Способы производства листового стекла.

Существуют три основных способа производства листового стекла: вертикального вытягивания (имеет две разновидности – лодочный и безлодочный), вертикально-горизонтального вытягивания и флоат-способ. Долгое время, практически на протяжении всего ХХ века, в мировой стекольной промышленности превалировали первые два способа. В бывшем СССР около 90% всего оконного стекла производилось лодочным способом. Однако в эпоху рыночной экономики стекло, производимое данным методом, оказалось неконкурентоспособным. Ввиду этого многие предприятия отечественной промышленности перемодернизировались на ныне прогрессивный флоат-способ.

Флоат-способ.

Флоат-способ представляет собой формование листов стекла на расплаве олова. Способ характеризуется высокой производительностью и высоким качеством вырабатываемой продукции. Этим способом получают непрерывную ленту полированного стекла, не требующего механической обработки. Особенность данного метода состоит в том, что процесс формования ленты стекла протекает на поверхности расплавленного металла (олова) и состоит из двух стадий. На первой стадии производится формообразование непрерывной ленты стекла путем направленного растекания стекломассы на расплаве металла; на второй – окончательное затвердевание ленты с фиксацией приобретенной формы и огненно-полированного характера поверхности на газовоздушной подушке. Формообразование ленты стекла обуславливается действием следующих сил: гидростатического напора – эта сила приводит к растеканию стекломассы на поверхности расплава олова и к уменьшению толщины формующего слоя; поверхностного натяжения – эти силы ограничивают растекание стекломассы до определенной толщины и обеспечивают гладкость поверхности; вытягивания, которые передаются от валков печи отжига, способствуют продвижению ленты и ее утонению; кроме того, силы, возникающие вследствие вязкости стекломассы, оказывают сопротивление действию всех сил, деформирующих ленту стекла.

Расплавленная стекломасса из обычной стекловаренной печи поступает на валки прокатной машины и по наклонной плите – в ванну с расплавленным металлом. В ванне лента стекла движется по расплавленному металлу. Растекаясь на поверхности расплавленного металла, стекломасса приобретает форму непрерывной ленты с плоскопараллельными полированными поверхностями. Сама ванна разделена на отдельные зоны: нагревательную, огневой полировки и зону охлаждения.

Лента стекломассы в ванне обогревается снизу расплавленным ме-таллом, а сверху газом. Температура в нагревательной зоне равна около 10000С. Все неровности стекломассы в этой зоне исчезают. Благодаря поверхностному натяжению лента стекла получается абсолютно одинаковой толщины. Лента из зоны охлаждения, в которой ее температура понижается до 6000С, поступает в печь отжига и по выходе из печи ее нарезают на заданные форматы.

Лодочный способ.

Химические составы листового стекла должны обеспечивать заданные свойства изделий в зависимости от их назначения и условий эксплуатации; достаточно высокую скорость варки при температурах, установленных производственной практикой; более низкую температуру кристаллизации расплава по сравнению с температурой формования стекла; достаточную скорость твердения стекломассы. Шихта, идущая на изготовление стекла, не должна содержать дефицитных, дорогостоящих и токсичных сырьевых материалов. Основа составов большинства видов листового стекла – система SiO₂ – CaO – Na₂O, в которой часть CaO заменена на MgO, часть SiO₂ – на Al₂O₃ и часть Na₂O – на К₂О. Такие замены позволили снизить кристаллизационную способность стекломассы, повысить скорость формования и улучшить химическую устойчивость стекла.

 В выработочной части печи и в каналах температурный режим устанавливают индивидуально в зависимости от свойств стекломассы, числа и размещения машин, размеров выработочной части печи и каналов, места расположения контрольных приборов, скоростей вытягивания и требований к качеству стекла. За исходные температурные выработки принимают температуры луковиц, измеряемые оптическим пирометром через смотровые окна в крышках подмашинных камер. Для стекол обычных составов эти температуры составляют 920-9800 С и зависят от лучепрозрачности стекол.

Стекломасса на пути от щели в оборудовании (лодочки) до уровня отломки листов протекает и охлаждается, затвердевая, она превращается в стекло.

В процессе формования, охлаждения и отжига лента стекла проходит три температурные зоны: зону интенсивного охлаждения от температуры луковицы до верхней температуры отжига, собственно зону отжига, то есть медленного охлаждения от верхней до нижней температуры отжига, и зону ускоренного охлаждения от нижней температуры отжига до 120-1800 С. Для обычных листовых стекол верхнюю температуру отжига принимают 530-5400 С, нижнюю температуру отжига принимают в расчетах меньше 100-1500 С, то есть по абсолютному значению около 380-4300 С. Первая зона – зона интенсивного охлаждения – заканчивается при температуре 540-5600 С под первой парой валиков. При повышенных скоростях вытягивания уровень этих температур может подняться выше первой пары валиков; тогда эту пару отключают и ее роль переходит ко второй паре валиков. В первой зоне допускается высокая скорость охлаждения ленты (до 400-700 град/мин). Максимально допустимая скорость охлаждения ленты во второй зоне отжига зависит от максимально допустимых остаточных напряжений в стекле, обычно принимаемых не более 350 МПа или 100 ммкм/с. Режим отжига настраивают путем осторожного изменения интенсивности охлаждения стекла в подмашинной камере, подогрева ленты в соединительном звене с помощью трубчатых перфорированных горелок, открытия (или закрытия) люков по высоте шахты, установки скатов на требуемом расстоянии от валиков; последнее позволяет пропустить в ту или иную секцию шахты обьем горячих газов, нужный для поддержания в ней заданной температуры. Технико-экономические показатели производства стекла по лодочному способу. Удельная суточная выработка стекла на 1 м полезной ширины ленты в условном (2 мм) исчислении составляет 1500-2100 м2.Средняя продолжительность непрерывной работы машины между обрывами лент на обновление составляет не менее 500 ч, а при выпуске технического стекла определяется принятыми на заводе стандартами, но составляет не менее 200 ч. Удельный расход условного топлива на 1 тонну готовой продукции 430-550 кг.

Достоинства лодочного способа:

Простота выработочных устройств, относительно малые удельные капитальные затраты на строительство установок, простота обслуживания машин.

Недостатки лодочного способа:

Повышенная полосность стекла, частые обрывы лент стекла на обновление, относительно невысокие скорости вытягивания ленты стекла.

Выработка стекла способом безлодочного вертикального вытягивания. Температура стекломассы, идущей на формование ленты, при безлодочном способе в среднем приблизительно на 1500 С выше, чем при лодочном. Стекломасса в каналах боковых машин на 10-150 С горячее, чем перед центральными машинами. Однако температура луковиц, измеренная оптическим пирометром, такая же, как и при лодочном вытягивании.

Продолжительность отжига при лодочном и безлодочном способах отличается мало, так как большие скорости вытягивания при безлодочном способе компенсированы увеличением высоты машины.