ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ГАЗОВЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ

Газовые включения в стекле бывают очень большие (длина пузыря в листовом тянутом стекле может быть свыше 1 м) и очень малые (мошка — пузырьки диамет­ром менее 0,8 мм). Они могут быть окрашенными или бесцветными, могут содержать инородные включения или осадок; газовые включения располагаются на по­верхности стекла и в его массе.

По источнику происхождения пузыри бывают пер­вичные или вторичные. Первичными называют пузыри и мошку, оставшиеся в охлажденной для выработки стекломассе вследствие незаконченного осветления. Вто­ричные пузыри вновь образуются в чистой осветленной стекломассе в результате какого-либо воздействия, вы­зывающего выделение из стекломассы газов. К вторич­ным относят также пузыри, занесенные в стекломассу механически, извне.

Первичные пузыри остаются в стекломассе при за­тянувшемся осветлении, что может быть вызвано нерав­номерным зерновым составом песка или недостатком осветлителей и влаги в шихте. Главные причины, одна­ко, — это недостаточное время пребывания стекломас­сы в зонах варки и осветления и ее низкая температу­ра из-за чрезмерного проталкивания шихты загрузчи­ками, завышенных съемов стекломассы, недостаточного подвода теплоты или ее неправильного распределения по длине зон варки и осветления, что ведет к ослабле­нию потоков сыпочного цикла. В периодических печах стекломасса может осветляться не полностью также при недостаточной продолжительности осветления и слабом бурлении. В ванных печах первичные пузыри имеют, как правило, мелкие размеры (чаще всего это мошка).

Вторичные пузыри чаще всего возникают при повтор­ном нагревании стекломассы, содержащей остатки кар­боната и сульфата натрия. Опасная температура раз­ложения этих остатков для промышленных расплавов 1150—1200 °С. Если вторичный нагрев стекломассы не­избежен (например, при подготовке к пуску машин ВВС), необходимо избегать перегрева и вспенивания поверхности расплава.

Рис. 8.1. Зоны ваииой печи, из которых образующиеся пузыри попадают или ие попадают в прямой выработочный поток (по даииым Н. А. Пайковой)

Перегрев поверхности стекломассы опасен и в зоне осветления, так как образующаяся вторичная пена лег­ко перетекает через квельпункт в выработочный поток. Перегреть стекломассу можно не только в результате завышенного расхода топлива, но также при изменении коэффициента избытка воздуха а в направлении повы­шения температуры или светимости пламени или при чрезмерном приближении факела к поверхности распла­ва.

Распространенный источник вторичных пузырей — повышение прозрачности стекломассы в инфракрасной области спектра, ведущее к повышению температуры по глубине стекломассы. Оно связано, как правило, со снижением общего содержания оксидов железа в стек­ле или уменьшением доли двухвалентного железа.

Вторичный подогрев стекломассы в непрерывно дей­ствующих ванных печах опасен, начиная с квельпунк- та, т. е. в зоне циркуляции выработочных потоков. Он тем опаснее, чем зона, в которой он происходит, нахо­дится ближе к месту выработки. В области сыпочного цикла потоков пузыри, образующиеся в результате вто­ричного подогрева глубинной стекломассы (например, с помощью электротермии или бурления), не увлекаются в выработочный поток, за исключением случаев, при ко­торых происходит ослабление квельпункта и его пере­мещение в сторону загрузочного кармана. На рис. 8.1 показаны зоны ванной печи, в которых вторичный подо­грев вызывает образование пузырей, уносимых в поток выработки.

Пузырьки, образующиеся вследствие повторного по­
догрева стекломассы в ванных печах, обычно имеют ма­лые размеры (мошка). Однако вторичные пузыри мо­гут быть и весьма крупными. Так, обильные и крупные пузыри образуются в стекломассе вследствие разложе­ния остаточного сульфата натрия разного рода восста­новителями: коптящим пламенем в период (или в зоне) студки или выработки; металлическими углеродистыми включениями в огнеупорах; попавшими в стекломассу углеродом, железом, а также боем стекла, содержащим сульфиды железа. На внутренней поверхности пузырь­ков, возникающих при восстановлении Na2S04, часто на­блюдается белый или желтоватый осадок сульфатов или сульфидов, имеющий под микроскопом вид точек, ка­пелек или скоплений кристаллов.

Пузыри и пена концентрируются на границах раз­дела фаз; в ванных печах они скапливаются вблизи по­верхности огнеупоров. Огнеупоры также могут служить источником пузырей, например выделяя воздух или га­зы из открытых пор. Пузыри образуются при взаимо­действии стекломассы с углеродом сажи, отложившейся на поверхности керамических огнеупоров, которые об­жигали при коптящем пламени; с карбидами и король­ками металлического кремния, выделяющимися в элек - троплавленных огнеупорах при восстановительных ус­ловиях дуговой плавки; включениями оксидов железа (особенно, окалины). Опасным источником пузырьков на контакте с электроплавлеными огнеупорами явля­ется выплавляющаяся из них стекловидная фаза. Раст­воряясь в стекломассе, она изменяет химический состав расплава; это вызывает сдвиг равновесия связанных в стекломассе газов и их выделение в пузырьки.

Образование пузырей от огнеупоров представляет особую опасность в зонах студки и выработки, где они не могут уйти из стекломассы вследствие ее понижен­ной температуры и высокой вязкости. Между тем имен­но в этих зонах пузыри чаще всего и появляются, воз­никая в стекломассе, обтекающей преграды, мосты, стеклоформующие огнеупорные тела. Поэтому качеству и чистоте огнеупоров, применяемых в кладке бассейнов студочных и выработочных частей печи, а также погру­жаемых в стекломассу, следует уделять особое внима­ние.

Вторичные пузыри нередко образуются на контакте стекломассы с инородными включениями, изменяющими ее химический состав, — шихтными остатками, свилями, кристаллами. Источники вторичных пузырей могут быть и чисто внешние: например, натекание воды из холо­дильников или ссыпание с них осадка сульфата натрия; захват воздуха или газов атмосферы печи при наборе или сливании стекломассы; небрежная хальмовка и т. п. Механически внесенные в расплав пузыри — обычно крупные, но нередко им сопутствует струя мелких пу­зырьков.

Чем ближе к месту выработки возникли пузыри, тем больше их размер. Если бы крупные пузыри возникали в период (или в зоне) варки, то они успели бы выйти из стекломассы. Поэтому прежде всего обращают внимание на размеры пузырей, а затем, на то, как они распределяются — по всей массе стекла или в его поверхност­ном слое. Пузыри, разбросанные по всей толщине стекла, чаще всего поступают из ванной печи, а сосредоточенные поверхностные пузы­ри, имеющие постоянное место, чаще всего вызываются стационар­ным источником, близким к месту выработки.

Полезно также рассмотреть (под микроскопом), не окрашены ли пузырьки; иет ли в них осадка, а если есть, то каков его внеш­ний вид. Это позволяет распознать пузыри от восстановления суль­фатного остатка.

При появлении пузырей следует путем отбора проб стекломассы установить, с какого момента или в каком месте печи они впервые наблюдаются. Нужно вести ежесуточный учет количества пузырей в изделиях в со­поставлении с колебаниями или изменениями ведущих параметров режима печи за изучаемый и непосредствен­но предшествующий периоды времени; такое сопостав­ление позволяет выявить условия, которые могли при­вести к возникновению пузырей.