Значения основных параметров процесса осветления стекломассы

Параметр	Численное значение
Содержание пузырей в единице объема расплава, шт./см^3: в начале процесса осветления в конце процесса осветления	20–100 0–5
Суммарный объем пузырей, см^3/см^3: в начале процесса осветления в начале процесса осветления	1,5×10^–3 1,5×10^–3
Доля объема стекломассы, приходящегося на пузырь, %	0,008–1,0
Диаметр пузырей, содержащихся в расплавленной стекломассе, мм	0,3–2,5
Средний диаметр пузырей, мм стекломасса с осветлителями стекломасса без осветлителей	0,8 0,5
Минимальный диаметр пузырей, мм	0,3–0,4
Увеличение размеров пузырей при их подъеме на 10 мм, %	20–35

 

Чем выше температура и ниже вязкость стекломассы, тем быстрее будет происходить осветление стекломассы, то есть получение готового стекла. Этим объясняется широко известная зависимость скорости процесса осветления от температуры.

Размеры пузырей в расплаве очень сильно зависят от содержания в шихте особых веществ – осветлителей. Эти вещества обладают способностью разлагаться с выделением газов не на стадии силикатообразования в интервале температур 500–900°С, а после завершения процесса стеклообразования при 1300–1450°С. Кроме того, ряд осветлителей обладает поверхностно-активными свойствами. Воздействие осветлителей на укрупнение пузырей и, соответственно, повышение скорости их выделения из стекломассы настолько велико, что в промышленном стекловарении введение осветлителя в состав шихты является строго обязательным, иначе получить осветленную стекломассу не удается. В зависимости от типа стекла состав осветлителя меняется. Наиболее распространенный осветлитель для массовых видов стекол – сульфат натрия.

Концентрация осветлителя должна быть оптимальной, так как его недостаток не ускоряет осветление в нужной степени. Избыток же газов при разложении повышенного количества осветлителя удлиняет время осветления.

Готовая стекломасса в промышленной печи всегда имеет неко-
торую неоднородность, проявляющуюся в виде слоев или свилей, отличающихся составом от основной массы стекла. Слоистая структура стекломассы хорошо видна в изделиях при просмотре их в торец. Неоднородность стекломассы в варочном бассейне печи по глубине расплава оказывается неодинаковой и возрастает в глубинных слоях, особенно вблизи дна. При формовании листового стекла слои располагаются параллельно плоскости листов и хорошо видны визуально. Они вызываются различиями в составе и свойствах слоев, то есть имеют химическую природу и мало связаны со структурой расплава.

Толщина слоев колеблется в широких пределах от 0,002 до
0,200 мм. Градиенты показателя преломления составляют от +0,0002 до +0,0001. В случае резких нарушений технологического процесса в показателе преломления между слоями могут различия возрасти до 0,005. Они соответствуют отклонениям в химическом составе слоев по главным компонентам от 0,1 до 0,5%. Однако такие различия часто лежат за пределами точности химического анализа.

При охлаждении изделий между слоями возникают внутренние местные напряжения, не исчезающие даже при тщательном отжиге.

В процессе гомогенизации в стекломассе должны быть уничтожены все неоднородные слои и свили, выровнен химический состав между отдельными ее участками, а также градиенты температур в ее объеме.

Предпосылками для возникновения химических неоднородностей в расплаве являются неоднородность сырьевых материалов, склонность стекольной шихты к расслаиванию при транспортировке и загрузке ее в печь, ошибки при составлении шихты. Одновременно с этим источником химической неоднородности вновь образующегося расплава может быть процесс стеклообразования, который протекает в диффузионной области. На этой стадии варки вокруг каждого зерна песка возникает несколько пограничных слоев с различной концентрацией SiO₂ и Na₂O. В результате после завершения процесса стеклообразования расплав имеет сотообразную негомогенную структуру, которая должна быть ликвидирована на стадии его гомогенизации.

Степень гомогенизации стекломассы в ванной печи почти пол-
ностью определяется условиями ее движения. Хотя вследствие вы-
сокой вязкости расплава движение конвекционных потоков оказывается ламинарным, тем не менее они являются главным средством гомогенизации в стекловаренных печах непрерывного действия.

Неоднородность стекломассы влияет на многие физические свойства стекла, в первую очередь на механические, в частности на микрохрупкость и микротвердость.

Микрохрупкость стекол зависит от температуры варки. Ее по-
вышение от 1450°С до 1650°С способствует снижению микрохрупкос-
ти более чем в 1,5 раза. Чем выше температура варки и медленнее скорость охлаждения, тем ниже микрохрупкость получаемого стекла. Микрохрупкость образцов стекла, отобранных по длине печи, меняется следующим образом. Проба первичного расплава оказывается наиболее хрупкой. Затем по мере повышения температуры к центру печи микрохрупкость улучшается. В зоне максимальных температур стекло имеет наибольшую микротвердость и наименьшую микрохрупкость.

Практика показывает, что интенсивность гомогенизации стекломассы в крупных печах оказывается выше, чем в малых печах. С повышением производительности печи процесс усреднения ухудшается. Значительное влияние на усреднение стекломассы оказывает глубина печи. В мелких печах этот процесс протекает менее интенсивно.

Наиболее однородное стекло получают при механическом пере-
мешивании стекломассы, которое приводит к деформации элементар-
ных ячеек и их вытягиванию в тончайшие нити с высокой удельной поверхностью контакта между слоями, способствующей взаимной диффузии.