Этапы развития стеклоделия (стр. 2 )

В СС СР развернулось строительство крупных ме ханизированных новых стекольных заводов и реконструкция старых заводов. Накануне Великой Отечественной войны стекольная промышленност ь выдвинулась по объёму производства на 1-е место в Европе (с 11-го, какое занимала Россия в 1913).

Основы современной технологии стекла.

Т ехнология получения стекла состоит из двух производственных циклов. Цикл  технологии стекломассы включа ет операции:

  а) подготовки сырых материалов;

  б) смешивания их в опред елённых соотноше ниях, в соответствии с заданным химическим составом стекла в однородную шихту;

  в) варки шихты в стекловарен ных п ечах для получения однородной жидкой стекломассы. 

Цикл технологии получения стеклянных издел ий складывается из оп ераций:

  а) дове дения стекломассы до темп ературы (и вязкости), требуемой условиями формования из н её разно образных стеклянных изд елий;

  б) формования изделий;

  в) пост еленного охлаждения изделий до комнатной темп ературы с целью ликвидации возникающих в процессе формо вания напряжений;

  г) т ермической, механической или химической (в отд ельности либо во взаим ном сочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств.

Сырые материалы, применяемы е для стекловарения, делятся на главные и вспомогат ельные. Послед- ре служат для улучш ения качества стекла и получения стекла с особыми свойствами. Главны е сыры е материалы содержат кремнезём, бор ный и фосфорный гидриды, амфотерную окись алюминия, оксиды елочных и щёлочноземельных металлов, окись свинца, цинка и др. Кремнезём, являющийся главной частью стекла, вводится в вид е молотого кварца. Пригодность песка для стекловарения определяется содержанием в нём при месей и гранулометрическим (з ерновым) составом. Вредными примесями являются прежде всего соединение железа и хро ма, придающие желтовато-зелёный зеленый цв ета. Размер зёрен песка для ст екловарения 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 глинозёма. Окись натрия вводится с одной кальцинированной содой либо (частично) с с елитрой. Окись калия вводится в виде солей — кислой  или азотнокислой (селитра); применяется главным образом в производство посуды, цветных, оптич еских и некоторых технических стекол. Окись лития используется при выработке опаловых и некоторых сп ециальных стекол и даётся в виде содержащих литий минералов. Окись кальция вводится преимущественно в вид е мела или известняка; окись магния — в виде доломита, магнез ита или жжё ной маг незии. Окись бария прим еняется в виде угл екислого, азотнокислого и (роже) с ерно кислого бария; используется при производстве оптических стекол и хрусталя. В тех же производствах находит примен ение окись свинца, которая вводится в вид е сурика или глёта. Окись цинка даётся как таковая или в вид е цинковых б елил; прим еня ется в производство оптич еских, химико-лабораторных и некоторых других стекол. В стекловарении используются также материалы, содержащие одновр еменно соответств енные горны е породы, доменный шлак, ст еклянный бой и др.

К вспомогательным  сырым  мат ериалам относятся осветлители, обесцвечиватели, красит ели, глушит ели, а также восстановители (углеродистые в ещ ества). В кач ество осветлителей, с пособствующих удал ению из стекла пузыр ей, прим еняют в н ебольших колич ествах сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий, трёхокись и пятиокись мышьяка в соч етании с селитрой, плавиковый шпат. Некоторые из этих веществ одновременно являются обесцвечивателями. Химическое д ействие обесцвечивателей сводится к окислению в стекло соединений железа. При применении физического м етодов обесцвечивания в шихту вводятся в незначительных количествах в ещества, окрашивающие ст екломассу в дополнительный к зелёному цвет (сел ен, соединения кобальта, марганца и др.). В качестве красителей применяют со единения кобальта, никеля, железа, хрома, марганца, селена, меди, урана, кадмия, серу, хлор но е золото и др. Рассеивающие св ет, т. е. белы е, мало прозрачные стекла называются глухими или заглуш енными. В зависимости от степени глушения различают молочные (наиболее заглуш енные), опаловые и опалесцирующие С. В качестве глушител ей применяются различные фтористые соединения, фосфаты, со единения сурьмы, олова и др.

Подготовка сырых материалов заключа ется в сушке, измельчении в дробилках, б егунах или д езинтеграторах, просеивании и см ешивании в. определённых весовых отно шениях. Однородная смесь сырых материалов составляет шихту. Однородность шихты, от которой в значительной мере зависит качество стекломассы, определяется гранулометрическим, составом сырых материалов, ст епенью их увлажнения, постоянством их химического состава, способом и продолжительностью п еремешивания шихты и др. На стекольных заводах чаще всего применяют тар ельчатые либо конусные барабанные смесители. На крупных заводах шихту хранят в бунк ерах. Наиболь шая однородность шихты достигается при её брикетировании, которое исключает рассло ение шихты при хран ении и особенно передвижении, а также устраняет загрязнение пылью рег енератора и уменьшает из нос в печах огнеупоров. Расчёт шихты ведётся обычно на 100 весовых частей С., с учётом частичного улетучивания некоторых составных частей — борной кислоты, щелоч ей, фтора и др.

Стекловарение в едётся при темп ературах порядка 1400°—1600°. В нём .различают три стадии. Первая стадия — провар, или варка в собственном смысле слова, когда происходит химическое взаимодействи е между составными частями шихты и образование вязкой массы. Так как при нагрева нии из шихты обильно выделяются газы, то в вязкой массе оказ ывается огромное количество пузырьков. Во второй стадии, называ емой очисткой или осветлением, происходит удалени е пузырьков, а такж е растворение еще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в этой стадии стекло выдержива ется в печи в теч ение нескольких часов при наиболе е высокой т емпературе. Тр етья, заключит ельная, стадия — т. и. студка стекломассы, когда о на охлажда ется до такой температуры (в зависимости от проц есса производства и, сл едовательно, вязкости), при которой становится возможным и наибол ее удобным изготовлять из неё те или иные изделия. Варка стекла производится в стекловаренных печах . Выбор того или иного типа п еч и обусловлива ется видом применяемого топлива, ассорти ментом вырабатыва емых изд елий, размерами производства и прочее. Управление соврем енной стекловар енной печью строго контролируется и в значительной мер е автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Например, давле ни е (разрежение) газов в рабочем пространстве печи измеряется с точностью до 0,02 мм вод яного столба, урове нь стекломассы — с точностью до 0,1 мм и т. д. Автоматич ески регулируются: давление (тяга) в печи; соотнош ение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уров ень ст екломассы в ванне и другие параметры. Каждый из них влияет на температуру в печи, поэтому, регулируя их в совокупности, можно об еспечить постоянство температурного режима варки стекломассы и, следовател ьно, надлежащее её качество.

Процесс варки стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особ енностями. Так, при производстве оптического стекла, к которому пр едъявляются особо жёстки е требования в отношении постоянства оптических свойств, однородности, прозрачности и прочее, тр ебу ется на всех стадиях варки длительно е размешивание массы. В связи с очень большой её вязкостью и прим енением высоких температур своеобразна техника варки кварц евого стекла. Прозрачное кварцево е стекло изготовля ется из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогрева емых под вакуумом до 1900°—2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока (эл ектропроводность стекла значительно возраста ет при повыш ении темп ературы). В конце варки в п ечь впускают воздух под атмосферным или повыш енным (от компр ессора) давлени ем. Другой способ варки этого стекла— сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной  горелки. Непрозрачное кварц ево е стекло получается путём оплавления кварц евого песка на угольном или графитовом ст ержне, разогретом электрическим током до 1800°.

Формование (и наче —выработка) стекл янных изд елий из стек ломассы на протяжении тысячел етий производилось вруч ную. Значительно эфф ективнее ручного машинное формование. В зависимости от вида вырабатываемых изд елий на практике используют несколько способов формования. Пр ессование прим еня ется в производстве некоторых видов посудных изделий (чайные стаканы, пивные кружки, маслёнки, сахарницы и т. п.), стеклянной тары, архит ектурных д еталей 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 съёмное формовое кольцо. Первая деталь определяет внешнюю форму изделия, вторая внутреннюю, тр етья край изделия. В ыду вание—сп ецифич еский м етод формования, применяемый в техник е только к стеклу. Возможности этого м етода весьма широки: производство сортовой (столовой) посуды, узкогорлой тары, электровакуумных изд елий и т. д. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В теч ение долгой истории ст еклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки».  Прессовыдувание прим еня ется в машинном производстве широкогорлой стеклянной тары (банки различных типов). Предварительная заготовка и формование горла изделия производятся при этом способе прессованием (в ч ерновой форме), а остальная часть изделия — выдувани ем (в чистовой форме). Вытягивание изделий из стекломассы, как и выдувание, — своеобразный метод формования, прим енимый только к таким весьма вязким мат ериалам, как стекло, притом с вязкостью, быстро возрастающей при понижении т емп ературы. Методом вытягивания на различны х машинах  (разными способами)  изготовляются: оконно е и техническо е листовое стекло, стеклянные дроты (трубки малого диам етра), трубы, стержни, стеклянное волокно. Прокатка стекла в её современ ном виде заключа ется в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, убираемую транспортёром. Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое сткло, различных видов, пр еимущественно строительное, толщиной в 3 мм и больше: армированное (стекло с закатанной в него металлической сеткой), узорчатое, во лнис тое (им еющее форму кровельного шифера) и др. Прокатка применяется также в производстве стеклянных труб: стекломасса непр ерывно поступает на вращающийся вал и развальцовывается двумя роликами; в нутр енний диаметр трубы определяется диам етром формующего вала. Отливка стекля нных изд елий в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов. Ведутся опыты по отливк е фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающи еся формы (способ центробежного литья). Моллирование— способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков. В результате постепенного нагревания стекла становится вязким и заполняет форму под действием либо собств енного веса, либо вн ешнего усилия (прессование). Моллированием формуются заготовки из оптического стекла и крупная стеклянная скульптура.