Производство листового стекла флоат методом

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 расплава  до формовки

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 одновременно с процессами стеклообразования  и осветления при высоких температурах. Чем полнее протекают диффузионные процессы в силикатном расплаве на стадиях стеклообразования и осветления, тем однороднее получается стекломасса, а поскольку для заданного состава стекла скорость диффузии определяется уровнем температур и вязкости, решающим фактором обеспечения химической однородности стекломассы, является повышение температур варки. После окончания процесса осветления, протекающего при максимальных температурах, процесс химической гомогенизации

 

продолжается и при  последующем понижении температуры, но менее интенсивно и постепенно затухает.

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 происходит постепенное ее охлаждение. Понижение  температуры стекломассы определяется конструкцией студочного бассейна и  закладывается при разработке проекта печи.

Для подготовки стекломассы  к выработке, выравнивания термической  однородности стекломассы применяют  вдувание воздуха в подсводовое  пространство студочной части печи, что позволяет снизить колебания  температуры стекломассы.

 

 

2.3 Формование листового стекла методом продольно- поперечного вытягивания.

После прохождения всех выше перечисленных процессов стекломасса  поступает на формование ленты стекла. Формование ленты осуществляется в  ванне расплава. Ванна расплава представляет собой тепловой агрегат, содержащий слой расплавленного металла (олова), защитную восстановительную атмосферу, средства подачи и формования стекломассы, вывода ленты стекла из ванны расплава, КИП.

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 1^ой по 8^ую зоны), 3 средних (с 9^ой по 11^ую зоны) и 5 узких (с12^ой по 16^ую 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 бассейном  и подвесной стеной имеется промежуток, заполненный герметизирующими вставками. Основное тепло в ванну вносится стекломассой поступающей из стекловаренной печи. Регулирование температуры в процессе формования ленты стекла осуществляется сводовыми электрическими нагревателями, расположенными на специальной керамике. Для защиты олова от окисления используется защитный газ (смесь азота и водорода), находящийся в ванне под небольшим избыточным давлением. Количество кислорода в защитном газе не должно превышать 0,0001%. Азото-водородная смесь для защитной атмосферы подается по трубопроводу из азото-водородной станции. Вывод ленты стекла из ванны расплава осуществляется с перегибом при поднятии ленты стекла на приемные валы шлаковой камеры.

 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 образование  временных напряжений, а остаточные напряжения - ослабить до величины, безопасной с точки зрения прочности изделий.

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 напряжения в ленте стекла подразделяются на «торцевые», представляющие собой напряжения, распределенные по толщине стекла, и «плоскостные», представляющие собой  напряжения, распределенные в плоскости  ленты стекла по ее ширине.

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 равномерного охлаждения ленты стекла по заданному режиму от температуры 600оС до 50оС. Процесс отжига является неотъемлемой частью общего технологического процесса выработки листового стекла и полностью определяет качество раскроя ленты стекла и отдельных листов на заданные заготовки.