Тема 2 Факторы формирующие ассортимент и качество изделий

Тема 2 Факторы формирующие ассортимент и качество изделий из стекла 1. Характеристика сырья 2. Производство стеклянных изделий –варка –формование –отделка 3. Декорирование стеклоизделий

Материалы, применяемые для варки стекла, используются в технологическом процессе в виде шихты. Шихта – это смесь материалов в определённой пропорции.

Сырье Основное Позволяет получить бесцветную стекломассу Вспомогательное -Улучшает оптические свойства -Ускоряет стеклообразование -Окрашивает

По назначению все эти соединения разделяются на следующие группы: стеклообразующие – кремнезем (диоксид кремния), карбонаты натрия, кальция, магния, оксиды алюминия, цинка, свинца, бора и др. ; ускоряющие варку стекла – соединения аммония, бора, нитраты калия, натрия; окрашивающие стекло: соединения хрома, железа, кобальта, меди, марганца, никеля, неодима, кадмия, серебра, церия и титана, урана, селена, золота, эрбия; элементарные селен и золото; глушащие: соединения фтора, фосфора, олова; обесцвечивающие: соединения селена, кобальта, никеля, марганца, неодима, эрбия, церия, мышьяка, нитраты калия и натрия; осветляющие: соединения мышьяка, сурьмы, церия, нитраты калия и натрия, сульфат натрия (в малых количествах); окисляющие: нитраты натрия и калия, соединения мышьяка (при высоких температурах), церия; восстанавливающие: углерод, соединения олова.

Характеристика основного сырья Наименование 1 Кварцевый песок Образующий ся оксид 2 Влияние на свойства сырья Si. O 2 3 Обеспечивает термостойкость, тугоплавкость Сода (Na 2 CO 3) Сульфат натрия (Na 2 SO 4) Na 2 O Позволяет получить жидкое стекло Известняк, мел (Ca. CO 3) Ca. O Позволяет получить твердое стекло Придает прозрачность, блеск Поташ (K 2 CO 3) K 2 O Доломит (Ca. CO 3·Mg. CO 3) Цинковые белила (Zn. O) Сульфит цинка (Zn. S) K 2 O Mg. O Повышает прочность, химическую стойкость Zn. O Повышает термическую и химическую устойчивость, прозрачность, блеск

1 2 Витерит (Ba. CO 3) Ba. O Повышает блеск, коэффициент преломления Борная кислота, бура B 2 O 3 Повышает термостойкость Полевой шпат, глинозем Свинцовый сурик (Pb 3 O 4) Свинцовый глет (Pb. O) 3 Улучшает прочность, твердость, химическую и термическую стойкость Al 2 O 3 Pb. O Улучшает оптические свойства Показатели качества сырья: –содержание основного компонента –содержание примесей (железа)- для кварцевого песка –степень измельчения; для песка - 0, 15– 0, 6 мм

Вспомогательное сырье Красители Осветлители Обесцвечиватели Глушители

Красители Молекулярные: Растворяются в стекле и образуют с Si. O 2 окрашенные силикаты. Это оксиды Co, Ni, Mn, Cu, Cr Коллоидно-дисперсные: Сохраняются в стекле в виде мельчайших частиц. Это соединения золота, серебра, меди, селена, сурьмы; сульфиды Pb, Fe, Cu, Zn Редкоземельные: Придают стеклу чистые и прозрачные цвета. Это оксиды церия, неодима, титана, селена

Обесцвечиватели: Устраняют нежелательные цветовые оттенки стекла химические выделяют кислород, который разрушает цветные примеси (селитра, диоксид церия) физические маскируют нежелательные цветовые оттенки (перекиси Mn, селена, оксид Co)

Стекло Без осветлителя С осветлителем Осветленное

Осветлитель – это вещество, которое разлагается с выделением большого количества газов. Они объединяют мелкие пузырьки в крупные. Крупные пузырьки легче удаляются из стекла и оно становится прозрачным. Основные осветлители триоксид мышьяка, селитра и иногда аммонийные соли.

Окислители и восстановители создают среду, которая способствует превращению окрашенных примесей в бесцветные. Окислителями являются селитра, триокись мышьяка. Ускорители. Их действие основано на том, что они переводят реакции силикатообразования в область более низких температур за счет образования легкоплавких структур, снижения поверхностного натяжения, вязкости, улучшения смачивания и контактного взаимодействия расплавов с зернами кварца. Общеизвестны такие ускорители варки как фториды и хлориды щелочных металлов, борный ангидрид, фтористый кальций и ряд других. Однако, возрастающие требования к охране окружающей среды не позволяют широко использовать эти соединения.

Глушители: Устраняют прозрачность стекла и делают его молочно-белым Механизм глушения: Частицы глушителя (тальк, костяная мука, оксид олова) преломляют световые лучи и уменьшают прозрачность

ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ Все сырьевые материалы по характеру их обработки, проводимой в составных цехах стекольных заводов, можно разделить на две группы: природные материалы: песок, доломит, мел, известняк, сульфат натрия и др. Эти материалы поступают на завод в большинстве случаев в необработанном виде (не подвергнутые помолу и обогащению), и их приходится специально обрабатывать; продукты химической промышленности: сода, сурик, цинковые белила и др. Их обычно доставляют на стекольный завод полностью подготовленными для ввода в шихту, и только при неправильной упаковке, транспортировке и хранении дополнительно незначительно обрабатывают. Общие требования ко всем видам стекольного сырья – чистота и однородность по составу. Чистота сырьевых материалов определяется, в частности, количеством содержащихся в них оксидов железа. Критерием однородности являются отклонения в содержании основного вещества.

ПОДГОТОВКА КВАРЦЕВОГО ПЕСКА § Промывка применяется для очистки песков, загрязненных § § § глинистыми железосодержащими частицами. Содержание железа в песке при промывке может быть снижено на 25– 30 %. Химическое обезжелезивание (Na. HС 2 О 4) Оттирка Флотация позволяет очистить песок как от железосодержащих примесей с низким удельным весом, так и от тяжелых минералов и частично от глинистых примесей Флотаоттирка является комбинированным способом обогащения стекольных песков (содержание железа снижается до 60 80%) Магнитная сепарация применяется для удаления из песка минералов с сильными (магнетит, титаномагнетит) или слабыми (пегматит, гидроксид железа) магнитными свойствами. Сушка и просеивание

Подготовка других материалов § Дробление § Сушка § Тонкий помол

Стекольную шихту приготовляют путем тщательного перемешивания предварительно подготовленных и строго отвешенных (отдозированных) порций сырьевых материалов. Стекольная шихта должна соответствовать следующим требованиям: быть однородной по гранулометрическому и химическому составам; пробы, взятые из разных точек, должны давать одинаковые результаты при их исследовании различными методами; не расслаиваться в процессе хранения и транспортировки; не комковаться и не слеживаться; содержать минимальное количество пылящих фракций; не содержать фракций более 2 мм; характеризоваться влажностью не более 3 5 %.

Этапы варки -провар шихты: Плавление сырья при температуре более 10000. Компоненты сырья взаимодействуют между собой с образованием силикатов. Они растворяются друг в друге и образуют стекло -осветление: Удаление пузырьков воздуха и газов для повышения прозрачности стекла -гомогенизация: -студка: Перемешивание массы для повышения однородности Снижает температуру стекломассы, увеличивая ее вязкость

Провар шихты § Силикатообразование 0 § При температуре 300 0 С начинается термическое разложение § § § (диссоциация) углекислого магния. При температуре 4200 С начинается диссоциация углекислого кальция. В температурном интервале 340– 9000 С происходят реакции взаимодействия карбонатов с кремнеземом и образуются силикаты магния, натрия и кальция. При температуре 780– 8800 С появляется жидкая фаза (расплав) за счет эвтектик силикатов магния и натрия с кремнеземом и двойных углекислых солей с Nа 2 СО 3. При 9800 С силикаты начинают образовываться за счет взаимодействия Мg. О и Са. О с кремнеземом. Все эти процессы протекают не изолированно и последовательно, а накладываются друг на друга так, что в каждый определенный момент времени можно наблюдать одновременно несколько реакций. Стеклообразование - растворение в расплаве кремнезема и силикатов

Варка производится в: -горшковых печах -ванных печах - электрических печах

Горшковая стекловаренная печь

По количеству горшков печи бывают одно и двухгоршковые, а также многогоршковые (до 16 горшков). § В настоящее время такие печи могут вмещать 2 3 тонны стекломассы, но обычно вмещают 300 400 кг. Эти горшки находятся в печи, сырье загружается индивидуально в каждый горшок. Поскольку эти печи отличаются малой производительностью, их используют для варки хрусталя, оптического и цветного стекла.

Ванная стекловаренная печь

§ В них стекломасса находится в бассейне шириной 6 8 метров, а длинной 30 35 метров. Глубина слоя стекла до 1, 5 метров. В нее входит больше 1000 т стекломассы. Стекло варится непрерывно, с одного края подают сырье, а с другого отбирают стекло. В таких печах вырабатывается ходовое стекло, например оконное.

§ Электротермическая варка применяется для стекол различного химического состава: тарного, листового, боросиликатного, малощелочного. § В электрических печах могут быть достигнуты очень высокие температуры (до 30000 С). Условия работы на электропечи лучше, чем на пламенной печи, так как здесь не так жарко, чисто. Стоимость стекла значительна меньше, так как при электроварке затраты тепла на 1 кг сваренного стекла в 2– 3 раза ниже, чем при варке на газе или на жидком топливе.

Методы формования изделий

Схема работы прессовой машины

Общий вид машины для прессования стакана

Прессованием получают: -Изделия из недорого стекла и дешевого хрусталя; -Изделия простой формы, раскрывающиеся кверху, цилиндрические или конические, плоские; -Изделия толстостенные; -Изделия гладкие или с рельефной поверхностью. Последние только в разъемных формах из двух или трех частей. На внешней стороне таких изделий имеются швы; -Ребра и углы закруглены; -На дне изделия в процессе прессования, как правило, наносится, за счет гравировки дна формы, изображения товарного знака; -Поверхность гладких изделий не очень ровная, много морщин

Выдувание ручное без формы: -свободное или «гутенская» работа механизированное в форму

РУЧНОЕ ВЫДУВАНИЕ § При свободном выдувании изделия обычно толстостенные, § § § массивные, сложных прихотливых форм. Выдувание в форму производится, как правило, в чугунную полированную форму. Изделия цилиндрической или расширяющейся кверху формы выдувают в цельных формах, а изделия сложной конфигурации в разъемных. Если изделия на ножке, то их формуют тремя способами: 1 – многостадийной выработкой; 2 – делают цельнотянутую ножку, т. е. вытягивают ее из чаши, добавляя порцию стекла; 3 – вначале отдельно прессуют ножку, помещают ее в форму, а в ней уже выдувают чашу.

Ручное выдувание

Стеклодувная трубка (а), инструменты и приспособления (б), применяемые, при ручной выработке изделий

Схема работы выдувной машины опрокидной системы

Механизированным выдуванием получают: Выдувные изделия из более качественного стекла и хрусталя, более прозрачные, более блестящие Как простой формы, так и сложной, в том числе узкогорлые изделия Стенки могут быть тонкие, меньше 2 мм и толстые, причем могут быть разной толщины, т. к. поверхность охлаждается воздухом Изделия вырабатываются как плоские, так и полые

Прессовыдувание

Схема работы прессовыдувной машины

§ Способом прессовыдувания изготовляют толстостенные полые изделия в основном с горлом диаметром более 30 мм. Диаметры изделий от 30 до 170 мм, высота от 50 до 290 мм, вместимость от 100 до 5000 мл; изделия имеют полость, сужающуюся кверху; изделия имеют следы от разъема формы.

Центробежное формование

1 – форма, 2 – кольцо, 3 – основание, 4 – конус, 5 – пространство Вырабатывают полые крупногабаритные, тяжелые изделия стеклянные изделия, в том числе вазы для цветов и салатники.

ЛИТЬЕ В форму заливают стекло, после охлаждения вынимают. Так получают полно и пустотелую скульптуру, художественно декоративные изделия, а также оптические стекла.

Моллирование

§ (От латинского mollis – мягкий). Заготовка из стекла, нагретая до температуры размягчения, изгибается до нужных пределов под действием силы тяжести или специального пресса. Этот метод используется для получения посуды полусферической формы и художественных изделий.

Комплекс для моллирования стекла с подвижным нагревателем и термосными крышками

Метод сочленения или многостадийной выработки § части изделия формуются отдельно, а затем в горячем состоянии соединяются (сочленяются). Например, ручки к кружкам, ножки к кувшинам, фужерам и т. д. Такие изделия быстро разрушаются по месту соединения.

Отделка стеклоизделий • Термические операции —отжиг —закалка —отопка и оплавление края —полирование поверхности • Механические операции —обработка края —обработка горловины —обработка дна • Химическая обработка – полирование поверхности

ТЕРМИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ § Процесс тепловой обработки, заключающийся в нагреве стекла до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с заданной скоростью. § Цель термической обработки – изменение либо свойств стекла, либо формы и поверхности изделий.

Виды термической обработки, в процессе которых изменяются § свойства изделий и материала, – отжиг, закалка, упрочнение; § форма и поверхность изделий – моллирование, отопка и оплавление края изделий, термическое полирование. Отопку и оплавление края изделий выполняют при предварительной обработке, термическое полирование – в сочетании с другими видами декоративной обработки.

ОТЖИГ § Способ обработки, цель которой – удалить или уменьшить внутренние остаточные напряжения в изделиях из стекла, возникающие в процессе изготовления этих изделий. § Из за таких напряжений стекло может растрескаться в процессе его обработки или при эксплуатации. § Для большинства стекол, из которых вырабатывают художественные изделия, максимальная температура отжига – 500 520 0 С. После нагрева изделия подвергаются медленному охлаждению.

ЗАКАЛКА § При закалке в поверхностных слоях изделий из стекла создают остаточные напряжения для повышения механической и термической прочности этих изделий. Этот вид обработки выполняют непосредственно после формования. § Изделия закаляют в две стадии: сначала нагревают до 500 600°С (в зависимости от химического состава стекла, формы и размеров изделия), затем интенсивно охлаждают. В результате такой обработки в изделиях появляются равномерно распределенные напряжения: во внутренних слоях – растяжения, в наружных – сжатия. Закаленное стекло в 4 6 раз прочнее отожженного. § Закалка – конечная стадия технологического процесса. Закаленное стекло нельзя подвергать механической обработке.

ТЕРМИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ § При термическом полировании поверхность изделия нагревают до температуры, превышающей температуру размягчения стекла. При этом очень тонкий поверхностный слой стекла расплавляется и все микронеровности, мельчайшие трещинки, образовавшиеся при формовании или шлифовании, сглаживаются под действием поверхностного натяжения. Термическое полирование способствует также повыше нию механической прочности и химической стойкости изделий.

ОТОПКА И ОПЛАВЛЕНИЕ КРАЯ § На выдувных изделиях после отколки колпачка и шлифования края изделия, на кромках остаются режущие неровности. Чтобы их удалить края нагревают до размягчения стекла. Под действием сил поверхностного натяжения кромки края округляются. § При оплавлении края хрустальных изделий, может произойти потемнение, т. к. выделяется свинец, что недопустимо.

Механические операции § Это обработка стекла резанием. Она осуществляется в § § следующих целях: Для обработки края изделия. У выдувных изделий отрезают колпачок. Образующиеся при этом неровные края изделия шлифуют, а затем оплавляют. Полированию подвергаются неровные кромки толстостенных изделий. В некоторых случаях кромку фугуют или фацетируют, т. е. срезают на угол внешний или внутренний край изделия. Для обработки дна продукции. При производстве многих массовых изделий дно полируется в процессе формования за счет вращения поддона, например, у стаканов с вогнутым дном. Механическая операция шлифования и полирования дна очень трудоемка, применяется все реже и постепенно заменяется термической отделкой. Для обработки горла и пробки. Некоторые изделия (графины, кувшины и т. д. ) выпускают с пробками и крышками. Для обеспечения высокой герметичности пробки притирают к горлу с помощью абразивных материалов, вручную или на шлифовальных станках. Поверхность после притирки бывает матовая или светлая (прозрачная). Для декорирования

ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА § Декоративное травление § Полирование (применяют смесь плавиковой HF и серной H 2 SO 4 кислот) § Приводит к сглаживанию шероховатостей на шлифованной поверхности изделий