Основная технология  производства стекла.

При расплавлении смеси сырьевых компонентов образуется стекломасса, свойства которой определяются химическим составом и температурой. К свойствам стекломассы относятся вязкость, кристаллизационная способность и поверхностное натяжение. Именно эти свойства и определяют технологические процессы изготовления стеклоизделий.

Вязкость стекломассы при температуре ее осветления (15000С) равна 100 П (Пуаз), затвердевающего стекла – 1013…1015 П. Вязкость стекломассы определяет ее подвижность. Она решающим образом влияет на скорость протекания процессов варки стекла и на формирование стеклоизделий. Свойство стекломассы постепенно увеличивать вязкость с уменьшением температуры позволяет изготовлять изделия самыми различными способами и разных конфигураций. Вначале выработки стекло пластично и может принять при определенном усилии любую форму; к концу выработки вязкость его увеличивается и изделие затвердевает настолько, что оно способно сохранить форму при дальнейшей обработке и транспортировании.

Кристаллизационная способность – это склонность стекла к кристаллизации. При производстве стекла кристаллизация – явление нежелательное, она нарушает нормальные условия выработки и значительно ухудшает свойства стеклоизделий. Поверхностное натяжение при производстве стекла играет существенную роль. Оно влияет на удаление пузырей воздуха и на однородность стекломассы.

Варка стекла – наиболее сложный и ответственный этап в производстве стекла. От ее успешного проведения во многом зависит качество выпускаемых изделий.

Кварцевый песок, нагреваясь, плавится при 17100С, теряя при этом свое кристаллическое строение. Кальцинированная сода плавится при 8500С с разложением.

При нагревании и плавлении шихты преобладают реакции взаимодействия между ее компонентами с образованием силикатов, причем вначале вступают в реакции более легкоплавкие составляющие (щелочные и щелочноземельные продукты), затем тугоплавкие компоненты (песок, глинозем).

Варку стекла условно подразделяют на 5 стадий: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизация и охлаждение (студка). Все эти стадии взаимосвязаны и протекают одновременно в бассейне стекловаренной печи.

Силикатообразование. Эта стадия характеризуется тем, что к ее концу в шихте заканчиваются реакции между компонентами в твердом состоянии и образуются сложные силикатные соединения. Шихта превращается в пенистый непрозрачный расплав, пронизанный большим количеством пузырьков газа и частицами непрореагировавших компонентов. Протекает эта стадия для оконных стекол при температуре 800…9000С.

Стеклообразование Эта стадия характеризуется тем, что к ее концу все химические реакции в расплаве заканчиваются. В результате взаимодействия между гидратами, карбонатами, сульфатами образуются сложные силикаты; зерна кварца окончательно растворяются и переходят в расплав; стекломасса становится относительно однородной и прозрачной, без непроваренных частиц шихты. Однако в стекломассе еще остается много пузырей. Для оконных стекол эта стадия завершается в температурных интервалах 1100…12000С.

Осветление. Данная стадия характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от видимых газовых включений и тем, что устанавливается равновесие между жидкой стекломассой и газами, растворенными в ней. Из всех стадий стекловарения стадия осветления и связанная с ней гомогенизация являются наиболее ответственными и сложными. При осветлении удаляются газообразные включения (видимые пузыри).

Происходит это следующим образом. Большие пузыри поднимаются к поверхности, лопаются и переходят в атмосферу печи; маленькие пузыри растворяются в расплаве. Для ускорения этого процесса используют повышение температуры, удлинение продолжительности варки, создание в печи повышенного давления или разрежения, применяют осветлители. При нагреве последние разлагаются и выделяют огромное количество больших пузырей, которые выходят в атмосферу и увлекают за собой пузыри из стекломассы.

Гомогенизация (усреднение). Эта стадия характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от свилей и становится однородной. Для оконных стекол она протекает при тех же температурах, что и осветление (1400…15000С). Гомогенизация происходит в основном за счет интенсивного движения веществ, составляющих стекломассу. Чем выше температура варки и, как следствие, ниже вязкость стекла, тем быстрее передвигаются частицы и наоборот. Поэтому при гомогенизации температура стекломассы играет решающую роль.

    Таким образом данный процесс тесно переплетается с осветлением. При варке стекла в промышленных печах стадии осветления и гомогенизации протекают одновременно, в одинаковых условиях. После завершения процессов осветления и гомогенизации стекломасса по своему качеству полностью пригодна для получения из нее изделий, однако высокая температура и низкая вязкость ее не позволяют осуществить формование. Поэтому перед формованием стекломассу охлаждают.

Студка. Эта стадия характеризуется тем, что температура стекломассы понижается для создания вязкости, позволяющей формовать из стекломассы изделия. Температура, обеспечивающая рабочую вязкость стекломассы, лежит в пределах 1100…12500С. Температуру стекломассы снижают плавно и постепенно во избежание дефектов структуры.

Формование. Стекло поддается различным способам формования. Его можно отливать, как расплавленный чугун; штамповать, как латунь; прессовать, как пластмассу; прокатывать, как металл; вытягивать из него нити; моллировать; сплавливать и сваривать с различными керамическими и металлическими материалами. Из расплавленной стекломассы можно изготовлять изделия самых разнообразных размеров и конфигураций.

Стекло формуют следующими основными способами: прессованием и прессовыдуванием, выдуванием, вытягиванием, прокаткой, формованием на расплаве металла (флоат-метод), центробежным формованием.

Отжиг. Быстрое охлаждение отформованных стеклоизделий может привести к созданию в них внутренних напряжений. Последние возникают потому, что при быстром охлаждении нагретого стекла его наружные слои остывают быстрее, чем внутренние. В результате наружные слои стремятся к сжатию, в то время как более нагретые внутренние слои препятствуют этому. Когда процесс охлаждения заканчивается и температура наружных и внутренних слоев выравнивается, внутренние напряжения могут остаться (тогда они называются остаточными) или исчезнуть (такие напряжения называются временными). Как временные, так и остаточные напряжения в изделиях нежелательны. Они служат причиной разрушения изделий при механической обработке или воздействия на них внешних нагрузок. Для того, чтобы в изделии не было опасных для эксплуатации напряжений, его подвергают тепловой обработке – отжигу. Отжигают стекло в специальных отжигательных печах.

Механическая обработка включает надрезку болтов ленты, ее поперечную надрезку, отломку листа, съем и установку на конвейер и т.п. Для некоторых видов листового стекла (например, витринного) применяют шлифовку и полировку.