Приготовление шихты. Шихту составляют по определенному рецепту, где указывается количество компонентов, которые необходимо смешать, чтобы в конечном итоге получить стекло заданного химического состава и заданных свойств Шихта представляет собой однородную смесь точно отдозированных в строго определенном количественном соотношении предварительно подготовленных сырьевых материалов.
Варка стекла — чрезвычайно важный процесс в стеклоделии. Во время варки шихта, представляющая собой смесь сырьевых материалов, из которых каждый обладает своими индивидуальными свойствами, подвергаясь ряду сложных физико-химических реакций, превращается в однородную расплавленную массу, называемую стекломассой. Чтобы сварить стекло, шихту необходимо подвергнуть со ответствующей термической обработке, т. е. нагреть примерно до 1450-1500 °С и выдержать при этой температуре столько времени, сколько это будет необходимо для образования однородной стекломассы.
Технологический процесс варки стекла состоит из нескольких этапов: первый называют силикатообразованием, второй — стеклообразованием, затем следует осветление или дегазация стекломассы; последний этап варки — гомогенизация. На этом этапе стекломасса становится вполне однородной как по составу, так и по свойствам. Гомогенизированную стекломассу подвергают студке, т. е. некоторому охлаждению, после чего из нее вырабатывают изделия.
Силикатообразование начинается с момента загрузки шихты в печь и заканчивается для большинства промышленных стекол при 800—900 °С. При этом шихта превращается в спекшуюся массу, называемую фриттой. На этом этапе из шихты удаляется гигроскопическая, кристаллизационная и химически связанная вода.
На втором этапе в процессе стеклообразования от 800—900 до 1150—1200 °С фритта превращается в стекломассу. Последняя становится более прозрачной, отдельные твердые частицы сырьевых материалов расплавляются и растворяются в вязком расплаве; такая стекломасса еще неоднородна и представляет собой смесь расплавов различного состава, причем вся она насыщена газовоздушными включениями различной величины. Третий этап — осветление или дегазация стекломассы (от 1200 до 1500 °С). На этом этапе из стекломассы полностью удаляют не растворившиеся в ней газовоздушные включения. Стекломасса становится прозрачнее и более однородной.
Последний этап варки стекла — гомогенизация, т. е. полное выравнивание всего расплава по составу и свойствам. Происходит это при самых высоких температурах варки, т. е. при 1450-1500 °С.
При этих температурах стекломасса становится достаточно подвижной. Это благоприятствует интенсивной диффузии между различными силикатами в расплаве. В дальнейшем осветленная и гомогенизированная стекломасса охлаждается на 200—300 °. При этом вязкость ее возрастает, и стекломасса из текуче-подвижной переходит в пластическое состояние, что дает возможность формовать из нее изделия.
Стекло варят в стекловаренных печах. Промышленные стекловаренные печи в основном бывают двух видов: периодического действия и непрерывно действующие.
Сущность работы печей периодического действия заключается в том, что весь процесс варки стекла, начиная от загрузки шихты и кончая выработкой стекло массы, протекает в одном месте.
Ванные печи представляют собой большие ванны, перекрытые сводом и выложенные огнеупорным материалом. В этих печах варка и выработка изделий проходят непрерывно, так как на одном конце загружается шихта и варится стекло, а на другом - вырабатываются изделия.
Производство стеклянных изделий
Производство стеклянной посуды состоит из следующих процессов: выработки изделий, отжига, обработки и украшения.
Выработка стеклянных изделий
Стеклянную посуду вырабатывают выдуванием, прессованием, прессовыдуванием и центробежным литьем.
Выбор того или иного метода формования зависит в первую очередь от конструктивных особенностей изделий. Выдувание подразделяют на ручное, механизированное, вакуумное и гутенское.
Ручное выдувание осуществляется с помощью стеклодувной трубки из стали с резиновым баллончиком на верхнем конце. На нижний конец этой трубки набирается небольшая порция стекломассы, раздуваемая в пузырек (баночку), посте пенно превращаемый в форму, близкую к форме изделия, а затем помещаемый в металлическую форму, в которой и производится окончательное выдувание изделия. Изделия сложной формы с дополнительными деталями (ножками, ручками) выдувают по частям: сначала изготовляют корпус, к которому после нагревания присоединяют нагретые до размягчения детали.
Механизированное выдувание, которым в настоящее время вырабатывают значительно больше посуды, чем ручным, осуществляется на автоматической вакуумной машине карусельного типа. В стекломассу погружают наборные головки с черновыми формами, в которые засасываются порции стекломассы, превращаемые выдувальными трубками в баночки, а затем окончательное выдувание производится в чистовых формах.
Изделия на ножке в основном вырабатывают на вакуум - выдувной установке; сначала изготовляют корпус со стеблем изделия, к которому затем присоединяют основание ножки.
Гутенское выдувание изделий осуществляется без форм, и это позволяет получать изделия с красивым внешним видом, часто с толстыми стенками, массивные. Такие изделия называют «изделиями гутенской работы».
Прессование широко применяется в производстве стеклянной посуды, так как является самым производительным и экономичным способом выработки посуды и других изделий. Изготовление изделий производится на автоматических, полуавтоматических и иногда на ручных прессах. Прессованные изделия отличаются от выдувных большей толщиной стенок, меньшей прозрачностью и большей массой.
Прессовыдувание применяется для изготовления изделий, у которых внутренний верхний диаметр меньше, чем нижний; такие изделия прессованием изготовить нельзя. Сначала на машине прессованием изготовляют баночку, которую затем в чистовой форме раздувают в готовое изделие. Как и прессованные изделия, прессовыдувные изделия отличаются большей толщиной стенок и наличием рельефных украшений, полученных в процессе формования изделий.
Отжиг стекла
Отжигом называют процесс тепловой обработки стеклоизделий, при котором устраняются или уменьшаются остаточные напряжения до практически допустимой величины.
Возникновение остаточных напряжений имеет место тогда, когда частицы стекломассы благодаря большей вязкости не могут быстро переместиться относительно друг друга с тем, чтобы эти напряжения исчезли. Различают низшую и высшую температуры отжига.
Низшей температурой отжига называют такую, при которой перемещение частиц и связанное с этим перемещением исчезновение напряжений, хотя и медленно, но возможно. Ниже этой температуры напряжение не исчезает.
Высшей температурой отжига называют такую, при которой происходит полное удаление напряжений в довольно короткий промежуток времени. Изделия при этой температуре еще не деформируются.
Температурный интервал между высшей и низшей температурой отжига составляет 50-70 °С. Он является наиболее опасным в смысле возникновения и сохранения в изделиях остаточных напряжений.
Чтобы предотвратить их образование, необходимо отформованные изделия выдержать некоторое время в этом температурном интервале до полного исчезновения напряжений, затем медленно охладить до низшей температуры отжига, после чего изделия могут быстрее охладиться до обычных температур. Необходимо иметь в виду, что напряжения будут тем больше, чем толще стекла и чем быстрее они охлаждаются в температурном интервале отжига.
Температуру отжига стекол различного химического состава определяют экспериментальным путем, расчетом, учитывая, что продолжительность выдержки изделии при температуре отжига и скорость дальнейшего их охлаждения зависят не только от состава стекла, но и от толщины изделия.
Отжиг проводят в специальных отжигательных печах периодического или не прерывного действия.
7 Требования, предъявляемые к качеству стеклянной тары
Качество стеклянной тары находится в прямой зависимости от качества используемого стекла и его обработки. Стекло должно быть однородным, химически стойким, не переходить в содержимое тары и не содержать включений, влияющих на прочность тары. По качеству изготовления стеклянная тара должна удовлетворять следующим требованиям:
· соответствовать стандартам и конструкторской документации по цвету стекла, форме, ёмкости, массе и основным размерам;
· быть устойчивой при установке на ровную и гладкую поверхность;
· вертикальная ось тары должна быть перпендикулярна дну;
· по корпусу изделия стекло должно быть распределено равномерно, без разнотолщинности;
· наружная поверхность изделий, а также боковые и донные швы должны быть гладкими;
· переходы горловины к корпусу должны быть плавными, с радиусом закругления не менее 4-5 мм;
· поверхность венчика должна быть гладкой, без заусенцев и выступов, переход края горловины во внутреннюю поверхность закруглён;
· тара должна быть механически прочной, с достаточным сопротивлением внутреннему гидравлическому давлению, термически стойкой и хорошо отожжённой.
8 Утилизация отходов стекла и картона
Бурное развитие упаковочной отрасли порождает сегодня во многих странах экологическую проблему, связанную с накоплением на свалках огромного количества использованной упаковки в виде бытового мусора.