Варка. Способы обработки. Материалы и инструменты. Декоративное покрытие. Гравёрные работы

Мельников Илья

Серия: Художественная обработка стекла [1]
Закладки
Размер шрифта
A   A+   A++
Cкачать
Читать
Варка. Способы обработки. Материалы и инструменты. Декоративное покрытие. Гравёрные работы (Мельников Илья)

Варка. Способы обработки. Материалы и инструменты. Декоративное покрытие. Граверные работы

Варка стекла

Физико-химические основы стекловарения

Варка стекла является основным технологическим процессом при производстве стеклянных изделий. Стекловарение – сложный физико-химический процесс, который протекает при изменяющихся высоких температурах в шихте и движущейся среде (стекломассе) переменного и сложного состава и зависит от состава стекла, условий теплообмена, вида топлива, характера движения стекломассы и газов.

Процесс получения готовой к выработке стекломассы обычно делят на пять стадий: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизации и охлаждение стекломассы.

Силикатообразование. Первая стадия – силикатообразование – характеризуется тем, что к ее концу в шихте нет отдельных компонентов, большинство газообразных компонентов, образующихся в процессе разложения и взаимодействия составляющих, улетучилось, а реакции между отдельными компонентами шихты в твердом состоянии заканчиваются. Шихта превращается в спекшуюся массу, сырьевые материалы, находящиеся в шихте, претерпевают ряд изменений: влага испаряется; гидраты, соли, перекиси разлагаются и теряют летучие формы: кремнезем подвергается полиморфным превращениям. В итоге шихта превращается в спекшуюся массу, состоящую из силикатов и кремнезема. Для обычных натрий-кальций-силикатных стекол этот этап завершается при температуре 900-1150 градусов С.

Стеклообразование. Эта стадия характеризуется тем, что к ее окончанию стекломасса становится прозрачной, т.е. в ней отсутствуют непроваренные частицы шихты, но она еще пронизана большим количеством пузырей и свилей, т.е. она продолжает оставаться химически неоднородной. Для сортовых и тарных стекол эта стадия завершается при температуре 1150-1250 градусов С. Скорость протекания процесса стеклообразования в 8-9 раз выше скорости силикатообразования. К концу стеклообразования в основном протекают все химические реакции: разложение гидратов, карбонатов, сульфатов; взаимодействие компонентов шихты с образованием силикатов.

Осветление. Как уже было сказано, к концу стеклообразования расплав продолжает оставаться пронизанным большим количеством неоднородностей – свилей и пузырей, хотя нерастворенных частичек шихты уже нет. Для ликвидации остаточных включений свилей и пузырей служат третья и четвертая стадии стекловарения: осветление о гомогенизация.

Механизм осветления стекломассы заключается в создании равновесных условий между газами, растворенными в стекломассе, и газами, заключенными в пузырьках, при определенных условиях атмосферы печи; это происходит следующим образом: большие пузыри поднимаются к поверхности, лопаются и переходят в атмосферу печи, а маленькие пузыри растворяются в расплаве.

Для сортовых и тарных стекол осветление завершается при температуре 1450-1550 градусов С.

Гомогенизация – это следующий этап, цель которого освобождение стекломассы от свилей и создание полной ее однородности. Процесс гомогенизации в некоторой степени содействует процесс осветления. Для этого стекломассу длительное время выдерживают при высоких температурах или перемешивают. На гомогенизацию, так же как и на процесс осветления, влияет главным образом температура; гомогенизация протекает одновременно с осветлением при тех же температурах.

Охлаждение стекломассы – это последняя стадия стекловарения. Перед заключительной стадией температура стекломассы лостигает наивысшего значения – около 1500 градусов С, а вязкость – наименьшего значения. Для подготовки стекла к выработке необходимо понизить ее температуру и довести значения вязкости до рабочего состояния; для этого температуру стекломассы снижают примерно на 200-300 градусов.

Следует иметь в виду, что при нарушении режимов охлаждения стекломассы может измениться равновесие между жидкой и газовой фазами, что может в свою очередь привести к возникновению газообразных включений в стекле, так называемых повторных пузырей и мошки (мельчайших пузырей). Это – пороки стекла, избавиться от которых чрезвычайно трудно.

Варка стекла в горшковых печах

Горшковые печи применяют в производстве изделий сортовой посуды из окрашенных стекол. Для производства сортовых изделий высокого качества из цветного и свинецсодержащего стекла применяют многогоршковые регенеративные печи с нижним приводом пламени. При варке в горшке на стекломассу легко воздействовать путем перемешивания, бурления и установления необходимого режима. К стекловаренным горшкам предъявляются высокие требования, так как от их качества во многом зависит качество стекломассы. Наиболее часто встречаемый брак при варке в горшковых печах – это шамотный камень, продукт разрушения стенки горшка. Стекловаренные горшки изготовляют из шамотной массы путем трамбовки. К стекловаренным горшкам предъявляют высокие требования, так как от их качества во многом зависит качество стекломассы. Размеры горшков бывают различными. Наибольшее распространение получили горшки на 250-300 л (оптическое стекло) и на 150-160 л (сортовое стекло). Полезная емкость горшка намного меньше геометрической вследствие потерь стекла при бурлении, недостаточного заполнения горшка и остатка стекла после выработки; обычно используется 70-80% сваренного стекла.

Горшковые печи с нижним подводом пламени, предназначенные для варки цветных и хрустальных стекол, обычно имеют до 16 горшков полезной вместимостью 300-500 кг каждый. Стекловаренные горшки устанавливают по периметру печи у боковых стен. Шихта в стекловаренном горшке получает тепло главным образом за счет излучения от свода печи: чем ниже свод, тем интенсивнее прогрев горшка и находящейся в нем шихты. Шихту загружают только в горячие горшки, имеющие на дне подушку из расплавленного стекла толщиной до 10 см.

При варке в горшковых печах все процессы – силикатообразование, стеклообразование, осветление и охлаждение – чередуются. Варку стекла в горшковых печах принято условно делить на четыре стадии: разогрев печи, наварка стекла, осветление и студка до температуры выработки. Примерный график варки натрий-кальций-силикатного стекла для производства сортовой посуды и художественных изделий приведен на риcунке.

Варка стекла в ванных печах

Процесс варки стекла в ванных печах аналогичен процессу варки в горшковых печах. В ванных печах непрерывного действия засыпка шихты, варка стекла и выработка стеклоизделий происходят одновременно. Ванная стекловаренная печь представляет собой сложный теплотенический агрегат. Варка стекла в ванных печах непрерывного действия протекает в иных условиях, чем варка в горшках: силикато– и стеклообразование, осветление и студка в них осуществляется одновременно и непрерывно на соответствующих участках по длине печи. Течение этих процессов осуществляется в условиях непрерывного смещения поверхностных слоев расплава. Главной причиной движения стекломассы в ванной печи является разность уровней, которая возникает в условиях отбора стекломассы на выработочном конце печи. Следовательно, в ванной печи постоянно существует выработочный поток, который питается за счет свежих порций шихты, превращающихся в стекломассу. Непрерывность процесса варки позволяет обеспечивать в ванных печах постоянство технологических режимов и уровня стекломассы.

Варка окрашенных и глушеных стекол. Обесцвечивание стекла

В производстве полых стеклоизделий большое значение имеют окрашивание, глушение и обесцвечивание стекла. В производстве сортовой посуды цвет имеет декоративное значение. Глушение и обесцвечивание стекла можно считать разновидностями окрашиванияю. Окрашивание, глушение и обесцвечивание производятся при стекловарении в результате ввода в шихту различных красителей, глушителей, обесцвечивателей.

Copyrights and trademarks for the book, and other promotional materials are the property of their respective owners. Use of these materials are allowed under the fair use clause of the Copyright Law.