Технология производства листового и строительного стекла Марблита

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология производства листового и строительного стекла Марблита



Содержание

Введение

1. Характеристика данного вида стекла

2. Производство Листового и Строительного стекла в России и за рубежом

3. Выбор и обоснование сырьевых материалов

3.1 Назначение оксидов и состав стекла

3.2 Расчёт шихты для производства стекла

3.3 Расчёт свойств стекла по методу А. А. Аппена

3.4 Расчёты режима отжига

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Стекло - одно из самых распространённых материалов, широко используемых в народном хозяйстве и в быту. Прозрачными листами стекла заполняют световые проёмы зданий и осветляют средство транспорта. Стеклянная посуда, бутылки, банки, электролампы, осветительная арматура, зеркала, очки необходимые предметы нашего быта. Стеклянная промышленность постоянно развивается, появляются современные технологии, и в продажу поступают всевозможные разновидности различных изделий самых различных форм и толщины. Возможности технологов значительно расширилось за счёт вовлечения в орбиту сырьевых ресурсов новых видов материалов и в том числе окислов редких металлов и редких земель.

При варке стекла различают пять стадий стекловарения: силикатообразование, стеклооброзование, осветление, гомогенизация, охлаждение.

Цель данной курсовой работы: разработать технологию производства листового и строительного стекла Марблита

Задачи, поставленные для курсовой работы:

-изучить применение, ведущие свойства, назначение листового и строительного стекла;

-выбрать сырьевые материалы и составить технологическую схему производства листового и строительного стекла;

-произвести расчёты шихты и режимы отжига.



1. Характеристика данного вида стекла

Стекло является одним из главных материалов, применяемых в строительстве. К его достоинствам можно отнести: высокую прозрачность, не меняющуюся с течением времени, химическую инертность и высокую стойкость к абразивным воздействиям, а также стойкость к возгоранию. Строительным стеклом называют изделия из стекла, применяемые для остекления световых проемов, устройства прозрачных и полупрозрачных перегородок, облицовки и отделки стен, лестниц и др. частей зданий.К этой же категории относят тепло- и звукоизоляционные стекломатериалы: пеностекло (пористый материал, классифицируется на влагозащитное, строительное, декоративно-облицовочное, декоративно-акустическое, фильтрующее, высокотемпературное пеностекло и используется в гражданском и промышленном строительстве для изоляции полов, потолков, междуэтажных бетонных перекрытий) и стекловата (волокнистый материал, стеклянные волокна различного химического состава обладают ценными свойствами: негорючестью, стойкостью к коррозии, высокой прочностью, сравнительно малой плотностью), а также шлакоситаллы (стеклокристаллические материалы, получаемые из расплавов шлаковых стекломасс путем направленной гетерогенной кристаллизации, отличаются повышенными механическими, термическими и химическими свойствами по сравнению с другими стекломатериалами и применяются для наружной облицовки строительных объектов от воздействий на них агрессивных сред) и стеклянные трубы (применяются в качестве трубопроводов с повышенной коррозионной стойкостью в сравнении с металлическими аналогами).

Строительное стекло подразделяют на листовое строительное (оконное стекло, витринное, мебельное и зеркальное), листовое безопасное и упрочненное (армированное, закаленное, безосколочное многослойное), листовое со специальными свойствами (увиолевое стекло, теплозащитное, токопроводящее, самоочищающееся и др.), листовое цветное декоративное (цветное, узорчатое, витражное, марблит, стемалит), архитектурно-строительное и облицовочное (стеклоблоки, стеклопакеты, профилированное, коврово-мозаичные плитки).

Листовым стеклом называются изделия из стекла, вырабатываемые в виде плоских листов, толщина которых мала по отношению к длине и ширине. В соответствии с разными способами выработки листовое стекло бывает тянутое,прокатное и полированное (обладает минимальными оптическими искажениями) и служит для остекления оконных и дверных проемов, фонарей верхнего света и витрин. Зеркальное - это стекло с тщательно обработанной задней поверхностью, которое приобретает особенно хорошие отражающие свет свойства. Армированное стекло содержит в толще своей проволочную сетку. Его применяют для остекления фонарей промышленных и общественных зданий, кабин подъемников, лестничных клеток, проемов противопожарных стен. Закаленное стекло обладает прочностью, повышенной в 5-10 раз по сравнению с обычным стеклом. стекловарение силикатообразование стеклообразование сырьевой

Это достигается специальной термической обработкой (закалкой), при ударе такое стекло образует мелкие осколки с тупыми краями, а вот оптические свойства и морозостойкость после закаливания не изменяются. Безосколочное многослойное стекло состоит из нескольких листов стекла, прочно склеенных между собой прозрачной эластичной пленкой органического происхождения.

Наибольшее распространение получило безосколочное трехслойное стекло триплекс, с помощью закалки или ламинирования (метод, при котором листы стекла и расположенная между ними пленка из ПВБ (бутафоль-поливинилбутираля) в процессе сжатия соединяются между собой под воздействием высокой температуры и вакуума) это стекло становится безопасным с повышенной прочностью. Для получения стекол со специальными свойствами изменяют химический состав или применяют способы нанесения на поверхность стекла различных пленочных и других покрытий, в том числе пленок металлов и их оксидов. Например, увиолевые стекла пропускают ультрафиолетовые (УФ) лучи в отличие от обычного стекла, которое их поглощает. Поскольку эти лучи благотворно воздействуют на развитие и жизнедеятельность человека, животных и растений, то такие стекла применяются в строительстве для остекления лечебных учреждений, детских садов, инкубаторов и теплиц. Напротив, стекла, поглощающие УФ лучи, используются для остекления картинных галерей и помещений, в которых хранятся архивные материалы, книги, с целью защиты от разрушающего воздействия ультрафиолета. Стекла, поглощающие инфракрасные лучи, предназначены для ослабления перегрева помещений на солнечной стороне зданий в летнее время. Такое теплозащитное стекло или поглощает тепловое излучение во всей массе стекла, или отражает часть инфракрасных лучей благодаря тонким металлическим пленкам, нанесенным на поверхность. Самоочищающееся стекло - это обычное стекло со специальным покрытием внешней поверхности стекла, обладающим двойным действием. При попадании на стекло дневного света его покрытие разрушает любые органические отложения грязи, которые смываются дождевой водой.

Цветное (тонированное) строительное стекло может быть окрашенным по всей толщине или состоять из двух слоев: основного бесцветного и тонкого цветного, применяется для витражей, декорирования мебели, остекления зданий. Узорчатое строительное стекло с матовым или "морозным" рисунком используют для остекления лестничных клеток, внутренних перегородок, оно имеет с одной стороны рифленую поверхность, предназначается для рассеяния света. Классический пример витража - 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. Стемалит - листовое стекло различной фактуры, покрытое с одной стороны силикатной краской и подвергнутое термообработке для упрочнения стекла и закрепления краски на его поверхности. Применяется для наружной и внутренней облицовки зданий, изготовления многослойных навесных панелей. Стеклоблок - внутри полый, содержит воздух, поэтому ему присущи отличные звуко- и теплосберегающие свойства.

Современные стеклоблоки могут иметь практически любую поверхность (гладкую или рифленую, прозрачную или матовую), разнообразную цветовую гамму, толщину от 7,5 до 10 см и массу от 2,5 до 4,5 кг. Размеры стандартизированы и составляют 19Ч19Ч8 см либо 24Ч24Ч8 см. Стеклопакеты в современном строительстве широко применяют для остекления промышленных и жилых зданий. Они представляют собой изделия из соединенных между собой по периметру двух или более листов плоского стекла с герметически закрытой полостью. Внутренние поверхности стекол не замерзают и не запотевают даже при очень низкой наружной температуре, светопропускание стеклопакетов составляет 80-82%.

Они могут служить отопительными панелями, если на поверхность внутреннего стекла нанести токопроводящую пленку и нагревать ее электрическим током. Токопроводящие стекла получают на основе пленок оксидов олова, индия, цинка и др. Эти пленки прозрачны, бесцветны, их удельное поверхностное сопротивление может быть от 100 м/см2 и выше, толщина пленки не превышает 1 мкм. Профилированное строительное стекло имеет профиль швеллерного или коробчатого типа (стекор) толщиной 6 мм. Применяется как стеновой материал (гаражи, киоски, автобусные остановки и т.д.), в виде одно- или двухслойных конструкций. Комплект, состоящий из плотной бумаги с наклеенными на нее мозаичными плитками, называется ковром и предназначен для облицовки стеновых панелей кирпичных стен различных зданий.

К облицовочному глушеному стеклу относится и стекло марблит. Марблит представляет собой утолщенное плоское глушеное цветное стекло с разнообразной окраской. Этот вид непрозрачного окрашенного в массе листового стекла имеет высокую механическую прочность, долговечность и широкие декоративные возможности.

Наружная лицевая сторона марблита может быть полированной, узорчатой, необработанной -- шероховатой. Обратная сторона имеет мелкую продольную нарезку или рифления для лучшего закрепления листа при облицовке. Марблит выпускают черного, молочно-белого, красного, серого, желтого, синего, голубого, кремового, коричневого цветов в виде облицовочных плиток размерами 50X100, 100X150, 150X150, 200X200, 200X300 мм или облицовочных панелей размером до 1000X3000 мм. Толщина плиток и панелей из марблита 6--7 мм. Из марблита изготовляют уголки, желоба, профилированные элементы, плинтуса и другие строительные детали. По механическим свойствам марблит близок к обычному листовому стеклу.



2. Производство Листового и Строительного стекла в России и за рубежом

За последние десять лет в производстве и потреблении листового стекла для строительства в России произошли существенные изменения. Изменилось само отношение к этому продукту: если десять лет назад основное его назначение было остекление деревянных рам в жилищном строительстве и розничная продажа, то сейчас основная часть стекла поступает на вторичную переработку такую, как нанесение покрытий, закалка, изготовление многослойных стекол и стеклопакетов. Как говорят в странах Западной Европы, листовое стекло стало базовым продуктом для производства конечной продукции. Это вызвало изменение требований, предъявляемых потребителями к качеству листового стекла, особенно к стабильности показателей качества. Произошедшие изменения в структуре потребления листового стекла, резкое сокращение объемов промышленного производства в России в 1993-94 годах привели к формированию точки зрения о крахе отечественного производства листового стекла, его неспособности обеспечивать выполнение современных требований к качеству продукции. Одновременно много говорилось об отсутствии спроса на листовое стекло в России, о перенасыщенности рынка стеклом, как отечественного, так и зарубежного производства. Возникает ощущение некоторой внутренней противоречивости, сложившейся обстановкиВ России (и СНГ) требования к качеству листового стекла определяются ГОСТ111-90 "Стекло листовое. Технические условия".

В этом стандарте предусмотрено восемь марок листового стекла (М1 - М8), различающихся требованиями к внешнему виду (допустимому количеству и размерам пороков стекла) и оптическим характеристикам. М7 и М8 отличаются от других марок еще и толщиной (от 6,5 мм и больше), поэтому их называют витринным стеклом. Аналогичное деление стекла по маркам есть и в Европейских стандартах (EN 572) и стандартах США. Существует два основных способа производства листового стекла: горизонтальный на расплаве металла (флоат-стекло, термически полированное стекло) и вертикального вытягивания (ВВС, БВВС, тянутое стекло), различающихся как производительностью, так и качеством выпускаемой продукции. Эти способы производства применяются как в России, так и в остальном мире. К сожалению, в России большинство стекольных заводов до сих пор использует устаревший метод вертикального вытягивания, не позволяющий выпускать листовое стекло высшего качества. В развитых странах Европы и США в основном используется флоат процесс, обеспечивающий высокую производительность и качество выпускаемой продукции. При анализе ситуации с производством листового стекла в России необходимо учитывать эти различия.

В таблице приведены основные характеристики всех заводов листового стекла в России. Проанализируем приведенные данные. Следует сразу отметить, что за последние десять лет не введено ни одного нового производства листового стекла, поэтому в таблице приведены данные по традиционным производителям листового стекла, которые десятилетиями занимаются этим производством.

Первое, что бросается в глаза, это неравномерность распределения заводов листового стекла по территории России: большинство их расположено в центре Европейской части России. Причем выбытие заводов за последние годы (прочерк в последней колонке таблицы) только усилило эту неравномерность.

Сопоставляя эти данные с потреблением листового стекла по регионам страны, нетрудно понять, что это реальная характеристика сложившегося распределения деловой активности (в том числе в области строительства) в различных регионах.

Второе - разница в загрузке заводов, производящих термически полированное стекло, и заводов вертикального вытягивания. Если флоат-заводы загружены практически полностью, начиная с лета 1997 г. все работают на пределе своих технических возможностей (особенно, если учесть износ производственных мощностей), то заводы вертикального вытягивания понесли очень большие потери - половина из них полностью остановлена, на многих даже демонтировано оборудование. Именно из остановки этих заводов часто делается вывод об избытке листового стекла в России, поэтому эта ситуация требует более подробного анализа. Начнем его с истории вопроса. Во-первых, в России всегда не хватало своего листового стекла и, в годы существования СССР, его дефицит покрывался поставками из других республик, в основном с Украины и Белоруссии, частично из Прибалтики, Азербайджана и Киргизии. Во-вторых, экономическая ситуация складывается так, что себестоимость производства флоат-стекла стала сравнима с себестоимостью стекла вертикального вытягивания, а для многих регионов даже ниже его. То есть, более качественное стекло на рынке может стоить дешевле низкокачественного. В-третьих, как уже отмечалось, изменилась струк-3 тура потребления листового стекла: вместо прямых поставок на стройки и в розничную торговлю основная часть листового стекла идет на вторичную переработку. Но производство стекол с покрытиями, многослойных стекол, стеклопакетов требует высококачественного стекла марок М1, М2 - в противном случае резко падает качество этой продукции, она не соответствует требованиям соответствующих стандартов, да и потребители за свои деньги хотят иметь высококачественное остекление (все эти виды продукции стоят существенно дороже, чем стекло, из которого они сделаны). Совместное действие этих факторов и привело к снижению спроса на продукцию заводов вертикального вытягивания. Заводы вертикального вытягивания стекла находят свою нишу на рынке: поставки стекла для ремонтных целей, для остекления теплиц, выпуск стекла тонких номиналов, поставки стекла для электронной промышленности, но эта ниша сокращается.

В силу изношенности оборудования и его морального старения Российские заводы по производству флоат-стекла не могут все 100 % своей продукции выпускать маркой М1, поэтому они вынуждены часть своей продукции выпускать более низкими марками, в частности М4, чем они усложняют и без того трудное положение заводов вертикального вытягивания. Поэтому основной импорт листового стекла в Россию составляет высококачественное стекло марки М1, которого в России не хватает. Этот импорт шел нарастающими темпами с 1995 по 1998 годы из Европейских стран, а также Украины и Белоруссии. После 17 августа 1998 года сложилась ситуация, когда цены на импортное листовое стекло резко превысили отечественные цены (для сравнения: цены в Москве за 1 м2 4 мм стекла - отечественное ~ 1 $, из стран СНГ ~ 1,5 - 2 $, из дальнего зарубежья ~4,5 - 5,5 $). Казалось бы, импорт стекла должен резко упасть, но упал только импорт стекла из стран СНГ, а высококачественное стекло известных мировых фирм (Pilkington,Sent-Goben, Glaverbel) закупается примерно в тех же объемах. Это связано с несколькими причинами. Во-первых, резко возрос экспорт Российского стекла, особенно М1, в дальнее зарубежье из-за низких цен на него. Во-вторых, потребители уже привыкли к определенным стандартам качества и не хотят их снижать.

В-третьих, стекло из стран СНГ по своему качеству зачастую уступает Российскому или равно ему, но стоит дороже. Стекло ведущих мировых производителей заметно превосходит по качеству требования ГОСТ 111-90, особенно, в части дефектов внешнего вида и остаточных напряжений, что облегчает его переработку и снижает количество отходов, поэтому оно пользуется спросом у потребителей и переработчиков стекла, особенно имеющих импортные автоматизированные линии.Во всем мире широко выпускается и применяется (для изготовления стеклянных перегородок, придания большей выразительности зданиям и сооружениям) флоат стекло, окрашенное в массе. В России действует только одна маломощная линия по выпуску такого стекла, да и та фактически полупромышленная, полуэкспериментальная (она строилась как опытная установка для научных исследований). Поэтому такое стекло импортируется в больших количествах из стран дальнего зарубежья. Таким образом, можно констатировать, что в России есть дефицит высококачественного термически полированного стекла и падает спрос на стекло вертикального вытягивания. Такое развитие ситуации прогнозировалось специалистами Института стекла еще в восьмидесятые годы, когда планировалось строительство нескольких флоат-линий на различных стекольных заводах (Чумайтлинском (Удмуртия), Гусевском, УланУденском, Анжеро-Судженском, Чагодощенском, Сылвенском, АО "Востек", Мишеронском). В последние годы планировалось строительство флоат-линий на Солнечногорском (Московская обл., АО "БАМО-стройматериалы") и Лыткаринском (Московская обл.) стекольных заводах. К сожалению, из-за отсутствия финансирования ни одному из этих планов не суждено было сбыться, хотя многие из них до сих пор находятся в различной стадии реализации и флоат-линии могут быть пущены в ближайшие годы.

Для строительства флоат-линии нужны очень большие капитальные затраты (от 60 до 160 млн. $ в зависимости от места строительства, наличия производственных корпусов, инфраструктуры и других факторов). Однако сложившийся дефицит высококачественного листового стекла в России и разница в цене между отечественным и импортным стеклом делают оправданными такие вложения, поскольку обещают их быструю отдачу. Есть надежда, что инвесторы найдутся. Следует также отметить, что на различных стекольных заводах различная ситуация со стабильностью качества выпускаемой продукции. Например, Борский, Саратовский, Салаватский стекольный заводы, АО "Востек", АО "Символ" стабильно подтверждают качество своей продукции по выпускаемым маркам листового стекла и имеют на нее Государственные сертификаты соответствия, что гарантирует их потребителям качество получаемой продукции. Остальные заводы, пользуясь тем, что сертификация листового стекла в России добровольная, не имеют таких сертификатов и, соответственно, качество их продукции не подтверждено независимыми источниками.

Подводя итог, можно сказать, что производство листового стекла в России функционирует и имеет огромный потенциал для своего развития, если предприниматели не упустят сложившейся экономической ситуации и вложат деньги в создание и развитие современных производств высококачественного стекла

Таб. Характеристика заводов листового стекла в России

№	Название стекольного завода	Место расположения	Применяемый метод производства	Установленная мощность, тыс. т/год (ориентировочно)	Выпускаемые марки стекла	Ориентировочный годовой выпуск, тыс. т/год
1	Борский	Нижегородская обл.	флоат	360	М1, М2, М3, М4, М7	360
2	Саратовский	Саратовская обл.	Флоат	450	М1, М2, М3, М4, М7	300
3	Славатский	Башкортостан	флоат	360	М1, М2, М3, М4, М7	300
4	Опытный завод Саратовского института стекла	Саратовская обл.	флоат	36	окрашенное в массе стекло	35
5	Анжеро-Судженский	Кемеровская обл.	вертикальное вытягивание	240	М4, М5, М6, М8	180
6	Бытошевский	Брянская обл.	вертикальное вытягивание	120	М4, М5, М6, М8	80
7	АО "Востек"	Тверская обл.	вертикальное вытягивание	180	М4, М5, М6, М8	150
8	АО "Символ"	Владимирская обл.	вертикальное вытягивание	120	М4, М5, М6, М8	120
9	Гусевской	Владимирская обл.	вертикальное вытягивание	240	-	-
10	Дагестанские огни	Дагестан	вертикальное вытягивание	240	-	-
11	Красноусольский	Башкортостан	вертикальное вытягивание	240	-	-
12	Краснодарский	Краснодарский край	вертикальное вытягивание	30	-	-
13	Мишеронский	Московская обл.	вертикальное вытягивание	240	-	-
14	Магнитогорский	Челябинская обл.	вертикальное вытягивание	100	-	-
15	Райчихинский	Амурская обл.	вертикальное вытягивание	120	-	-
16	Ирбитский	Свердловская обл.	вертикальное вытягивание	100	М4, М5, М6, М8	36
17	Сылвенский	Пермская обл.	вертикальное вытягивание	80	-	-
18	Тулунский	Иркутская обл.	вертикальное вытягивание	80	М4, М5, М6, М8	60
19	Улан-Уденский	Бурятия	вертикальное вытягивание	240	-	-
20	Чагодощенский	Вологодская обл.	вертикальное вытягивание	240	-	-
	Итого			3816		1621



3. Выбор и обоснование сырьевых материалов

3.1 Назначение оксидов и состав стекла

Одним из важных этапов в производстве стекла является выбор сырьевых материалов.

Для выбора сырьевых материалов, необходимых в производстве стекла данного по заданию составу, нужно руководствоваться следующими принципами:

-получаемая из сырьевых материалов шихты должна обеспечивать примерно такой же состав стекла, какой нам дан по заданию;

-для экономичности производства, месторождения и заводы по производству сырьевых материалов, необходимых для производства стекла, должны располагать как можно ближе к району,где осуществляется изготовление стекла. В нашем случае производство стекла осуществляется изготовление стекла. Внашем случае производство стекла осуществляется в Белгородской области.

Назначение оксидов в составе стекла:

Кремнезем (SiO₂) является главной составной частью всех промышленных стёкол. Около 95% всех стеклоизделий получают на основе силикатных стёкол, концентрация кремнезема в которых составляет 55-75 % и более. В производстве промышленных стекл применяют кварцевый песок разных месторождений, содержащие в кремнезема в которых должно быть не менее 95 %.

Борный ангидрид (B₂O₃) В состав бесцветных стекол оксид бора вводят химическими материалами - борная кислота, бурой, боратом кальция. Борсодержащие материалы применяют главным образом в производстве технических, оптических и цветных стекол. B₂O₃ в составе стекла способствует снижению коэффициента теплового расширения, повышению термической и химической устойчивости стекол и улучшению их кристаллизационных свойств. При замене SiO₂ оксидом бора снижается вязкость расплавов и облегчается получение стекломассы. Повышенная стоимость и дефицитность соединений бора препятствуют их применению в производстве листового и строительного стекла.

Оксид натрия (Na₂O) и калия (K₂O) играют роль плавней. Они понижают температуру плавления и склонность к кристаллизации, показатель преломления, электросопротивление, микротвердость, повышают плотность и ТКЛР, диэлектрическую проницаемость.

Белила цинковые (окись цинка) ZnO -- бесцветный кристаллический порошок, нерастворимый в воде.

Чистым белилам характерна абсолютная белизна и синеватый оттенок. Чистота этого материала зависит от чистоты продукта, который служил для фабрикации. Они не имеют запаха, хорошо смешиваются с водным раствором аммиака и щелочами. Хорошо впитывают влагу и углекислый газ из воздуха, поэтому хранить их стоит в закрытых упаковках. Главным преимуществом является то, что они не разрушаются под влиянием бактерий и микроорганизмов. Также они являются пожаробезопасными.

3.2 Расчёт шихты для производства стекла

Расчёт состава шихты основан на химическом анализе применяемом сырьевых материалов и на заданном химическом составе стекла

Состав стекла :

SiO₂ - 69.0%;

Na₂O - 8.0%;

B₂O₃ - 5.0%

ZnO - 10%

K₂O - 8.0%

Химический состав сырья в %



Сырьевые Материалы	Содержание в % по массе
	SiO2	B2O3	Al2O3	Na2O	K2O	Fe2O3	ZnO	П.п.п.
Кварцевый песок	98,5	-	0,6	0,3	-	0,3	-	0,3
Борная кислота	-	56,45	-	-	-	-	-	43,55
Поташ	-	-	-	-	66,8	0,005	-	33,195
Сода Техническая	-	-	-	57,6	-	0,005	-	42,395
Цинковое белило	-	-	-	-	-	-	96	4

Чтобы определить количество материалов шихты, составляем уравнение обозначая:

Количество песка - через Х₁ ;

Количество борный кислоты - Х₂ ;

Количество поташа - через Х₃ ;

Количество соды - через Х₄ ;

Количество цинкового белила - через Х₅.

Определяем количество песка:

100 вес. ч. - 98,5

Х₁ вес. ч. - 69

Х = ; Х = 70,05 вес. ч.

Р(SiO₂)=70.05 вес. ч.

P(Al₂O₃)= ; P(Al₂O₃)=0.42

P(Na₂O)=0.21

P(Fe₂O)=0.21

P(п.п.п.)=0,21

Определяем количество борной кислоты:

100 вес. ч. - 56,45

Х₂ - 5

Х₂ = ; Х₂ = 8,86 вес. ч.

Определяем количество поташа:

100 вес. ч. =68,8

Х₃= ; Х₃=11,63 вес. ч.

P(Fe₂O)= ; P(Fe₂O)=0,00058

Определяем количество технической соды:

100 вес. ч - 57,6

Х₄ - 8

Х₄ = ; Х₄ =13,89 вес. ч.

P(Fe₂O)=

Определяем количество цинкового белила:

100 вес. ч - 96

Х₅ - 10

Х₅ = ; Х₅ =10,4 вес. ч.

Теоретический состав шихты

Сырьевые Материалы	Шихта Вес. ч.	Содержание в % по массе
		SiO2	B2O3	Al2O3	Na2O	K2O	Fe2O3	ZnO
Кварцевый песок	70,89	70,05	-	0,42	0,21	-	0,21	-
Борная кислота	8,86	-	8,86	-	-	-	-	-
Поташ	11,0058	-	-	-	-	11,63	0,00058	-
Сода Техническая	13,89069	-	-	-	13,89	-	0,00069	-
Цинковое белило	10,4	-	-	-	-	-	-	10,4
?	115,67	70,0,5	8,86	0,42	14,1	11,63	0,21127	10,4

115,67=115,67

Материальный баланс

Состав шихты на 100 вес. ч. стекломассы:

Песок…………70,89

Борная кислота…….8,89

Поташ…….11,0058

Сода Техническая……13,89069

Цинковое белило…….10,4

Итого….115,67

Влажность шихты 5% веса шихты, количество обратного боя 25%.

Количество боя :

115,67*0,25=28,9175 вес. ч.

Количество влаги:

(115,67-28,9175)*0,05=4,34 вес. ч.

Количество вводимой шихты:

115,67-28,9175=86,7525 вес. ч.

Количество вводимой шихты:

86,7525-4,34=82,4125 вес. ч.

Определить содержание песка:

115,67 вес. ч. шихты - 70,89 вес. ч. песка

100 вес. ч. шихты - Х₁ вес. ч. песка

Х₁=61,29 вес. ч. песка

Определить Содержание борной кислоты:

115,67 вес. ч. шихты - 8,86 вес. ч. борной кислоты

100 вес. ч. шихты - Х₂ вес. ч. борной кислоты

Х₂ =7,66 вес. ч. борной кислоты

Определить содержание поташа:

115,67 вес. ч. шихты - 11,63058 вес. ч. поташа

100 вес. ч. шихты - Х₃ вес. ч. поташа

Х₃ =10,05 вес. ч. поташа

Определить содержание соды:

115,67 вес. ч. шихты - 13,89069 вес. ч. соды

100 вес. ч. шихты - Х₄ вес. ч. соды

Х₄ =12,009 вес. ч. соды

Определить содержание цинкового белила:

115,67 вес. ч. шихты -10,4 вес. ч. цинк. белила

100 вес. ч. шихты - Х₅ вес. ч. цинк. белила

Х₅ =6,68 вес. ч. цинк. Белила

?=97,689

Расчёт теоретического состава стекла.

Определяем содержание песка:

Р(SiO₂)= =60,56

P(Al₂O₃)= =0,36

P(Na₂O)= =0,18

P(Fe₂O)= = 0,18

Определяем содержание борной кислоты:

P(B₂O₃)= =7,66

Определяем содержание поташа:

P(K₂O)= =10,05

P(Fe₂O)= = 0,0005

Определяем содержание соды:

P(Na₂O)= =12

P(Fe₂O)= = 0,0005

Определяем содержание цинкового белила:

Р(ZnO)= =9

?=99,991

Выход стекла и потери при стеклообразовании

Выход стекла в процентах определяют из соотношения:

115,67 вес. ч. шихты - 100 вес. ч. стекла

100 вес. ч. шихты - Х вес. ч. Стекла

Х = =86,45 вес. ч. стекла

Потери при стеклообразовании (угар) определяют из выхода стекла по разности

100 - 86,45= 13,55

Материальный баланс

Приход	Вес. ч.	Расход	Вес. ч
Шихта	82,4125	Стекломасса	97,78
Бой	28,9175	Угар	13,55
Влага	4,34	Влага	4,34
итого	115,67	итого	115,67

Пересчёт состава стекла из весовых процентов в молярные

Для пересчёта состава стекла из весовых процентов в молярные сначала определяют число молей в стекле всех его компонентов .

Так, для i- го компонента

n_i =

Затем рассчитываем N_i по формуле

N_i =

Состав стекла:

SiO₂ - 69.0%;

Na₂O - 8.0%;

B₂O₃ - 5.0%

ZnO - 10%

K₂O - 8.0%

Определяем число молей каждого компонента стекла:

n(SiO₂)=69/60=1.15

n(B₂O₃)=5/70=0.07

n(ZnO)=10/81=0.12

n(Na₂O)=8/62=0.13

n(K₂O)=8/94=0.09

?n=1.56

Откуда :

N(SiO₂)=(1.15*100)/1.56=77.71

N(B₂O₃)=(0.07*100)/1.56=4.49

N(ZnO)=(0.12*100)/1.56=7.69

N(Na₂O)=(0.13*100)/1.56=8.33

N(K₂O)=(0.09*100)/1.56=5.77

?N=103.27

3.3 Расчёт свойств стекла по методу А. А. Аппена

А. А. Аппен предложил метод расчёта ряда свойств стекла (плотность, показатель преломления, средняя дисперсия, линейный коэффициент термического расширения, модули упругости и сдвига, диэлектрическая проницаемость, поверхностное натяжение). Он получил приближенно усредненные парциальные величины(аддитивные коэффициенты), которые используют для расчёта свойств стекла.

Для приближенно-усредненных величин,не являющихся постоянными, выведены уравнения, которые применяют для получения коэффициентов, пригодных для расчёта свойств стекла.

SiO₂

1)молекулярный объё

V_SiO2 =26,1+0,035*(N _SiO2 - 67)=26,1+0,035*(77,71-67)=26,47 см²/моль;

2)показатель преломления

n _SiO2 =1.475-0.0005*(N _SiO2 -67)=1.475-0.0005*(77,71-67)=1,47

3)линейный коэффициент термического расширения

б _SiO2 *10⁷ = 38-1*(N _SiO2 -67)= 38-1*(77.71-67)=27.29

4)модуль упругости

E _SiO2 *10^-3=6.5+0.02(N _SiO2 -67)=6.5+0.02*(77,71-67)=6,54кгс/мм²

5)модуль сдвига

G _SiO2 *10^-3 =2.7+0.01*(N _SiO2 -67) =2.7+0.01*(77.71-67)=2,8

6)средняя дисперсия

д _SiO2 *10⁵=675;

7)диэлектрическая проницаемость при частоте 4,5*10⁸гц

е _SiO2 =3,8;

8)поверхность натяжения при 1300

у _SiO2 =290дин/см.

B₂O₃

1)молекулярный объём

V _B2O3 =20 см³/моль

2)показатель преломления

n _B2O3=1.610;

3)средняя дисперсия

д _B2O3 *10⁵=1110.

ZnO

1)молекулярный объём

V _ZnO=14,5 см³/моль;

2)показатель преломления

n _ZnO =1.710;

3)средняя дисперсия

д _ZnO *10⁵=1650.

Na₂O

1)молекулярный объём

V _Na2O=20,2 см³/моль;

2)показатель преломления

n _Na2O =1.590;

3)средняя дисперсия

д _Na2O *10⁵=1420.

K₂O

1)молекулярный объём

V _K2O=34,1 см³/моль;

2)показатель преломления

n _K2O =1.575;

3)средняя дисперсия

д _K2O *10⁵=1300.

Плотность стекла

: p =?P_i /(n_i *V_i)

P= = 1.494 г/см³

Показатель преломления стекла :

n_D =?(n_i *g_i)/ ?n_i

N_D= = 1.47

Средняя дисперсия :

д *10⁵ =?(n_i *g_i)/ ? n_i

д *10⁵ = = 6 689 650

Техническая схема производства стеклоизделий

Сырьевые материалы подготавливают по следующей схеме:

	Песок		Сода		Белило цинковое		Борная кислота		Поташ

Промывание

Сушка

Просеивание

Смешивание и получение шихты

Варка

Формование

Отжиг

Готовые изделия

На стекольных заводов цехи составление шихты имеют два отделения: подготовительное и дозировочно-смесительное. На заводах создают запас сырьевых материалов: при работе на обогащенном сырье на 15 сут, на необогащённом сырье на 30 сут.

Поступающий с обогатительных фабрик песок подвергают контрольному просеву и при необходимости сушке. Необогащённый песок проходит сложную обработку, главная задача которой удаление оксидов железа до установленных нормами пределов. После обогащения песок сушат, если в нём содержится более 4-4,5% влаги, и просеивают.

Сода поступает в готовом виде (в мешках). Её просеивают через сито. При длительном хранении ввиду гигроскопичности сода слеживается, образуя комки. В этом случае её измельчают и просеивают.

Белило цинковое поступает на заводы в готовом виде в мешках. Подготовка их к введению в шихту заключается в просеивании

Стекло марблит обычно варят двух видов - толщиной 5-7или 8-10 мм; его наружная лицевая сторона может быть полированной,узорчатой, необработанной - шероховатой или огненно - полированной. Обратная сторона имеет мелкую продольную нарезку или рифления для закрепления листа при облицовке. Марблиты изготавливают самых разнообразных цветов и по преимуществу глущеными: желтые,чёрные,серые, кремовые, зелёные,розовые, а также мраморовидные и др .

Стекло варят в нескольких небольших по мощности (3 - 10 т/сут) ванных регенеративных печах периодического действия, что позволяет одновременно изготовлять различно окрашенные марблиты. Температура варки 1420 C, осветление и гомогенизации 1450 -1560C с применением бурления. Сваренную стекломассу остужают в печи до 1300 -1250 Си постепенно вычерпывают при выработке с помощью различного ковша.

Стекломассу формируют в листы на прокатной машине периодического действия стольного типа, устройство которой обеспечивает получения листов с гладкой огненно-полированной поверхностью. Прокатный стол машины представляет собой металлическую плитку, обогреваемую снизу газовыми горелками, оборудованную подвижной кареткой, которая совершает над плиткой возвратно-поступательное движение и с помощью смонтированных на ней двух валов прокатывает стекломассу.

Большой вал охлаждает внутри водой, при движении каретки вдоль стала прокатывает стекломассу в лист. Малый вал, изготовлен из жароупорной стали с хорошо отполированной поверхностью, движется следом за большим валом (на расстоянии 350 мм)и заглаживает поверхность листа, будучи расположен немного ниже поверхности формуем большим валом.

Особенность этого метода прокатки состоит в большой скорости процесса, в 8-10 раз превосходящей скорость непрерывной прокатки стекла на обычных прокатных машинах, в результате чего поверхность листа под действием силы поверхностного натяжения разглаживает и становится блестящей огненно-полированной.

Листы марблита разного вида и толщены отжигают с различной скоростью с удлинённой печи при максимальной температуре 560 -580 С.

К числу перспективных и производительных способов изготовления марблита следует отнести непрерывную прокатку цветного стекла, получаемого непрерывно действующих ванных печах и прокатываемого существующими прокатными машинами в ленту, а также флоат-способ выработки окрашенного в массе листового стекла.

3.4 Расчёты режима отжига

Рассчитаем режим для пробирки, выполненной из листового и строительного стекла, толщиной стенки которой равна 1,5мм. Для расчётов используем двойную толщину, т.к. изделие полое .

Толщина: 3мм=0,3 см

а= 0,3см

Вычислим верхнюю температуру отжига по методу Охотина:

T_BO=-6,14*Na₂O+3,15*(CaO+MgO)+3,78*Al₂O₃+598,03

T_BO=-6,14*8+3.15*(0+0)+3,78*0+598.03=549

Пробирка- штучное изделие, которое помещают в печь для отжига после формования. Для закрепления формы они охлаждаются до температуры ниже верхней температуры отжига (450…500С). примем эту температуру равной 480 С.

Первый этап отжига является нагрев до T_BO.Рассчитаем скорость (град/мин) и время (мин):

V₁=(20…30)/a²=25/0.09=277.7

ф₁=(549-480)/277.7=0.25

Время выдержки при T_BO составит,мин:

ф _ВО=(70…120)*а²=100*0,09=9

Нижнюю температуру отжига принимают на 150 С ниже T_BO,то есть

Т_НО=549-150=399С.

Определяем скорость и время ответственного охлаждения:

V₃=(2…5)/a²=3,5/a²=3/0,09=33.3

ф₃ =150/33.3=4.5

Рассчитывают скорость и время охлаждения изделий до комнатной температуры(20С)на последней стадии процесса отжига:

V₄=(10…15)/a²=12.5/a²=138,9

ф ₄=(402-20)/138,9=2,73

Таким образом, общее время отжига,мин

ф =0,25+9+4,5+2,73=14,48



Заключение

Стекло и изделья на его основе применяют во всех областях современной науки и технике. Стекло превратилось в незаменимый материал строительного и конструкционного назначения, утвердилось в качестве непременного элемента разных конструкций.

Для производства Листового и Строительного стекла заданного состава были произведены расчёт шихты и режима отжига стекла, а так же представлена схема технологии производства стеклоизделий из данного стекла, что являлось целью данной работы.

По результатам, полученным из расчётов, приведённых к курсовой работе ,можно увидеть, что данный тип стекла полностью соответствует своему назначению. Листовое и строительное стекло марблит обладает хорошей термической устойчивостью, а его производство отличается относительно небольшими потерями (угар шихты =13,55%), что делает его производство более экономически выгодным.



Список используемой литературы

1)Артамонова М.В., Асланова М.С., Бужинский., И.М. "Химическая технология стекла ситалов "; Учебник для вузов / М.В. Артамонова,

М.С. Асланова, И. М. Бужинский и др. Под ред. Н.М. Павлушкина. - М. Стройиздат, 1983. -432с, ил.

2) Дуброво С. К., Стекло для

лабораторных изделий и химической аппаратуры, М. - Л., 1965

3)Тихимирова Т.И., Щетинина И.А. "Теплофизические основы и организация технологических процессов": Учебное пособие Тихимирова Т.И., Щетинина И.А.-Белгород: Изд-во БГТУ, 2010 - 79с.

Размещено на Allbest.ru

...