Факторы, обусловливающие скорость варки стекла

Помимо температуры варки стекла, которая имеет решающее значение в производстве стекла, на скорость протекания процессов стекловарения оказывают влияние такие технологические факторы, как химический состав и однородность шихты, вид сырьевых материалов и их зерновой состав, ускорители.

Химический состав шихты. Скорость протекания процессов стекловарения зависит главным образом от химического состава шихты. Чем больше в шихте плавней (щелочных и щелочноземельных материалов), тем ниже температура стекловарения, тем быстрее протекают процессы стекловарения и чем выше содержание тугоплавких окислов (двуокиси кремния, глинозема и др.), тем медленнее идут процессы стекловарения и тем выше температура стеклообразования.

В обычных стеклах сумма щелочных и щелочноземельных окислов составляет 24—27%. Однако во многих новых специальных стеклах их содержание стараются ограничивать. Это связано с тем, что наряду с положительными явлениями, которые они оказывают на варку стекла, эти окислы и прежде всего  Na₂O и K₂O ухудшают некоторые физико-химические свойства стекла (химическую и термическую стойкость, механическую прочность).

На скорость стекловарения оказывают влияние примеси, содержащиеся в сырьевых материалах. Некоторые из них могут оказаться тугоплавкими и вследствие этого для их растворения может потребоваться большее время.

Однородность шихты. Однородность шихты имеет важное значение при стекловарении. При нарушении ее затормаживается не только процесс гомогенизации, но и силикато- и стеклообразование. В неоднородной шихте могут образоваться участки, обедненные содержанием щелочных и щелочноземельных компонентов и с повышенным содержанием тугоплавких окислов. При таких условиях скорость реакций силикатообразования будет значительно снижена и большая часть песка останется не прореагировавшей и не связанной в более легкоплавкие силикаты. Для сохранения однородности шихты ее увлажняют и брикетируют.

Для получения однородной шихты необходимо следить за отклонениями составляющих компонентов в разных ее участках и придерживаться установленных норм.

В практике часто наблюдаются такие случаи, когда качественно приготовленная шихта становится неоднородной из-за нарушения условий ее хранения, транспортирования и загрузки, в печь. Поэтому необходимо следить, чтобы шихта при хранении в бункерах и транспортировании не расслаивалась, а также не допускать вибрации, толчков, сбрасывания шихты с одного конвейера на другой.

Вид сырьевых материалов. Скорость варки стекла зависит не только от химического состава стекла, но и от вида сырьевых материалов, которые используются для составления шихты. Например, важное значение имеет, в каком количественном соотношении применяются сода и сульфат натрия для введения  Na₂O. Сульфат-содержащая шихта быстрее проваривается и лучше осветляется. Однако слишком большое содержание его в шихте приводит к тому, что часть сульфата не успевает разложиться при нагревании и он всплывает на поверхность стекломассы, образуя неоднородности. В производстве оконных и тарных стекол рекомендуется вводить Na₂O посредством сульфата в количестве 5—20% от массы окиси натрия. Остальное количество  Na₂O вводят через соду.

Также имеет, значение, каким видом сырья вводят в шихту Al₂O₃. В производстве тарных стекол часто используются горные породы: трахиты, вулканический пепел, нефелиновые сиениты.

Окись магния рекомендуется вводить, главным образом, в виде доломита и доломитизированных известняков. Так как доломитизированные известняки не отличаются постоянством химического состава, перед их применением следует проводить дополнительные химические анализы сырья.

Зерновой состав компонентов шихты. Зерновой состав компонентов влияет как на склонность шихты к расслаиванию, так и на скорость протекания процессов силикато- и стеклообразования.

Лучше использовать шихты, состоящие из пылевидных компонентов, так как они менее склонны к расслаиванию. В тонкомолотой шихте, вследствие того что у компонентов увеличена активная поверхность, быстрее протекают реакции силикатообразования.

Шихта с пересушенным кварцевым песком при транспортировании легко расслаивается. Поэтому пески при составлении шихты увлажняют. Для каждого песка существует своя норма увлажнения. Так, для чистых песков вводят 1 % воды, для песков, содержащих глинистые примеси, количество воды увеличивают до 3— 4% от массы песка.

Ускорители варки стекла. Ускорители вводятся в состав шихты для интенсификации процессов стекловарения. Они понижают температуру протекания реакций силикатообразования, способствуют их более быстрому протеканию. В качестве ускорителей варки используют соединения фтора, аммонийные соли, хлористый натрий, окись бора.

Фториды — эффективные ускорители и в то же время недефицитные материалы, поэтому их наиболее широко применяют в стекловарении. Шихта, содержащая фториды, значительно быстрее проваривается и осветляется. Это объясняется тем, что они способствуют, во-первых, появлению жидкой фазы при более низких температурах и тем самым увеличивают скорость протекания реакций между компонентами шихты; во-вторых, повышению теплопроводности шихты, что также приводит к более быстрому протеканию реакций между компонентами шихты; в-третьих, меньшему отражению тепловых лучей от поверхности расплавленной стекломассы, ускоряя тем самым варку стекла. Однако применение фтора вызывает некоторые трудности при варке стекла. Стекломасса, содержащая фтор, более агрессивна, т. е. она сильнее разрушает огнеупоры. Поэтому вводить фториды в качестве ускорителей следует при условии применения высокоустойчивых плотных огнеупоров.

Тонкослойная варка стекла. Скорость протекания процессов силикато- и стеклообразования но многом зависит от того, насколько интенсивно получают тепло отдельные частички шихты. Поэтому большое значение приобретает то, каким образом шихта загружается в печь и как она распределяется на поверхности. При тонком распределении шихты ее частицы получают тепло конвекцией и излучением сверху и теплопроводностью снизу. Кроме того, тонкослойная варка стекла препятствует проникновению непроверенных частиц шихты в глубинные слои, что способствует более быстрому протеканию процессов стекловарения.

Сейчас на большинстве стекольных заводов осуществляется тонкослойная варка стекла, которая достигается непрерывной загрузкой шихты тонким слоем с помощью механических загрузчиков. Над поверхностью стекломассы создается слой толщиной не более 30 мм. При питании печей шихтой стремятся загружать ее не сплошной пеленой, а отдельными чередующимися грядами, оставляющими часть поверхности стекломассы открытой. Необходимо также стремиться к тому, чтобы слой шихты был минимальным и не погружался в расплавленную стекломассу.