Технология производства закаленного стекла

 

 

Содержание

    стр.

Введение                    2

1. Состояние и перспективы развития  технологии производства 

     закаленного стекла

1.1. Общая характеристика                                                                            5

1.2. Технологический процесс производства закаленного стекла          8

2. Описание существующих способов  производства.

2.1. Закалочные среды и способы  закалки стекла           16

2.2. Способы производства закаленного  стекла           21

Заключение                 28

Список используемых источников             29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Закаленное стекло применяется в тех случаях, когда простое стекло не отвечает требованиям прочности и безопасности.

В последние годы закаленное стекло получило широкое распространение в строительстве и архитектуре. В мире ежегодно возрастает спрос на стекло на 5%. Такая тенденция связана с популярностью разного рода конструкций, пропускающих дневной свет. Для реализации подобных проектов лучше всего подходит закаленное стекло, прочность которого почти в 3 – 5 раз превосходит аналогичный показатель обычного стекла. К тому же закаленный материал безопаснее в использовании.

Закаленные стекла применяется для отделки фасадов зданий и монтажа прозрачной кровли, для остекления террас, лоджий, беседок, балконов. Из данного материала изготовлены остановки общественного транспорта, перегородки внутри офисов, ограждения лестниц и даже душевые кабины.

В промышленности закаленное стекло служит материалом для изготовления торгового оборудования (витрин, прилавков) и мебели для медицинских учреждений, дверей для духовых шкафов и печей – гриль, полок для холодильников и мебели. Именно из закаленного стекла производится современная стеклянная мебель и т.д. Поэтому закалка стекла – современное решение для современной техники и прочего.

Примерами использования стекла в архитектуре города Минска являются: здание Национальной библиотеки, спортивные сооружения (Минск-Арена) и др.

Закалкой стекла называется термическая обработка, представляющая собой процесс создания в стекле значительных постоянных внутренних напряжений путем быстрого охлаждения стекла от температуры, лежащей выше температуры стеклования.

Закаленное стекло представляет собой листовое стекло, подвергнутое специальной термической обработке – закалке, в результате которой в объеме стекла возникают закономерно распределенные внутренние напряжения, повышающие механическую прочность стекла и обеспечивающие особый (безопасный) характер его разрушения. Увеличение механической прочности обуславливает повышение термостойкости стекла в 2-5 раза (с 70 до 180С0). У листового стекла термостойкость около 70С0, закаленного – до 180С0, что препятствует разрушению закаленного стекла при перегреве или перепаде температур. Это особенно важно при использовании в наружном остеклении тонированными и рефлекторными стеклами с коэффициентом поглощения тепловой энергии более 25%, когда стекло может разогреться до температуры 90С0.

Основные достоинства закаленного стекла.

- обладает высокой термической стойкостью, что позволяет применять его в наружном остеклении;

- не разрушается от случайных бытовых ударов;

- при разрушении закаленное стекло образует осколки размером от 1 до 10 мм и не выпадает большими кусками, которые могут травмировать человека;

- оптические свойства стекла после закалки практически не изменяются.

Благодаря сочетанию таких свойств как прозрачность, высокая коррозионная стойкость, низкий коэффициент теплопроводности, повышенная механическая прочность, безопасный характер разрушения, закаленное стекло находит все большее применение как в практике отечественного, так и зарубежного строительства. Современная архитектурная индустрия требует более крупных размеров стекла, многофункциональности и требовательных применений.

Огромное расширение применения безопасного стекла обусловлено растущим сознанием безопасности и развитием нормативных актов, требующих применения безопасного стекла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Состояние и перспективы развития технологии производства закаленного стекла

 

1.1. Общая характеристика технологии производства закаленного стекла

 

Закаленное стекло в последнее время приобретает все большую популярность в современной архитектуре. Это связано с тем, что в современных зданиях и сооружениях все больше места занимают светопрозрачные конструкции сложных архитектурных форм, которые требуют повышенной механической прочности стекла, а именно такими свойствами обладает закаленное стекло, которое в 3 – 5 раз прочнее обычного листового стекла, и, соответственно, на порядок безопаснее при эксплуатации.

По итогам января-сентября 2013 года в Республику Беларусь импортировано закаленного стекла в объеме 325 тыс. м2, или                       7449,8 тыс. долларов США, что на 52% процента больше чем за аналогичный период 2012 года. Наибольшее количество импортированной продукции приходится на Украину – 140 тыс. м2, что почти в 3 раза больше чем за девять месяцев 2012 года.

По определению, закаленное стекло – это стекло прошедшее специальную термическую обработку, технологически сходную с процессом закаливания стали. В результате процесса закаливания прочность стекла увеличивается в несколько раз, а в случае разрушения каленое стекло рассыпается в мелкую крошку. Особенностью такого закаленного стекла является невозможность его последующей обработки после прохождения процесса закаливания, поэтому такие операции, как раскрой стекла, сверление технологических отверстий, полировка кромки осуществляются до отправки стекла в печь.

Закаленное стекло получают двух видов – плоское и гнутое. Последнее в свою очередь может иметь постоянную (одинарную) или переменную кривизну.

Наиболее широко для закалки используют стекла толщиной 4,0 – 6,5 мм, применяемые на транспорте (в первую очередь – автомобильном). Однако в ряде других областей техники (приборостроение, авиация, строительство) возникает потребность в стеклах как значительно меньшей (до 2,5 мм), так и большей (до 17 мм) толщины.

Размер стекол, используемых на транспорте, не превышает 560×1500 мм. В строительстве применяют крупногабаритные панели размером 1200х2500 мм: двери, перегородки, ограждения, полы, потолки. При этом такие панели могут быть прозрачными или непрозрачными (матовыми, узорчатыми, глушенными, эмалированными). Закаленные крупногабаритные окрашенные стеклопанели получили название стемалита.

С точки зрения технологического процесса закаленное стекло представляет собой листовое стекло, подвергнутое термической закалке - обработке, в результате которой в массе стекла возникают распределенные особым образом внутренние напряжения, которые повышают механическую прочность стекла и обеспечивают его особый (безопасный) характер разрушения. Иными словами, процесс закаливания стекла – это процесс температурной обработки, благодаря которому исходное стекло становится более прочным. Даже если имело место случайное достаточно сильное механическое воздействие, закаленное стекло при разрушении не образует крупные осколки, причем осколки каленого стекла не имеют заостренных концов.

Основными свойствами закаленного стекла являются:

- механическая прочность стекла;

- особый характер разрушения. Стекло бьется в мелкую крошку, причем осколки его не имеют заостренных концов, что практически сводит на нет вероятность получения травм и порезов;

- повышенная термостойкость (устойчивость к перепадам температур). У обычного листового стекла, не прошедшего закалку, термостойкость около 70-80 С0, а у закаленного уже доходит до 180 С0, то есть термостойкость закаленного стекла выше в 4,5 раза. Такая термическая устойчивость закаленного стекла препятствует его разрушению при перепаде температур или перегреве.

В настоящее время приходит понимание того, насколько применение закаленного стекла в остеклении объектов актуально с точки зрения долговечности, надежности и безопасности.

Действительно, в последнее время архитектурный облик городов во многом стал определять изящные светопрозрачные системы остекления фасадов высотных зданий и сооружений. На сегодняшний день непросто отыскать такой же идеально подходящий для остекления современных конструкций материал, как закаленное стекло. Сегодня строительными нормами и правилами остекление верхних этажей зданий, а также лоджий и балконов и лоджий предписано осуществлять лишь безопасным стеклом во избежание травм от крупных осколков, выпадающих при разрушении стекла. Помимо прочего, закаленное стекло предназначается для безопасного остекления светопрозрачных строительных конструкций, таких как оконные и дверные конструкции, конструкции витрин, зимних садов и зенитных фонарей.

Как показывает практика, 80% плоского закаленного стекла для архитектурной отрасли и предприятий машиностроения в Республику Беларусь импортируется.

Особого внимания заслуживает такая проблема как полное отсутствие в республике производства гнутого закаленного стекла и для архитектуры, и для машиностроения. Основным потребителем гнутого закаленного автомобильного стекла является РУП «Минский тракторный завод». Весь объем гнутых закаленных стекол для кабин тракторов импортируется из Венгрии и Российской Федерации.

Согласно исследованию, проведенному специалистами                              РУП «Национальный центр маркетинга и конъюнктуры цен», в 2008 г. в Беларусь было импортировано закаленного стекла на сумму 11,8 млн. долларов США. Но если принять в расчет мощности белорусских предприятий, то они могли бы взять на себя не менее половины объемов, которые нужны республике.

Кроме того, закаленное стекло может быть энергосберегающим, рефлективным, узорчатым, матовым, тонированным, прозрачным, что расширяет сферу его применения (конструкции зимних садов, крыш и козырьков, ограждение парапетов и лестниц, стеклянных дверей саун, конструкции перегородок в квартирах и офисах, в витринах торговых центров и магазинов, конструкции структурного планарного остекления фасадов зданий).

 

1.2. Технологический процесс производства закаленного стекла

 

Технологический процесс производства плоского закаленного стекла состоит из нескольких стадий: подготовки стекла, нагревания его до температуры закалки, резкого и равномерного охлаждения и контроля качества полученных изделий.

Подготовка стекла. Для изготовления плоских закаленных стекол различного профиля, применяемых в автомобильном транспорте, из отобранных листов стекла по определенным шаблонам вырезают форматы, соответствующие по размерам автомобильным рамам. Стекло, подвергаемое закалке, не должно содержать свили, шлиров, камней, крупных пузырей и царапин. Перечисленные пороки приводят к растрескиванию стекла в процессе закалки, так как в месте расположения дефекта образуются напряжения, резко отличающиеся от напряжений в других участках стекла.

Края вырезанных форматов подвергают механической обработке на фацетных станках или шайбах. Все операции механической обработки стекла (резка, сверление отверстий, обработка кромок) необходимо проводить до стадии термической обработки, так как самые незначительные повреждения поверхностей или краев закаленного стекла вызывают его разрушение. В порядке исключения небольшие поверхностные дефекты (деформация от зажимов) закаленных стекол могут быть выправлены с помощью слабой обточки краев изделия, однако при этом нельзя применять крупнозернистые абразивы и ударные нагрузки. Следует помнить, что после обработки величина остаточных напряжений в стекле уменьшается пропорционально квадрату отношения толщины листа после шлифования к исходной его толщине, т. е. прочность закаленного стекла понижается.

Нагревание – наиболее важная операция в производстве закаленного стекла, причем процесс нагревания до температуры закалки должен протекать в условиях, обеспечивающих равномерность нагрева его поверхностей. Температура закалки зависит от химического состава стекла и всегда несколько выше температуры стеклования. Следует помнить, что температура закалки стекол одного и того же химического состава находится также в зависимости от скорости охлаждения и может быть определена как температура, выше которой при выбранном режиме охлаждения не наблюдается увеличения степени закалки. Закалка стекол, нагретых до температуры, не достигающей оптимального значения, приводит к уменьшению степени закалки, а затем к самопроизвольному разрушению стекла в процессе охлаждения.

Установлено, что температура и продолжительность нагревания стекол взаимосвязаны между собой. Чем выше температура нагрева стекла, тем менее продолжительным он должен быть при прочих равных условиях. Так, например, листовое стекло вертикального вытягивания в заводской практике закаляют при температуре 610 – 650 °С. Продолжительность нагревания стекла толщиной 6 мм в данном случае составляет от 3 мин 40 с до 5 мин, или, как это практикуется, в расчете на 1 мм толщины листа находится в пределах 36 – 50 с. Таким образом, расчет времени нагрева в зависимости от толщины стекла основан на том, что для данного состава стекла в определенных пределах продолжительность нагревания в печи прямо пропорциональна его толщине.