ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА

Производство непрозрачного кварцевого стекла.

Отличительная особенность изготовления кварцевого

Стекла — высокая температура плавления кварца. С дру­гой стороны, необходимость достижения высоких физико - химических свойств кварцевого стекла выдвигает весь­ма высокие требования к чистоте сырьевых материалов. В силу этого при производстве кварцевого стекла ис­пользуется обогащенное сырье.

Для производства непрозрачного кварцевого стекла используют обогащенные кварцевые пески с содержа­нием, % по массе: Si02—99,6—99,7, Fe203 — не более 0,02. Обогащение кварцевого песка заключается в об­работке на сотрясательных столах, последующей про­мывке в гидравлическом классификаторе и вакуумном обезвоживании.

Получают кварцевое стекло методом наплавлення из кварцевых песков, которое осуществляют в электричес­ких печах сопротивления с графитовыми или угольными нагревателями. Температура в этих печах может дости­гать 1900—2000 °С, продолжительность плавки состав­ляет 1—4,5 ч.

Изделия формуют при температуре 1550—1650 °С. В зависимости от конфигурации изделий их выработка может производиться как в печи, так и вне ее. Так, при изготовлении изделий простой конфигурации, например сосудов и горшков, их вырабатывают методом раздува непосредственно в печи. Изделия, изготовляемые методом прессования (огнеупорные брусья, изделия малых форм), вырабатывают вне печи.

После выработки изделия подвергаются отжигу, за­тем очистке от приварившихся зерен кварца, после чего они подвергаются механической обработке — резке, шли­фовке, полировке. Механическую обработку осуществля­ют абразивным инструментом на металлообрабатываю­щих или специальных станках. Используются алмазные пилы, абразивные круги и пескоструйные аппараты.

Производство прозрачного кварцевого стекла. Для производства такого стекла используют особо чистое сырье — горный хрусталь, гранулированный и молочно - белый кварц, которые с целью удаления из них мине­ральных и газожидких включений подвергают специаль­ной обработке. В сырье, используемом для производст­ва особо чистого прозрачного кварцевого стекла, содержание посторонних примесей не должно быть более 0,0001—0,00001 %. Получать его можно плавкой: в ва­куумной индукционной печи, в электрических вакуум - компрессионных и в газовых печах.

Рис. 20.2. Индукционная вакуум-ат - мосфериая тигельная печь для плавки стекла и вытягивания квар­цевых труб 1 — индуктор; 2 — кварцевый кор­пус; 3 — графитовый тигель; 4 — нижний диск; 5 — заглушка; 6— изоляционное кольцо; 7 — тепловая изоляция; 8 — графитовая втулка; 9 — вакуумная прокладка; 10 — сильфои

Вакуум-компрессионный способ. Сущность этого ме­тода заключается в том, что вначале плавку осуществля­ют под вакуумом, что способствует резкому сокращению числа газовых включений в расплаве, а перед концом плавки вакуум заменяют давлением с целью сжимания и растворения в расплаве оставшихся пузырей. В про­мышленных масштабах нашел применение вакуум-ат­мосферный вариант этого способа производства про­зрачного кварцевого стекла. Отличительная особенность этого варианта состоит в том, что расплав стекломассы после вакуумной плавки выдерживается некоторое вре­мя под атмосферным давлением.

Для получения кварцевого стекла по этому вариан­ту применяют электрические индукционные печи с графитовыми тиглями. В этих же печах получают трубы из кварцевого стекла диаметром 3—150 мм, для чего печь снабжают вытяжной машиной (рис. 20.2). Пита­ние индукционных печей электроэнергией осуществляют с помощью ламповых или машинных генераторов мощ­ностью 30—250 кВт. Режим вакуума создают масляным насосом до остаточного давления 10—3—-10-4 мм рт. ст. (0,01—0,001 Па), а давление создается инертным газом, его величина может составлять (15—25) 105 Па. Про-
должителыюсть плавки при этих режимах составляет 1—5 ч. В этих печах наряду с трубами получают блоки из кварцевого стекла массой 15—25 кг.

Газовый способ. Применяется для получения осо­бо чистого кварцевого стекла, пригодного для оптичес­ких целей. Сущность способа заключается в том, что мелкую крупку из горного хрусталя размером 0,1— 0,3 мм специальным дозатором подают в пламя горелок, которые работают на во дородно-кислородной смеси. Под воздействием пламени горелок зерна кварца нагревают­ся и падают на раскаленную до 2100—2150°С поверх­ность кварцевого стекла, находящегося в печи. Зерна при этом расплавляются и, сливаясь друг с другом, об­разуют прозрачную массу. Схема получения прозрачного кварцевого стекла способом газовой плавки дана на рис. 20.3. Этим способом получают блоки до 20—25 кг. Расход газа при этом составляет 120—150 м3 на 1 кг стекла.

Блоки из кварцевого стекла, получаемые различными способами для получения изделий, подвергаются даль­нейшей обработке. Это достигается прессованием, мол- лированием или механической обработкой. Изделия химико-лабораторной посуды получают кварцедувным способом с применением водородно-кислородных горе­лок.

В настоящее время разработаны и промышленно ос­воены новые способы получения особо чистых кварце­вых стекол. К их числу относятся получение стекла из синтетической двуокиси кремния с применением источ­ников тепловой энергии, а также путем высокотемпера­турного гидролиза летучих соединений кремния (тетра - хлорида кремния) в факеле водородно-кислородного пламени.