Исследования по синтезу хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6-. Рентгенограмма полевых шпатов Сарыбулакского месторождения

2.4 Вспомогательные силикатообразующие материалы

Вспомогательные сырьевые материалы в зависимости от их целевого назначения можно условно разделить на четыре группы:

Осветлители, способствующие осветлению стекломассы в процессе варки (при введение этих материалов в шихту происходит интенсивное освобождение стекломассы от крупных и мелких пузырей);

Обесцвечивающие вещества, благодаря которым улучшаются стекла;

Красители - вещества, окрашивающие стекло в желаемый цвет;

Глушители, которые придают стеклу непрозрачность.

Большинство красителей, введенных в шихту, растворяются в стекломассе и окрашивают ее в разнообразные цвета. Окраска стекол, содержащих эти красители, не меняется при вторичной термической обработке или меняется незначительно в связи с изменением валентности красящего окисла.

К числу таких красителей, называемых молекулярными, относятся главным образом окислы тяжелых металлов - марганца, кобальта, никеля, хрома, ванадия, железа, урана и др.

Соединения хрома окрашивают стекло в зеленый цвет. Лучше всего для окрашивания стекла использовать двухромовокислые соединения хрома, которые, разлагаясь в процессе варки, передают стеклу наибольшее количество окиси хрома и, следовательно, обладают большей окрашивающей способностью.

Вообще окись хрома Cr₂O₃ - важнейший окрашивающий окисел. Количество окиси хрома, потребной для окраски стекол в зеленый цвет, составляет примерно 1-1,5 кг на 100 кг стекла.

Зеленые стекла, окрашенные окисью хрома, имеют слегка желтоватый оттенок. Окраска чисто- зеленого цвета получается лишь при совместном применении в качестве красителя окиси хрома и окиси меди в окислительных условиях процесса.

3. Синтез хрусталя, исследования свойств синтезированного хрусталя

Производство хрусталя - уникальная историческая технология, практически не претерпевшая изменений за более чем пять тысяч лет существования стеклоделия на Земле. Стекло (хрусталь - его разновидность) - удивительный материал, изобретенный гением человеческого разума. Так же, как и в доисторические времена, его основу составляют природные сырьевые материалы, смесь которых варится в специальных печах при температуре около 1500° С. Затем горячее расплавленное стекло вырабатывается вручную или с помощью стеклоформующих машин. Используются самые различные методы обработки стекла и хрусталя.

Хрусталь свинцовый варится при температуре около полутора тысяч градусов. Происходят сложнейшие физикохимические процессы, в результате которых образуются весьма устойчивые комплексные соединения. Наряду с кварцевым песком и свинцом вводятся специальные добавки, увеличивающие химическую стойкость хрусталя. Хрусталь не разрушается кислым, щелочным или спиртосодержащими жидкостями, поэтому абсолютно безвреден.

Хрусталь более мягкий материал, чем простое стекло, поэтому традиционной для хрусталя обработкой является алмазная грань. Наносится вручную с помощью быстро вращающихся кругов из синтетического алмаза. Затем полируется химическим способом - подогретыми кислотами. Хрусталь также украшают гравировкой. Маленькими колесами снимают поверхностные слои стекла. Полировке гравированный рисунок не подвергается.

Изделия ручной работы: формы выдуваются с помощью стеклодувных трубок и украшают алмазной гранью или гравировкой.

Прессованные изделия: горячее стекло формуется в пресс-форме. Прессованные изделия более толстостенные, заметны вертикальные швы от формы (на гладких участках), рисунки граней более сглаженные, меньше блеска, формы более простые.

Рисунок 7- Хрусталь

Сырьевые материалы для производства стекла и стеклоизделий условно делят на две группы: основные и вспомогательные.

Основные материалы содержат оксиды, образующие основу стекла и определяющие его свойства.

Вспомогательные материалы представляют собой вещества, которые вводятся для изменения характеристик стекла и ускорения процесса стекловарения (красители, обесцвечиватели, глушители, окислители и восстановители, ускорители варки). Сырьевые материалы могут быть также разделены на природные и синтетические. В стеклоделии в основном применяют природные материалы: кварцевый песок, известняки, доломиты, нефелины, полевые шпаты. Остальные материалы, как правило, синтетические: кальцинированная сода (карбонат натрия), поташ (карбонат калия), свинцовый сурик и глет (оксиды свинца), красители и др. Качество сырьевых материалов (химический и гранулометрический составы, примеси и т.п.) регламентируются соответствующими государственными стандартами и техническими условиями, которые периодически пересматриваются и уточняются.

Пески с повышенным содержанием примесей обогащают (целесообразно делать на месте добычи), чтобы получить содержание примесей в указанных количествах. Содержание в песках красящих примесей при производстве высококачественных бытовых изделий из свинцового хрусталя и бесцветных Nа-Са-Si- стекол не должно превышать, %: V2О5 -- 0,05; TiO2 -- 0,05; Сr2О3 -- 0,0001, сульфидов -- 0,01-0,001.

Подготовка сырьевых материалов. В настоящее время, как правило, основные сырьевые материалы, поступающие на стекольные заводы, не могут быть использованы для составления стекольной шихты без предварительной подготовки. Поэтому на большинстве действующих заводов имеются специальные составные цехи, в которых производится их обогащение, сушка, измельчение и просеивание.

При этом такие материалы, как известняк, доломит и мел, подвергают дроблению, сушке, помолу, грохочению и магнитной сепарации, а песок в дополнение к этим операциям часто требует более сложной обработки по его обезжелезнению.

Основные принципы подбора составов шихты

Стекольную шихту приготовляют путем тщательного перемешивания предварительно подготовленных и строго отвешенных (отдозированных) порций сырьевых материалов.

Шихта должна быть строго однородной по своему составу, т.е. в каждом участке шихты соотношение сырьевых материалов должно быть одинаковым и соответствовать заданному рецепту.

Варка стекла

Шихту следует загружать в печь в виде гряд или небольших кучек высотой 100-250 мм. Такая подача обеспечивается при помощи механических питателей с несколькими отдельными бункерами и столами, расположенными по ширине загрузочного отверстия (кармана). Варка стекла в производственных условиях производится в ванной стекловаренной регенеративной печи непрерывного действия с поперечным направлением пламени. Для отопления печи используют природный газ. Варка стекла является процессом многостадийным превращения твердых сырьевых материалов в жидкую стекломассу. Процесс варки стекла состоит из 5 стадий: силикатообразование; стеклообразование; осветление; гомогенизация; студка

Для варки оконного стекла в лабораторных условиях нами выбраны следующие сырьевые материалы: кварцевые пески Аральского месторождения, известняки Састюбинского месторождения, доломиты Карактауского месторождения, полевые шпаты Сарыбулакского месторождения, сода кальцинированная (Россия). Расчет состава шихты приведен в таблице 3.2-3.7. Крупные куски сырьевых материалов раздроблены в лабораторной щековой дробилке, затем в лабораторной валковой дробилке. Помол производился в агатовой ступке. Дозирование компонентов шихты - весовое. Варка осуществлялась в лабораторной печи. Режим варки подбирался и корректировался в процессе исследования. Контроль варки велся параллельно - с помощью КИП и стандартных пироскопов.

4. Особенности технологического процесса производства хрусталя, физико-химические основы стекловарения

4.1 Сырьевые материалы

Хрустамль (от др.-греч. ксэуфбллпт -- лёд) -- особый вид стекла, содержащий не менее 24% окиси свинца (PbO) (или бария (BaO). Добавка оксида свинца увеличивает показатель преломления стекла и дисперсию света в нём (с ювелирной точки зрения -- «игру цвета», «огонь»). Добавка оксида бария в основном увеличивает только показатель преломления. Добавка оксида свинца также увеличивает пластические свойства стекла и, соответственно, возможности по его обработке -- огранке, резьбе и т.п. Огранка хрусталя, подобно огранке драгоценных камней, позволяет хрусталю в полной мере проявить свойства, обусловленные большим показателем преломления и дисперсией. Название было дано по аналогии с горным хрусталем.

4.2 Приготовление шихты

Изготавливают сплавлением оксида свинца PbO с кремнезёмом, соединением натрия или калия (содой или поташем) и малыми добавками других оксидов. Свинцово-калиево-силикатные стекла дороже известковых стекол, однако они легче плавятся и проще в изготовлении. Это позволяет использовать высокие концентрации PbO и низкие -- щелочного металла -- без ущерба для легкоплавкости. Высокое содержание PbO дает высокие значения показателя преломления и дисперсии -- двух параметров, весьма важных в некоторых оптических приложениях. Те же самые характеристики придают свинцовым стеклам сверкание и блеск, украшающие самые утонченные изделия столовой посуды и произведения искусства.

Хрустальное стекло -- это свинцово-силикатное стекло, содержащее 13--23 % оксидов свинца и до 17 % оксидов калия. Из хрустального стекла производят высококачественную посуду и декоративные изделия. Оно обладает повышенными плотностью, прозрачностью, лучепреломляемостью и блеском, но меньшей термостойкостью по сравнению с другими видами стекол. Благодаря содержанию свинца и определённому подбору углов, образуемых гранями, изделия из хрусталя отличаются необыкновенно яркой, многоцветной игрой света. Обладают красивым звоном. Хрусталем называется также высококачественное венецианское и чешское стекло. Стиль художественного стекла (хрусталь) -- торжественно-парадный, сувенирно-подарочный. Способы обработки изделий из хрусталя: гравировка, огранка, резьба, шлифовка.

Основным достоинством хрусталя всегда считали его прозрачность и белизну. Действительно, именно прозрачность стекол является наиболее ценным и характерным их свойством. В этом отношении стекло нередко сравнивают с алмазом и другими драгоценными минералами. В более позднее время под термином «хрусталь» стали понимать свинцовые стекла (флинты), так как при отсутствии в те времена достаточно чистых материалов только свинцовые стекла удавалось получать вполне бесцветными, тогда как другие стекла имели зеленоватый оттенок. Именно в связи с этим и теперь нередко отождествляют термины «хрусталь» и «свинцовый хрусталь». Более правильно называть хрусталем стекло с высокой степенью прозрачности и белизны, считая эти два свойства основными характеристиками хрустальных стекол. Хрустали следует подразделять на отдельные виды, характеризуемые составом и зависящими от него другими свойствами.

Свинцовый хрусталь, применяемый для изготовления высокосортных художественных изделий и лучшей столовой посуды, имеет наибольшие белизну, прозрачность и показатели преломления и дисперсии. Изделия из свинцового хрусталя обычно обрабатываются алмазной гранью, как правило, покрывающей большую часть их поверхности, что придает им особую «игру».

4.3 Физико-химические процессы

Свинец принадлежит к IV группе системы элементов Д.И.Менделеева и по своим свойствам является аналогом олова. Оба эти элемента дают окислы типа RО и R02. Однако наиболее устойчивыми являются SnO2 и РЬО. Можно предположить, что часть свинца все же должна находиться в стеклах в виде РbO₂, т. е. что имеется равновесие РbO₂-- РbO+1/2О₂ Относительное количество РbO₂ должно быть небольшим, но поскольку окислы свинца вводятся в стекло в больших количествах, cодержание РbO₂ может стать заметным, тем более что свинцовые шихты обычно содержат много окислителей. Белизна стекол зависит также и от освещения: хрустальные стекла должны быть, белыми при дневном свете. Однако многие хрустальные изделия применяются при искусственное освещении т. е. при свете, имеющем слабый желтый оттенок. В связи с этим весьма часто оказывается полезным давать хрусталю очень слабый синий оттенок, чтобы нейтрализовать желтизну света электроламп.

Правильным подбором рисунка, углов гранения и режущего угла абразива можно усилить эти свойства, имеющие большое значение для хрустальных и ювелирных стекол. Высокое светопреломление оказывается ценным лишь при наличии высокой прозрачности стекол. Стекла с большим светопоглощением даже при наличии высокого показателя преломления имеют тусклый непривлекательный вид и не могут быть названы хрустальными. С другой стороны, нередко можно видеть хрустальные стекла весьма высокого качества, несмотря на малый показатель преломления (1,48--1,49); объясняется это их высокой прозрачностью и белизной. К числу свойств, издавна ценимых в хрустале, нередко относили его высокий удельный вес.

К числу таких же свойств можно отнести и «звонкость» хрусталя: при ударе друг о друга хрустальные изделия издают мелодичный звук. Такой хрусталь раньше называли «поющим». Это свойство хрусталя также не имеет первостепенного значения. Итак, требования, предъявляемые к хрустальным стеклам, можно сформулировать следующим образом:

1. Максимальная прозрачность в видимой части спектра, характеризуемая светопоглощением, не превышающим 2% на 1 см (желательно 0,5--1,0% на 1 см).

2. Белизна, т. е. отсутствие цветных оттенков при естественном дневном свете. Допустим (иногда и желателен) очень слабый синий оттенок. Совершенно недопустимы фиолетовый, зеленый и сине-зеленый оттенки. Эти два требования являются основными и обязательными для хрустальных стекол. Остальные требования: высокий показатель преломления (желательно не ниже 1,54), высокая дисперсия и высокий удельный вес (около 3,0), являются лишь желательными. Сырьё. Кварцевый песок является основным компонентом стекольной шихты (обычно кремнезем составляет от 40 до 77% веса стекломассы). По сравнению с другими видами сырья он больше загрязнен, так как это природный минерал, а не продукт заводского производства. Поэтому для хрустальных стекол выбор песка имеет основное значение.

Основными вредными примесями в бесцветных стеклах, а в хрустале в особенности, являются соединения железа. К сожалению, они присутствуют во всех видах применяемого сырья. Весьма ощутимое вредное влияние оказывают даже ничтожные количества соединений железа (для учета принято их пересчитывать на эквивалентное количество окиси железа Fе₂O₃). Поэтому для хрустальных стекол играют весьма важную роль выбор высококачественного сырья и его обогащение. Можно считать оптимальным сырье, содержащее 0,001-- 0,0015% Fе₂O₃. При обычно применяемых огнеупорах большая чистота сырья едва ли нужна, поскольку из огнеупора переходит в стекло несколько тысячных процента окиси железа. Хрусталь хорошего качества обычно содержит 0,010--0,020% Fе₂O₃, включая и количество железа, перешедшее из огнеупора.

Выше 0,035% содержание окислов железа в хрустальном стекле недопустимо. Не менее вредны соединения хрома и ванадия, которые кра¬сят стекло сильнее, чем железо. Желательно полное отсутствие в сырье соединений хрома или в крайнем случае наличие его не более 0,0005% в пересчете на Сг₂Оз. Соединения хрома попадают в стекло, по-видимому, лишь из песка и поташа; в остальных видах сырья редко приходится считаться с наличием хрома.

Существенную роль играют соединения титана. Двуокись титана слабо красит сама, но значительно усиливает красящее действие окислов железа. Титан попадает в стекло из песка и огнеупора, так как в обычных огнеупорных глинах содержится около 1-2% ТіО₂. Поскольку на обесцвечивание хрустальной стекломассы влияют даже тысячные доли процента красящих веществ, все производство хрусталя, начиная от добычи песка и глины и кончая погрузкой изделий в вагоны, требует особенного внимания.

Перевозка песка в открытых вагонах, хранение его в открытых срубах, сушка на железных трубах могут быть источниками его загрязнений. Для производства хрусталя используют поташ К₂СО₃, SіО₂, PbO. Все составляющие очищают, смешивают и сплавляют.

Расход тепла на собственно варку стекломассы при температуре 1 500° составляет для шихты без боя свинцового хрусталя и аппаратного 536 ккал/кг. Для боя, вводимого с шихтой, тепло затрачивается только на нагрев. Средняя теплоемкость стекломассы при 1 500° составляет для свинцового хрусталя .0,21 ккал/кг град. Величина Q2,3 составляет долю величины Q, т. е. Q2,3=K1Q. При отоплении мазутом, природным газом и очищенным генераторным газом К1 =0,2-- 0,25, а при отоплении неочищенным генераторным газом-- 0,25--0,3. Потери тепла в окружающую среду всей печью w ккал/м2 час зависят от размеров печи.

Увеличение расхода тепла, связанное с повышением температуры в печи, можно приближенно учесть по данным Английского печного комитета с помощью коэффициента К2, который имеет следующие значения: при 1 300°--0,88; 1 350°--0,93; 1 400°--1; 1 500°--1,15 и 1600°--1,3. Расход тепла при варке темноокрашенных стекол примерно на 10- 15% меньше, чем при варке слабоокрашенных. Расход топлива увеличивается с возрастом печи и составляет 2% в месяц, считая от расхода топлива в начале кампании. Это зависит от ряда факторе свойств и размеров огнеупоров, способа охлаждения, применения изоляции, заноса регенераторов.

4.4 Варка хрусталя

Стекло варят в ванных и горшковых печах, в основном регенеративных, изредка рекуперативных. Стекловаренные печи отапливают преимущественно генераторным газом. Однако многие печи переведены на отопление природным газом-высококалорийным, дешевым и чистым топливом.

Жидкое топливо (мазут, нефть, соляровое масло) используют в малых количествах, но ее применение будет значительно шире. Горшковые печи используют для варки оптических, хрустальных, художественных и других специальных высококачественных стекол Хрусталь и цветное стекло обычно варят в печах с несколькими горшками. Горшковые регенераторные печи различают по конструкции горелок, определяющей направление движения газов и обогрева горшков В печах с нижним пламенем горелки расположены у пода (подовые горелки).

Горшковые печи имеют следующие недостатки: многочисленные перерывы в работе вследствие разрушения горшков и их смены, плохое использование площади пода, неравномерность варки стекла в отдельных горшках, периодичность выработки и, следовательно, невысокая производительность, дороговизна и сложность изготовления горшков.

Контроль и управление процессами. В шихту свинец вводится в виде свинцового сурика, Рb₃O₄, имеющего перед глетом РbО то преимущество, что содержит лишний кислород; кроме того, глет иногда содержит примесь металлического свинца (в сурике это менее возможно). Щелочи вводятся в виде поташа, селитры, калиевой и натриевой, и, если нужно, соды. Все сырьевые материалы должны иметь высокую степень чистоты (особенно поташ, нередко имеющий загрязнения: сульфаты, хлориды, фосфаты, окислы железа, иногда даже хром).

Отметим, что хлориды, сульфаты и фосфаты, содержащиеся в большом количестве, могут образовывать в хрустале опаловость. Некоторые свинцовые стекла (например, медный рубин) требуют восстановительных условий варки. В них свинец вводится в виде глета, а вместо селитры применяются восстановители, при нагревании не дающие угля (обычно винная кислота к ее соли). Для свинцового хрусталя с 30--35% РbО целесообразны и достаточно пониженные температуры варки, подобно тому, как это делается в отношении флинтов. Однако свинцовый хрусталь можно варить и при обычных температурах. Иногда даже рекомендуют повышенную температуру варки хрусталя, считая, что это способствует устранению свильности камней, особенно при многократном бурлении. Но необходимо иметь в виду, что, помимо устранения пороков по неоднородности, следует помнить о прозрачности стекла, которая находится в зависимости от растворения горшка стеклом.

Дробление размол смешение твёрдых материалов при подготовке сырьевой смеси обработка шихты спекание. Подготовка сырьевой смеси в производстве хрусталя должна обеспечить высокую интенсивность последующих высокотемпературных процессов обжига и спекания для получения с заданным составом и свойствами. Для этого производят тонкое измельчение твёрдых сырьевых материалов, точный расчет и дозировка их, тщательное перемешивание шихты. Центральной стадией производства является высокотемпературная обработка шихты, при которой происходит синтез минералов и образование стекловидной фазы в спекшемся материале. В технологии хрусталя в качестве окислов наиболее часто применяют SiO2, As2O3, K2O, Na2O, ZnO, BaO, РЬО. При нагревании силикатной шихты, включающей эти окислы, последовательно происходят следующие элементарные процессы: удаление влаги физической и гидратной, удаление конституционной воды и СО2, разрыхление кристаллических решеток, их перестройка вследствие полиморфных превращений.

Получение, контроль и транспортировка шихты Отвешивание и смешивание материалов. На стекольных заводах для отвешивания сырьевых материалов используют весы разнообразных конструкций. По принципу действия весы бывают стационарными, отвешивающими только один сырьевой материал; подвижными, отвешивающими все материалы поочередно (весы-тележка, весы на монорельсе); стационарными автоматическими и полуавтоматическими, отвешивающими все сырьевые материалы поочередно (весы снабжены бункером, в который подаются материалы из расходных бункеров); автоматическими, устанавливаемыми под каждым бункером.

В настоящее время на крупных заводах сырьевые материалы отвешивают на автоматических весах, причем весы, транспортные средства и смеситель связаны системой автоматики, обеспечивающей их синхронную работу. Взвешенные в соответствии с рецептом шихты сырьевые материалы перемешивают в смесителях. Контейнерные смесители исключают операцию выгрузки шихты. Их целесообразно применять при малом объеме производства и варке небольших количеств различных стекол (например, при варке окрашенных стекол в Горшковой печи, свинцового хрусталя и т.п.)

Для приготовления шихты при механизированном производстве применяют тарельчатые смесители. В смесителях типа СТ сырьевые материалы через приемную воронку загружают на вращающуюся чашу-тарелку. Перемешивание материалов осуществляется при одновременном вращении чаши-тарелки и установленных с эксцентриситетом по отношению к оси смесителя лопастей или катков, имеющих самостоятельный привод. На стекольных заводах цикл смешивания в тарельчатых смесителях автоматизирован.

Рис. 8- Схема технологической линии приготовления шихты с линейным расположением бункеров сырьевых материалов: 1 -- бункера сырьевых материалов; 2 -- автоматические весы; 3 -- сборочный конвейер; 4 -- бункер рукавного переключателя; 5 -- смеситель; 6 -- шнек; 7 -- вагонетка (кюбель, конвейер) для транспортировки шихты к стекловаренной печи; 8 -- расходный бункер; 9 -- элеватор.

На заводах, выпускающих небольшие партии бытовых изделий из различных стекол, для приготовления шихты целесообразно использовать контейнеры. Шихту с применением контейнеров можно приготовить на поточной линии (рис. 8).

В этом случае контейнеры последовательно проходят первый и второй весовые участки и участок ручного ввода малых добавок (красители, обесцвечиватели и т.п.). Далее контейнеры подаются на участок смешивания шихты, закрепляются в специальных устройствах, вращаются в течение определенного времени, после чего транспортируются к стекловаренной печи.

Рис. 9-Технологическая схема дозировочно-смесительного отделения с применением контейнеров: 1 -- контейнер; 2 -- первый весовой участок; 3 -- распределительный щит; 4 -- второй весовой участок; 5 -- участок ручного ввода малых добавок; 6 -- участок подачи контейнера вилочным загрузчиком на участок смешивания; 7 -- участок смешивания материалов в контейнерах; 8 -- участок транспортировки контейнеров к стекловаренной печи; 9 -- щит управления; 10 -- бункера для сырьевых материалов; 11 -- бункера для песка и стекольного боя.

4.5 Контроль качества шихты

Готовую шихту контролируют на соответствие заданному химическому составу, влажность, однородность. Допустимые отклонения от заданного состава компонентов в отдельных отвесах не должны превышать по песку, соде, поташу ± 1%, по карбонатам кальция и магния, сурику, глету, влаге ± 0,5%. При работе автоматизированных линий требования по отклонениям состава компонентов шихты ужесточаются, что вызывает необходимость применения кондиционных сырьевых материалов. Применение быстродействующих рентгеновских анализаторов для экспресс-анализа шихты и стекла в сочетании с компьютерной системой расчетов по составу шихты, позволяют создать систему управления качеством шихты. Все расчеты проводятся на основе вводимых в компьютер данных по химическому составу стекла и компонентов шихты, их количеству, влажности, точности дозирования. При этом коррекция рецепта шихты должна проводиться при изменении состава сырьевых материалов с учетом того, что допустимые колебания содержания оксидов в стекле не должны превышать 0,2-0,3%.

4.6 Транспортировка готовой шихты

Приготовленную шихту и стекольный бой подают к стекловаренным печам в контейнерах, кюбелях, бункерных вагонетках. При больших объемах подача шихты к стекловаренным печам осуществляется ленточными конвейерами. Возможна подача шихты пневматическим транспортом. При этом расстояние от места приготовления шихты до стекловаренной печи должно быть возможно более коротким. Поэтому для современных заводов, особенно стеклотарных, характерна единая компоновка дозировочно-смесительного отделения и машино-ванного цеха.

4.7 Виды порока

Камни шихтные от огнеупоров

Комкование шихты, плохое перемешивание шихты, крупнозернистые компоненты шихты и неоднородность ее гранулометрического состава, наличие посторонних нерастворимых включений

Неправильная загрузка шихты в печь, недостаточная температура или продолжительность варки, быстрое продвижение непроварившихся частиц, разъедание огнеупоров стен варочного бассейна и свода печи

Быстрое продвижение непроварившихс частиц, разъедание огнеупоров стен варочного бассейна и свода печи

Поступление стекломассы с пороками из варочного бассейна, разъедание огнеупоров свода выработочной части печи

Продукты кристаллизации

Применение стекла, склонного к кристаллизации, выдержка стекломассы при температурах, благоприятствующих кристаллизации, попадание пыли, осколков стекла и т.д.

Свиль

Неоднородность гранулометрического состава, комкование и плохое перемешивание шихты, рассоление при транспортировке

Неправильная загрузка шихты в печь, недостаточная температура или продолжительность варки, большая вязкость стекломассы, выплавление компонентов шихты

Недостаточное перемешивание стекломассы газами или резкое падение температуры, растворение огнеупоров

Преждевременное падение и неравномерное респределение температуры, местное растворение огнеупоров, образование высоковязкой поверхностной пленки

Пузыри

Избыточное количество газообразных в шихте, недостаточное количество осветлителей. Неоднородность гранулометрического состава шихты

Неправильная загрузка шихты в печь. Недостаточная температура, неблагоприятная атмосфера в печи, выделение газов из огнеупоров.

Недостаточная температура, затянувшиеся реакции силикатообразования и протекание вторичных реакция. Высокая вязкость стекломассы. неблагоприятная атмосфера в печи

Протекание вторичных реакций, неблагоприятная атмосфера в печи, сильное охлаждение стекломассы, образование газов из огнеупоров. попадание металлического железа.

В современных условиях стекловаренная печь рассматривается как агрегат с рациональным использованием энергии. В современных печах необходимая для стекловарения энергия получается при сжигании природного газа, жидкого топлива и при использовании электроэнергии. Использование электроэнергии для стекловарения наиболее эффективно, но стоимость ее пока еще выше стоимости органических видов топлива. Поэтому использование электроэнергии в стекловаренных печах, должно быть экономически оправдано, т.е. должна быть увеличена производительность печи, сокращен расход материалов, улучшено качество продукции или уменьшено выделение вредных веществ. При использовании различных видов пламенных печей нужно сравнивать удельные расходы тепла на варку стекла. В пламенно-электрических печах сохраняется основное пламенное топливо, а ввод электроэнергии определяется экономическими соображениями. Электроды могут располагаться в зонах варки, осветления и гомогенизации и вводиться через дно или стены печи. Особенно эффективна установка электродов в высокопроизводительных проточных печах прямого нагрева и с подковообразным направлением пламени. Полностью электрические печи сравнительно небольшой производительностью применяются при варке стекол для изделий бытового и технического назначения. По направлению процесса варки электрические печи разделяют на два типа: горизонтальные и .вертикальные.

В печах горизонтального типа стадии стекловарения осуществляются последовательно по длине печи, как в пламенных ванных печах традиционной конструкции.

В печах вертикального типа процесс стекловарения осуществляется по глубине печи. При этом шихта и бой загружаются сверху и варка происходит под слоем шихты. Температура над шихтой не превышает 300 градусов, что значительно снижает потери легколетучих компонентов (B2O3, PbO, Se, Na2O и др.). Вертикальные печи применяются для варки стекол с легколетучими или восстанавливающимися компонентами.

Технология электрической варки постоянно совершенствуется. Ведутся разработки электрических стекловаренных печей с удельными съемами до 15 т/м2 сутки. В будущем при получении достаточно дешевой электроэнергии, электрические печи получат преимущественное развитие.

4.8 Декорирование и обработка стеклоизделий

Шлифование и полировование рисунков на изделиях абразивными инструментами и материалами производиться с применением вращающихся абразивных кругов и специальных щеток с подачей суспензии полирующего материала. При шлифовании стекла происходит два параллельных процесса: при первом (подготовительном) поверхность стекла разрушается на некоторую глубину и образуется система трещин; при втором (производительном) из верхнего трещиноватого слоя удаляются осколки. В результате образуется множество выколок, придающих шлифовальной поверхности шероховатость и матовость.

При механическом полировании шлифованной поверхности удаляется кремнекислородная пленка, образующаяся на поверхности стекла под действием воды. При этом мягкий полировальник с закрепленными на нем зернами полирующего материала снимает при своем движении защитную пленку с выступов шлифованной поверхности стекла. После этого обнажившаяся поверхность стекла взаимодействует с водой, образуя новый слой пленки, который снова снимается полировальником. Такое чередование процессов происходит до максимального сглаживания выступов и приобретение блеска.

Среди наносимых на изделия рисунков различают следующие виды:

Валовое и номерное шлифование - простейшие виды неполированных рисунков, наносимых на изделия из бесцветного и накладного стекла.

Широкополоскостное гранение - украшение изделий шлифованными и полированными плоскостями ( изделия из хрусталя и накладного стекла).

Алмазная резьба - рисунок из различного сочетания прорезанных в стекле и полированных клиновидных граней, создавающих эффектную "игру" света (изделия из свинцового хрусталя и накладного стекла).

Греческий узор Афины Русский узор

Рисунок 10- Разновидности хрусталя

Рисунок 11-Гордость завода - сервиз «Банкетный»

Гравирование - способ нанесения рисунка глубиной 0,5-5 мм абразивным порошком или твердыми абразивными инструментами малых размеров. Художественную гравировку на мелких изделиях можно выполнять медными кругами малых размеров, приваренных к сменным держателям. В процессе работы на медные круги подают суспензию тонкого порошка наждака или карбида кремния в масле, керосине или их смеси. Гравирование осуществляется зернами абразивного материала, а медные круги лишь передают давление этих зерен на стекло. На крупные изделия гравированные рисунки наносят с помощью бормашин, снабженных гибким валом. К разновидностям гравирования относят обработка поверхности стеклоизделий резцами (рисование, выстукивание), а так же с помощью ультразвука и лазерного излучения. Гравированные рисунки обычно не полируют.

Химическая обработка изделий основана на разрушении стекла плавиковой кислотой. Существует следующие виды химической обработки: химическое полирование рисунков алмазной резьбы, матирование поверхности стекла, декоративное травление.

Химическое полирование применяется главным образом для полирования рисунков алмазной резьбы на изделиях из свинцового хрусталя. Полирование осуществляется в смеси плавиковой HF и серной кислоты. Главной частью смеси является плавиковая кислота, которая, вступая во взаимодействие со стеклом, растворяет его, сглаживая шероховатости шлифованной поверхности. Образующиеся фториды и кремнефториды в основном малорастворимы и очень быстро покрывают стекла плотным слоем. Вводимая в полирующую смесь серная кислота взаимодействует с фторидами и кремнефторидами, превращая их в легкосмываемые сернокислые соли.

Для приготовления полирующих смесей используют 40% или 70%-ную плавиковую кислоту и 92-96%-ную серную кислоту. Применяют полирующие смеси, содержащие 1,3-12% HF и 50-60% серной кислоты и имеющие температуру 50-70 градусов. Для химического полирования кроме плавиковой кислоты могут быть использованы ее соли, например, фторид-бифторид аммония. Для полирования используют следующие способы:

1.многоцикловый с промывкой изделий в воде и сернокислотном растворе.

2.одноцикловый с промывкой изделий в воде.

Декоративное травление. Как правило, все способы декоративноего травления предусматривают следующие операции: подготовка стекла, нанесение защитного покрытия, выполнение рисунка (если он был уже нанесен на предыдущей операции), собственно травление, отмывка изделий от защитного покрытия и окончательная промывка. Рецепт травительного раствора зависит от химического состава стекла, вида травления (светлое, матовое), вида изделия.

При светлом травлении в результате химических реакций стремятся получить растворимые соли. При этом рисунок получается гладким и блестящим. Растворы, применяемые для светлого травления, по составу аналогичны растворам, применяемым для химического полирования.

Заключение

Технологические схемы производства различных силикатов, как правило, складываются из однотипных процессов и операций. К ним относятся чисто механические операции. Дробление - размол - смешение твёрдых материалов при подготовке сырьевой смеси - обработка шихты - спекание. Подготовка сырьевой смеси в производстве хрусталя должна обеспечить высокую интенсивность последующих высокотемпературных процессов обжига и спекания для получения с заданным составом и свойствами. Для этого производят тонкое измельчение твёрдых сырьевых материалов, точный расчет и дозировка их, тщательное перемешивание шихты. Центральной стадией производства является высокотемпературная обработка шихты, при которой происходит синтез минералов и образование стекловидной фазы в спекшемся материале. В технологии хрусталя в качестве окислов наиболее часто применяют SiO₂, As₂O₃, K₂O, Na₂O, ZnO, BaO, РЬО. При нагревании силикатной шихты, включающей эти окислы, последовательно происходят следующие элементарные процессы: удаление влаги физической и гидратной, удаление конституционной воды и СО₂, разрыхление кристаллических решеток, их перестройка вследствие полиморфных превращений, диффузия реагентов, образование твёрдых растворов, спекание

Na₂SO₄ + CO--Na₂SO₃+CO₂

Na₂SO₄ + H --Na₂SO₃+H₂O

4Na₂SO₃--- 3Na₂SO₄ + Na₂S

Na₂S + H₂O - Na₂O + H₂S

Na₂O + H₂O - 2NaOH

SiO₂ + 2NaOH - Na₂SiO₃ + H₂O

Спекание - важнейший процесс, происходящий при нагревании смеси твердых веществ. При спекании в результате взаимодействия между компонентами спека или расплава образуются новые химические соединения. При этом реакция производства хрусталя выглядит так:

K₂CO₃ + 6SiO₂ + PbO = K₂O*PbO*6SiO₂ + CO₂

хрусталь стекловарение кремнеземистый

Нормативные ссылки

В настоящей курсовой работе использованы ссылки на следующие документы:

ГОСТ 5100-85. Сода кальцинированная техническая. Технические условия

ГОСТ 22551-77 Кварцевый песок. Технические условия

ГОСТ 23671-79 Известняк для стекольной промышленности. Технические условия

ГОСТ 23673.1-79 Доломит для стекольной промышленности. Методы определения окисей кальция и магния

ГОСТ 23932-90 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Общие технические условия

ГОСТ 24315-80 Посуда и декоративные изделия из стекла. Термины и определения видов стекол, способов выработки и декорирования

ГОСТ 26821-86 Посуда и декоративные изделия из натрий-кальций-силикатного стекла.

ГОСТ 26822-86 Посуда и декоративные изделия из хрустальных стекол. Общие технические условия

ГОСТ 29225- 91 Посуда и оборудование фарфоровые лабораторны. Общие требования и методы испытаний

ГОСТ 30407-96 Посуда и декоративные изделия из стекла. Общие технические условия

ГОСТ Р 51162-98 Посуда алюминиевая литая. Общие технические условия

ГОСТ 253336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры

Список использованной литературы

1. Ю.А. Гулоян. Технология стекла и стеклоизделий - Владимир: Тронзит-Икс, 2003.

Размещено на Allbest.ru