Сучасний стан виробництва медичного скла

ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ

за дисципліною «Основи технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів»

Тема дипломного проекту: «ТЕХНОЛОГІЯ МЕДИЧНОГО СКЛА»

 

Керівник роботи: доц. Саввова О. В.

Виконавець: студент групи НЗ-34Алад’їн М. А.

 

 

Харків – 2010 р.

 

Зміст

 

Вступ

1. Аналітичний огляд

1.1 Сучасний стан виробництва медичного скла

1.2 Особливості використання сучасного технологічного обладнання у виробництві медичного скла

1.3 Використання високотехнологічних матеріалів

2. Вибір та техніко-економічне обгрунтування району будівництва заводу

3. Технологічна частина

3.1 Вибір складу скла та характеристика сировини

3.2 Обробка сировинних матеріалів

3.3 Дозування компонентів та приготування шихти

3.4 Завантажування шихти

3.5 Технічна характеристика обладнання складового цеху

3.6 Розрахунок шихти

3.7 Розрахунок складу сировини

3.8 Вибір і обґрунтування конструкції електричної печі

3.9 Фізико-хімічні процеси, які відбуваються при варінні скломаси

3.10 Конструкційний розрахунок електричної печі

3.11 Теплотехнічний розрахунок

3.12 Автоматична виробка виробів

3.13 Випал виробів

3.14 Контроль якості виробів

3.15 Пакування готових виробів

3.16 Внутрішньозаводське транспортування готових виробів

3.17 Складування готових виробів

3.18 Автоматизація роботи скловарної печі

4. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА

4.1 Розрахунок плану виробництва

4.2 Розрахунок вартості і потреби сировини і матеріалів

4.3 Визначення витрат та вартості енергоресурсів

4.4 Розрахунок амортизаційних відрахувань

4.5 Розрахунок витрат на оплату праці

4.6 Розрахунок витрат на утримання та експлуатацію устаткування

4.7 Розрахунок загальновиробничих витрат

4.8 Калькуляція собівартості продукту

5. ОХОРОНА ПРАЦІ

5.1 Загальна характеристика умов виконання технологічного процесу

5.2 Промислова санітарія

5.3 Заходи безпеки

5.4. Пожежна безпека

6. Цивільна оборона

Висновок

Список використаних джерел інформації

 

Вступ

 

Склом називають всі аморфні тіла, отримані шляхом переохолодження розплаву, незалежно від їх хімічного складу і температурної ділянки твердіння. Внаслідок поступового підвищення в’язкості вони набувають властивості твердих тіл, при цьому процес переходу з рідкого стану у склоподібне повинен бути зворотним.

Скло – штучний матеріал, який має такі властивості як прозорість, твердість, термічну і хімічну стійкість. Крім того скло має властивості, які залежать від його прозорості. Завдяки цьому скло широко використовується майже у всіх галузях техніки, у наукових дослідженнях, медицині та у побуті.

Скло отримують шляхом термічної обробки шихти, яка є сумішшю природних або штучних сировинних матеріалів. Шихту завантажують у піч і, при визначеній температурі та витримці, отримують розплав – скломасу. При охолодженні скломаси в’язкість її зростає, що надає можливість формувати вироби шляхом видування, прокатки, витягування, пресування чи пресовидування.

В залежності від практичного використання скляних виробів змінюється хімічний склад скла, форма, розміри та спосіб їх виготовлення.

Сучасна скляна промисловість виготовляє найрізноманітніші вироби – промислове та побутове листове скло, скляні труби та ізолятори, медичне та парфумерне скло, піноскло, скловолокно, ситали тощо.

Виробництво тарного скла – найбільша галузь скляної промисловості в Європі. Тара для напоїв складає біля 75% по масі від загальної кількості виробляємої тари: близько 20% займає виробництво тари для харчової промисловості. При цьому важливою частиною сектора являється також виробництво ємностей для фармацевтичної та парфумерної промисловості, що складає близько 5%. Медичне скло займає досить високу частку від загального об’єму тарної продукції. Вона використовується для фасування, зберігання та транспортування різноманітних пастоподібних та твердих медикаментів.

Перевагами скляної тари, зокрема медичної, є: гігієнічність, прозорість, можливість виготовлення тари різноманітних розмірів та форми, можливість герметичного закривання, доступна ціна.

Скло не видаляє шкідливих речовин, не має запаху, забезпечує тривале зберігання продуктів, добре миється і дезінфікується, легко утилізується, має добрі декоративні властивості. Крім того, скляна промисловість забезпечена найбагатшими сировинними ресурсами.

 

Аналітичний огляд

Використання електродів

Матеріал, з якого виготовляють електроди, повинен бути стійким до дії розтопленої скляної маси при температурах до 1500 – 1700 ⁰С, мати низький питомий електричний опір в порівнянні з опором скляної маси і високу механічну міцність при робочих температурах. В промислових електричних ванних печах, використовують металеві електроди переважно із молібдену, графіту та оксидоолов’яної кераміки (на основі SnO₂).

Основною перевагою металевих електродів є те, що вони добре змочуються скляною масою і на контакті метал-скляна маса не виникає великого перехідного (контактного) опору. Електроди з низько вуглецевої сталі можуть використовуватись максимально до температури 1380⁰С. Електроди виготовленні з хромонікелевих або хромонікельмолібденових стопів можуть використовуватися тільки до температури 1250 ⁰С. При більш високих температурах електроди із цих матеріалів вимагають інтенсивного охолодження (повітрям або водою), що збільшує теплові витрати (на 4 – 10 %) і знижує КПД печі.

Найбільш широке застосування мають молібденові електроди. Висока температура топлення (2630 ⁰С) дозволяє використовувати їх практично для всіх існуючих температурних режимів варіння скла. Молібден має високу електропровідність, добре змочуються скляною масою, на контакті молібден-скляна маса не виникає великих електричних опорів, що дає можливість використовувати електроди невеликого діаметра (30 – 50 мм), і тим самим значно зменшити від них теплові втрати.

Молібден легко окислюється на повітрі вже при температурі 600 ⁰С. Для запобігання окислюванню при високих температурах потрібно, щоб молібденові електроди були покриті шаром розтопленої скляної маси. В місцях, де електрод виступає із розтопленої маси, потрібно, щоб молібден до водоохолоджуючого держака був покритий склоподібним шаром.

Молібден при високих температурах в печі рекристалізується і стає крихким. Тому необхідно уникати механічних ударів. В процесі експлуатації молібденові електроди поступово розчиняються у скляній масі, тому їх потрібно пересувати далі в піч через певний інтервал часу.

Молібденові електроди виготовляють за технологією порошкової металургії, у вигляді стрижнів діаметром 31, 50 і 75 мм, а також у формі пластин розміром 200 х 300 мм.

Основною вимогою до молібдену є мінімальний вміст в ньому вуглецю (не більше 50 мг/кг), який не тільки погіршує механічні властивості, але і викликає утворення бульбашок у склі.

Графіт і молібден можуть відновляти деякі оксиди у склі, особливо PbO. Тому вони непридатні для електричного варіння таких типів скла і для цього використовують електроди на основі SnO₂.

Електроди виготовляються ізостатичним пресуванням з подальшим спіканням двооксиду олова при високих температурах. При спіканні густина відпресованого матеріалу підвищується до 6,5 – 103 кг/м³. Електроди переважно виготовляють у формі блоків або стрижнів діаметром 65 – 85 мм і довжиною 300 мм.

Електроди на основі SnO₂ не можна встановлювати або міняти в процесі експлуатації, які це звичайно буває при використанні молібденових і графітових електродів.

Двооксид олова є провідником другого роду, його опір значно знижується з підвищенням температури, в результаті чого навантаження на одиницю поверхні електродів збільшується. Це дозволяє виготовляти електроди (стрижні) невеликого діаметра.

При варінні звичайних силікатних типів скла, що мають порівняно слабу кородуючу дію, можна використовувати дисиліцидмолібденові електроди.

Використовуючи такі електроди, не має потреби охолоджувати їх держаки водою, тому що MoSi₂, на відміну від молібдену, не окислюється при високих температурах.

Графітові електроди менше руйнуються скляною масою. Вони дешеві, ніж металеві. Крім того, їх густина менша, ніж густина скла, і, якщо електрод зламається, він не занурюється на дно печі, як це має місце з металевими електродами, а випливає на поверхню скляної маси. Графітові електроди мають достатньо довгий термін експлуатації, і в самих гарячих зонах печі він досягає 12 місяців. При комбінованому газоелектроварінні скла термін служби електродів – до 24 місяців.

Недоліком графітових електродів є високий перехідний опір на контактній поверхні графіт-скляна маса, в результаті чого навантаження на одиницю поверхні електродів знижується. Якщо робоча густина струму на молібденових електродах 1,5 А/см² (максимальна ≈ 3 – 3,5 А/см²), то на графітових – 0,3 А/см². Поверхня графіту не змочується скляною масою, а через невисоке навантаження електричного струму на одиницю поверхні необхідно збільшувати діаметр електродів до 150 – 200 мм.

При використанні графітових електродів для варіння скла можуть відновлюватись деякі оксиди і надавати склу небажаного забарвлення. Тому графітові електроди не застосовують для варіння боросилікатних, окремих кольорових типів скла і кришталю.

Кріплення електродів здійснюється за допомогою електродержаків із жаростійкої сталі, що охолоджуються водою [8].

Технологічна частина

Склобій

Раніше існувала думка, що для поліпшення процесу варіння та підвищення якості скла необхідним є введення у шихту певної кількості склобою, але це уявлення не знайшло достатнього практичного підтвердження. Тому тепер кількість бою, що вводиться у шихту, визначається лише кількістю відходів. Разом з цим, введення склобою більше ніж 40 % звареної скломаси, є недоцільним, тому, що змінюються деякі властивості скла, пов’язані з його тепловим минулим. Склобій повинен точно відповідати заданому хімічному складу скла і не повинен містити забруднюючих домішок. Розмір кусків склобою повинен бути не більше 80 – 100 нм [49].

 

Підготовка піску

Більшість природних сировинних матеріалів (вапняк, пісок та інші) не можуть бути використані для складання скляної шихти без попередньої підготовки. Тому їх приходиться піддавати спеціальній обробці. Найскладнішій обробці піддається пісок.

Підготовка піску заключається в його збагаченні, сушці, просіюванні. При збагаченні піску виділяються органічні і залізні домішки, пиловидні фракції. Збагачують пісок методами флотовідтирки (видалення забруднюючих домішок) і магнітної сепарації (сушка в сушильних барабанах).

Для рівномірної подачі піску в сушильні барабани, при їх паралельній роботі, використовують дросель з механізмом качання. Барабан, нахилений до горизонту під кутом 4 – 5 є, обертається зі швидкістю 2 – 8 об/хв. Пісок, який поступає через тічку у найвищій точці барабана, при обертанні перемішується і просушується димовими газами. Для кращого перемішування і збільшення шляху руху матеріалів, барабан всередині має лопаті.

Рух матеріалу може бути прямоточним (паралельним рухові гарячого повітря або газу) або протиточним. При сушці піску використовують прямоточні барабани.

Температура сушки піску – (700 – 800) ⁰С. Температура висушеного піску – (85 – 90) ⁰С.

При просіюванні (грохочені) з піску видаляють крупні зерна і включення. Використовують вібраційні або барабанні грохоти із сітками, що мають 81 отв./см² (сітка № 08).

Для транспортування насипних матеріалів використовують ковшові елеватори.

Просіяний пісок зберігають в бункерах, з розрахунку не менше двохдобової потреби. Великі частки відсіяного піску вивозяться у відвал.

Підготовка крейди

Шматки крейди розміром не більш 150х150 мм з приймального бункеру, за допомогою лоткового живильника, подаються на стрічковий конвеєр, а потім у сушильний барабан. Розмір шматків крейди після щокової дробарки не повинен перевищувати 50 мм по найбільшому виміру, температура сушіння – не більше 400 ⁰С. Вологість після сушіння повинна бути не більше 0,5 %, температура вихідних газів – не більше 300 ⁰С. Висушений матеріал із сушильного барабану потрапляє в молоткову дробарку, потім ковшовим елеватором подається у ситоборат з сіткою № 0,09 – 0,36 ГОСТ 3826-82. Після просіювання крейда потрапляє у витратний бункер. Відсіяна направляється на домелювання в молотковій дробарці. Запас крейди в бункері повинен бути не менш двохдобової потреби.

Підготовка сульфату натрію

Із відсіку складу мішки з сульфатом натрію на піддоні тельфером подаються на просіювання до сита-трясучки з сіткою № 1,1 – 0,28 ГОСТ 3826-82. Мішки розшиваються, сульфат натрію просіюється і збирається в металеві касети, які тельфером подаються на вагову, де зберігаються в ларі в кількості не менше одної змінної потреби. Відсіяний матеріал збирається в кюбель і, по мірі накопичення, тельфером подається в перетирочну машину, після чого збирається в касети і направляється на вагову.

Підготовка поташу

Заключається в розтарюванні за допомогою спеціальної машини УРБ – 1. Поташ зберігається в проміжному бункері. Елеватором транспортується на просіювання і протирання через сита № 1,4 – 1,2 (16 – 32 отв./см²) за допомогою протирочної машини. Після підготовки поташ в касетах подається на вагову для дозування у відповідності із рецептом лабораторії. Зберігається в бункерах, але запас поташу не робиться через те, що він комкується.

Підготовка каоліну

У зв’язку з тим, що завод отримує збагачений каолін, додатковій підготовці він не підлягає. Каолін в паперових мішках із відсіку складу на піддонах тельфером подається на вагову, де розтарюється і дозується у відповідності з рецептом лабораторії.

Підготовка борної кислоти

Борна кислота поступає у м’яких контейнерах і не потребує додаткової підготовки. Матеріал із відсіку складу подається на піддоні тельфером на вагову, де розтарюється і дозується у відповідності з рецептом лабораторії.

Підготовка склобою

Під час виробництва медичного скла утворюється 20 – 30 % бою, який повторно використовується під час варіння скломаси. Бій скла, що утворюється на різних ділянках технологічного процесу, збирають в бункери і, після відповідної обробки, використовують для варіння скла. Обробка склобою включає промивку, подрібнення в щоковій дробарці.

 

Завантажування шихти

 

Завантаження шихти у скловарну піч здійснюється за допомогою механічних завантажувачів плунжерного типу. Принцип дії завантажувача полягає в регулярному проштовхуванні порцій шихти і бою за рахунок зворотно-поступового руху плунжера. Шихту завантажують по всьому фронту завантажувального кармана, ширина якого у сучасних печах практично дорівнює ширині печі. Для спрощення конструкції та обслуговування завантажувачів, їх встановлюють 5 – 6 поряд. Режим живлення печі шихтою та боєм виконується у відповідності до витрат скломаси на виготовлення виробів. Годинна подача шихти та бою в піч повинна точно відповідати з’єму скломаси. Співвідношення завантаженої шихти і склобою повинно знаходитися в межах шихти-бою 70 – 30 %. Відхилення від встановленого співвідношення не повинно перевищувати ± 5 %.

Якщо об’єм подачі шихти буде відрізнятися від з’єму скломаси, то це приведе до коливання рівня дзеркала в печі. В свою чергу це негативно впливає на стан футерівки і якість скломаси, що виробляється. Коливання рівня скломаси повинні знаходитися в межах ± 0,5 мм.

Для підтримки постійного рівня скломаси завантажувальними працюють в автоматичному режимі і пов’язані з рівнеміром „клюючого” типу.

 

Розрахунок шихти

 

Завод випускає 10 млн. штук виробів на рік. Продуктивність роботи скловарної печі між капітальним ремонтом залежить від конструкції печі, складу шихти, якості вогнетривів, що застосовують, газового режиму, температури варіння шихти, системи охолодження та інших факторів, які впливають на зношування вогнетривів. Міжремонтний період для печей складає 3 – 5 років. Тривалість холодного ремонту 40 днів. Тоді загальна кількість робочих днів печі в рік складатиме:

(3 365 – 40) / 3 = 351 день.

Розраховуємо продуктивність заводу в добу:

Вага однієї ампули – 2г.;

за рік – 2 10^-6 10 10⁶ = 20 т скла;

за добу 20 / 351 = 0,057 т скла;

за зміну 0,057 / 3 = 0,019 т скла.

 

Хімічний склад сировинних матеріалів для виготовлення скла наведений у таблиці.

 

Назва	Склад оксидів, мас. %
	SiO2	B2O3	Al2O3	Na2O	К2О	СаО	MgO
УСП-1	74	8.3	5.4	7.9	1	1	8

 

Таблиця 3.6.2 – Хімічний склад сировинних матеріалів для виробництва медичного скла

Матеріал	Вміст оксидів, мас. %
	SiO2	B2O3	Al2O3	Fe2O3	Na2O	K2O	CaO	MgO	в.п.п
Пісок	98,64		0,44	0,65					0,27
Каолін	46,35		36,7	0,52			1,18		15,25
Кальцинована сода					58,5				41,5
Крейда	1,78		1,0	0,27			54,33		42,62
Борна кислота		98,6							1,4
Поташ						68,2			31,8
Доломіт				0.05			32	19	48.95

 

Необхідно розрахувати шихту для виготовлення скла в кількості 0,057 т.

Na₂O вводиться у склад скла содою. Її кількість у шихті визначаємо так:

100 мас.ч. соди містить 58,5 мас.ч. Na₂O

х мас.ч. соди треба взяти для введення 7,9 мас.ч. Na₂O

Звідки, х = 100 · 7,9 / 58,5 = 13.5 мас.ч.

Враховуючи, що 3 % соди при температурі варки скла звітрюється, потрібно ввести в шихту соди на 3 % більше, а саме:

13.5 +3%= 13.9 мас.ч. соди.

Оскільки сода кальцинована не містить в своєму хімічному складі ніяких інших компонентів, то ця сировина нічого більше не внесе у склад скла.

СаО вводиться у склад скла крейдою. Його кількість у шихті визначаємо так:

100 мас.ч. крейди містить 54,33 мас.ч. СаО

х мас.ч. крейди треба взяти для введення 1,0 мас.ч. СаО

Таким чином, х = 100 · 1,0 / 54,33 = 1,841 мас.ч. крейди.

Далі розраховуємо кількість домішок, які увійдуть у склад скла з 1,841 мас.ч. крейди.

Крейда внесе у склад скла:

SiO₂ (1,841 · 1,78) / 100 = 0,033 мас.ч.;

Al₂O₃ (1,841 · 1,0) / 100 = 0,018 мас.ч.;

Fe₂O₃ (1,841 · 0,27) / 100 = 0,005 мас.ч.

Al₂O₃ вводиться у склад скла каоліном. Його кількість у шихті визначаємо так:

100 мас.ч. каоліну містить 36,7 мас.ч. Al₂O₃

х мас.ч. каоліну треба взяти для введення 5.4 мас.ч. Al₂O₃

Таким чином, х = 100 · 5.4 / 36,7 = 14.7 мас.ч. каоліну.

Далі розраховуємо кількість домішок, які увійдуть у склад скла з 14.7мас.ч. каоліну.

Каолін внесе у склад скла:

SiO₂ (14.7· 46,35) / 100 = 6.8 мас.ч.;

Fe₂O₃ (14.7 · 0,52) / 100 = 0,08 мас.ч.;

СаО (14.7 · 1,18) / 100 = 0,17 мас.ч.

B₂O₃ вводиться у склад скла борною кислотою. Визначаємо її кількість у шихті так:

100 мас.ч. борної кислоти містить 98,6 мас.ч. B₂O₃

х мас.ч. борної кислоти треба взяти для введення 8.3 мас.ч. B₂O₃

Звідки, х = 100 · 8.3 / 98,6 = 8.4 мас.ч. борної кислоти.

SiO₂ вводиться у склад скла піском. Деяка кількість SiO₂ введена крейдою і каоліном. Таким чином, залишається ввести SiO₂:

74 – 0,033 – 6.8 = 67.167 мас.ч.

Визначаємо кількість піску в шихті саме за цією кількістю SiO₂:

100 мас.ч. піску містить 98,64 мас.ч. SiO₂

х мас.ч. піску треба взяти для введення 67.167 мас.ч. SiO₂

Отже, х = 100 · 67.167/ 98,64 = 68.1 мас.ч. піску.

З такою кількістю піску у склад шихти ввійде домішок:

Al₂O₃ (68.1 · 0,44) / 100 = 0,3 мас.ч.;

Fe₂O₃ (68.1 · 0,65) / 100 = 0,442 мас.ч.

К₂O вводиться у склад скла поташем. Його кількість у шихті визначаємо так:

100 мас.ч. поташу містить 68,2 мас.ч. К₂O

х мас.ч. поташу треба взяти для введення 1,0 мас.ч. К₂O

Звідки, х = 100 · 1,0 / 68,2 = 1,466 мас.ч. поташу.

MgO вводиться у склад доломітом. Його кількість у шихті визначаємо так:

100 мас.ч. доломіту містить 19 мас.ч. MgO

Х мас.ч. доломіту треба взяти для введення 2.2 мас.ч. MgO

Звідки, х= 100 · 2.2 / 19 = 11.6 мас.ч. доломіту.

З такою кількістю доломіту в шихту війде:

СаО 11.6 32 / 100 = 3.7 мас.ч.

Таким чином, склад шихти становить:

 

Таблиця 3.6.3 – Отриманий розрахунковий склад шихти

Матеріал	Кількість у шихті, мас.ч.
Пісок	68.1
Борна кислота	8.4
Сода	13.9
Поташ	1.466
Каолін	14.7
Крейда	1,841
Доломіт	11.6
Разом шихти	120

 

Фактичний склад скла, який може бути отриманий з цієї шихти, не збігається повністю із заданим, оскільки сировинні матеріали, які були використані, вносять у скло додатково такі оксиди, яких немає в заданому складі скла. Це певною мірою впливає на загальну масу скла і робить її більшою за 100 мас.ч. Перед тим як визначити кількість шихти для отримання 100 мас.ч. скла, необхідно розрахувати його фактичний склад. Цей розрахунок полягає у визначенні сумарної кількості оксидів, які вносяться у скло усіма сировинними матеріалами, вміст яких у складі шихти було визначено вище. Результати цих розрахунків заносимо у таблицю.

 

Таблиця 3.6.4 – Фактичний склад скла

Матеріал	Кількість матеріалу в шихті, кг	Кількість оксидів, що вносяться у скло сировиною
		SiO2	B2O3	Al2O3	Fe2O3	Na2O	K2O	MgO	CaO	Разом, кг
Пісок	68.1	67.167		0,3	0,442					67.9
Борна кислота	8.4		8.3							8.3
Сода	13.9					7,9				7,9
Поташ	1,466						1,0			1,0
Каолін	14.7	6.8		5.4	0,08				0,17	12.45
Крейда	1,841	0,033		0,018	0,005				1,0	1,056
Доломіт	11.6							2.2	1	3.2
Разом	120	74	8.3	5.7	0.531		1.0	2.2	2.17	101.8
У перера-хунку на 100 кг скла	117.8	72.7	8.2	5.6	0.5	7.8	1	2.2	2.1	100

 

З таблиці видно, що загальна маса скла, яку розраховано на основі фактичного складу скла, становить 101.8 мас.ч. Для отримання такої кількості скла необхідно взяти 120 мас.ч. шихти. Для отримання 100 мас.ч. скла потрібно взяти 117.8 мас.ч. шихти.

Отже, кількість кожної сировини у 109,965 мас.ч. шихти становить:

піску 117.8 · 68.1/ 120 = 66.9 кг;

борної кислоти 117.8 8.4 / 120 = 8.2 кг;

соди 117.8 · 13.9/ 120 = 13.6кг;

поташу 117.8 · 1,466 / 120 = 1,4 кг;

каоліну 117.8 · 14.7/ 120 = 14.4 кг;

крейди 117.8 · 1,841 / 120 = 1.8 кг;

 доломіту 117.8 · 11.6 / 120 = 11.4 кг.

Розраховуємо кількість шихти для виготовлення 0,057 т скла.

Для 100 кг скла необхідно мати 117.8 кг шихти

для 57кг скла необхідно мати х кг шихти

Звідки, х = 57 · 117.8 / 100 = 67 кг шихти.

Кількість кожної сировини у 67кг шихти становить:

піску 67 · 66.9/ 117.8 = 38 кг;

борної кислоти 67 · 8.2 / 117.8 = 4.7 кг;

соди 67 13.6 / 117.8 = 7.7 кг;

поташу 67 1,4 / 117.8 = 0.8 кг;

каоліну 67 14.4 / 117.8 = 8.2кг;

крейди 67 11.4 / 117.8 = 6.7кг

доломіту 67 11.6 / 117.8 = 6.6 кг.

Визначаємо вихід скла із шихти:

117.8 мас.ч. шихти дають 100 мас.ч. скла

100 мас.ч. шихти дадуть х мас.ч. скла

Звідки, х = 84.9 мас.ч. шихти.

Тобто, з 100 мас.ч. шихти можна отримати 84.9 мас.ч. скла.

Вихід скла по його відсотковому відношенню до маси становить:

100 мас.ч. шихти становлять 100 %

90,94 мас.ч. скла становлять х %

Звідки, х = 84.9% від маси шихти.

Витрати шихти на угар та вивітрювання становлять 15.1%.

 

Розрахунок складу сировини

 

Теплотехнічний розрахунок

 

Тепловий баланс печі

Витрата тепла на дегазацію:

 

V_п.д. = G_п.д. / с_п.д.,

 

де G_п.д. – кількість продуктів дегазації в кг/кг шихти (G_п.д = 0,25 кг/кг); с_п.д. – густина продуктів дегазації (с_п.д.= 2 кг/м³).

V_п.д. = 0,25 / 2 = 0,125 м³

q_г = 0,125 · 0,95 · 0,25 · 1580 = 46,9 кДж/кг

Теплота плавлення скла, q_пл:

 

q_пл = 347 G_m (1 – G_п.д.) = 347 · 0,95 · (1 – 0,25) = 247,2 кДж/кг

 

Витрати тепла на випаровування, q_вип.:

 

q_вип. = 2510 · V_Н2О · G_m,

 

де V_Н2О – об’єм вологи, що знаходиться в шихті.

V_Н2О = G_Н2О / с_Н2О = (0,035 · 0,95) / 1 = 0,033 м³

 

q_вип. = 2510 · 0,033 · 0,95 = 78,7 кДж/кг

 

Загальні витрати тепла:

 

q_х = q_с + q_м + q_г + q_пл. + q_вип. = 11084,6 + 1833,8 + 46,9 + 247,2 + 78,7 = 13291,2 кДж/кг

 

Q₁ = 13291,2 кДж

Витрати тепла на склоутворення:

Q₂ = G_сm q_с = 0,16 · 11084,6 = 1773,5 кДж

 

Втрати тепла з випромінюванням крізь засипний отвір:

 

Q₃ = 0,0057 [(Т_г / 100)⁴ – (Т_в / 100)⁴] ц F,

 

де Т_г, Т_в – температура пічного простору і навколишнього повітря, ⁰К; ц – коефіцієнт діафрагмування (ц = 0,59); F – площа перетину засипного отвору, м².

 

Т_г = t_g + 273,

 

де t_g – дійсна температура, ⁰С;

Т_г = 1620 + 273 = 1893 ⁰К;

Т_в = 20 + 273 = 293 ⁰К;

Висота засипного отвору 0,2 м, довжина – 3 м. F = 0,2 · 3 0,6 м²

Q₃ = 0,0057 · [(1893 / 100)⁴ – (293 / 100)⁴] · 0,59 · 0,6 = 259 кДж

Витрати тепла з випромінюванням у влети:

 

Q₄ = 0,0057 [(Т_г / 100)⁴ – (Т_вл / 100)⁴] ц F_вл

 

Розміри влета – (2 х 0,45) м; кількість влетів – z = 5.

Отже, F_вл = (2 · 0,45) z =(2 · 0,45) · 5 = 4,5 м²

Т_вл = 1300 + 273 = 1573 ⁰К

Q₄ = 0,0057 · [(1893 / 100)⁴ – (1573 / 100)⁴] · 0,59 · 4,5 = 1017 кДж

Втрати тепла у навколишнє середовище в пічній зоні:

 

q = 0,001 (t_г – t_в) F / [(1 / л) + У (у / л_і)]

q_с = q₁ G₁ G_m + q₂ G₂ G_m +... + q_n G_n G_m,

 

де q₁, q₂ ...q_n – теплові ефекти утворення оксидів, які переходять у скло, кДж/кг; G₁, G₂...G_n – вагові кількості оксидів, кг/кг (із розрахунків шихти).

Сухих матеріалів на 1 кг скла:

 

G_m = 100 / (100 + G_б – G_п.д.),

 

де G_б – кількість склобою, що вводиться в шихту (30 %); G_п.д. – кількість легких продуктів дегазації (25 %).

G_m = 100 / (100 + 30 – 25) = 0,95.

q_с = 1537 · 1 · 0,95 + 952 · 7 · 0,95 + 3467 · 1 · 0,95 = 11084,6 кДж/кг

Витрати тепла на нагрів 1 кг скломаси до t_с = 1580 ⁰С при початковій температурі шихти t_п = 20 ⁰С:

 

q_м = С_с t_с – (G_m С_m t_п + G_б С_б t_к),

 

де С_с – середня теплоємкість скломаси, кДж/кг·град; С_m – середня теплоємкість шихти (0,963 кДж/кг·град); С_б – середня теплоємкість склобою (0,756 кДж/кг·град).

С_с = 0,672 · 0,00046 t_с = 0,672 · 0,00046 · 1580 = 1,399 кДж/кг·град

q_м = 1,399 · 1580 – (0,95 · 0,963 · 20 + 0,3 · 0,756 · 1580) = 1833,8 кДж/кг

Витрати тепла на нагрів продуктів дегазації до t = 1580 ⁰С:

 

q_г = V_п.д. G_m G_п.д. t_п.д.,

 

де V_п.д. – об’єм продуктів дегазації, м³/кг. V_п.д. = G_п.д. / с_п.д.

– дном – q₁ = 822,5 кДж/кг;

– стінками басейну – q₂ = 893,8 кДж/кг;

– стінками пічного простору – q₃ = 40 кДж/кг;

– зводом – q₄ = 1157,6 кДж/кг.

Q₅ = 822,5 + 893,8 + 40 + 1157,6 = 2914 кДж

Витрати тепла на охолодження електродів:

 

Q_е = m s,

 

де m – питомі тепловитрати з 1 см² електродів (35 кДж/см²); s – площа поверхні електрода, см².

 

s = 2 р r (r + h),

 

де r – діаметр електрода (5 см); h – довжина електрода (70 см).

s = 2 · 3,14 · 2,5 (2,5 + 70) = 1138,3 см²

Q₆ = 35 · 1138,3 = 39840,5 кДж

Разом витрати:

Q = 13291,2 + 1773,5 + 259 + 1017 + 2914 + 39840,5 = 59095,2 кДж

Необхідна потужність:

 

Р = Q К / 860,

 

де К – коефіцієнт запасу (приймаємо рівним 1,1).

Р = 59095,2 · 1,1 / 860 = 75,6 кВт

ККД печі:

 

N = (G_cт Q_с / У Q) 100%,

 

де G_cт – продуктивність печі, т/доб.; Q_с – витрати тепла на склоутворення; У Q – сума всіх витрат тепла.

N = (0,712 · 13291,2) / 59095,2 · 100% = 46,02%.

 

Автоматична виробка виробів

Автоматична виробка виробіввиконується на полуавтоматах FA36S лініях LA-502. Склодрот вручну подається в полуавтомат формовки, автоматично завантажується в патрони машини та проходить стадіі формування

- формування розтяжки;

- формування стебелю ампули

- формування пульки;

- формування дна;

- Формування пульпі ті її розрив

 Потім ампули автоматично пересуваються на лінію обробки LA-502, де воні проходять етапи калібровки стебелю та пульки, термоудар для видалення техотходу, оплавку країв та автоматичну упаковку в металеві решітки.

 

Випал виробів

 

Під час формування виробів та їх охолодження, між поверхневими та внутрішніми шарами, виникає різниця температур, яка пов’язана з низькою теплопровідністю скла. В результаті нерівномірного охолодження внутрішніх та зовнішніх шарів скла, в склі виникають напруження стискування та розтягнення. Швидкість зникнення напруження прямопропорційна текучості та зворотньопропорційна в’язкості середовища.

Після повного охолодження скла, тобто, коли температура по всьому об’єму стане однаковою, напруження, які виникають під час охолодження, або зникають, або залишаються. Перше спостерігається коли процес швидкого охолодження протікає при температурах, що виключають в’язкі деформації. Другий випадок пов’язаний з в’язкими змінами форми скла і дуже розповсюджений під час отримання загартованого або відпаленого скла.

Залишкові внутрішні напруження в склі тим більші, чим більше швидкість охолодження, чим товща стінка виробу і чим вища температура, від якої починається охолодження.

Якщо швидко охолоджувати позбавлене напружень скло, починаючи від температур, при яких воно набуває крихкості, тобто, якщо його в’язкість дорівнює 10¹³ – 10¹⁴ Па · с, то незалежно від того, яку швидкість охолодження використано, залишкові напруження в склі вже не виникатимуть.

Відпал скловиробів проводиться в чотири стадії:

– попередній нагрів або охолодження виробів до вищої температури відпалу;

– витримування виробів при цій температурі;

– повільне охолодження в інтервалі відпалу;

– швидке охолодження виробів до нормальної температури, починаючи від нижчої температури відпалу.

Відпал проводять в печах відпалу по попередньо розрахованому режиму. Від склоформувальної машини до печі відпалу вироби подаються у закритих зверху та з боків конвеєрах. Для запобігання виникнення заторів на поворотах до транспорту та входу в піч підпалу встановлюється розподільник для формування щілин між виробами. Переставник формує паралельні ряди виробів з щілинами між ними в ряду 5 – 30 мм. Такі самі щілини підтримує конвеєр печі відпалу. Вхід та вихід печі теплоізольовані „П-подібною” шторкою. Найбільш зручні, прості та ефективні електричні печі відпалу. Вони мають нагрівальні опори, які розміщуються всередині печі та концентруються на них або інших ділянках печі у відповідності до кривої відпалу.

У виробництві медичної тари найкращими себе виявили циркуляційні печі. Вони характерні тим, що для вирівнювання температури в них створюють перемінний рух повітря по висоті тунелю.

Циркуляційним вентилятором гаряче повітря забирається у верхній частині тунелю і поступає по боковим каналам під конвеєрну стрічку, при цьому воно омиває знизу до гори встановлені на ній вироби. Підігрів циркулюючого повітря здійснюється в бокових каналах за допомогою нагрівачів. Циркуляційні вентилятори забезпечують вирівнювання температури виробів по довжині та ширині відповідних секцій печі.

Для забезпечення заданої температури по довжині тунелю, одночасно з нагрівачами, встановлені охолоджувачі. Для охолодження передбачені вентилятори, які подають зовнішнє повітря у канали, які примикають до нижньої та бокових сторін тієї частини тунелю, що опалюється. Ці вентилятори вмикаються тоді, коли температура у тій чи іншій секції перевищує задану.

Контроль за температурою виконується за допомогою термопар. Також можливим є автоматичне регулювання заданого режиму відпалу.

Для такого типу виробів розраховується окремий режим.

 

Контроль якості виробів

 

Контроль за якістю починається з вхідного контролю сировинних матеріалів. Завезення кожної партії сировини супроводжується відбором проби та передачею її до центральної заводської лабораторії, де видається паспорт на сировину, її відповідність нормам та стандартам. Наступний контроль відбувається після змішування шихти. Вона повинна відповідати всім вимогам – однорідності, відповідності паспорту. На однорідність перевіряється кожен кюбель. Склад шихти перевіряється раз у зміну. Контроль за якістю скломаси здійснюється скловаром шляхом відбору проб перед протоком, а при необхідності, з робочої зони. Контроль проводиться візуально, на провар.

Якість відпалу, яка оцінюється по кількості залишкових внутрішніх напружень та їх розподіленню у виробі, визначає експлуатаційну надійність скляної тари. Поганий відпал приводить до зниження термостійкості та механічної міцності тари, а часто до її довільного руйнування без зовнішнього впливу. Останній етап – перевірка виробів на відсутність або наявність подвійних швів, посічок, плям від змащення форм, зморшок, покованості, потертості, задирок, ріжучих швів, слідів від ножиців, недоформованості шийки виробів. Цей контроль проводиться постійно.