Индивидуальное задание - Виды и причины брака

Стекловарение - это термический процесс, в результате которого из механической смеси разнородных компонентов образуется стекломасса.В процессах стекловарения и стеклообразования образуются различные пороки стекла, которые зависят от различных параметров и условий.

Пороки стекла можно разделить на 3 группы:твердые (камни и кристаллы),стекловидные( свили и шлиры) , газовые ( пузыри ) включения.

Твердые включения – продукты разрушения огнеупоров. Появляются при разъедании огнеупора, кристаллизации стекломассы, наличии посторонних загрязнений.

Продукты кристаллизации могут обрабатываться в стекломассе в виде различных соединений. Если она богата кремнекислотой выделяются кристаллы тридимита, кристабаллита, при повышенном содержании оксида кальция – силикаты кальция.

Для уменьшения опасности кристаллизации составы промышленных стекол подбирают так, чтобы температура их выработки была выше температуры кристаллизации на 25°- 30 °.

Стекловидные включения. К ним относятся свили шлиры. Они отличаются от основной массы по химическому составу и физическим свойствам ( вязкость,цвет, показатель преломления).

Источником свилей чаще всего являются огнеупоры.

 Стекломасса при движении обтекает огнеупоры бассейна печи, вымывает кусочки , которые при растворении дают свили.

Особенно опасны свили и шлиры , образованные в зоне выработки стекла, так как из-за высокой вязкости они не могут раствориться в стекломассе.

Практикой установлено, что при определенных условиях в стекломассе образуются «нити» — «волокна» чужеродного стекла, называемые свилями. Они отличаются от массы расплава по химическому составу и физическим свойствам, в частности по показателю преломления, вязкости, поверхностному натяжению и плотности, иногда по цвету. Более грубые стекловидные включения называют шлирами.

Свили бывают поверхностными («рельефными») или внутренними, заключенными в массе стекла. Последние могут иметь форму нитей или узелков, чаще всего с «хвостами». Различают свили грубые или тонкие; иногда они еле заметны, и выявить их можно только специальными методами (травлением, просмотром в поляризованном свете и т.д.).

Надо отметить, что ни для одного из материалов, вырабатываемых в промышленном масштабе, свиль не является таким неприятным производственным пороком, как для стекла. Это связано с его вязкостью и прозрачностью, делающей всякую свиль явственно видимой. Влияние вязкости теоретически можно было бы воспрепятствовать повышением температуры, когда стекломасса становится подвижной, вследствие чего её гомогенизация должна протекать намного быстрее. Однако на практике идти в этом направлении нельзя, поскольку при повышении температуры происходит одновременно повышение растворимости огнеупорных материалов — один из главных источников свили в стекломассе.

Как утверждает немецкий ученый Ебсен-Мардведель, именно свиль является тем неприятелем, с которым нужно бороться с самого начала его появления. Так, пузыри также являются пороками стекла, однако они до определенной стадии процесса варкииграют важную положительную роль; только начиная с осветления оказывается необходимым освободить стекломассу от пузырей[4].

Знание всех факторов, влияющих на процесс варки стекла, является наилучшей гарантией того, что появление пороков при варке будет предупреждено, а в случае их появления окажется возможным быстрое распознавание, выявление причин образования и устранение.

Происхождение химической свили может быть различным. Для полноты картины нужно привести здесь все известные причины ей появления.Это свиль, образовавшаяся в результате неоднородности шихты, её расслаивания или ликвации, которые не удалось устранить в процессе варки и осветления (т.е. растворить в окружающем стекле).

Часто причиной такой свили, может быть, применение стеклобоя, имеющего другой состав, чем подлежащее варке стекло.Это весьма распространенная свиль, так как свиль, образовавшаяся в результате коррозии высокоглиноземистых огнеупорных масс, характеризуется устойчивостью в стекломассе вследствие более высокого поверхностного натяжения огнеупора. Свиль может образовываться из шамота, литыхогнеупорных масс (Корхарт, Корхарт-ЦАК, Монофракс и т.д.), а также и из кислых масс — динас.

Динасовая свиль обычно легче резорбируется (растворяется) стеклом и, таким образом, не бывает причиной производственных пороков, по крайней мере, не в таком масштабе, как свиль из высокоглиноземистых материалов.Это весьма распространенная свиль, так как свиль, образовавшаяся в результате коррозии высокоглиноземистых огнеупорных масс, характеризуется устойчивостью в стекломассе вследствие более высокого поверхностного натяжения огнеупора. Свиль может образовываться из шамота, литых огнеупорных масс (Корхарт, Корхарт-ЦАК, Монофракс и т.д.), а также и из кислых масс — динас. Динасовая свиль обычно легче резорбируется (растворяется) стеклом и, таким образом, не бывает причиной производственных пороков, по крайней мере, не в таком масштабе, как свиль из высокоглиноземистых материалов.

Образовавшаяся таким образом, свиль в некоторых случаях бывает причиной бракованного (свилеватового) стекла в течение многих дней, несмотря на постоянный контроль и поддержание постоянного режима ванной печи.

В качестве примера, можно привести железистую (окрашенную) свиль, образовавшуюся в результате попадания в стекломассу расплавившихся винтов и других стальных предметов. Аналогичная свиль образуется при попадании в стекломассу огнеупорной замазки, применяющейся для ремонта кладки печи. Цветная свиль образуется также при растворении стальных кусков на дне ванной печи. Обычно она сопровождается пузырьками. Цветная свиль может также образоваться из капель со свода и т.д.

Таким образом, при оценке свили в качестве порока стекла необходимо, учитывая характер службы и назначения изделия, руководствоваться техническими условиями и нормами, устанавливающими его допустимую свилеватость. К примеру, допустимая свиль в подвеске для хрустальной люстры была обусловлена неоднородностью шихты за счёт комкования слишком влажного поташа. Однако эта свиль не может считаться производственным пороком, и она вполне допустима для продажных изделий.

Происхождение свилей определяют химическим или спектральным анализом. Эти методы требуют отделения свилистого стекла и соответствующей подготовки для анализа. Процедура анализа свили упрощается, если применяются современные методы рентгеннофлюоресцентного или микрорентгеновского анализа. При этом, элементный состав свили сравнивают с составом эталонного стекла и по разности определяют источник свили.Если причиной свили является разрушение огнеупора, принимают меры к охлаждению участка коррозии и прекращению поступления огнеупора в стекломассу. В других случаях стабилизируют режим варки и выработки, а также устраняют другие потенциальные источники свилей (шихта, усреднение и пр.).[5]

Как было установлено, свиль является специфическим пороком, который может сопровождать стекло от начала его образования, вплоть до получения готового изделия. При варке стекла нельзя избежать того, чтобы в течение определенного времени варки стекломасса не была неоднородной. Причина неоднородности вытекает уже из того, что при варке стекла взаимодействуют между собой совершенно отличные в химическом отношении зернистые материалы, одновременно протекает целый ряд химических реакций, физических превращений и физико-химических процессов, причём первоначальные фазы постепенно исчезают, на их месте появляются новые, до тех пор, пока в конце в идеальном случае не образуется одна гомогенная жидкая фаза. Однако к этому идеальному случаю мы можем лишь в большей или меньшей степени приближаться и, кроме того, не всегда практически необходимо стремиться к достижению идеальной гомогенности стекломассы, поскольку это не оговорено специальными требованиями, предъявляемыми к изделию при его применении.

Следовательно, со свилью необходимо бороться с самого начала получения стекла. На первой стадии производства это, прежде всего, касается однородности шихты и состава стеклобоя, который должен соответствовать составу подлежащего варке стекла.

Однородность шихты обусловлена знанием качества и состава сырьевых материалов (ежедневный контроль и поправки при взвешивании), контролем гранулометрического состава сырьевых материалов и соблюдением установленной влажности шихты, которая не только препятствует её расслаиванию, но и облегчает образование на зёрнах песка при смешивании равномерного такого слоя раствора плавней (щелочей).

Следующим этапом борьбы со свилью является поддержание постоянными температурных и технологических условий в ванной печи. Только совершенно постоянные, проверенные на производстве условия всего процесса варки позволяют получить стекломассу с максимальной однородностью. Разумеется, к вышесказанному следует добавить и огнеупорный материал, являющийся одним из важных источников свили. Также, при этом необходимо выбор и испытание огнеупорных материалов.

Ниже рассмотрим меры, способствующие достижению однородности стекломассы, то есть устранению свили:

Правильное термическое перемешивание стекломассы за счет потоков стекломассы в горшке или в ванной печи. Потоки стекломассы в последние годы изучались современными методами с использованием радиоактивных изотопов. Например, при варке в проточных ванных печах оказывалось весьма важным наличие барьеров, препятствующих придонным потокам стекломассы. Барьеры эти могут быть осуществлены или в виде механических перегородок, или при электрическом подогреве массы или пропусканием через стекломассу газов (барботаж). С помощью этих барьеров стремятся разделить ванную печь на соответствующие зоны: варки, осветления и т.д.

Механические средства перемешивания. Сюда относится, прежде всего, современное применение пропеллерного перемешивания при варке как в горшковых, так и в ванных печах, где мешалки (спаренные) чаще всего помещают в канале питателя. Другим важным средством является принудительное пропускание через стекломассу газов (барботаж). Все эти современные методы оказывают большое влияние на повышение однородности стекломассы (устранение свили) и на интенсификацию процессов варки.

Газовые включения. Делят на крупные(диаметр более 0,8 мм) и мелкие (диаметрменее 0,8 мм) пузыри. Они могут быть бесцветные и окрашенные и содержать различные включения и осадки.

Пузыри могут возникать при нарушении условий равновесия растворенных газов в стекломассе. Мерами предупреждения образования и устранения включений всех видов является правильный подбор гранулометрического состава (компонентов шихты) и их тщательное смешивание. Полное осветление стекла, сохранение стабильной температуры в зонах стекловаренной печи, высокая плотность и большая стеклоустойчивость огнеупоров.

На предприятии АО "Стекольная компания "САФ" предусмотрен контроль качества сырьевых материалов и готовых изделий. При соблюдении всех технологических параметров процесса, можно избежать практически всехперечисленных видов брака.