ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

НЕПРЕРЫВНАЯ ВЫРАБОТКА ПОЛИРОВАННОГО ЛИСТОВОГО СТЕКЛА ФЛОАТ-СПОСОБОМ

Патент на флоат-способ принадлежит Холу и Хичко­ку (США, 1902 г.), но в практику он был внедрен в 1959 г. в патентном варианте фирмы «Пилкингтон» (Англия). В настоящее время по флоат-способу в мире работает более 90 установок. Производительность одной установки составляет оптимально порядка 42 млн. м2 стекла в год в условном 2-мм исчислении. Этой произво­дительности отвечает средний суточный съем стекломас­сы с ванной печи более 600 т и удельный съем до 2300 кг/ч сім2 отапливаемой площади при коэффици­енте использования стекломассы 0,9. Толщина выраба­тываемого стекла 2,5—19 мм.

Конструкция флоат-ванн и технология выработки стекол разной толщины. Схема формования ленты стек­ла флоат-способом изложена в п. 9.4 и показана на рис. 9.3. Флоат-ванна (рис. 12.1) имеет длину от 45 м; ее ширина для наиболее распространенной ширины лен­ты 3,05—4,06 м (с бортами) в начале составляет 7 м, а в остальной части — 4—4,5 м. Ванна футерована огне­упорным материалом, стойким к воздействию расплав­ленного олова, и заключена в металлический кожух. Глубина слоя олова 1 в ванне 40—100 мм, масса оло-

Ва, содержащегося в ванне,— около 120 т. Боковые сте­ны и свод ванны также выполнены из специально пред­назначенных для них огнеупоров. Ванна по длине раз­делена перегородками 2, 3 на три части, в каждой из которых поддерживают свой тепловой и газовый режим. По трубам 4 под свод ванны непрерывно подают смесь азота и водорода для защиты олова от окисления и для предотвращения образования пленки оксида олова на нижней поверхности ленты стекла. Защитная атмосфера создает в полости ванны небольшое (30—50 Па) избы­точное давление и удаляется в конце ванны. Смесь, по­даваемая в горячую часть ванны, содержит водорода до 8 % по объему, а поступающая в концевые части — до 15% водорода. В смеси должно содержаться по объему не более 0,00035 % кислорода, не более 0,0001 % соеди­нений серы или углерода, не более 0,001 г/м3 механиче­ских примесей или паров воды при точке росы 60 °С. Азот и водород готовят на отдельных установках, разме­щаемых на заводе, и смешивают на специальной стан­ции. Расход смеси — до 1250 м3/ч.

Под сводом ванны и внутри олова установлены элек­трические нагреватели 5, 6 и регуляторы 7 (см. рис. 12.1), с помощью которых поддерживают необходимые темпе­ратуры стекломассы по длине и ширине ванны. Дно ме­таллического кожуха ванны охлаждают воздухом. По бокам флоат-ванны устроены смотровые окна, которые используют также для выполнения операций по передви­жению ленты во время пуска установки. После флоат - ванны размещено роликовое тянульное устройство (5), которое непрерывно оттягивает ленту из ванны и пере­дает ее в печь отжига.

Температуру стекломассы в сливном канале перед отсекающим шибером измеряют с помощью термопары, погруженной в стекломассу на 20—25 мм, ее поддер­живают около 1080 °С и регулируют с точностью ±1°С при помощи автоматической системы вдувания холод­ного воздуха в начале студочной части печи. На сливном лотке температура стекломассы около 1050 °С. Под слив­ной лоток, расположенный примерно на 150 мм выше по­верхности олова в ванне, затекает стекломасса, образуя своеобразную лужу (9) (как бы горизонтальную луко­вицу), из которой формуется лента стекла. Эта лужа нужна для того, чтобы полотно ленты формовалось толь­ко из верхних слоев расплава, не контактировавших с материалом лотка; нижние же слои, контактировавшие с лотком, поступают на образование бортов.

Стекломасса перестает растекаться на расстоянии от л(}тка порядка 4,5 м; здесь лента достигает равновесной толщины при температуре 1025 °С. Чтобы ее полотно не сузилось чрезмерно при оттягивании, ленту растягивают в ширину роликами 10—13, установленными сверху под углом около 10° к оси ленты и придерживающими борта. В зоне роликов температура ленты 950—900°С.

При получении стекла толщиной 6,5—3 мм стекло­массу в зоне между перегородками 2, 3 подогревают до температуры в середине зоны 870°С с помощью на­гревателей 5 и 6 с установленной мощностью 4—5 мВт. Здесь скорость продвижения ленты возрастает, а тол­щина и ширина уменьшаются. Для получения стекла за­данных параметров на выходе из ванны ленту допол­нительно растягивают в ширину роликами 14, 15. Выйдя из зоны, лента остывает до 650 °С, и ее размеры пере­стают изменяться. После выхода из ванны стекло под­хватывается роликовым конвейером и поступает с тем­пературой около 600 °С в печь отжига.

Для получения ленты стекла толщиной менее 3 мм флоат-ванну делают без перегородок по газовой среде (см. рис. 9.4), поэтому температура стекла непрерывно плавно понижается по длине ванны. Ленту растягивают с применением дополнительных пар верхних роликов; при этом подбирают определенное соотношение окружных скоростей дополнительных растягивающих роликов и тянульного устройства, причем эти скорости повышены сравнительно с выдер­живаемыми при выработке стекол толщиной более 3 мм.

С уменьшением заданной толщины стекла скорости движения ленты возрастают резко, а при увеличении ши­рины ленты несколько снижаются (табл. 12.1).

Как видно, удельная выработка флоат-стекла при толщине 2—3 мм в 15—10 раз, а при больших толщинах в 7 и более раз больше удельной выработки при вер­тикальном вытягивании стекла.

При выработке стекол толщиной больше равновесной

Необходимо ограничить растекание стекломассы. Для этого в ванне, имеющей по всей длине одинаковую шири-, ну, на некотором расстоянии от стен бассейна на по­верхности олова устанавливают корытообразные графи­товые бруски-ограничители 1—3, удерживаемые водяным холодильником 4. Для лучшего контакта с телом брусков холодильники вставлены в полости 5, заполненные оло­вом. Бруски опираются на дно ванны выступами 6 или пластинами 7, образующими сплошное ограждение с ребрами жесткости 8, 9 (рис. 12.2).

Стекломасса заполняет пространство между ограни­чителями, образуя ленту 10 заданной толщины, и про­двигается вдоль ограничительных брусков к выходному концу ванны. Перед поступлением в зону ограничителей стекломассу слегка охлаждают установленными над ней

Водяными холодильниками. На выходе из зоны ограни­чителей температура ленты 800°С.

Отжиг ленты стекла и ее раскрой на заданные раз­меры. Ленту стекла отжигают в горизонтальных элект­рических печах отжига длиной 100—155 м. В качестве примера приведена техническая характеристика одной из таких печей.

TOC o "1-3" h z Длина отжигательной печи, м......................................... 122

Сечение канала в свету, мм (для ленты

Стекла шириной 3,3 м)......................................... 4100X118

Число транспортирующих валков........... 272 Общая максимальная мощность электрона­гревателей, КВт 1970

Мощность электродвигателя приводной

Станции, кВт......................................................... 125

Ширину печей отжига в свету делают на 750 мм боль­ше ширины ленты.

Температурный режим по длине печей отжига под­держивают автоматически, для чего печи делят перего­родками по газовой среде на секции с разной мощностью нагревателей. По ширине ленты допускается перепад температуры не более 10 °С.

Вследствие высокой производительности флоат-про - цесса лента стекла вносит в отжигательную печь боль­шое количество теплоты. Чтобы успеть охладить стекло до его раскроя без необходимости в чрезмерном увели­чении длины печей, современные отжигательные печи оснащают системой принудительной циркуляции воздуха в трубах-теплообменниках. По выходе из печи лента дол­жна иметь температуру ниже 200°С; на открытой кон­цевой части конвейера печи отжига ленту обдувают воз­духом. После отжигательной печи стекло по конвейеру проходит моечную и сушильную камеры. Его моют во­дой, подогретой до 50—80 °С, при помощи вращающихся щеток. Для сушки используют фильтрованный подогре­тый воздух.

Из-за большой ширины и скорости движения ленты стекла при флоат-процессе крайне сложны и трудоемки операции ее раскроя, резки по заданным размерам с учетом имеющихся пороков стекла, съема с конвейера, складирования и упаковки листов. На современных фло- ат-линиях этими «концевыми» операциями управляют автоматически с применением ЭВМ.

При раскрое с учетом пороков стекла над движущей­ся лентой размещают электронные датчики, которые фиксируют расположение пороков и вводят эти данные в ЭВМ; в память последней заложены и заказанные раз­меры листов. Машина складывает эти сведения и выда-- ет программу механизму раскроя ленты. Если же пороки стекла при раскрое не надо учитывать, то этой операци­ей дистанционно управляет работник центрального пуль­та с учетом заказанных размеров листов. При резке лен­ты стекла на листы больших размеров («большие фор­маты»), листы отламывают способом прогибания на валике, который автоматически поднимается выше уров­ня конвейера после поперечного надреза ленты. Если же стекло нужно резать на листы малого размера («малые форматы»), на ленту в заданных местах наносят про­дольные и поперечные надрезы, но отламывают листы только при сходе с конвейера. Крупные листы устанав­ливают с помощью кранов в возвратные контейнеры или другую тару, а мелкие помещают в ящики-кассеты для последующей переработки.

Раскрой стекла по заданным размерам выполняют и не в автоматическом цикле. Для этого применяют меха­низированные резные столы, работающие от пневмати­ческого привода. Листы надрезают, отламывают и пере­дают на резные столы автоматически.

Текущий контроль параметров выработки ленты и качества флоат-стекла. В текущий контроль вырабаты­ваемой ленты стекла входят ежечасное измерение ско­рости ее движения, ширины, толщины (в трех точках) и смещения в сторону от среднего положения; каждые 2 ч просматривают ленту в торец для обнаружения микро­дефектов, определяют ее оптическое качество, проверяют чистоту поверхности и качество отжига; каждые 4 ч контролируют пригодность стекла для переработки на Технические изделия.

Качество флоат-стекла по оптике значительно лучше, чем стекла вертикального вытягивания, и близко к каче­ству механически полированного стекла. Это объясня­ется тем, что стекломасса, из которой формуется лента стекла, термически однородна. Она поступает по сливно­му лотку с уровня ниже поверхности расплава в ванной печи в полностью автономное и герметичное выработоч - ное отделение (ванну) с автоматически регулируемым постоянным режимом; уже в студочной части ванной пе­чи постоянство температуры расплава поддерживают в пределах ±2 °С. Формование проходит в изотермических условиях сверху и снизу ленты при свободном растека­нии стекломассы, подвергающейся лишь слабому меха­ническому растягиванию. Химическая однородность стекломассы также высокая, так как ее подготавливают в больших современных ванных печах - из высокостойких огнеупоров при высокой температуре ^максимальная 1560—1590°С). Несколько ухудшаются оптические ка­чества флоат-стекла толщиной менее 3 мм из-за более интенсивного растягивания.

Качество флоат-стекла по оптике контролируют так называе­мым методом «зебры». Он заключается в просмотре через прове­ряемое стекло плоского ярко освещенного экрана с нанесенными на него по диагонали равномерно чередующимися матовыми черны­ми и белыми параллельными полосами (рис. 12.3). Контролируемое стекло, вырезанное перпендикулярно направлению движения ленты, помещают вертикально в держатель со шкалой — лимбом с градуи­ровкой в градусах, вращающийся вокруг своей оси. Контролер по­
ворачивает держатель со стеклом относительно экрана под таким углом, чтобы просматриваемые линии четко искажались. Затем угол поворота изменяют до тако­го положения проверяемого стек­ла, при котором искажения про­падут или будут еле заметны. В этом положении по лимбу отсчи­тывают в градусах угол, образо­ванный в горизонтальной плоско­сти лучом зрения контролера и перпендикуляром к плоскости ли­ста. Этот уголаї (рис. 12.3) назы­вают «углом падения», он состав­ляет для флоат-стекла 25—70°, причем он тем больше, чем мень­ше оптические искажения. У хо­рошего флоат-стекла а{ не мень­ше 50°.

В настоящее время в производстве флоат-стекла в Бельгии для обнаружения пороков и удаления бракованной части стекла исполь­зуется автоматическая лазерная система. В нее входят генератор луча, преобразователь световых импульсов в электрические сигналы и блок интерпретации, определяющий вид и расположение дефекта.

Наряду с обычными пороками подготовки стекломас­сы флоат-стеклу присущи некоторые специфические по­роки, связанные с методом выработки: микропузыри (ма­товость) на нижней поверхности ленты стекла, пристав­шие к ней частицы диоксида олова (дросс), налет (блюм) на этой поверхности, проявляющийся после от­жига и вызванный окислением до SnO металлического олова, проникшего в стекло путем диффузии. В ленте бывают также крупные открытые пузыри.

Источниками микропузырей являются взаимодействие с оловом ионов серы и кислорода в контактирующей стекломассе с образо­ванием сульфида олова, который затем с водородом газовой среды ванны дает сероводород; выделяющиеся из расплава олова раствс ренные газы — водород или пары воды. Если растворенный водород выделился в глубине олова, на контакте с огнеупором, он может образовать крупные пузыри, оставляющие на ленте открытые, иног­да сквозные, полости. Для предотвращения этих пороков, строго нормируют предельное содержание кислорода не только в защитной атмосфере ванны, но и в олове, что является также важнейшим средством, позволяющим избежать образование дросса и блюма. Предельное содержание кислорода в олове допускается 0,0005 % по объему. Флоат-ванну тщательно герметизируют и поддерживают избыточное давление защитной атмосферы во избежание подсосов воздуха. В стекломассе добиваются минимального содержания оста­точной серы.