Стекло. Особенности и способы производства.
В производстве стекла выполняются следующие процессы: подготовка сырьевых компонентов, добывание шихты, варка стекла, охлаждение стекломассы, формирование изделий, отжиг этих изделий и их обработка (механическая, химическая, термическая). Главными компонентами являются стеклообразующие вещества природного происхождения (SiO2) и искусственные (Na2CO3). Перед варкой все компоненты измельчаются, сушатся, просеиваются и смешиваются до однородной массы (порошкообразной шихты), которую помещают в стекловаренную печь. Есть несколько стадий процесса стекловарения: силикат образующая, стеклообразующая, осветления, гомогенизации и стадия «студки» (охлаждения).
Стадия силикат образования.
Стадия силикат образования термически разлагает компоненты и образует силикаты, представляющие собой вначале спёкшийся конгломерат и компоненты, которые не вступили в реакцию. Отдельные силикаты плавятся при повышении температуры и растворяются друг в друге. Таким образом, из них формируется непрозрачный расплав, который содержит частицы шихтовых компонентов и большое количество газов. При температуре 1200 градусов завершается стадия силикат образования.
Стадия стеклообразования.
С конечным этапом стадии образования силикатов совмещается стадия стеклообразования, которая протекает в промежутке температуры от 1100 до 1200 градусов. Стадия стеклообразования делает расплав прозрачным, растворяя остатки шихты и удаляя пену. Эту стадию назвали процессом расплавления в силикатном растворе зёрен кварца, результатом которого является образование относительно однородной стекломассы.
Стадия осветления и гомогенизации.
Примерно 18% газов, которые связанны химически (О2, SO2, СО2 и другие) содержится в обычной стекольной шихте. Основная часть этих газов удаляется, но в стекломассе остаётся их некоторое количество, которое и образует мелкие или крупные пузыри. При температуре около 1600 градусов маленькие пузырьки растворяются в стекломассе, а большие поднимаются на её поверхность.
Гомогенизация (стекломасса усредняется по составу) идёт одновременно с осветлением. Большая вязкость расплава, медленные диффузионные процессы или плохо перемешанные компоненты шихты приводят к неоднородности стекломассы. Газовые пузырьки, которые выделяются из стекломассы, выравнивают концентрацию расплава путём перемешивания неоднородных микроучастков, и тем самым облегчая взаимную диффузию.
Таким образом, при механическом перемешивании наблюдается самая интенсивная гомогенизация. Охлаждение стекломассы – последняя стадия в варке стекла. Вязкость стекломассы, необходимая для формования достигается охлаждением до температуры 750 – 950 градусов. Нужно непрерывно и медленно снижать температуру, не изменяя состав и давление газовой среды, потому что может образоваться вторичная мошка (те же мелкие пузырьки).
Процессы производства разных видов стекла отличаются различными специфическими особенностями. Изделия из стекломассы формируются стеклоформующими машинами. После формования готовые изделия подвергают отжигу (термической обработке). Если после отжига стекло снова охладить (процесс закаливания), то стекло приобретёт термостойкость, увеличенную механическую прочность и характер разрушений будет безопасным. Применяются закалённые стёкла для остекления вагонов, автомобилей и тому подобных целей.
