Сульфат натрия – синтетический продукт, натриевая соль серной кислоты Na2SO4 который в основном составе содержит 43,7% Na2O и 56,3% SO3.
Сульфат представляет собой растворимый в воде мелкокристаллический порошок. Он применяется для активизации процесса осветления стекломассы. Обычно в комбинации с углеродом в качестве которого добавляется каменный уголь. Сульфат и уголь поступают на завод в готовом виде, но перед подачей в шихту проходит контрольное просеивание на сите с сеткой №1,2 (36 отв/см2).
Таблица 4
| № п/п | Материал | Применяемые сита | Объемный вес, т/м3 | Угол естественного откоса в градусах | |
| № сита | Кол-во отверстий на 1 см2 | ||||
| 1 | Песок | 0,8 | 81 | 1,4–1,6 | 27 |
| 2 | Сода | 1,4 | 25 | 0,9–1,4 | 36 (тяжелая) |
| 3 | Доломит | 1,2 | 36 | 1,4–1,6 | 30 |
| 4 | Известняк | 1,2 | 36 | 1,3–1,6 | 38 |
| 5 | Полевой шпат | 0,7 | 100 | 1,4–1,6 | 38 |
| 6 | Сульфат | 1,2 | 36 | 1,4–1,6 | - |
| 7 | Уголь | 1,2 | 36 | 0,8–1,2 | 35 |
| 8 | Мел | - | - | 1,3 | - |
| 9 | Готовая шихта (при влажности 4%) | - | - | ~1,2 | - |
Одним из наиболее важных факторов определяющих выбор рецепта стекла для флоат-процесса, является кристаллизационная способность стекла, то есть те температурные пределы внутри которых оно может закристаллизоваться. Поэтому состав промышленного стекла всегда следует подбирать таким образом, чтобы температура верхнего предела кристаллизации была ниже температуры формования не менее чем на 25–30оС.
Для флоат-стекла этим требованиям удовлетворяют следующие составы:
Таблица 5
| № п/п | Наименование элемента | Содержание в шихте, % |
| 1 | Si02 | 73 |
| 2 | А12О3 | 0,9 |
| 3 | СаО | 8,7 |
| 4 | MgO | 3,6 |
| 5 | Na2O(R2O) | 13,4 |
| 6 | SO3 | 0,3 |
| 7 | Fe203 | 0,1 |
Состав стекольной шихты рассчитывается уже по заданному рецепту стекла с учетом химического состава применяемых сырьевых материалов. Весовой состав шихты является исходным для организации производства шихты. Он утверждается главным инженером предприятия и строго контролируется техническим персоналом цеха и ЦЗЛ. Помимо исходных сырьевых материалов в состав шихты вводится стеклобой образующийся во время производственного процесса. Масса стеклобоя вводится в количестве не более 20% (свыше 100%) от общей массы шихты.
Весовой состав шихты для флоат-стекла, рассчитанный для вышеприведенного рецепта:
Таблица 6
| № п/п | Наименование компонента | Содержание в шихте, % |
| 1 | Песок | 58,9 |
| 2 | Полевой шпат | 3,0 |
| 3 | Известняк | 4,0 |
| 4 | Сульфат натрия | 1,0 |
| 5 | Уголь | 0,1 |
| 6 | Сода | 18,0 |
| 7 | Доломит | 15,0 |
| 8 | Стеклобой | ≤20 |
1.3 Выбор и обоснование технологического способа производства
Процесс стекловарения можно классифицировать по способу варки стекла (тип печи) и по способу формования ленты.
Для варки стекла применяют печи периодического и непрерывного действия. Периодические печи могут быть горшковыми и ванными, печи непрерывного действия – ванными.
До недавнего времени стекловаренные печи работали на генераторном газе. В настоящее время в связи с расширением использования природного газа почти все печи переведены на отопление этим дешевым, чистым и высококалорийным топливом. Используется в некоторых случаях и жидкое топливо (мазут, керосин).
Горшковые печиполучили свое название от горшков, в которых производится варка стекломассы. Их изготовляют из лучших сортов огнеупорных глин. Емкость горшков может колебаться от 300 до 1000 кги более.
По количеству горшков печи бывают одно- и двухгоршковые, а также многогоршковые (до 16 горшков).
Печи бывают с нижним (кадиевые) и верхним пламенем. В первом случае подача газа и воздуха в рабочее пространство печи, а также отвод продуктов сгорания осуществляются через вертикальные каналы, расположенные в центре пода; во втором случае – через горелки, расположенные в верхней части боковых стен рабочей камеры.
Нагрев воздуха, идущего на горение, осуществляется за счет тепла отходящих газов в регенеративных или рекуперативных устройствах, размещенных в нижней части печного строения.
Недостатками горшковых печей являются плохое использование площади пода, небольшая производительность (до 10 т/сут), потребность в дорогом и сложном хозяйстве для изготовления горшков, вынужденные перерывы в работе вследствие порчи горшков. Периодичность работы печей приводит к необходимости их охлаждения перед выработкой и разогревания для варки. Это приводит к большой и бесполезной трате тепла. Тепловой коэффициент полезного действия горшковых печей обычно не превышает 8%.
Вследствие таких больших недостатков использование горшковых печей для варки стекла в настоящее время сокращается.
Горшковые печи применяют лишь при варке оптического стекла, требующего высокой однородности и светопрозрачности, а также для цветных и глушеных стекол, производство которых связано с необходимостью обеспечения специальных режимов варки. Иногда их применяют также в случаях, когда требуется одновременно варить, в небольших количествах несколько составов стекол.
Ванные печи периодического действия.В таких печах нижняя часть рабочего пространства представляет собой бассейн без разделительных приспособлений, полностью (по всей площади) заполненный стекломассой. В остальных конструктивных деталях они мало отличаются от горшковых печей с верхним направлением пламени. Применяют такие печи, в частности, для варки тугоплавких стекол «пайрекс», требующих большой продолжительности провара и высоких температур. Так как стенки и дно этих печей снаружи омываются воздухом, они лучше выдерживают действие высоких температур, чем горшки. Объем рабочей камеры в этих печах используется лучше, чем в горшковых, где площадь поверхности стекла составляет всего 30–35% от площади пода, а следовательно, большая часть тепла расходуется непроизводительно. Однако, как и горшковые печи, они вследствие периодического действия имеют большой удельный расход тепла.
Ванные печи непрерывного действияявляются наиболее совершенными и поэтому широко распространены в производстве большинства массовых видов стекол (листовое, тарное и др.). В зависимости от вида выпускаемой продукции и способа выработки они могут быть различной производительности и отличаться конструктивными особенностями.
В ванных печах непрерывного действия стекольная шихта загружается определенными порциями с одного торца печи. В другом конце печи непрерывно производится выработка стеклянных изделий из сваренной стекломассы, По своей длине печь условно делится на зоны провара (варки), осветления и гомогенизации, студки и выработки. Необходимая температура в этих зонах поддерживается горелками, расположенными над бассейном.
Зона студки имеет самостоятельную систему отопления или не отапливается вообще. Зона выработки имеет систему для подогрева стекломассы.
Бассейны печей могут иметь разделительные устройства между варочной и выработочной частями в виде глухой стены с протоком или подвесным мостом, заглубленным в стекломассу.
В печах с неразделенным бассейном разделяют только газовую среду. Разделение производят при помощи экрана, выложенного в виде сниженной арки или сниженного свода.
Небольшие ванные печи производительностью до 15 т/сут, как правило, имеют подковообразное направление пламени, что обеспечивает факелу достаточную длину. Такие печи применяют при производстве небольших штучных изделий.
Средние и крупные ванные печи, имеющие достаточную ширину, делают с поперечным направлением пламени. Общая длина крупных печей достигает 70 м, а ширина – 10 м. Глубина бассейна зависит от типа стекол и принимается при варке темного стекла 0,6–0,9 м, а при варке бесцветного – 1,2–1,5 м.
Средние (производительностью 15–60 тв сутки) и крупные (производительностью 400 тв сутки) печи применяют при механизированной выработке листового стекла, труб и больших штучных изделий.
Для использования тепла отходящих газов печи оборудуют обычно регенераторами. Печи с рекуператорами, несмотря на свои преимущества (постоянство направления пламени), широкого распространения не получили.
В печах с поперечным направлением пламени горелки располагаются в продольных стенах, а регенераторы разделены на секции, каждая из которых работает на одну горелку. Такая конструкция позволяет более точно выдерживать температурный режим по длине печи.
Загрузка шихты в печи осуществляется механизированными загрузчиками, сблокированными с уровнемерами, что дает возможность автоматически поддерживать нужный уровень стекломассы с точностью 0,1 мм. Для поддержания в выработочной части печи постоянного давления устанавливается дифференциальный манометр, сблокированный с шибером дымовой трубы.