5.2. Производство стекла

Стекло представляет собой затвердевший неметаллический расплав в виде аморфного, изотропного, хрупкого, в той или иной степени прозрачного тела. При нагревании оно постепенно размягчается и переходит в тягучее состояние, а по мере повышения температуры нагрева – в жидкое состояние. При определенных температурных условиях стекло обнаруживает склонность к кристаллизации.

Стекольная промышленность выпускает различную продукцию из стекла: листовое строительное и архитектурно-строительное стекло; стеклотару; стекла специального назначения (оптическое, закаленное и др.), стекловолокно и т.д.

Основным сырьем для получения стекла является чистый кварцевый песок, содержащий не менее 99% SiO₂, в зернах размером 0,15-0,4мм. В стекольную шихту входят также Na₂CO₃, Na₂SO₄, K₂CO₃, CaCO₃, MgCO₃ и др. При варке смеси чистого SiO₂ и Na₂CO₃ образуется полупрозрачная стекловидная масса силиката натрия (Na₂SiO₃), растворяющаяся в воде. Благодаря введению в шихту СаО в виде СаСО₃ или доломита стекло становится нерастворимым в воде.

Помимо указанных компонентов в шихту вводят ряд других соединений, придающих стеклу специальные свойства: глинозем (Al₂O₃) – повышает механическую прочность, термическую и химическую стойкость стекла; ZnO – понижает температурный коэффициент расширения стекла и т.д. Кроме этого, в шихту вводят красители при получении цветных стекол, обесцвечивающие вещества, осветлители и т.д.

Примерный химический состав строительного силикатного стекла,%: SiO₂ – 71-73; Na₂O – 13-15; CaO – 8-10,5; MgO – 1-4; Al₂O₃ – 0,5-1; Fe₂O₃ – 0,1; K₂O до 1; SO₃ – 0,3-0,7.

Технология производства стекла состоит из следующих основных операций:

- измельчение, обогащение и очистка тех сырьевых материалов, для которых эти операции требуются, и их шихтовка;

- варка стекольной массы;

- формование, отжиг и некоторые дополнительные операции (механическая, термическая обработка готовых изделий и т.д.).

Варку стекла осуществляют в печах различных конструкций двух типов: горшковых и ванных. Процессы, идущие в печи, складываются из собственно варки стекла, осветления его и охлаждения (студки). В процессе варки стекла сначала, начиная с 800-900^оС, проходят процессы силикатообразования, которые идут еще в твердой фазе. Шихта при 800-900^оС превращается в спекшуюся массу, называемую фриттой. Затем по мере повышения температуры проходит стадия стеклообразования, завершающаяся при 1200-1240^оС. Масса становится прозрачной, но в ней еще много газовых пузырей. Дегазация заканчивается при 1400-1500^оС. К концу ее масса освобождается от газовых пузырей, свилей и становится однородной, достаточно подвижной (вязкость около 10 Па.с). Для достижения необходимой для формования рабочей вязкости температуру массы снижают на 200-300^оС (студка). Стекломасса из текучеподвижной переходит в пластическое состояние.

В горшковых печах стеклянная масса варится в огнеупорных шамотных горшках емкостью 100-1500 кг. Выработка стекла производится периодически. Цикл варки длится 24-48 час. Число горшков в печи 2, 4, 6, 8 и более.

Ванные печи – это агрегаты непрерывного действия. Эти агрегаты состоят из ванны (бассейна) для варки стекла и пламенного пространства. Ванна делится на зоны: варки стекла, его осветления, охлаждения и выработки. Студочная часть ванны часто совмещается с выработочной. Площадь зеркала ванны варочных печей для листового стекла 80-350м². Глубина ванны 1,2-1,5м. Обогрев печей газовый (может быть использовано и жидкое топливо) и электрический.

Изготовление стеклянных изделий из стекломассы производится с использованием стеклоформовочных машин методом вытягивания, прессования, прессовыдувания, выдувания и прокатки.