Процеси, що протікають при варінні скла, Виробництво скла
Технологічні фактори, що впливають на швидкість варіння скла
Варіння скла - найбільш складний і відповідальний етап у виробництві скла. Від її успішного проведення багато в чому залежить продуктивність заводу в цілому і якість виробів, що випускаються. Скло варять в окисному, відновлювальному або нейтральному газовому середовищі. Окисне середовище характеризується надмірною кількістю кисню в печі; відновна - надлишком окису вуглецю; при нейтральному середовищі немає надлишку ні кисню, ні вуглецю.
У процесі варіння окремі компоненти шихти зазнають таких змін.
Кварцовий пісок, нагріваючись, плавиться при 1710 ° С, втрачаючи при цьому свою кристалічну будову. Кальцинована сода Na2CO3 плавиться при 852°.
Поташ K2CO3 плавиться при 897 ° С. Сульфат натрію Na2SO4 розкладається при 1200-1220 ° С, у відновному середовищі - при 530-590 ° С. Крейда і вапняк CaCO3 розкладаються при 915 ° С.
Вуглекислий магній MgCO3 починає розкладатися при 620°.
Доломіт CaCO3·MgCO3 розкладається при температурі близько 700° С. Натрієва NaNO3 і калієва KNO3 селітри при розкладанні спочатку утворюють солі азотистої кислоти, при цьому втрачають кисень, надалі з підвищенням температури розкладаються з виділенням азоту та кисню.
При нагріванні та плавленні шихти переважають реакції взаємодії між її компонентами з утворенням все більш складних силікатів, причому спочатку вступають у реакції більш легкоплавкі складові (лужні та лужноземельні продукти), потім тугоплавкі компоненти (пісок, глинозем).
Утворення скломаси супроводжується безліччю реакцій. Це з тим, що шихти складаються зазвичай із 6—10 компонентів і вони неодноразово вступають у взаємодії.
При нагріванні двокомпонентної шихти (SiO2 + Na2CO3) реакція між кремнеземом та вуглекислим натрієм починається при температурі 720° З і посилюється з підвищенням температури. Утворюється силікат натрію.
У суміші SiO2 + Na2SO4 реакція починається при 1120 ° С, частково протікає при 1300 ° С, інтенсивно при 1400 ° С.
Присутність відновників (вугілля) значно прискорює розкладання Na2SO4 та його взаємодію з SiO2, тому при варінні скла, що містять сульфат, вводиться деяка кількість відновників.
Суміш SiO2 + CaCO3 починає взаємодіяти при 800 ° С, енергійно протікають реакції при 1100-1250 ° С і закінчуються при 1400 ° С.
При варінні скла, в шихтах яких міститься сульфат натрію, іноді частина сульфату не встигає розкластися і спливає на поверхню скломаси у вигляді лугу, що порушує перебіг процесів скловаріння. Це зазвичай відбувається з тієї причини, що відновник передчасно вигоряє при нагріванні шихти і виявляється недостатньо для повного розкладання сульфату натрію.
При нагріванні чотирикомпонентної шихти SiO2 + CaCO3 + MgCO3 + Na2CO3 реакції мають складніший характер. Це викликається додатковою групою реакцій, пов'язаних з розкладанням MgCO3 та його взаємодією з іншими компонентами, зокрема з утворенням подвійної сполуки MgNa2(CO3)2. Після цієї реакції у взаємодію з SiO2 вступають подвійні карбонати: кальцієвий при 600-830 ° С і магнієвий при 340-620 ° С, які утворюють силікати натрію, кальцію та магнію. Такі самі силікати утворюються при більш високих температурах в результаті прямої взаємодії SiO2 з вуглекислими солями кальцію, натрію та магнію. Поряд з цими реакціями відбувається термічне розкладання карбонатів магнію та кальцію та утворення оксидів СаО таMgO, які вступають у взаємодію із SiO2.
Реакції розкладання карбонатів, силікатоутворення та плавлення у чотирикомпонентній шихті починаються раніше, йдуть більш енергійно та закінчуються при нижчих температурах. Тому збільшення кількості рівнозначних компонентів, зазвичай, призводить до зниження плавності стекол.
Варку скла, або скловаріння, умовно поділяють на п'ять стадій: силікатоутворення, склоутворення, освітлення, гомогенізацію та студку. Умовно тому, що всі ці стадії взаємопов'язані: протікають одночасно в одній ванні-басейні скловарної печі.