность наносят рисунок, прорезая защитный слой до основания – поверхности стекла.

Матируют стекло, окуная изделие в травильные растворы. При этом химические реагенты взаимодействуют с непокрытыми участками стекла (рисунком), в результате чего поверхность стекла после удаления защитного слоя остается в первоначальном состояни, а рисунок протравливается и выделяется на общем фоне изделия. В качестве равильных растворов могут использоваться смеси: фтористого аммония и плавиковой кислоты, фтористого аммония и серной кислоты.

Более удобно при матировании стекла использовать вместо травильных растворов специальные пасты. В этом случае рисунок на стекло наносят с помощью кисти. Технологический процесс упрощается, так как отпадает необходимость в защитном слое для стекла.

“Золочение”.

Заключается в нанесении на изделие 12% препарата раствора золота и его дальнейшее закрепление путем обжига в муфельных печах.

Декорирование силикатными красками.

Силикатные краски представляют собой тонкомолотые легкоплавкие цветные стекла. Их в холодном состоянии наносят на изделия, создавая при этом особый рисунок одним из следующих способов: живописью, росписью, штемпелированием, аэрографией, декалькоманией. После нанесения рисунков изделия обжигают в печах, причем краски растекаются (550 С) и приплавляются к поверхности стекла.

Огневое полирование.

Заключается в кратковременном разогреве стеклоизделия в высокотемпературном пламени, при котором тонкий поверхностный слой

74

покрытиями. Теплоотражающее покрытие имеет малую прочность на истирание, а стекло, установленное покрытием внутрь пакета, не надо подвергать очистке, так как благодаря герметичности стеклопакета стекло не загрязняется со стороны межстекольного пространства.

Используя в стеклопакетах стёкла с различными покрытиями можно получить заданный спектр лучей, проникающих в помещение. Использование селективных стёкол уменьшает теплопотери через стеклопакет. Селективное стекло отражает 30-40% тепла обратно в помещение. Правда селективное стекло и стоит примерно в 1,5 раза дороже обычного. Дешевле и достаточно эффективно установить к однокамерному стеклопакету плёнку (светопрозрачную, полимерную). Бывают стёкла, которые отражают часть уличного ультрафиолетового излучения, которое считается вредным. Их ставят с наружной стороны стеклопакетов. Стеклопакеты могут применяться во всех случаях, когда используется обычное остекление или остекление специальными строительными стёклами.

Расстояние между стёклами и количество камер. Однокамерный (двойной) стеклопакет позволяет сократить теплопотери по сравнению с традиционным двойным остеклением на 30-40%. Применение двухкамерного стеклопакета (с тремя стёклами) по 4 мм и зазорами в 6 мм повышает теплоизоляцию ещё примерно на 15%. Так, например, между двух стёкол теплопередача осуществляется примерно на 2/3, путём теплового излучения, и на 1/3 теплопроводностью. Таким образом, устранив теплопередачу, обусловленную тепловым излучением, можно на 60-70% снизить тепловые потери через прозрачные ограждающие конструкции.

Сравнение стеклопакетов, где на одно из стекол нанесено покрытие с низкой излучательной способностью, с пакетами, где на стекло наклеена полимерная пленка с таким же покрытием, показало, что их теплофизические свойства одинаковы, а себестоимость пакетов с полимерной пленкой, как правило, ниже. Однокамерные пакеты с низкоэмиссионным покрытием, чтобы удовлетворить требования норм, должны быть заполнены другим инертным газом - криптоном. При этом их тепловое сопротивление будет 0,6- 0,7 кв.м*градС/Вт. Двухкамерные стеклопакеты с низкоэмиссионным покрытием перекрывают требования МГСН 2.01-94 даже с воздушным заполнением. Причем применение пленки с покрытием вместо стекла увеличивает тепловое сопротивление пакета, снижает его массу и стоимость. Расстояние между стёклами и количество камер также влияет на звукоизоляционные свойства стеклопакетов. Например, стандартный однокамерный стеклопакет (4x16x4 мм) позволяет добиться шумоизоляции в 32-34Дб, двухкамерный 42Дб.

Виды стекол.

Стекло является традиционным материалом, используемым в качестве светового ограждения в оконных проёмах, свойства которого практически не изменились со дня его изобретения. Поэтому снижение теплопотерь через

76

остекление является задачей не столь очевидной. Обычно для уменьшения теплопотерь использовались традиционные системы остекления с применением двух- и трех стекольных конструкций с большими воздушными промежутками, которые по габаритам были сравнимы с толщиной стен.

Теплосберегающие стекла. Теперь для уменьшения теплопотерь используют так называемые теплосберегающие стекла. Это стекла с нанесёнными на них покрытиями, обладающими малой излучательной способностью. Обычное стекло, как все диэлектрики, является материалом с большей, по сравнению с металлами, излучательной способностью. Это свойство стекла и является одной из причин, приводящей к потери тепла за счет излучения. Изменяя терморадиационные свойства поверхности стекла, мы можем изменить его излучательную способность и тем самым уменьшить потери за счет излучения. В настоящее время для этих целей используется два типа покрытий: "твердые" и "мягкие". Твердые - на основе индийоловянных окислов и т.п., наносимых на поверхность стекла пиролитическим способом. Такие покрытия позволяют снизить потери за счет излучения примерно в 7-8 раз по сравнению с чистым стеклом. Мягкие - покрытия наносимые на стекло, как правило путеммагнетронного распыления. Такие покрытия представляют собой ряд полупрозрачных слоев металла (чаще серебро) с системой просветляющих слоёв окислов. Такие покрытия позволяют уменьшить излучение в несколько десятков раз. Использовать подобные стекла с теплосберегающим покрытием в обычных системах остекления бессмысленно, поскольку конструкция остекления не обеспечивает надежную герметичность и атмосферная влага, конденсирующаяся на поверхности покрытия, будет увеличивать его излучательную способность. Такое стекло обычно используют в составе стеклопакета покрытием внутрь. Преимуществом стеклопакета является его полная герметичность и сравнительно малая толщина. Для уменьшения потерь за счет теплопроводности такой стеклопакет обычно заполняется инертным газом.

Энергосберегающие стекла.

Потери тепла через стекло складываются из теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Излучательная способность стекла является основной характеристикой энергосбережения. Под излучательной способностью стекла (эмиссией) стекла понимают способность стеклянной поверхности отражать длинноволновое невидимое человеческим глазом тепловое излучение определенной длины волны. Эмисситент поверхности определяет излучательную способность стекла и следовательно, способность как бы «отражать» обратно в помещение тепловое излучение.

У обычного стекла его числовое значение составляет более 0,83, а у энергосберегающих стекол — меньше 0,04. Чем ниже эмисситент, тем меньше потери тепла. Для придания стеклу энергосберегающих свойств на его поверхность наносятся низкоэмиссионные оптические покрытия. Эти

77

покрытия обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу из помещения длинноволнового теплового излучения, например, от отопительного прибора. Стекла с таким покрытием получили название низкоэмиссионных, или селективных.

В настоящее время для этих целей используется два типа покрытий: так называемое К-стекло — «твердое» покрытие и I-стекло — «мягкое» покрытие. Величина излучательной способности у К-стекла обычно около 0,2. I-стекло по своим теплосберегающим свойствам превосходит эту величину примерно в 1,5 раза.

Различие между К-стеклом и I-стеклом заключается в коэффициенте излучательной способности, а также технологии получения. Основным недостатком I-стекол является их сравнительно пониженная абразивная стойкость по сравнению с К-стеклом, что представляет некоторые неудобства при их транспортировке. Необходимо также обратить внимание, что при работе с К-стеклом и I-стеклом для предотвращения в процессе эксплуатации коррозии покрытия вдоль поверхности, а также для увеличения адгезии бутила к стеклу, часть покрытия в месте контакта дистанционной рамки к стеклу снимается (зачищается). Используются эти стекла в основном в составе стеклопакетов теплосберегающие свойства которых во многом определяются параметрами покрытия на стекле.

Поскольку теплоизоляционные характеристики I стекла значительно выше, чем К-стекла, а цены в настоящее время приблизительно одинаковы, большая часть производителей окон в мире применяет на сегодняшний день стеклопакеты с I-стеклом и доля их применения на рынке постоянно растет. Сложности с транспортировкой и работой с И стеклами, связанные с их конструктивными особенностями, привели к тому, что в мире производством стеклопакетов с И стеклами занимаются, как правило, только крупные, специализированные фирмы.

Солнцезащитные стекла.

Имеется в виду стекло, обладающее способностью снижать пропускание световой и солнечной тепловой энергии. Солнцезащитными являются например, окрашенные во всей массе стекла, а также некоторые виды стекол с покрытиями.

До недавнего времени значения пропускания во внутреннее помещение полного излучения и естественного света через стекло были почти прямо пропорциональны друг другу. Величина пропускания естественного света солнцезащитными стеклами снижалась при уменьшении величины проникания излучения в целом. Темный цвет солнцезащитных стекол означал, что они эффективно защищают от солнечного излучения. Только стекла зеленого цвета были исключением из правила.

По механизму действия солнцезащитные стекла можно разделить на преимущественно отражающие излучение и преимущественно поглощающие излучение. На поверхность стекол, преимущественно отражающих

78

излучение, в процессе производства наносится тонкий металлический слой, который препятствует проникновению излучения через стекло. Следует отметить, что отражающие слои одновременно частично поглощают излучение. Путем последовательного нанесения покрытия на поверхность стекла получают полностью отражающие поверхности прозрачных стекол. Как правило, количество покрывающих слоев пять, из которых четыре — это слои окислов металлов и работающий слой — серебряный. Серебро обладает способностью пропускать видимый свет, как и обычное стекло. Кроме того, такие стекла обладают и хорошей теплоизолирующей способностью.

При изготовлении поглощающих стекол на расплавленную стекольную массу наносятся либо кристаллы металлов, либо окислы металлов, которые обладают способностью поглощать часть солнечного излучения. В процессе поглощения излучения стекла нагреваются и отдают большую часть полученного ими тепла в наружное пространство. Часть тепла, однако, передается внутрь помещения, что является нежелательным явлением, увеличивая потребность энергии на охлаждение помещения, поэтому сейчас на рынке появились новые конструкции, сочетающие в себе отражающие покрытия и покрытия с низкой излучательной способностью.

Ламинированное стекло.

Это архитектурное стекло, называемое также «триплекс»,применяется при остеклении фасадов остеклении фасадов, балконов, окон и состоит из двух или более стекол, соединенных вместе с помощью ламинирующей пленки или специальной ламинирующей жидкости. Механическую прочность стекла ламинирование не увеличивает, но снижает опасность от разлетающихся осколков, которые в этом случае остаются прикрепленными к пленке, или падающего стекла, так как даже если стекло разбивается, оно остается в раме. Ламинированные стекла способствуют защите помещения от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей, предохраняют от выгорания мебель и обои.

Многослойное ламинированное стекло способно значительно понизить воздействие нежелательных шумов. Разными видами ламинирующих пленок можно обеспечить практически любое тонирование стекла.

Армированное стекло.

Это листовое стекло с металлической сеткой, безопасное и пожаростойкое. При пожаре такое стекло образует эффективную преграду против дыма и горячих газов. Оно может треснуть, однако арматура удерживает его на месте, предотвращая тем самым распространение огня. Осколки стекла не выпадают даже при образовании нескольких разломов, а удерживаются на месте арматурой.

Узорчатое стекло.

Одна из поверхностей этого листового стекла проходит декоративную обработку и может иметь различные рисунки, быть разноцветным, обладать различной светопропускной способностью и толщиной (4-6 мм). Узорчатое

79

стекло можно закалять и ламинировать. В основном его применяют при внутреннем остеклении и при изготовлении витражей.

Закаленное стекло.

У этого типа стекол, по сравнению с обычными, путем химической или термической обработки повышается прочность к ударам и перепадам температуры. При разрушении закаленное стекло распадается на маленькие безопасные осколки. Однако следует отметить, что закаленное стекло не подлежит механической обработке, поэтому механическая обработка должна выполняться до процесса закаливания. Закаленные стекла могут применяться при производстве стеклопакетов или ламинированных стекол.

Окрашенное в массе стекло.

Это абсорбирующее (солнцезащитное) стекло, при изготовлении которого используются различные вещества для получения желаемого цвета. Оно поглощает больше солнечной тепловой энергии и света, чем обычное прозрачное стекло. Наиболее распространенными являются серый и зеленый цвета, а также промежуточные между бронзовым и коричневым. Можно изготавливать также стекла и других цветов.

Направленная объемная кристаллизация стекол. Ситаллы.

Ситаллами или стеклокристаллическими материалами, называются поликристаллические материалы, получаемые направленной (регулируемой) кристаллизацией стекол. Они характеризуются тонкокристаллической микроструктурой, состоят из кристаллов размерами менее 1 мкм и остаточной стеклофазы, содержание которой не превышает 50 об.%.

Кристаллизация протекает в два этапа: образование зародышей (центров кристаллизации) и рост кристаллов. Центры кристаллизации представляют собой микрочастицы с упорядоченным составом и структурой, имеющие границы раздела с окружающей средой. Возможна кристаллизация гомогенная и гетерогенная. При –гомогенной кристаллизации зародыши возникают как следствие локальных флуктуаций системы (повышение плотности на отдельном участке). При этом химический состав кристаллов идентичен составу центров кристаллизации. Гетерогенная кристаллизация происходит на примесных частицах инородной фазы, малорастворимой в стекломассе. Состав растущих кристаллов в этом случае отличается от состава центров кристаллизации.

При самопроизвольной кристаллизации распределение центров кристаллизации и соответственно кристаллов по объему стекла неравномерно. В результате возникают напряжения, и стекло разрушается. Сущность направленной кристаллизации стекла состоит во внесении в стекломассу добавок-катализаторов, интенсифицирующих процесс кристаллизации и обеспечивающих получение во всем объеме материала тонкокристаллической структуры, а также в создании соответствующих температурных условий, обеспечивающих как появление зародышей, так и рост кристаллов, т.е. термообработка по заданному режиму. В результате

80