Основы современной технологии стекла. - История стекла
Технология получения стекла состоит из двух производственных циклов. Цикл технологии стекломассы включает операции:
- А) подготовки сырых материалов; Б) смешивания их в определенных соотношениях, в соответствии с заданным химическим составом стекла в однородную шихту; В) варки шихты в стекловаренных печах для получения однородной жидкой стекломассы.
Цикл технологии получения стеклянных изделий складывается из операций:
- А) доведения стекломассы до температуры (и вязкости), требуемой условиями формования из нее разнообразных стеклянных изделий; Б) формования изделий; В) постеленного охлаждения изделий до комнатной температуры с целью ликвидации возникающих в процессе формования напряжений; Г) термической, механической или химической (в отдельности либо во взаимном сочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств.
Сырые материалы, применяемые для стекловарения, делятся на главные и вспомогательные. Послед-ре служат для улучшения качества стекла и получения стекла с особыми свойствами. Главные сырые материалы содержат кремнезем, борный и фосфорный гидриды, амфотерную окись алюминия, оксиды елочных и щелочноземельных металлов, окись свинца, цинка и др. Кремнезем, являющийся главной частью стекла, вводится в виде молотого кварца. Пригодность песка для стекловарения определяется содержанием в нем примесей и гранулометрическим (зерновым) составом. Вредными примесями являются прежде всего соединение железа и хрома, придающие желтовато-зеленый зеленый цвета. Размер зерен песка для стекловарения должен находиться в пределах примерно 0,2--0,5 Мм. Окись алюминия, применяемая в производстве большинства промышленных стекол., вводится с глиной, каолином, гидратом окиси алюминия или в виде чистого глинозема. Окись натрия вводится с одной кальцинированной содой либо (частично) с селитрой. Окись калия вводится в виде солей -- кислой или азотнокислой (селитра); применяется главным образом в производство посуды, цветных, оптических и некоторых технических стекол. Окись лития используется при выработке опаловых и некоторых специальных стекол и дается в виде содержащих литий минералов. Окись кальция вводится преимущественно в виде мела или известняка; окись магния -- в виде доломита, магнезита или жженой магнезии. Окись бария применяется в виде углекислого, азотнокислого и (роже) сернокислого бария; используется при производстве оптических стекол и хрусталя. В тех же производствах находит применение окись свинца, которая вводится в виде сурика или глета. Окись цинка дается как таковая или в виде цинковых белил; применяется в производство оптических, химико-лабораторных и некоторых других стекол. В стекловарении используются также материалы, содержащие одновременно соответственные горные породы, доменный шлак, стеклянный бой и др.
К вспомогательным сырым материалам относятся осветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, а также восстановители (углеродистые вещества). В качество осветлителей, способствующих удалению из стекла пузырей, применяют в небольших количествах сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий, трехокись и пятиокись мышьяка в сочетании с селитрой, плавиковый шпат. Некоторые из этих веществ одновременно являются обесцвечивателями. Химическое действие обесцвечивателей сводится к окислению в стекло соединений железа. При применении физического методов обесцвечивания в шихту вводятся в незначительных количествах вещества, окрашивающие стекломассу в дополнительный к зеленому цвет (селен, соединения кобальта, марганца и др.). В качестве красителей применяют соединения кобальта, никеля, железа, хрома, марганца, селена, меди, урана, кадмия, серу, хлорное золото и др. Рассеивающие свет, т. е. белые, мало прозрачные стекла называются глухими или заглушенными. В зависимости от степени глушения различают молочные (наиболее заглушенные), опаловые и опалесцирующие С. В качестве глушителей применяются различные фтористые соединения, фосфаты, соединения сурьмы, олова и др.
Подготовка сырых материалов заключается в сушке, измельчении в дробилках, бегунах или дезинтеграторах, просеивании и смешивании в. определенных весовых отношениях. Однородная смесь сырых материалов составляет шихту. Однородность шихты, от которой в значительной мере зависит качество стекломассы, определяется гранулометрическим, составом сырых материалов, степенью их увлажнения, постоянством их химического состава, способом и продолжительностью перемешивания шихты и др. На стекольных заводах чаще всего применяют тарельчатые либо конусные барабанные смесители. На крупных заводах шихту хранят в бункерах. Наибольшая однородность шихты достигается при ее брикетировании, которое исключает расслоение шихты при хранении и особенно передвижении, а также устраняет загрязнение пылью регенератора и уменьшает износ в печах огнеупоров. Расчет шихты ведется обычно на 100 весовых частей С., с учетом частичного улетучивания некоторых составных частей -- борной кислоты, щелочей, фтора и др.
Стекловарение ведется при температурах порядка 1400°--1600°. В нем. различают три стадии. Первая стадия -- провар, или варка в собственном смысле слова, когда происходит химическое взаимодействие между составными частями шихты и образование вязкой массы. Так как при нагревании из шихты обильно выделяются газы, то в вязкой массе оказывается огромное количество пузырьков. Во второй стадии, называемой очисткой или осветлением, происходит удаление пузырьков, а также растворение еще оставшихся нерастворенными зерен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в течение нескольких часов при наиболее высокой температуре. Третья, заключительная, стадия -- т. и. студка стекломассы, когда она охлаждается до такой температуры (в зависимости от процесса производства и, следовательно, вязкости), при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять из нее те или иные изделия. Варка стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и в значительной мере автоматизировано. Контроль доведен до высокой степени точности. Например, давление (разрежение) газов в рабочем пространстве печи измеряется с точностью до 0,02 Мм Водяного столба, уровень стекломассы -- с точностью до 0,1 Мм и т. д. Автоматически регулируются: давление (тяга) в печи; соотношение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры. Каждый из них влияет на температуру в печи, поэтому, регулируя их в совокупности, можно обеспечить постоянство температурного режима варки стекломассы и, следовательно, надлежащее ее качество.
Процесс варки стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Так, при производстве оптического стекла, к которому предъявляются особо жесткие требования в отношении постоянства оптических свойств, однородности, прозрачности и прочее, требуется на всех стадиях варки длительное размешивание массы. В связи с очень большой ее вязкостью и применением высоких температур своеобразна техника варки кварцевого стекла. Прозрачное кварцевое стекло изготовляется из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900°--2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока (электропроводность стекла значительно возрастает при повышении температуры). В конце варки в печь впускают воздух под атмосферным или повышенным (от компрессора) давлением. Другой способ варки этого стекла-- сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путем оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°.
Формование (иначе --выработка) стеклянных изделий из стекломассы на протяжении тысячелетий производилось вручную. Значительно эффективнее ручного машинное формование. В зависимости от вида вырабатываемых изделий на практике используют несколько способов формования. Прессование применяется в производстве некоторых видов посудных изделий (чайные стаканы, пивные кружки, масленки, сахарницы и т. п.), стеклянной тары, архитектурных деталей и др. Оно может быть как ручным, так и машинным. Для ручного прессования служат пружинные или эксцентриковые прессы. Как ни разнообразны конструкции ручных и машинных прессов, все они имеют три основные формующие детали: форму (матрицу) с поддоном, пуансон и съемное формовое кольцо. Первая деталь определяет внешнюю форму изделия, вторая внутреннюю, третья край изделия. Выдувание--специфический метод формования, применяемый в технике только к стеклу. Возможности этого метода весьма широки: производство сортовой (столовой) посуды, узкогорлой тары, электровакуумных изделий и т. д. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются "трубки-самодувки". Прессовыдувание применяется в машинном производстве широкогорлой стеклянной тары (банки различных типов). Предварительная заготовка и формование горла изделия производятся при этом способе прессованием (в черновой форме), а остальная часть изделия -- выдуванием (в чистовой форме). Вытягивание изделий из стекломассы, как и выдувание, -- своеобразный метод формования, применимый только к таким весьма вязким материалам, как стекло, притом с вязкостью, быстро возрастающей при понижении температуры. Методом вытягивания на различных машинах (разными способами) изготовляются: оконное и техническое листовое стекло, стеклянные дроты (трубки малого диаметра), трубы, стержни, стеклянное волокно. Прокатка стекла в ее современном виде заключается в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, убираемую транспортером. Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое сткло, различных видов, преимущественно строительное, толщиной в 3 Мм и больше: армированное (стекло с закатанной в него металлической сеткой), узорчатое, волнистое (имеющее форму кровельного шифера) и др. Прокатка применяется также в производстве стеклянных труб: стекломасса непрерывно поступает на вращающийся вал и развальцовывается двумя роликами; внутренний диаметр трубы определяется диаметром формующего вала. Отливка стеклянных изделий в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов. Ведутся опыты по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающиеся формы (способ центробежного литья). Моллирование-- способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твердых кусков. В результате постепенного нагревания стекла становится вязким и заполняет форму под действием либо собственного веса, либо внешнего усилия (прессование). Моллированием формуются заготовки из оптического стекла и крупная стеклянная скульптура.
Отжиг отформованных, еще горячих изделий служит для предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напряжении, появляющихся при быстром охлаждении на воздухе и вызывающих самопроизвольное растрескивание стекла. Отжиг сводится к выдерживанию изделий в течение некоторого времени при температуре, близкой к температуре размягчения стекла, и к последующему медленному охлаждению их по определенному режиму. Отжиг производится в отжигательных печах непрерывного или периодич. действия. Длительность отжига определяется толщиной (массивностью) изделий до нескольких месяцев (астрономич, объективы). Не требуют отжига только некоторые тонкостенные изделия, например дроты, колбы (оболочки) для электрич, ламп и т. п.
Закалка стекла-- операция, обратная отжигу. Ее назначение -- создать в изделиях сильные равномерно распределенные напряжения. Закаленные изделия термически и механически гораздо более прочны, чем отожженные. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, автомобилей, самолетов и т. п. Чтобы закалить листовое стекло, его предварительно разогревают до 600°--650°, затем быстро охлаждают в обдувочной решетке путем равномерного обдувания воздухом.
Обработка (иначе --отделка) отформованных стеклянных изделий может быть разделена на горячую (огневую), холодную (механическую) и химическую, которые применяются в отдельности либо во взаимном сочетании.
Горячая обработка стекла включает отколку, отопку, огневую полировку и другие операции, требующие нагревания изделий. Отколка колпачков ("набелей"), образующихся на выдувных изделиях после выработки в форме, производится посредством надреза алмазом и последующего прогрева изделия у надреза узким пламенем горелки; колпачок отскакивает, по линии надреза, после чего острые края шлифуются или подвергаются оплавлению ручную, с помощью горелки, или на машинах периодического либо непрерывного действия. Огневая полировка (оплавление поверхности изделий) обычно производится вручную.
К холодной обработке стекла относятся его резка, (сверление, шлифовка и полировка. Последние две операции придают стеклу ровную и гладкую поверхность. {Шлифовка--сначала грубая (обдирка), затем тонкая (дистировка) -- осуществляется с помощью (абразивов и дает матовую поверхность изделий. Полировка (обычно крокусом) сглаживает микро неровности поверхности, остающиеся после шлифовки, и придает стеклу прозрачность и блеск. В производство листового стекла шлифовка и полировка выполняются на одинаковых станках (ручных или конвейерных), только при шлифовке применяется {металлический плоский диск, а при полировке -- {мягкий (например, суконный) полировальник. При массовом поточном производстве автоматические шлифовка и полировка осуществляются на конвейерных линиях, производительность которых определяется сотнями тысяч квадратных метров листового стекла в год. Шлифовка применяется также для нанесения матовых узоров на поверхность стеклянных изделий с помощью пескоструйных аппаратов и для образования на изделиях алмазных граней. Химическая обработка применяется для получения при кислотной полировке, клеймении, художественно-декоративной отделке стеклянных изделий. Распространенным методом химической обработки является травление стекла азотобразным фтористым водородом или растворами плавиковой кислоты и ее солей. Взаимодейтвие фтористых соединений со стеклом приводит к образованию нерастворимых и малорастворимых химических соединений, и поверхность изделия становится матовой. При травлении слабыми растворами плавиковой кислоты в смеси с концентрированной серной кислотой на поверхности стекла происходит равномерное образование растворимых соединений, и она становится гладкой и блестящей (кислотная полировка). Для нанесения на изделия методом травления рисунков применяют специальные машины -- пантографы, резец которых вычерчивает рисунок на предварительно нанесенном на изделие защитном кислотоупорном слое, снимая его; после этого изделие погружают в ванну с раствором кислоты, которая протравливает стекло в местах, где оно обнажено резцом. Обработкой парами хлористого олова в сочетании с другими солями получают ирризирующие стекла, поверхность которых похожа на перламутр; при комбинированном прогреве слабо окрашенного стекла с молочным стеклом и последующем травлении плавиковой кислотой получают атласные стекла и т. д.
Старинным способом украшения посуды является живопись по стеклу путем нанесения на него муфельных красок (смеси легкоплавкой глазури и минеральных красок) с последующим обжигом. Для художественной отделки стекла на него наносят также различными способами тончайшие пленки золота и серебра. Основой химических способов золочения и серебрения стекла является осаждение на поверхности изделий коллоидно-дисперсных частиц металла при его восстановлении из растворов солей. Серебрение, а также алюминирование широко применяются в производстве зеркал.
Похожие статьи
-
Стекло - Стекло и строительные материалы на основе минеральных вяжущих веществ
C:Documents and SettingsСvetaLocal SettingsTempRar$DI00.922Все для материаловеденияСтеклоСтеклышко1.htm - word0000#word0000 Стекло, твердый аморфный...
-
Схема строения стекла. - История стекла
Как материал стекло широко используется в различии областях народного хозяйства, В соответствии с назначением известны разнообразные виды стекла: оконное...
-
Этапы развития стеклоделия. - История стекла
Естественное стекло известно человеку с древнейших времен. Наконечники стрел, ножи и т. п., изготовленные первобытным человеком из природного...
-
История развития ОАО "Малмыжский завод по ремонту дизельных двигателей" В 1931 году на берегу реки Шошма г. Малмыжа, на юге Кировской области, были...
-
Бетон - Стекло и строительные материалы на основе минеральных вяжущих веществ
Бетон (франц. b ton), искусственный каменный материал, получаемый из рационально подобранной смеси вяжущего вещества (с водой, реже без нее),...
-
Цемент - Стекло и строительные материалы на основе минеральных вяжущих веществ
Цемент -- собирательное название большой группы порошкообразных вяжущих веществ (преимущественно гидравлических), способных при смешивании с водой...
-
Нано технологии в сельском хозяйстве и промышленности - Нано технологии в современном мире
Нано технологии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Молекулярные роботы смогут производить пищу, "освободив" от этого растения и...
-
Применение нано технологий - Нано технологии в современном мире
Проникновение нано технологии в сферы человеческой деятельности можно представить в виде дерева нано технологии. Применение имеет вид дерева, ветви...
-
Минеральные вяжущие вещества - строительные материалы для изготовления бетонов и растворов. Минеральные вяжущие вещества (обычно порошкообразные) при...
-
Химический состав стекла. - История стекла
Карбонат кальция, подобно соде, при сплавлении с песком взаимодействует с ним, образуя силикат кальция и двуокись углерода. При сплавлении с избытком...
-
Истинная плотность полуводного гипса 2,65-2,75 г/см3. По срокам схватывания гипс делят на 3 группы (А, Б, В) Вид гипса Начало схватывания Конец...
-
Основы технологии производства нефтяных масел - Технологии переработки нефти
Технология производства масел состоит из трех основных этапов: получение масляных фракций, выработка из них базовых масел-компонентов и смешение...
-
Технология горячеканального литья - Специальные методы литья пластмасс
Благодаря целому ряду технологических и экономических преимуществ горячеканальные системы (ГКС) получили широкое применение для литья пластиковых деталей...
-
Технологическая схема зависит от вида и характера, вида и качества исходных материалов, от уровня развития техники (рис.1.). Рисунок 1- Технологическая...
-
Заключение - Нано технологии в современном мире
Сформировавшись исторически, к настоящему моменту, нано технология, завоевав теоретическую область общественного сознания продолжает проникновение в его...
-
Опасности, связанные с нано технологиями - Нано технологии в современном мире
При всех преимуществах нано технологий, они могут представлять и угрозу здоровью человека. Восторженно предвкушая те положительные изменения, которые...
-
Нано технологии в медицине - Нано технологии в современном мире
Последние успехи нано технологий, по словам ученых, могут оказаться весьма полезными в борьбе с раковыми заболеваниями. Разработано противораковое...
-
Современное металлургическое производство представляет собой комплекс различных производств, базирующихся на месторождениях руд и коксующихся углей,...
-
Нано технологии в современном мире - Нано технологии в современном мире
История возникновений нано технологий Дедушкой нано технологий можно считать греческого философа Демокрита. Он впервые использовал слово "атом" для...
-
Введение - Нано технологии в современном мире
В настоящее время немногие знают, что такое нано технология, хотя за этой наукой стоит будущее. Главной целью моей работы является ознакомление с нано...
-
Кремниевые пластины, подвергаемые окислению, сначала очищаются с помощью детергента и водного раствора, растворителей с ксилолом, изопропиловым спиртом...
-
Бумага как носитель информации Важнейшим материальным носителем информации по-прежнему пока остается бумага. На отечественном рынке в настоящее время...
-
Стекла - Неметаллические материалы
Неорганическое стекло - это однородное аморфное вещество, получаемое при затвердевании расплава оксидов. Оно не имеет определенной точки плавления или...
-
Литье под давлением - Технологии машиностроения
Сущность этого способа заключается в том, что расплав металла подается в стальную разъемную пресс-форму под давлением. Рабочее давление на расплав...
-
Оптимальное количество камер. - Технология изготовления пластиковых окон
Чем больше камер в стеклопакете, тем меньше тепла будет теряться, тем меньше звуков и шума будет проникать в ваше жилище, но тем выше стоимость...
-
Введение, Технология кузнечных работ - Кузнечные операции
Испокон веков кузнечное ремесло ассоциировалось с магией. Да и как могло быть иначе, если в кузнице бесформенные куски железа превращались в вещи...
-
Наполненные и супернаполненные пластики - Общие аспекты и технология производства пластических масс
Наполнитель в П. м. может быть в газовой или конденсированной фазах. В последнем случае его модуль упругости может быть ниже (низкомодульные наполнители)...
-
В настоящее время разработаны различные технологии комплексной переработки шламов (пылей); часть из них реализована в промышленном масштабе за рубежом. У...
-
Введение - Технология и техника сварки
1) В условиях научно-технического прогресса особенно важно развитие определяющих его областей науки, техники и производства. Практически нет ни одной...
-
Физический способ состоит в термическом испарении и конденсации под специальным колпаком в вакууме наносимого вещества или его катодном распылении на...
-
Основные положения к выбору способа литья - Технология конструкционных материалов
При выборе способа литья для получения заготовки в первую очередь должен быть рассмотрен вопрос экономии металла. Металлоемкость можно снизить...
-
Выплавка чугуна - Основы металлургического производства. Производство чугуна
Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа,...
-
Волочение металла - Технология обработки металлов давлением
Волочение металла -- это протягивание изделия круглого или фасонного профиля через отверстие волочильного очка (волоку), площадь выходного сечения...
-
Нано технологии в космосе - Нано технологии в современном мире
В космосе бушует революция. Стали создаваться спутники и нано приборы до 20 килограмм. Создана система микроспутников, она менее уязвима при попытках ее...
-
Подготовка сырья для большинства колбасных изделий состоит из следующих операций: разделка полутуш, обвалка отрубов, жиловка и сортировка мяса,...
-
Общие сведения по разрабатываемой теме. Значение в питании Заливное -- блюдо холодного стола, закуска. До начала 19 в. заливных как особых блюд не...
-
Модифицированные крахмалы - Технология производства крахмала и крахмалопродуктов
Набухающий крахмал получают высушиванием клейстера на специальных сушилках с последующим измельчением пленки в порошок, частицы которого набухают при...
-
Общие сведения о крахмале и крахмалопродуктах - Технология производства крахмала и крахмалопродуктов
Крахмал - сложный углевод, образующийся в растениях и откладываемый ими в качестве запасного питательного вещества. Химическая формула (C6H10O5)n. Он...
-
При написании данной обзорной главы выпускной квалификационной работы использовались такие источники информации, как "Хронология важнейших событий в...
-
Общая характеристика металлов - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Физические свойства металлов и сплавов 1) Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В...
Основы современной технологии стекла. - История стекла