Теоритические основы процесса закалки стекла

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

 

 

 

 

Институт

дистанционного образования

 

Химическая технология тугоплавких

неметаллических и силикатных материалов

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему: «Теоритические основы процесса закалки стекла»

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:
студент группы	З-5301		Сидоров Н.Г.
Проверил:
преподаватель			Ревва И.Б.

 

 

 

 

Томск ¾ 2015

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение…………………………………………………………………………………………3

Основная часть

1. Способы закалки………………...……………………………………………………....5
2. Основные достоинства закаленного стекла …………………………………………..9
3. Область применения закаленных стекол……………………………………………...11

Список используемой литературы…….………………............................................................12

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Закаленное стекло находит свое применение в случаях, когда простое стекло не отвечает требованиям прочности и безопасности.

В последние годы закаленное стекло получило широкое распространение в строительстве и архитектуре. Такая тенденция связана с популярностью разного рода конструкций, пропускающих дневной свет. Для реализации подобных проектов как нельзя лучше подходит закаленное стекло, прочность которого почти в 3-5 раз превосходит аналогичный показатель обычного стекла. К тому же закаленный материал безопаснее в использовании.

Закаленные стекла применяется для отделки фасадов зданий и монтажа прозрачной кровли, для остекления террас, лоджий, беседок, балконов. Из данного материала изготовлены остановки общественного транспорта, перегородки внутри офисов, ограждения лестниц и даже душевые кабины.

В промышленности закаленное стекло служит материалом для изготовления торгового оборудования (витрин, прилавков) и мебели для медицинских учреждений, дверей для духовых шкафов и печей-гриль, полок для холодильников и мебели. Именно из закаленного стекла производится современная стеклянная мебель и т.д. Поэтому закалка стекла - современное решение для современной техники и прочего.

Закалкой стекла называется термическая обработка стекла, представляющая собой процесс создания в стекле значительных постоянных внутренних напряжений путем быстрого охлаждения стекла от температуры, лежащей выше температуры стеклования.

Закаленное стекло представляет собой листовое стекло, подвергнутое специальной термической обработке - закалке, в результате которой в объеме стекла возникают закономерно распределенные внутренние напряжения, повышающие механическую прочность стекла и обеспечивающие особый (безопасный) характер его разрушения. Увеличение механической прочности обуславливает повышение термостойкости стекла в 2-5 раза (с 70 до 180оС). У листового стекла термостойкость около 70оС, закаленного - до 180оС, что препятствует разрушению закаленного стекла при перегреве или перепаде температур. Это особенно важно при использовании в наружном остеклении тонированными и рефлекторными стеклами с коэффициентом поглощения тепловой энергии более 25%, когда стекло может разогреться до температуры 90оС.

Основные достоинства закаленного стекла.

- закаленное стекло обладает  высокой термической стойкостью, что позволяет применять его в наружном остеклении.

- закаленное  стекло не разрушается от случайных  бытовых ударов.

-при разрушении  закаленное стекло образует осколки  размером от 1 до 10 мм и не выпадает  большими кусками, которые могут  травмировать человека.

оптические свойства стекла после закалки практически не изменяются.

Благодаря сочетанию таких свойств как прозрачность, высокая коррозионная стойкость, низкий коэффициент теплопроводности, повышенная механическая прочность, безопасный характер разрушения, закаленное стекло находит все большее применение как в практике отечественного, так и зарубежного строительства. Современная архитектурная индустрия требует более крупных размеров стекла, многофункциональности и требовательных применений.

Огромное расширение применения безопасного стекла обусловлено растущим сознанием безопасности и развитием нормативных актов, требующих применения безопасного стекла.

В реферате решаются следующие цели и задачи:

1. способы закалки стекла;
2. Основные достоинства закаленного стекла;
3. Области применения закаленных стекол.

 

Способы закалки

Все способы производства закаленного стекла в зависимости от положения листов при закалке могут быть разделены на вертикальные и горизонтальные. Первые широко используются для производства стекол широкого ассортимента, плоских и гнутых.

Основным их недостатком является отсутствие полной автоматизации. Более прогрессивные горизонтальные способы позволяют полностью автоматизировать технологический процесс, расширить ассортимент изделий, как по толщине, так и по габаритам, повысить их качество. X - расстояние между насадками; L - расстояние от насадки до пластины стекла; Я - ширина насадки.

При подготовке стекла, осуществляемой на технологической линии производства заготовок проводится вырезка фигурных заготовок, обработка кромки листов, мойка и сушка стекла, контроль качества. Стекло не должно содержать видимых пороков (свилей, шлиров, крупных пузырей) или царапин, вызывающих разрушение стекла при закалке вследствие возникновения местных напряжений.

Вся механическая обработка стекла проводится до его закалки, после которой возможна лишь слабая обточка краев для устранения следов (деформации) от зажимов, так как при значительных повреждениях поверхности или краев закаленное стекло разрушается.

Контроль свойств и качества продукции осуществляется в соответствии с ГОСТ и ТУ на плоское и гнутое закаленные безопасные стекла различного назначения. При этом проверяют наличие внешних дефектов, габариты, толщину и форму (кривизну) стекол и определяют механические, оптические и теплофизические свойства.

Плоские листовые закаленные стекла изготовляют на закалочных установках вертикально-щелевого типа, состоящих из проходной электропечи сопротивления и обдувочного воздухоструйного устройства, над которыми проходит монорельс для передвижения листов стекла.

Заготовку стекла с помощью зажимов подвешивают в вертикальном-положении и автоматически продвигают в электропечь. Прогретое в течение определенного времени стекло, затем автоматически перемещается в обдувочное устройство, где резко охлаждается и передается на контроль. Температура закалки плоского стекла в печах вертикального типа - 630-670°С, продолжительность нагревания (на 1 мм толщины стекла) 35-40 с.

Электрические печи сопротивления представляют собой камеру с дверцами на торцовых стенках, в которых расположены вертикальные сквозные щели для перемещения несущей рамы каретки со стеклом. Спиральные нагревательные элементы располагаются на внутренней кладке стенок, выложенных шамотными кирпичами или плитами с пазами для спиралей. Пространство между внутренней кладкой и наружным железным кожухом печи заполнено термоизоляционным материалом.

Обдувочное устройство в качестве основного элемента содержит обдувочную решетку, подающую сжатый воздух под углом 90° к поверхности листа через круглые отверстия (сопла) малого диаметра (3- 5 мм), расположенные в шахматном порядке на расстоянии 25-50 мм. Для более равномерного охлаждения стекла решетка приводится в возвратно-поступательное или вращательное движение. Сжатый воздух подается в решетку воздуходувками или вентиляторами. В обдувочных устройствах применяют воздухоструйные решетки различного типа - коробчатые, трубчатые, ротационные, секционные (последние наиболее распространены).

Расстояние между решетками при закалке плоского стекла составляет 60-100 мм, давление воздуха - 6-10 кПа. Давление воздуха резко уменьшается с увеличением толщины листа: при <f=10 мм оно снижается до 2, при 6 мм - до 1,5 кПа. Продолжительность обдува стекла толщиной 6 мм-30-35 с, толщиной 12 мм - 1 мин. На практике применяют два способа охлаждения: полное охлаждение в обдувочном устройстве и охлаждение в нем до ~400°С в течение 30 - 35 с с последующим остыванием в пирамидах.

Вертикальный способ закалки наиболее широко распространен в производстве плоского листового закаленного стекла широкого ассортимента. Однако недостаточно совершенный способ крепления листов стекла (наличие подвески с зажимами) приводит к появлению таких дефектов, как оттяжка и искривление листов в местах крепления.

Этот недостаток исключен в новом прогрессивном горизонтальном способе закалки стекла на твердых опорах, позволяющем осуществить полностью автоматизированный, поточный процесс. По данному способу листы стекла подаются на горизонтальный роликовый конвейер из асбестированных валов и направляются в печь, где они нагреваются асимметрично: сверху более интенсивно, чем снизу. Вследствие образующейся по толщине листа разницы температур возникает его температурная деформация - стекло изгибается выпуклостью вверх, не касаясь своей поверхностью валков роликового конвейера. Охлаждение листов в обдувочном устройстве также асимметрично: оно более интенсивно сверху. В результате этого листы вновь приобретают плоскую форму.

Гнутое листовое закаленное стекло, как и плоское, изготовляют также двумя методами: вертикальным и горизонтальным. Стекло широкого ассортимента закаливают на установках вертикально-щелевого типа Стекло нагревают в печи до более высокой температуры (более низкой вязкости) - 700-720°С в течение 38-42 с (в расчете на каждый мм толщины), после чего изгибают в пресс-форме и охлаждают в обдувочном устройстве с воздухоструйными решетками соответствующего профиля.

Этот способ производства позволяет обеспечить постоянство формы стекла, однако при контакте разогретого стекла с пресс-формами возникает такой серьезный брак, как нарушение поверхности стекла. Наличие подвесок вызывает указанный дефект в местах крепления. Эти недостатки становятся особенно ощутимыми при изготовлении стекол больших габаритов и сложного профиля. Поэтому для закалки таких стекол используют горизонтальный способ, при котором стекло изгибают путем его моллирования. Установка состоит из одно, двух или многокамерных электрических печей и обдувочного устройства, соединенных рельсовым путем. Стекло на тележке с профилированной рамкой по рельсам поступает в печь, в которой нагревается и, размягчаясь, прогибается под действием собственной массы, принимая форму рамки (процесс моллирования). При одностороннем изгибе изделия, температура распределяется не симметрично по отношению к оси печи, при двустороннем - симметрично. В местах изгиба температура стекла обычно на 30-40°С выше, чем в основной массе. Режим моллирования стекла при закалке состоит из трех стадий: подогрева, собственно моллирования (при температуре Tg + 150°С) и выравнивания температуры (при T - Tg + 80°C). Эти операции могут осуществляться последовательно в одной камере печи или в различных камерах. При закалке автомобильного стекла температура моллирования 700-730С°, продолжительность нагревания стекла 1-1,5 мин, моллирования 3-4 мин. После завершения процесса моллирования рамка со стеклом попадает в обдувочное устройство с профильными воздухоструйными решетками. Продолжительность охлаждения -1 мин.

Горизонтальный способ позволяет осуществить поточное производство гнутых крупногабаритных стекол и обеспечивает необходимое качество их поверхности. Однако моллирование стекла вызывает другой дефект - появление поперечной и обратной кривизны и непостоянство геометрических показателей (формы) стекол.

Одним из наиболее прогрессивных способов производства плоских и гнутых стекол является закалка на газовой подушке. По этому способу стекло предварительно нагревают на роликовом конвейере туннельной электрической печи, а затем с него переводят на горячую газовую опору плоскую или гнутую в зависимости от вида стекла.

Наиболее прост способ погружения изделий в жидкие среды, уже используемый для закалки изделий сложной формы. Однако он связан с рядом технологических трудностей: неравномерность охлаждения крупногабаритных изделий вследствие неодновременности погружения их отдельных частей в жидкость (перепады температур между нижней и верхней сторонами закаливаемого изделия); сложность отработки оптимальных условий закаливания в кипящих жидкостях (минеральных маслах, кремнийорганических жидкостях) в связи с большими колебаниями интенсивности охлаждения при переходе от пленочного режима кипения на поверхности стекла к пузырьковому; повышенная вероятность разрушения стекла при закалке в связи с возрастанием при высоких интенсивностях охлаждения временных термоупругих напряжений; ухудшение оптических свойств закаленных стекол при закалке в металлах, обусловленное местными вязкотекучими деформациями поверхностного слоя; трудность погружения стекла в расплавленные металлы, обладающие значительно более высокой плотностью, и возможность деформации стекла при погружении. В связи с этим для закалки погружением в жидкости наиболее перспективными могут оказаться методы горизонтального нагревания и закаливания листов стекла.