Основные этапы стекловарения

1.4.2.Силикатообразование

Силикатообразование - эта стадия характеризуется тем, что к ее концу в шихте заканчиваются реакции между компонентами в твердом состоянии и образуются сложные силикатные соединения. Шихта превращается в пенистый непрозрачный расплав, пронизанный большим количеством пузырьков газа и частицами непрореагировавшей шихты. Протекает эта стадия для оконных стекол при температуре 800—900° С.

Компоненты шихты при прохождении этой стадии претерпевают ряд превращений: влага испаряется; гидраты, соли, перекиси разлагаются и теряют летучие соединения; кремнезем изменяет свое кристаллическое строение.

1.4.1.Стеклообразование

Стеклообразование - эта стадия характеризуется тем, что к ее концу все химические реакции в расплаве заканчиваются. В результате взаимодействия между гидратами, карбонатами, сульфатами образуются сложные силикаты; зерна кварца окончательно растворяются и переходят в расплавы; стекломасса становится относительно однородной и прозрачной, без непроваренных частиц шихты. Однако в стекломассе остается много пузырей. Для оконных стекол эта стадия завершается при температуре 1100—1200° С.

При силикатообразовании не все зерна кварца успевают прореагировать и перейти в расплав, вследствие чего в стекломассе содержатся непроваренные частицы шихты. На стадии стеклообразования все зерна кварца расплавляются и получается жидкий расплав. Достигают этого повышением температуры. В результате подъема температуры увеличивается подвижность атомов и молекул составляющих стекломассы, что ведет в итоге к растворению кремнезема и силикатов. Благодаря этому выравнивается концентрация растворов силикатов на различных участках, что способствует достижению относительно однородной стекломассы.

Все эти превращения сопровождаются выделением большого количества газообразных продуктов. Так, 1 кг карбонатной шихты при температуре 1400° С выделяет до 480 л углекислоты. Из-за высокой вязкости расплава при стеклообразовании газообразные продукты не успевают улетучиваться, поэтому стекломасса бывает насыщена большим количеством пузырей.Скорость протекания процесса стеклообразования в 8—9 раз ниже скорости силикатообразования.

На протекание процессов стеклообразования влияет температура, при которой происходит варка. Например, при повышении температуры на каждые 10° до 1450° С скорость стеклообразования увеличивается в среднем на 5%, при дальнейшем повышении температуры скорость стеклообразования увеличивается медленнее. Увеличению скорости протекания процессов стеклообразования способствует понижение давления над расплавом. Это происходит вследствие того, что газы, заключенные в расплаве, начинают выделяться интенсивнее, а это в свою очередь приводит к перемешиванию расплава.

На процесс стеклообразования влияет и изменение химического состава шихты. Так, увеличение содержания в расплаве щелочей повышает растворимость зерен песка, что также ускоряет процесс стеклообразования.

1.4.4.Осветление

Осветление - эта стадия характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от видимых газовых включений, и тем, что устанавливается равновесие между стекломассой (жидкой фазой) и газами, растворенными в стекломассе (газовой фазой). Из всех стадий стекловарения стадия осветления и связанная с ней стадия гомогенизации являются наиболее ответственными и сложными. От того, насколько полно и интенсивно прошли эти стадии, во многом зависит качество стекломассы.

В расплаве стекломассы находятся газы, образовавшиеся в результате разложения и взаимодействия компонентов шихты; газы, механически внесенные вместе с шихтой; летучие вещества, специально введенные в шихту; газы, попадающие в расплав из атмосферы печи. Наибольшее количество газов в стекломассу заносится сырьевыми материалами. Так, угар шихты оконных стекол составляет 18—20%. Эти газы в основном и следует удалить из расплава стекла.

При осветлении удаляются не все газообразные включения, а только те, которые видимы простым глазом (видимые пузыри). Часть газов остается в стекломассе, растворяясь в ней. Они не видимы, поэтому и не искажают оптических характеристик стекла.

1.4.3.Гомогенизация

Гомогенизация (усреднение) - эта стадия характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от свилей и становится однородной. Для оконных стекол эта стадия протекает при тех же температурах, что и осветление (1400—1500° С).

Гомогенизация протекает в основном за счет интенсивного движения веществ, составляющих стекломассу. Чем выше температура варки и, как следствие, ниже вязкость стекла, тем быстрее передвигаются частицы и, наоборот, при пониженных температурах передвижение частиц замедляется. Поэтому при гомогенизации температура стекломассы играет решающую роль.

Важное значение для получения однородной стекломассы имеет искусственное перемешивание ее. При варке оптических и хрустальных стекол в ванных печах, для которых однородность стекол имеет первостепенное значение, используют керамические мешалки.

Значительно ускоряет гомогенизацию выделение пузырей. Поднимаясь, они растягивают пограничные пленки разнородного стекла в тончайшие нити с сильно развитой удельной поверхностью и таким образом облегчают взаимное перемещение стекломассы соседних участков.

Таким образом, процесс гомогенизации стекла тесно переплетается с осветлением. При варке стекла в промышленных печах стадии осветления и гомогенизации протекают одновременно, в одинаковых условиях, поэтому зону осветления невозможно отделить от Зоны гомогенизации.

После завершения процессов осветления и гомогенизации стекломасса по своему качеству полностью пригодна для получения из нее изделий, однако высокая температура и низкая вязкость ее не позволяют осуществлять формование. Поэтому перед формованием стекломассу охлаждают.

1.4.5.Охлождение

Охлаждение - эта стадия характеризуется тем, что температура стекломассы понижается для создания вязкости, позволяющей формовать из стекломассы изделия. Температура варки стекла для обычных стекол 1520—1580° С, а температура, обеспечивающая рабочую вязкость стекломассы, 1100—1250° С.

Температуру стекломассы снижают плавно и постепенно. При резком охлаждении стекломассы может нарушиться равновесие между жидкой и газовой фазами, что может привести к новому образованию газообразных включений (повторных пузырей и мошки— мельчайших пузырьков). На стадии же охлаждения при пониженной температуре и повышенной вязкости стекломассы освобождать ее от газовых включений трудно. Чтобы избежать появления пороков стекла на стадии охлаждения, следует строго придерживаться установленного технологического режима, который заключается в непрерывном и постепенном понижении температуры и соблюдении заданного характера и давления газовой атмосферы печи.

Date: 2015-07-24; view: 3705; Нарушение авторских прав