ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ВЫРАБОТКА СТЕКЛА СПОСОБОМ БЕЗЛОДОЧНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЫТЯГИВАНИЯ

Способ безлодочного вертикального вытягивания^ предложенный в США Грегориусом, был впервые внед­рен в производство американской фирмой «Питтсбург» в 1928 г., а в Европе начал распространяться с 1930 г. по мере перевода заводов на высококалорийные виды топлива (мазут, природный газ). По этому способу, бо­лее производительному и дающему стекло с лучшей оп­тикой, чем по лодочному, в нашей стране работает не­сколько систем.

Производительность способа и качество стекла (принцип формования стекла безлодочным вертикаль­ным вытягиванием изложен в п. 9.2). Производитель­ность этого способа, как и лодочного, зависит от скоро­сти вытягивания ленты, химического состава и физико - химических свойств стекломассы. Кроме того, большое влияние на производительность способа оказывают осо­бенности конструкции выработочных устройств (рас­стояние между L-блоками, высота их подвески, ширина и глубина погружения центрального тела), а также ин­тенсивность охлаждения стекломассы, луковицы и лен­ты стекла в подмашинной камере. При увеличении ско­рости вытягивания и уменьшении толщины стекла про­изводительность способа сначала повышается, а затем несколько снижается. Максимальная производитель­ность отвечает толщине стекла 3 мм.

Безлодочное вытягивание со свободной поверхности - стекломассы создает меньшую опасность кристаллиза­ции расплава, чем при лодочном способе. Поэтому для безлодочного способа пригодна стекломасса с меньшим, чем для лодочного, содержанием оксида натрия и более высоким содержанием оксида кальция (табл. 11.1), твердеющая быстрее и позволяющая увеличить скорость вытягивания при более высокой температуре расплава.

С увеличением расстояния между L-блоками возрас­тает время прохождения стекломассы через подмашин - ,ную камеру, и расплав успевает сильнее охладиться, что позволяет повысить скорость вытягивания. Охлаждение усиливается при увеличении высоты подвески L-блоков над поверхностью стекломассы.

Производительность безлодочного вытягивания стек­ла повышается при уменьшении глубины погружения центрального огнеупорного тела, так как в этом случае слой расплава над этим телом становится тоньше и он быстрее охлаждается. Охлаждение стекломассы допол­нительно интенсифицируется при увеличении ширины - огнеупорного тела, т. е. возрастании охлаждаемой по­верхности тонкого слоя расплава.

Качество стекла безлодочного вытягивания по оптике значительно лучше качества лодочного стекла, главным - образом из-за отсутствия кристаллизации и контакта с поверхностью стеклоформующей лодочки. Однако при безлодочном способе вертикального вытягивания требу­ется особенно строго соблюдать постоянство всех пара­метров технологического и теплового режимов варки и термической подготовки стекломассы. Любые местные пе­репады вязкости в поверхностных слоях стекломассы, движущихся на формование, немедленно проявляются в виде большей или меньшей разнотолщинности, создаю­щей волнистость ленты стекла. О разнотолщинности можно судить по конфигурации луковицы в подмашин­ной камере. Чем ровнее луковица, тем меньше разно - толщинность ленты, тем выше ее оптическое качество и устойчивее идет выработка стекла. Как и при лодочном способе, формование ленты стекла улучшается с повы­шением температуры стекломассы в выработочном ка­нале, однако при этом снижаются скорости вытягивания.

Конструкции выработочных частей ванных печей. В производстве листового стекла безлодочным способом
преимущественное распро­странение получили систе­мы с четырьмя, шестью, во­семью и десятью машинами БВВС (рис. 11.10). Как вид­но из рисунка, оси машин, расположенных ближе к ва­рочному бассейну, отстоят от продольной оси печи даль­ше, чем последующие. Это "делается для того, чтобы стекломасса поступала ко всем машинам с одинаковой температурой. Основные размеры выработочного бас­сейна для 8-машинной ус­тановки БВВС указаны на рис. 7.1. Стены выработочно­го бассейна тщательно изолируют.

Устройство выработочных (машинных) каналов и подмашинных камер. Подмашинная камера с частью вы­работочного канала показана на рис. 11.11. L-блоки, ог­раничивающие подмашинную камеру, выполняют под­весными. Высота подвески может регулироваться, при­чем со стороны печи она составляет 65—70 мм, а со стороны торцовой стены — 25—30 мм. Внутри камеры расположены Г-образные основные и прямые дополни­тельные холодильники. Основные холодильники отстоят от ленты стекла на 150 мм. Верх подмашинной камеры между L-блоками и нижней частью машины БВВС пере­крывают трубчатыми холодильниками. Соединительное звено здесь отсутствует.

Для улавливания падающего боя стекла в нижней части шахты машины укрепляют желоба, называемые боеулавливающими коробами. Центральное погружен­ное тело заглубляют в стекломассу верхней кромкой на 70—120 мм и нижней плоскостью на 350—400 мм. Рас­стояние между L-блоками понизу (в средней части) при­нимают 600—670 мм, поверху — 800—870 мм. В прибор - товых участках расстояние между L-блоками понизу на 160 мм меньше, чем в середине камеры, благодаря уве­личенной ширине нижних выступов L-блоков. Это дела­ется для того, чтобы стекломасса, движущаяся на фор­мование бортов, меньше охлаждалась.

Первую пару валиков машины располагают на вы­соте 950—1000 мм над уровнем стекломассы. Подмашин-

Ную камеру закрывают с торцов стальными крышками с асбестовой изоляцией, имеющими смотровые окна и про­рези для основных и дополнительных холодильников и бортоформующих приспособлений.

Ширина выработочного канала превышает ширину вытягиваемой ленты стекла (без бортов) на 450—500 мм. Глубина бассейна выработочного канала 1400 или 1200 мм. Из рис. 11.11, а видно, что условия поступления стекломассы на формование ленты со стороны печи и со „стороны торцовой стены подмашинной камеры неодина­ковы: со стороны печи температура стекломассы при­мерно на 20 °С выше. Для выравнивания этой разницы смещают ось центрального погруженного тела в сторону торцовой стены на 20—25 мм; увеличивают расстояние между L-блоками и стекломассой со стороны печи для дополнительного охлаждения стекломассы; устанавли­вают асимметричные поплавки с увеличенной шириной плеча со стороны печи; дают более сильный наклон ши­рокого поплавка в сторону торцовой стены и тщательно ее изолируют.

Противосвильные мосты. На пути движения стекло­массы со стороны печи к подмашинной камере устанав­ливают противосвильный мост из электроплавленого ог - неупора, заглубленный в стекломассу на 350—420 мм. Мост, расположенный на расстоянии 1200—1300 мм от оси машины, герметично отделяет подмашинную камеру от выработочной части печи по стекломассе и по газовой среде. Стекломасса, обтекая противосвильный мост, об­разует над нижним его выступом местный обратный круговой поток (вал), в котором собираются и удержи­ваются свили и другие инородные включения. Перед ма­шинами, расположенными ближе к ванной печи, мосты заглубляют на 420 мм, а перед машинами, отстоящими дальше от ванной печи, — на 380 мм (при глубине кана­ла 1400 мм). Свод выработочных каналов выполняют горизонтальным подвесным для выравнивания темпера­туры стекломассы по ширине канала.

Во избежание местных подсосов холодного воздуха выработочные каналы и подмашинные камеры герме­тизируют с помощью обмазок, например смеси асбе­стовой крошки или шлаковаты (80%), талька (8%) и трепела (12% по массе) на жидком стекле, кото­рые дополнительно покрывают слоем раствора жидко­го стекла.

15—468

L-блоки (см. рис. 11.11, а, б) изготовляют способом полусухого трамбования из полукислой термостойкой массы. Для повышения стойкости L-блоков к воздейст­вию щелочных паров их нижнюю поверхность и часть вертикальной поверхности с внешней стороны покрыва­ют слоем дистен-силлиманитовой или кианитовой об­мазки.

Центральное погруженное тело, называемое также «поплавком» или «формующим телом», изготавливают из высококачественного электроплавленого огнеупора. Тело собирают из отдельных, хорошо обработанных и подо­гнанных друг к другу элементов в виде плоских арок, прочно зажатых по торцам. Глубину погружения тел жестко фиксируют при монтаже подмашинных камер и не регулируют в течение всего времени работы системы. Для обеспечения свободного теплового расширения тела при постоянном давлении на него с торцов применяют рычажные устройства (см. рис. 11.11,а). В прибортовых участках слой стекломассы над телом благодаря скосу больше, чем в средней части, что позволяет подвести к бортам более теплую стекломассу.

Бортоформующие устройства. Устройства для формо­вания и удерживания бортов ленты стекла при безло­дочном вытягивании (рис. 11.12) состоят из бортофор - мующих стальных чаш и расположенных над ними бор - тоформующих роликов.

Все устройство вместе с регулирующими приспособ­лениями закрепляют с наружной стороны подмашинной камеры. Стальная чаша диаметром около 170 мм имеет со стороны, обращенной к ленте, вырез шириной в цент­ре 80 мм и 45 мм по краю; через вырез проходит и пред­варительно оформляется борт ленты. Чаши устанавли­вают на высоте 80—100 мм от поверхности стекломассы и регулируют по уровню независимо от положения ро­ликов.

Бортоформующие ролики диаметром 50—60 мм и длиной 45—50 мм изготовляют из хромоникелевой стали и крепят на вращающихся трубах, охлаждаемых водой. На их боковые поверхности наносят насечки для лучше­го сцепления с бортом ленты. Положение роликов в под­машинной камере регулируют в вертикальном и гори­зонтальном направлениях. Ролики получают вращение от отдельного мотора мощностью около 0,5 кВт или от привода машины БВВС.

Окружная скорость вращения роликов должна быть

В)

ЇЕ

I канала -300 ми

Bud А

]' Iй —

TpySa 48*2,5

Рис. 11.13. Холодильники

А — основной; б — дополительиый; в — сводовый

227

Порядка 36—40 % линейной скорости движения ленты При малых окружных скоростях вращения роликов при­ток стекломассы к борту уменьшается, борт остывает, лента расширяется, борт заходит за ролики и прибор - товой участок утоняется; напротив, при повышенных скоростях вращения усиливается приток стекломассы к борту. Это ведет к его потеплению, сужению ленты и по­явлению утолщения в прибортовых участках. И в том, и в другом случаях в прибортовых участках появляются повышенные напряжения, которые могут вызвать отрыв борта (в первом случае) или боение ленты (во втором случае).

Для поддержания необходимой вязкости стекломас­сы в участках под бортоформующими чашами устанав­ливают подковообразные перфорированные газовые го­релки, конструктивно связанные с чашами. Устанавли­вают также горелки для обогрева прибортовых участков стекломассы между бортоформующими устройствами и L-блоками. Работу горелок настраивают и регулируют машинисты.

Холодильники. При безлодочном вытягивании при­меняют, главным образом, холодильники из труб прямо­угольного сечения с многоярусной циркуляцией воды (рис. 11.13). В таких холодильниках вода движется с по­вышенной скоростью, что обеспечивает более интенсив­ный отбор теплоты от ленты и более равномерное ох­лаждение ее по ширине2. Длина холодильников прибли­зительно равна ширине ленты с бортами.

Температурный режим выработки. Температура стек­ломассы, идущей на формование ленты, при безлодочном способе в среднем приблизительно на 150 °С выше, чем при лодочном. Стекломасса в каналах боковых машин на 10—15°С горячее, чем перед центральными машинами,- Однако температура луковиц, измеренная оптическим пирометром, такая же, как и при лодочном вытягивании (935—970 °С), вследствие интенсивного охлаждения стекломассы в подмашинной камере.

При настройке температурного режима задаются тем­пературой в центре выработочной части печи. Так, для четырехмашинных установок температуру в газовом пространстве в точке пересечения осей ванной печи и каналов "боковых машин и поддерживают в пределах 1220—1235 °С, а на входе в выработочную часть печи— около 1260 °С. Колебания температур в указанных точках не должны превышать ±1 °С.

При настройке температурных режимов формования руковод­ствуются значениями факторов производительности машин. Для получения стекла повышенного качества их принимают от 200 до 240 м-мм/ч (первое значение относится к утолщенным стеклам;; при среднем качестве стекла они могут составлять 240—260 м-мм/ч и больше.

Движение стекломассы в выработочиой части печи, каналах и подмашинных камерах. При безлодочном способе вертикального вытягивания обмен стекломассы в выработочной части печи, каналах и подмашинных камерах играет значительно более важную роль, чем при других способах выработки листового стекла. Это связано с вы­сокой чувствительностью способа к колебаниям температуры и од­нородности стекломассы и с асимметричностью потоков стекломас­сы, поступающих к луковице с двух сторон.

Стекломасса, движущаяся из выработочного бассейна печи в подмашинную камеру, дойдя до противосвильного моста, опускается вниз под мост и по выходе из под него разделяется на три ветви. Одна ветвь движется к месту формования ленты, огибая централь­ное погруженное тело со стороны печи, другая огибает его с проти­воположной стороны (от торцовой стены), а третья, дойдя до тор­цовой стены, опускается вниз и образует возвратный конвекционный поток. Коэффициент потока в выработочных каналах составляет 3—5. Отдельные потоки могут изменять свои трассы и мощности при из­менении производительности или теплового режима системы БВВС, а также под действием случайных факторов: эпизодических подсо­сов воздуха извне, нарушений тепловой изоляции и др. Изменения обмена стекломассы вызывают нарушения тепловой и химической однородности стекломассы, поступающей на формование ленты, по­является разнотолщинность стекла и ухудшается его оптическое ка­чество.

Устройство машины БВВС. Устройство современных машин для безлодочного вертикального вытягивания стекла (БВВС) принципиально не отличается от уст­ройства машин, применяемых при лодочном способе (ВВС), но машины БВВС отличаются большей высотой шахты связанной с более высокими скоростями вытяги­вания; отсутствием соединительного звена между низом шахты и верхом подмашинной камеры; наличием газо­вых муфельных горелок внутри шахты для регулирова­ния режима отжига ленты по высоте и частично по ши­рине шахты.

Высота шахт машин, применяемых в стране и за ру­бежом, 11,8 м. Они оборудованы 31 парой транспортиру­ющих валиков и рассчитаны на вытягивание лент ши­риной 2; 2,5 и 3 м. Шахта машин снабжена тепловой изоляцией на высоте от низа-до 16-й пары валиков. Вы­ше 22-й пары валиков шахта открыта. Валики разводят
при помощи пневматического устройства. Муфели газо­вых горелок (рис. 11.14) располагают в углах шахты на высоте от 1-й до 12-й пар валиков (4,6 м), в три яруса по высоте. Продукты горения из них отводят через тру­бы, соединенные с системой вытяжной вентиляции. С каждой стороны ленты шахты оборудованы термопа­рами.

Отжиг, охлаждение и последующая обработка стек­ла. Характерный режим охлаждения и отжига ленты стекла в подмашинной камере и шахте машины при без­лодочном вытягивании показан на рис. 11.15. Продол­жительность отжига при лодочном и безлодочном спосо­бах отличается мало, так как большие скорости вытяги­вания при безлодочном способе компенсированы увеличением высоты машины. Однако при безлодочном способе отжечь стекло труднее вследствие часто наблю-

Рис. 11.14. Схема муфельного кааа - Рис. 11.15. Распределение темпера - ла с инжекционной горелкой туры по высоте шахты при безло-

1 — канал; 2 — патрубок к вентиля - дочном вытягивании

Тору; 3 — секция шахты машины; 4 — горелка

Дающейся разнотолщинности ленты в прибортовых уча­стках. Поэтому тщательный уход за бортами в процессе формования ленты — одно из главных условий устойчи­вой работы машин БВВС.

Операции по надрезке ленты, отломке листов, отбор - товке, резке, сортировке, группировке и упаковке стекла производят на поточных механизированных линиях так же, как и при лодочном способе. В настоящее время ве - .дутся работы по созданию и внедрению в производство автоматических электронных систем для резки и сорти­ровки стекла.

Контроль и регулирование режимов формования и от­жига стекла. Визуально следят за формованием бортов, своевременно регулируя с помощью горелок вязкость стекломассы, поступающей в бортоформующие чаши. При появлении на луковице и ленте стекла местных утол­щений, поверхности холодильников на соответствующих участках накрывают навесными металлическими или асбестированными «фартуками». При повышенных ско­ростях вытягивания на лентах стекла нередко наблюда­ются отпечатки валиков. В этих случаях отключают пер­вую, а иногда вторую и даже третью пары валиков.

Постоянство параметров режимов формования и от­жига ленты стекла контролируют одинаково как при без­лодочном, так и при лодочном способах выработки. При безлодочном способе дополнительно проверяют постоян­ство температуры стекломассы в выработочном бассей­не, каналах и подмашинных камерах с помощью сквоз­ных платина-платинородиевых термопар, пропускае­мых в стекломассу через стены и дно бассейна на расстоянии 50 мм от внутренней поверхности стен и дна. Стеновые термопары устанавливают на глубине 250— 300 мм ниже уровня стекломассы. Толщину лент измеря­ют через каждые 100—200 мм по ширине ленты.

Особенности пуска и обслуживания машин. Так как температура стекломассы в подмашинной камере при безлодочном формовании выше, чем при лодочном, разо­грев камеры после обрыва ленты продолжается всего около 4 ч. Стекломассу разогревают переносными газо­выми горелками, над которыми на выступы L-блоков ук­ладывают шамотные плиты, образующие как бы свод камеры разогрева.

Пуск машины БВВС не отличается от пуска машины при лодочном способе. Бортоформующие ролики с ча­шами устанавливают сразу же после установки основных холодильников, но не позднее чем через 1,5—2 мин после начала погружения зубьев затравочной рамы в стекло­массу. После этого камеру тщательно закрывают крыш­ками.

Технико-экономические показатели производства стекла безлодочным способом

Из сравнения данных таблиц 11.3 и 11.2 видно, что средние скорости вытягивания при БВВС выше, чем при лодочном способе, причем относительная разница между

Ними растет с увеличением толщины ленты. Отсюда сле­дует, что безлодочным способом выгоднее вырабатывать более толстое стекло.

При безлодочном способе продолжительность непре­рывной работы машины между обрывами ленты на об­новление составляет около 1000 ч, т. е. в 3—4 раза боль­ше, чем при лодочном вытягивании. Это существенное преимущество способа. Однако коэффициент использо­вания стекломассы (КИС) ниже, чем при лодочном спо­собе, из-за большей ширины отрезаемых бортов (в сред­нем по 10 см с каждой стороны); он составляет 78—82 %.

Удельный расход условного топлива на 1 т готовой продукции при безлодочном способе находится прибли­зительно в тех же пределах, что и при лодочном. Расход кальцинированной соды на 7—8 % по массе меньше, чем при лодочном способе.

Удельные капитальные затраты на сооружение си­стем БВВС и зданий для них больше, чем при лодочном способе в связи с развитой площадью ванных печей и выработочных бассейнов и большой высотой машин БВВС; более затруднено, чем при ВВС, вытягивание стекол толщиной менее 2 мм; безлодочный способ более лодочного чувствителен к колебаниям качества сырья и шихты, режимов варки и тепловой подготовки стекло­массы. Все указанное, а также пониженный КИС, огра­ничивает использование способа безлодочного верти­кального вытягивания стекла в отечественной промыш­ленности.