Производство стекла

 Термические свойства силикатных систем являются важнейшими свойствами как при изучении так и при изготовлении керамических и стеклянных изделий.

Удельная  теплоемкость: - определяются количеством тепла Q, требуемым для нагревания единицы массы стекла на 1^оС.

Химическая  устойчивость- устойчивость по отношению к различным агрессив-ным средам - одно из очень важных свойств стекол важно для медицыны.

Закаленные стекла разрушаются в 1,5-2 раза быстрее, чем стекла хорошо отожженные.

В современном  строительстве для оконных , дверных  и других проемов применяются  специальные стекла с солнце и  теплозащитными свойствами.

Для этих стекол важно спектральных характер светового  потока, прошедшего через осветление, оценка цветового тона. На основе этих характеристик осуществляется выбор определенного вида стекла, а также определение теплотехнических и светотехнических свойств, их влияние на условия работы, дизайн зданий и сооружений.

4.Общая  классификация по  химическому составу.

Неорганические  стекла подразделяются на несколько  типов: элементарные, оксидные, галогенидные, халькогенидные и смешанные.

Элементарные (одноатомные) стекла.

Элементарными называются стекла, состоящие из атомов одного элемента. В стеклоподобном состоянии можно получить серу, селен, мышьяк, фосфор. Имеются сведения о возможности остеклования теллура и кислорода. При охлаждении -11^оС дает каучукоподобный прозрачный продукт, нерастворимый в сероуглероде.

Оксидные  стекла.

При определеии класса учитывается природа стеклообразующего  оксида, входящего в состав стекла оксид бора, оксид кремния, оксид  фосфора. Многие оксиды переходят в  состояние стекла лишь в условиях скоростного охлаждения оксид мышьяка, оксид сурьмы, оксид ванадия, либо сами по себе не стеклуются оксид алюминия, оксид вольфрама, однако в комбинациях стеклообразующие свойства резко усиливаются.  

Силикатные  стекла.

Главнейшее значение в практике принадлежит классу силикатных стекол. С ними не могут сравниться по распространенности в быту и в технике никакие другие классы стекол. Решающие преимущества силикатных стекол обусловлены их дешевизной, экономической доступностью, высокой химической устойчивостью в наиболее распространенных химических реагентах и газовых средах, высокой твердостью, сравнительной простотой промышленного производства. 

Боратные  стекла.

Стеклообразный  борный ангидрит легко получается путем  простого плавления борной кислоты  при 1200-1300^оС. Благодаря отличным электроизоляционным качествам и сравнительной легкоплавкости боратные стекла широко применяются в электротехнике. Некоторые боратные стекла представляют интерес для оптотехники.

Стекло  органическое - это техническое название на основе органических полимеров: поликрилатов, полистирола, поликарбонатов, сополимеров винилхлорида в соединении с метилметакрилатом. дальнейшая обработка: Переработка литьё под давлением. прозрачная бесцветная пласти-ческая масса, образующаяся при полиме-ризации метилового эфира метакриловой кислоты. Лег-ко поддается механической обработке. Применяется как листовое стекло в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в ла-бораториях, строительстве и архитектуре, приборостроении, остекления парников, куполов, окон, в медицине -протезы, линзы в оптике, труб в пищевой промышленности и др.

Кварцевое стекло-- содержит не менее 99% SiO- (кварца). Кварцевое стекло выплав-ляют при температуре более 1700° С из самых чистых разновидностей кристал-лического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или чистых кварцевых песков. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолето-вые лучи, имеет очень высокую темпера-туру плавления, благодаря небольшому коэффициенту расширения выдерживает резкое изменение температур, стойкое по отношению к воде и кислотам. Кварцевое стекло применяют для изготовления лаборатор-ной посуды, оптических прибо-ров, изоляционных материалов, ртутных ламп, применяемых в медицине и др.

Стекло  растворимое-- смесь си-ликатов натрия и калия (или только натрия), водные растворы которых назы-ваются жидким стеклом. Растворимое стекло применяют для изготовления кислотоупорных цемен-тов и бетонов, для пропитки тканей, изго-товления огнезащитных красок, силика-геля, для укрепления слабых грунтов и др.

Стекло  химико-лабораторное-- стекло, обладающее высокой хи-мической и термической стойкостью. Для повышения этих свойств в состав стекла вводят оксиды цинка и бора.

Стекловолокно -- искусственное волокно широко применяется в химической промышленности для фильтрации горячих кислых и щелочных растворов, очистки горячего воздуха и газов; матариалы из стекловолокна применяются в строительстве и при коррозионно-стойких трубопроводов, при изготовлении электроизоляции и др.

5.Основы  современной технологии  получения стекла.

5.1. Стекловаренная печь.

Ванная печь непрерывного действия. Конструктивно печь имеет варочный и выработочный бассейн, соединенные между собой по стекломассе протоком.

Для загрузки шихты  и стеклобоя печь оборудована  двумя загрузочными карманами, расположенными по ее боковым сторонам.

Варочный бассейн печи отапливается газообразным или жидким топливом. Для отопления газообразным топливом варочного бассейна, печь оборудована шестью горелками, расположенными с торцевой стены ванной печи, противоположной ее выработочной части.

Удаление дымовых газов из стекловаренной печи осуществляется через систему дымовых каналов, оснащенных дымовоздушными клапанами, трубой и дымососом.

Стекловаренная  печь проточная. Производительность печи-70 тонн в сутки.

5.2.Технология  получения стекла.

Технология получения стекла состоит из двух производственных циклов.

Цикл  технологии стекломассы  включает операции:

* подготовки  сырых материалов;

* смешивания  их в определённых соотношениях, в соответствии с заданным  химическим составом стекла в  однородную шихту; 

* варки шихты в стекловаренных печах для получения однородной жидкой стекломассы.

Цикл  технологии получения  стеклянных изделий  складывается из операций:

* доведения стекломассы  до температуры (и вязкости);

* формования  изделий;

* постеленного  охлаждения изделий с целью ликвидации возникающих в процессе формования напряжений;

* термической,  механической или химической (в  отдельности либо во взаимном  сочетании) обработки отформованных  изделий для придания им заданных  свойств. 

Сырые - кремнезём, являющийся главной частью стекла, вводится в виде молотого кварца. Пригодность песка для стекловарения определяется содержанием в нём примесей и зерновым составом. Вредными примесями являются прежде всего соединение железа и хрома, придающие желтовато-зелёный зеленый цвета. Размер зёрен песка примерно 0,2-0,5 мм.

Окись алюминия, применяемая в производстве промышленных стекол, вводится с глиной, каолином, гидратом окиси алюминия.

Окись натрия вводится с одной кальцинированной содой.

Окись калия  вводится в виде солей; применяется главным образом в производство посуды, цветных, оптических и некоторых технических стекол.

Окись лития  используется при выработке опаловых и некоторых специальных стекол.

Окись кальция  вводится преимущественно в виде мела.

Окись бария  используется при производстве оптических стекол и хрусталя.

Окись цинка  применяется в производство оптических, химико-лабораторных стекол.

В стекловарении  используются материалы, содержащие одновременно горные породы, доменный шлак, стеклянный бой и др.

К вспомогательным сырым материалам относятся осветлители. В качество осветлителей, способствующих удалению из стекла пузырей, применяют в небольших количествах сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий, и др. Некоторые из этих веществ одновременно являются обесцвечивателями.

В качестве красителей применяют соединения кобальта, никеля, железа, хрома, марганца, селена, меди, урана, кадмия, серу, хлорное золото и др.

Белые, мало прозрачные стекла молочные (наиболее заглушенные), опаловые применяются различные  фосфаты, соединения сурьмы, олова и др.

Стекловарение ведётся при температурах 1400°-1600°. В нём различают три стадии.

Первая стадия - варка, когда происходит химическое взаимодействие и образование вязкой массы. Варка стекла производится в  стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и в значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Автоматически регулируются: давление, соотношение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры.

Другой способ варки этого стекла-- сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°.

Процесс варки  стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Прозрачное кварцевое стекло изготовляется из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900°--2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока. В конце варки в печь впускают воздух под давлением.

Вторая стадия - осветление, происходит удаление пузырьков, а также растворение еще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в  этой стадии стекло выдерживается в печи в течение нескольких часов при наиболее высокой температуре.

Третья стадия - охлаждение стекломассы, когда она  охлаждается до такой температуры  при которой становится возможным  и наиболее удобным изготовлять  из неё те или иные изделия.

Формование стеклянных изделий. Метод прессования служат ручных и машинных прессов пружинные  формы или эксцентриковые прессы.

Метод выдувание--специфический  метод формования. При производстве немассовых изделий до сих пор  применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки».

Методом непрерывной  прокатки изготовляется листовое стекло, медод заключается в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, изготовляется листовое стекло, различных видов.

Отливка стеклянных изделий в формы встречается  на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов.

Способ центробежного  литья метод по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в  быстро вращающиеся формы.

Моллирование-- способ образования изделий в  формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков из оптического стекла и получаем крупную стеклянную скульптуру.

Отжиг отформованных, еще горячих изделий служит для  предотвращения возникновения в  них внутренних неравномерных напряжении.

Закалка стекла-- операция, обратная отжигу. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, самолётов. Чтобы закалить стекло, его разогревают до 600°--650°, затем быстро остужают.

Горячая обработка  стекла включает отколку, отопку, огневую  полировку и другие операции. К  холодной обработке стекла относятся  его резка, сверление, шлифовка и  полировка. Старинным способом украшения  посуды является живопись по стеклу. Серебрение, а также алюминирование широко применяются в производстве зеркал.

6.Применение  стекла в строительстве.