- система подачи сырья в машину
для формирования;
- оборудование автоматического
формования стеклоблоков на количество
форм, соответствующее количеству форм,
использующемуся в автоматическом прессе;
- автоматический агрегат, принимающий
продукцию после соединения стеклоблоков;
- линия транспортировки стеклоблоков
после соединения;
- выталкиватель в печь отжига;
- собственно печь отжига;
- захватный механизм – толкатель
продукта (после нанесения краски, если
окрашивание используется);
- автоматическая электрическая
система контроля соединения;
- сушильный агрегат для сушки
краски (если окрашивание используется);
- агрегат автоматического нанесения
краски;
- оборудование, измельчающее
и промывающее стекло, и некоторые другие
мелкие узлы.
Относительно печи отжига следует
сказать несколько слов отдельно. Как
видно, в комплект поставки линии по производству
стеклянных изделий не входят пресс-формы
и печь. Пресс-формы заказываются отдельно
в соответствие с эскизами и образцами
заказчика, на каждый тип изделия – отдельно.
Тип печи – регенеративная,
проточная с подковообразным направлением
пламени. Конструктивно печь состоит из
варочного бассейна, протока, бассейна
выработки, горелок, регенераторов и систем
удаления дыма (вытяжки), отопления, вентиляции
охлаждения бассейна и подачи (нагнетания)
воздуха на горение топлива.
Обслуживающий персонал состоит
из 5 человек в смену (для максимальной
производительности оптимальным вариантом
будет трехсменная работа), из которых
один будет бригадиром-технологом в одном
лице.
Изготовление коричневой бутылки
Рассмотрим теперь подробно
изготовление коричневой бутылки.
Спектр качественных
характеристик стеклянной тары (химическая
стойкость к действию содержимого, широкий
ассортимент, возможность вторичного
использования и утилизации отходов) коричневая
стеклотара пополняет еще одной: интенсивное
поглощение ультрафиолетового излучения,
в результате чего обеспечивается длительная
биологическая защита содержимого.
Этап первый: окраска.
На выпуск коричневой стеклотары
«Русская Американская Стекольная Компания»
перешла четыре года назад, но за это время
накопила достойный опыт в данной области.
После холодного ремонта печи
№2 компания РАСКО решилась на окраску
стекломассы. Работа велась в тесном сотрудничестве
с отделом тарного стекла НПП «Центр-Стекло-Газ»,
и уже через неделю наладился выпуск годной
бутылки.
Печь №2 — регенеративная ванная
печь с подковообразным направлением
пламени, отапливается газом. Съем стекломассы
составляет 65 т/сут. Выработка стеклоизделий
осуществляется на двухкапельной восьмисекционной
машине АЛ-118. Успешное
окрашивание печи №2 подвигло к переводу
на коричневое стекло печь №1, что было
значительно сложнее — требовался тщательный
подход и более детальная проработка существующих
технологических режимов.
Печь №1 — регенеративная, с
поперечным направлением пламени, отапливается
газом. Изделия вырабатываются на трех
машинах ВВ-7. Первоначально в печи варили
бесцветное стекло. Результатом перехода
явился выпуск коричневой стеклянной
тары для розлива пива.
Этап второй: технология.
Варка коричневого стекла значительно
отличается от варки бесцветных стекол.
Рассмотрим некоторые аспекты соответствующей
технологии.
Коричневое окрашивание промышленных
стекол можно получить различными способами:
добавлением в шихту оксида никеля (красно-коричневый
оттенок), комбинацией пиролюзита МnО2 с железом, комбинацией селенита
натрия Na2SeO3 с железом и многими другими.
В соответствии с ОСТ 21 -52-82 «Тара стеклянная
для пищевых продуктов. Марки стекол»,
содержание Мn3О4 для группы коричневых стекол
КТ-1 допускается не более 0,5% по массе,
поэтому наибольшее распространение в
производстве стеклянной тары получил
способ окрашивания комбинацией железа
и серы в восстановительных условиях.
Окрашивание: теоретические
основы
Высокая прозрачность неокрашенных
промышленных стекол обусловлена содержанием
элементов, имеющих заполненные электронные
орбитали: Si, О, Na, Са, Mg, A1. При введении
в состав d-эле-ментов, к которым относится
Fe, возникают характерные спектры поглощения.
Это объясняется тем, что в ионном состоянии
d-элементы имеют либо незаполненные орбитали,
либо не спаренные электроны. Переход
электронов на другой энергетический
уровень вызывает интенсивное поглощение
света. Подобное свойство и объясняет
жесткое ограничение содержания Fe2О3 в песке и другом сырье для производства
бесцветных и полубелых стекол.
Способность ионов железа окрашивать
стекло является основой производства
промышленных цветных стекол. Железо в
трехвалентной форме придает стеклу желто-зеленый
цвет, в двухвалентной — сине-зеленый.
Окрашивающая способность обусловлена
наличием широкой полосы поглощения в
ультрафиолетовой и, частично, в видимой
части спектра. Fe2+ имеет широкую полосу поглощения
в инфракрасной области .
Абсорбционная способность
Fe2+ в видимой части спектра в 15
раз выше Fe3+.Сера является
молекулярным красителем и находится
в стекле в элементарной форме.
Для получения коричневой окраски
используется сера в виде сульфидов железа.
Окрашивание стекла обусловлено наличием
хромофорных группировок, каждая из которых
состоит из центрального иона Fe3+, находящегося
в тетраэдрической координации, трех ионов
кислорода О2- и одного иона серы S2-. Избыточный
отрицательный заряд группировки нейтрализуется
ионами натрия Na+. В образовании
хромофорных группировок участвует 12-15%
Fе3+ и 5-7% S2-. Кривая
светопропускания таких стекол показывает
поглощение в области ультрафиолетового,
фиолетового и синего излучения.
Требования к сырьевым материалам
Для окрашивания стекла в коричневый
цвет на предприятии используется смесь
сульфата натрия Na2SO4, железо-окисного
пигмента «Крокус» и угля.
1.Пески.
При варке бесцветного стекла
использовались обогащенные пески Ташлинского
и Раменского месторождений. Первоначальное
использование песков марки ВС-050 требовало
дошихтовки «Крокусом». Дальнейший переход
на формовочные пески позволил отказаться
от дополнительного ввода соединений
железа.
Для получения устойчивого
окрашивания стекла достаточно 0,1-0,3% Fe2O3 в его составе. Оптимальный
размер зерен песка с точки зрения стекловарения
находится в пределах 0,1-0,4 мм. Чем больше
доля средней фракции, тем лучше протекают
основные процессы стекловарения: силикатообразование,
стеклообразование и осветление. Процентное
содержание фракций песков, используемых
на предприятии, приведено в таблице 1.
Месяц |
Массовое содержание зерен песка (%) размером |
До 0,1 мм |
0,1-0,4 мм |
0,4-1 мм |
| |
Мелкая
фракция |
Средняя
фракция |
Крупная
фракция |
Январь |
4,00…................. |
………79,28……. |
.…………….15,11 |
Февраль |
1,70……………. |
………78,30……. |
……………..20,08 |
Март |
3,75……………. |
………84,13……. |
……………..12,16 |
Апрель |
19,33…………... |
..……..71,83……. |
………………8,73 |
Таблица 1. Содержание фракций песков.
Предприятие варит стекло из песков,
содержание средней фракции которых колеблется
в пределах 70-85%. Увеличение доли крупной
фракции вызывает непровары.
Резкое увеличение доли мелкой фракции
в апреле 2001 года вызвало трудности при
варке стекла. Во-первых, песок характеризовался
избытком глинистых частиц с повышенным
содержанием тугоплавких компонентов
А12О3 и Fe2O3. А, во-вторых, возникли трудности
на стадии осветления за счет увеличения
количества абсорбированных газов.
2. Сульфат натрия.
Высокая окрашивающая способность FeS
требует жесткого контроля над содержанием
сульфата натрия в сырьевых материалах,
так как его недостаток вызывает затруднения
при осветлении стекломассы, а его избыток
может вызвать вспенивание, образование
вторичной мошки и слишком интенсивную
окраску.
3. Стеклобой.
Для варки стекла используется коричневый,
зеленый и полубелый стеклобой. Ограничение
использования обесцвеченного стеклобоя
обосновано содержанием в нем окислителей:
селена Se и оксида кобальта СоО, которые
могут нарушить существующий в стекломассе
баланс S2- и SO42-.
Особенности варки.
Варка коричневых стекол требует гораздо
более жесткого соблюдения технологических
режимов, чем варка стекол бесцветных.
1.Температура.
Ионы железа присутствуют в стекломассе
как в двухвалентном, так и в трехвалентном
состоянии. Широкая полоса поглощения
в инфракрасной и красной видимой области
спектра ионами Fe2+ является причиной более слабой передачи
тепла через стекломассу. Снижение влияния
излучения и увеличение передачи тепла
конвекцией и теплопроводностью определило
изменение характера тепломассообмена,
происходящего в печи.
Поэтому требуется более высокая температура
и более продолжительное время варки,
чем для схожего состава неокрашенного
стекла. Температура придонных слоев стекломассы
уменьшилась на 150°С, а температура газового
пространства в квельпункте увеличилась
на 50°С по сравнению температурами варки
бесцветного стекла.
Дальнейшее повышение температуры варки
снижает интенсивность окрашивания: происходит
разрушение хромофорных группировок,
что вызывает вспенивание стекломассы.
2. Газовый режим печи. Введение
в печь шихты, содержащей элементарный
углерод, требует восстановительных
условий в зоне загрузки. При
увеличении количества воздуха,
подаваемого на горение, уголь
выгорает и не успевает выполнить
свою восстанавливающую функцию.
Введение большего от теоретически
необходимого количества угля
не только ограничивает восстановление
серы, но и увеличивает количество
газовых пузырей.
Восстановительных условий газового
пространства добиваются недостаточной
от теоретически необходимой подачей
воздуха — созданием коптящего пламени.
Поддержание восстановительных условий
в пламенном пространстве печи опасно
уменьшением срока службы огнеупоров
и вероятностью догорания факела в насадке
регенератора. Фактически в отходящих
дымовых газах отсутствует кислород и
1-5% СО.
3. Температура и газовый режим
выработочного канала и питателя.
Выработочный канал и питатель
служат для снижения температуры
до вязкости, необходимой для
формования стеклоизделий. Главным
условием процесса охлаждения
является непрерывное, медленное
снижение температуры без изменения
давления и состава газовой
среды.
Образованные в стекломассе хромофорные
группировки характеризуются устойчивым
состоянием, что позволяет уже в зоне выработки
и канале создавать слабо окислительные
условия. Чем больше длина выработочного
канала, тем больший коэффициент избытка
воздуха будет в чаше.
В восстановительной среде появляется
сдвиг равновесия газов стекломассы: неразложившиеся
остатки карбонатов и сульфата являются
причиной образования вторичной мошки.
При разложении остатков сульфата натрия
под действием восстановителя образуется
большое количество сульфатного пузыря:
Na2SO4+Na2S Na2 + SО2
Повышение температуры в канале ведет
за собой снижение вязкости и рост растворенных
в стекломассе газовых пузырей.
Интенсивность окрашивания
Интенсивность конечного окрашивания
зависит от следующих параметров:
1) количества вводимого железа.
Избыток ионов железа Fе3+снижает чистоту цвета,
так как окрашивающая способность FeS значительно
выше. Недостаток ионов Fe вызывает перегрев
стекломассы, что приводит к вовлечению
в выработочный поток придонных слоев,
богатых тугоплавкими компонентами.
2) количества вводимого сульфата
натрия. Избыток компонента влечет
за собой образование пузырей
и мошки, а недостаток затрудняет
процесс осветления.
3) количества вводимого угля. Избыточное
количество угля способствует
переходу Fe3+ в Fe2+. Нехватка ионов Fe3+ снижает количество хромофорных группировок,
что приводит к меньшей интенсивности
цвета. Недостаточное количество угля
может послужить причиной образования
пузырей из-за большого количества неразложившегося
сульфата натрия.
4) содержания щелочных оксидов.
Чем больше в стекломассе щелочей,
тем большей устойчивостью обладают
хромофорные группировки, тем интенсивнее
окраска. Введение избыточного количества
щелочных оксидов лимитировано
требованиями к водостойкости
стеклянной тары.
5) влажности шихты. Чем меньше
в шихте влаги, тем лучше интенсивность
светового оттенка. Взаимодействие
влаги с соединениями S2- проходит по реакции:
Na2S + Н2О Na2О + H2S
Необходимость
поддержания в стекле постоянного соотношения
S2: SO42- и Fe3+: Fe2+ требует проведения их химического анализа.
Баланс
соединений серы и железа определяется
следующими методами химического анализа.
Анализ S2- проводят разложением пробы стекла смесью
кислот HF и НС1 с дальнейшей отгонкой сероводорода
H2S, который улавливают титрованным
раствором йода. Сульфат-ионы SO42- анализируют путем их осаждения в слабокислой
среде. Ионы Fe3+ определяют фотоколориметрическим методом
с сульфосалициловой кислотой. Содержание
ионов Fe2+фотоколориметрируют с использованием
фенантролина.
В
целом коричневое стекло является наиболее
капризным по соблюдению технологических
режимов. Повышенное внимание стекловаров
и технологов к стабильности условий свело
к минимуму отклонения от заданных параметров.
Результатом
работы явился выпуск стеклотары для пива,
удовлетворяющей высоким требованиям
к качеству бутылки пивоваренных компаний.
Переход
на выпуск окрашенной стеклотары позволил
специалистам компании повысить свой
профессиональный уровень в области стеклопроизводства.