Раздел 2. Основные технологические процессы, применяемые в настоящее время при производстве стекла в Российской Федерации

Раздел 2. Основные технологические процессы, применяемые в настоящее время при произвосдстве# стекла в Российской Федерации

2.1 Технологические процессы и способы производства изделий из стекла

Ассортимент изделий из стекла постоянно расширяется в соответствии с растущими потребностями различных отраслей народного хозяйства. Основные технологические стадии (этапы или технологические переделы) одинаковы при изготовлении большинства видов изделий из стекла и включают: обработку и хранение сырьевых материалов, приготовление из них шихты (смеси с определенным соотношением сырьевых материалов), высокотемпературную варку шихты и получение расплавленной стекломассы, формование изделий и отжиг изделий. В зависимости от вида продукции в стандартную технологическую схему могут быть внесены стадии горячей и холодной химической или механической обработки, упрочнения, окрашивания и т.п. [33].

В настоящем разделе представлена общая технология производства стекла и типовые технологические схемы производства основных видов изделий (см. разделы 2.2 - 2.6).

2.1.1 Сырьевые материалы и подготовка шихты

Наиболее распространенным в массовом производстве тарного, листового и сортового стекла является базовый пятикомпонентный натрий-кальций-алюмосиликатный состав, представленный следующими оксидами, масс. %: - 68 - 73, - 0 - 3, - 14 - 17, CaO - 0 - 10, MgO - 0 - 5 [30, 32].

Сырьевые материалы, которые используются для производства стекла, делятся на основные и вспомогательные. К основным относятся искусственные и природные материалы, которые содержат компоненты, обеспечивающие оксидный состав, температурно-временной режим варки, способ формования стекла, режим отжига и физико-химические свойства изделий. К вспомогательным относятся соединения, отвечающие за процессы осветления (осветлители), окрашивания и глушения (красители и глушители), а также регулирования кислотно-основных и цветовых характеристик (окислители и восстановители) стекломассы и изделий.

Критериями выбора того или иного сырьевого материала для производства стекла служат содержание в нем основного компонента, содержание вредных (красящих, тугоплавких и т.п.) примесей и гранулометрический состав. В производстве бесцветных стекол повышенного качества правильнее использовать синтетические и искусственные сырьевые материалы (сода, поташ, технический глинозем, борная кислота, оксид свинца и т.д.), тогда как при изготовлении изделий из полубелых и цветных стекол более рационально использовать природное сырье (полевые шпаты, нефелин, каолин, мел, мрамор, известняк и т.п.). Природное сырье дешевле синтетического и искусственного, но отклонения как в содержании основного компонента, так и в составе примесей может резко отличаться от партии к партии, что следует учитывать при выборе того или иного вида сырья.

Основными сырьевыми материалами для стекольного производства являются [29]:

- кварцевый песок - источник оксида кремния () - основного компонента в составе стекла;

- кальцинированная сода (карбонат натрия ) - для введения оксида натрия (), который снижает температуру варки;

- поташ (карбонат калия ) - для введения оксида калия (), увеличивающего "длину" (вязкостную характеристику при формовании) стекла;

- мел, известняк, мрамор (карбонаты кальция ) - источники оксида кальция (CaO);

- доломит (двойной карбонат кальция и магния ) - введением оксидов кальция (СаО) и магния (MgO) можно регулировать температуру плавления и вязкость; они улучшают механические и химические свойства;

- глинозем (оксид алюминия ) - добавляют, чтобы улучшить стойкость к химическому воздействию.

К основным сырьевым материалам также относят свинцовый глет или свинцовый сурик (PbO и ), которые используют для получения хрустальных стекол с высокими показателями белизны и преломления.

Среди сырьевых материалов для специальных видов стекол, например для выработки стекловолокна, необходимо использовать борную кислоту (), поскольку оксид бора () повышает химическую стойкость к агрессивным средам, а также оксиды титана и циркония.

Вспомогательные сырьевые материалы для стекольного производства. [29] Осветлители, окислители и восстановители - это соединения, выделяющие газовую фазу при высоких температурах за счет реакций разложения или окисления-восстановления. Наиболее распространенные соединения, которые используют в качестве осветлителей и окислителей, - это нитрат и сульфат натрия, хлорид натрия, оксид сурьмы. Восстановители - уголь, сажа, виннокислый калий.

Процесс окрашивания стекла основывается на протекании окислительно-восстановительных реакций, переводе красящих ионов в необходимое валентно-координационное состояние, а также стабилизации размеров атомов и молекул в составе стекла. Существует широкий ряд оксидов, бескислородных солей и металлов, которые используют для окрашивания силикатных, фосфатных свинцовых и других видов стекол. Так, в присутствии оксида меди стекло окрашивается в голубой цвет, кобальта - в синий, хрома - в зеленый, сульфоселенида кадмия - в красный, а металлического серебра - в желтый. Наибольший интерес среди красящих ионов представляют ионы железа, поскольку большинство природных сырьевых материалов содержат примесные количества оксида железа: Fe (III) дает интенсивную янтарно-желтую окраску, а Fe (II) - более слабую зеленую.

Для получения полупрозрачных (опалесцирующих) или непрозрачных (глушенных) стекол используют соединения фтора и фосфора криолит (), фтористый кальций , кремнефтористый натрий .

Сырьевые материалы поступают на склад россыпью, в баулах, мешках или бочках и подвергаются входному контролю химического и гранулометрического состава в соответствии с требованиями, заложенными в технологическом регламенте. Природное сырье, как правило, требует дополнительной обработки. Пески очищают от посторонних примесей при помощи магнитной обработки, просеивают и сушат; известняк, мел, доломит, полевой шпат дробят и просеивают; соду, поташ и другие компоненты растаривают# и при необходимости просеивают. Однако современные стекольные предприятия отказываются от практики дополнительной обработки, предпочитая закупать уже готовые к использованию сырьевые материалы.

Подготовленные сырьевые материалы поступают в расходные бункера весовой линии и взвешиваются в соответствии с заданной рецептурой шихты. После взвешивания они направляются в смеситель для равномерного распределения всех компонентов по всему объему порции. При необходимости введения в состав вспомогательного материала его предварительно смешивают с одним из основных компонентов шихты и затем загружают в смеситель. Контроль однородности перемешивания осуществляется заводской лабораторией в соответствии с регламентом выпуска продукции.

Для облегчения процесса варки стекла часть шихты, необходимой для получения 100 массовых частей стекломассы заменяют стекольным боем (далее - стеклобой). Соотношение шихты к стеклобою устанавливается предприятием и зависит от конструкционных особенностей и продолжительности кампании печи, требований к качеству стекломассы, экономических показателей производства. Соотношение шихта: бой варьирует в широких пределах. На стеклотарных заводах России оно, как правило, составляет 50:50. Характерный показатель использования боя в производстве листового стекла - (90-75):(10-25). Предприятие может применять как собственный, так и привозной стеклобой. Основным способом подготовки стеклобоя к использованию является его очистка от посторонних примесей (керамики, металлов, органических веществ и т.д.) и измельчение. Многие современные стеклольные# предприятия отказываются от практики дополнительной обработки, предпочитая закупать уже готовый к использованию стеклобой. Использование стеклобоя позволяет снизить себестоимость продукции, продлить кампанию печи, уменьшить количество вредных выбросов [25].

2.1.2 Процесс варки стекла

Стекловарение - это последовательность физико-химических процессов превращения смеси сырьевых материалов (шихты) в расплавленную стекломассу, готовую к формованию изделий. Принято выделять пять стадий процесса стекловарения: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и студку. В печах периодического действия эта последовательность протекает во времени, и с учетом зависимости температуры печи от продолжительности варки можно выделить следующие интервалы: нагревание до максимальной температуры (стеклообразование, силикатообразование), выдержка при максимальной температуре (осветление, гомогенизация), охлаждение до температуры формования (студка). В печах непрерывного действия та же последовательность распределена по длине печи и зависит от температуры на каждом ее участке [27].

Стандартным, наиболее распространенным и экономичным способом подачи тепла для варки стекла является сжигание газового топлива над слоем шихты и расплавленной стекломассой. Температура, необходимая для стекловарения, зависит от химического состава стекла, и составляет от 1100°C до 1650°C. При таких температурах теплопередача осуществляется путем излучения от свода печи, который нагревается пламенем до 1650°C, и от самого пламени.

Использование электрического нагрева стекломассы весьма выгодно с точки зрения снижения вредных выбросов, образующихся при горении топлива, удобства регулирования всех стадий процесса стекловарения, высокого коэффициента полезного действия печи, однако проигрывает в стоимости энергетических затрат на варку.

Конструктивные особенности стекловаренных печей разных типов и производительности предусматривают организацию и контроль над тепловыми потоками как над зеркалом стекломассы, так и в расплаве, чтобы обеспечить однородность стекла, подаваемого на формование [30].

Силикатообразование. Сырьевые материалы, используемые в стекловарении, представляют собой соли и оксиды. На стадии силикатообразования из них формируются силикаты, которые затем образуют первичный расплав. Низкотемпературная стадия процесса стекловарения (до 500°C) состоит из многочисленных химических и физических процессов, таких как нагревание, удаление свободной и связанной воды, разложение простых и образование двойных карбонатов и т.п. При повышении температуры от 500°C до 900°C протекают химические реакции образования легкоплавких силикатов щелочных металлов, а в интервале температур от 900°C до 1200°C в целом завершается формирование и высокотемпературных силикатов, таких как силикаты кальция. Одновременно начинается плавление щелочных силикатов, образование и плавление эвтектических составов и растворение тугоплавких оксидов в первичном расплаве.

На этой стадии варки образуется самое большое количество газообразной фазы, состав которой определяется химическим составом сырьевых компонентов, оказывающих существенное влияние на состав вредных выбросов и окислительно-восстановительную атмосферу печи. Кроме того, существует опасность улетучивания щелочесодержащего сырья, что пагубно сказывается на состоянии огнеупоров в зоне загрузки.

Стеклообразование. Стадия стеклообразования заключается в постепенном растворении зерен кварца в первичном расплаве. Длительность этой стадии определяет продолжительность всего процесса стекловарения и составляет не менее 70% от общей длительности, что обусловлено высокой вязкостью кварцевого расплава и низкой скоростью диффузии зерен кварца в первичный расплав и катионов щелочных металлов в кварцевый расплав. Результатом является образование неоднородной полупрозрачной аморфной среды с большим количеством газовых включений.

По завершении фазы плавления количество расплавленного вещества составляет приблизительно 82% - 88% от количества исходных сырьевых материалов из-за выхода газообразных составляющих.

Осветление и гомогенизация. Готовая к формованию стекломасса должна быть однородной и свободной от газовых пузырей. Готовые изделия нормируются по содержанию в них пороков стекловарения (кристаллических включений, аморфных включений или свилей, газовых включений - пузырей). В большинстве изделий массового спроса размеры и количество дефектов прописываются в стандартах и технических условиях.

Первичные кристаллические пороки, состоящие главным образом из кварца и его модификаций или различных силикатов, образуются при неполном проваре зерен кварца из шихты, попадании в стекломассу частиц огнеупоров или металлических фрагментов оборудования. Вторичные пороки образуются при кристаллизации стекломассы в процессе выработки.

Аморфные включения являются стекломассой, химический состав которой отличается от заданного состава стекла. Основные причины их образования - расслоение шихты при транспортировке и загрузке в печь, нарушения температурно-временного режима варки, изменения направления и скорости конвективных потоков в печи.

Пузыри в стекломассе образуются в результате разложения сырьевых материалов, поглощаются из газового пространства печи, содержащего все составные части воздуха и продукты горения топлива и при взаимодействии стекольного расплава с огнеупорами печи. Наиболее часто при нормальной работе печи в готовой стекломассе присутствуют газовые пузыри - в основном карбонатные, сульфатные и нитратные.

Процессы освобождения стекломассы от аморфных и кристаллических пороков (осветление и гомогенизация соответственно) происходят одновременно. Оба процесса интенсифицируются при увеличении температуры в печи и перемешивании стекломассы. В печах периодического действия перемешивание осуществляют с помощью мешалок, в печах непрерывного действия - с помощью конвективных потоков в объеме ванны, бурления воздухом или дополнительного электроподогрева в зоне максимальных температур (квельпункта).

Пузыри в расплаве бывают крупные (более 5 мм), средние (от 1 до 5 мм) и мелкие - мошка (менее 1 мм). Для их удаления в состав шихты вводят осветители (например, нитрат натрия, оксид мышьяка, сажу), которые в области высоких температур образуют большое количество крупных газовых пузырей за счет реакций разложения. Такие пузыри обладают большой подъемной силой и, поднимаясь наверх, захватывают окружающие более мелкие пузыри. Тот же эффект достигается при бурлении стекломассы воздухом. Увеличение температуры в области квельпункта всегда благоприятно сказывается на однородности и осветлении стекломассы, однако существует определенный температурный предел, превышение которого негативно влияет на состояние огнеупоров.

В результате осветления и гомогенизации в зону студки попадает стекломасса однородного состава, свободная от аморфных и газообразных пороков.

При варке цветных стекол следует очень внимательно относиться к выбору осветляющей добавки, поскольку большинство из них влияют на окислительно-восстановительные свойства расплава. Обычно окислительно-восстановительные условия варки тесно связаны со свойствами расплава, поэтому их характеризуют по содержанию кислорода и углекислого газа в атмосфере печи. Смещение окислительно-восстановительных условий в ту или иную сторону может привести к увеличению твердых и газообразных выбросов, в частности соединений серы.

Студка стекломассы. Завершающей стадией стекловарения является студка, т.е. процесс снижения температуры на 300°C - 400°C до температуры, обеспечивающей однородное распределение температуры и вязкости стекломассы, необходимых для формования того или иного вида изделий.

Главное условие успешной студки - непрерывное медленное снижение температуры стекломассы без изменения состава и давления газовой среды в печном пространстве. Нарушение этого условия может вызвать сдвиг установившегося равновесия газов, растворенных в расплаве, и провоцирование "закипания" стекломассы, т.е. образование вторичного пузыря, избавиться от которого практически невозможно.

Для регулирования скорости процесса охлаждения используют такие устройства, как заградительные экраны, углубления в дне бассейна (deep refiner), разделение на отапливаемую и неотапливаемую части бассейна печи, мешалки с холодильниками и т.д.

2.1.3 Стекловаренные печи

Выбор печи в технологии любого изделия является определяющим, поскольку от него в первую очередь зависит экономическая эффективность производства. Критериями выбора являются вид потребляемого энергоносителя, производительность, химический состав стекла и экологическая эффективность [11, 31, 37].

Существует несколько классификаций стекловаренных печей. Для целей настоящего справочника НДТ за основу взята их производительность.

Первая группа - печи производительностью более 500 т/сут - ванные регенеративные газовые печи непрерывного действия с поперечным направлением пламени. Как правило, их используют для производства листового флоат-стекла. В современных стекловаренных печах коэффициент полезного действия (КПД) достигает 33% - 35%.

Вторая группа - печи средней производительности (100 - 500 т/сут) - ванные регенеративные газовые печи непрерывного действия. В зависимости от вида выпускаемой продукции они бывают двух типов: для производства флоат-стекла - с поперечным направлением пламени, а для производства стеклянной тары - с подковообразным. Печи с подковообразным направлением пламени гораздо экономичнее и экологичнее, поскольку в них работает всего две пары горелок, однако они требуют дополнительных устройств для регулирования окислительно-восстановительных условий, осветления и гомогенизации стекломассы. КПД печей средней производительности с подковообразным направлением пламени может достигать 40% и более.

Третья группа - печи малой производительности (2,5 - 100 т/сут) - малые регенеративные или рекуперативные газовые ванные печи, электрические печи горизонтального и вертикального вида и стекловаренные печи смешанного типа - газоэлектрические непрерывного действия, которые используются для варки хрустального, оптического и других специальных видов стекол. Для газовых печей КПД не превышает 25%, для газоэлектрических достигает 35% - 40%, для электрических печей составляет около 65% - 70%.

Природный газ - основное топливо, используемое в российской стекольной промышленности, главным образом из-за его экономичности и экологичности по сравнению с жидким топливом. Большинство видов жидкого топлива, используемых для варки стекла, нуждаются в предварительном нагреве до 110°C - 120°C, с тем чтобы снизить вязкость для заливки в емкости при транспортировке и распылении через наконечники горелок.

2.1.3.1 Регенеративные и рекуперативные газовые печи

Стекловаренные печи, использующие в качестве основного энергоносителя природный газ, снабжены системами его подачи и отвода продуктов горения. Для подачи газа и воздуха на горение применяют два типа теплообменников: регенераторы и рекуператоры.

Регенератор - это камера, внутри которой находится насадка из огнеупорного кирпича с системой отверстий. При прохождении через насадку отработанных дымовых газов сверху вниз кирпичи нагреваются и затем отдают тепло пропускаемому снизу вверх воздуху, нагревая его до 1200°C - 1350°C. Система управления переключает газовые потоки в парах горелок таким образом, чтобы одна работала на горение топлива, а вторая - на нагрев насадки. Через фиксированный промежуток времени происходит переключение газовых потоков, и тогда вторая горелка сжигает топливо, а насадка регенератора первой нагревается отходящими газами.

Рекуператор - это теплообменник, в котором отходящие газы непрерывно подогревают систему подачи воздуха на горение и через нее сам воздух до температуры 800°C. Конструктивно рекуператоры более массивны и занимают больше места, но с их помощью удобнее регулировать температуру в больших и средних печах.

Рекуперативные печи выгодно использовать там, где масштаб производства слишком мал, чтобы сделать использование регенераторов экономически целесообразным, и где необходимо минимизировать первоначальные затраты.

Регенеративная ванная печь с поперечным направлением пламени состоит из собственно ванны со сводом, нескольких пар горелок, расположенных по обеим сторонам печи, системы загрузки сырьевых материалов и выработочного канала (см. рисунок 2.1.1).

Факел пламени горелок имеет конусообразную форму, настильно располагается над расплавом и перекрывает все пространство между двумя соседними парами. Отвод отработанных дымовых газов из регенераторов происходит по системе дымоходов, расположенной под стекловаренной печью, соединенной с общей дымовой трубой.

"Рисунок 2.1.1 - Регенеративная стекловаренная печь с поперечным направлением пламени [11]"

Преимущество печей с поперечным направлением пламени состоит в том, что для каждой пары горелок можно задавать свое соотношение газ/воздух, поддерживать необходимую температуру на каждом участке печи и, следовательно, регулировать скорость и направление конвективных потоков стекольного расплава, что весьма важно для больших печей.

В стекловаренной регенеративной печи с подковообразным направлением пламени две пары горелок с регенераторами расположены в одном конце печи. Факел пламени каждой горелки имеет U-образную (подковообразную) форму. Таким образом, каждая работающая горелка обогревает все пламенное пространство печи. Стекломасса, полученная в таких печах, характеризуется меньшей степенью гомогенизации, чем в печах с поперечным направлением пламени. Такие конструкции идеальны для стекловаренных печей средних размеров, используемых, например, для производства тарного стекла, поскольку стеклянная тара, в отличие от листового стекла, не нормируется по светопропусканию.

Для повышения качества стекломассы в печах с подковообразным направлением пламени рекомендуют использовать дополнительный электроподогрев - локальный подвод дополнительного тепла к расплавленному стеклу в стекловаренной печи путем установки электродов в боковых стенках (горизонтальные электроды) или в дне (вертикальные электроды) зоны максимальной температуры. Технология может быть применена в разные сроки эксплуатации печи, например для поддержания уровня удельного съема стекломассы по мере приближения окончания кампании.

Дополнительный электроподогрев может также использоваться при производстве цветного стекла из-за пониженной теплопрозрачности у зеленых и коричневых стекол.

Печи с использованием кислорода для горения основного газового топлива предусматривают полную или частичную замену воздуха подаваемого на горение газа кислородом. Такая замена преследует две цели. Первая - экономическая (избавиться от громоздких регенераторов), вторая - экологическая (уменьшить содержание оксидов азота в отходящих газах). Кроме того, при использовании очищенного кислорода удается достичь высоких температур при меньшем количестве газа подаваемого на горение топлива и увеличить полноту его сгорания.

Как правило, такие печи имеют стандартную базовую конструкцию, однако в них вместо регенераторов и рекуператоров стоят скромные по размерам системы питания газовых горелок кислородом. Печи с газокислородным пламенем используют в малотоннажных производствах специальных стекол, например для выпуска стекловолокна.

Широкому распространению подобных технологий для производства других видов продукции препятствует повышенная опасность при работе с кислородом, хотя экологический выигрыш при их использовании не подвергается сомнению [11, 20].

2.1.3.2 Электрические печи прямого нагрева

Электрические печи для варки стекла - самые производительные и экологически безопасные в настоящее время. Существует два основных типа электрических печей прямого нагрева: вертикальные и горизонтальные, - которые различаются по направлению движения стекломассы от загрузки к выработке. Наибольшее распространение в практике стекловарения получили печи вертикального типа (см. рисунок 2.1.2).

Загрузка шихты в таких печах производится на зеркало наваренной стекломассы, т.е. запуск электрической печи осуществляется с помощью газовых горелок, расположенных на уровне загрузочного кармана, назначение которых - расплавить определенное количество шихты и обеспечить необходимый объем расплава для погружения электродов.

Нагрев стекломассы производится за счет погруженных в нее электродов, расположенных парами с двух сторон в средней части варочной зоны печи. Соответственно, температурный максимум находится вблизи электродов и составляет не менее 1500°C, а температура в загрузочной и придонной частях несколько ниже. Для более равномерного провара порций шихты, поступающих на поверхность сваренной стекломассы, используют загрузчики с разравнивающими устройствами.

"Рисунок 2.1.2 - Электрическая стекловаренная печь прямого нагрева вертикального типа [11]"

Шихта постепенно плавится, однако поверхностный слой остается слабо нагретым, улетучивание из такого слоя минимально, следовательно, практически отсутствует коррозия огнеупоров. Кроме того, свод печи в зоне загрузки остается холодным (поэтому печи прямого нагрева часто называют печами с холодным сводом).

Горячая стекломасса в зоне варки движется сверху вниз и попадает в пережим между варочной и выработочной камерами. Для более точного поддержания температуры в зоне выработки в пережиме ставится дополнительный электрод. Иногда, чаще всего при ручной выработке изделий, дополнительные газовые горелки ставят в выработочной зоне. В зависимости от состава стекла и окислительно-восстановительных свойств расплавов используют оксидно-оловянные (для варки хрусталя), графитовые или молибденовые (для варки листового, тарного, сортового стекла) электроды.

Электрические печи обычно применяют для варки специальных стекол, главным образом из-за высокой стоимости электроэнергии, хотя тепловые потери в них гораздо меньше; также меньше вредных выбросов, как твердых, так и газообразных [11, 20, 34].

2.1.3.3 Печи периодического действия

Печи периодического действия традиционно используют при необходимости изготовления небольших партий стекол разного цвета, состава и т.д. Существуют горшковые и малые ванные печи периодического действия, чаще всего использующие природный газ в качестве основного теплоносителя.

В горшковых печах может устанавливаться от 6 до 12 стекловаренных горшков, а подвод пламени осуществляться как снизу, так и сверху. емкость каждого стекловаренного горшка составляет 50 - 500 кг со сроком эксплуатации 2 - 3 мес при условии непрерывной работы. В такой печи можно одновременно варить стекла разных составов, при условии совпадения температурно-временных режимов и окислительно-восстановительных условий варки.

Ванные печи периодического действия позволяют изготавливать до 10 т стекломассы в сутки. Конструктивно они очень похожи на печи непрерывного действия. Их работа рассчитана на суточный цикл, и они используются прежде всего для варки различных цветных, хрустальных и оптических стекол, специальных составов и фритт (керамическая и эмалевая фритта) [11, 31].

2.2 Технологические процессы производства листового стекла

В настоящее время наиболее распространенным процессом производства листового стекла является флоат-процесс.

Флоат-процесс представляет собой непрерывное круглосуточное производство. Основной принцип флоат-процесса заключается в формовании расплавленной стекломассы на поверхности расплавленного олова под действием сил поверхностного натяжения.

Для выпуска большей части листового стекла используется состав стекла, приведенный в таблице 2.2.1. Флоат-стекло получают в стекловаренных регенеративных печах с поперечным направлением пламени. [27]

Таблица 2.2.1 - Типовой химический состав листового стекла

Компонент	Массовая доля, %
Диоксид кремния ()	71 - 74
Оксиды натрия и калия	12,5 - 15
Оксид кальция (CaO)	6 - 9
Оксид магния (MgO)	<5
Оксид алюминия ()	<1,1
Оксид серы (VI),	<0,35

Флоат-ванна (ванна расплава) состоит из металлического корпуса, установленного на металлических конструкциях и наполненного расплавом олова. Корпус флоат-ванны герметичен, в нем поддерживается защитная атмосфера путем наполнения смесью азота и водорода.

Расплавленная стекломасса вытекает из печи вдоль канала с огнеупорной футеровкой. В конце канала стекломасса выливается в ванну расплава через специальный огнеупорный переливной брус, который обеспечивает правильное растекание стекломассы. Поток стекломассы управляется посредством регулируемого подвесного огнеупорного шибера в канале (передний шибер). В месте, где стекломасса первоначально соприкасается с оловом, температура олова составляет приблизительно 1000°C; на выходе из ванны расплава температура снижается примерно до 600°C. По мере того как стекломасса проходит по поверхности расплавленного олова, она приобретает практически идеальную ровную поверхность.

Во флоат-ванне расположено несколько пар стеклоформующих машин с водяным охлаждением, с применением которых осуществляется регулирование толщины ленты стекла.

После выхода из флоат-ванны лента стекла подается в печь отжига, разделенную на секции, где осуществляется косвенное или прямое охлаждение с помощью принудительной и естественной конвекции. Стекло, таким образом, постепенно охлаждается с 600°C до 60°C для уменьшения остаточного напряжения до допустимого уровня. В некоторых случаях устанавливают моечные машины на непрерывной ленте стекла.

Охлажденная лента стекла разрезается перемещающимся роликами на заданные форматы. Края ленты, на которых находятся отпечатки зубцов роликов, отрезаются и повторно используются в производстве в качестве стеклобоя. Затем листы стекла передаются на склад для хранения и последующей реализации либо для дальнейшей переработки [11, 28].

2.3 Технологические процессы производства стеклянной тары

Процесс производства стеклянной тары представляет собой непрерывное круглосуточное производство.

Процесс варки стекла - это комплекс физико-химических реакций, явлений массообмена и теплообмена, в результате которых шихта превращается в расплавленную стекломассу под воздействием высоких температур, создаваемых в стекловаренной печи за счет сжигания природного газа или других источников энергии.

Процесс подготовки стекломассы осуществляется в выработочном канале стекловаренной печи, питателях стекломассы (фидерах) и включает в себя охлаждение стекломассы до температуры формования, гомогенизацию по температуре и подачу в стеклоформующий автомат порции стекломассы определенной массы и формы в строго определенный момент.

Для выпуска большей части стеклотары используется состав стекла, приведенный в таблице 2.3.1 [26, 30].

Таблица 2.3.1 - Типовой химический состав стеклянной тары

Компонент	Массовая доля, %
Оксид кремния ()	71 - 73
Оксид натрия ()	12 - 14
Оксид кальция (CaO)	9 - 12
Оксид магния (MgO)	0,2 - 3,5
Оксид алюминия ()	1 - 3
Окись калия ()	0,3 - 1,5
Оксид серы ()	0,05 - 0,3
Красители, осветлители и обесцвечиватели	0,2 - 3

Варка стекла производится в ванной стекловаренной печи (регенеративной печи непрерывного действия с поперечным или подковообразным направлением пламени, рекуперативной печи и т.д.). Окраску стекломассы можно производить непосредственно, добавляя краситель в шихту, выработочный канал или питатель стекломассы. Необходимо учитывать, что для равномерной окраски стекломассы необходимо выдержать три обязательных параметра: температура стекломассы, время (продолжительность) окрашивания (дозирования) и интенсивность (качество) перемешивания.

В канале питателя могут быть установлены дренажная система для удаления загрязненной стекломассы (которая может быть использована повторно) и дополнительное перемешивающее устройство - система мешалок, осуществляющая перемешивание стекломассы, обеспечивая ее однородность. Конструкция питателя может обеспечить формирование от 1 до 3 капель единовременно, в зависимости от конструкции стеклоформующей машины.

Основными способами формования стеклянной тары являются выдувание и прессовыдувание стекла [11, 27].

Схематично способы формования показаны на рисунке 2.3.1.

"Рисунок 2.3.1 - Способы формования стеклянной тары [11]"

Гранулят и отходы формования относятся к возвратному стеклобою.

Отформованная стеклянная тара подается в печь отжига. Отжиг - процесс охлаждения отформованной тары до температуры окружающей среды, при котором уменьшаются остаточные напряжения и предотвращается возникновение временных разрушающих напряжений. Основной нагрев рабочего пространства печи отжига обеспечивается поступающими на отжиг изделиями, для достижения кривой отжига за счет подогрева природным газом или электричеством.

Для повышения эксплуатационной надежности на поверхность стеклянной тары до загрузки в печь отжига и после печи отжига наносятся упрочняющее и защитное покрытия. Процесс упрочнения поверхности стеклотары "горячим" методом состоит в нанесении защитного оксидно-металлического покрытия на наружную поверхность стеклотары. В результате взаимодействия продуктов испарения рабочего реагента с поверхностью тары образуется защитная пленка, которая предохраняет поверхность от разрушающего воздействия внешних факторов. Процесс нанесения покрытия на "холодном конце" состоит в нанесении на поверхность стеклотары защитного покрытия путем распыления форсунками полимерных композиций на водной основе. Такая обработка поверхности стеклотары снижает коэффициент трения, исключает потертости на наружной поверхности стеклотары.

Нанесение оксидно-металлических покрытий на горячем участке и полимерных композиций на холодном участке производственных линий может повлечь за собой выбросы дыма и паров, прежде всего HCl и соединений олова (титана).

После рассортировки годная стеклянная тара поступает на линию упаковки, где собирается в паллеты с применением термоусадочной полиэтиленовой пленки.

Упакованная стеклотара отправляется на склад готовой продукции для хранения и последующей реализации.

2.4 Технологические процессы производства сортового стекла

Производство сортового стекла является одним из наиболее диверсифицированных секторов в стекольной промышленности и охватывает широкий диапазон продукции, а также технологических процессов, начиная от сложных ручных операций по выпуску отдельных изделий из декоративного хрусталя и заканчивая большими объемами продукции с использованием высокомеханизированных методов для производства недорогих потребительских товаров массового спроса. Большая часть стеклянной посуды производится из натрий-кальций-силикатного стекла, имеющего состав, подобный составу тарного стекла, но более сложный, что обусловлено особыми требованиями к качеству продукции и более разнообразными процессами формования.

Процесс формования может быть ручным, полуавтоматическим и реализованным с применением стеклоформующих машин. В последнем случае стекло из печи подается через один или более выработочных каналов в стеклоформующую машину (СФМ), где изделия формуются с использованием форм. Техника точности формования зависит от размера изделия, подлежащего изготовлению. Существует четыре основных метода формования: прессовыдувание, выдувание, прессование и вытягивание. Первые два метода применяются также при производстве стеклотары (см. раздел 2.3) [11, 27].

Процесс прессования сравнительно прост, он применяется для совсем мелких изделий, у которых горлышко шире основания или равно его ширине. Такой процесс прессования показан на рисунке 2.4.1. Входная температура расплавленного стекла изменяется в зависимости от состава, но для натрий-кальциевого стекла она обычно составляет 1150°C.

"Рисунок 2.4.1 - Процесс прессования для формования изделий из стекла [11]"

Процесс вытягивания показан на рисунке 2.4.2. Он применяется для получения изделий круглого сечения, таких как тарелки и мелкие чаши (миски). Каплю стекла опускают в форму, которая затем вращается, и изделие формируется в результате действия центробежной силы.

"Рисунок 2.4.2 - Процесс вытягивания для формования изделий из стекла [11]"

Отформованные изделия обычно подвергают огненной полировке для достижения требуемого качества поверхности, оплавке края (кромки) изделия и отжигают. Кромка изделия обрабатывается высокотемпературным пламенем за счет сжигания газокислородной или кислородоводородной смеси. После огненной полировки изделия пропускают через печь отжига, и на их поверхности могут наноситься покрытия. В ряде случаев изделия пропускают не через печь отжига, а через линию закалки, чтобы повысить их механическую устойчивость и термостойкость.

Для изделий ручной работы с помощью трубки получают небольшую заготовку, пульку, которая для получения нужной формы формуется с использованием деревянных или металлических форм. Изделия переносят в печь отжига, чтобы исключить любые внутренние напряжения. При полуавтоматическом производстве некоторые этапы процесса (комплектование, формовка и обработка) выполняются с помощью машин или роботов.

Отделка полученных изделий может включать целый ряд операций.

Огранка предусматривает нанесение заранее выбранного резного орнамента на изделия из простого стекла с помощью шлифовального круга, шаржированного алмазом.

После огранки стекло приобретает сероватый оттенок, и его поверхность имеет необработанный вид. Поверхность стекла восстанавливается в ее первоначальном виде в результате погружения стекла в полировальную ванну с фтористоводородной и серной кислотами.

С поверхности полировальной ванны происходит испарение фтористого водорода и . Эти пары обрабатываются в башенных скрубберах. В процессе операции образуется гексафторкремниевая кислота ( ) концентрацией, достигающей 35%, а кислая промывочная вода затем нейтрализуется. В качестве альтернативы возможно восстановление . Кислая промывочная вода также требует периодической нейтрализации [23].

Для создания художественной выразительности может использоваться большое разнообразие технических приемов. Они включают декорирование с использованием эмалей, обработку с помощью пескоструйных аппаратов либо травления кислотой, а также гравирование. Объемы выбросов в результате этих операций небольшие в сравнении с основными производственными стадиями [22, 23]

2.5 Технологические процессы производства стекловолокна

Стеклянные волокна существенно отличаются друг от друга по своим физико-химическим характеристикам. Для композиционных материалов для ответственных применений используют только стеклянные волокна, имеющие соответствующие физико-химические свойства. Химический состав стекловолокон приведен в таблице 2.5.1.

Таблица 2.5.1 - Состав стеклянных волокон

Оксиды	Оксиды, масс. %
	E-стекло	R-стекло	ECR-стекло	Advantex	S-стекло
	55,0	60,0	58,4	61,0	64,7
	14,0	24,4	11,1	13,0	25,0
	0,2	-	2,4	-	-
	7,0	-	-	-	-
CaO	22,0	9,0	21,4	22,5	-
MgO	1,0	6,0	2,7	3,0	10,0
ZnO	-	-	2,7	-	-
	0,5	0,5	0,8	-	0,3
	0,3	0,1	0,1	0,5	-

E-стекло (E - lectric (электротехническое)) представляет собой алюмоборосиликатное стекло с низкой долей оксидов щелочных металлов (<2 масс. %) и хорошими электроизолирующими свойствами. Волокна из E-стекла являются особенно приемлемыми для изготовления печатных плат и армирования пластмасс. Термостойкость E-стекла (определяемая температурой стеклообразования) является неудовлетворительной и составляет меньше 680°C.

Большим недостатком E-стекол является их низкая кислотостойкость (кислотостойкость класса 4).

R-стекло (R - esistant (стойкое)) представляет собой щелочноземельно-алюмосиликатное стекло. Температуры стеклообразования и размягчения данного стекла составляют приблизительно 730 и 950°C соответственно. Подобные стекла, такие как, например, стекло "Supremax", вследствие их низкого коэффициента температурного расширения применяют в качестве стекла для термометров.

Волокна из R-стекла применяют в областях, предъявляющих высокие механические и термические требования. Волокна из R-стекла обладают также достаточно высокой прочностью при растяжении при повышенной температуре.

ECR-стекло (ECR - -Glass orrosion esistant (коррозионностойкое E-стекло)) представляет собой не содержащее бора алюмокальций-силикатное стекло с низкой долей оксидов щелочных металлов. Волокна из ECR-стекла обладают высокой кислотостойкостью и хорошими механическими и электрическими свойствами. Их применяют для ответственного армирования пластмасс.

Стекло Advantex - модификация ECR-стекла с очень низкой долей оксидов щелочных металлов и улучшенными физико-химическими свойствами. Долговременная термостойкость данного вида стеклянных волокон составляет приблизительно 740°C.

S-стекло (S - trength (прочность, прочное)) представляет собой магнезиально-алюмосиликатное стекло. Данное стекло было разработано в качестве специального стекла, удовлетворяющего высоким механическим требованиям, в частности, при повышенной температуре и содержит более 10 мол. % .

Свойства различных типов стекловолокна в сравнении с E-стеклом представлены в таблице 2.5.1.

Таблица 2.5.1 - Свойства высококачественных стекловолокон

Оксиды	Оксиды, мас. %
	E-стекло	R-стекло	ECR-стекло	Advantex	S-стекло
Плотность,	2620	2550	2670	2620	2480
Коэффициент температурного расширения,
Вязкость:
- температура размягчения, °C	850	950	880	915	1050
Предел прочности при растяжении, Мпа	3450	3400	3450	3500	4890
Модуль упругости, Гпа	72,0	85,0	72,0	81,0	87,0
Относительное удлинение, %	4,8	4,6	4,8	4,6	5,7
Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц	6,6	6,0	6,9	6,8	5,3

Как следует из рассмотрения таблицы 2.5.1, волокна из S-стекла обладают сравнительно лучшими механическими свойствами. Химическая стойкость и термостойкость данных волокон также являются очень хорошими.

Традиционное S-стекло представляет собой магнезиально-алюмосиликатное стекло, которое было разработано в качестве специального стекла, удовлетворяющего высоким механическим требованиям, в частности при повышенной температуре.

Хотя стекла, представляющие собой тройные системы , легко затвердевают до стекловидного состояния, но при последующей термической обработке они проявляют склонность к кристаллизации и разделению фаз.

Если S-стекла подвергаются термическому воздействию, то происходит выделение каплеобразной фазы силикатного стекла с высоким содержанием MgO и и кристаллизация. Данное обстоятельство представляет собой большой недостаток традиционного S-стекла и произведенных из него изделий.

В тройных системах могут кристаллизоваться, в частности, муллит , форстерит , шпинель , кордиерит и периклаз MgO.

Разделение фаз и процессы кристаллизации ведут к сильному уменьшению прочности волокна, охрупчиванию и разрушению волокна (к поперечной фрагментации). Стойкость к температурным перепадам волокон из S-стекла является также неудовлетворительной. Другим большим недостатком волокон из S-стекла является относительно высокая цена. Вследствие этого по соображениям целесообразности такой сорт волокон находит применение только в немногих областях.

Другой вид волокон, применяемых для ответственного армирования пластмасс, представляет собой стекловолокно из стекла Advantex, не содержащего бор. Хотя волокна из стекла Advantex обладают по сравнению с S-стеклом более низкой прочностью и более низкой термостойкостью, но их склонность к кристаллизации является сравнительно низкой.

Технологические процессы производства стекловолокна описаны в разделах 2.5.1 - 2.5.7 на примере выпуска ECR-стекла.

2.5.1 Приготовление шихты

Технологический процесс приготовления шихты включает в себя транспортировку обработанных (если это необходимо) сырьевых материалов, дозировку, взвешивание и смешивание их до получения однородной смеси.

Сырьевые материалы, входящие в состав шихты, пневмотранспортом, элеваторами или шнековыми транспортерами подаются в расходные бункеры весовой линии участка приготовления шихты.

Расходные бункеры весовой линии рассчитаны на хранение запаса сырья и оснащены сигнализаторами минимального и максимального уровней. Они также оснащены бункерными фильтрами для сброса воздуха от пневмотранспорта. Контроль всех сырьевых материалов производится из бункеров на весовой линии.

Сырьевые материалы из расходных бункеров (силосов) при помощи шнековых дозаторов подаются в весовые бункера. Бункеры установлены на тензометрических датчиках, осуществляющих контроль веса (массы). Сигнал с них поступает на цифровой преобразователь, находящийся на пульте управления весовой линией. Таким образом, при помощи данного контура осуществляется контроль отвешивания сырьевых материалов.

Высыпание из весового бункера на ленточный конвейер отвешенных сырьевых материалов осуществляется при помощи заслонок. Высыпание на ленту происходит одновременно из всех бункеров.

По ленточному конвейеру отвешенные сырьевые материалы попадают в смеситель блендерного типа, где идет смешивание всех компонентов шихты.

После смешивания готовая шихта подается в накопительные бункеры участка производства стеклянных искусственных волокон [11, 38].

2.5.2 Транспортировка и загрузка шихты в ванную печь

Накопительные бункеры отделения стекловарения оснащены бункерными фильтрами для сброса воздуха от пневмотранспорта, сигнализаторами минимального и максимального уровней, а также шнекового дозатора у основания накопительного бункера. Подача шихты в накопительные бункера осуществляется попеременно. Это достигается за счет дроссельного переключателя.

При помощи системы шнеков шихта попадает в расходные бункеры загрузчиков. Помимо расходного бункера, загрузчики оснащены шнеком, по которому шихта подается в стекловаренную печь, и швеллерной системой откатки загрузчиков на случай аварийных или плановых ремонтов.

Так как загрузка шихты в стекловаренную печь ведется постоянно, все двигатели загрузочного узла оснащены инверторами, позволяющими регулировать загрузку шихты в зависимости от съема стекломассы.

2.5.3 Варка стекла

Варка стекла осуществляется в рекуперативной печи прямого и электрического нагрева, состоящей из варочного бассейна и главного канала, разделенных проточной системой.

Стены бассейна ванной печи и протока выполнены из хромоксидного огнеупора. Для снижения потерь тепла весь бассейн изолируется шамотным легковесом. Свод изолируется корундовым легковесом, волокнистой изоляцией и оцинкованными листами. Все элементы огнеупорной кладки ванной печи крепятся металлоконструкциями.

Печь отапливается природным газом и системой электроподогрева. Подача газа на горение производится через комбинированные горелки диффузионного типа. Печь условно разделена на две зоны: зону варки и зону осветления. Регулирование температуры осуществляется одновременно во всей печи. Разность температур в зонах достигается балансировкой между отдельными парами горелок.

С задней торцевой стороны печи расположен металлический рекуператор типа "труба в трубе". Для поддержания давления в с/в-печи в горловину рекуператора подается запорный воздух по трубам из жаростойкой нержавейки.

Дымовые газы (продукты сгорания топлива) удаляются через влет задней торцевой стены в дымовой канал и далее через рекуператор в металлическую дымовую трубу, выполненную у основания в виде зонта.

Контроль температурного режима варки стекла осуществляется с помощью сводовых и донных термопар. Также предусмотрены следующие системы автоматического регулирования параметров:

- автоматическое поддержание заданного расхода газа;

- автоматическое поддержание заданного соотношения "газ/воздух";

- автоматическое поддержание заданной температуры;

- автоматическое поддержание уровня стекломассы в печи;

- автоматическое поддержание давления в печи.

Предусмотрена система автоматического сброса горячего воздуха на свечу, которая применяется для поддержания температуры и предотвращения перегрева рекуператора.

В случае отключения какой-либо системы автоматического регулирования управление технологическим процессом осуществляется дистанционно.

Для безопасного ведения технологического процесса варки стекла предусмотрены следующие системы аварийной и предупредительной сигнализации и блокировки:

- световая и звуковая сигнализация "Топливо-воздух" на случай отключения подачи газа или воздуха в ванную печь;

- блокировка подачи газа или воздуха в ванную печь при отсутствии одного из этих компонентов;

- световая и звуковая сигнализация при выходе из строя уровнемера;

- световая и звуковая сигнализация при увеличении или уменьшении уровня больше чем на 1 мм;

- световая и звуковая сигнализация при перегреве рекуператора;

- световая и звуковая сигнализация при отклонении температуры от задания по своду и по дну;

- световая и звуковая сигнализация при аварии системы загрузки шихты.

С целью предотвращения разрушения огнеупорной кладки бассейна ванной печи предусмотрено естественное, а в дальнейшем и принудительное воздушное охлаждение, а при необходимости - и использование водяных холодильников.

Для выпуска стекломассы из ванной печи в конце кампании или при аварийных ситуациях под ванной печью предусмотрена специальная аварийная ванна, выложенная из огнеупорного кирпича.

Сваренная стекломасса из зоны осветления самотеком поступает через проток в главный канал и далее в фидерную систему.

Каждая зона отопления имеет свою систему регулирования температуры, которая работает в автоматическом режиме.

Система включает в себя:

- контур регулирования температуры стекломассы;

- контур регулирования расхода топлива;

- контур регулирования соотношения "газ/воздух".

С целью стабильного и безопасного ведения технологического процесса предусмотрена световая и звуковая сигнализация при отклонении температуры с/массы от заданной на 5 градусов, "газ/воздух" на случай отключения одного из компонентов смеси и разрыва предохранительной мембраны на трубопроводе газовоздушной смеси.

2.5.4 Приготовление замасливателя, перекачка и система подачи замасливателя

Поверхность стеклянных волокон в процессе вытягивания покрывается замасливателем - сложной многокомпонентной стабильной водной дисперсией (эмульсией), содержащей до 90% воды.

Основное назначение замасливателя - обеспечить смазку и защиту филаментных волокон и комплексных нитей от истирания, происходящего как во влажных условиях во время вытягивания нитей, так и в сухих условиях при трении волокон о детали оборудования в процессе текстильной переработки и в процессе производства стеклопластиковых изделий. Замасливающее покрытие должно образовывать на волокне гибкую, эластичную пленку, стойкую к истиранию и механическим воздействиям, склеивать элементарные волокна в нить, придавая ей компактность и целостность [38].

Толщина и свойства образующейся пленки зависит от количества нанесенного замасливателя и его состава. Компоненты, входящие в состав замасливателя, должны совмещаться друг с другом с образованием устойчивой эмульсии, иметь сродство к поверхности стеклянного волокна и обеспечивать химическую связь с полимерной матрицей в процессе производства стеклопластиковых изделий.

Приготовление замасливателя с использованием деминерализованной воды. Деминерализованная вода готовится на участке водоподготовки на установке системы обратного осмоса. Качество воды должно соответствовать требованиям инструкции на приготовление замасливателей и контролироваться 1 раз в квартал.

Перекачка замасливателя осуществляется по двум независимым системам (линиям A и B) в реакторную при помощи пневмонасоса. Каждый вид замасливателя перекачивается и хранится в отдельном реакторе при постоянном перемешивании и поддержании заданного диапазона температур. После каждой перекачки замасливателя происходит автоматическая промывка системы трубопровода.

В российских условиях в зимний период система трубопровода между участками приготовления и хранения замасливателя должна иметь электроподогрев. После каждой перекачки замасливателя трубопровод необходимо продуть сжатым воздухом.

Из расходных реакторов замасливатель подается в систему рециркуляции пневмонасосом под давлением. Для эффективного использования замасливателя установленные фильтры (сеточки) в ванночках замасливающего устройства необходимо регулярно промывать или менять на чистые.

2.5.5 Оборудование прядильной ячейки

Для выработки однопроцессных ровингов применяется оборудование, установленное на прядильных ячейках, размещенных под рабочими каналами фидерной системы в два яруса.

В комплект прядильных ячеек входит следующее оборудование:

- фильерные питатели;

- замасливающее устройство;

- наматывающие аппараты;

- вспомогательное оборудование (печные трансформаторы, подфильерные холодильники, монтажные рамы, форсунки для орошения подфильерной зоны, ванночка замасливающего устройства).

Для обеспечения устойчивого процесса выработки однопроцессных ровингов предусмотрена установка форсунок для орошения подфильерной зоны обессоленной водой и установка кондиционирования воздуха в производственном помещении.

2.5.6 Выработки однопроцессного стеклоровинга

Наматывающая машина используется для намотки стекловолокна из фильерных питателей. Она состоит из двух мотальных веретен (валов), которые закрепляются на роторном диске (ротационном), т.е. поворотном столе машины. Волокно переходит с одного веретена на другое полностью автоматически.

Подготовленная в фидере стекломасса поступает через специальные щелевые огнеупорные камни в платино-родиевые фильерные питатели, смонтированные в нижней части рабочих каналов фидеров. Температура питателей автоматически поддерживается постоянной с помощью регулятора температуры.

Стекломасса под действием гидростатического напора вытекает через фильеры, находящиеся в дне питателя, в виде струек, которые затем принудительно растягиваются в элементарные стеклонити заданного диаметра.

Затем элементарные волокна обрабатываются замасливателем и, проходя через нитесборник, собираются и склеиваются в одну комплексную нить.

Сформированная стеклонить наматывается на бумажную манжету, одетую на вращающийся бабинодержатель# наматывающего аппарата. После окончания намотки автоматически происходит перезаправка комплексной нити на пустую манжету, одетую на второй бабинодержатель# наматывающего аппарата.

Паковка с намотанной нитью при помощи манипулятора помещается на транспортную телегу и направляется на следующий технологический переход.

2.5.7 Выработка рубленых стеклонитей

Для выработки рубленых стеклонитей путем непрерывной прямой рубки применяется оборудование, аналогичное оборудованию для выработки стеклоровинга, за исключением наматывающего аппарата и дополнительных полиуретановых направляющих и оттягивающих роликов.

Для выработки рубленых стеклонитей путем непрерывной прямой рубки используется чоппер. Сформированная стеклонить через графитовый нитесборник, полиуретановый направляющий ролик на прядильной ячейке, графитовый направляющий ролик на чоппере заправляется в полиуретановые оттягивающие ролики чоппера. Затем система автозаправки чоппера с помощью графитового направляющего ролика забрасывает прядь стеклонити между режущей головкой и полиуретановым кольцом. Сформированные стеклонити с питателей, работающих на чоппер, равномерно распределяются через пальцы гребенки, проходят по поверхности полиуретанового кольца, направляются между режущей головкой и полиуретановым кольцом.

Ножи режущей головки, вдавливаясь в упругую поверхность полиуретанового кольца, рубят находящуюся между валиками стеклонить на отрезки, равные расстоянию между ножами.

Рубленая стеклонить по рабочему желобу под действием силы тяжести падает в биг-бег, установленный на весовой платформе на паллете. Биг-бег подвешивают на кронштейны, вставленные в раму, во избежание его падения. На весовой платформе установлен вибратор для уплотнения рубленых стеклонитей в биг-беге по мере его заполнения.

2.6 Технологические процессы производства силиката натрия растворимого (специального стекла)

Технологические процессы производства растворимых силикатов щелочных металлов описаны на примере силиката натрия растворимого, наиболее массового вида продукции данного типа.

Силикат натрия является продуктом, отвечающим общей химической формуле M , где M - силикатный модуль. Наибольшим спросом пользуется продукт с , но в промышленном масштабе можно производить и силикат натрия с модулями в диапазоне [32].

Силикат натрия растворимый используется для изготовления жидкого стекла, замазок, литья, флотации, для производства катализаторов и адсорбентов, для производства сварочных электродов, для синтетических моющих средств и химических производств, белой сажи, для строительства, бумажного производства, для клеев, пропиток, покрытий и других целей.

Таблица 2.6 - Типовой химический состав силиката натрия растворимого

Компонент	Массовая доля, %
	65 - 80
	20 - 35

Производство силиката натрия растворимого представляет собой процесс получения расплава стекломассы из шихты, содержащей песок и соду в заданных пропорциях, в ванной стекловаренной печи непрерывного действия с последующим резким охлаждением стекломассы.

В основном для варки стекла используются печи регенеративного типа с подковообразным и поперечным направлением пламени.

Для формования применяются:

- современный сухой способ выработки готовой продукции с формированием гранул силиката натрия на пресс-формах конвейера;

- способ прямого охлаждения гранул водой.

Продукт, отформованный последним способом, отличается высоким содержанием мелкой фракции, которая при перевозке продукции до потребителя часто приводит к образованию монолита, что вызывает трудности при разгрузке и переработке [27, 30].