Технологический расчет производства хрусталя

  Федеральное агентство по образованию РФ

  Белгородский Государственный Технологический Университет им. В.Г.Шухова 
 
 
 

  Кафедра ОХТ 
 

  Курсовая работа по дисциплине Химическая Технология Тугоплавких Неметаллических и Силикатных Материалов

На тему: «Технологический расчет производства хрусталя» 
 
 
 
 
 

                                            Выполнил: студентка группы

             ХТ-31

                    Сехна Алена

                                          Проверил: Шиманская М.С. 
 
 
 

  Белгород2009 

  Пояснительная записка. 

  План

Введение.

Литературный обзор

Приготовление шихты

Сырьевые материалы

вспомогательные вещества

получение, контроль и транспортировка шихты.

Окрашивание глушение и обесцвечивание стекла.

Пороки стекломассы

Совершенствование конструкций стекловаренных печей

Стадии стекловарения

Декоративная обработка стеклоизделий

Расчет производительной программы

расчет шихты

расчет физико-химических свойств

Заключение

Список литературы 
 
 
 
 
 
 

введение 

  Стекло является одним из важнейших искусственных материалов, прочно вошедших в быт, культуру и технику людей всего мира.

  Еще немногим более 100 лет назад области применения стекла были довольно ограниченны. Фактически из него изготавливали только посуду, оконное стекло, ювелирные изделия и стекла для очков, биноклей, микроскопов и некоторых оптических приборов.

  Однако и в то время, т.е. к концу 19 века, стекло уже играло очень большую роль в техническом и культурном прогрессе человечества. Крупнейшие открытия в области астрономии, микробиологии, зоологии, ботаники и медицины удалось сделать благодаря созданию сложных оптических приборов, в которых самые главные детали - линзы- были сделаны из стекла. Благодаря стеклу человечество получило дешевую, красивую и гигиеническую посуду.

  Слово «хрусталь» есть искаженное слово «кристалл», под которым в древности понимали кварц (горный хрусталь); его принимали за окаменевшую воду. Уже отсюда можно видеть, что основным достоинством хрусталя всегда считали его прозрачность и белизну. Действительно, именно прозрачность стекол является наиболее ценным и характерным их свойством. В этом отношении стекло нередко сравнивают с алмазом и другими драгоценными минералами.

  В более позднее время под термином «хрусталь» стали понимать свинцовые стекла (флинты), так как при отсутствии в те времена достаточно чистых материалов только свинцовые стекла удавалось получать вполне бесцветными, тогда как другие стекла имели зеленоватый оттенок. Именно в связи с этим и теперь нередко отождествляют термины «хрусталь» и «свинцовый хрусталь». Более правильно называть хрусталем стекло с высокой степенью прозрачности и белизны, считая эти два свойства основными характеристиками хрустальных стекол. Хрустали следует подразделять на отдельные виды, характеризуемые составом и зависящими от него другими свойствами.

  Свинцовый хрусталь, применяемый для изготовления высокосортных художественных изделий и лучшей столовой посуды, имеет наибольшие белизну, прозрачность и показатели преломления и дисперсии.

  Изделия из свинцового хрусталя обычно обрабатываются алмазной гранью, как правило, покрывающей большую часть их поверхности, что придает им особую «игру».

  Хрусталь - это прозрачное декоративное стекло, блеск которого обусловлен преломлением света в гранях. Хрусталь можно сравнить с бриллиантом, ведь в обоих случаях стоимость готовых изделий зависит от качества огранки и исходного материала.

  Король Якоб I в связи с активными военными действиями Великобритании запретил использовать дерево в производственных целях, сделав исключение лишь для кораблестроителей. Заводы, оснащенные стекольными печами, были переведены на уголь. И именно в угольных печах обнаружился уникальный эффект обесцвечивания стекла.

  В 1676 стекольных дел мастер Георг Рейвенскрофт разработал технологию смеси, содержащую оксид свинца. Это позволило обеспечить феноменальную для того времени прозрачность стекла. Хрусталь, изготовленный подобным способом, невозможно разрушить кислотой и щелочью. Разумеется, современные технологии производства хрусталя намного совершеннее технологии Равенскрофта, но все они обязаны своим существованием именно великому мастеру стекольного дела.

  Несколько веков спустя технология появилась во Франции, где изделия из хрусталя и стали по-настоящему популярными и востребованными. Магазин хрусталя в Париже, предлагавший посуду из хрусталя, хрустальные вазы, фужеры стал излюбленным местом посещения различной гостившей в столице Франции знати.

  В Россию хрусталь пришел в конце восемнадцатого века. Российские мастера с присущей им сноровкой и талантом вскоре овладели мастерством производства хрусталя, не уступающего знаменитым британским и французским изделиям. Посуда из хрусталя, произведенная в Российской империи, сегодня является желанной в коллекции любого знаменитого коллекционера изделий из хрусталя.

   Хрусталь по своей природе является необычайно мягким материалом, поэтому изделия из хрусталя при производстве обычно подвергаются алмазной огранке. Технология подразумевает обработку вращающимися кругами искусственного алмаза, после чего происходит полировка кислотами. Это придает окружающим нас хрустальным вазам, фужерам и прочей посуде из хрусталя твердости и делает переливы всех цветов радуги в ее гранях еще более завораживающими.

   Несмотря на то, что развитие стекольной индустрии не стоит на месте, и сегодня уже предлагаются намного более практичные и дешевые материалы, нежели хрусталь, он еще долгое время останется популярным на различных приемах и светских раутах. Изделия из хрусталя поражают, прежде всего, своей натуральной, природной прозрачностью, которую невозможно имитировать при помощи даже самой современной химии.

  Изделия из хрусталя, украшаются гравировкой, огранкой, резьбой. Хрусталь поистине можно назвать "королем стекла", ведь когда смотришь, как суетливо играют все цвета радуги в хрустальных гранях, невольно вспоминаешь о бриллиантах. И это не случайно, поскольку дорогой хрусталь отличается невероятной игрой света, что не свойственно ни одному существующему материалу, за исключением драгоценных камней. Элитный Хрусталь всегда восхищал и в тоже время отпугивал человека, вселяя страх своей загадочной, магической красотой. Древние народы принимали хрусталь за окаменевший лед, поскольку находили его на вершинах высоких гор, где лежат вечные снега. Элитный Хрусталь обладает идеальной прозрачностью - он прозрачнее воздуха и воды. Именно за безукоризненную чистоту и прозрачность так ценится хрусталь и является своеобразным символом целомудрия, скромности и чистоты помыслов. Не так давно изделия из хрусталя были чем-то большим, нежели предметы быта, а "витрины" кухонных шкафов, заполненные ими являлись обязательным атрибутом любой квартиры - количество и разнообразие хрусталя в доме свидетельствовало о социальном статусе хозяев. Когда период «развитого социализма» ушел в историю, оказалось, что хрустальные вещи - это красивая посуда, делающая любое застолье торжественным мероприятием, великолепные светильники и люстры, украшающие гостиные сверкающими переливами света. Безусловно, кто-то может сказать, что русский хрусталь уже давно вышел из моды, однако классика, как известно, не может устареть. Оригинальные сувениры, причудливые талисманы из ограненного хрусталя, модные фигурки европейского и восточного зодиакальных циклов, изысканные цветы или букеты из хрусталя всевозможных оттенков и огранки всегда будут беспроигрышно смотреться в любом интерьере. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Литературный обзор  

  Стекло является одним из важнейших искусственных материалов, прочно вошедших в быт, культуру и технику людей всего мира. В быту используются самые разнообразные виды изделий из стекла. Это стеклянная посуда и декоративные изделия: стаканы, изделия на ножке, вазы для цветов и фруктов, письменные и туалетные приборы, пепельницы, декоративные изделия и т.д.

  Вот краткий обзор предприятий производящих хрусталь:

• ОАО «Дятьковский Хрусталь» - современное, динамично развивающееся предприятие, обеспечивающее производство самого широкого спектра продукции из хрусталя с более чем 200 летней историей.

  Дятьковскую продукцию знают в Австралии, Великобритании, Венгрии, Иордании, Италии, Португалии, США, Франции, Японии и других странах. Огромный опыт художественной культуры, накопленный за два столетия, продолжает развиваться умелыми высококлассными мастерами, талантливыми художниками-дизайнерами и в настоящее время.

  Ручной способ является основным методом выработки и декорирования Дятьковского хрусталя.

  Опытные художники создают оригинальные формы. В сочетании с классической огранкой, выполненной руками кудесников своего дела, замечательных мастеров Дятьковского хрусталя, рождается гармония чистого прозрачного материала и сверкающих рисунков алмазной грани.

  Наряду с поиском новых средств художественной выразительности, интересных образных и композиционных решений воплощении творческого замысла, используются традиционные методы декорирования: гутная техника, алмазное гранение, гравировка.

  Дятьковский хрусталь это:

  Продукция отличного качества «на любой вкус» из драгоценного, чистейшего хрусталя

  Оригинальный дизайн, разработанный талантливыми художниками стекла

  Ручная работа в лучших традициях Российских мастеров

  Более 200 лет на рынках России и мира

• "Борисовский хрустальный завод имени Ф.Э.Дзержинского" - второй по величине завод в Республике Беларусь, выпускающий посуду и художественные изделия из стекла и хрусталя. Является одним из старейших предприятий стекольной промышленности (основан в 1898 году).

   В настоящее время предприятие производит более 2000 образцов изделий из хрусталя и бесцветного стекла:

  посуду для сервировки стола (бокалы, рюмки, фужеры, вазы для крема, вазы для конфет, вазы для печенья, вазы для фруктов, графины, кувшины, стаканы);

  вазы для цветов;

  сувениры;

  рассеиватели света для комплектации электротехнических изделий (люстры, торшеры, бра).

  Продукция завода экспортируется в 16 стран мира. Её ассортимент ежегодно обновляется и пользуется возрастающим спросом в странах ближнего и дальнего зарубежья.

  В 24 странах на международных выставках и ярмарках экспонировались и отмечались медалями и дипломами лучшие изделия заводчан.

   Высокое качество продукции, современный дизайн, уважение и понимание интересов заказчиков - основа многолетнего успеха Борисовского хрустального завода.

  Талантом и трудом мастеров создаётся то, что может оставаться полезным, приятным и необходимым на долгие годы.

• "Первомайский стекольный завод" основан в 1879 году.

  Основным направлением деятельности завода является производство изделий из хрусталя (ручным способом и методом прессования с ручной алмазной доработкой) и производство изделий из стекла.

  "Первомайский стекольный завод" предлагает широкий ассоримент оригинального накладного хрусталя и цветного стекла как в традиционном классическом исполнении, так и в новых современных формах.

  Художники завода неустанно работают над внедрением новых изделий.

  Хрусталь и стекло насыщенного синего цвета никогда не оставят покупателей равнодушными.

• Стеклозавод "Неман" - предприятие с вековыми традициями стекловарения. В 1883 году на берегу реки Неман последователи мастеров знаменитого Дятьковского завода Юлиус Столле и Вильгельм Краевский организовали, производство стекла.

  В настоящее время - это современное технически оснащенное предприятие по производству изделий из хрусталя, цветного и бесцветного стекла со всевозможными видами декорирования. Ассортимент предприятия представлен 3 000 видами изделий для сервировки домашнего стола, кафе, ресторанов, интерьеров домов и офисов.

  Изделия завода пользуются популярностью во всем мире. Продукция "Неман" экспортируется в Россию, Германию, Голландию, Бельгию, Болгарию, Грецию, Италию, Францию, США, Канаду, Казахстан, Литву, Латвию, Эстонию и другие страны ближнего и дальнего зарубежья.

  Мастерство потомственных стеклодувов и технологические возможности завода совершенствуются в соответствии с требованиями рынка   

• Хрустальный SWAROVSKI.В любой сфере деятельности есть культовые имена, которые воспринимаются окружающими с преклонением и вне обсуждения. Если говорить о мире хрусталя, то такое имя - Swarovski. Этому бренду уже более ста лет.С 1992 года Swarovski выпускает аксессуары для дома, приглашая к сотрудничеству известных дизайнеров Борека Сипека, Андре Путман и др. Стразы Swarovski используют в своих коллекциях Дома Chanel, Christian Dior и многие другие. Недавно Swarovski пригласила знаменитых дизайнеров Фернандо и Умберто Кампана, Тома Диксона, Винсента Ван Дуйсеыа и другую талантливую молодежь создать объекты под своей маркой. Легко представить восторг профессионала, которому дали вволю хрусталя и сказали: делай все что хочешь, лишь бы это могло служить люстрой. Такой подход оказался плодотворным, и результат превзошел все ожидания. Новые люстры меньше всего похожи на привычных себя. Получился увлекательный световой аттракцион - раскидистые ветки, торнадо, водопады... Поглядеть на сверкающие чудеса в заброшенном миланском особняке, расположенном рядом с концептуальным магазином Бруно Райнальди, собралась вся светская тусовка старушки Европы.

  Недавно компания открыла и еще одну новую сферу применения своего уникального продукта. Теперь любители роскоши могут наслаждаться переливающимися настенными картинами и инкрустированной волшебными стразами мебелью. Как и произведения великих художников, картины, выполненные из хрусталя Swarovski, живут своей тайной жизнью: причудливые цветы, птицы и животные как бы находятся в постоянном движении, играя своими прозрачными гранями. Впечатление от живых картин усиливает фибро-оптическая подсветка, обеспечивающая эффект глубины.

  В 1995 году фирма отпраздновала свое столетие. В австрийском Ваттенсе, где размещается штаб-квартира компании, открылся подземный музей "Хрустальные миры Сваровски". Сегодня в мире действуют 67 фирменных магазинов Swarovski. В Москве выбор изделий достаточно широк - начиная от популярных фигурок и заканчивая ювелирными образцами. Среди Silver Crystal есть так называемые профессиональные серии - хрустальные фотоаппараты, микроскопы, скрипки, рояли. Хрустальные пишущая машинка или сотовый телефон обойдутся в 1444 руб. Символ фирмы - маленький лебедь - обойдется всего в 2385 руб., а для любителей больших форм найдется и лебедь-гигант аж за 192 тыс. рублей. И, конечно, есть всевозможные украшения: серьги, браслеты, бусы, подвески и т.д.Хрусталь давно используют в декоративно-прикладном искусстве, в том числе и при производстве сувенирной продукции, дорогих подарков клиентам и руководителям крупных компаний, и другим высокопоставленным лицам: фужеры, рюмки, графины, сувениры из хрусталя различных форм, пепельницы из хрусталя, хрустальные подсвечники, хрустальные рамки для фотографий, шкатулки из хрусталя и многое другое. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Производство шихты

Сырьевые материалы

Сырьевые материалы для производства стекла и стеклоизделий условно делят на две группы: основные и вспомогательные.

Основные материалы содержат оксиды, образующие основу стекла и определяющие его свойства. Вспомогательные материалы представляют собой вещества, которые вводятся для изменения характеристик стекла и ускорения процесса стекловарения (красители, обесцвечиватели, глушители, окислители и восстановители, ускорители варки). Сырьевые материалы могут быть также разделены на природные и синтетические. В стеклоделии в основном применяют природные материалы: кварцевый песок, известняки, доломиты, нефелины, полевые шпаты. Остальные материалы, как правило, синтетические: кальцинированная сода (карбонат натрия), поташ (карбонат калия), свинцовый сурик и глет (оксиды свинца), красители и др. Качество сырьевых материалов (химический и гранулометрический составы, примеси и т.п.) регламентируются соответствующими государственными стандартами и техническими условиями, которые периодически пересматриваются и уточняются.

  Основные материалы

 Кремнеземсодержащие материалы. Основным материалом для ввода в стекло SiO2 является кварцевый песок. Качество песков оценивают по их химическому и зерновому составу. Главное требование к пескам -- максимальное содержание SiO2 и минимальное содержание окрашивающих примесей. Для стекловарения применяют пески, содержащие не менее 95% кремнезема и регламентируемое количество окрашивающих примесей, среди которых наиболее распространенными являются оксиды железа. В песках могут содержаться также оксиды титана, ванадия, хрома и сульфиды. При производстве изделий из различных стекол предъявляются различные требования к химическому составу кремнеземсодержащего сырья. Основные из них приводятся в таблице 1:

  Таблица 1. Требования к содержанию SiO2 и Fе2О3 в кремнеземсодержащих материалах различных стекол 

Пески с повышенным содержанием примесей обогащают (целесообразно делать на месте добычи), чтобы получить содержание примесей в указанных количествах. Содержание в песках красящих примесей при производстве высококачественных бытовых изделий из свинцового хрусталя и бесцветных Nа-Са-Si- стекол не должно превышать, %: V2О5 -- 0,05; TiO2 -- 0,05; Сr2О3 -- 0,0001, сульфидов -- 0,01-0,001.

При варке стекла важно учитывать размеры зерен песка, особенно количественное соотношение зерен по размерам. В производстве листового стекла, тары и бытовой посуды рекомендуется применять кварцевые пески, в которых содержание фракций размером 0,1-0,5 мм составляет 85-90%. Для ускорения процесса стеклообразования необходимы мелкие пески с равномерным гранулометрическим составом. Для ускорения процесса варки лучше применять песок с зернами остроугольной формы, так как в этом случае увеличивается реакционная поверхность по сравнению с зернами сферической формы. Для оптического и кварцевого стекол применяют природный, например, жильный кварц высокой чистоты. В последнее время диоксид кремния стали производить искусственно -- преимущественно для производства особо чистого кварцевого стекла. Синтетический SiO2 при этом получают следующими способами:

1) парофазным синтезом из тетрахлорида кремния в водородно-кислородном пламени

2) прямым окислением тетрахлорида кремния в кислородной низкотемпературной плазме

3) из геля SiO2 путем его высушивания, термообработки и плавления при 1800°С;

4) выращиванием чистых искусственных кристаллов кварца (в автоклавах при повышенных температурах и давлениях) с последующим термодроблением и кислотной промывкой.

Первые два способа совмещают с наплавлением блоков кварцевого стекла.

  Глиноземсодержащие материалы. Ввод Аl2О3 в натрий-кальций-силикатные стекла снижает температурный коэффициент линейного расширения, повышает химическую устойчивость, улучшает механическую и термическую прочность. В производстве листового стекла и стеклотары для ввода Аl2О3 обычно применяют многокомпонентные глиноземсодержащие материалы. В большинстве случаев для ввода Аl2О3 используют концентраты полевошпатовых, пегматитовых и нефелиновых горных пород.

В состав высококачественных стекол Аl2О3 вводят чаще всего чистым техническим глиноземом и иногда гидратом глинозема.

  Борсодержащие материалы. Введение в состав стекла незначительного количества (до 2%) оксида бора значительно облегчает варку и осветление стекла, снижает температуру варки, улучшает физико-химические свойства стекла, например, термическую и химическую стойкость.

Оксид бора вводят борной кислотой Н3ВО3, бурой Na2В4О7 . 10Н2О и боратом кальция. Массовое соотношение борного ангидрида и оксида кальция в борате кальция составляет 1,22-1,24.

  Натрийсодержащие материалы. Основными материалами для ввода в стекло оксида натрия являются карбонат натрия (сода), сульфат натрия и нитрат натрия (селитра). Карбонат натрия содержит 58,5 Nа2О и 41,5% СО2, температура его плавления 854°С. Технический карбонат натрия для производства стекла должен содержать не менее 95% Nа2СО3 и не более 1% NaCl. В производстве бытовой посуды содержание Fе(ОН)3 ограничивается 0,01-0,02%. Частичным заменителем карбоната натрия может служить сульфат натрия, который обычно применяют в производстве стеклянной тары. Температура плавления сульфата натрия 884°С. Разложение Na2SО4 происходит при температуре 1200-1220°С с большим трудом, поэтому требуется ввод восстановителя.

Оксид натрия частично можно ввести и с горными породами, используемыми для ввода других оксидов, например Аl2О3 (нефелины, полевые шпаты, трахиты и т.п.).

Натриевую селитру применяют для ввода от 1 до 6% Nа2О. Роль натриевой селитры определяется ее окисляющим действием.

Из-за более высокой стоимости селитры по сравнению со стоимостью другого натрийсодержащего сырья, ее применение ограничено.

  Калийсодержащие материалы. Оксид калия, введенный в натрий-кальций-силикатное стекло взамен оксида натрия, улучшает его оптические и выработочные характеристики, химическую устойчивость, цветовые характеристики. Сырьем для ввода К2О являются поташ (карбонат калия) и селитра (нитрат калия). Для повышения качества стекла необходимо, чтобы содержание в поташе красящих примесей и сульфата калия было минимальным. Так при варке свинцового хрусталя, когда вводят 12-15% К2О с поташом, содержание оксидов железа в поташе не должно превышать 0,002-0,003%, оксидов хрома -- 0,0005%, а сульфат калия вовсе недопустим.

Нитрат калия (селитру) применяют как окислитель для введения от 1 до 6% К2О.

  Магнийсодержащие материалы. Оксид магния улучшает кристаллизационные характеристики стекла, снижает ТКЛР. В качестве сырья для введения в стекло обычно используют доломит СаСО3 . МgСO3. Природные доломиты всегда содержат примеси песка, глинозема и железа. Постоянство состава и минимальное содержание вредных примесей (соединений железа) имеют важное значение для производства бытовой посуды и обесцвеченной стеклотары.

В качестве материалов для ввода МgО могут быть также применены (при условии постоянства состава) магнезит МgСО3, доломитизированный известняк и др.

  Стронцийсодержащие материалы. Оксид стронция при замене части щелочноземельных оксидов улучшает выработочные характеристики, оптические свойства и химическую устойчивость стекла. Можно вводить до 6% оксида стронция в стекло для бытовых изделий и обесцвеченных бутылок, особенно малой вместимости. Оксид стронция можно ввести в стекло с карбонатом стронция SrСО3 (стронцианитом) и сульфатом стронция SrSО4 (целестином). Основное требование к этому сырью -- малое содержание оксидов железа. При условии использования чистого сырья оксид стронция может вводиться в состав бессвинцовых хрусталей для бытовых изделий.

  Барийсодержащие материалы. При введении небольших количеств ВаО ускоряется варка, улучшаются выработочные характеристики, особенно при механизированном формовании. ВаО повышает показатель преломления и плотность. Для ввода в стекло оксида бария наиболее подходящим сырьем является карбонат бария ВаСО3 или минерал витерит, могут также применяться нитраты и сульфаты. С карбонатом бария вводится 77,7% ВаО, а с нитратом бария -- 58,6% ВаО.

  Свинецсодержащие материалы. Оксид свинца является основным компонентом оптических и хрустальных стекол и определяет их высокие оптические свойства. Для введения в стекло РbО используют свинцовый сурик Рb3О4 и свинцовый глет РbО. При разложении сурика выделяется кислород, который осветляет стекломассу и поддерживает окислительную среду. Преимуществами использования свинцового сурика перед свинцовым глетом являются отсутствие примесей металлического свинца и минимальная возможность восстановления оксидов свинца.

Содержание красящих примесей в свинецсодержащем сырье должно быть минимальным: оксидов железа -- не более 0,001%, соединений никеля, кобальта, меди -- до 0,0001%.

Комплексным сырьем для ввода оксида свинца и кремнезема является силикат свинца с содержанием: РbО 70-71 %, SiO2 20-21 %. Силикат свинца представляет собой продукт промышленной переработки свинцовых кеков, содержание красящих примесей в нем превышает допустимые пределы. Материал может быть рекомендован для производства цветных стекол.

Цинксодержащие материалы. Добавка оксида цинка в стекло снижает температурный коэффициент линейного расширения, увеличивает коэффициент преломления и химическую устойчивость. Оксид цинка является обязательным компонентом селенового рубинового стекла. Для введения в состав шихты оксида цинка используют цинковые белила (промышленное название оксида).