Оглавление

Введение 2

1.Технологический  процесс производства  сортового стекла  и его характеристика. 3

1.1.Характеристика  получаемой продукции  – сортового стекла. 3

1.2. Характеристика применяемого  сырья. 5

1.3.Характеристика  технологии производства  сортового стекла. 8

2. Экономическое обоснование  оптимальной схемы  производства 12

3. Блок-схема технологического  процесса производства  сортового стекла. 14

3.1. Расчёт материального  баланса и определение  коэффициентов расхода  сырья. 18

3.2.Динамика  трудозатрат при  развитии технологического  процесса. 20

3.3.Уровень  технологии технологического  процесса производства  сортового стекла. 22

4. Заключение 23

Список  литературы 24

     Введение 

     В быту мы встречаемся с самыми разнообразными видами изделий из стекла. Это стеклянная посуда и декоративные изделия: декоративные вазы, вазы для цветов, письменные и  туалетные приборы, пепельницы и  т.д. Изделия из стекла изготавливают  различных цветов и оттенков, с  разнообразной художественной отделкой.

     Посуда  и декоративные изделия должны отличаться высоким качеством, разнообразием ассортимента, быть изящными и простыми по форме. Характер декорирования должен быть органически связан с их формой и назначением.

     Основными требованиями к посуде являются термостойкость, химическая устойчивость и хороший внешний вид (блеск, прозрачность, чистота цвета). Высокой термостойкостью должны обладать чайные стаканы. Изделия не должны иметь пороков, заметно портящих внешний вид: камней, свилей, пузырей. Рисунок на изделиях должен быть четким и правильным, края и грани не должны быть режущими.

     К сортовому стеклу относят обширный класс стеклоизделий, вырабатываемых из хрустальных, бесцветных и окрашенных стёкол методами ручного и механизированного  выдувания и прессования. Они  служат для употребления в быту, хранения и розлива жидких пищевых  продуктов, украшения жилища, оформления культурно-бытовых учреждений.

     1.Технологический процесс производства сортового стекла  и его характеристика. 

     1.1.Характеристика получаемой продукции – сортового стекла.

     В производстве сортовых изделий применяется  несколько видов стекол, классификация  которых в соответствии с ГОСТ 24315-80 "Посуда и декоративные изделия  из стекла. Термины и определения  видов стекол, способов выработки  и декорирования" приведены в  табл. 8.1.

     Изделия из сортового стекла в зависимости  от размеров и вместимости подразделяют на четыре группы (табл. 8.2).

     Группа  изделий определяется по наибольшему  параметру в соответствии с функциональным назначением.

     Классификация изделий производится по назначению, видам стекол, способам выработки, сложности  конфигурации, способам декорирования. В соответствии с нормативно-технической  документацией изделия по назначению делят на посуду и декоративные изделия из стекла.

     К стеклянной посуде относят изделия, используемые в быту, на предприятиях общественного питания для приготовления пищи, напитков и сервировки стола.

     По  видам стекол изделия подразделяют в соответствии с табл. 8.1.

     По  способам выработки различают изделия ручного и механизированного выдувания, прессованные, прессовыдувные, изделия сочлененные (многостадийной выработки), центрифугированной выработки, моллированные, из накладного стекла.

     По  сложности конфигурации бывают изделия, имеющие сосуд простой и сложной конфигурации; изделия на воронкообразной, простой и фигурной ножке; изделия с утолщенным дном, изделия на поддоне; рюмочные изделия на массивной ножке.

     По  способам декорирования изделия подразделяют на декорированные в горячем и холодном состоянии. Декорированием в горячем состоянии получают изделия свободного выдувания (гутные), с орнаментом, оптическим эффектом, рельефами, газовыми и инородными включениями, изделия "кракле" и т.п. Изделия из стекла, декорированные в холодном состоянии, делят на изделия с плоской и алмазной гранью, матовым шлифованием, гравированные, с пескоструйной обработкой, декорированные травлением, с поверхностными покрытиями (роспись, шелкотрафаретная печать, распыление, переводные картинки).  
 
 
 
 

     Таблица 8.1. Виды стёкол.

     Таблица 8.2. Параметры и размеры изделий.

1.2. Характеристика применяемого сырья.

     Сырьевые  материалы, применяемые в производстве изделий из стекла, делятся на две  группы: главные и вспомогательные. Главные сырьевые материалы составляют основные компоненты стекла (оксиды кремния, алюминия, бора, натрия, калия, кальция  и магния), они вводятся в стекломассу, как правило, в виде природных  соединений. Вспомогательные сырьевые материалы вводятся в стекломассу  для ускорения варки стекла и  придания ему требуемых свойств.

     Кремнезем (SiO₂) — главный стеклообразующий оксид, с увеличением его содержания повышается тугоплавкость, и химическая стойкость стекла Кремнезем вводится в стекломассу в виде кварцевого песка или молотых кварцитов и песчаников. Основное требование к пескам для стекловарения — высокое содержание SiO₂ и минимальное содержание примесей (особенно оксидов железа, хрома и титана), снижающих прозрачность стекла. Для обеспечения постоянства состава шихты и удаления вредных примесей пески обогащают.

     Глинозем (Аl₂О₃) вводится в стекломассу в виде пегматита, полевошпатовых концентратов, а для высокосортных стекол — в виде чистого оксида алюминия. Влияние Аl₂О₃ на свойства стекла аналогично действию кремнезема.

     Оксид бора (В₂О₃) придает стеклу ряд ценных свойств: способствует снижению коэффициента его температурного расширения, повышению термостойкости и химической устойчивости, механической прочности, уменьшению склонности стекла к кристаллизации, а также ускорению процесса его варки. Для введения ВгО₃ в стекломассу служат борная кислота, бура, борсодержащие минералы.

     Оксид натрия (Na₂O) способствует ускорению процесса стеклообразования (понижается температура плавления) и облегчению осветления стекломассы, но обусловливает повышение коэффициента температурного расширения стекла и снижение его химической устойчивости. Оксид натрия вводится в стекломассу в виде соды и сульфата натрия. В производстве стекла преимущественно используют синтетическую кальцинированную соду.

     Оксид калия (К₂О) снижает склонность стекла к кристаллизации, придает ему блеск и прозрачность. Сырьем для введения в стекломассу К2О являются поташ, калиевая селитра, горные породы и отходы различных производств.

     Оксид кальция (СаО), ускоряя реакции силикатообразования, способствует облегчению варки и  осветления стекла, повышению его  выработочных свойств, химической устойчивости. Оксид кальция вводится в стекломассу  обычно в составе углекислых солей  СаСОз в виде мела, известняка, мрамора  и известкового шпата.

     Оксид магния (МgО) способствует улучшению кристаллизационных свойств стекла, снижению коэффициента его температурного расширения, и повышению механической прочности. При одновременном введении в стекломассу Аl₂О₃ и MgO улучшаются выработочные свойства стекла, повышается его химическая устойчивость. В качестве сырья для введения в стекломассу MgO используют доломит, магнезит, доломитизированный известняк и др.

     Вспомогательные сырьевые материалы, но своему назначению подразделяются на следующие группы: ускорители варки, осветлители, обесцвечиватели, красители и глушители.

     Ускорители  варки — это вещества, способствующие появлению жидкой фазы стекломассы  при более низких температурах и  увеличению скорости процесса силикатообразования. Обычно используется кремнефтористый  натрий. При содержании фтористых  соединений в стекломассе 0,5... 1,5 % продолжительность  процесса варки снижается на 10…15%. Ускорению процесса варки стекла способствует также введение В₂О₃.

     Осветлители — вещества, способствующие при  высоких температурах освобождению стекломассы от газовых пузырей. В качестве осветлителей стекломассы  применяют сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий и аммоний, селитру.

     Обесцвечиватели могут оказывать как физическое действие на стекольную массу —  создавать дополнительную окраску  стекла примесью, так и химическое — переводить окрашивающую примесь  в бесцветную форму. Обесцвечивателями  физического действия являются элементарный селен и его соединения, оксиды никеля, марганца, кобальта. В качестве химических обесцвечивателей применяют сильные окислители: мышьяковистый ангидрид, двуоксид церия, селитру, сульфат натрия.

     Глушители — вещества, способствующие получению  непрозрачного стекла. Наиболее распространенными  и эффективными глушителями являются соединения фтора и фосфора, в частности 'криолит’ (NaF AIF₃), кремнефтористый натрий, фтористый кальций, фосфорнокислый натрий.

     Красители — вещества, окрашивающие стекла в  различные цвета. Красители могут  быть молекулярными, полностью растворяющимися  в стекломассе, и коллоидными, равномерно распределяющимися в ней в виде коллоидных (тонкодисперсных) частичек. К первым относятся соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый), марганца (фиолетовый), урана (желтый), железа (коричневые и сине- зеленые тона), а ко вторым — золото (рубиновый), серебро (золотисто - желтый), селен (розовый) и др.

     Основные  требования к качеству всех сырьевых материалов, применяемых в производстве стекла,— их химическая однородность, постоянство химического и гранулометрического  состава, содержание красящих примесей. От химической однородности и химического  состава сырьевых материалов непосредственно зависит степень химической однородности стекломассы — один из решающих факторов получения стеклоизделий высокого качества.

     Сырьевые  материалы не должны иметь очень  крупных или очень мелких фракций. Крупные фракции (особенно это относится  к кварцевому песку) с недостаточно развитой реакционной поверхностью труднее провариваются. Очень мелкие фракции с более развитой реакционной  поверхностью труднее перемешиваются как между собой, так и с  зернами средних (оптимальных) размеров и обладают склонностью к комкованию. Кроме того, стекломасса, сваренная  с использованием очень мелких фракций, труднее осветляется. Поэтому применительно  к каждому виду сырья устанавливают  оптимальные размеры зерен. Сырьевые материалы просеивают через сито с числом

отверстий 64 - 100 на 1 см² . 

     1.3.Характеристика технологии производства сортового стекла.

     Сортовую  посуду производят в основном по следующей  технологической схеме. Сырье со склада поступает в составной цех, где оно подвергается сушке, дроблению. просеву и т д. Для обеспечения высокого качества бесцветных натрий-кальций-силикатных и хрустальных стекол и  достаточной   чистоты   поступающего   сырья   проводят   обогащение сырья, главным образом песка. Цель обогащения — снизить количество оксидов железа, придающих стеклу нежелательную окраску. К операциям обогащения песка, проводимым на заводах сортовой посуды, относятся промывка на сотрясательном столе и электромагнитная сепарация.

     Обработанные  сырьевые материалы направляют в  бункера для хранения. Далее их отвешивают по заданному рецепту для составления шихты. Как правило, добавляют малые количества материалов, обеспечивающих высокое качество сортовых стекол: осветлителей и обесцвечивателей, красителей.

     Для смешивания шихты применяют различные  типы смесителей. Так, шихту для цветных  стекол удобнее смешивать в контейнерных смесителях, а для бесцветных стекол - в тарельчатых.

     Полученную  шихту подают к ванной печи и загружают  в нее загрузчиком. Обратный бой из цеха подают к засыпочному карману печи и загружают вместе с шихтой.

     Варят стекло в горшковых и ванных печах. После варки стекла изделия вырабатывают тремя способами: ручным, полумеханизированным и механизированным. Ручным способом вырабатывают обычно выдувные изделия сложной конфигурации и больших размеров. Основной инструмент - стекловыдувная трубка и различные приспособления. Полу механизированным способом вырабатывают в основном изделия центробежного формования и прессованные. При этом осуществляют ручной набор стекломассы, подачу ее в форму и ручную выемку изделия из формы.

     Механизированным  способом вырабатывают как прессованные, так и выдувные изделия массового  ассортимента: стаканы, изделия на ножке, пепельницы, солонки, розетки для  варенья и т.п. При механизированном изготовлении изделий на ножке сочетаются операции прессования и выдувания. Края и поверхности прессованных изделий подвергают термической обработке обычно с помощью газовых горелок.

     Для выдувных высокохудожественных изделий  возможны различные способы декорирования  в горячем состоянии.

     После термической обработки и горячего декорирования или без них изделия поступают на отжиг, затем у выдувных изделий отделяют колпачок, производят обработку края. Край тонкостенных изделий массового производства предварительно шлифуют и оплавляют. Край толстостенных изделий шлифуют и полируют механическим способом.

     После предварительной обработки сортовые изделия декорируют, шлифуют, гравируют, наносят поверхностные покрытия красками, люстрами, золотом. Способ декорирования зависит от вида стекла: изделия из хрусталя и накладного стекла декорируют обычно алмазной гранью, а изделия из бесцветного натрий-кальций-силикатного стекла - поверхностными покрытиями, закрепляемыми обжигом. Шлифованные рисунки подвергают химическому (изделия из хрусталя) и механическому (изделия из бесцветных и цветных натрий-кальций - силикатных стекол) полированию. Существуют и другие виды декоративной обработки: химический, диффузионный, фотопечать и т.д.

     Выдувные  изделия сортовой посуды в связи  с многообразием видов обработки  контролируют обычно дважды. После  отделения колпачка проверяют качество стекла и выработки, а после декорирования — качество обработки.  Прессованные изделия, подвергающиеся дополнительной декоративной обработке, также контролируются дважды. Выдувные чайные стаканы дополнительно контролируют на термостойкость, закаленные изделия - на прочность и термостойкость. Отсортированные в соответствии с нормативно-технической документацией изделия маркируют, упаковывают и отправляют на склад готовой продукции.

     Контроль  качества готовых изделий должен сочетаться с контролем всего технологического цикла, так как высокое качество изделий обеспечивается стабильностью технологических процессов и операций, соответствием их установленным параметрам. 

     Ручная выработка выдувных изделий

     Производство изделий ручным способом с каждым годом уменьшается. Однако ассортимент выдувных изделий, вырабатываемых ручным способом, который обеспечивает получение высокохудожественных изделий разнообразных форм, весьма значителен.

     Формы для выдувания. При ручном способе производства формы выполняют двоякую функцию: придают изделию конфигурацию, красивый блеск, гладкую поверхность и поглощают из вырабатываемого изделия такое количество тепла, чтобы при извлечении из формы оно оставалось прочным и не изменяло конфигурации. Для изготовления форм в производстве выдувных художественных изделий применяют металл, дерево, цементно-угольную массу, огнеупорный материал, проволочную сетку.

     Инструменты и приспособления. При ручном производстве стекла применяют различные инструменты и приспособления, позволяющие использовать приемы формования, отделки и декорирования изделий.

     Для   ручной   выработки   массовых   изделий   используют  трубку-самодувку - приспособление для набора стекломассы  и последующего выдувания изделий. Выдувание происходит при нажатии на резиновый баллон, при этом воздух поступает на выдувание под давлением 17-18 кПа.

     Кувшины, вазы, изделия на ножке и некоторые  другие изделия требуют отделки. Для удерживания изделий используются хватки и понтии. Для набора стекла, необходимого при отделке изделий, служит наборная железка. Для Отделки изделий применяют также различные сошки, выполненные обычно из березы, ольхи или других лиственных пород. Сошками оттягивают части изделий (например, горло графина) и заглаживают поверхность. Лишнее стекло обрезают ножницами. Имеются также разводные ножницы (в виде пинцета).

     Основные  операции по выдуванию  изделий. При изготовлении любых изделий из стекла предварительно выдувают так называемую баночку, имеющую вид сферического пузыря с небольшой полостью. При этом используется свойство стекла плотно приставать к горячему металлу. Перед набором конец трубки разогревают, а потом опускают в стекломассу. Прикоснувшись к поверхности стекла, начинают вращать трубку, чтобы стекло набралось на нее. Когда набрано достаточное количество стекломассы, конец трубки поднимают, не переставая вращать.

     Стеклу, набранному на трубку в виде комка  неправильной формы, перед выдуванием баночки необходимо придать правильную форму и гладкую поверхность. Для этого набору стекла придают  вид продолговатого цилиндра на железной или чугунной плите, которую устанавливают на специальной подставке.

     Затем выдувают баночку. От качества изготовления баночки, правильности ее формы, соотношения боковых стенок и сферического дна зависит результат выдувания. Баночка должна иметь стенки одинаковой толщины. Прежде чем набрать следующую порцию стекла, баночке даю! возможность охладиться и окончательно затвердеть. Затем трубку с баночкой снова вводят в печь и, вращая трубку, набирают столько стекла, сколько нужно для изделия. В последнее время при изготовлении изделий массового ассортимента используются металлические баночки. Набору придают определенную форму и заглаживают его поверхность в катальнике.

     После того как заготовка окончательно подготовлена, приступают к третьей, основной, стадии формования: заготовку  раздувают до требуемого размера, одновременно придавая ей окончательную форму. Выдувание может быть выполнено в форме и без нее (свободное выдувание).

     Описанным выше способом вырабатывают изделия  несложной конфигурации. Изделия сложной формы - графины, кувшины, вазы для цветов, а также изделия на ножке (рюмки, бокалы, фужеры, вазы для фруктов и др.) подвергают отделке.

     Автоматизированная выработка выдувных изделий

     Машинным  выдуванием изготовляют тонкостенные стаканы и некоторые другие изделия. В нашей стране для производства сортовых изделий применяют роторные вакуумные автоматы ВС-24. Питание автомата стекломассой осуществляется вакуумным питателем, снабженным четырьмя наборными головками, являющимися также черновыми формами автомата. Питатель, установленный на рабочем столе машины, двигаясь по наклонным салазкам, опускает наборные головки в стекломассу, после чего к наборным головкам подключается вакуум, под действием которого осуществляется засасывание в наборные головки капель необходимой массы. После возвращения питателя в исходную позицию наборные головки закрывают снизу поддонами, и осуществляется предварительное прессование баночек. Баночки передаются на выдувные трубки и удлиняются под действием собственной массы, после чего осуществляется окончательное выдувание изделий в раскрывных формах. Производительность автомата ВС-24 составляет 30—35 тыс. чайных стаканов в сут.

     При производстве тонкостенных сортовых изделий  на высокопроизводительных конвейерных  машинах с ленточным питанием, применяемых за рубежом, сначала  формуется прокатом между двумя  валками лента стекломассы. Верхний  валок имеет углубления, что обеспечивает формование ленты с утолщениями. При дальнейшем движении лента поступает  на горизонтальный конвейер, снабженный отверстиями, над которыми располагаются  утолщения ленты. Провисая в отверстия, утолщения ленты образуют баночки. Над лентой синхронно с первым конвейером движется второй, несущий  выдувные головки, при помощи которых  осуществляется сначала предварительное  раздувание баночки, а затем окончательное  выдувание изделий в раскрывных формах, установленных на третьем  горизонтальном конвейере, расположенном  под первым. После раскрывания  форм изделия молоточком откалываются от ленты и падают на ленточный  конвейер, на котором поступают в  отжигательную печь. Остатки ленты  возвращаются в стекловаренную печь на переплавку. Производительность конвейерных  машин достигает 170 тыс. в сут.

     В последние годы удалось осуществить  механизацию производства изделий  на ножке. По одному способу изделия  прессуют на автоматическом прессе, а  полую часть формуют на вакуумном  автомате, затем обе части сваривают. По другому способу изделия формуют  вакуумно-выдувным способом с последующей  раскаткой ножки. 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Экономическое обоснование оптимальной схемы производства 

     Стекольная промышленность сейчас состоит из отдельных сегментов, включающих рынок листового стекла, стеклянной посуды, стеклотары, производство оптического стекла и сегмент рынка стекла для научных целей. В производстве оптического стекла и стекла для научных целей наблюдается тенденцию к объединению, и в большинстве стран оно сконцентрировано в руках одного или двух поставщиков. Эти производства отличаются значительно меньшими объемами по сравнению с секторами потребительского рынка. Каждый из указанных секторов развивался за счет многолетнего финансирования специальных отраслей стекольной промышленности или совершенствования технологии. Производство сортового стекла , например, началось в начале ХХ века с создания высокоскоростных машин для изготовления бутылок. Производство листового стекла получило развитие в начале 60-х годов одновременно с разработкой технологии получения подобного стекла. Сегодня в указанные секторы экономики вложены многие миллиарды долларов.