Основы технологии стекла и изделий на его основе.

Стекло - твердый аморфный прозрачный в той или иной области оптического диапазона (в зависимости от состава) материал, полученный при переохлаждении расплава, содержащего стеклообразующие компоненты (оксиды Si, B, Al, P и т. д.) и оксиды металлов (Li, K, Mg, Pb и т. д.).

Изделия из стекла характеризуются высокой механической прочностью и твердостью, химической стойкостью, водо- и газонепроницаемостью, отличными оптическими свойствами.

Сырьевые материалы, используемые для производства стеклянных изделий, подразделяют на главные и вспомогательные.

Главные сырьевые материалы – это основные компоненты стекла: кремнезем (оксид кремния), глинозем (оксид алюминия), а также оксиды натрия, калия, кальция, магния и др. Главные сырьевые компоненты предопределяют потребительские свойства стекла и вводятся в стекломассу главным образом в виде природных соединений. В частности, кремнезем, являющийся основным стеклообразующим компонентом, вводится в стекломассу в виде специально подготовленного кварцевого песка.

Вспомогательные сырьевые материалы вводятся в стекломассу для придания стеклу особых свойств или улучшения технологии его производства. Вспомогательные сырьевые материалы по своему назначению подразделяют на следующие группы:

ускорители варки стекла – для снижения температуры процесса и увеличения скорости образования стекломассы (фтористые соединения),

осветлители – для освобождения стекломассы от газовых пузырей (хлористый натрий, селитра и др.),

обесцвечиватели – для предотвращения окрашивания стекла (селитра, сульфат натрия и др.),

глушители – для получения непрозрачного стекла (соединения фтора и фосфора),

красители – для окрашивания стекла в различные оттенки (соединения кобальта, хрома, марганца, урана, железа, серебра).

Кроме того, в состав шихты вводят также стеклобой.

Вне зависимости от вида и назначения стеклянных изделий в технологии стекла выделяют следующие основные стадии:

· подготовка сырьевых материалов;

· приготовление стекольной шихты;

· варка стекла;

· формообразование (выработка стекла);

· термическая обработка.

Подготовка сырьевых материалов включает в себя следующие основные процессы: предварительное дробление, сушку, тонкое измельчение, классификацию по размерам частиц.

Приготовление стекольной шихты включает в себя следующие основные процессы: дозирование исходных материалов, их тщательное перемешивание для получения однородной смеси исходных компонентов – шихты, брикетирование и гранулирование шихты. Благодаря этим процессам устраняется пыление и расслаивание шихты, ускоряется процесс варки стекла. Таким образом, на данной стадии используются преимущественно механические процессы .

Варка стекла (стекловарение) – основная и самая сложная стадия в производстве стекла, по своей сущности – это совокупность высокотемпературных химических процессов. Процесс варки стекломассы условно подразделяют на следующие этапы: силикатообразование, стеклообразование, гомогенизация, студка.

Далее стекломасса поступает на стадию формования изделий. В зависимости от вида получаемой продукции в настоящее время используют следующие способы выработки стекла:

- вытягивание и прокат - например, производство листового стекла;

- прессование – например, производство сплошных изделий в заранее подготовленных пресс-формах;

- литье - например, производство полых изделий в литейных формах;

- выдувание – когда изделию форма придается с помощью сжатого воздуха;

- сварка – когда изделие состоит из двух и более деталей;

Кроме того, возможно комбинирование вышеперечисленных способов.

В последнее время для производства полированного листового стекла используют так называемый флоат-процесс, когда гладкая лицевая поверхность стекла формируется на поверхности расплавленного олова.

Термическая обработка является заключительной стадией в производстве изделий из стекла. В большинстве случаев стеклянные изделия подвергают отжигу – нагреву до температуры, которая на 20⁰С ниже температуры размягчения стекла (400-600⁰С) и последующему медленному охлаждению. Отжиг снимает внутренние напряжения, возникшие в выработанном изделии из-за неравномерности охлаждения его наружных и внутренних слоев, и тем самым уменьшает вероятность разрушения изделия под действием незначительных механических нагрузок.

Основными направлениями развития технологии стекла являются следующие:

- улучшение технологии производства стеклянных изделий за счет совершенствования процессов подготовки сырьевых материалов и приготовления стекольной шихты, варки стекла, разработки эффективных методов формования, использования малоотходных и энергосберегающих процессов (революционное развитие технологии);

- увеличение единичных мощностей стекловаренных печей и создание непрерывных технологических линий по производству стеклянных изделий (эволюционное развитие технологии);

- повышение уровня механизации и автоматизации трудоемких стадий производства стеклянных изделий, особенно на стадиях формования и окончательной обработки готовых стеклянных изделий (рационалистическое развитие технологии).