Технологические процессы при производстве стекла

Технология производства строительного стекла состоит из следующих основных операций: обработка сырья, приготовление шихты, варка стекла, формование изделий и их отжиг, контроль качества готовой продукции.

Обработка сырьевых материалов включает дробление и помол материалов, поступающих на завод в виде кусков, сушку влажных материалов, просеивание всех материалов сквозь сита заданного размера.

Приготовление шихты включает усреднение состава, дозирование, смешивание компонентов. Шихта считается качественной, если отклонение от её заданного состава не превышает 1 %.

Варка стекла производится в стеклоплавильных печах непрерывного или периодического действия. При нагревании шихты до температуры 1100…1150°С происходит образование силикатов вначале в твердом виде, затем – в расплаве. При дальнейшем повышении температуры образуется стекломасса, неоднородная по своему составу и насыщенная газовыми пузырьками («варочная пена»). Для получения однородной стекломассы и удаления из неё газовой фазы температуру повышают до 1500…1600°С, при которой снижается вязкость расплава. Процесс варки стекла заканчивается охлаждением (студкой) стекломассы до температуры, при которой вязкость стекломассы позволит отформовать из неё стеклоизделия.

Формование стеклоизделий производится различными способами: вытягиванием, литьем, прокатом, прессованием и выдуванием. Листовое стекло изготавливается вытягиванием, прокатом, флоат-способом (способ плавающей ленты) – рис. 4.11. Вытягиванием получают листовое стекло толщиной 2…6 мм. Лента вытягивается из стекломассы вращающимися валками машины через лодочку – огнеупорный брус с продольной прорезью (рис. 4.11 а) или с поверхности стекломассы – безлодочный способ (рис. 4.11 б). Наиболее технологичным способом формования листового стекла является флоат-способ, при котором процесс формования ленты происходит на поверхности расплавленного олова в результате растекания стекломассы. При этом поверхности листового стекла получаются ровными и не требуют дальнейшей полировки. Стекло, полученное данным способом, называется флоат-стеклом.

Рис. 4.11. Способы формования листового стекла:

а – способ вертикального вытягивания через лодочку, б – способ вертикального вытягивания (безлодочный), в – способ проката, г – флоат-способ.

Отжиг является обязательной операцией технологии производства стекла и служит для снятия больших внутренних напряжений, возникающих в изделиях при быстром их охлаждении для закрепления формы, которые могут приводить к самопроизвольному разрушению стеклоизделий.

Операция закалки служит для получениязакаленного стекла и предполагает доведение стекла до пластического состояния и резкое охлаждение поверхности. Такое стекло обладает повышенной в 4-6 раз прочностью на сжатие и в 5-8 раз на изгиб по сравнению с обычным стеклом.

Заключительная обработка изделий включает в себя технологические операции шлифования, полирования, декоративной обработки.

Свойства стекла

Средняя плотность силикатного строительного стекла составляет 2500 кг/м³, стекла специального назначения имеют среднюю плотность 2500…6000 кг/м³ в зависимости от содержания добавок.

Силикатное стекло имеет практически нулевую пористость, как следствие – нулевое водопоглощение и неограниченную морозостойкость.

Предел прочности силикатного стекла на растяжение составляет до 30 МПа, на сжатие – 700…900 МПа, на изгиб – до 15 МПа. Модуль упругости стекол различного состава колеблется в пределах (4,5…9,8)·10⁴ МПа. У стекла отсутствуют пластические деформации. Хрупкость стекла является его основным недостатком. Оно плохо сопротивляется удару – предел прочности строительного стекла при ударном изгибе составляет 0,2 МПа.

Коэффициент теплопроводности стекол находится в интервале 0,5…1,0 Вт/(м·°С) в зависимости от состава стекла. Силикатное стекло имеет относительно малую термостойкость вследствие низкого значения коэффициента линейного температурного расширения – (9…15)·10^-6 1/°С. Теплоёмкость стекол при комнатной температуре составляет 0,63…1,05 кДж/(кг·°С).

Строительное стекло отличается высокой звукоизолирующей способностью – 1 см стекла по данному показателю соответствует кирпичной стене в полкирпича – 12 см.

Химическая стойкость стекла зависит от его состава. Силикатное стекло стойко к большинству агрессивных сред, за исключением плавиковой и фосфорной кислот, концентрированных растворов щелочей.

Важнейшими свойствами строительных стекол являются их оптические свойства – показатели светопропускания (прозрачности), светопреломления, отражения, рассеивания. Силикатное стекло пропускает всю видимую часть спектра и практически не пропускает ультрафиолетовые лучи.

Листовые стекла

Стекло листовое оконное

(ГОСТ 111–2014. Стекло листовое бесцветное. Технические условия)

Листовое стекло – изделие из стекла, изготовленное методами флоат, вертикального вытягивания или непрерывного проката без дополнительной обработки поверхностей, имеющее вид плоского прямоугольного листа (флоат-стекло, тянутое стекло, прокатное стекло).

Это основной вид стекла, используемый для остекления оконных и дверных проемов, витрин, внутренней отделки зданий.

Листовое стекло в соответствии с его оптическими искажениями и допускаемыми пороками подразделяют на марки М0, M1, М4, М7. Толщина листовых стекол 1…25 мм.

Стекло в зависимости от категории размеров подразделяют на:

- стекло твердых размеров (ТР) – изготовленное и поставленное по спецификации потребителя;

- стекло свободных размеров (СВР) – стекло, изготовленное и поставленное в заводском ассортименте размеров.

Основные показатели качества листового стекла, нормируемые ГОСТ:

- Предельные отклонения от номинальных размеров по длине и ширине, толщине;

- Разность длин диагоналей;

- Отклонение от плоскостности листа;

- Оптические искажения стекла;

- Количество и размеры допускаемых пороков на 1 лист стекла.

Пример условного обозначения листового стекла марки М1 твердых размеров длиной 1800 мм, шириной 1200 мм, толщиной 4 мм:

M1–TP–4×1800×1200 ГОСТ 111-2014.

В строительстве применяют в основном стекло маркиМ4.

Толщина оконного стекла 3…5 мм, светопропускание не менее 88 %.

Усредненные свойства листовых стекол приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7

Физико-механические характеристики листового стекла

(прил. Б ГОСТ 111–2014 «Стекло листовое бесцветное. Технические условия»)

Наименование показателя	Справочное значение
Средняя плотность (при 18 °С)	2500 кг/м^3
Предел прочности на сжатие	700…900 МПа
Предел прочности на растяжение	30 МПа
Предел прочности на изгиб	15 МПа
Коэффициент теплопроводности	1,0 Вт/(м·°С)
Модуль упругости (модуль Юнга)	7·10^4 МПа
Коэффициент Пуассона	0,2
Температурный коэффициент линейного расширения (в интервале температур от 20 до 300 °С)	9,0·10^-6 1/°С
Теплопоглощающая способность	720 Дж/(кг·°С)
Температура размягчения	600 °С
Коэффициент теплопередачи	5,8 Вт/(м^2·°С)
Коэффициент преломления света	1,5
Коэффициент направленного отражения света	0,08

 

Рис. 4.12. Стекло листовое оконное

Листовое оконное стекло применяют для остекления светопрозрачных строительных конструкций – оконных и дверных проемов, витрин, изготовления стекол с покрытиями, зеркал, закаленных и многослойных стекол, стеклопакетов, облицовочных и других изделий.

Витринное стекло

Витринное стекло выпускают толщиной 6…12 мм, максимальных размеров 3000×6000 мм. Оно является разновидностью листового стекла.

Рис. 4.13. Пример использования витринного стекла

Светопропускание витринных стекол составляет 79…87%. Применяется для остекления витрин, витражей, окон общественных, высотных зданий и др.

Стекло листовое узорчатое

(ГОСТ 5533-2013. Стекло узорчатое. Технические условия)

Узорчатое стекло – прокатное стекло, имеющее рельефный повторяющийся узор на одной или обеих поверхностях. Узорчатое стекло может быть бесцветным и цветным, окрашенным в массе или нанесением на его поверхность пленок оксидов различных металлов. К узорчатым стеклам относятся также стекла «метелица» и «мороз».

Рис. 4.14. Примеры листовых узорчатых стекол

Стекло «метелица» – изделие из стекла, изготовленное методом флоат с дополнительной обработкой поверхности в процессе формования, имеющее рельефный неповторяющийся узор.

Стекло «мороз» – базовое стекло, поверхность которого подвергнута специальной обработке, в результате которой на ней образуется неповторяющийся узор, напоминающий заиндевевшее стекло.

Узорчатое стекло выпускается номинальной толщиной 3…19 мм, в строительстве обычно применятся стекло толщиной 4…6 мм.

Пример условного обозначения узорчатого бесцветного стекла твердых размеров толщиной 6 мм, длиной 1200 мм и шириной 800 мм:

У–ТР–6×1200×800 ГОСТ 5533–2013.

Листовые узорчатые стекла применяются для декоративного заполнения световых проемов и устройства внутренних ограждений в зданиях и сооружениях различного назначения.

Цветное листовое стекло

(ГОСТ 32997–2014. Стекло листовое, окрашенное в массе. Общие технические условия)

Окрашенное в массе стекло изготавливается методами флоат или вертикального вытягивания. Стекло в зависимости от оптических искажений, пороков, предельного отклонения по толщине и разнотолщинности подразделяют на марки Т0, Т1, Т4 и Т7.

а	б

Рис. 4.15. Цветное листовое стекло:

а – внешний вид; б – пример декоративного остекления фасада

Пример условного обозначения стекла марки Т1 зеленого цвета твердых размеров толщиной 4 мм, длиной 1800 мм, шириной 1200 мм:

Т1(зеленое)–ТР–4×1800×1200 ГОСТ 32997–2014

Цветное листовое стекло применяют для декоративного остекления окон, дверей, перегородок, изготовления витражей, изготовления декоративного триплекса.

Армированное стекло

(ГОСТ 7481–2013. Стекло армированное. Технические условия)

Данное стекло армировано сеткой диаметром 0,45…0,6 мм (размер ячейки сетки 12,5 и 25 мм). Отличается повышенной прочностью и огнестойкостью.

Армированное стекло может быть бесцветным или окрашенными в массе.

Армированное стекло в зависимости от состояния поверхностей подразделяют на:

· Армированное узорчатое стекло;

· Армированное полированное стекло.

Стекло в зависимости от назначения подразделяют на:

· Декоративное стекло;

· Безопасное стекло (классы защиты СМ1–СМ4);

· Огнестойкое стекло (с пределами огнестойкости E15–E60).

Рис. 4.16. Армированное листовое стекло

Армированное стекло выпускают номинальной толщиной 6…10 мм.

Светопропускание армированного листового стекла составляет 55 … 75 %.

Пример условного обозначения армированного полированного бесцветного безопасного (класса защиты СМ1) огнестойкого (с пределом огнестойкости E30) стекла твердых размеров толщиной 6 мм, длиной 1200 мм и шириной 800 мм:

Ап–СМ1–Е30–ТР–6×1200×800 ГОСТ 7481–2013.

Применяется для устройства световых проёмов, фонарей верхнего света, ограждений, остекление противопожарных дверей и т.д.

Закаленное стекло

(ГОСТ 30698–2014. Стекло закалённое строительное. Технические условия)

Закаленное стекло – это упрочненное стекло, полученное путем нагрева и последующего быстрого охлаждения базового стекла, имеющее безопасный (без образования крупных осколков) характер разрушения.

При разрушении образует осколки площадью не более 3 см² с тупыми краями – это так называемое безопасное стекло.

При изготовлении закаленных стёкол используют листовое стекло марок М0, М1, узорчатое стекло, стекло, окрашенное в массе, стекло солнцезащитное или декоративное с мягким или твердым покрытием, стекло с низкоэмиссионным твердым или мягким покрытием.

Стекло должно быть механически прочным и выдерживать без разрушения удар стального шара массой (227 ± 2) г, падающего с высоты 2…3 м в зависимости от толщины стекла.

Стекло должно выдерживать без разрушения удар мягкого тела массой (45±1) кг (в зависимости от максимальной высоты падения тела (300…2000 мм), при которой не происходит разрушение стекла, устанавливается класс защиты стекла – СМ1 (минимальный)…СМ4 (максимальный)).

Закаленное стекло является термостойким и должно выдерживать перепад температур не менее 200°С.

Предел прочности листового закаленного стекла на растяжение при изгибе составляет 120 МПа, узорчатого – 90 МПа, на сжатие – 700…900 МПа.

Пример условного обозначения стекла закаленного, изготовленного из листового стекла марки М1 по ГОСТ 111 длиной 1400 мм, шириной 800 мм и толщиной 5 мм, класс защиты СМ 2:

3М1 – 1400-800-5 - CM 2 ГОСТ 30698-2014.

а	б

Рис. 4.17. Закаленное стекло:

а – внешний вид; б – разбитое стекло с мелкими тупыми осколками

Применение: устройство дверей, перегородок, ограждений, остекление структурных фасадов, витрин. Толщина стекла 3…25 мм.