Приготовление стекломассы

Приготовление стекломассы

Приготовление стекломассы  состоит из подготовки сырьевых материалов, составления шихты и варки  стекла.

Сырьевые материалы, применяемые  для производства различных видов  стекол,  с некоторой условностью  подразделяют на две группы:  основные или стеклообразующие и вспомогательные  (осветлители,  обесцвечиватели, красители, глушители, окислители, восстановители и ускорители варки).

Основные  (стеклообразующие)  материалы. К стеклообразующим материалам относятся кремнезем,  борный ангидрит,  оксид алюминия, сульфат натрия,  сода,  поташ,  известняк,  доломит,  свинцовый сурик и глет, витерит и оксид цинка.

Кремнезем (SiO2) вводят в состав стекла в виде кварцевого песка. Содержание кремнезема в высокосортных кварцевых песках должно быть 99,0–99,8%, а количество примесей не должно превышать 1–0,2%. Самыми распространенными вредными примесями являются оксид и закись железа,  которые даже в малых количествах придают стеклу нежелательную желтовато-зеленоватую окраску,  снижающую светопрозрачность стекла. Для ускорения процесса варки стекла используют кварцевые пески с величиной зерен от 0,2 до 0,5 мм.

Борный ангидрид (В2О3) добавляют  в стекломассу в виде борной кислоты  (Н3ВО3)  и буры (Na2B4Cy 10H2O).  Он повышает термическую и химическую устойчивость стекла, улучшает оптические свойства стекла, ускоряет процесс варки.

Оксид алюминия (А12О3)  добавляют  в состав стекла в виде глинозема, полевого шпата, пегматита, каолина  и нефелина. А12О3 понижает способность стекла к кристаллизации, улучшает его термические, химические и механические свойства.

Сульфат натрия (Na2SO4) применяют  для введения в стекло оксида

натрия (Na2O).

Соду (Na2CO3) употребляют с  той же целью, что и сульфат  натрия. В стекольном производстве применяют в основном кальцинированную соду.

Поташ (К2СО3) служит сырьем для  введения в состав стекла оксида калия  (К2О). Оксид калия повышает блеск стекла,  улучшает его цвет и прозрачность.

Известняк (СаСО3) применяют  для введения в состав стекла оксида кальция (СаО). Оксид кальция ускоряет процесс варки, повышает химическую устойчивость стекла и способствует его осветлению.

Доломит (CaCO3*MgCO3)  является двойной солью кальция и магния.  Оксид магния (MgO)  снижает скорость кристаллизации и значительно влияет на улучшение химических,  термических и механических свойств стекла.

Свинцовый сурик и глет применяют для введения оксида свинца (РbО) в хрустальное и оптическое стекло.

Витерит (ВаСО3) используют для  введения оксида бария (ВаО), который повышает коэффициент преломления, плотность и блеск стекла.

Оксид цинка (ZnO)  вводят в виде цинковых белил. Он увеличивает коэффициент преломления, повышает химическую устойчивость стекла.

К вспомогательным материалам относятся осветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, окислители и восстановители, ускорители варки.

Осветлители способствуют освобождению стекломассы от крупных и мелких пузырей,  придают ей однородность.  Осветлителями являются сульфат натрия, трехокись мышьяка и селитры. Обесцвечиватели служат для понижения или удаления цветных оттенков стекла.  В качестве обесцвечивателей применяют трехокись мышьяка, селитру, сульфат, хлористый натрий, оксид сурьмы и др.

Красители добавляют в  процессе варки стекла для окрашивания  его в

определенный цвет. Различают  окрашивание стекла | молекулярными  красителями (оксиды тяжелых и легких металлов) и коллоидно-дисперсионными красителями (соединения золота, серебра, меди, селена, сурьмы).

Глушители применяют для  придания стеклу непрозрачности.  Это фтористые соединения, фосфорнокислые соединения,  соединения олова и сурьмы. Глушители окрашивают стекло в белый цвет.

Окислители и восстановители добавляют при варке цветных  стекол для создания окислительной и восстановительной среды. Ими являются натриевая и калиевая селитры,  трехокисный мышьяк,  углерод,  винный камень, двуххлористое олово.

Ускорители варки способствуют ускорению варки стекла:  к ним относятся фтористые соединения, борный ангидрид, алюминийные соли.

Подготовка сырьевых материалов включает в себя обогащение,

сушку и измельчение кремнистых природных материалов.

Вспомогательные материалы:  красители,  глушители,  осветлители,  обесцвечиватели и другие – вводят в состав стекломассы в небольших количества.

По специальному рецепту  из подготовленных материалов составляют шихту. При составлении шихты учитываются потери летучих составных частей,  образующихся при варке стекла.  Материалы,  подготовленные каждый в отдельности,  взвешивают на автоматических весах согласнорецептуре и затем в смесительных аппаратах смешивают до получения однородной массы.

Кроме этого,  в шихту  добавляется 25–30%  стеклянного боя (отходы данного производства). Стеклобой промывают, измельчают и пропускают через электромагнит. Стеклобой раньше других исходных материалов расплавляется в жидкую массу и этим способствует плавлению других составных частей шихты.

Варка стекла

Варка является основной стадией  технологического процесса, от которой зависит качество стекла. Под воздействием высокой температуры шихта превращается в жидкую стекломассу с определенными физико-химическими свойствами.

Варку стекла осуществляют в стекловаренных печах непрерывного действия  (ванных)  и периодического действия  (горшковых),  а также в электропечах.

Полезная емкость горшка составляет для большинства печей  около 300–400 кг стекломассы; в одну рабочую камеру печи одновременно устанавливают 8–12  горшков. Против каждого горшка в стенах печи имеется окно, через которое загружают шихту и выбирают стекломассу.

Внедрение машинного производства обусловило переход к ванным печам, поскольку только непрерывная варка стекла совместима с технологическим процессом работы этих машин.

Ванные печи являются высокопроизводительными печами непрерывного действия емкостью до 1000  т и более стекломассы,  из них непрерывно получают стекло одного цвета и химического состава.

Электрические печи считаются  высокопроизводительными. К их достоинствам относятся чистота печной атмосферы; более высокий коэффициент полезного действия (50–75%)  по сравнению с коэффициентом полезного действия ванной печи (20–25%); возможность получать очень высокие температуры в печи;  большой срок службы без ремонта. Стекломасса в электрических печах характеризуется большей однородностью, а также она хорошо осветлена.  Применение комбинированного газоэлектрического обогрева печей повышает их производительность на 50–100%.

Выработка стеклоизделий

Основными способами выработки  стеклоизделий являются:  прессование, выдувание, прессовыдувание, литье и центробежное литье.

Прессование. Способ формования стекла прессованием возник раньше других способов, но до сих пор он широко применяется в стекольной промышленности,  поскольку отличается высокой производительностью и экономичностью. Прессование является более простым способом выработки изделий, чем выдувание.

Методом прессования изготавливаются  изделия,  имеющие простую форму (стаканы, блюдца и др.). Этот способ отличается высокой производительностью, т. к. позволяет применять высокопроизводительные автоматы и полуавтоматы. Процесс прессования осуществляется в металлических формах, причем внутренняя поверхность их может быть гладкой или с рельефным рисунком.  Прессование изделий производится в разъемных (состоящих из двух или трех частей) и неразъемных формах.

Прессованные изделия  от выдувных можно отличить по целому ряду признаков. Основными являются следующие:  верхний диаметр изделия больше,  чем нижележащий;  на внешней стороне изделия имеются швы от пресс-формы, переход дна в стенки неравномерный – дно имеет большую толщину, чем стенки.

Выдувание. Выдувной способ выработки может быть ручным  (для изделий сложных форм) и механизированным. При ручном способе используют металлические трубки-самодувки длиной 1200–1400 мм, в которые воздух подается специальным резиновым баллоном. В настоящее время все заводы,  вырабатывающие стеклянную посуду,  применяют трубку системы инженеров Гринберга, Гандуша и Благообразова, вытеснившую выдувание легкими.

Трубка-самодувка состоит из обыкновенной выдувательной трубки, на верхнем конце которой надет резиновый баллон, в той части трубки, которая охватывается баллоном,  на длине 40–50  мм просверлено несколько отверстий. Верхнее отверстие трубки закрыто резиновым клапаном, который пропускает воздух только внутрь трубки. При сжатии баллона находящийся в нем воздух через отверстия поступает в клапан трубки. Так как установленный у верхнего конца трубки клапан пропускает снаружи воздух только в канал трубки, а в обратную сторону нет, то воздух по каналу трубки устремляется вниз для выдувания изделия. Разогретый конец трубки опускают в стекломассу, которая прилипает к нагретому металлу. На трубку навивают определенное количество стекла,

выравнивают его на металлическом  столе,  после чего раздувают в небольшой пузырек  «баночку»,  из которой окончательно выдувают изделия в металлической разъемной форме.

Механизированный способ выдувания с помощью вакуумного автомата ВС-24 применяют для тонкостенных чайных стаканов, винных стаканов,  а выдувание с помощью автомата ЛАМ-10 – при выработке графинов и ваз для цветов.

Прессовыдувание. Прессовыдувной способ формования стеклоизделий сочетает прессование и выдувание. Ассортимент изделий, вырабатываемых прессовыдувным способом, ограничен. Это графины для вина, масленки, тарная посуда и др.

Прессовыдувной способ изготовления изделий осуществляется в два приема: вначале выпрессовывают заготовку и отделывают края изделия, а затем заготовку выдувают сжатым воздухом до заданных размеров. Выработка этих изделий производится на автоматических машинах.

Литье. Способ центробежного литья применяется редко. В быстровращающуюся форму подается определенная порция стекломассы,  которая равномерно распределяется и приобретает конфигурацию готового изделия. Изделия художественно-декоративного назначения изготавливают методом литья. Стекломассу заливают в специальную форму, где она охлаждается и принимает очертания формы. Выработанные этим методом

изделия могут быть пустотелыми  и полнотелыми.

После того как изделие  изготовлено, его направляют на отжиг. Отжигом называется процесс обработки стеклоизделий, при котором устраняются или ослабляются внутренние напряжения,  возникающие в результате неравномерного остывания внутренних и внешних слоев изделия. Отжиг производится в особых печах как периодического (опечки), так и непрерывного действия (л еры). Процесс отжига заключается в том, что изделие нагревают или охлаждают до температуры 530–580°С и выдерживают его при этой температуре обычно 7–15 мин. В течение этого времени напряжения в различных

слоях стенок постепенно выравниваются.  После этого изделие медленно охлаждают. От качества проведенного отжига зависит термическая устойчивость изделия. Плохо отожженные изделия уже в пути или в процессе хранения покрываются трещинами или иногда просто разрушаются. Обработка и декорирование стеклянных изделий. К обработке изделий относится: отделение колпачков у выдувных изделий, обработка края и дна изделия, притирка пробок к графинам.

Украшение стеклоизделий

На основную массу стеклянной выдувной посуды наносят украшения, т. е. производится их декорирование. Изделия  украшают или в процессе их выработки (в горячем состоянии), или когда они готовы (в холодном состоянии).

Украшения, наносимые на стеклоизделия в процессе их выработки (в горячем состоянии), характеризуются большим разнообразием. Цветное стекло получают при добавлении красителей в стекломассу. Изделия с нацветом изготавливают из одного слоя стекла и покрывают одним или двумя слоями интенсивно окрашенного стекла.

Украшение под мрамор получают в процессе варки молочного стекла,  к которому добавляют молотое неразмешанное цветное стекло,  за счет чего создается впечатление прожилок в мраморе. Аналогичным способом украшают стеклянные изделия под малахит.

Украшение стеклотканями  является интересным решением декора изделий. Стеклоткань определенного размера накладывают на почти готовое изделие, ткань сплавляют с поверхностью стекла, а изделие довыдувают. Украшение цветной насыпью заключается в следующем:  разогретую заготовку прокатывают на столе по насыпанному измельченному цветному стеклу,  которое обволакивает заготовку и приплавляется к ее поверхности, после этого заготовку еще раз разогревают.

Гутенская работа характерна для изделий,  изготавливаемых выдуванием без формы. По замыслу художника поверхность изделия может иметь углубления, выпуклости и прилепы. Украшение  «кракле» получают в том случае,  когда заготовку опускают в холодную воду, затем разогревают ее в печи и довыдувают. Поверхность изделия при этом покрывается маленькими и крупными трещинами, создающими своеобразный узор.

Украшение филигранью,  или  витьем, придает изделию ажурность, имеет вид двух или трех цветных  спиралевидных нитей. Люстры получают путем нанесения на поверхность изделий растворов органических соединений металлов в органических растворителях и

последующего обжига. При  обжиге растворители выгорают, а пленка металлов или их оксидов закрепляется на поверхности.

Поверхность изделий с  разделкой  «иризация» имеет радужные переливы. Изделия нагревают в муфельной печи в атмосфере паров смеси хлористого олова,  азотнокислого стронция и хлорного бария,  которые, оседая на поверхности изделия,  прочно соединяются с ней и придают различные оттенки с переливами (напоминают перламутр).

Украшения,  наносимые  на готовые изделия  (в холодном состоянии),  выполняются механическим, химическим способами и керамическими красками.

Механическим способом на изделия наносят матовую ленту, номерную шлифовку, алмазную грань, гравировку, прямую широкую грань.

Матовая лента –  это  самый несложный вид украшения.  К поверхности изделия при его вращении прижимают металлическую полоску, под которую подают песок с водой; песчинки царапают стекло, и получается матовая полоска.

Номерная шлифовка представляет собой рисунок в виде ямок, желобков,  соединенных наклонными прорезями. Наносится рисунок с помощью песчаных, корундовых и наждачных кругов.

Алмазная грань – это  резьба на стекле. Рисунки состоят  из глубоких прорезей и канавок трехгранной формы,  образующих сложный геометрический узор.  Алмазная грань наносится с помощью корундовых и электрокорундовых одно-  и многожальных кругов, заточенных под определенным углом. Затем изделие полируют смесью, состоящей из 40%