Производство стекла

Разнообразные изделия из стекла повсеместно окружают каждого из нас в повседневной жизни. Они защищают наши жилища от холодов, упрощают быт и, вместе с тем, дают невероятную свободу для того, чтобы творить. Окна, посуда, вазы, зеркала, аквариумы, различная тара и бытовые емкости, витражи и предметы искусства – все это и многое другое производится из стекла. Есть такие изделия, которые могут быть исключительно стеклянными, есть и такие, которые можно изготовить из других материалов. Но в любом случае стекло как исходный материал для каждой из вышеупомянутых групп изделий имеет немалое значение. Современные реалии без него не то, что трудно представить, а вообще нереально. Это тот случай, когда превосходные в плане функционала и/или дизайна изделия можно получить из элементарных доступных материалов. Поэтому совсем не вызывает удивления, что производство стекла, как и изделий из него, все время набирает обороты, а спрос у потребителя только растет.

Производство стекла и технологические моменты

Стекло – это жидкость, находящаяся в твердом состоянии при t окружающей человека земной среды. Это аморфное тело, создаваемое при снижении температуры расплавов, которым свойственен различный химический состав и специфика твердых тел.

Производство стекла – это объемный процесс, который на всех этапах (от возникновения замысла до передачи в эксплуатацию готового продукта) требует вложений и безупречного осведомления во многих технологических моментах.

Существует два способа получения этого превосходного материала:

- фурко (прокатка горячей массы стекла через спец. валики с последующим перемещением в охладительную камеру и разделом на листы);

- флоат (помещение ленты стеклянной массы в охлаждающий оловянный расплав, в результате чего нижняя плоскость выходит безупречно гладкой, а верхняя – ровненькой; плюс охлаждение и термоотжиг с целью увеличения механической прочности). На сегодняшний день флоат является главным способом мирового стеклопроизводства. Ведь он дарит массу преимуществ:

- высокопроизводительность;

- совершенно гладкую поверхность;

- минимум оптических изъянов и искажений готовых изделий;

- отсутствие необходимости в дополнительной обработке;

- декорирование.

Производственные этапы, в целом, можно разделить на такие:

- подготовка сырья (высушивание, измельчение до необходимых размеров);

- отмеривание точных количеств ингредиентов: кварцевого песка и добавок (детальнее об этом поговорим чуть ниже);

- плюс смешивание их и приготовление из них стекольной шихты;

- нагревание состава (варка стекломассы) до значительной температуры. Это важнейшая и очень сложная операция, можно сказать, суть изготовления стекла. Без этого этапа стеклопроизводство становится невозможным. Выполняется он в ванных печах беспрерывного действия, сформированных из огнеупоров. Если нужно варить специальные стекла (оптические, цветные или др.), прибегают к применению горшковых печей. Когда шихта нагревается до 1100-1150 °С, образуются силикаты, изначально твердоватые, а позже расплавленные. При последующей варке получается стекломасса, не обладающая однородностью и насыщенная пузырьками газа. Чтобы ее осветлить и гомогенизировать, t увеличивают до 1500-1600 °С. В результате этого вязкость субстанции уменьшается, изъятие газовых элементов становится более легким, а расплав приобретает однородную структуру;

- формование предметов. После варки идет студка, то есть охлаждение стеклянной массы до t, при которой она становится вязкой и подходит для создания произведений подходящим методом (вытяжка, прокат, прессовка, литье, выдувание и т.д.). Чтобы полученную форму зафиксировать, выполняют оперативное охлаждение;

- термическая, механическая или хим. обработка для повышения качественных характеристик материала. К примеру, отжиг позволяет избавиться от внутреннего напряжения, возникающего в результате малой стеклотеплопроводности. Есть еще такие этапы, как обрезка и резка стекла.

Примечательно, что изготовление стекла – процесс безотходный: обрезки с краев, которые появляются в процессе нарезания, не выбрасывают, а вносят в новые партии стекломасс. Что касается резки, то она должна выполняться крайне аккуратно, с учетом диаметра режущего инструмента, скорости действия, угла заточки кромочной части реза и давления резца на поверхность. Если все это оставить без внимания, стекло разлетится на маленькие крупинки, поскольку у него нет кристаллической решетки, а механическое воздействие провоцирует произвольную порчу.

Характеристики, свойства и виды стекла

Теперь, когда понятен процесс стеклоизготовления, не будет лишним разобраться в свойствах и характеристиках данного материала. Так, существует ряд параметров, положенных в основу разделения стекла. Если отталкиваться от назначения, то можно выделить 3 категории: бытовое (для посуды, емкостей, бижутерии, очков и т.д.), строительное (для стеклоблоков и стеклопакетов, витрин, мозаик, витражей и др.), техническое (для хим. индустрии, машиностроения и прочих пром. отраслей).

По роду обработки стеклянные изделия принадлежат к одному из пяти классов:

1. Выполненные по технологиям, которые предвидят определенную обработку стекла.

2. Поверхность которых была подвержена механикообработке (шлифуется, полируется, матируется без хим. средств, гравируется и т.д.).

3. Чьи грани прошли холодную механикообработку (к примеру, закругление или фацетирование).

4. Подвергнутые химической обработке (травлению, матированию с задействованием кислот…).

5. Стекла с покрытием, в частности, пленочным.

Еще одно разделение стекол – согласно фактуре наружной поверхности. Здесь выделяют 7 категорий: одна – это матовые, шесть прочих – глянцевые (травленные, свободные от покрытий или покрытые органопленкой/кремнеорганическими составами/полупроводниками/напылением из металла). Кроме того, стекла бывают кварцевыми, известковыми, свинцовыми, акриловыми и силикатными, энергосберегающими и солнцезащитными, армированными и бронированными, гнутыми и листовыми, медицинскими и оптическими…

Среди главных свойств данного материала:

- способность к светопропусканию (но максимум до 92 %, ведь со 100 %-ной пропускаемостью стекол не существует);

- малая теплопроводность (способность передавать тепло от нагретых в большей степени участков к менее теплым), что делает его примечательным вариантом, например, для изготовления дверцей каминов или духовок;

- твердость (сопротивление к другим материалам), равная 6 баллам по шкале Мооса (для сравнения, у алмаза этот показатель = 10).

Сырье для стекольной промышленности

Удивительно, но ежедневно имея дело с изделиями из стекла, мы не часто размышляем о том, из чего же его делают, не правда ли? А на самом деле вопрос очень интересен. Вот так берем в руки бокал и не знаем, что произведен он из песка, но не обычного, а кварцевого, с большим количеством в его составе кремнезема. Также стекло состоит из соды, известняка и воды. Рекомендуемые пропорции для основных компонентов: 70 % песка + 30 % соды + известь. Если необходимо создать цветной материал, важно задействовать определенный оксид металла. Какого именно, зависит от понадобившегося окраса. К примеру, чтобы стекло стало зеленым, в него нужно внести окиси хрома и меди, желто-зеленым – только окись хрома, синим – оксид кобальта и т.д. Если цель – высветлить, то подойдут такие вещества, как трехокись мышьяка или селитра. Чтобы придать стеклу дополнительные характеристики, используют также кислотные и стеклообразующие окислы, связки, поташ и т.д. Тогда продукт выходит высококачественным и отвечает даже самым изощренным требованиям потребителей.

Важные добавки, принимающие участие в стекольном производстве.

Сода кальцинированная (натрий углекислый). Бесцветная гигроскопичная порошкообразная масса, сформированная кристаллами. Растворяется в воде при нагревании, в органических растворителях не растворяется. Данный материал является важным участником в производстве разных видов стекла, в том числе, электровакуумного, оптического и медицинского, а также хрусталя, стеклоблоков, пеностекла и «жидкого» стекла.

Натриевая селитра (нитрат натрия). Твердый белый весьма гигроскопичный кристаллический материал горько-соленого вкуса (допустим серый или желтый оттенок). Хорошо растворяется в воде. В стекольном производстве натриевая селитра задействуется для ускорения варки, обесцвечивания и осветления стекла.

Сульфат натрия (натрий сернокислый). Твердая масса, образованная белыми гигроскопичными кристаллами (возможен легкий сероватый оттенок). Вкус – солено-горький. В воде растворяется легко, в спиртах растворение не происходит. Сульфат натрия является одним из главных элементов шихты в стеклоизготовлении. Выступает, в основном, осветляющей добавкой, ведь он – источник не только оксида натрия, а и оксида серы, необходимого для ускорения осветления стекломассы. Применяемое количество зависит от объема соды и может составлять 3-10 %.

Борная кислота. Твердая порошкообразная масса, состоящая из не имеющих цвета кристаллов. Растворяется в глицерине, диэтиловом эфире и этиловом спирте. В изготовлении стекла, стекло- и оптиковолокна выступает эффективным флюсом. Среди ее положительных воздействий в этом деле: минимизация температуры плавления, вязкости, коэффициента теплорасширения, увеличение прозрачности, блеска и теплового сопротивления готовой продукции, придание высокой хим. стойкости стеклу в целом.

Оксид кобальта (окись кобальта). Кристаллическая порошкообразная масса от серо-зеленого до черного цвета. В воде и прочих растворителях не растворяется, но, вместе с тем, растворяется в разведенных кислотах и медленно – в горячих щелочах. В стекольном производстве с помощью оксида кобальта окрашивают стекло в разные оттенки синего. Какой именно цвет будет получен, зависит от количества задействованного вещества: небольшие дозы дают голубое стекло, значительные – фиолетово-синее с красным оттенком. Если соединить окись кобальта с иными субстанциями, можно получить стекла всевозможных оттенков. Примечательно, что окрас с его помощью весьма стабилен и не поддается воздействию варочного режима.

Криолит. Внешне это мелкокристаллическая белая порошкообразная масса с розовым или серым оттенком. В изготовлении стекла применяются разные марки криолита, в частности, КП – для создания стекла, в целом, КАэ – для электровакуумного стекла.

Хлорид магния (магний хлористый). Вещество, сформированное бесцветными кристаллами (в массе – белого цвета). Хорошо растворяется в воде. Хлористый магний совместно с окисью магния часто служит склеивающей замазкой для стекла – магнезиальной связкой, которая отвердевает без термовоздействия.

Нитрит натрия (натрий азотистокислый). Представляет собой гигроскопичный порошок, состоящий из кристаллов. Цвет – белый или едва желтый. В воде растворяется хорошо. Активно задействуется в стекольной промышленности.

Свинцовый сурик (оксид свинца (II, IV)). Тяжелая порошкообразная масса насыщенного оранжевого цвета. Стеклопроизводство – одна из основных сфер применения данного вещества. Оно задействуется в стекловарении хрусталя, оптического стекла, а также стекла радиационностойкого и защитного.

Глет свинцовый (оксид свинца (II)). Порошкообразная масса различных оттенков желтого цвета. Применяется для создания электровакуумного стекла и электрокерамики, а также для свинцового хрусталя и хрустального стекла.

Селен. Хрупкий черный/серо-черный с блеском на изломе неметалл. В стеклопроизводстве используется для обесцвечивания стекла и создания цветных стекол. Позволяет производить их в различных цветах: от желтого до рубинового. Кроме того, в совокупности с оксидами кобальта и железа задействуется в изготовлении бронзового архитектурного стекла и затонированного для автомобилей.

Мы постарались всесторонне раскрыть такую интересную и важную тему, как «производство стекла». Не только высветлили основные технологические моменты, но и очертили сырьевую базу, необходимую для стеклоизготовления. Если вам понадобится что-то уточнить дополнительно, обращайтесь к нашим менеджерам по контактным номерам. Уверенны, мы найдем, чем вам помочь!