Ванная печь для варки стекла. Варка стекломассы. Стекловаренная печь периодического действия для ручной выработки стекломассы

Стекловаренная печь: виды, устройство, технические характеристики и практическое применение

Ванная печь для варки стекла. Варка стекломассы. Стекловаренная печь периодического действия для ручной выработки стекломассы

На сегодняшний день люди активно используют стекло для самых разных целей. Сам по себе процесс стекловарения – это плавка сырья или же шихты. Для плавки материала используется стекловаренные печи. Они бывают разных видов и классифицируются по нескольким признакам.

Что представляет собой шихта?

Здесь важно отметить, что процесс стекловарения – это уже один из последних этапов производства. Шихта, поступающая в качестве материала для изготовления, является уже обогащенным сырьем.

Из основных элементов сюда входит кварцевый песок, сода, известняк. В качестве дополнительных примесей используются красители, осветители или затемнители.

Кроме этого, шихта, которая поступает в печь, обладает нужным процентом влажности, необходимой консистенцией и однородностью массы.

Особенности и устройство печи. Бассейн

Стекловаренная печь – это специальное устройство, предназначенное для плавки шихты. В качестве топлива может использоваться газ, можно сжигать твердое топливо, а также есть электрические печи. Стоит отметить, что несмотря на разнообразие видов, все печи обладают примерно одним и тем же устройством. Основные элементы стекловаренной печи это бассейн, свод и пламенное пространство.

Бассейн состоит из дна и бортов. В нем осуществляется варка шихты, процессы осветления материала, остужение, и непосредственное производство стекломассы. Если говорить о классификации стекловаренных печей по устройству бассейна, то бывают системы с общим бассейном.

У них отсутствует деление на несколько зон. Бывают и полностью противоположное им устройство бассейна с четко разграниченными участками. У таких ванн есть зона, где происходит варка и осветительная работа, а называется она отапливаемой.

Зона с остужением и выработкой называется выработочной.

В отапливаемой части ванны стекловаренной печи имеется пламенное пространство, находящееся между стенами и сводом. Оно характеризуется наличием отверстий для подачи топлива и воздуха, а также для отвода раскаленных газов, возникающих в процессе сгорания топлива.

Кладка ванны и меры предосторожности

При строительстве стекловаренных печей необходимо уделять особое внимание своду ванны. Он обязательно должен быть выложен из специального огнеупорного кирпича, называющегося динас.

Подходящим кирпичом может считаться лишь тот, что минимум на 93% будет состоять из такого материала, как кремнезем. Толщина стен ванны должна быть 500-600 мм, а толщина свода 300-450 мм.

Из-за того, что процесс варки шихты в стекловаренных печах проходит под воздействием очень высоких температур, то во время данного технологического процесса будут происходить разнообразные химические реакции, сопровождающиеся при этом выделением вредного пара.

Это привело к тому, что в качестве одной из основных мер предосторожности стала полная герметизация внутреннего пространства печи.

Кроме того, в цехах, где располагается стекловаренное оборудование, должна быть обустроена специальная вентилирующая система, удаляющая из воздуха все вредные примеси и прочие продукты горения топлива.

Говоря о системах вентиляции нужно отметить, что схожая конструкция дымоудаления должна быть установлена и в самой печи. Разница между обычной вентиляцией и модульной будет заключаться лишь в том, что модульная предназначается для поддержания необходимого состава воздуха внутри оборудования.

Общее описание видов печи

Здесь стоит начать с того, что существует 2 классификации печей.

Первая из них разделяет все камеры на две категории в зависимости от устройства рабочей камеры. Это могут быть горшковые стекловаренные печи или ванные.

Что касается второго метода классификации, то здесь основным критерием стал способ нагрева стекломассы. В данном случае выделяют три основных вида – пламенные, электрические и газоэлектрические способы.

Горшковое и ванное оборудование

Горшоковое оборудование в настоящее время считается нерентабельным. Это из-за того, что этот тип печи относится к устройствам периодического действия. Из-за этого большое количество тепла, а значит и топлива, уходит сначала на растопку самой печи, а только потом на плавку шихты.

Ванные стекловаренные печи в отличие от горшковых являются устройствами непрерывного действия. Естественно, что непрерывный процесс полностью решает проблему траты ресурсов на периодический разогрев печи, расходуя топливо лишь на плавку сырья.

Сама по себе ванная у печей – это огромный резервуар, который заполнен расплавом олова. Из-за того, что плотность стекломассы будет значительно ниже плотности данного металла, они не будут смешиваться между собой, находясь в одной емкости.

Само же олово применяется в печах для постепенного охлаждения стекломассы с температуры 1600 градусов по Цельсию до 600. Такой способ и материал были выбраны из-за того, что во время охлаждения таким методом не создается внутренних напряжений в массе.

Их возникновение будет негативно сказываться на качестве готового товара, а потому их следует избегать.Также здесь стоит отметит, что стекломасса распределяется ровно, позволяя получить идеально ровный лист.

Еще один плюс использования олова – это проведение процесса термополировки во время охлаждения. Благодаря этому процессу улучшается прочность и прозрачность.

Пламенные печи для плавки

Данный тип печи считается первым и в нем плавка стекломассы осуществляется при помощи сжигания твердого топлива. Здесь нужно отметить, что выделяемое тепло будет тратиться не только на разогрев шихты, а еще и на котлы для варки, то коэффициент полезного действий будет низким. У пламенных печей КПД составляет 25-30%.

Электрические агрегаты

Если говорить о КПД, то на сегодняшний день первую строчку будут занимать именно электрические печи. Их КПД достигает 60%, что считается наиболее высоким показателем на сегодняшний день. Достигается это за счет того, что электричество будет передаваться непосредственно в саму стекломассу, нагревая ее. Таким образом удалось избежать ненужной траты энергии на разогрев котлов и прочего.

Принцип действия этого приспособления основан на том, что при высоких температурах стекло способно проводить электрический ток. В связи с этим в зависимости от способа передачи тепла массе выделяют три вида электрических печей: индукционная, дуговая, прямого и косвенного сопротивления.

Однако у такого типа оборудования есть и недостаток, заключающийся в необходимости надежного и постоянного источника дешевой электрической энергии.

Для передачи электрической энергии в бассейн, где находится шихта для плавки, используются электроды. Именно из-за разницы сопротивления происходит нагрев, а в дальнейшем и плавка стекломассы. Что касается самих электродов, то обычно они изготовлены из графита. Данный материал менее других подвержен деформации под воздействием высоких температур.

Этот вид устройства сочетает в себе принцип работы двух предыдущих. Для нагрева камеры и первичной плавки шихты используется газ, жидкое топливо применятеся значительно реже.

Для нагрева и плавки самой стекломассы будет применяться принцип электрического сопротивления.

Чаще всего такие печи задействуют в том случае, если есть необходимость увеличить КПД обычной пламенной печи, но при этом отсутствует источник дешевой и постоянной электрической энергии.

В конце классификации стоит добавить, что есть подковообразные стекловаренные печи. Направление движение пламени в таком оборудовании может и отличаться и по этому признаку есть три небольших категории устройств, куда входят и подковообразные. Их особенность в том, что они применяются при необходимости производить минеральную и стеклянную вату.

Ремонт оборудования

При изготовлении стекла печи подвергаются довольно сильному износу, а потому вопрос их обслуживания является довольно актуальным. Ремонт стекловаренной печи может быть трех видов: текущий, горячий и капитальный.

Что касается текущего ремонта, то он достаточно прост и заключается в замене некоторых узлов и некоторых элементов свода ванны.

Горячий вид ремонта осуществляется без остановки процесса производства. Прежде чем приступить к самим работам следует прекратить подачу пламени в отапливаемую камеру. После этого появляется возможность замены многих элементов, на которых появляются первые признаки повреждения. Это позволяет существенно увеличить срок пользования.

Холодный, он же капитальный ремонт, осуществляется в сроки, предусмотренные в производственном плане. Свое название он получил из-за того, что осуществляется он только после полной остановки оборудования, прекращения подачи тепла и удаления всей стекломассы из ванны.

Проведение капитального ремонта

Для начала необходимо остановить подачу шихты. Перестать подавать сырье в бассейн для варки стекла следует за 8-10 часов до момента его остановки. После этого вводят стекломассу, разогретую до 1500 градусов по Цельсию (это увеличивает ее текучесть), а удаляют через специальные каналы.

Эта стекломасса проходит процесс гранулирования и может быть в будущем использована в качестве вторсырья. Крайне осторожно следует подойти к выключению горелок. Температура должна изменяться постепенно, так как ее резкое падение может вызвать разрушение свода.

К непосредственно ремонтным работам приступают только после всех этих действий и только после того как печь остынет до 100-150 градусов по Цельсию.

Обычно во время капитального ремонта удаляют все поврежденные участки кладки, заменяют огнеупорные брусья и кирпичи по необходимости. Во время капитального ремонта также проводится ремонт свода регенератора печи.

Контроль уровня

Для ванных печей очень крайне важно поддерживать постоянный уровень стекломассы, так как они принадлежат к устройствам непрерывного действия. Колебание уровня будет негативно сказываться на качестве готовой продукции, а также вызывать некоторые другие пагубные воздействия.

По этой причине необходимо проводить установку оборудования, контролирующего этот показатель. В качестве измерительный приборов можно устанавливать поплавковые, пневматические, оптические уровнемеры для контроля и регулирования уровня стекломассы в стекловаренной печи.

Электрический монтаж приборов должен проводиться только высококвалифицированными специалистами.

Источник: https://FB.ru/article/464025/steklovarennaya-pech-vidyi-ustroystvo-tehnicheskie-harakteristiki-i-prakticheskoe-primenenie

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

Ванная печь для варки стекла. Варка стекломассы. Стекловаренная печь периодического действия для ручной выработки стекломассы

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.

Стекломасса окрашивается при растворении красителей в период варки. Для варки цветных стекол используют горшковые и ванные печи непрерывного и периодического действия. Температурный режим варки и выработки цветных стекол зависит от вида применяемого красителя.

Стекла, содержащие оксид кобальта, никеля, железа (синее и дымчатое стекло) обладают меньшей теплопрозрачностью; их варят при температуре около 1490 градусов С. Выработка изделий из этих стекол из-за большой скорости твердения также производится при более высоких температурах.

Стекла, окрашенные соединениями марганца, селенового рубина, можно варить при температуре 1400-1420 градусов С. Чтобы добиться расширения гаммы цветных стекол, необходимо соблюдать последовательность ввода красителей при варке.

При смене цвета нужно учитывать близость цветовых тонов, к примеру, лучше варить стекло, окрашенное соединениями марганца, после варки стекол зеленого цвета, так как соединения хрома окисляют соединения марганца и способствуют получению интенсивных фиолетовых тонов.

Недопустима варка натрий-кальций-силикатных стекол, окрашенных селеном малых концентраций (розалин, неодимовый рубин), после варки селенового рубина, так как это приводит к выделению пузырей из-за ограниченной растворимости в стеклах этого состава.

Желательно первоначально варить стекла с красителями, которые легко окисляются или восстанавливаются, к примеру, с серой, с селеном, соединениями марганца. Переход от варки стекла одного цвета к другому без остановки печи требует много меньше затрат труда и меньше времени, чем при сливе стекломассы и наполнении ее стеклом нового состава. Нужно иметь в виду, что при непосредственном переходе от варки стекла одного цвета к другому могут возникнуть пузырьки воздуха, полосы другого цвета и свили.

Большинство цветных стекол относится к группе натрий-кальций-силикатных. Кроме того, используются составы стекол с повышенным содержанием оксида цинка для варки селенового рубина, а также составы свинцовых хрусталей с различным содержанием оксида свинца.

Глушение стекла можно определить как разновидность окрашивания стекла. Глушение стекла вызывается частицами, выделяющимися в стекле при охлаждении или дополнительной тепловой обработке вследствие ограниченной растворимости некоторых веществ в стеклах.

Размер частиц здесь значительно больше, чем при коллоидном окрашивании, поэтому рассеяние света значительно преобладает над поглощением и пропусканием. Поскольку частиц в стекле выделяется много, рассеяние света идет во все стороны.

В зависимости от размеров и количества выделившихся частиц можно получить эффект глушения от слабого – опаловые стекла, до интенсивного – молочные стекла. Сами частицы могут быть белыми или цветными Глушеные фторидами и фосфатами стекла имеют, к примеру, белые частицы, а типа хромового и медного авантюрита – цветные частицы.

Цветное глушение происходит также при укрупнении размеров частиц при коллоидном окрашивании. Глушение может быть достигнуто при образовании неодноростей при расслоении стекла; известно глушение стекла пузырьками газов.

Для получения так называемых молочных и накладных изделий из сортовых стекол используется глушение в основном фтором и фосфором, а также сульфидом цинка. Сульфид цинка обладает ограниченной растворимостью, которая снижается по мере охлаждения стекла.

Он способен выделяться при определенной температуре и концентрации в виде мелких кристаллов.

Глушение стекла может меняться от светлого опалового до белого, молочного с полосами, желтого и коричневого цвета от сульфида железа; изделия часто называют мраморовидными.

Условия варки глушеных стекол, особенно цветных, аналогичны условиям варки цветных прозрачных стекол. Для окрашивания глушеных стекол применяются те же красители, что и для окраски прозрачных стекол.

В силу того, что окрашивание наблюдается в отраженном свете, то действие красителей иногда отличатся от их действия в прозрачном стекле.

Для получения глушеных стекол насыщенных цветов количество красителя должно быть увеличено.

Обесцвечивание стекла.

Уменьшение светопрозрачности бесцветного стекла или появление заметных цветовых оттенков, особенно желтых, зеленых, голубых, снижают эстетическую ценность изделий; эти нежелательные явления обусловлены содержащимися в исходном сырье примесями оксидов железа и устраняются обесцвечиванием. Примеси сотых долей процента окидов железа придают стеклу в зависимости от степени окисления зеленый, желто-зеленый или сине-зеленый оттенки. С присутствии серы появляется коричневый оттенок Перевод соединений железа в оксидную форму, менее интенсивно окрашивающую стекло, может быть достигнут главным образом за счет окисления в процессе варки, т.е. происходит химическое обесцвечивание; в качестве химических обесцвечивателей используются нитраты натрия и калия, оксиды мышьяка, марганца и церия.

Однако зачастую химического обесцвечивания оказывается недостаточно и применяется физическое обесцвечивание, сущность которого основана на оптическом сложении цветов, при этом вводится понятие дополнительного цвета, который в сумме с данным дает белый цвет.

Для наглядного изображения цветов, использующихся при оптическом сложении удобно использовать равносторонний треугольник, в вершинах которого записаны основные цвета: красный – К, зеленый – З, синий – С (рис.12). Образующиеся при оптическом наложении цвета записываются на сторонах треугольника: желтый = К+З; голубой = С+З; пурпурный = К+С.

Как видно из рисунка, цвета, расположенные в вершинах треугольника и на соответственно противоположных сторонах, являются дополнительными : синий+желтый, зеленый +пурпурный, красный+голубой.

При физическом обесцвечивании стекла в его состав вводят в небольших количествах определенные красители, которые окрашивают стекло в цвет, дополнительный к цвету, создаваемому оксидами железа.

В результате сложения цветов видимый оттенок исчезает и стекло становится бесцветным. В отличие от химического обесцвечивания в этом случае общая светопрозрачность стекла несколько снижается.

Как уже говорилось, оксиды железа создают в стекле зеленые, желто-зеленые и сине-зеленые оттенки, соответственно для обесцвечивания должны вводиться красители, окрашивающие стекло соответственно в красный (розовый), синий и пурпурный (пурпурно-фиолетовый) цвета.

Для этой цели используют селен и оксид эрбия (розовый цвет), оксид кобальта (синий цвет), оксиды никеля, марганца, неодима (пурпурный и пурпурно-фиолетовый цвета).

Источник: https://www.litres.ru/ilya-melnikov/varka-sposoby-obrabotki-materialy-i-instrumenty-dekorativnoe-pokrytie-gravernye-raboty/chitat-onlayn/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.