Производство стекла и стеклотехнологии

 

Кварцевое стекло-- содержит не менее 99% SiO- (кварца). Кварцевое стекло выплавляют при температуре более 1700° С из самых чистых разновидностей кристаллического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или чистых кварцевых песков. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи, имеет очень высокую температуру плавления, благодаря небольшому коэффициенту расширения выдерживает резкое изменение температур, стойкое по отношению к воде и кислотам. Кварцевое стекло применяют для изготовления лабораторной посуды, оптических приборов, изоляционных материалов, ртутных ламп, применяемых в медицине и др.

 

Стекло растворимое- смесь силикатов натрия и калия (или только натрия), водные растворы которых называются жидким стеклом. Растворимое стекло применяют для изготовления кислотоупорных цементов и бетонов, для пропитки тканей, изготовления огнезащитных красок, силикагеля, для укрепления слабых грунтов и др.

 

Стекло химико-лабораторное - стекло, обладающее высокой химической и термической стойкостью. Для повышения этих свойств в состав стекла вводят оксиды цинка и бора.

 

Стекловолокно -- искусственное волокно широко применяется в химической промышленности для фильтрации горячих кислых и щелочных растворов, очистки горячего воздуха и газов; материалы из стекловолокна применяются в строительстве и при коррозионно-стойких трубопроводов, при изготовлении электроизоляции и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стекловаренная печь.

 

 

Ванная печь непрерывного действия. Конструктивно печь имеет варочный и выработочный бассейн, соединенные между собой по стекломассе протоком.

 

Для загрузки шихты и стеклобоя печь оборудована двумя загрузочными карманами, расположенными по ее боковым сторонам.

 

Варочный бассейн печи отапливается газообразным или жидким топливом. Для отопления газообразным топливом варочного бассейна, печь оборудована шестью горелками, расположенными с торцевой стены ванной печи, противоположной ее выработочной части.

 

Удаление дымовых газов из стекловаренной печи осуществляется через систему дымовых каналов, оснащенных дымовоздушными клапанами, трубой и дымососом.

 

Стекловаренная печь проточная. Производительность печи-70 тонн в сутки.

 

 

 

 

 

Технология получения стекла.

 

Технология получения стекла состоит из двух производственных циклов.

 

Цикл технологии стекломассы включает операции:

 

* подготовки сырых материалов;

 

* смешивания их в определённых  соотношениях, в соответствии с  заданным химическим составом  стекла в однородную шихту;

 

* варки шихты в стекловаренных  печах для получения однородной  жидкой стекломассы.

 

Цикл технологии получения стеклянных изделий складывается из операций:

 

* доведения стекломассы до температуры (и вязкости);

 

* формования изделий;

 

* постеленного охлаждения изделий  с целью ликвидации возникающих  в процессе формования напряжений;

 

* термической, механической или  химической (в отдельности либо во взаимном сочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств.

 

Сырые - кремнезём, являющийся главной частью стекла, вводится в виде молотого кварца. Пригодность песка для стекловарения определяется содержанием в нём примесей и зерновым составом. Вредными примесями являются прежде всего соединение железа и хрома, придающие желтовато-зелёный зеленый цвета. Размер зёрен песка примерно 0,2-0,5 мм.

 

 

Окись алюминия, применяемая в производстве промышленных стекол, вводится с глиной, каолином, гидратом окиси алюминия.

 

Окись натрия вводится с одной кальцинированной содой.

 

Окись калия вводится в виде солей; применяется главным образом в производство посуды, цветных, оптических и некоторых технических стекол.

 

Окись лития используется при выработке опаловых и некоторых специальных стекол.

 

Окись кальция вводится преимущественно в виде мела.

 

Окись бария используется при производстве оптических стекол и хрусталя.

 

Окись цинка применяется в производство оптических, химико-лабораторных стекол.

 

В стекловарении используются материалы, содержащие одновременно горные породы, доменный шлак, стеклянный бой и др.

 

К вспомогательным сырым материалам относятся осветлители. В качество осветлителей, способствующих удалению из стекла пузырей, применяют в небольших количествах сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий, и др. Некоторые из этих веществ одновременно являются обесцвечивателями.

 

В качестве красителей применяют соединения кобальта, никеля, железа, хрома, марганца, селена, меди, урана, кадмия, серу, хлорное золото и др.

 

Белые, мало прозрачные стекла молочные (наиболее заглушенные), опаловые применяются различные фосфаты, соединения сурьмы, олова и др.

 

Стекловарение ведётся при температурах 1400°-1600°. В нём различают три стадии.

 

Первая стадия - варка, когда происходит химическое взаимодействие и образование вязкой массы. Варка стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и в значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Автоматически регулируются: давление, соотношение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры.

 

Другой способ варки этого стекла - сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°.

 

Процесс варки стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Прозрачное кварцевое стекло изготовляется из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900°-2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока. В конце варки в печь впускают воздух под давлением.

 

Вторая стадия - осветление, происходит удаление пузырьков, а также растворение еще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в течение нескольких часов при наиболее высокой температуре.

 

Третья стадия - охлаждение стекломассы, когда она охлаждается до такой температуры, при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять из неё те или иные изделия.

 

Формование стеклянных изделий. Метод прессования служат ручных и машинных прессов пружинные формы или эксцентриковые прессы.

 

Метод выдувание - специфический метод формования. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки».

 

Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое стекло, медод заключается в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, изготовляется листовое стекло, различных видов.

 

Отливка стеклянных изделий в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов.

 

Способ центробежного литья метод по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающиеся формы.

 

Моллирование-- способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков из оптического стекла и получаем крупную стеклянную скульптуру.

 

Отжиг отформованных, еще горячих изделий служит для предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напряжении.

 

Закалка стекла-- операция, обратная отжигу. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, самолётов. Чтобы закалить стекло, его разогревают до 600°--650°, затем быстро остужают.

 

Горячая обработка стекла включает отколку, отопку, огневую полировку и другие операции. К холодной обработке стекла относятся его резка, сверление, шлифовка и полировка. Старинным способом украшения посуды является живопись по стеклу. Серебрение, а также алюминирование широко применяются в производстве зеркал.

 

 

 

 

 

Стекло в строительстве и архитектуре.

 

 

Стекло уникальному материалу присущи декоративные свойства: способность формироваться в любой самой сложной форме, воспринимать изумительные по чистоте, глубине и нежности цвета, передавать неподражаемую игру света, цветами радуги . Эти художественные достоинства в соединении со свойствами долговечности были использованы народами всех времен для создания художественных памятников, отражающих особенности культуры различных исторических эпох

 

Н.Н. Качалов утверждает, что « ...применение стекла в области изобразительного искусства было его основным назначением».

 

Замечательные свойства стекла обусловили существование особой группы изделий, объединенной общим названием «художественное стекло». Наряду с художественной стеклянной посудой из стекла сюда можно отнести очень широкий ассортимент изделий, используемых в строительстве, архитектуре и скульптуре:

 

* декоративные отделочные и облицовочные материалы и изделия;

 

* элементы декоративной отделки зданий - карнизы, детали колонн, перила;

 

* особенно эффективно применение  цветных стекол в витражах;

 

* очень большая группа изделий художественного стекла - барельефы, монументальные вазы и светильники, торшеры;

 

* монументальная стеклянная скульптура;

 

* художественная мозаичная живопись из стекла в архитектуре общественных.

 

В развитии художественного стекла и его практическом внедрении огромная роль М.В. Ломоносова -- основоположника научного стеклоизделия, много сил вложившего в разработку цветного стекла и его применение в мозаичной живописи, а также профессора, док тора технических наук Н.Н. Качалова и скульптора, народного художника СССР В.И. Мухиной.

 

Рассмотрим применение различных видов художественного стекла в архитектурно-декоративной отделке интерьеров общественных зданий -метро, театров, храмов и т.п.

 

Художественно-декоративное стекло в архитектурной отделке внутренних интерьеров.

 

Изготовление из стекла различных архитектурных деталей и предметов убранства интерьеров культурных и общественных зданий, особенно таких, как станции метро, театры, дворцы и т.п. убедительный пример применения стекла в качестве отделочного декоративного материала в строительстве. Для этого может быть использовано как обычное стекло, так и хрустальное бесцветное и цветное. Такие детали из стекла и готовые изделия изготавливаются различными методами, применяемыми в стеклоделии -- горячим формованием, выдуванием, прессованием и даже обточкой на токарном станке.

 

Н.Н. Качалов приводит различные примеры применения таких изделий в качестве художественно-декоративных: монолитные балясины лестничных перил, а также стеклянные колонны из хрусталя станции «Автово» Ленинградского метрополитена из разноцветного прозрачного стекла.

 

Витражи - один из видов архитектурных форм. Различные витражи с применением стекла по типу их изготовления можно разделить на 4 основные группы:

 

* паечные витражи из листового стекла на гибкой металлической основе;

 

* витражи из объемных многослойных  стекол на бетонной основе;

 

* витражи из листового крупноразмерного  стекла в качестве ос новы для нанесения художественного изображения;

 

* смешанные витражи.

 

Классический пример - витраж на свинцовой пайке, в котором по заданному рисунку располагают куски цветного стекла разной формы. По торцам стекла огибают свинцовым профилем, который в отдельных местах сваривают, превращая разрозненные куски стекла в плоский лист - цветную картину.

 

Прозрачные листы стекла превращают в витражи путем нанесения матового рисунка абразивными инструментами или с помощью химического травления. Применяя серебряные и медные пасты ионы серебра и меди диффундируют из паст в поверхностный слой стекла, окрашивая его в цвета: желтый (серебряная паста) или светло-желтый, черный и красный (медная паста). Высокохудожественные витражи, относящиеся к живописным. Пример удачного применения витража в декоративном оформлении огромного пространства общественного сооружения - витраж 1станции метро «Новослободская» (г. Москва).

 

Мозаичная живопись из смальты в декорировании парадных сооружений.

 

Смальта - цветное непрозрачное стекло в виде небольших (1...2 см2) кубиков и пластинок, применяемое для мозаичных работ. Смальты - по составу обычные силикатные непрозрачные цветные стекла, отличающиеся широкой гаммой цветов. В мозаической мастерской Академии художеств СССР хранилось 15 тыс. сортов смальты различных цветов, а в Риме, в «панской» мастерской, -- до 25 тыс.).

 

В России впервые смальты выплавлялись М.В. Ломоносовым на Усть-Рудницкой стекольной фабрике. Им же в 1751 г. был раскрыт секрет изготовления золотого рубина, утраченного после смерти Кункеля - его первооткрывателя.

 

Мозаика широко использовалась в декоративном оформлении римских церквей в XII в., в изображении святых, в религиозных картинах в храмах и достигла своего расцвета в Византийской империи.

 

М.В. Ломоносов возродил это древнее искусство и широко использовал смальты в живописном искусстве. Всем известны его картины «Полтавская битва», «Петр I» . Мозаичная живопись на основе смальт была широко использована в строительстве станций метрополитена в Москве примером является станция комсомольская.