Получение стекла

Современное стекольное производство включает в себя три этапа: подготовка сырья, стекловарение и формование стеклоизделий.

Перед варкой стекла, сырьевые материалы измельчают, тщательно смешивают в требуемых соотношениях, брикетируют и подают в стекловаренную печь.

Стекловарение. Обычное стекло получают в непрерывно действующих ванных печах с полезным объемом до 60 м³ и суточной производительностью более 300т. Для варки специальных (оптических, цветных и др.) стекол применяют периодически действующие ванные, а также горшковые печи.

Стекловарение – главнейшая операция стекольного производства. На первой стадии этого процесса – силикатообразовании – щелочные компоненты образуют с частью кремнезема силикаты, плавящиеся уже при 1000…1200⁰С. В этом расплаве при дальнейшем нагревании растворяются наиболее тугоплавкие компоненты SiO₂ и Al₂O₃. Образующаяся при этом масса неоднородная по составу и насыщена газовыми пузырьками.

Удаление пузырьков и полная гомогенизация расплава осуществляется на второй наиболее длительной стадии стекловарения – стеклообразовании – при температуре 1400…1600⁰С. Третья заключительная стадия – студка – охлаждение стекломассы до температуры, при которой она приобретает оптимальную для данного метода формования стеклоизделий вязкость.

Формование. Метод выработки (формования) зависит от вида изделия. Для получения строительного стекла используют вытяжку, прокат, прессование.

При охлаждении стекла вследствие низкой его теплопроводности в нем возникают большие градиенты температур, вызывающие внутренние напряжения. Наиболее опасным моментом с этой точки зрения является переход стекла от вязкопластического состояния к хрупкому, поэтому для снятия внутренних напряжений после формования производят отжиг-охлаждение по специальному режиму: быстрое до начала затвердевания стекломассы, очень медленно в опасном интервале температур (600…300⁰С) и вновь быстрое до нормальной температуры.

Основной вид строительного стекла – листовое. С начала XX в. большая часть листового стекла стала производиться (а в России производится и до сих пор) методом вертикального вытягивания.

Принцип вертикального вытягивания состоит в транспортировании снизу вверх с помощью валков машины ленты горячей стекломассы шириной до 3 м. Лента выдавливается из стекломассы с помощью погруженного в нее специального приспособления (шамотной лодочки).

В 1959 г. появился новый способ получения высококачественного стекла – флоат-метод (от англ. Float – плавать), при котором горячая стекломасса выливается на поверхность расплавленного металла (обычно олова) и формуется на нем. Производительность таких установок до 3…4 тыс. м²/час. Размер листов: ширина до 3 м; толщина от 2 до 25 мм. Преимущества флоат-метода стабильная толщина листа и высокое качество поверхности, не требующее дальнейшей полировки. В Европе большая часть стекла вырабатывается именно этим методом.

Флоат-метод наиболее производителен и эффективен. Поверхность ленты стекла получается гладкой, не требующей шлифовки и полировки, нижняя-за счет контакта с предельно ровной поверхностью расплавленного металла, а верхняя – поверхностного натяжения.