ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ВЫРАБОТКА СТЕКЛА СПОСОБОМ ЛОДОЧНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЫТЯГИВАНИЯ

Лодочный способ вертикального вытягивания отно­сится к числу наиболее ранних механизированных спосо­бов формования листового стекла. Патент на этот спо­соб получил бельгиец Эмиль Фурко в 1902 г. Массовое производство стекла по этому способу впервые было осу­ществлено в Гостомицах (Чехословакия) в 1919 г. Этот простой и относительно дешевый способ вскоре нашел широкое распространение во всех промышленных стра­нах, в том числе и в СССР, где пока он остается основ­ным. В последние годы он стал частично уступать место другим способам, в частности, способу безлодочного вертикального вытягивания, позволяющему получать стекло более высокого качества.

Состав стекла. Химические составы листового стекла должны обеспечивать заданные свойства изделий в за­висимости от их назначения и условий эксплуатации; достаточно высокую скорость варки при температурах, установленных производственной практикой; более низ­кую температуру кристаллизации расплава по сравнению с температурой формования стекла; достаточную ско­рость твердения стекломассы.

Шихта, идущая на изготовление стекла, не должна содержать дефицитных, дорогостоящих и токсичных сырьевых материалов.

Основа составов большинства видов листового стек­ла— система Si02—СаО—Na20, в которой часть СаО заменена на MgO, часть Si02 — на А1203 и часть Na20— на К20. Такие замены позволили снизить кристаллиза­ционную способность стекломассы, повысить скорость формования и улучшить химическую устойчивость стекла. Одновременно с повышением содержания А120з и MgO в стекле для лодочного способа вертикального вытягивания за последние два-три десятилетия содер­жание Na20 снижено с 15,5—16 до 14,9—15 %. Уменьше­ние содержания щелочных оксидов позволило снизить расход кальцинированной соды в среднем на 5 % и уве­личить химическую устойчивость стекла. Наиболее рас­пространенные составы листового стекла даны в табл. 11.1.

Факторы, влияющие на производительность способа и качество стекла. Схема формования ленты стекла по способу лодочного вертикального вытягивания изложена в п. 9.2. Как указывалось (см. рис. 9.1,6), формова­ние ленты происходит в камере вытягивания (подмашин- ной камере) с помощью стеклоформующей лодочки. Щель лодочки направляет поток стекломассы, придает ему нуж­ный контур перед растягиванием в ленту. В концевых час­тях щели лодочки («конусах») стекломасса охлаждает­ся с трех сторон более интенсивно и растягивается мень­ше, чем в средней части полотна ленты; поэтому для получения ленты одинаковой толщины по всей ее шири­не концевые участки щели делают суженными, что об­легчает также и удерживание бортов.

Формующаяся лента за время подъема от щели ло­дочки до валиков машины ВВС должна охладиться настолько, чтобы контакт с валиками не вызвал деформа - дии ее поверхности. Охлаждают ленту водяные холо­дильники, установленные с двух ее сторон по всей шири­не, а также воздух, циркулирующий в подмашинной ка­мере.

При выходе стекломассы из щели лодочки, над гра­ницей раздела трех сред: расплава, огнеупора лодочки и окружающего воздуха, внешние слои стекломассы по­падают в зону интенсивного охлаждения. Здесь толщи­на потока выходящего расплава резко уменьшается и на относительно небольшой высоте достигает величины, почти равной окончательной толщине ленты. Этот уча­сток ленты, расположенный непосредственно над губами щели лодочки, называется луковицей (так как профиль его сечения напоминает форму луковицы). Контур лу-

Ковицы и высота ее расположения относительно уровня губ щели при постоянной вязкости стекломассы зависят от глубины погружения лодочки; последнюю погружают настолько, чтобы основание луковицы не опускалось ни­же верхней плоскости щели.

При движении кверху лента стекла растягивается под влиянием действующих на нее противоположно направ­ленных сил: усилий, создаваемых валиками машины, на­правленных кверху, а с другой стороны направленных вниз сил тяжести ленты и сил сцепления стекломассы со щелью лодочки. Этим растягивающим усилиям противо­действуют силы вязкости и поверхностного натяжения, непрерывно возрастающие по мере охлаждения ленты. Чем выше расположен уровень, до которого поднимают-

Ся участки формующейся ленты над щелью лодочки, тем более сильное растяжение вызывает масса части ленты, расположенной ниже этого, уровня, но тем больше воз­растает и противится растяжению вязкость стекла. На определенной высоте подмашинной камеры лента окон­чательно отвердевает и перестает растягиваться, что обеспечивает непрерывность ее движения кверху, а следо­вательно, и непрерывность процесса формования. С увеличением скорости вращения валиков машины лен­та растягивается сильнее; это позволяет сравнительно легко получать заданную толщину ленты и ее изменять.

Производительность формования непрерывной лен­ты стекла по количеству вырабатываемой стекломассы принято выражать скоростью вытягивания, отнесенной к какой-либо толщине стекла (чаще всего к условной тол­щине 2 мм), или, что удобнее, фактором производитель­ности ФП. Под фактором производительности понима­ется объем вытянутой стекломассы, отнесенный к единице ширины стекла. Численно он выражается произве­дением W5, где W — скорость вытягивания, 5 — толщи­на ленты. Условная размерность ФП, принятая в нашей стране, — м-мм/ч, в ЧССР — см-см/мин. Пользуясь зна­чением ФП, можно сравнивать значения производитель­ности формования независимо от толщины вытягиваемой ленты.

Производительность машин ВВС по количеству вытя­нутой стекломассы зависит от следующих факторов: а) физико-химических свойств стекломассы; б) интен­сивности охлаждения луковицы и ленты стекла в под­машинной камере; в) глубины погружения лодочки в стекломассу; г) ширины щели лодочки; д) температуры стекломассы в машинном канале; е) скорости оттягива­ния ленты стекла валиками машины ВВС. Рассмотрим- влияние каждого из этих факторов:

Быстрее формуются стекла с «коротким» интервалом твердения и пониженной теплопрозрачностью. Оксиды, снижающие теплопрозрачность стекла, замедляют при­ток теплоты из средних слоев луковицы и ленты к их поверхности, вследствие чего средние слои охлаждаются медленнее, а внешние — быстрее, чем в случае теплопро­зрачной стекломассы. Быстрое остывание внешних слоев оказывает на процесс формования большее влияние, чем отставание в охлаждении внутренних слоев, в результа­те чего скорость формования увеличивается.

Поверхностное натяжение стекломассы при лодочном способе формования противодействует растеканию лу­ковицы, что очень важно, так как позволяет увеличить глубину погружения лодочки в стекломассу. Однако оно способствует сужению формующейся ленты. Поэтому формование широких лент стекла при высоком поверх­ностном натяжении затрудняется.

Интенсивность охлаждения луковицы и ленты стекла в подмашинной камере — один из важнейших факторов, определяющих скорость процесса формования. Стекло­масса, движущаяся в виде ленты переменной толщины от щели лодочки к первой паре валиков машины, отдает свою теплоту преимущественно излучением поверхностям водяных холодильников и ограждающим поверхностям подмашинной камеры. Часть теплоты передается кон­векцией воздуху, циркулирующему в подмашинной ка­мере. Эта доля составляет около 10—15 % общего коли­чества теплоты, отдаваемой луковицей и лентой.

Количество теплоты, воспринимаемой водяными холо­дильниками, зависит от величины и температуры их по­верхности. Для интенсификации процесса охлаждения увеличивают высоту холодильников и применяют уста­новку дополнительных холодильников над основными. Некоторый эффект достигается также уменьшением рас­стояния холодильников от ленты и приближением ниж­ней их части к луковице и лодочке.

По имеющимся практическим данным, увеличение высоты основ­ных водяных холодильников при лодочном способе с 180 до 300 мм позволяет повысить скорость вытягивания ленты стекла приблизи­тельно на 5—7 °/о, а изменение расстояния от ленты до холодильни­ков на 1 см в сторону приближения или удаления приводит, соот­ветственно, к повышению или понижению скорости от 0,5 % (при высоте холодильников 180 мм) до 0,9 % (при высоте 300 м). Однако устанавливать холодильники слишком близко к ленте не рекомен­дуется, так как потоки газов в подмашинной камере, охлаждающие­ся в пространстве между холодильниками и лентой, вызывают ко­робление (полосность, волнистость) ее поверхности. С целью повы­шения коэффициента теплоотдачи ленты стекла поверхность холодильника, обращенную к ленте, чернят слоем сажи.

Принимают также меры к тому, чтобы на внутрен­ней поверхности стенок холодильников в процессе рабо­ты не образовывалась накипь, которая резко снижает их теплопроводность.

Количество теплоты, воспринимаемой стенами под­машинной камеры от ленты стекла, тем больше, чем ни­же температура их поверхности. По мере увеличения времени вытягивания ленты температура стен камеры снижается и производительность формования несколько увеличивается.

При высокой интенсивности охлаждения луковицы н ленты стекла градиенты температур по толщине малотеплопроводной лен­ты возрастают; это вызывает появление в ленте повышенных на­пряжений, которые могут привести к ее растрескиванию в шахте машины. Поэтому для каждого состава стекломассы, скорости вы­тягивания и толщины ленты применяют холодильники определенных оптимальных размеров. Так, например, при выработке темных сиг­нальных стекол устанавливают холодильники высотой около 100 мм; скорости вытягивания этих стекол значительно ниже, чем бесцвет­ных. При выработке тонких бесцветных стекол с высокими фактора­ми производительности интенсивность охлаждения должна быть мак­симальной.

Глубина погружения лодочки в стекломассу оказыва­ет влияние на гидростатический напор расплава в про­цессе формования, а следовательно, на величину, форму и положение луковицы относительно уровня губ, щели.

Если глубина погружения мала, то основание луковицы опус­кается ниже уровня губ щели лодочки. Это так называемая тощая луковица, наблюдаемая при понижении уровня стекломассы или чрезмерном снижении ее температуры в канале. При тощей луковице ухудшается качество ленты стекла, так как в стекломассе, контак­тирующей с открытыми и охлажденными губами лодочки, образу­ются кристаллы, которые попадают на поверхность ленты. Кроме того, вследствие меньшего поступления стекломассы в конусы щели лодочки и более интенсивного остывания стекломассы в них созда­ется повышенное натяжение бортов ленты при вытягивании, что вызывает ее горбление.

При глубоком погружении лодочки высота и объем луковицы увеличиваются и изменяется ее форма: нижняя часть луковицы ста­новится «выпуклой» («полная» луковица). Количество оттягиваемой стекломассы в данном случае наибольшее: из-за увеличенного объе­ма луковицы возрастает время пребывания стекломассы в зоне ин­тенсивного охлаждения перед ее растягиванием в ленту.

Однако чрезмерное погружение лодочки может привести к на­рушению формования ленты. При этом создается повышенный гид­ростатический напор, который вызывает частичное растекание лу­ковицы из-за того, что в наиболее теплые средние участки щеЛи лодочки периодически поступает увеличенное количество стекломас­сы. Последняя оттягивается в виде утолщений в средней части лен-. ты стекла. Это явление, называемое «елкой» (так как по ширине ленты утолщения распределяются в виде елки), может вызвать в конечном итоге провисание и обрыв ленты стекла.

Аналогичный пульсирующий процесс формования бортов назы­вается «гулянием бортов». «Елка» и «гуляние бортов» могут быть также следствием внезапных повышений температуры стекломассы при установившемся уровне гидростатического напора.

Ширина щели лодочки оказывает влияние на величи­ну гидравлического сопротивления в щели лодочки и на •степень теплового облучения луковицы более нагреты­ми, нижними слоями стекломассы. Чем шире щель, тем меньше должна быть погружена лодочка для достиже­ния заданной производительности машины. С увеличе­нием ширины щели лодочки возрастают объем и охлаж­даемая поверхность луковицы; это способствует увели­чению объема оттягиваемой стекломассы, а следовательно, и повышению производительности машины ВВС. Од­нако при ширине щели более 90—95 мм приток тепло­ты к луковице снизу возрастает настолько, что стекло­масса в щели лодочки и в луковице перестает охлаж­даться, а следовательно, начинает снижаться производи­тельность машины.

Температура стекломассы, поступающей на формова­ние ленты, оказывает самое большое влияние на произ­водительность машины ВВС. С понижением температу­ры начальная вязкость и поверхностное натяжение стекломассы (а значит, и сопротивляемость ленты рас­тягивающим усилиям) возрастают, а время твердения со­кращается. Следовательно, увеличивается количество стекломассы, оттягиваемой валиками машины в единицу времени. Повышенный приток стекломассы из глубинных слоев в этом случае обеспечивают более глубоким по­гружением лодочки без опасения растекания луковицы.

Снижение температуры стекломассы в выработочной канале на 4 °С обеспечивает повышение скорости вытя­гивания стекла лодочным способом приблизительно на 3—3,5 %, причем зависимость эта близка к прямолиней­ной. Однако при пониженных температурах стекломас­сы в канале становится возможной ее кристаллизация, кроме того, более явно выражаются дефекты поверхно­сти ленты стекла, обусловленные пониженной термичес­кой однородностью стекломассы. В связи с этим темпе­ратурный режим стекломассы в выработочных каналах устанавливают индивидуально на каждой системе ВВС в зависимости от требуемого качества стекла.

Максимальная производительность машин ВВС от­вечает толщине ленты стекла около 3 мм. При меньшей и большей толщине ФП понижается из-за усиленного растягивания ленты. При толщине ленты менее 3 мм оно связано с высокой скоростью вытягивания стекла, а при толщине более 3 мм — с замедленным охлаждением цент­ральных слоев по толщине ленты.

Стекло, вырабатываемое способом лодочного вытяги­вания, кроме обычных пороков стекломассы может иметь и дефекты, связанные с самим способом выработки. К ним прежде всего относятся вертикальная полосность и волнистость, а затем уже упоминавшиеся «елка», гор - бление ленты, отпечатки валиков, мелкие трещинки (по - сечки), кристаллы (рух). Для получения стекла высо­кого качества прежде всего необходимы высокая хими­ческая и тепловая однородность стекломассы, поступаю­щей на выработку, а также малая склонность расплава к кристаллизации. Центры кристаллизации стекломас­сы, образующейся по мере увеличения продолжительно­сти работы машин на контакте с поверхностями щели и губ лодочки, являются одной из главных причин полос - ности и поверхностного руха.

Горбление ленты стекла можно предотвратить при равномерном распределении температуры стекломассы по ширине щели лодочки, включая ее конус. Для умень­шения разнотолщинности и волнистости ленты стекла необходимо добиваться высокого качества изготовления стеклоформующей лодочки (гладкой полированной по­верхности щели и губ, отсутствия деформации тела ло­дочки). Луковица ленты стекла должна иметь среднее наполнение, получаемое при отпимальном погружении лодочки в стекломассу. Срыв глазури с поверхностей щели и губ лодочки и их загрязнение осколками стекла ведут к ухудшению качества поверхности стекла.

Степень полосности и волнистости стекла снижается при хорошей герметизации торцовых крышек подмашин- ной камеры и организации в ней восходящей циркуля­ции газов, предотвращающей попадание на луковицу струй охлажденного воздуха. Наконец, для защиты стекла от образования посечек и отпечатков ва­ликов в шахту машины подают сернистый газ, образую­щий на поверхности ленты стекла тонкий слой сульфата натрия.

Конструкция выработочных частей печей и вырабо - точных каналов. Подмашинные камеры являются состав­ной частью выработочных (машинных) каналов, примы­кающих к выработочной части ванной печи. Производи­тельность установок лодочного вертикального вытягива­ния определяется количеством установленных машин и суммарной шириной вытягиваемых лент стекла. Наибо­лее распространены установки с девятью машинами ВВС. Производительность таких установок по сваренной, стекломассе — до 250 т/сут, а по суточной выработке стекла в 2-миллиметровом исчислении — до 40—42 тыс. м2.

Обычно выработочная часть печей при лодочном спо­собе вертикального вытягивания в плане крестообразна, причем на каждом кресте установлены три машины. Ос­новной принцип, которым руководствуются при выборе конфигурации выработочных частей печей, состоит в том, чтобы обеспечить поступление к каждой машине стекло­массы с одинаковой температурой, не прибегая к ее до­полнительному подогреву или искусственному охлажде­нию. Схематический план ванной печи на девять машин представлен на рис. 11.1, а схемы выработочных частей на три и шесть машин даны на рис. 11.2.

Глубина бассейнов выработочных частей печей для лодочного способа вытягивания 1200 мм, а выработоч­ных (машинных) каналов 900 мм. Ширина выработоч­ных каналов обычно на 1000 —1200 мм больше полезной ширины ленты стекла (без бортов). Боковые стены и дно выработочных каналов покрывают тепловой изоляцией.

Устройство подмашинных камер и их оснастка пока­заны на рис. 11.3, а—в.

Камера отделена от центральной части канала гори­зонтальным мостом из огнеупора, погруженным нижней частью в стекломассу на 50—120 мм. Мост представля­ет собой плоскую арку, выполненную из фасонных ша­мотных камней (5—7 шт.), зажатых между пятами. Пя­ты покоятся на стенах бассейна канала и зажаты в гори­зонтальном направлении распорными болтами. Толщина моста 350 мм, высота 500 мм.

В вертикальной торцовой стене камеры расположена система каналов, предназначенная для разогрева под­машинной камеры во время остановок машины, а также для поддержания надлежащих температур в толще самой стены во время работы машины. Сверху подма- шинная камера ограничена шамотными кронштейнами, которые укладывают на мостовые камни. Между конца­ми кронштейнов вдоль камеры оставляют проход шири­ной 140—180 мм, через который движется кверху лента стекла и частично поднимается нагретый воздух. Длину прохода между концами кронштейнов делают равной ширине шахты машины.

Участки подмашинной камеры от прохода до краев перекрываются сплошными шамотными плитами. В пли­тах, ограничивающих проход, имеется по два отверстия для штанг механизмов нажима на лодочку. Между верх­ней плоскостью кронштейнов и нижней секцией машины ВВС располагается специальное чугунное соединитель­ное звено (рис. 11.3,6). Оно крепится к штанге машины и плотно заделывается в кирпичную кладку под крон­штейнами. В торцовых стенках соединительного звена имеются смотровые окна для наблюдения за лентой и съемные крышки для установки различных приспособь

Рис. 11.2. Выработочные каналы системы ВВС на три машины (а) и иа шесть машни (б)

Лений-угольников, «аэропланчиков» и бортовыпрями - тельных устройств. Ширина подмашинной камеры обыч­но составляет 500—600 мм между мостовыми пятами и 600—700 мм по зеркалу стекломассы. Расстояние от зер-

Кала стекломассы до оси первой пары валиков 950— 1050 мм.

По центральной оси подмашинной камеры на 0,4— 0,5 м от внутренней поверхности боковой стены и на 0,2— 0,3 м выше дна вставляют термопару из Pt и сплава PtRh для контроля температуры стекломассы под ло­дочкой.

Лодочка. Форма лодочки и ее размеры, зависящие от ширины вытягиваемой ленты стекла, представлены на рис. 11.4, а—в. Длина щели на 300 —380 мм больше полезной ширины ленты (без бортов), причем с увели­чением толщины ленты эта разница уменьшается). Ши­рина щели 60—70 мм, в конусах 28—32 мм. В последнее время для выработки утолщенных стекол применяют ло­дочки с шириной щели до 90 мм. С целью поддержания более высоких температур в торцовых участках щели конфигурацию выреза в нижней части лодочки часто выполняют в виде восьмерки (рис. 11.4, б). Одна из кон­фигураций щели для выработки 2-миллиметрового стек­ла показана на рис. 11.4, в.

Лодочки изготавливают из высококачественной мелкозернистой шамотной массы способом сухого трамбования (преимущественно) или «внатир». Шихта для сухого трамбования состоит по массе иа 75 % шамота и 25 % глины. Сухую глину перед смешиванием про­сеивают через сито № 9 или 10. В зерновом составе шамота содер­жится по массе 53 °/о зерен размером 0,6—0,4 мм и 47 % зерен мень­ше 0,4 мм.

Влажность массы для пневматического трамбования 7—8%. Шамот перед употреблением пропускают через; магнитный сепаратор. Для трамбования лодочек при­меняют различные металлические формы. Губы и всю поверхность выреза щели тщательно полируют стеклян­ными угольниками. Продолжительность сушки трамбо­ванных лодочек 20—30 дней. Лодочки обжигают в окис­лительной среде при температуре не ниже 1200—1250 °С. Продолжительность обжига 8 сут. Их вставляют в под - машинные камеры нагретыми до температуры около 1100 °С.

Холодильники. Основные холодильники устанавлива­ют с обеих сторон ленты на расстоянии от нее около 50 мм и на высоте 40—50 мм от поверхности губ лодоч­ки. Устройство такого холодильника показано на рис. 11.5, а.

Холодильники изготавливают из листовой стали тол­щиной 2—2,5 мм. Их высота 250—300 мм. Длина «фар­туков» превышает длину щели на 40—50 мм. Вода

»

250-300

14—468

Рис. 11.8. Валикн

1 — неподвижный валик; 2— лента стекла; 3—асбестовые кольца; 4 — подшнпннк; 5 — подвижный валнк

Подается с одного торца холо­дильника и выходит с другого; подачу ее регулируют. При высо­ких скоростях вытягивания над основными холодильниками уста­навливают дополнительные и» труб диаметром 38 мм. Расход воды на одну пару основных хо­лодильников при разности тем­ператур входящей и выходящей, воды 20—25 °С составляет 5— 8 м3/ч.

Бортодержатели — стальные двухсторонние крючки, погру­жаемые в луковицу сверху на расстоянии 30—40 мм от края щели. Основной стержень борто - держателей жестко укрепляется под металлической крышкой под - машинной камеры. Это позволяет механически удерживать борта ленты с помощью крючков; кро­ме того, участки луковицы, обра­зующие кромки борта, на контак­те с более холодным теплоотво - дящим металлом крючка приоб­ретают повышенную вязкость и препятствуют сужению ленты. Устройство клещевидных двух­сторонних бортодержателей по­казано на рис. 11.6, а, б.

В последнее время стали при­менять также более массивные - односторонние крючки, устанав­ливаемые с обеих сторон каждо­го конца щели и отбирающие больше теплоты от стекломассы. При недостаточном погружении крючков в стекломассу борт на­чинает «гулять», при слишком большом их погружении борт может переохлаждаться, в ре­зультате чего может произойти отрыв кромки или горбление при - бортовых участков ленты. Хоро-

211

Шо удерживают борта бортодержатели из свободно вра­щающихся роликов, укрепленных на концах труб, ох­лаждаемых водой (рис. 11.6,в).

Механизмы для погружения лодочки в стекломассу. Схема распространенного в нашей промышленности на­жимного механизма показана на рис. 11.3, б. Лодочку погружают в стекломассу вращением маховичка, сидя­щего на винте 14, укрепленном на колонне и шарнирно- соединенном со штангой 10. Нажимные штанги опира­ются на стальные лапы 15, перекинутые с порожка подмашинной камеры на борта лодочки. При повороте маховичка по часовой стрелке кулачки опускают штан­ги, а последние с помощью лап давят на лодочку. Для подъема лодочки маховичок вращают против часовой стрелки. Используют также нажимные устройства без нажимных штанг и лап, располагаемые внизу у по­рожка подмашинной камеры.

Угольники и аэропланчики. Для отбрасывания в сто­рону осколков стекла, которые могут падать из шахты машины в подмашинную камеру, в соединительном зве­не устанавливают металлические угольники (см. рис. 11.3,а). Верхние края их отстоят от ленты примерно на 5 см. Бортовые участки формующейся ленты защи­щают от падающих осколков аэропланчиками, устанав­ливаемыми на торцы угольников внутри соединительно­го звена. Крылышки аэропланчиков, скользящие по бор­там ленты, футеруются листовым асбестом.

Бортовыпрямители. При высоких скоростях вытягивания ленты стекла иногда наблюдается ее горбление. В этих случаях на ряде заводов применяют роликовые бортовыпрямители, которые уста­навливают в соединительном звене взамен аэропланчиков.

Устройство и техническая характеристика машии ВВС. Такая машина (рис. 11.7, а, б) представляет со­бой вертикальную шахту прямоугольного сечения, со­стоящую из четырех секций. По высоте шахты располо­жены от 13 до 22 пар валиков для транспортирования кверху ленты стекла. Шахту подвешивают над подма­шинной камерой строго по ее оси при помощи лап с болтами, расположенных на третьей секции снизу (иног­да на второй). Болты опираются на металлические бал­ки; ими можно корректировать правильность подвески машины.

Большое число пар валиков необходимо для того, чтобы при подъеме ленты каждая пара оказывала мень­шее удельное давление на ленту, а также чтобы в слу­чае растрескивания ленты ее контакт с большой пло­щадью валиков предотвратил ее обрыв.

Валики (рис. 11.8) состоят из спрессованных между собой асбестовых колец, насаженных на квадратную стальную ось и обточенных на токарном станке. Конце­вые части валиков имеют меньший диаметр, чем цент­ральная цилиндрическая часть для свободного прохож­дения утолщенных кромок бортов ленты стекла. Валики вращаются в роликовых подшипниках, расположенных в гнездах торцовых стенок шахты. Подшипники одного вертикального ряда жестко фиксированы в гнездах шах­ты, подшипники противоположного ряда могут пере­двигаться вместе с валиками в горизонтальном направ­лении. Подвижные валики прижимаются к неподвиж­ным (или к проходящей между ними ленте стекла) при помощи рычагов с балансами.

Такое устройство позволяет транспортировать ленты стекла различной толщины, а также пропускать воз­можные утолщения и включения на ней. Давление на ленту регулируют увеличением или уменьшением длины плеча рычага, а также изменением массы груза. При выработке толстых стекол давление на ленту увеличи­вают. Весь ряд неподвижных валиков получает враще­ние с помощью карданной передачи от вертикального вала через систему конических шестерен, а каждый под­вижный валик получает вращение от неподвижного по­средством цилиндрических.

Между каждой парой валиков (кроме расположен­ных в верхней открытой секции) в боковых стенках шах­ты имеются люки с металлическими крышками; они предназначены для очистки машины от осколков стекла, наблюдения за движением ленты, выведения трещин, а также для частичного регулирования режима отжига в шахте. Верхняя секция не имеет боковых стенок. Это позволяет усилить охлаждение. ленты по выходе ее из третьей секции, а также производить надрезку бортов и листов стекла. Нижние две секции футерованы изнутри асбестовой изоляцией для лучшего отжига ленты. Под каждой четной парой валиков (в закрытой части) рас­положены наклонные щитки (скаты), прикрепленные болтами к шахте машины. Назначение их — задержи­вать падающий бой стекла и направлять его в люки, че­рез которые он удаляется из шахты. Кроме того, скаты необходимы для настройки режима отжига стекла. В тор­цовых стенах шахты также имеются небольшие лючки с задвижками для наблюдения за бортами и очистки валиков от осколков стекла. В связи с тем что скорости вытягивания стекла повысились, последние модели ма­шин ВВС отличаются большей высотой.

Температурный режим выработки. В выработочной части печи и в каналах температурный режим устанав­ливают индивидуально для каждой системы ВВС в за­висимости от свойств стекломассы, числа и размещения машин, размеров выработочной части печи и каналов, места расположения контрольных приборов, скоростей вытягивания и требований к качеству стекла.

За исходные температуры выработки принимают тем­пературы луковиц, измеряемые оптическим пирометром через смотровые окна в крышках подмашинных камер. Для стекол обычных составов эти температуры состав­ляют 920—980 °С и зависят от лучепрозрачности сте­кол. При одной и той же температуре стекломассы в выработочной канале в случае выработки стекол с ма­лой лучепрозрачностью температура луковиц будет ни­же, чем при выработке бесцветных лучепрозрачных сте­кол. При настройке режимов формования необходимо кроме температур руководствоваться факторами произ­водительности, которые должны составлять 140— 150 мм • м/ч для стекол толщиной 6 мм и 160—240 мм • м/ч для стекол толщиной 2,5—3 мм. Температура в вырабо­точных каналах перед мостами машин, измеряемая тер­мопарой с потенциометром, обычно на 80—100°вышетем - пературы луковиц и составляет 1030—1О7О0С. Темпера­туру газовой зоны в центре крестов (под сводом) поддерживают по термопаре 1140—1170 °С, а в перешей­ке— 1260—1280 °С. Допускаемые колебания температуры в выработочной части печи и каналах — не более±2°С.

Отжиг и охлаждение ленты стекла. На пути от ще­ли лодочки до уровня отломки листов стекло охлажда­ется. Его температура снижается с 900—960 до 120— 180°С. При высоте шахты машины 5,45 м и скорости движения ленты 60 м/ч весь период охлаждения длился 7 мин, а при скорости 120 м/ч — 3,5 мин. Такое время достаточно для получения отожженной ленты стекла с допустимыми остаточными напряжениями. Но в каж­дом конкретном случае в зависимости от толщины и ско­рости вытягивания ленты, вязкостных и теплофизичес- ких свойств стекла устанавливают оптимальное распре­деление температуры по высоте шахты обеспечиваю­щее минимальные напряжения (рис. 11.9).

В процессе формования, охлаждения и отжига лента стекла проходит три тем­пературные зоны: зону ин­тенсивного охлаждения от температуры луковицы до верхней температуры отжи­га, собственно зону отжига, т. е. медленного охлажде­ния от верхней до нижней температуры отжига, и зо­ну ускоренного охлаждения от нижней температуры от­жига до 120—180 °С.

Для обычных листовых стекол верхнюю температу­ру отжига принимают 530— 540°С, нижнюю температу­ру отжига в расчетах при­нимают меньше на 100— 150 °С, т. е. по абсолютному значению около 380—430 °С. Первая зона — зона интен­сивного охлаждения — за­канчивается при температу­ре 540—560 °С под первой парой валиков. При повышенных скоростях вытяги­вания уровень этих температур может подняться выше первой пары валиков; тогда эту пару отключают и ее роль переходит ко второй паре валиков.

В первой зоне допускается высокая скорость охлаж­дения ленты (jp 400—700 град/мин). Максимально до­пустимая скорость охлаждения ленты во второй зоне отжига зависит от максимально допустимых остаточных напряжений в стекле, обычно принимаемых не более 350 МПа или 100 ммкм/см (см. п. 10.2). Режим от­жига настраивают путем осторожного изменения интен­сивности охлаждения стекла в подмашинной камере, по­догрева ленты в соединительном звене с помощью труб­чатых перфорированных горелок, открытия (или за­крытия) люков по высоте шахты, установки скатов на требуемом расстоянии от валиков; последнее позволя­ет пропустить в ту или иную секцию шахты объем го­рячих газов, нужный для поддержания в ней заданной температуры. В целях уменьшения разницы температур
по ширине ленты в шахтах машин новейшей конструк­ции борта обогревают с помощью газовых горелок, ус­тановленных в углах секций шахт.

Чем выше производительность машины, тем больше теплоты вносит лента в шахту машины и тем благоприят­нее условия ее отжига. При малой производительности машины нередко наблюдается преждевременное охлаж­дение ленты и ее растрескивание, причем трещины опус­каются к нижним парам валиков. В таких случаях при­бегают к дополнительному подогреву ленты в соедини­тельном звене, причем прибортовые участки подогрева­ют сильнее, чем средние.

Нижние люки в боковых стенах шахты, соответствую­щие по высоте зоне отжига, как правило, держат закры­тыми, а верхние, расположенные на участке интенсив­ного охлаждения, — открытыми. Если в процессе отжига в ленте стекла образовались трещины, машинисты с по­мощью газовых горелок или горящих лучин («спичек») разогревают стекло у концов трещин и придают им го­ризонтальное направление («выводяттрещины на борт»). Возможность и легкость этой операции зависят от рав­номерности толщины ленты.

Трещины при боении ленты распространяются в боль­шинстве случаев по ее утоненным участкам. Поэтому если средняя часть ленты тоньше, чем прибортовые участ­ки, трещины идут посередине и «выводить» их на борт весьма затруднительно. Нередко трещины распростра­няются и в прибортовых участках, если в них имеются местные утонения и утолщения.

При низких и средних скоростях вытягивания в обыч­ной шахте машины высотой 5,45 м лента стекла успева­ет охладиться до 120—140°С. При повышенных же ско­ростях вытягивания температура ленты на выходе из такой машины достигает 180—200 0°С. Такая темпера­тура резко ухудшает условия обслуживания и может вызвать растрескивание стекла при порезке и хранении.

Для снижения температур ленты в нашей стране и за рубежом стали применять машины высотой шахт до 8 м, а при безлодочном способе вытягивания — даже до 12 м.

Контроль процесса формования и качества отжига ленты стекла предусматривает: непрерывное измерение скорости вытягивания стекла с помощью показывающе­го и записывающего прибора; замеры толщины ленты в 5—6 точках по ее ширине с помощью микрометра дваж­ды в смену и ежесменную проверку значений остаточных напряжений в стекле с помощью поляриметра. О каче­стве отжига судят также по поведению стекла при резке: хорошо отожженное стекло легко режется и отламыва­ется ровно по линии надреза.

Подготовка к пуску и пуск машин ВВС. С течением времени работы машины на губах щели лодочки и на ленте стекла появляются поверхностные кристаллы (рух), а в щели лодочки, особенно в торцах («конусах»), наблюдается объемная кристаллизация стекломассы, и качество вытягиваемой ленты заметно ухудшается, преж­де всего по полосности. В связи с этим процесс вытяги­вания периодически прерывают, обрывая ленту стекла, разогревают стекломассу в подмашинной камере и вновь пускают машину ВВС.

Перед пуском машины стекломассу в подмашинной камере с целью расплавления застывших и закристал­лизованных участков расплава хорошо разогревают с помощью газовой горелки (инжекционной или с прину­дительной подачей воздуха), вставляемой в камеру че­рез рабочее окно. Температура разогрева 1200—1250 °С по оптическому пирометру, визированному на стекло­массу; температура стекломассы по глубинной термопа­ре (она находится на 200 мм выше дна) должна быть не ниже 1050 °С.

Для предохранения асбестовых валиков от выгорания и предотвращения прогиба шеек валов и их осей подма - шинную камеру в период разогрева плотно перекрывают шамотными плитами в соединительном звене и с торцов. Валики машины в течение всего разогрева (5—6 ч) дол­жны непрерывно вращаться, а температура вблизи пер­вой пары не должна превышать 550 °С. В процессе ра­зогрева стекломассу дважды «хальмуют» — удаляют ме­таллическими лопатками и гребками загрязненные и кристаллизованные участки. После разогрева и хальмов ки губы лодочки покрывают тонким слоем стекла («на­водят глазурь»). Для более равномерного распределе­ния глазури на губах лодочки камеру держат еще 15— 20 мин под огнем, затем подачу газа прекращают и ох­лаждают стекломассу до 950—1000 °С. Во время студки подмашинной камеры к первой паре валиков опускают сверху обратным ходом машины затравочную раму из полосовой стали с зубчатым (в виде гребенки) нижним краем.

По окончании студки удаляют перекрывные плиты, ставят в соединительное звено угольники и устанавли­вают лодочку в подмашинной камере соосно с машиной и на равных расстояниях от торцовых стенок шахты. Установку корректируют визуально с верхней площадки. Затем на концы лодочки накладывают металличес­кие лапы и устанавливают штанги нажимного механиз­ма. После этого машине дают обратный ход, затравоч­ная рама опускается и, дойдя до щели лодочки, погру­жается зубьями в стекломассу на глубину 3—5 см.

Машину останавливают, быстро устанавливают в ка­мере основные водяные холодильники, пускают в них воду и дают машине прямой ход кверху, одновременно погружая лодочку в стекломассу и закрывая окна ка­меры металлическими крышками. Стекломасса, прилип­шая к зубьям затравочной рамы, поднимается из щели лодочки вслед за рамой в виде ленты. Образовавшееся на зубьях рамы утолщение пропускают через три пары валиков, раздвигая их подъемом рычагов.

После прохождения ленты через третью пару вали­ков в соединительном звене устанавливают аэроплан­чики и закрывают его торцы крышками, бортодержа - тели закрепляют под крышками камер (после достиже­ния устойчивого хода бортов при малой скорости движения ленты), после чего крышки плотно обмазыва­ют глиной. Поднявшуюся затравочную раму удаляют из машины, а ленту стекла после прекращения боения начинают надрезать по всей ширине; по надрезанным местам начинают отламывать листы заданных размеров. По достижении устойчивой работы машины ленту посте­пенно переводят на заданную толщину, изменяя ско­рость вытягивания.

Особое внимание при пуске машины обращают на правильность установки лодочки относительно шахты и валиков машины. При не­симметричной относительно торцовых стенок шахты установке ло­дочки борта ленты будут двигаться на разных расстояниях от ци­линдрической части валиков. Это ограничивает возможность повы­шения скоростей вытягивания, так как кромка самого близкого борта при сужении ленты, вызванном повышением скорости, будет заходить в цилиндрическую часть валиков и раздавливаться. Сме­щение оси щели лодочки относительно оси машины вызывает горб - леиве ленты. Перекос лодочки при ее погружении, когда одна губа находится выше другой, вызывает «прилипание» луковицы к при­поднятой стороне, что приводит к горблению ленты и неравномер­ному натяжению бортов.

Надрезка ленты и бортов, отломка листов, отбортов - ка, резка, сортировка и упаковка стекла. Надрезку лен­ты стекла перед отломкой от нее листов заданных раз-

Г-

Меров производят с помощью стального победитового ролика, закрепленного в каретке, которая двигается по­перек ленты. Во время рабочего и холостого ходов ка­ретка включается и перемещается автоматически спе­циальным механизмом.

Надрезку бортов производят роликовыми бортореза - ми, стационарно установленными над верхней площад­кой в одном из промежутков между валиками машины ниже линии надреза листов. Борторезы крепят на гори­зонтальной тяге под действием пружин и делают над­резы на ленте в вертикальном направлении. Положение их относительно кромки борта ленты регулируют в за­висимости от шириы отрезаемого борта.

Для отломки надрезанных листов в настоящее вре­мя применяют преимущественно рамные отломщики. Листы отламывают наклоном рамного отломщика с пе­реводом его из вертикального в горизонтальное положе­ние, после чего их передают на сочлененный с отломщи - ком горизонтальный роликовый конвейер. По старой технологии, сохранившейся на ряде заводов, операции по отломке бортов, резке, сортировке и упаковке стекла и сейчас производят вручную. В настоящее время разра­ботаны' и внедрены в производство поточные автомати­ческие линии, на которых все указанные операции, вплоть до группировки стекла в стопы, автоматизирова­ны.

Крупноразмерное витринное стекло обрабатывают на специальных столах (см. п. 13.1), к которым листы подают от отломщиков по роликовым конвейерам, а за­тем с помощью снижателей передают в складское по­мещение на первом этаже цеха.

Для упаковки оконного стекла в настоящее время получили широкое распространение предложенные В. С. Подъельским возвратные пирамидальные контейнеры, позволяющие экономить значительные количества пило­материалов и гвоздей на сбивку ящиков. Крупногаба­ритное витринное и оконное стекло упаковывают в дере­вянные ящики.

Технико-экономические показатели производства стекла по лодочному способу. Скорость вытягивания ленты стекла лодочным способом и факторы производи­тельности приведены в табл. 11.2.

Удельная суточная выработка стекла на 1 м полез­ной ширины ленты в условном (2 мм) исчислении со­ставляет 1500—2100 м2.

Средняя продолжительность непрерывной работы машины между обрывами лент на обновление составля­ет не менее 500 ч, а при выпуске технического стекла оп­ределяется принятыми на заводе стандартами, но соста­вляет не менее 200 ч.

Коэффициент использования стекломассы, представ­ляющий собой отношение массы годной продукции к мас­се сваренной стекломассы, характеризует величину от­ходов при вытягивании, резке, сортировке и упаковке (а следовательно, в нем отражается и стабильность ра­боты машин). При средней ширине отрезаемых бортов, равной 5 см, он составляет 84—86 % •

Коэффициент использования машин во времени, учи­тывающий потери рабочего времени на обновление лен­ты, смену лодочек, текущие ремонты и т. д., составляет обычно 0,95—0,96. Действительная суточная выработка одной машины Ми м2/с, определяется по формуле

МЇ = 24оШі,

Где v — скорость вытягивания, м/ч; Ь — ширина ленты, м; k — ко­эффициент использования стекломассы; k — коэффициент использо­вания машины во времени.

Удельный расход условного топлива на 1 т готовой про^ дукции 430—550 кг.

Достоинства и недостатки лодочного способа верти­кального вытягивания стекла и пути его совершенство - вания. Достоинства способа: простота выработочных устройств, относительно малые удельные капитальные затраты на строительство установок, простота обслужи­вания машин.

Основные недостатки способа: повышенная полос - ность стекла, частые обрывы лент стекла на обновление, относительно невысокие скорости вытягивания ленты стекла.

Большинство работ по усовершенствованию лодочно­го способа направлены на снижение полосности стекла.

Главная роль отводится при этом улучшению химичес­кой и термической однородности стекломассы путем по­вышения температуры варки, применения бурления, пе­ремешивания и др.

Один из путей снижения полосности стекла — проду­вание газов, нагретых до 450—500 °С, в горизонтальном направлении через отверстия в крышках подмашинных камер между основанием ленты и холодильниками для устранения нисходящих потоков воздуха в камере.

Для удержания бортов в данном случае применяют роликовые бортодержатели со свободным вращением роликов.

В последние годы осуществлен новый перспективный способ производства листового тянутого стекла, в котором лодочка замене­на парой валков из огнеупорного материала; нижняя часть валков по­гружена в стекломассу. Форма зазора между валками такая же, как и форма щели лодочки. Валки периодически приводятся во вра­щение с очень малой скоростью, в направлении от оси подмашинной камеры к ее ограждениям. При этом стекломасса в промежутке меж­ду валками непрерывно обновляется и в ней не образуются крис­таллы.