|
|
Процесс перехода порошкообразной
шихты при нагревании в стекломассу сопровождается сложными физико-
химическими превращениями и проходит в несколько стадий. Важнейшие из них;
силикатообразование, стек- лообразование, дегазация (осветление),
гомогенизация и студка стекломассы. На первой стадии — силикатооб- разования
— при нагреве шихты до 800—900 °С происходит испарение влаги шихты,
диссоциация углекислых и сернокислых солей кальция, магния и натрия с
выделением газообразных продуктов (С02, S02 и Н20), взаимодействие между
компонентами шихты с образованием силикатов, при этом появляется жидкая фаза
за счет плавления соды и эвтектических смесей, и шихта превращается в
спекшуюся массу.
На второй стадии — стеклообразования — при повышении
температуры до 1150—1200 °С завершаются реакции силикатообразования,
образуется неоднородная по составу, пронизанная большим количеством газовых
пузырьков стекломасса, а не прореагировавшие зерна кварца, количество которых
достигает 25 %, и другие компоненты растворяются в силикатном расплаве.
Процесс стеклообразования протекает в 8—9 раз медленнее, чем силикатообразование.
На третьей стадии — дегазации — при повышении температуры
до 1400—1500°С за счет снижения вязкости стекломассы до 10 Па-с происходит ее
дегазация и осветление, при этом устанавливается равновесие между
растворенными газами и стекломассой, а мельчайшие газовые пузырьки перестают
быть видимыми. Эта стадия наиболее продолжительна по времени, так как газы из
стекломассы удаляются медленно.
На четвертой стадии — гомогенизации — происходит
усреднение состава стекломассы за счет интенсивного перемешивания
поднимающимися к поверхности пузырьками воздуха, что необходимо для выработки
стек- лоизделий. Процесс гомогенизации происходит параллельно с дегазацией,
но по времени несколько дольше.
На последнем этапе варки стекла — студке стекломассы —
происходит равномерное снижение ее температуры на 200—300 °С. Этот этап
является подготовительной операцией к выработке стекломассы. При выработке
стекла вязкость стекломассы должна быть не менее 100 Па-с, что соответствует
температуре 1150—1200 °С.
Для варки стекла применяют печи периодического действия
(горшковые и ванные малой емкости) и непрерывного действия (ванные печи с
большой производительностью). В печах периодического действия все стадии
стекловарения протекают в одном и том же рабочем объеме последовательно одна
за другой (в различное время), а в ванных печах непрерывного действия все
процессы стекловарения происходят одновременно, причем каждому из них
соответствует определенная часть рабочего объема печи.
В стекольной промышленности широко применяют ванные печи
различных конструкций и размеров ( 6.3), зависящих от состава стекла, способа
выработки, производительности и др. По способу передачи теплоты стекломассе
различают ванные печи пламенные с различным направлением пламени,
электрические и пламен- но-электрические, в которых сочетается верхний
пламенный нагрев с глубинным электропрогревом стекломассы. Применение
электропечей для варки стекла основано на свойстве стекломассы при высоких
температурах (свыше 1000—1100 °С) проводить электрический ток с выделением
тепла.
Ванные печи непрерывного действия применяют для варки и
выработки листового, сортового, тарного, посудного и другого стекла. Они
оборудованы механическими загрузчиками и системами автоматического контроля и
регулирования. Особенностями варки стекла в ванных печах непрерывного
действия являются постоянное перемещение шихты и стекломассы от загрузочной
части к выработочной, а также варка стекломассы в поверхностных слоях.
Бассейны ванных печей могут быть разнообразными по
конструкции, но в любом бассейне имеются зоны загрузки, варки стекла,
осветления, студки и выработки, в которых поддерживается определенный температурный
режим ( 6.4). Максимальную температуру (1450— 1500°С) стекломасса имеет в
начале зоны осветления, расположенной в средней части варочного бассейна. Регулирование
режима варки стекла облегчается при разделении бассейна печи сплошными или
решетчатыми перегородками (экранами), заградительными лодками и др.,
преграждающими путь непроваренной стекломассе.
Для поддержания постоянного уровня стекломассы в бассейне
в целях обеспечения надлежащего режима питания выработочных машин и
предотвращения преждевременного разрушения огнеупорного материала бассейна
загрузка шихты в ванную печь осуществляется непрерывным способом. После варки
и осветления стекломасса поступает в студочную часть и далее в выработоч- ные
каналы, ведущие к подмашинным камерам. Передвижение стекломассы в бассейнах
происходит в связи с непрерывной выработкой стекла, различными плотностями
проваренной и непроваренной стекломассы, разницей температуры по длине и
ширине бассейна, приводящей к возникновению конвекционных потоков.
Для варки листовых стекол применяют, как правило,
регенеративные печи непрерывного действия большой производительности (до 250
т стекломассы в сутки) с поперечным направлением пламени, с разделением между
варочной и выработочной частями заградительными лодками. В электрических и
пламенно-электрических печах варка стекла осуществляется также в несколько
стадий (как в пламенных печах), но все процессы протекают последовательно в
вертикальном направлении, и в результате сильных конвекционных потоков
процесс варки протекает более интенсивно. Коэффициент полезного действия
электрических печей в 3—5 раз выше, чем пламенных, вследствие лучшего
использования тепла и уменьшения тепловых потерь, удельный съем стекломассы
высок — 1200—3000 кг/м2 сут.
|