Процессы, протекающие при варке стекла | Производство стекла

Процессы, протекающие при варке стекла

Варка стекла — наиболее сложный и ответственный этап в производстве стекла. От ее успешного проведения во многом зависит производительность завода в целом и качество выпускаемых изделий. Стекло варят в окислительной, восстановительной или нейтральной газовой среде. Окислительная среда характеризуется избыточным количеством кислорода в печи; восстановительная — избытком окиси углерода; при нейтральной среде нет избытка ни кислорода, ни углерода.

В процессе варки отдельные компоненты шихты претерпевают следующие изменения.

Кварцевый песок, нагреваясь, плавится при 1710° С, теряя при этом свое кристаллическое   строение.   Кальцинированная   сода Na2CO3 плавится при 852° С.

Поташ K2CO3 плавится при 897° С. Сульфат натрия Na2SO4 разлагается при 1200—1220° С, в восстановительной среде — при 530—590° С. Мел и известняк CaCO3 разлагаются при 915° С.

Углекислый магний MgCO3 начинает разлагаться при 620° С.

Доломит CaCO3·MgCO3 разлагается при температуре около 700° С. Натриевая NaNO3 и калиевая KNO3 селитры при разложении вначале образуют соли азотистой кислоты, при этом теряют кислород, в дальнейшем с повышением температуры разлагаются с выделением азота и кислорода.

При нагревании и плавлении шихты преобладают реакции взаимодействия между ее компонентами с образованием все более сложных силикатов, причем сначала вступают в реакции более легкоплавкие составляющие (щелочные и щелочноземельные продукты), затем тугоплавкие компоненты (песок, глинозем).

Образование стекломассы сопровождается множеством реакций. Это связано с тем, что шихты состоят обычно из 6—10 компонентов и они не раз вступают во взаимодействия.

При нагревании двухкомпонентной шихты (SiO2 +  Na2CO3) реакция между кремнеземом и углекислым натрием начинается при температуре 720° С и усиливается с повышением температуры. При этом образуется силикат натрия.

В смеси SiO2 + Na2SO4 реакция начинается при 1120° С, частично протекает при 1300° С, интенсивно при 1400° С.

Присутствие восстановителей (угля) значительно ускоряет разложение Na2SO4 и его взаимодействие с SiO2, поэтому при варке стекол, содержащих сульфат, вводится некоторое количество восстановителей.

Смесь SiO2 + CaCO3 начинает взаимодействовать при 800° С, энергично протекают реакции при 1100—1250° С и заканчиваются при 1400°С.

При варке стекол, в шихтах которых содержится сульфат натрия, иногда часть сульфата не успевает разложиться и всплывает на поверхность стекломассы в виде щелока, что нарушает течение процессов стекловарения. Это обычно происходит по той причине, что восстановитель преждевременно выгорает при нагреве шихты и его оказывается недостаточно для полного разложения сульфата натрия.

При нагревании четырехкомпонентной шихты SiO2 + CaCO3 + MgCO3+Na2CO3 реакции имеют более сложный характер. Это вызывается добавочной группой реакций, связанных с разложением MgCO3 и его взаимодействием с другими компонентами, в частности с образованием двойного соединения MgNa2(CO3)2. После этой реакции во взаимодействие с SiO2 вступают двойные карбонаты: кальциевый при 600—830° С и магниевый при 340—620° С, которые образуют силикаты натрия, кальция и магния. Такие же силикаты образуются при более высоких температурах в результате прямого взаимодействия SiO2 с углекислыми солями кальция, натрия и магния. Наряду с этими реакциями происходит термическое разложение карбонатов магния и кальция и образование окислов СаО и MgO, которые вступают во взаимодействие с SiO2.

Реакции разложения карбонатов, силикатообразования и плавления в четырехкомпонентной шихте начинаются раньше, идут более энергично и заканчиваются при более низких температурах. Поэтому увеличение количества равнозначных компонентов, как правило, приводит к понижению плавкости стекол.

Варку стекла, или стекловарение, условно подразделяют на пять стадий: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и студку. Условно потому, что все эти стадии взаимосвязаны: протекают одновременно в одной ванне—бассейне стекловаренной печи.