Производство стекла

Поступающий с обогатительных фабрик песок подвергают контрольному просеву и при необходимости  сушке. Необогащенный песок проходит сложную обработку, главная задача которой удаление оксидов железа до установленных нормами пределов. После обогащения песок сушат, если в нем содержится более 4-4,5% влаги, и просеивают (сито №08).

Известняк и  доломит обычно поступают на заводы в виде кусков, которые сортируют для отделения инородных кусков. Затем куски дробят и сушат при температурах, не превышающих 400 °С. Высушенные известняк и доломит размалывают и просеивают (сито №09).

Сода поступает в готовом виде (в мешках). Ее просеивают через сито №1,1. При длительном хранении ввиду гигроскопичности сода слеживается, образуя комки. В этом случае ее измельчают и просеивают.

Мел, поступающий в кусковом виде, сортируют, сушат при температуре не выше 400°С, измельчают и просеивают (сито №1,1).

Пегматит и  полевой шпат поступают на заводы в готовом виде в мешках. Подготовка их к введению в шихту заключается в просеивании (сито №07).

Сульфат используется преимущественно искусственный, который, как и сода, поступает на заводы в бумажных мешках и подвергается только контрольному просеву (сито №1,2). Пря использовании природного сульфата его измельчают, сушат и просеивают. Влажность сульфата при его введении в шихту не должна превышать 18-19%.

Подготовка угля древесного и каменного состоит в измельчении  и просеве (сито №09).

При обычной пропорции  шихты и боя на заводах стекла (бой 15-20%, шихты 80-85%) допускается увеличение содержания боя до 30%. Подготовка боя заключается в удалении загрязнений (магнитная сепарация, сортировка, промывка) и дроблении до размера 30-60 мм.

Отвешивание и смешивание материалов. На стекольных заводах для отвешивания сырьевых материалов используют весы разнообразных конструкций. По принципу действия весы бывают стационарными, отвешивающими только один сырьевой материал; подвижными, отвешивающими все материалы поочередно (весы-тележка, весы на монорельсе); стационарными автоматическими и полуавтоматическими, отвешивающими все сырьевые материалы поочередно (весы снабжены бункером, в который подаются материалы из расходных бункеров); автоматическими, устанавливаемыми под каждым бункером.

В настоящее время  на крупных заводах сырьевые материалы  отвешивают на автоматических весах, причем весы, транспортные средства и смеситель  связаны системой автоматики, обеспечивающей их синхронную работу. Взвешенные в  соответствии с рецептом шихты сырьевые материалы перемешивают в смесителях. Контейнерные смесители исключают операцию выгрузки шихты. Их целесообразно применять при малом объеме производства и варке небольших количеств различных стекол (например, при варке окрашенных стекол в Горшковой печи, свинцового хрусталя и т.п.)

Для приготовления шихты  при механизированном производстве применяют тарельчатые смесители. В смесителях типа СТ сырьевые материалы  через приемную воронку загружают  на вращающуюся чашу-тарелку. Перемешивание  материалов осуществляется при одновременном вращении чаши-тарелки и установленных с эксцентриситетом по отношению к оси смесителя лопастей или катков, имеющих самостоятельный привод. На стекольных заводах цикл смешивания в тарельчатых смесителях автоматизирован.

К стеклянной таре предъявляется ряд требований как по внешнему ее оформлению и соответствию размеров нормативным документам, так и по физико-химическим свойствам, и прежде всего по прочности, химической устойчивости и термостойкости.

Стеклянная тара должна быть хорошо отформована. Ее поверхность должна быть гладкой. На ней не допускаются резко выраженные морщины, складки, кованость и другие заметные дефекты. Боковые и донные швы должны быть гладкими, их высота не должна превышать 0,3 мм. Особые требования, предъявляемые к оформлению горла изделий: поверхность венчика горловины должна быть гладкой, без заусенцев и выступов; переход торца венчика горловины к внутренней его полости должен быть закруглен.

Стекломасса для стеклянной тары должна быть хорошо проварена  и осветлена. На поверхности и в толще изделий не допускаются свиль, инородные включения и непровар, открытые и продавливаемые пузыри, а также всевозможные загрязнения, не удаляемые моющим раствором.

Требования по физико-химическим свойствам к стеклянной таре в зависимости от вида изделий несколько различны. Наиболее высокие требования по механической прочности предъявляются к бутылкам для розлива шампанских вин. Они должны выдерживать внутреннее давление не менее 1,4 МПа для шампанского резервуарного выпуска и не менее 1,7 МПа для шампанского тиражного выпуска. Бутылки для пива, минеральных и газированных вод должны выдерживать давление 0,8 МПа. Требования по механической прочности, предъявляемые к широкогорлой таре, не так высоки: они должны выдерживать давление в зависимости от вместимости изделий от 0,3 до 0,5 МПа.

Термическую устойчивость стеклянной тары оценивают по диапазону  перепада температур, который она  выдерживает, не разрушаясь, и последовательности смены температур. Бутылки для  розлива шампанских вин должны выдерживать перепад температур 25-70-47-20 °С, для остальных пищевых жидкостей-70-35 °С. Широкогорлая консервная стеклотара должна выдерживать перепад 40-100-60 °С.

По своей химической устойчивости стекла, используемые для  изготовления узкогорлой тары, должны обладать химической устойчивостью не ниже третьего гидролитического класса. Так, водоустойчивость, выраженная в миллиметрах 0,01 н. раствора соляной кислоты, пошедшего на титрование, для бесцветной и полубелой узкогорлой тары должна быть не более 0,35, а для зеленой и оранжевой тары -0,25.

Одним из средств повышения  механической прочности и эксплуатационной надежности стеклянной тары является нанесение на поверхность изделий  пленочных защитно-упрочняющих покрытий - неорганических и кремнийорганических. При этом резко увеличивается гидрофобность поверхности, что обеспечивает снижение разупрочняющего действия поверхностно-активных сред, прежде всего влаги воздуха, а поверхность стеклоизделий предохраняется от абразивного воздействия окружающих тел.

У изделий с защитными  покрытиями возрастает сопротивление  внутреннему давлению на 6-20%; сопротивление давлению по корпусу - на 10-30 °/о, а по высоте изделий - до 15%. За счет увеличения механической прочности примерно в 1,5-2 раза уменьшаются потери при транспортировании изделий.

Химические составы  тарных стекол преимущественно содержат Si02, СаО и Na20. Для улучшения их выработочных и физико-химических свойств в составы стекол вводят MgO до 3-3,5% и А1203 до 3-5%, иногда до 5-7%.

В зависимости от заданного цвета стекла лимитируется содержание оксидов железа. В бесцветных стеклах Fe203 содержится до 0,1%, в полубелых - до 0,5%. Окрашенные стекла могут содержать Fe203 до 1,5-2% и МnО до 1-2%. В последнее время часть Fe203 заменяют на Сг203.

Выбор химического состава определяется во многом способом формования изделий. При выработке узкогорлой тары на автоматических машинах с капельным питанием применяют составы стекол с содержанием, % по массе: Si02 + R203 73-76; RO 8-11; R20 14-16.

При выработке узкогорлой тары на машинах с вакуумным питанием применяется состав стекла, содержащий, % по массе: Si02 + R203 75- 76; RO 11-13; R20 12-13.

В производство широкогорлой тары на прессовыдувных машинах применяют  состав, содержащий, % по массе: Si02 + R203 74,6-75; RO 8,5-10 и R20 14,5-16,7.

 

3. Технологическая  схема производства стекла

 

Технологическая схема от склада сырья до склада готовой продукции

 

 

Сырьевые материалы  поступают на завод по железной дороге, проходящей вдоль его внешней  стены. На заводе обеспечен запас песка, соды, доломита и мела для работы в течении 20 дней.

Из склада материалы  попадают в подготовительные цеха, где подвергаются следующим видам  обработки:

По линии  песка: песок подвергается сушке, затем по элеватору он направляется в сито-бурат, в котором происходит просев песка ситом №08. После чего песок, прошедший через сито под силой гравитации попадает в бункер для хранения. Не отвечающий требованиям песок отправляется в отвал для дальнейшей его реализации и собственных нужд. С бункера подготовленный песок поступает на взвешивание, затем по транспортерной линии движется в смесительный цех.

По линии  доломита: куски доломита поступают в дробилку, после дробления по конвейеру движется в сушильный барабан, сушка доломита осуществляется при температуре не превышающей 400⁰. Высушенный доломит поступает в мельницу для помола, затем по элеватору попадает в сито-бурат для контрольного просеивания используют сито №09. Далее доломит попадает в бункер для хранения. С бункера подготовленный доломит поступает на взвешивание и по транспортерной линии в смесительный цех.

По линии  мела: мел поступает на завод в кусковом виде, из склада мел подвергается, аналогично доломиту, сушке, при температуре не превышающей 400⁰, помолу, контрольному просеву (сито №1.1) и в бункер для хранения. С бункера подготовленный мел поступает на взвешивание и по транспортерной линии в смесительный цех.

По линии  соды: сода поступает в готовом виде (в мешках). Ее просеивают через сито №1.1. С бункера подготовленная сода поступает на взвешивание и по транспортерной линии в смесительный цех.

По линии  глинозема: глинозем поступает также как и сода в готовом виде, его просеивают через сито №1.1. В дальнейшем из бункера для хранения он поступает в смесительный цех.

Из цехов подготовки материалы через автоматические весы попадают на ленточный транспортер, который ведет в цех смешивания материалов.

Затем подготовленная шихта  по элеватору поступает в бункеры  для хранения.

Из бункера хранения шихта через роторные загрузчики попадает в печь. Для равномерной подачи шихты по всей ширине печи используют несколько загрузчиков. Для поддержания постоянного уровня стекломассы с точностью до загрузчики работают в автоматическом режиме и связан с уровнемером в выработочной части печи.

Варка в печи осуществляется автоматически. Основными параметрами автоматического управления режимом стекловаренной печи являются: количество и отношение расходов топлива и воздуха, температура газа и воздуха в регенераторах, давление и состав газа в печи, постоянство уровня стекломассы. Автоматическое управление работой стекловаренной печи позволяет повысить качество стекломассы, увеличить выпуск изделии, снизить их себестоимость.

Важнейшим признаком  нормальной работы стекловаренной печи является постоянство положения границ шихты и пены. Это обеспечивается соблюдением контрольных параметров режима работы печи: максимальной температуры, общего расхода топлива и по зонам, температуры верхнего строения по длине варочной части печи, производительности печи по съемам стекломассы. Зона варки должна быть симметричной относительно продольной оси ванной печи. Смещение зоны варки в ту или другую сторону относительно этой оси - «перекос» - служит признаком нарушения нормальной работы печи.

«Перекосы» зоны варки  вызываются в основном неравномерным расходом топлива по сторонам печи, неодинаковой тягой с левой и правой сторон печи, а также нарушением питания шихтой и боем по фронту загрузки. Результатом таких нарушений является понижение температуры в области перекоса. Для устранения перекоса допускается уменьшение подачи шихты и увеличение подачи боя на сторону печи, имеющую пониженную температуру.

Появление в зоне варки  следов расплавленного щелока (сульфата натрия) или обильной пены не допускается, так как это свидетельствует о нарушении температурного и газового режимов, неправильном соотношении или плохом смешивании сульфата натрия и угля.

При появлении большого количества пузырей в области  чистого зеркала и за последней  парой горелок принимают меры по нормализации съема стекломассы, границ шихты и пены, расхода топлива и воздуха по зонам печи, давления газовой среды, соотношения сульфата натрия и восстановителя в шихте. Кроме этого, следует проверить правильность измерения температуры и провести анализ отходящих газов.

Местные выделения пузырей, образующихся вследствие разрушения огнеупоров, устраняют установкой холодильников, а появление большого количества пузырей в разных местах печи - нормализацией температурного и газового режимов.

Подготовка  стекломассы к формованию - один из важных и сложных процессов стекольного производства. При подготовке стекломассы к формованию должны быть обеспечены необходимая вязкость стекломассы, ее химическая и термическая однородность.

Формирование стеклоизделий  происходит механизированным способом сжатым воздухом на стеклоформующих автоматах.

Выдувание изделий осуществляется в черновой форме, производится дном вверх, а в чистовой форме - дном вниз.

Чтобы выдуть стекломассу  требуется давление воздуха 5-15 Па.

Отжигом называется такая  термическая обработка стеклоизделий, при которой внутренние остаточные напряжения удаляются или уменьшаются до допустимых пределов, зависящих от назначения изделий и условий их эксплуатации.

При отжиге проводится регулируемое охлаждение изделий от температуры  формования до температуры цеха. Режим отжига стеклоизделий зависит от состава и свойств стекла, размеров и толщины стенок изделий.

Стеклянную тару после  выхода из печи отжига осматривает  сортировщик, который отбирает бой  и брак. Основанием для сортировки стеклянной тары являются государственные стандарты и технические условия. Для удобства сортировки и наглядности подбирают эталоны отдельных видов пороков.

Всю бракованную стеклянную тару обращают в бой. Годную стеклянную тару передают по конвейеру печи отжига для калибровки по овалу венчика горла. Венчик горла промеряют калибрами. Кроме промеров по овалу венчика горла периодически проверяют с помощью высотного калибра высоту изделия и его перекос.