Технологический процесс изготовления стекла

Человек стал использовать природное вулканическое стекло при-мерно 75 тысяч лет назад для изготовления наконечников стрел. 14 тысяч лет назад он начал применять нагрев природного обсиди¬ана при его обработке, и порядка 5 тысяч лет назад научился ва¬рить искусственные стекла.
Стеклообразное состояние представляет собой аморфную разновидность твердого агрегатного состояния вещества, отличитель¬ной особенностью которого является неупорядоченное располо¬жение частиц вещества в пространстве.
В соответствии с определением комиссии по терминологии АН СССР, данным в 1932 г., «стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости ме-ханическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное обратим».
Таким образом, в основу этого классического определения по¬ложены следующие отличительные признаки стекла:
а) аморфность — отсутствие в структуре дальнего порядка;
б) способ получения — из расплава путем его переохлаждения;
в) механические свойства, характерные для твердых тел, обусловленные высокими значениями вязкости;
г) обратимость процесса перехода расплав — стекло.
Необходимо обратить внимание, что хотя в практике стекло¬делия действительно наиболее распространен способ получения стекла путем переохлаждения расплавов, который и вошел в вы¬шеприведенное определение, известны и другие способы получе¬ния стекла: высокотемпературный гидролиз некоторых хлоридов, пиролиз органических смол, воздействие радиации и др.
В виде стекла можно получить многие неорганические (окси¬ды, галогениды, сульфаты, нитриты, сульфиды и селениды метал¬лов) и органические (сахара, смолы, полиакрилаты) соединения.
В основу их классификации положен химический состав, вы-ражаемый в виде суммы оксидов, входящих в них элементов, Оксиды, которые при отвердевании расплава...

II. Технологический процесс (описание технологических схем).
Стекловарение — это термический процесс, в результате кото¬рого смесь разнородных компонентов образует однородный рас¬плав. Однако этому предшествуют сложные физико-химические превращения компонентов, происходящие на протяжении значи¬тельного температурного интервала. Именно поэтому к процессу получения стекла нельзя применить термин «плавление». Как уже отмечалось, у стекла нет точки плавления подобно многим веще¬ствам, а есть только «интервал размягчения».
Различают пять этапов стекловарения: силикатообразование, стеклообразование, осветление (дегазация), гомогенизация (усред¬нение), студка (охлаждение).
Силикатообразование. На этом этапе в начале нагревания в шихте протекают: испарение влаги, полиморфные превращения, термическое разложение компонентов. Затем еще при сравнитель¬но низких температурах (

Стремление избежать чрезмерного износа огнеупоров и повы¬сить КПД печей привело к мысли, что целесообразнее нагревать стекломассу не сверху, а изнутри, пропуская через нее электри¬ческий ток. Так появились электрические стекловаренные печи — печи сопротивления, где нагревателем служит сама стекломасса. Электроды размещают в стенах на дне печи. Бассейн загружают боем стекла, расплавляют с помощью газового обогрева, а затем подают шихту. При этом КПД таких печей возрастает в 3 раза по сравнению с пламенными и составляет до 40—60%. Их преимущества также в отсутствии потерь теплоты с уходящими га¬зами и через ограждения рабочей камеры; создании оптимально¬го теплового режима для процесса стекловарения; уменьшении потерь из шихты и стекломассы летучих соединений; создании необходимой газовой среды над зеркалом стекломассы. Темпера¬тура стекломассы достигает высоких значений (до 1600°С) по срав¬нению с пламенными печами (1450—1480 °С). Производительность наиболее распространенных электрических печей находится в пределах 0,4-4,0 т/сут. Крупные современные печи имеют про¬изводительность 150-200 т/сут. Максимальные удельные съемы выше, чем в пламенных печах и составляют от 6000 до 10000 кг/ /(м2 * сут.). К недостаткам электрических печей следует отнести высокую стоимость электроэнергии и электродов.
Существуют также и комбинированные газоэлектрические печи, в которых электроды устанавливают только в самых горя¬чих зонах осветления и гомогенизации, при этом можно повысить температуру варки без существенного вреда для огнеупорной клад¬ки печи. Дополнительный электропрогрев позволяет повысить КПД пламенных печей до 40—50%, увеличить длительность кампании печи; стабилизировать тепловой режим, улучшить качество стекломассы, довести удельные съемы до 3000-4000 кг/(м2 * сут.) и повысить производительность печи на 10-60 %.
Существующие способы интенсификации процесса стекловаре¬ния можно разделить на две группы: физико-химические и тепло¬технические. К физико-химическим...