Каждый из нас ежедневно имеет дело со стеклянными изделиями. Но мало кто интересовался тем, из чего они состоят. А процесс создания данного материала очень увлекателен и интересен. Область использования его очень велика.

Компоненты для варки стекла

Основным компонентом, из которого получают стекло, является кварцевый песок. И чтобы из данного непрозрачного сыпучего материала получился чистый монолит, его нагревают до очень большой температуры в печах непрерывной работы.

Варка стекла является самым сложным и ответственным процессом. На этом этапе песчинки начинают сплавляться между собой. В связи с тем, что остывание стеклянной массы происходит довольно быстро, то они не успевают возвратиться в свое изначальное состояние.

Помимо этого, в состав стекла еще входят следующие ингредиенты:

• вода;


• известняк;


• сода.

А для получения цветного изделия, в расплавленную стеклянную массу добавляют оксиды различных металлов.

Процессы варки стекла

Варка стекла состоит из следующих процессов:

1. Тщательное перемешивание всех ингредиентов, которые вымерены при помощи точных весов.


2. Отправление полученной массы в печь, где происходит их нагрев до температуры в 1600°С. Во время данного процесса, расплавляются самые тугоплавкие компоненты.


3. Формирование однородной массы (гомогенизация). Тут удаляются все пузырьки газа. Получается однородный расплав.


4. «Купание» стеклянной массы в расплавленном олове. Его температура достигает 1000°С. Благодаря тому, что олово имеет меньшую плотность, стекло не перемешивается с ним, оставаясь на поверхности. Оно так быстрее остывает и становится идеально гладким.


5. Варка стекла завершается охлаждением стекломассы. После «оловянной ванны» температура его снижается до 600°С, но для затвердевания это еще очень много. Поэтому стеклянное изделие охлаждают еще раз, помещая на вращающиеся ролики. Остается оно там до температуры в 250 градусов. Для того, чтобы стекло не треснуло, процесс его охлаждения должен происходить медленно.


6. Фиксация формы стеклянного изделия осуществляется при помощи быстрого охлаждения.

В связи с тем, что стекло имеет маленькую теплопроводность, возникают большие перепады температуры. Это приводит к напряжению внутри самого стеклянного изделия. В связи с этим, после формирования обязательным процессом идет отжиг. Данный процесс основывается на охлаждении полученного изделия по специальному режиму. Это быстро до момента затвердевания. Медленное, когда стекло начинает переходить из пластичного состояния в хрупкое. И затем опять быстрое охлаждение, до достижения уже нормальной температуры.

Отжиг можно осуществлять сразу после формирования изделия либо после повторного нагревания (до температуры размягчения стеклянной массы).

Толщина материала напрямую связана с количеством расходного вещества, которое попадает в ванную. Чем его меньше, тем тоньше получается стекло.

После обрезки полученного листа стекла до необходимых размеров, остатки помещаются обратно в печь. Таким образом, данный процесс является безотходным производством.

Печи для варки стекла

Для варки стекла используются печи с периодическим действием горшкового и ванного типа с не большой емкостью. Принцип их действия непрерывный. Периодическая печь для варки стекла имеет последовательные процессы. Они протекают один за другим через определенный промежуток времени. Печь для варки стекла с непрерывным принципом работы и основанная на ванном типе, включает в себя одновременные процессы, каждый из которых сопровождается определенным объемом работы.

Конфигурации и размеры ванн печей для варки стекла

В стеклянной промышленности очень часто применяются ванные печи для варки стекла различной конфигурации и размеров.

Все эти параметры напрямую связаны со следующими особенностями:

• составом стекла;


• способом его выработки;


• производительностью и многим другим.

В зависимости от вида передаваемого тепла, печи для варки стекла могут быть пламенными, с разным направлением самого пламени, электрическими и пламенно-электрическими. Последний тип основан на верхнем пламенном и глубоком электрическом прогреве стекла.

Принцип варки стекла в печах

Принцип варки в электрической печи основывается на самих особенностях стекломассы, которые проявляются при сильно высокой температуре, более 1100°С. В результате выделения тепла стекло может проводить ток.

Печи ванного типа с постоянной работой используют для варки и производства: листового, тарного, сортового, посудного и других типов стекла. В таких установках присутствует механическая загрузка и автоматическая проверка, с регулированием самого процесса.

Особенностью данных устройств является непрерывное движение стекломассы и самой шихты от загрузочного блока к выработочному. В таких печах варка стекла происходит в верхних слоях.

Бассейн печи может иметь произвольное построение, но обязательно должен быть обустроен стандартными зонами, такими как: загрузка, варка, осветление, охлаждение и выработка. Обладают такие конструкции и стандартными тепловыми режимами.

Температуры стекла в таких печах (в самом начале зоны осветления) составляет порядка 1450 – 1500 градусов. Благодаря специальному разграничению бассейна цельными либо же решетчатыми перегородками, существенно улучшается регулировка режима варки стекла. Такие заградительные конструкции способствуют преграждению пути плохо проваренной массы.

Для того, чтобы уровень стекла в бассейне был на постоянном уровне, загрузка выполняется в постоянном режиме. Это позволяет:

• обеспечить надлежащий уровень питания;


• предотвратить своевременный износ огнеупорной конструкции самого бассейна.

Для изготовления листового стекла используются регенеративные печи с постоянной работой и большой производительностью. Они способны вырабатывать до 250 тонн стекла за один день.

В электрических и пламенно-электрических печах варочный процесс основывается на нескольких этапах (аналогично пламенным установкам). Но в данном случае они осуществляются подряд друг за другом в вертикальном направлении. Благодаря мощным конвекционным потокам, процесс варки стекла проходит быстрее.

Стоит помнить, что КПД электрических установок в несколько раз (от 3 до 5) больше, по сравнению с пламенными печами. Тепловые потери тут меньше.

Печи для варки стекла на выставке

Крупнейшая выставка стеклянной промышленности, которая пройдёт в ЦВК «Экспоцентр» каждый год позволяет производителям данной сферы проявить себя. В павильонах демонстрируется продукция от разных стран мира.

Здесь можно заключить очень выгодные контракты сотрудничества с одной из сотни иностранных компаний-производителей стекла. А может даже и с несколькими.

Представленное оборудование отвечает всем международным нормам и стандартам. Оно способно усовершенствовать и ускорить производство. Это позволит сэкономить существенные материальные затраты и привести к росту качества продукции, что не останется не замеченным клиентами.

Требуемая производительность печи достигается соблюдением установленных технол. и теплового режимов и необх-мым текущим обслуживанием печи.

Стекловар. печи явл. сложными теплотехнич. агрегатами, состоящими из узлов с разными режимами работы. Осн. частью печи явл. раб. камера и поэтому режим работы всех остальных узлов подчиняется режиму работы раб. камеры.

Каждая печь имеет свой тепловой и технологич. режимы, кот. зависят от типа печи, ее размеров и производительности, состава стекла и шихты, от вида источника тепла, а для пламенных печей от вида топлива и др.

Основными видами стекловаренных печей в настоящее время являются горшковые, в которых процессы стекловарения протекают последовательно во времени в одной и той же емкости, и ванные печи непрерывного действия, в которых процессы варки происходят в отдельных частях печи. Наибольшее применение в производстве стекла находят ванные печи непрерывного действия как более производительные, экономичные и механизированные. Горшковые печи применяются при варке оптического, технического и других специальных видов стекла в небольших количествах.

Работа печей разного типа хар-ся производ-ю, кпд и расходом тепла на варку стекла. КПД печей, %: горшковые – 6-8; ванные периодические – 15; непрерывные ванные – 17-28; электрические – 60.

Производительность современных печей достигает 400 т ст. в сутки и более. Эл-кие печи – 80 т/сут.

Наиболее эффективны по доле полезно затраченного тепла на варку ст. электрические печи. Но их распространение сдерживается высокой стоимостью электроэнергии по сравнению со стоимостью природного газа и др. топлива.

Самыми неэкономичными явл. горшковые печи.

Работа печи хар-ся режимом, кот. зав. от расхода тепла, давления и состава газов. В зав-ти от Т по отдельным зонам печи устанавливают расход топлива. Ур-нь Т определяют разностью приход-расход тепла: чем >эта разность, тем выше Т печи.

1. Стекловаренные печи: назначение, общая классификация, показатели эффективности работы.

Процесс получения из шихты годной к выработке стекломассы происх-ит в стекловар. печах, обеспеч. необх. температурные условия и тепловые потоки к материалам.

Печи делятся: 1) Стекловаренная; 2)Отжигательная и 3) Специального назначения (Печи закалки, вспенивания).

Стекловар. печь – осн. теплотехнич. агрегат в технологии стекла. Сущ. много конструкций и типов печей, кот. имеют общ. признаки.

Стекловар. печи по назначению дел. на: печи для пр-ва тарного, листового, сортового стекол.

По принципу действия: 1) Периодического действия – все стадии стекловарения: силикатаобразования, стеклообразования, осветления, гомогенизация, студка – протекают в одном объеме печи, но в разные промежутки времени. Периодические бывают: ванные, горшковые. 2) Непрерывного действия – все стадии стекловарения происх. одновременно, но в разных объемах печи (ванные печи).

По типу топлива, кот. исп-ся для обогрева печи: 1) Печи на жидком топливе; 2) На газообразном; 3)Электрич. печи.

По способу подачи топлива: 1) С поперечным направление пламени; 2) С подковообразным; 3) С продольным направлением пламени.

По способу исп-ния тепла отходящих газов: 1) Регенеративные (теплообменник периодич. дейсвия); 2) Рекуперативные (теплообменник непрерывного действия – труба в тубе); 3) Печи прямого нагрева (тепло никак не исп-ся).

По конструкции: 1) Проточные; 2) С общим бассейном и т.д.

По производительности: 1) Печи малой мощности (производительность до 15 т в сутки); 2) Средней мощности (15-100); 3) Большой мощности (больше 100).

Теловой баланс:

Приходные статьи: хим. и физ. теплота топлива, физ. теплота воздуха, идущего на горение.

Расходные статьи: 1) Затраты тепла на стекловарение (полезно затраченное тепло); 2)Потери тепла в окр. среду через кладку печи; 3) С выбивающимися дымовыми газами; 4)Излучение через открытое отверстие печи; 5) С отходящими дымовыми газами.

Показатели эф-сти работы печи:

1)ТКПД – тепловой КПД. Расчет: 1 способ – по хим. теплоте топлива (μ = Q стекловар./Q топлива); 2 способ – по фактически затраченному теплу (μ = Q

стекловар./Q факт.).

2)Удельный расход тепла – опр-ся как отношение фактически подведенного тепла к производительности. (Q уд. = Q факт./P, кДж/кг)

Самый большой ТКПД у электрич. печей (до 75%) (нет потерь с отходящими газами)

Горшковые печи: типы, назначение, устройство и конструктивные особенности.

ГП преимущественно исп-ся для варки спец. стекол (технич., оптич., цветн. стекла). В таких печах готовиться небольшое кол-во стекломассы и => возник. возм-сть тщательно их подготовить.

ГП дел-ся: 1)С верхними; 2) С нижними; 3) Комбинир. способ. подвода топлива.

ГП - печи период. действия. В раб. камеру устан. от 1 до 16 горшков. Варка в горшках.

Многогоршковые печи – 10-16 горшков; для варки цветн. стеклол.

1;2-ух ГП - для варки оптич. и технич. стекол.

ГП с верхним подводом пламени – для варки стекол (высокотемпературной)с непродолжительной выработкой (тугоплавкие стекла).

ГП с нижним подводом пламени – для легкоплавких стекол, кот. требуют продолжит. режимов выработки (оптич. и сортов. стекла).

ГП с комбинир. подводом пламени – для варки тугоплавких стекол, кот. требуют длительной выдержки (при варке работает верхн. печь, а при выработке – нижняя печь).

Конструкции ГП:

раб. камера печи,

свод печи

стекловар. горшок

1. кадиевая горелка

   воздушн. регенератор

   канал для отбора дым. газов

   колодец для сбора стекломассы

9,10- металлич. обвязка

11- дополнит. каналы для отбора дым. газов

Раб. камера ГП по форме м.б.: круглой, прямоуг. или овальной.

Нижн. часть раб. камеры – окружка. В окружке напротив горшков есть окна для вставки или вынятия горшков. Эти окна м.б. заложены кирпичом или закрыты заслонками. В заслонке есть окна для обслуж. горшков – загрузка шихты, выраб. стекломассы. Между окнами есть стенки и наз. простенками. Свод м. опираться на простенки или выполняться подвесным, как в ванной печи. Место, где устан-ся горшки печи наз. стойлом. Стены раб. камеры выпол-ся с небольшим наклоном во внутрь, что позвол. обеспеч. равномер. прогрев горшка. Под печи выпол-ся из шамотных огнеупоров или дел-ся из глиняно-песчаных масс. Окружка дел-ся из шамот. огнеупоров., а верхн. часть раб. камеры и свод из динаса. Регенераторы вып-ют из шамотн. огнеупоров, т.к. высокая темп-ра достиг-ся только при варке стекла. Обвязка – для компенсации напряжений, кот. возник. в кладке при тепловом расшир-нии огнеупоров и для поддерж. всей конструкции. Нижн. обвязка монтируется в кладку печи, а вверху стягивается металлич. связями 10.

Шквара – стекломасса, кот. стекает в колодцы.

Кадиевая горелка – для подачи газо-возд. смеси в раб. камеру печи; для отбора из печи дым. газов; для сбора шквара.

Реализован нижний подвод пламени.

Недостаток: 1) Пламя бьет вверх, => сокращ-ся срок службы печи, за счет жестких условий работы свода и сокр-ся срок службы горшков; 2) Неравномер. прогрев по сечению горшка.

Преимущество: 1) Равномер. прогрев горшка по высоте; 2) Для кажд. горшка м. создать свой опр-ый темп-ный режим.

Двухгоршковая прямоуг. регенератив. печь

В такой печи, чтоб обеспечить равномерный обогрев раб. камеры печи, ширина лета горелок д. соотв-вать ширине раб. камеры печи; пламя не д.б. направлено не на горелки, не на свод печи, тогда обеспеч-ся надежная работа печи.

Раб. камера – прямоугольник (1). 2 – регенераторы.

Недостаток: 1) неравномер. прогрев горшков по высоте.

Холодный под таких печей может приводить к кристаллизации (замерзанию) стекломассы.

Недостаток решается: под печи делают массивным.

Большинство современн. ГП – рекуперативные.

Рекуперативная ГП :

Эта конструкция позвол. делать дно не массивным, а теплым и => застывание стекломассы т.о. можно предупредить!

Рекуператив. ГП по технико-экон. показателям превосходит регенеративные ГП. Они хорошо регулируются, => примен. для варки высокач. стекол.

Щелевая горелка:

Она расположена в поде печи.

Для обогрева ГП применяют газ или жид. топливо (мазут). Для сжигания мазута исп-ся капельники, т.е. мазут капают на горячую кладку и далее пары поступают в горелку.

Особенности конструкции: 1) Для регенератив. печей на 1 м2 пода печи д. приходиться ~15-20 м2 пов-ти насадки регенератора; 2) Для рекуперативн. печей уд. пов-ть насадки д.б. 15-20 м2 пов-ти нагрева на 1м3 объема печи.

Процессы варки стекла в горшковых стекловаренных печах. Технико-экономические показатели и эксплуатация горшковых печей. Стекловаренные горшки.

В горшковых печах м. исп-ть круглые и овальные горшки. Лучше исп-ть овальные, т.к. лучше исп-ся площадь пода.

Если исп-ть круглые горшки, то большая часть их пов-сти обращена наружу – к окружке, что ухудшает теплообмен.

Горшки бывают низкие и высокие. Высокие применяются, если стекломасса обладает хорошей теплопрозрачностью. Низкие и широкие – если теплопрозрачность не высокая.

В ГП выделяют температурные режимы работы: нагрев, варка стекла, студка, выработка.

Температурный график работы печи:

В ГП загрузку шихты ведут в печи разогретой до высоких тем-тур. Загрузка шихты и боя осущ. порциями. Шихту загружают на стеклобой. Загрузка осущ. так, чтоб шихта не касалась стенок горшка, т.к. она очень активна. После провара одной порции шихты (оплавления) загружают след. порцию. Итак наваривают стекломассу, пока горшок не будет полным. Затем идет осветление и гомогенизация. Для гомоген-ции исп-ся мешалки. Далее студка (III). Выработка (IV). Вырабатывается только 60-70 % стекломассы.

Первую варку в новом горшке ведут только на стеклобое (у ГП), => повыш-ся срок службы горшков. Если печь многогоршковая, а срок службы горшка ограничен (4 месяца), горшки приходится менять на работающей печи. Для этого горшок нагревают в печах до 900 градусов, а саму печь пристуживают до 1100 градусов и уже горячий горшок ставят в печь.

Горшки изгот-ют из шамотных огнеупоров методов набивки в металл. или гипсовые формы. Бывают кварцевые и др. горшки.

Технико-экон. пок-ли ГП

КПД < 5%, ГП применяются при пр-ве сортового, оптич. стекла, уд. расход тепла – 30 000-75 000 кДж/кг, производительность – 800-1300 кг/за цикл работы печи.

Преимущества ГП: 1) Высокое кач-во подготавливаемой стекломассы; 2) Можно часто менять состав или цвет стекла.

Недостатки: 1) Высокий уд. расход тепла на варку стекла; 2) Низкая производительность.

Ванные печи периодического действия: назначение, конструктивные особенности, принцип действия.

Такие печи исп-ся для варки стекломассы высокого кач-ва небольших объемов.

В отличие от ГП, в ВП варка стекломассы осущ-ся в нижней части раб. камеры печи – бассейне. Т.к. стены бассейна снаружи охлаждаются воздухом, то срок службы бассейна по срав-нию с ГП будет больше. Глубина бассейна опр-ся составом вырабатываемого стекла и может находиться в пределах 700-300 м.

Режим работы ВП анлогичен ГП, т.е. есть те же темп-ные режимы (нагрев, варка стекла, студка, выработка) и один цикл работы печи.

свод печи

пламенное пространство

выработочное окно

1. канал для слива стекломассы

   канал для отбора дым. газов

2. рекуператор

   стены пламенного пространства

Как и в ГП стекломасса полностью не вырабатывается (только 60-70%). Для смены ассортимента в конструкция таких печей предусм. систему слива стекломассы. Если надо слить стеломассу, то канал разогревают и она выливается.

Хар-ки печи: производительность – 480-3500 кг стекломассы в сутки, уд. расход тепла на варку – 11000-27000 кДж/кг.

Шихту в ВП загружают шуфлей.

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к способам варки стекла.

Известен способ варки стекла в ванных стекловаренных печах (Авторское свидетельство СССР №755757, кл. C03B 5/00) путем загрузки шихты в стекловаренную печь и прохождения в бассейне печи на поверхности слоя расплавленной стекломассы всех этапов стекловарения (силикатообразования и стеклообразования, осветления и гомогенизации, студки) при соотношении объемов вырабатываемой стекломассы к расплавленной стекломассе 1:(4÷5).

Недостатками этого способа варки стекла являются:

Высокие энергозатраты на поддержание необходимой температуры не участвующего в выработке расплава, расположенного под проваривающейся шихтой,

Наличие мощных конвекционных потоков стекломассы, приводящих к переносу значительных количеств теплоты из варочной части печи в студочную,

Большая длительность процессов стеклообразования, гомогенизации и осветления расплава,

Значительные габариты стекловаренных печей, необходимые для реализации этого метода,

Проведение процессов варки стекла при высоких температурах, в ряде случаев превышающих предельные температуры службы современных огнеупорных материалов,

Недостатками данного устройства для варки стекла являются:

Наличие в бассейне печи избыточного количества стекломассы не участвующего в выработочном потоке;

Конвекционные потоки стекломассы, образующиеся в бассейне печи и переносящие существенную долю тепла из зоны гомогенизации и осветления в зону студки, что приводит к потерям и дополнительным расходам тепла;

Интенсивный износ огнеупоров вследствие воздействия высокой температуры газового факела.

Известен способ варки стекла (Авторское свидетельство СССР №481551, кл. C03B 5/00) путем организации на наклонном лотке плавления шихты, стеклообразования, перегрева стекломассы в прямом потоке до вязкости 2,5-3,5 м·сек/м 2 , усреднения при принудительном перемешивании, осветления и охлаждения расплава, причем стекловарение осуществляется в тонком слое.

Техническая трудность организации перемешивания стекломассы в тонком слое;

Повышенная летучесть компонентов шихты и расплава при воздействии высоких температур;

Интенсивная высокотемпературная коррозия огнеупорной кладки печи.

Наиболее близким к заявленному является способ варки стекла (Евразийский патент №004516, кл. C03B 5/00) путем приготовления тонкоизмельченной смеси шихты и обратного боя, компактирования смеси, загрузки в стекловаренную печь и варки на наклонном лотке в непрерывном прямом монооднородном потоке с последовательным прохождением всех этапов стекловарения при пониженных на 100-200°C температурах.

Недостатками данного способа варки стекла являются:

Недостаточное осветление стекломассы ввиду высокой вязкости расплава при пониженной температуре варки;

Интенсивный износ огнеупоров вследствие воздействия высокой температуры газового факела,

Повышенная летучесть компонентов шихты и расплава при воздействии высоких температур газового факела, а также их унос отходящими газами;

Задачей заявленного способа варки стекла является получение промышленных стекол высокой однородности.

Поставленную задачу решают следующим образом.

Сырьевые материалы подвергают совместному тонкому измельчению и компактированию. Варку полученной шихты осуществляют на наклонном лотке в прямом монооднородном потоке при последовательном прохождении шихтой всех стадий варки по мере ее продвижения по длине печи. Причем на каждой стадии варки, посредством полного или частичного разделения атмосферы печи и стекломассы, поддерживают свои температурные условия:

первую стадию - силикатообразование, проводят в условиях градиентного нагрева (по длине зоны печи) от 200-600 до 700-1400°C, с максимальной скоростью нагрева от 5 до 20°C в минуту,

вторую стадию - стеклообразование, проводят при температуре 800-1500°C,

третью стадию - осветления и гомогенизации, проводят при температуре 800-1600°C, при необходимости прибегают к принудительному осветлению расплава посредством создания разряжения до 50 Па, за счет откачки газа из атмосферы печи,

четвертую стадию - студку, проводят при температуре 800-1500°C.

Варку стекла осуществляют с помощью электронагрева, не допуская контакта стекломассы или атмосферы печи с нагревательными элементами, для чего нагревательные элементы располагают внутри футеровки печи.

Тонкое измельчение шихты, с одной стороны, приводит к увеличению ее химической активности (за счет возрастания доли поверхностных нескомпенсированных связей и количества структурных дефектов у ее компонентов). С другой стороны, при совместном измельчении достигается высокая степень смешения компонентов шихты, что обеспечивает перенесение существенной доли процесса гомогенизации из печи на стадию подготовки шихты. В результате после операции тонкого измельчения стекольная шихта обладает гомогенностью на микроуровне, повышенной химической активностью и варочной способностью.

Операция компактирования необходима для исключения расслоения, пыления и потерь шихты при ее транспортировке и загрузке в стекловаренную печь. Кроме того, уплотнение шихты в процессе компактирования способствует более тесному контакту ее компонентов, что интенсифицирует их взаимодействие.

Постепенное нагревание шихты в первой зоне печи обеспечивает последовательное прохождение всех химических реакций между ее компонентами, в том числе тех реакций, в ходе которых имеет место выделение газообразных веществ. Необходимо, чтобы реакции с выделением газов проходили при температурах ниже температур активного образования расплава. Нагрев шихты должен производиться со скоростью подъема температуры, не вызывающей вспенивания брикета, другими словами, не приводящей к задерживанию в спеке избыточного количества газа, затрудняющего осветление. Так как тонкоизмельченные частицы тугоплавких компонентов (кварца, глинозема и т.д.) обладают повышенной растворимостью, этап стеклообразования проводят при температуре на 100-200°C ниже, чем в случае шихты традиционной гранулометрии. При высокой вязкости расплава осветление осуществляют принудительно под разрежением. В процессе варки желательно избегать турбулентного движения стекломассы, так как в противном случае существует вероятность возникновения различных неоднородностей.

Пример конкретного осуществление способа.

Компоненты стекольной шихты состава: 61,75 масс.% SiO 2 , 20,75 масс.% Na-СО 3 , 17,5 масс.% CaCO 3 , подают в планетарную мельницу, где их увлажняют до 50 масс.% воды и подвергают совместному помолу в течение времени, необходимого для того, чтобы не менее 50% компонентов шихты имели размер, не превышающий 10 мкм. Мельница должна иметь футеровку и мелющие тела на основе SiO 2 . Данный способ измельчения шихты предполагает проведение корректировки шихты с учетом намола материала футеровки и мелющих тел. Полученную шликерную массу разливают по металлическим поддонам и подвергают сушке в туннельной печи при температуре 250°C, в ходе которой происходит ее самокомпактирование в брикеты. Высушенные брикеты по транспортеру подают в загрузочное устройство и далее в первую зону наклонного лотка стекловаренной печи. Причем на вышеуказанном лотке проводят весь процесс стекловарения. Подвод тепла, необходимого для процесса варки, производят посредством электронагрева, не допуская контакта стекломассы или атмосферы печи с нагревательными элементами. Для этого нагревательные элементы располагают внутри футеровки печи. Скорость подъема температуры при продвижении брикетов по первой зоне наклонного лотка (максимальная скорость нагрева материала) составляет 10°C в минуту, что не вызывает вспенивания брикетов. В начале зоны поддерживают температуру 250°C, в конце - 900°C. Далее спеченная остеклованная шихта входит в зону стеклообразования, которая отделена от зоны силикатообразования по атмосфере печи экраном. В зоне стеклообразования поддерживают температуру 1200°C. Время пребывания шихты в зоне стеклообразования составляет 0,5 часа, что достаточно для растворения всех оставшихся кристаллических включений. Полученная стекломасса поступает в зону осветления и гомогенизации, которая отделена от зон стеклообразования и студки по атмосфере печи и половине глубины слоя стекломассы выдвижными заслонками.

В зоне осветления поддерживают температуру 1450°C и создают разрежение 1000 Па. Время пребывания шихты в зоне осветления составляет 0,5 ч. Далее осветленная гомогенная стекломасса переходит в зону студки, в которой поддерживают температуру 1250°C.

1. Способ варки стекла, включающий приготовление тонкоизмельченной шихты, ее компактирование и варку на наклонном лотке, включающую процессы силикатообразования, стеклообразования, осветления, гомогенизации, отличающийся тем, что варочное пространство разделяют на 4 зоны, в каждой из которых поддерживают свой температурный режим, причем в первой зоне в условиях градиентного нагрева по длине зоны печи от 200-600 до 700-1400°C, со скоростью нагрева от 1 до 20°С в минуту, проводят процесс силикатообразования, во второй зоне при температуре 800-1500°C проводят процесс стеклообразования, в третьей зоне при температуре 800-1600°C проводят процесс осветления и гомогенизации, в четвертой зоне при температуре 800-1500°C проводят процесс студки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осветления проводят под разрежением при остаточном давлении от 50000 до 50 Па.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе варки поддерживают ламинарный режим движения стекломассы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что варку стекла осуществляют с помощью электронагрева.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что исключают контакт стекломассы и атмосферы печи с нагревательными элементами.

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкциям водоохлаждаемых тиглей с индукционным нагревом, которые могут быть использованы для получения расплавов минералов, минералоподобных материалов, керамических материалов, стекол и других стеклоподобных материалов с высокими температурами плавления, а также для включения в стекло- и или керамикоподобные материалы совместимых с ними радиоактивных и нерадиоактивных отходов.

Изобретение относится к электрической стекловаренной печи сопротивления для составов, способных остекловываться, например стекла, эмали или керамики, с варочным бассейном, поворачивающимся вокруг вертикальной оси, и стационарной верхней печью.

Изобретение относится к способам варки бесцветного стекла. Техническим результатом является сокращение внутризаводских отходов стекла. Периодическое окрашивание бесцветной стекломассы, сваренной из смеси стеклобоя и шихты, содержащей 0,00005-0,00008% обесцвечивателя на основе оксида кобальта, осуществляют путем ее перемешивания в канале питателя производительностью 60 тонн стекломассы в сутки с легкоплавкой фриттой, содержащей краситель на основе оксида кобальта в количестве 0,001-0,0025% на тонну стекломассы. Образующийся за 3 часа прямого и 9 часов обратного перекрашиваний стеклобой с переходной окраской усредняют до среднего содержания оксида кобальта в нем в количестве 0,00025-0,000625% на тонну стеклобоя. А образующийся в ходе установившегося процесса производства окрашенный стеклобой со стабильным содержанием оксида кобальта в количестве 0,001-0,0025% на тонну стеклобоя дозируют в количестве 2% от общей массы смеси шихты и стеклобоя и добавляют его к 10% привозного бесцветного стеклобоя. При этом количество загружаемого в печь возвратного бесцветного стеклобоя уменьшают до 8% и снижают содержание обесцвечивателя в шихте до 0,0-0,00006%. По окончании окрашенного стеклобоя со стабильным содержанием красителя усредненный стеклобой с пониженным содержанием красителя в количестве 2% добавляют к 8% привозного бесцветного стеклобоя, восстанавливая количество возвратного бесцветного стеклобоя до 10% и снижая содержание обесцвечивателя в шихте до 0,0000375-0,000075%. Исходное количество привозного бесцветного стеклобоя, равное 10%, а также исходное содержание обесцвечивателя в шихте в количестве 0,00005-0,00008% восстанавливают по окончании запасов окрашенного стеклобоя. 1 ил.

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к фосфатным стеклам. Стекло содержит следующие компоненты, мас.%: P2O5 58,00-70,00; K2O 8,50-18,50; Al2O3 7,10-8,90; ВаО 9,80-11,50; B2O3 3,70-5,20; SiO2 1,80-2,30; SnO2 1,10-1,25 Au 0,005-0,02 (сверх 100%). При подготовке шихты проводят синтез золя наночастиц золота Au из золотохлористоводородной кислоты HAuCl4⋅4H2O, глутатиона, тетрагидробората натрия NaBH4 и этилового спирта С2Н5ОН. Полученный золь в количестве 0,005-0,02 мас. % перемешивают с оксидом кремния SiO2 в количестве 1,80-2,30 мас.%, оксидом олова SnO2 в количестве 1,80-2,30 мас.%. Выпаривают смесь в муфельной печи, перетирают смесь в агатовой ступке, перемешивают смесь с карбонатом калия K2CO3, гидроксидом алюминия Al(OH)3, карбонатом бария, борной кислотой Н3ВО3 в кварцевом сосуде, добавляют эту смесь в ортофосфорную кислоту Н3РО4. Варку стекла проводят в одну стадию при температуре 1380-1420°C, далее проводят термообработку полученного стекла в муфельной печи в течение 3-4 ч при температуре 300-350°C. 2 н.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к способам варки стекла. Сырьевые материалы подвергают совместному тонкому измельчению и компактированию. Варку полученной шихты осуществляют на наклонном лотке при последовательном прохождении шихтой всех стадий варки по мере ее продвижения по длине печи, причем на каждой стадии варки, поддерживают свои температурные условия. Первую стадию - силикатообразование, проводят в условиях градиентного нагрева от 200-600 до 700-1400°C, с максимальной скоростью нагрева от 5 до 20°C в минуту, вторую стадию - стеклообразование, проводят при температуре 800-1500°C, третью стадию - осветления и гомогенизации, проводят при температуре 800-1600°C, четвертую стадию - студку, проводят при температуре 800-1500°C. Технический результат изобретения - обеспечение высокой гомогенности состава стекла на микроуровне. 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

При варке стекла в ванных печах непрерывного действия все процессы превращения шихты в осветленную и гомогенизированную стекломассу протекают на поверхности расплава стекла, заполняющего бассейн печи. Конструкции и размеры современных ванных печей непрерывного действия весьма разнообразны и определяются составом и свойствами вырабатываемой стекломассы, способом формования изделий, масштабом производства.

Конструктивно ванную печь делят на отапливаемую (зоны варки и осветления) и не отапливаемую (зону студки и выработки) части. В отапливаемой части происходит провар шихты, осветление, гомогенизация и начальное охлаждение стекломассы.

В неотапливаемой части охлаждение стекломассы завершается, и к ней примыкают устройства для её выработки. По производительности ванные печи делят на малые (2-15т\сут), средние (до 100 т\сут) и крупные (100- 450 т\сут.). Малые стекловаренные печи имеют площадь отапливаемой части 10 – 50 м 2 , они применяются для механизированного производства крупных стеклоизделий, стеклянной тары. Крупные печи с площадью отапливаемой части от 90 до 300 м 2 предназначены для производства листового стекла.

Рис.7. Схема зон в ванной печи листового стекла с машинным каналом: отапливаемая часть – зоны варки (1 ) и осветления (2 ) и неотапливаемая часть – зоны студки (3 ) и выработки (4 )

Загрузка шихты и боя в печь осуществляется механическими загрузчиками стольного или роторного типа на поверхность расплавленной стекломассы через загрузочный карман. Шихта и бой образуют на поверхности стекломассы слегка погруженный в неё слой толщиной около 150-200 мм. Шихта нагревается снизу расплавом стекла и сверху за счёт излучения пламени. Поверхность шихты спекается, затем на ней образуется слой вспененного расплава, который стекает, обнажая свежую поверхность шихты. Процесс спекания, плавления и удаления расплава с поверхности шихты идёт до тех пор, пока последний слой шихты не превратиться в расплав, покрытой варочной пеной. Провариваясь, слой шихты распадается на изолированные участки, окружённые пеной, которые затем полностью растворяются, и остается одня пена. Часть ванной печи, покрытая слоем шихты, образует границу шихты; примыкающая к ней часть, покрытая пеной – границу пены. Эти две части вместе называют зоной варки, которая расположена между засыпочным концом ванной печи и квельпунктом (максимум на кривой изменения температур по длине печи). Следующая за квельпунктом часть печи называется зоной осветления; для этой зоны характерно выделение пузырьков газа, вследствие чего поверхность стекломассы бывает покрыта скоплениями пузырьков и кажется «рябой». К зоне осветления примыкает зона студки, поверхность которой должна быть зеркальной, так как выделение газов должно закончиться. Студка продолжается и в зоне выработки, где стекломасса остывает, приобретая вязкость, необходимую для выработки.

Для обеспечения стабильности работы печи следует добиваться устойчивости длины каждой из зон. Изменение границ зоны варки вызывает нарушение режима обогрева глубинных слоёв, что может привести к вовлечению в выработочной поток дефектной по термической и химической однородности стекломассы. Устойчивость протяжности зон по длине печи достигается за счёт четкого поддержания температурного максимума по стекломассе на границе зоны варки и зоны осветления; постоянство состава шихты и соотношения шихты и боя; стабилизации удельных съёмов стекломассы; стабильных теплового и газового режимов.

Стекломасса в ванной печи находятся в непрерывном движении, главной причиной которого является разность уровней, возникающая в условиях отбора стекломассы на выработочной конце печи. По этой причине в ванной печи постоянно существует выработочной поток, который питается за счёт свежих порций шихты, превращаемых в стекломассу. Кроме этого главного рабочего потока, вся стекломасса вовлекается в конвекционное движение из-за разности температур расплава по зонам бассейна печи. Особую роль в организации конвекционных потоков играет квельпункт, создавая термическую преграду на пути рабочего и тепловых потоков стекломассы. Тепловой барьер по линии температурного максимума образует в ванной печи границу раздела потоков стекломассы. От этой границы наиболее горячая стекломасса стекает к обоим концам печи, охлаждается, опускается вниз, и движется в придонной области обратно, создавая круговые потоки. Температурный градиент возникает также и в поперечном направлении, так как всегда существует разница температур у стен бассейна и в продольной осевой части печи. Поэтому кроме продольных тепловых потоков имеются и поперечные круговые потоки.

Продольные тепловые потоки имеют сыпочный и выработочный цикл. Сыпочный цикл образуется потоком охлаждающейся стекломассы у засыпочного конца печи, которая опускается вниз, течет в придонной области до линии квельпункта, где поднимается вверх и возвращается обратно к концу загрузки шихты.

Рис.8. Траектория движения продольных конвекционных потоков стекломассы в ванной печи листового стекла: А – сыпочный цикл; Б – выработочный цикл

Выработочный цикл образуется рабочим потоком стекломассы, который частично используется на формование, а часть, охлаждаясь, опускается в придонные слои и возвращается обратно, замыкая круг в области квельпункта. Мощность потоков зависит от разности температур на отдельных участках ванной печи, от количества вырабатываемой стекломассы, глубины бассейна и других причин. Скорости потоков зависят от конструкции печи и от места их циркуляции и составляют для выработочного цикла 8-15 м\ ч, для сыпачного цикла 5-7 м. ч и для поперечного (у стен) – порядка 1м\ч.

Правильно организованные потоки стекломассы способствуют более полному протеканию всех стадий стекловарения. Сыпочные потоки улучшают условия для провара, осветления и гомогенезации стекломассы. Потоки выработочного цикла способствуют поступлению температурно-однородной стекломассы на выработку. Вместе с тем потоки могут отрицательно влиять на качество стекломассы при изменении их направления и скорости, поэтому главное условие нормальной работы ванной печи – строгое саблюдение постоянства теплового режима, при этом потоки стекломассы сохраняют стабильность, их интенсивность и трассы остаются неизменными.

Для каждой печи в зависимости от её конструкции и вида стекла устанавливается определённый технологический режим варки стекла, который включает: тепловой режим по длине печи и температурный режим по длине печи вплоть до зоны формования.

Существующие способы интенсификации процесса стекловарения можно разделить на две группы: физико-химические и теплотехнические. К физико-химическим способам относятся: тонкое измельчение компонентов шихты, гранулирование шихты, применение ускорителей варки и осветителей, механическое перемешивание и бурление стекломассы. К теплотехническим способам относятся: повышение температуры в зоне варки, применение электроподогрева.

По источнику тепловой энергии различают пламенные, электрические и пламенно-электрические стекловаренные печи.

В пламенных печах обогрев осуществляется путём сжигания природного газа в пламенном пространстве печи. Максимальная температура газового пространства достигает 1650 0 С. Удельный расход теплоты составляет 10-14 МДж/кг стекломассы. Удельный съем стекломассы с площади варочного бассейна в зависимости от вида стекла достигает 900 – 3000 кг/(м 2 сут). Тепловой КПД пламенных печей 16- 25 %.

Обогрев электрических печей основан на свойствах расплавленной стекломассы проводить электрический ток, при температурах выше 1000 0 С и выделять теплоту по закону Джоуля-Ленца. Электрические печи для варки стекла по сравнению с пламенными имеют следующие преимущества: отсутствие потерь тепла с уходящими газами, уменьшение потерь из шихты и стекломассы летучих соединений, создание необходимой газовой среды над зеркалом стекломассы. Температура стекломассы достигает высоких значений (до 1600 0 С) по сравнению с пламенными печами(1450-1480 0 С). Производительность наиболее распространённых электрических печей находится в пределах 0,4-4,0 т/сут. Крупные наиболее современные печи имеют производительность 150 – 200 т/сут. Максимальные удельные съемы выше, чем в пламенных печах и составляют от 6000 до 10000 кг/(м 2 сут). Расход электроэнергии составляет 1-2 кВт/кг стекломассы. Тепловой КПД электрических печей 60 – 70 %. К недостаткам электрических печей следует отнести высокую стоимость электроэнергии и электродов. КПД пламенных печей может быть повышено до 45-50% при использовании дополнительного электроподогрева (ДЭП). Роль ДЭП – усиление теплового барьера печи (линия квельпункта) и подача теплоты к шихте снизу, что ускоряет процесс провара. Преимущества ДЭП: уменьшение температуры в подсводовом пространстве и увеличение кампании печи; стабилизация теплового режима и улучшение качества стекломассы. Введение ДЭП позволяет доводить удельные съемы до 3000-4000 кг/(м 2 сут) и повышает производительность печи на 10-60%.

Для выработки изделий из стекла с различными заданными свойствами служат стекловаренные печи разных типов, отличающиеся по конструкции, производительности и режиму работы.

Стекловаренная печь - основной агрегат стекольного производства. В ней протекают процессы тепловой обработки сырьевых материалов, получения стекломассы и выработки из нее изделий.

Для варки стекла применяют стекловаренные печи периодического и непрерывного действия.

По устройству рабочей камеры стекловаренные печи разделяются на горшковые и ванные.

Горшковые печи - периодического действия, их применяют для варки высококачественных оптических, светотехнических, художественных и специальных стекол.

Ванные печи бывают непрерывного и периодического действия. Ванные печи непрерывного действия имеют ряд преимуществ перед горшковыми и ванными печами периодического действия: они более экономичны, производительны и удобны в обслуживании.

По способу обогрева стекловаренные печи подразделяют на пламенные, электрические и газоэлектрические (комбинированный газовый и электрический обогрев).

В пламенных печах источником тепловой энергии служит сжигаемое топливо. Шихта и стекломасса в этих печах получают тепло от сжигания жидкого или газообразного топлива. Коэффициент полезного действия пламенных печей 18-26%. так как топливо в них расходуется главным образом на нагревание огнеупорной кладки печи и компенсацию потерь тепла. Электрические печи по сравнению с пламенными имеют ряд преимуществ: меньшие размеры, большую производительность. Они экономичны, легко регулируются. При их эксплуатации нет теплопотерь с отходящими газами и лучше условия труда. Коэффициент полезного действия электрических печей достигает 50-60%.

По способу передачи тепла стекломассе электрические печи подразделяются на дуговые; печи сопротивления (прямого и косвенного) и индукционные. В дуговых печах тепло передается материалу излучением от вольтовой дуги. Наибольшее распространение получили печи прямого сопротивления, в которых нагревательным элементом служит непосредственно стекломасса. В этих печах тепло выделяется в самом материале, который служит сопротивлением в цепи.

Использование стекломассы в качестве нагревательного сопротивления основано на том, что стекло при повышенных температурах проводит электрический ток, причем электропроводность его с повышением температуры увеличивается. Проходя через стекломассу, электрическая энергия превращается в тепловую, происходит нагревание и варка стекла. Для питания электрических печей прямого нагрева используется однофазный или трехфазных ток, который подводят к стекломассе через молибденовые или графитовые электроды.

Электрические печи прямого сопротивления имеют различные конструкции, однако большинство из них представляет собой горизонтальные ванны прямоугольного сечения. Применяют эти печи для варки технических стекол, а при наличии дешевой электроэнергии и в производстве массовой продукции.

В печах косвенного сопротивления тепло передается материалу излучением или теплопроводностью от введенного в печь сопротивления.

В индукционных печах в материале, включенном во вторичную цепь, индуцируется ток.

Газоэлектрические печи имеют комбинированный нагрев: бассейн для плавления шихты обогревается газообразным топливом, а бассейн для осветления стекломассы - электрическим током. Отходящие из печей газы имеют температуру 1350-1450° С. Тепло их используют для подогрева воздуха и газа, поступивших для горения.

По способу использования тепла отходящих газов стекловаренные печи подразделяют на регенеративные и рекуперативные.

Регенеративные печи получили большее распространение из-за их простого устройства и удобства в эксплуатации.

Работа стекловаренных печей оценивается производительностью, расходом тепла на варку стекла и коэффициентом полезного действия (КПД) печи, который представляет собой отношение количества тепла, полезно затраченного на варку стекла, к общему расходу тепла на печь.

Производительность печи характеризуют двумя показателями: общей (суточной) и удельной производительностью. Общая производительность равна количеству тонн стекломассы (или годной продукции), снимаемой с печи в сутки. Удельная производительность измеряется отношением суточной производительности к площади бассейна печи и выражается в кг/м 2 /сут.