ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ГОМОГЕНИЗАЦИЯ И СТУДКА СТЕКЛОМАССЫ

По окончании провара шихты стекломасса состоит из микроучастков (ячеек) разнородных расплавов. Си­ликатные расплавы, образующиеся вокруг разных зе­рен песка в процессах силикато - и стеклообразования, различаются по своему химическому составу, так как соотношение компонентов, покрывающих или окружа­ющих зерна, не может быть совершенно одинаковым во всех точках шихты или расплава; к тому же зерна пес­ка имеют разные размеры. Ячейки отделяются одна от другой поверхностями раздела, образовавшимися под действием сил поверхностного натяжения (рис. 6.3).

Если шихта плохо перемешана и составлена из ма­териалов неоднородного зернового состава, области раз­нородных расплавов увеличиваются в размерах и раз­личия в их химических составах становятся более рез­кими. При движении в бассейнах стекловаренных печей разнородные участки растягиваются в слои и тонкие нити, которые при определенном различии в химичес­ких составах и показателях преломления можно уви­деть в готовом стекле в форме так называемых свилей. Химическая неоднородность в виде слоев, неразличи­
мых невооруженным глазом, а еще больше — в форме свилей вызывает появление в стекле механических на­пряжений, увеличивающих его хрупкость и нередко приводящих к растрескива­нию изделий. Поэтому при подготовке стекломассы к выработке ее необходимо сделать химически однород­ной (гомогенизировать).

Состав стекломассы, как и состав любой жидкости, выравнивается путем молекулярной диффузии; однако в отличие от маловязких жидкостей с помощью только одной диффузии стекломассу гомогенизировать невоз­можно: скорость диффузии в вязких силикатных рас­плавах крайне мала (примерно Ю-6 см2/сут).

Для того чтобы гомогенизировать стекломассу, ее нужно привести в движение; хотя из-за высокой вязко­сти стекломассе нельзя сообщить вихревое (турбулент­ное) движение, при котором перемешивание происхо­дит более активно и полно, тем не менее даже при свой­ственном стекломассе ламинарном течении пограничные пленки разнородных ячеек растягиваются в тончай­шие слои или нити с развитой поверхностью контакта. Вблизи этой поверхности облегчается взаимная диффу­зия контактирующих расплавов и уменьшаются разли­чия в их химическом составе. Такую гомогенизирующую работу выполняют потоки движущейся стекломассы, а также пузыри, поднимающиеся внутри расплава: они растягивают пограничные пленки ячеек, не разрывая их.

Для получения однородной стекломассы прежде все­го необходима однородная шихта, тщательно переме­шанная и увлажненная, а по возможности и уплотнен­ная. При загрузке в печь шихта не должна распыляться и расслаиваться; необходимо точно соблюдать ее по­стоянное соотношение по массе с обратным боем стек­ла. Гомогенизацию стекломассы облегчают высокая температура и минимальная вязкость расплава.

При современных интенсивных методах подготовки стекломассы широко применяют искусственные средст­ва гомогенизации — бурление и механическое перемеши­
вание расплава. Способствует гомогенизации стекломас­сы и ее электрический подогрев.

Степень химической однородности стекла характеризуется раз­бросом значений его физических свойств (чаще всего, плотности или показателя преломления) внутри пробы с определенной массой. Для оценки однородности исследуют, в какой мере проба стекла, измель­ченного в порошок, разделяется на фракции с разными свойствами, например, с разной плотностью. Для этого пробу помещают в спе­циальную жидкость, плотность которой при комнатной температуре равна плотности стекла. Затем температуру жидкости изменяют, при этом ее плотность изменяется в большей степени, чем плотность стекла. Из пробы стеклянного порошка при каждой новой темпера­туре жидкости выпадает та его фракция, плотность которой равна плотности жидкости. Измериют интервал температур жидкости, в ко­тором происходит разделение порошка. Измерения производят на центрифуге, с помощью которой облегчают разделение. Температур­ный интервал разделения тем меньше, чем однороднее стекло; напри­мер, для хорошего листового стекла интервал температур равен 2 °С, а для оптического стекла высокой однородности — 0,5 °С.

Последней стадией подготовки стекломассы к выра­ботке является ее охлаждение (студка), которое начи­нают вести в конце стадий осветления и гомогенизации расплава. Так как полностью охлажденная стекломасса имеет слишком большую вязкость для того, чтобы ее можно было осветлить или гомогенизировать, то обе эти стадии должны завершиться в начале охлаждения. В этих целях охлаждение сначала ведут медленно до температуры стекломассы порядка 1300 °С, после чего скорость студки можно увеличить в любых доступных пределах.

На стадии охлаждения стекломасса должна приоб­рести температурную однородность в вырабатываемом объеме. Для этого в процессе студки температуру стек­ломассы понижают непрерывно и равномерно по объе­му без случайных местных перегревов или переохлаж­дения отдельных участков расплава. Механическое пе­ремешивание расплава, практикуемое для его химиче­ской гомогенизации, эффективно способствует и вырав­ниванию температуры стекломассы.