Производство листового стекла флоат методом
Содержание
Введение 3
1. Сырье и добавки. 5
1.1 Основные материалы 5
1.2 Вспомогательные материалы и добавки 7
2. Производство листового стекла способом
продольно-поперечного
2.1 Подготовка сырьевых материалов и
приготовление шихты. 10
2.2 Варка шихты и доведение стекольного
расплава до формовки 10
2.3 Формование листового стекла методом
продольно- поперечного
2.4 Отжиг листового стекла.
2.5 Резка и упаковка стекла. 20
3 Расчет оборудования 24
4 Контроль производства листового стекла. 32
5 Правила техники безопасности, охраны труда. 34
Заключение 35
Список используемой
литературы
Введение
Стекло - один из самых распространенных материалов, широко используемых в народном хозяйстве и в быту. Прозрачными листами стекла заполняют световые проемы зданий и остекляют средства транспорта.
Широчайшее применение находит стекло в современном строительстве. Прозрачные изделия из стекла - листы с узорчатой поверхностью или армированные металлической сеткой, профильное стекло в виде швеллеров и коробок - применяют для кладки наружных стен и внутренних перегородок.
Первоначальное назначение стекла было чисто бытовым. В бронзовом веке из природного вулканического стекла - обсидиана делали зеркальца, ножи, бритвы. Стеклоделие появилось 4-5 тыс. лет тому назад в странах Ближнего Востока (Месопотамии, Финикии, Египте). На огне костров сплавляли смесь песка с золой и получали вязкую, пластическую массу, из которой при помощи щипцов делали бусы, браслеты, статуэтки и сосуды. После завоевания Ближнего Востока Римской империей в 1 в. до н.э. в Риме появились стекольные мастерские с примитивными печами-горнами, в которых можно было сплавлять горячую жидкотекучую массу. Из нее с помощью впервые примененной стеклодувной трубки были получены выдувные изделия; тогда же начали отливать стекло в пластины, шлифовать и полировать их.
Одновременно стеклоделие распространялось по другим территориям Римской Империи.
На Киевской Руси с III в. н.э. делали эмали для ювелирных изделий, а стеклоделие как ремесло появилось в Х-ХI в., видимо, благодаря связям с Византией. Первый стекольный завод в России появился в 1639 году и был запущен шведом Елисеем Коетом в Духанино, близ Воскресенска (под Москвой). Позже благодаря содействию Петра I производство стекла в России стало развиваться быстрее.
В настоящее время стекольная промышленность развивается динамично, так как возрастает спрос в таком материале и в изделиях, особенно из листового стекла.
Листовое стекло изготавливается
из двух основных компонентов –
кварцевого песка и карбоната
натрия. Изначально при изготовлении
стекла использовался метод
Наиболее распространено изготовление листового стекла флоат-методом, однако в ряде стран, включая Казахстан, на отдельных предприятиях стекло производится путем вертикального вытягивания. В ближайшее время в связи с устаревшими технологиями ожидается полный переход к флоат-методу изготовления стекла.
В промышленных
объемах листовое стекло стало
изготавливаться много
Многообразие позволяет применять листовые стекла в самых различных отраслях, однако главными потребителями являются строительство и автомобилестроение. Высокие темпы автомобилизации населения в докризисные годы способствовали росту производства стекла, причем в данной отрасли стекло является незаменимым материалом. Рост потребления также происходит вследствие увеличения использования стекла в строительстве. Этим и обосновывается актуальность темы данной курсовой работы.
1. Сырье и добавки.
Применяемое в производстве стекла сырье подразделяют на основное и вспомогательное. Основным сырьем являются стеклообразующие материалы; вспомогательным – материалы, применяемые для осветления, обесцвечивания, окрашивания стекла и регулирования режима варки.
1.1 Основные материалы.
К основным материалам относятся кварцевый песок, борный ангидрид, сода, сульфат натрия, поташ, известняк, доломит, магнезит, глинозем, окислы свинца и др.
Кварцевый песок — основной материал для производства стекла. Содержит 99-99,5% кремнезема и около 1% примесей окислов железа, хрома, ванадия и др. Чем меньше примесей в песке, тем выше его качество.
Окислы железа придают
стеклу желто-зеленоватый оттенок,
снижают его светопрозрачность.
Поэтому в песке для
Борный ангидрид повышает термическую и химическую устойчивость стекла, его оптические и механические свойства, ускоряет варку, улучшает осветление стекла. Борные соединения применяют при изготовлении специальных термостойких стекол, химической и лабораторной посуды, а также для посуды, изготовляемой механизированным способом.
Соду (углекислый натрий) Na2CO3 природную или искусственную применяют для введения в стекломассу окиси натрия. В основном используют кальцинированную (безводную) соду. Содержание окиси натрия в стекле ускоряет стеклообразование, но снижает термостойкость и повышает коэффициент расширения стекла.
Сульфат натрия Na2SO4 способствует осветлению стекла. Его получают из природных сульфатов (мирабилитов, тенардитов, астраханитов, глауберитов) и как побочный продукт при производстве соляной кислоты. Варка сульфатной шихты сложнее, чем содовой, и проходит дольше.
Поташ K2СО3 используют для введения в стекло окиси калия, которая улучшает оптические свойства стекла, придает ему повышенный блеск, прозрачность и чистоту.Поташ получают из золы подсолнечника, свеклы и соломы, а также из минералов сильвинита и карналлита.
Известняк, реже мел и мрамор обогащают стекло окисью кальция, которая повышает его химическую стойкость, способствует осветлению и ускоряет варку.
Для производства столовой посуды допускаются известняки с содержанием окиси железа не более 0,03%.
Доломит CaCO3MgCO3 – природная двойная соль кальция и магния, которую добавляют для введения в состав стекла окиси кальция вместе с окисью магния, повышающей химическую устойчивость и механическую прочность стекла и улучшающей его структуру (снижает тенденцию стекла к кристаллизации).
Магнезит MgCO3 – природный или искусственный карбонат магния; применяют для обогащения сортового и других видов стекла окисью магния за счет соответствующего уменьшения окиси кальция.
Глинозем Аl2O3 – техническая окись алюминия; повышает термостойкость, вязкость, механическую прочность и химическую стойкость стекломассы, снижает ее кристаллизационную способность.
В шихту глинозем вводят в основном в виде полевого шпата K2O·Al2O3·6SiO2, каолина глины, пегматита, сиенитов и других минералов, богатых соединениями алюминия. В обычном стекле содержится до 1,5-3 % глинозема, в жароупорном – до 7 %.
Свинцовый сурик Pb3O4 и глет РbО применяют при производстве хрусталя и оптического свинцового стекла для введения окиси свинца. Окислы свинца придают стеклу повышенный блеск, увеличивают показатель преломления, повышают удельный вес, способствуют лучшей обрабатываемости. Содержание окислов железа в свинцовом сурике и глете не должно превышать 0,001%.
Окись свинца может быть заменена окисью бария, которую вводят в виде барита BaSO4 или витерита ВаCO3. Окись бария повышает блеск, коэффициент преломления стекла и частично ускоряет процесс варки.
1.2 Вспомогательные материалы и добавки
К вспомогательным материалам относятся осветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, ускорители варки.
Осветлителями являются аммонийные соли NH4NO3, NH4Cl, (NH4)2SO4 и их смеси, калиевая и натриевая селитра, трехокись мышьяка, карбонаты щелочных и щелочноземельных элементов, сульфат натрия, фтористые соединения. Они способствуют освобождению стекломассы от пузырей, т. е. ее осветлению. В процессе варки осветлители разлагаются с выделением газа; происходит соединение мелких пузырей в крупные, которые удаляются из стекломассы.
Обесцвечиватели применяют для устранения оттенков, появляющихся от примесей железа, хрома, ванадия, придающих зеленый и другие цветные оттенки. Применяют физический и химический способы обесцвечивания.
При физическом обесцвечивании в стекломассу вводят красители, окраска которых нейтрализует нежелательные цвета, поглощая избыток зеленых и желтых лучей; в результате стекло становится бесцветным. Селен (красный краситель) нейтрализует зеленую окраску,закись кобальта (синий краситель) – желтую. Эффективно обесцвечивание окислами редкоземельных металлов (неодима, европия), которые, кроме того, увеличивают прозрачность стекла.
Химическое обесцвечивание заключается в окислении железа веществами, выделяющими кислород, который переводит интенсивно окрашенную закись железа в окись. Химические обесцвечиватели – селитра натриевая, калиевая, сульфаты, хлориды и фториды щелочных металлов, трехокись мышьяка, окись сурьмы. Выделяющиеся при разложении окислителей летучие вещества способствуют бурлению (бурному выделению газовых пузырей) и осветлению стекломассы.
Красители придают стеклу необходимый цвет. Применяют молекулярные и коллоидные красители.
Молекулярные красители - окрашивают стекломассу, растворяясь в ней. К ним относятся главным образом окислы тяжелых металлов – марганца, кобальта, никеля, хрома, ванадия, железа, урана и др.
Коллоидные красители
– соединения золота, меди, селена,
сурьмы и серебра; находятся в
стекле в коллоиднодисперсном
Соединения редкоземельных элементов являются новой группой красителей стекла. Цвет стеклоизделий, окрашенных окислами редкоземельных элементов, характеризуется особой прозрачностью и чистотой, легкими, красивыми и разнообразными полутоновыми оттенками.
При окраске окисью церия стекло приобретает красивый желтый цвет с красноватым оттенком, при добавлении окиси титана – золотисто-желтый. Окись самария придает стеклу желтый цвет; окись празеодима – золотисто-зеленый, окись неодима — фиолетово-сиреневый; смесь окислов неодима и селена – пурпурный (неодимовый рубин); окись эрбия – темно-розовый.
Глушители – материалы, придающие стеклу непрозрачность. Они растворяются в стекле при температуре его варки, а при охлаждении выделяются в виде микрокристаллов, отражающих и рассеивающих свет. Непрозрачные стекла бывают опаловыми (слабо заглушёнными) и молочными (сильно заглушёнными). Для получения опалового стекла применяют апатит, костяную муку и другие глушители; для получения молочного стекла – криолит, плавиковый шпат, кремнефтористый натрий. Используют также окись олова, трехокись мышьяка, окись циркония, тальк и др. Особый вид цветного, прозрачного или глушеного стекла – цинкосульфидное стекло. Для его получения в шихту вводят сульфид цинка, являющийся глушителем. Глушащий эффект усиливается при быстром охлаждении и повторном разогревании заготовки. Цветные оттенки цинкосульфидному стеклу придает сернистое железо (образуется при взаимодействии серы с железом, присутствующим в шихте). Цвет зависит от количества сернистого железа, добавления красителей и режима температурной обработки. Сульфидное стекло может быть прозрачным, опаловым, мраморным, двухцветным и многоцветным, напоминать янтарь, агат, яшму, лазурит, авантюрин и др.
Ускорители варки снижают вязкость стекломассы, при нагревании выделяют пары воды и другие летучие соединения, тем самым способствуя стеклообразованию.
Ускорители варки – фтористый кальций, кремнефтористый натрий, борный ангидрид, сульфат аммония и др.
2. Производство листового стекла способом продольно-поперечного вытягивания.
2.1 Подготовка сырьевых материалов и приготовление шихты.
Подготовка сырых материалов заключается в сушке, измельчении в дробилках, бегунах или дезинтеграторах, просеивании и смешивании в. определённых весовых отношениях. Однородная смесь сырых материалов составляет шихту. Однородность шихты, от которой в значительной мере зависит качество стекломассы, определяется гранулометрическим, составом сырых материалов, степенью их увлажнения, постоянством их химического состава, способом и продолжительностью перемешивания шихты и др. На стекольных заводах чаще всего применяют тарельчатые либо конусные барабанные смесители. На крупных заводах шихту хранят в бункерах. Наибольшая однородность шихты достигается при её брикетировании, которое исключает расслоение шихты при хранении и особенно передвижении, а также устраняет загрязнение пылью регенератора и уменьшает износ в печах огнеупоров. Расчёт шихты ведётся обычно на 100 весовых частей С., с учётом частичного улетучивания некоторых составных частей — борной кислоты, щелочей, фтора и др.
2.2 Варка шихты и
доведение стекольного
Стекловарение ведётся при температурах порядка 1400°—1600°. Процесс стекловарения состоит из пяти стадий:
1. силикатообразование;
2. стеклообразование;
3. осветление;
4. гомогенизация;
5. студка.
Силикатообразование – на этом этапе образуются силикаты и другие промежуточные соединения, появляется жидкая фаза за счет плавления эвтектических смесей и солей. Шихта в период нагревания претерпевает изменения. Из нее испаряется влага, обезвоживаются гидраты, разлагаются некоторые соли. Сульфат натрия и кремнезем переходят в другие кристаллические модификации. В процессе полиморфных превращений зерна кварца увеличиваются в объеме и растрескиваются. При температуре 300-400оС начинают взаимодействовать между собой карбонаты и сульфаты образуются промежуточные сложные соединения и жидкие эвтектики. При дальнейшем повышении температур вступают в реакцию песок и глиноземистые материалы, образующие с солями различные силикаты. Одновременно образуется жидкая фаза, с появлением которой протекание реакций резко ускоряется. Возникшие в шихте силикаты и не прореагировавшие компоненты вместе с жидкой фазой образуют к концу этапа плотную спекшуюся массу. Этап завершается при 950 – 1150оС – для стекол обычного состава.
На стадии стеклообразования происходит растворение зерен кварцевого песка в силикатном расплаве и одновременно взаимное растворение силикатов друг в друге. Этот процесс имеет двойную природу – химическую и физико-химическую. Зерна песка растворяются в расплаве с образованием силикатов щелочных материалов, но реакция замедляется из-за накапливания продуктов реакции (силикатов) вокруг зерна кварца. Освобождение зерна кварца от силикатов происходит медленно вследствие движения потоков масс и диффузионных процессов. Скорость стеклообразования зависит от вязкости расплава и поверхностного натяжения. Высокая вязкость затрудняет диффузию, а при увеличении поверхностного натяжения ухудшается смачиваемость зерен песка. На растворение зерен кварца оказывают влияние гранулометрический состав, форма зерен, содержание в зернах кварца примесей. К концу процесса стеклообразования, завершающегося при температурах 1200 – 1250оС, стекломасса становится прозрачной, в ней отсутствуют не проваренные частицы, однако содержится большое количество пузырей и свилей.
Процесс стеклообразования протекает медленнее, чем силикатообразование и составляет 60 – 70% общего времени, затраченного на процесс стекловарения. Скорость процесса стеклообразования зависит от состава стекла и температуры варки.
Осветление -характеризуется выделением из расплава газов, пересыщающих стекломассу после завершения процессов стеклообразования, и протекает при максимальной температуре варки 1560 – 1600оС. Практически на ОсОО «Интергласс» максимальная температура по верхнему строению печи: на ЛТФ1,2 1560оС, на ЛТФ-4 1540оС. Главный источник газов – шихта, в которой газы находятся в химически связанном виде и в виде гидратной влаги. При протекании реакций силикато- и стеклообразования газы выделяются в атмосферу печи, однако часть пузырьков самых разных размеров остается в расплаве. Скорость освобождения стекломассы от пузырей определяется вязкостью стекломассы, размером пузырей, давлением газов в пузырьках. Когда в стекломассе остаются только крупные пузыри температуру постепенно снижают, чтобы прекратить образование новых пузырей, а крупные пузыри выходят из стекломассы и при более низкой температуре. К концу этой стадии стекломасса освобождается от видимых газовых включений.
Гомогенизация – на этом этапе происходит усреднение расплава по составу, он становится химически однородным. Гомогенизация и осветление протекают одновременно при одних и тех же температурах. Гомогенизации способствуют выделяющиеся из стекломассы газовые пузыри, повышение температуры и связанные с этим понижение вязкости, повышение скорости диффузии и массообмена.
Студка – это завершающий этап стекловарения. На данном этапе происходит подготовка стекломассы к формованию, для чего равномерно снижают температуру на 300 – 400оС и добиваются необходимой для выработки вязкости стекла.
Главное условие во время охлаждения – непрерывное медленное снижение температуры без изменения состава и давления газовой среды. Нарушение этого условия может вызвать сдвиг установившегося равновесия газов и образование так называемой вторичной мошки.
Схема процесса варки стекла представлена на рис. 1
В стекломассе, находящейся в ванной печи, существуют различные конвекционные потоки. Основные два цикла конвекционных потоков – сыпочный и выработочный, которые направлены по продольной оси бассейна.
Внутри сыпочного цикла стекломасса движется сначала по верху от зоны максимальных температур к загрузочной части печи, тормозя продвижение шихты и варочной пены в сторону выработки и отдавая им часть своего тепла, затем опускается вниз и движется в обратном направлении к зоне максимальных температур, где снова поднимается кверху и замыкает цикл. Внутри выработочного цикла стекломасса движется также, но уже в противоположную сторону – к выработке. Часть стекломассы вырабатывается, а остальная часть опускается вниз и движется обратно в варочную часть печи к зоне максимальных температур, где поднимается кверху и замыкает выработочный цикл.
Вертикальная граница раздела этих циклов в зоне максимальных температур называется квельпунктом.
Процесс гомогенизации
стекломассы протекает
продолжается и при
последующем понижении
В конце варочного бассейна температура стекломассы достигает 1390 – 1400оС. Для интенсификации процесса студки стекломассы на пережиме печи используют заградительное устройство типа холодильник, который погружают в стекломассу на глубину до 450 мм, что в свою очередь, позволяет снизить температуру.
По мере продвижения
стекломассы к выработке
Для подготовки стекломассы
к выработке, выравнивания термической
однородности стекломассы применяют
вдувание воздуха в подсводовое
пространство студочной части печи,
что позволяет снизить
2.3 Формование листового стекла методом продольно- поперечного вытягивания.
После прохождения всех
выше перечисленных процессов
Ванна расплава имеет огнеупорную футеровку, выполненную из шамотных брусьев. Огнеупоры свода крепятся к раме кожуха. Срок службы огнеупоров ванны расплава до капремонта не менее 10 лет.
Процесс формования ленты стекла на расплаве металла включает следующие стадии:
· регулируемую подачу стекломассы на поверхность расплавленного металла;
· активное формование;
· охлаждение готовой ленты.
По длине ванна расплава разделена на 16 технологических зон, из которых 8 широких (с 1ой по 8ую зоны), 3 средних (с 9ой по 11ую зоны) и 5 узких (с12ой по 16ую зоны).
Толщину и скорость формования ленты стекла регулируется с помощью растягивающих (утоняющих) устройств.
В боковых стенках
кожуха свода имеются окна для
вставки и выемки нагревателей. В
боковых стенках между
Схема расстановки оборудования в ванне расплава представлена на рис. 2.
2.4 Отжиг листового стекла.
Отжигом называют процесс
устранения остаточных напряжений в
стекле путем регулируемого охлаждения
(по заданному режиму) от температуры
формования до температуры цеха. Отжиг
позволяет предотвратить
В интервале температур (440-595оС), называемом интервалом стеклования, происходит преобразование стекла из вязко-текучего состояния в твердое (хрупкое). В этом же интервале происходят и основные изменения физических свойств стекла, в частности уменьшение коэффициента термического расширения примерно в два раза.
При образовании перепада температур или его изменении в этом интервале в стекле возникают временные напряжения, которые релаксируют (уменьшаются) вследствие вязкого течения (смещения) слоев относительно друг друга, причем скорость релаксации достаточно велика (минуты) в высокотемпературной области и резко снижается (часы) – в низкотемпературной области. При температуре ниже 440оС напряжения в стекла остаются неизменными пока сохраняется вызвавший их перепад температур.
После окончательного охлаждения стекла до температуры окружающей среды и исчезновения перепада температур, центральные слои стекла теоретически должны были бы изменить (уменьшить) собственные линейные размеры, но, поскольку стекло уже находится в хрупком состоянии и вязкое течение отсутствует, в нем возникают остаточные напряжения (упругие сокращения).
Напряжения в стекле возникают также из-за химической или термической неоднородностей.
Химическая неоднородность – это стекло другого химического состава и, соответственно, других химических свойств, чаще всего проявляющееся в виде свили. Предельный случай этого явления – это включения в стекле.
Термическая неоднородность – это стекло, сформированное в другом термическом цикле стекловарения и обладающее отличающимися от основного стекла физико-химическими свойствами.
Напряжения, возникающие вследствие неоднородностей, производственным отжигом не устраняются.
Остаточные и временные
Последние («плоскостные») напряжения существенно влияют на целостность ленты, качество поперечного раскроя и отбортовку ленты.
«Торцевые» напряжения всегда присутствуют в стекле любой толщины и любого размера и именно они, при всех остальных одинаковых параметрах, определяют качество раскроя листов стекла.
На основании заданной величины «торцевых» остаточных напряжений рассчитывается температурная кривая листового стекла и, соответственно, длина печи отжига.
Режим отжига зависит от состава и свойств стекла, размеров и толщины изделий. Чтобы определить этот режим, нужно установить две его крайние точки, т.е. тот интервал температур, внутри которого возникают и релаксируют остаточные напряжения. Эти крайние температуры отвечают значениям вязкости стекла 1012 Па х с (ВТО – высшая температура отжига) и 1014 Па х с (НТО – низшая температура отжига).
Режим отжига должен обеспечивать величину остаточных напряжений, определяемую исходя из значения двойного лучепреломления, до 10нм/см на 1мм толщины стекла.
Для получения заданной величины остаточных напряжений стекла медленно охлаждается в интервале температур ответственного отжига.
Режим отжига листового стекла включает три стадии:
-предварительное охлаждение до ВТО (600(610)-570оС);
-ответственный отжиг – это медленное охлаждение до НТО (570-510оС);
-ускоренное охлаждение (510-60оС).
Из ванны расплава
лента стекла попадает в печь отжига
(лер). Печь отжига предназначена для
транспортирования и
