Основи виробництва скляних товарів
Технологічний процес виробництва скляних виробів поділяється на такі основні етапи: приготування скломаси, варіння скломаси, вироблення виробів, відпал, обробка та декорування скляних виробів.
Приготування скломаси
Приготування скломаси складається з підготовки сировинних матеріалів, складання шихти та варіння скла.
Сировинні матеріали, що застосовуються для виробництва різних видів скла, з деякою умовністю поділяють на дві групи: основні або склоутворювальні та допоміжні (освітлювачі, знебарвники, барвники, глушники, окислювачі, відновники та прискорювачі варіння).
Основні (склоутворюючі) матеріали. До склоутворювальних матеріалів відносяться кремнезем, борний ангідрит, оксид алюмінію, сульфат натрію, сода, поташ, вапняк, доломіт, свинцевий сурик і глет, вітрит і оксид цинку.
Кремнезем(§1О2) вводять до складу скла у вигляді кварцового піску. Вміст кремнезему у високосортних кварцових пісках має бути 99,0-99,8%, а кількість домішок не повинна перевищувати
ти 1-0,2%. Найпоширенішими шкідливими домішками є оксид і закис заліза, які навіть у малих кількостях надають склу небажаного жовтувато-зеленого забарвлення, що знижує світлопрозорість скла. Для прискорення процесу варіння скла використовують кварцові піски з величиною зерен від 02 до 05 мм.
Борний ангідрид(В2О3) додають у скломасу у вигляді борної кислоти (Н3ВО3) і бури (Ш2В4О?- 10Н2О). Він підвищує термічну та хімічну стійкість скла, покращує оптичні властивості скла, прискорює процес варіння.
Оксид алюмінію(А12О3) додають до складу скла у вигляді глинозему, польового шпату, пегматиту, каоліну та нефеліну. А12О3 знижуєздатність скла до кристалізації, покращує його термічні, хімічні та механічні властивості.
Сульфат натрію(Ма25О4) застосовують для введення в скло оксиду натрію (Ыа2О).
Соду(Ка2СО3) використовують із тією ж метою, як і сульфат натрію. У скляному виробництві застосовують переважно кальциновану соду.
Поташ(К2СО3) служить сировиною для введення до складу скла оксиду калію (К2О). Оксид калію підвищує блиск скла, покращує його колір та прозорість.
Вапняк(СаСО3) застосовують для введення до складу скла оксиду кальцію (СаО). Оксид кальцію прискорює процес варіння, підвищує хімічну стійкість скла та сприяє його освітленню.
Доломит(СаСОуМ§СО3) є подвійною сіллю кальцію та магнію. Оксид магнію (М§О) знижує швидкість кристалізації та значно впливає на покращення хімічних, термічних та механічних властивостей скла.
Свинцевий сурик і глетзастосовують для введення оксиду свинцю (РЬО) в кришталеве та оптичне скло.
Вітеріт(ВаСО3) використовують для введення оксиду барію (ВаО), який підвищує коефіцієнт заломлення, щільність і блиск скла.
Оксид цинку\2.пО)вводять у вигляді цинкових білил. Він підвищує коефіцієнт заломлення, збільшує хімічну стійкість скла.
Додопоміжних матеріалів відносяться освітлювачі, знебарвники, барвники, глушники, окислювачі та відновники, прискорювачі варіння.
Освітлювачі сприяють звільненню скломаси від великих та дрібних бульбашок, надають їй однорідності. Освітлювачами є сульфат натрію, триокис миш'яку та селітри.
Знебарвлення служать для зниження або видалення кольорових відтінків скла. Як знебарвлювачі застосовують триокисмиш'яку, селітру, сульфат, хлористий натрій, оксид сурми та ін.
Барвники додають у процесі варіння скла для фарбування його у певний колір. Розрізняють фарбування скла молекулярними барвниками (оксиди важких і легких металів) та колоїдно-дисперсійними барвниками (з'єднання золота, срібла, міді, селену, сурми).
Глушники застосовують для надання склу непрозорості. Це фтористі сполуки, фосфорнокислі сполуки, сполуки олова та сурми. Глушники фарбують скло у білий колір.
Окислювачі та відновники додають при варінні кольорового скла для створення окисного та відновного середовища. Ними є натрієва та калієва селітри, триокисний миш'як, вуглець, винний камінь, двохлористе олово.
Прискорювачі варіння сприяють прискоренню варіння скла: до них відносяться фтористі сполуки, борний ангідрид, алюмінієві солі.
Підготовка сировинних матеріалів включає збагачення, сушіння і подрібнення крем'янистих природних матеріалів.
Допоміжні матеріали: барвники, глушники, освітлювачі, знебарвники та інші - вводять до складу скломаси в невеликій кількості.
За спеціальним рецептом із підготовлених матеріалів складають шихту. При складанні шихти враховуються втрати
летких складових частин, що утворюються при варінні скла. Матеріали, підготовлені кожен окремо, зважують на автоматичних вагах згідно з рецептурою і потім змішувальних апаратах змішують до отримання однорідної маси.
Крім цього, до шихти додається 25-30% скляного бою (відходи даного виробництва). Склобій промивають, подрібнюють і пропускають через електромагніт. Склобій раніше за інші вихідні матеріали розплавляється в рідку масу і цим сприяєплавленню інших складових частин шихти.
Варка скла
Варіння є основною стадією технологічного процесу, від якої залежить якість скла. Під впливом високої температури шихта перетворюється на рідку скломасу з певними фізико-хімічними властивостями.
Варіння скла здійснюють у скловарених печах безперервної дії (ванних) та періодичної дії (горшкових), а також в електропечах.
Корисна ємність горщика становить більшість печей близько 300-400 кг скломаси; в одну робочу камеру печі одночасно встановлюють 8-12 горщиків. Проти кожного горщика в стінах печі є вікно, через яке завантажують шихту та вибирають скломасу.
Використання машинного виробництва зумовило перехід до ванних печей, оскільки лише безперервне варіння скла сумісна з технологічним процесом роботи цих машин.
Ванні печі є високопродуктивними печами безперервної дії ємністю до 1000 т і більше скломаси, з них безперервно одержують скло одного кольору та хімічного складу.
Електричні печі вважаються високопродуктивними. До їх переваг відносяться чистота пічної атмосфери; вищий коефіцієнт корисної дії (50-75%) порівняно з коефіцієнтом корисної дії ванної печі (20-25%); можливість отримувати дуже високі температури печі; Великий термін служби без ремонту. Скломаса в електричних печах
характеризується більшою однорідністю, і навіть вона добре освітлена. Застосування комбінованого газоелектричного обігріву печей підвищує їхню продуктивність на 50-100%.
Вироблення скло виробів
У цьому підручнику розглядаються ті способи вироблення скла, які застосовуються у виробництві побутового посудута художньо-декоративних виробів.
Основними способами вироблення скловиробів є: пресування, видування, пресовидання, лиття та відцентрове лиття.
Пресування. Спосіб формування скла пресуванням виник раніше інших способів, але досі він широко застосовується у скляній промисловості, оскільки відрізняється високою продуктивністю та економічністю. Пресування є більш простим способом вироблення виробів, ніж видування.
Методом пресування виготовляються вироби, що мають просту форму (склянки, блюдця та ін.). Цей спосіб відрізняється високою продуктивністю, тому що дозволяє застосовувати високопродуктивні автомати та напівавтомати. Процес пресування здійснюється у металевих формах, причому внутрішня поверхня їх може бути гладкою або з рельєфним малюнком. Пресування виробів проводиться в рознімних (що складаються з двох або трьох частин) та нероз'ємних формах.
Пресовані вироби від видувних можна відрізнити за низкою ознак. Основними є такі: верхній діаметр виробу більше ніж нижчележачий; на зовнішній стороні виробу є шви від прес-форми, перехід дна в стінки нерівномірний - дно має більшу товщину, ніж стінки.
Видування. Видувний спосіб вироблення може бути ручним (для виробів складних форм) та механізованим. При ручному способі використовують металеві трубки-самодувки довжиною 1200-1400 мм, які повітря подається спеціальним гумовим балоном. В даний час всі заводи, що виробляють скляний посуд, застосовують трубку системи інженерів Грінберга, Гандуша і Благообразова, яка витісняла видування легкими.
Трубка-з амодувка складається із звичайної видувальної трубки, на верхньому кінці якої одягнений гумовий балон, в тій частинітрубки, що охоплюється балоном, на довжині 40-50 мм просвердлено кілька отворів. Верхній отвір трубки закритий гумовим клапаном, який пропускає повітря лише всередину трубки. При стисканні балона повітря, що знаходиться в ньому, через отвори надходить в клапан трубки. Так як встановлений у верхнього кінця трубки клапан пропускає зовні повітря тільки в канал трубки, а в зворотній бік немає, повітря по каналу трубки спрямовується вниз для видування виробу. Розігрітий кінець трубки опускають у скломасу, що прилипає до нагрітого металу. На трубку навивають певну кількість скла, вирівнюють його на металевому столі, після чого роздмухують у невеликий пляшечку "баночку", з якої остаточно видмухують вироби в металевій роз'ємній формі.
Механізований спосіб видування за допомогою вакуумного автомата ВС-24 застосовують для тонкостінних чайних склянок, винних склянок, а видування за допомогою автомата ЛАМ-10 - при виробленні графинів та ваз для квітів.
Пресовідування. Пресовидувний спосіб формування скловиробів поєднує пресування та видування. Асортимент виробів, що виробляються пресовидувним способом, обмежений. Це графини для вина, маслянки, тарний посуд та ін.
Пресовидувний спосіб виготовлення виробів здійснюється в два прийоми: спочатку випресовують заготівлю і обробляють краю вироби, а потім задувають стисненим повітрям до заданих розмірів. Вироблення цих виробів провадиться на автоматичних машинах.
Лиття. Спосіб відцентрового лиття застосовується рідко. У форму, що швидко обертається, подається певна порція скломаси, яка рівномірно розподіляється і набуває конфігурації готового виробу.
Вироби художньо-декоративного призначення виготовляють методомлиття. Скломасу заливають у спеціальну форму, де вона охолоджується і набуває обрисів форми. Вироблені цим методом вироби можуть бути порожнистими та повнотілими.
Після того як виріб виготовлено, його направляють на відпал.
Відпалом називається процес обробки скловиробів, при якому усуваються або послаблюються внутрішні напруги, що виникають в результаті нерівномірного остигання внутрішніх та зовнішніх шарів виробу. Відпал проводиться в спеціальних печах як періодичної (опічки), так і безперервної дії (ліри).
Процес відпалу полягає в тому, що виріб нагрівають або охолоджують до температури 530-580 ° С і витримують при цій температурі зазвичай 7-15 хв. Протягом цього часу напруги у різних шарах стінок поступово вирівнюються. Після цього виріб повільно охолоджують. Від якості відпалу залежить термічна стійкість виробу. Погано відпалені вироби вже в дорозі або в процесі зберігання тріщинами покриваються або іноді просто руйнуються.