Твердость стекла – это сопротивление его поверхности прониканию в нее инородных тел. Чем выше твердость, тем больше требуется времени для механической обработки стекла и тем меньше его износ при истирании.

Хрупкость – характерное свойство твердых стекол. Твердое стекло разрушается сразу после достижения им предела упругой деформации. Поэтому хрупкость стекла характеризуется его сопротивлением мгновенной нагрузке – удару. Хрупкость стекла зависит от его формы, размеров, толщины; с увеличением толщины сопротивление удару возрастает.

Термические свойства:

Теплопроводность стекла – способность передавать теплоту в направлении от более нагретой части обьема или поверхности к менее нагретой. Теплопроводность стекла повышается с возрастанием его температуры, удваиваясь при температуре размягчения.

Термическая стойкость. Стеклянные изделия нередко эксплуатируют в условиях изменяющихся температур. Термостойкость стекла зависит прежде всего от температурного коэффициента линейного расширения.

Оптические свойства:

Отражение света – отношение количества света отраженного от поверхности стекла, к количеству света, падающего на его поверхность.

Рассеивание света – если свет падает на стекло, имеющее шероховатую поверхность или содержащее в массе много мелких инородных включений, он многократно отражается в разных направлениях и выходит из стекла в виде рассеянного пучка.

4. Технология производства листового стекла и ее технико-экономическая оценка

Расплав, из которого вырабатывают стеклянные из­делия, получают из смеси природных или искусственных сырьевых материалов (шихты). Сырьевые материалы стекольного производства можно подразделить на глав­ные (необходимые для получения стекол заданного химического состава) и вспомогательные (предназначен­ные для окрашивания стекла, придания ему непрозрач­ности или, наоборот, высокого светопропускания, а так­же для ускорения и облегчения подготовки расплава).

Качество каждого сырьевого материала должно от­вечать требованиям, соответствующим виду и назначе­нию стеклянных изделий, в производстве которых этот материал применяется. Механическая прочность и тер­мическая устойчивость стекла, а также внешний вид и срок службы изделий зависят от химической и физиче­ской однородности исходных расплавов.

Для получения однородных расплавов сырьевые ма­териалы должны иметь постоянный химический состав как в объеме партий, поступающих в производство (хи­мическая однородность или постоянство состава внутри партии), так и во времени между последовательно по­ступающими партиями (постоянство состава во време­ни) В материалах, идущих на производство бесцветных стекол, строго нормируется допускаемое содержание примесей, окрашивающих стекло: соединений железа, титана, хрома, углерода. В сырьевых материалах огра­ничивают также содержание примесей тугоплавких ве­ществ (корунда АlОз, циркона ZrSiCu, металлического кремния, природного кремня), которые с трудом, мед­ленно растворяются в расплавах стекла и могут остать­ся в изделиях в виде инородных включений. Хорошо подготовленный сырьевой материал должен иметь однородный и постоянный во времени зерновой (гранулометрический) состав. Для каждого вида сырья нормируются наиболее желательные (оптимальные) размеры зерен, при которых этот материал не комкуется, хорошо, без расслоения, смешивается с другими компонентами шихты, меньше улетучивается (выгорает) при загрузке в печь, активно вступает в химические реакции и равномерно растворяется в расплаве.

Существует два способа вытягивания листового стекла: вертикальный и вертикально-горизонтальный. Вертикальное вытягивание, в свою очередь, делится на лодочное и безлодочное. Но вертикально-горизонтальный метод не получил достаточного распространения.

Рассмотрим вначале лодочный способ.

Химические составы листового стекла должны обеспечивать заданные свойства изделий в зависимости от их назначения и условий эксплуатации; достаточно высокую скорость варки при темпераутрах, 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 SiO₂ – CaO – Na₂ O, в которой часть CaO заменена на MgO, часть SiO₂ – на Al₂ O₃ и часть Na₂ O – на К₂ О. Такие замены позволили снизить кристаллизационную способность стекломассы, повысить скорость формования и улучшить химическую устойчивость стекла.

В выработочной части печи и в каналах температурный режим устанавливают индивидуально в зависимости от свойств стекломассы, числа и размещения машин, размеров выработочной части печи и каналов, места расположения контрольных приборов, скоростей вытягивания и тербований к качеству стекла. За исходные температурные выработки принимают температуры луковиц, измеряемые оптическим пирометром через смотровые окна в крышках подмашинных камер. Для стекол обычных составов эти температуры составляют 920-980⁰ С и зависят от лучепрозрачности стекол.

Стекломасса на пути от щели в оборудовании (лодочки) до уровня отломки листов протекает и охлаждается, затвердевая, она превращается в стекло.

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, то есть медленного охлаждения от верхней до нижней температуры отжига, и зону ускоренного охлаждения от нижней температуры отжига до 120-180⁰ С. Для обычных листовых стекол верхнюю температуру отжига принимают 530-540⁰ С, нижнюю температуру отжига принимают в расчетах меньше 100-150⁰ С, то есть по абсолютному значению около 380-430⁰ С. Первая зона – зона интенсивного охлаждения – заканчивается при температуре 540-560⁰ 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 (до 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/с. 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 обьем горячих газов, нужный для поодержания в ней заданной температуры.

Технико-экономические показатели производства стекла по лодочному способу.

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. Удельный расход условного топлива на 1 тонну готовой продукции 430-550 кг.

Достоинства лодочного способа:

Простота выработочных усройств, относительно малые удельные капитальные затраты на строительство установок, простота обслуживания машин.

Недостатки лодочного способа:

Повышенная полосность стекла, частые обрывы лент стекла на обновление, относительно невысокие скорости вытягивания ленты стекла.

Выработка стекла способом безлодочного вертикального вытягивания.

Температура стекломассы, идущей на формование ленты, при безлодочном способе в среднем приблизительно на 150⁰ С выше, чем при лодочном. Стекломасса в каналах боковых машин на 10-15⁰ С горячее, чем перед центральными машинами. Однако температура луковиц, измеренная оптическим пирометром, такая же, как и при лодочном вытягивании.

Продолжительность отжига при лодочном и безлодочном способах отличается мало, так как большие скорости вытягивания при безлодочном способе компенсированы увеличением высоты машины.

Технико-экономические показатели производства стекла безлодочным способом.

При безлодочном способе продолжительность непрерывной работы машины между обрывами ленты на обновление составляет около 1000 ч. Удельный расход топлива на 1 тонну готовой продукции составляет примерно тот же уровень, что и при лодочном способе.