5084

Разработка теплотехнологии производства стекла заданного состава

Курсовая

Производство и промышленные технологии

За последние десятилетия научно-техническая революция во всех областях науки и техники привела к громадным сдвигам в науке о стекле, и в технологии стекла. Характерной чертой развития технологии стекла является резкое повышение производите...

Русский

2012-12-02

163.81 KB

55 чел.

Введение

За последние десятилетия научно-техническая революция во всех областях науики и техники привела к громадным сдвигам в науке о стекле, и в технологии стекла.

Характерной чертой развития технологии стекла является резкое повышение производительности оборудования при одновременном повышении качества изделий, обуславливающее рост эффективности производства. Задачи повышения производительности оборудования стекольного производства и повышения качества стеклянных изделий не могут быть спокойно решены без правильного определения различных параметров процессов производства стеклянных изделий. Такие параметры могут быть определены экспериментальными методами, но более правильным путём является применение наряду с экспериментальными методами расчётных, дающих возможность значительно ускорить определение различных параметров. Расчетные методы в химии и технологии стекла получили за последние годы значительное развитие.

Стекло и стеклянные плёнки применяют для термо-, звуко- и электроизоляции. Большие перспективы открываются перед новыми материалами – так называемыми стеклопластиками, в которых стекловолокно и стеклянные плёнки сочетаются с различными связующими органическими веществами. Стеклопластики не уступают по прочности стали и в то же время легче  её более чем в 4 раза. Из стеклопластиков изготавливают корпусы лодок и кораблей, кузова машин, цистерны и т.д.

В течении последних лет путём кристаллизации специальных составов стекол научились получать стеклокристаллические материалы, которые по своей прочности превосходят обычные стёкла в 4-10 раз и выдерживают резкие смены температур вплоть до 1000.

3. Состояние производства хрусталя в РФ и за рубежом

Краткий обзор предприятий производящих хрусталь:

  1.  ОАО "Дятьковский Хрусталь" – современное, динамично развивающееся предприятие, обеспечивающее производство самого широкого спектра продукции из хрусталя с более чем 200 летней историей.

Дятьковскую продукцию знают в Австралии, Великобритании, Венгрии, Иордании, Италии, Португалии, США, Франции, Японии и других странах. Огромный опыт художественной культуры, накопленный за два столетия, продолжает развиваться умелыми высококлассными мастерами, талантливыми художниками-дизайнерами и в настоящее время.

Ручной способ является основным методом выработки и декорирования Дятьковского хрусталя.

Опытные художники создают оригинальные формы. В сочетании с классической огранкой, выполненной руками кудесников своего дела, замечательных мастеров Дятьковского хрусталя, рождается гармония чистого прозрачного материала и сверкающих рисунков алмазной грани.

Наряду с поиском новых средств художественной выразительности, интересных образных и композиционных решений воплощении творческого замысла, используются традиционные методы декорирования: гутная техника, алмазное гранение, гравировка.

Дятьковский хрусталь это:

Продукция отличного качества "на любой вкус" из драгоценного, чистейшего хрусталя

Оригинальный дизайн, разработанный талантливыми художниками стекла

Ручная работа в лучших традициях Российских мастеров

Более 200 лет на рынках России и мира

  1.  "Борисовский хрустальный завод имени Ф.Э.Дзержинского" - второй по величине завод в Республике Беларусь, выпускающий посуду и художественные изделия из стекла и хрусталя. Является одним из старейших предприятий стекольной промышленности (основан в 1898 году).

В настоящее время предприятие производит более 2000 образцов изделий из хрусталя и бесцветного стекла:

посуду для сервировки стола (бокалы, рюмки, фужеры, вазы для крема, вазы для конфет, вазы для печенья, вазы для фруктов, графины, кувшины, стаканы);

вазы для цветов;

сувениры;

рассеиватели света для комплектации электротехнических изделий (люстры, торшеры, бра).

Продукция завода экспортируется в 16 стран мира. Её ассортимент ежегодно обновляется и пользуется возрастающим спросом в странах ближнего и дальнего зарубежья.

В 24 странах на международных выставках и ярмарках экспонировались и отмечались медалями и дипломами лучшие изделия заводчан.

Высокое качество продукции, современный дизайн, уважение и понимание интересов заказчиков - основа многолетнего успеха Борисовского хрустального завода.

Талантом и трудом мастеров создаётся то, что может оставаться полезным, приятным и необходимым на долгие годы.

  1.  "Первомайский стекольный завод" основан в 1879 году.

Основным направлением деятельности завода является производство изделий из хрусталя (ручным способом и методом прессования с ручной алмазной доработкой) и производство изделий из стекла.

"Первомайский стекольный завод" предлагает широкий ассоримент оригинального накладного хрусталя и цветного стекла как в традиционном классическом исполнении, так и в новых современных формах.

Художники завода неустанно работают над внедрением новых изделий.

Хрусталь и стекло насыщенного синего цвета никогда не оставят покупателей равнодушными.

  1.  Стеклозавод "Неман" - предприятие с вековыми традициями стекловарения. В 1883 году на берегу реки Неман последователи мастеров знаменитого Дятьковского завода Юлиус Столле и Вильгельм Краевский организовали, производство стекла.

В настоящее время - это современное технически оснащенное предприятие по производству изделий из хрусталя, цветного и бесцветного стекла со всевозможными видами декорирования. Ассортимент предприятия представлен 3 000 видами изделий для сервировки домашнего стола, кафе, ресторанов, интерьеров домов и офисов.

Изделия завода пользуются популярностью во всем мире. Продукция "Неман" экспортируется в Россию, Германию, Голландию, Бельгию, Болгарию, Грецию, Италию, Францию, США, Канаду, Казахстан, Литву, Латвию, Эстонию и другие страны ближнего и дальнего зарубежья.

Мастерство потомственных стеклодувов и технологические возможности завода совершенствуются в соответствии с требованиями рынка

  1.  Хрустальный SWAROVSKI.В любой сфере деятельности есть культовые имена, которые воспринимаются окружающими с преклонением и вне обсуждения. Если говорить о мире хрусталя, то такое имя - Swarovski. Этому бренду уже более ста лет.С 1992 года Swarovski выпускает аксессуары для дома, приглашая к сотрудничеству известных дизайнеров Борека Сипека, Андре Путман и др. Стразы Swarovski используют в своих коллекциях Дома Chanel, Christian Dior и многие другие. Недавно Swarovski пригласила знаменитых дизайнеров Фернандо и Умберто Кампана, Тома Диксона, Винсента Ван Дуйсеыа и другую талантливую молодежь создать объекты под своей маркой. Легко представить восторг профессионала, которому дали вволю хрусталя и сказали: делай все что хочешь, лишь бы это могло служить люстрой. Такой подход оказался плодотворным, и результат превзошел все ожидания. Новые люстры меньше всего похожи на привычных себя. Получился увлекательный световой аттракцион - раскидистые ветки, торнадо, водопады... Поглядеть на сверкающие чудеса в заброшенном миланском особняке, расположенном рядом с концептуальным магазином Бруно Райнальди, собралась вся светская тусовка старушки Европы.

Недавно компания открыла и еще одну новую сферу применения своего уникального продукта. Теперь любители роскоши могут наслаждаться переливающимися настенными картинами и инкрустированной волшебными стразами мебелью. Как и произведения великих художников, картины, выполненные из хрусталя Swarovski, живут своей тайной жизнью: причудливые цветы, птицы и животные как бы находятся в постоянном движении, играя своими прозрачными гранями. Впечатление от живых картин усиливает фибро-оптическая подсветка, обеспечивающая эффект глубины.

В 1995 году фирма отпраздновала свое столетие. В австрийском Ваттенсе, где размещается штаб-квартира компании, открылся подземный музей "Хрустальные миры Сваровски". Сегодня в мире действуют 67 фирменных магазинов Swarovski. В Москве выбор изделий достаточно широк - начиная от популярных фигурок и заканчивая ювелирными образцами. Среди Silver Crystal есть так называемые профессиональные серии - хрустальные фотоаппараты, микроскопы, скрипки, рояли. Хрустальные пишущая машинка или сотовый телефон обойдутся в 1444 руб. Символ фирмы - маленький лебедь - обойдется всего в 2385 руб., а для любителей больших форм найдется и лебедь-гигант аж за 192 тыс. рублей. И, конечно, есть всевозможные украшения: серьги, браслеты, бусы, подвески и т.д.Хрусталь давно используют в декоративно-прикладном искусстве, в том числе и при производстве сувенирной продукции, дорогих подарков клиентам и руководителям крупных компаний, и другим высокопоставленным лицам: фужеры, рюмки, графины, сувениры из хрусталя различных форм, пепельницы из хрусталя, хрустальные подсвечники, хрустальные рамки для фотографий, шкатулки из хрусталя и многое другое.

4. Выбор технологической схемы производства

Технологическая схема производства стекла

Технология получения стекла состоит из двух производственных циклов.

Цикл  технологии стекломассы включает операции:

•  подготовки сырых материалов;

•  смешивания их в определённых соотношениях, в соответствии с заданным химическим составом стекла в однородную шихту;

•  варки шихты в стекловаренных печах для получения однородной жидкой стекломассы.

Цикл технологии получения стеклянных изделий складывается из операций: 

•  доведения стекломассы до температуры (и вязкости);

•  формования изделий;

• постеленного охлаждения изделий с целью ликвидации возникающих в процессе формования напряжений;

• термической, механической или химической (в отдельности либо во взаимном сочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств.

Стекловарение ведётся при температурах 1400°-1600°. В нём различают три стадии.

Первая стадия - варка, когда происходит химическое взаимодействие и образование вязкой массы. Варка стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и в значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Автоматически регулируются: давление, соотношение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры.

Другой способ варки этого стекла сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной  горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°. 

Процесс варки стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Прозрачное кварцевое стекло изготовляется из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900°—2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока. В конце варки в печь впускают воздух под давлением.

Вторая стадия - осветление, происходит удаление пузырьков, а также растворение еще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в течение нескольких часов при наиболее высокой температуре.

Третья стадия – охлаждение стекломассы, когда она охлаждается до такой температуры при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять из неё те или иные изделия.

Формование стеклянных изделий. Метод прессования служат ручных и машинных прессов пружинные формы или эксцентриковые прессы.

Метод выдувание специфический метод формования. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки».

Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое стекло, медод заключается в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, изготовляется листовое стекло, различных видов.

Отливка стеклянных изделий в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов.

Способ центробежного литья метод по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающиеся формы.

Моллирование способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков из оптического стекла и получаем крупную стеклянную скульптуру.

Отжиг отформованных, еще горячих изделий служит для предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напряжении.

Закалка стекла операция, обратная отжигу. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов,  самолётов. Чтобы закалить стекло, его разогревают до 600°—650°, затем быстро остужают.

Горячая обработка стекла включает отколку, отопку, огневую полировку и другие операции. К холодной обработке стекла  относятся его резка, сверление, шлифовка и полировка. Старинным способом украшения посуды является живопись по стеклу. Серебрение, а также алюминирование широко применяются в производстве зеркал.

5. Подбор сырьевые материалов для производства стекла

   Сырьевые материалы для производства стекла и стеклоизделий условно делят на две группы: основные и вспомогательные.

   Основные материалы содержат оксиды, образующие основу стекла и определяющие его свойства. Вспомогательные материалы представляют собой вещества, которые вводятся для изменения характеристик стекла и ускорения процесса стекловарения (красители, обесцвечиватели, глушители, окислители и восстановители, ускорители варки). Сырьевые материалы могут быть также разделены на природные и синтетические. В стеклоделии в основном применяют природные материалы: кварцевый песок, известняки, доломиты, нефелины, полевые шпаты. Остальные материалы, как правило, синтетические: кальцинированная сода (карбонат натрия), поташ (карбонат калия), свинцовый сурик и глет (оксиды свинца), красители и др. Качество сырьевых материалов (химический и гранулометрический составы, примеси и т.п.) регламентируются соответствующими государственными стандартами и техническими условиями, которые периодически пересматриваются и уточняются.

Кремнезём. Основным материалом для ввода в стекло SiO2 является кварцевый песок. Качество песков оценивают по их химическому и зерновому составу. Главное требование к пескам — максимальное содержание SiO2 и минимальное содержание окрашивающих примесей. Для стекловарения применяют пески, содержащие не менее 95% кремнезема и регламентируемое количество окрашивающих примесей, среди которых наиболее распространенными являются оксиды железа. В песках могут содержаться также оксиды титана, ванадия, хрома и сульфиды.

Окись калия. Оксид калия, введенный в натрий-кальций-силикатное стекло взамен оксида натрия, улучшает его оптические и выработочные характеристики, химическую устойчивость, цветовые характеристики. Сырьем для ввода К2О являются поташ (карбонат калия) и селитра (нитрат калия). Для повышения качества стекла необходимо, чтобы содержание в поташе красящих примесей и сульфата калия было минимальным. Так при варке свинцового хрусталя, когда вводят 12-15% К2О с поташом, содержание оксидов железа в поташе не должно превышать 0,002-0,003%, оксидов хрома — 0,0005%, а сульфат калия вовсе недопустим.

Окись натрия. Основными материалами для ввода в стекло оксида натрия являются карбонат натрия (сода), сульфат натрия и нитрат натрия (селитра). Карбонат натрия содержит 58,5 Nа2О и 41,5% СО2, температура его плавления 854°С.

Окись цинка. Понижает коэффициент термического расширения стекла, повышает химическую устойчивость и увеличивает коэффициент преломления. Вводится белилами и придаёт стеклу белизну и блеск.

Окись свинца. Исходными материалами являются свинцовый глёт или сурик. Свинцовый сурик лучше, так как он не содержит примесей металлического свинца; при разложении выделяет кислород – осветляет стекломассу. Он содержит 97,7% оксида свинца.

Борный ангидрид. Вводится посредством борной кислоты Н3ВО3 содержит 56,45%    B2O3  и 43,55%   Н2O. При нагревании кислота обезвоживается превращаясь в  B2O3

Вспомогательные сырьевые материалы.  

Осветлители вводят в шихту для того, чтобы способствовать освобождению стекломассы от видимых пузырей, т.е. её осветлению. Этим ускоряют процесс стекловарения.

Действие осветлителей заключается  в том что при нагревании они разлагаются с выделением большого количества газообразных продуктов. Улетучиваясь из стекломассы, они способствуют удалению из неё и других газов (пузырей).

Обесцвечиватели вводят в стекломассу, чтоб устранить нежелательные сине-зелёные или желто-зелёные оттенки, которые стекломасса приобретает из-за примесей железа в сырьевых материалах.

6. Расчёт шихты по заданному составу стекла.

Расчёт состава шихты основан на химическом анализе применяемых сырьевых материалов и на заданном химическом составе стекла.

При расчёте допускаем, что стекло образуется только из окислов, ангидриды же кислот и вода в результате термической диссоциации полностью улетучиваются и что летучесть самих окислов незначительна.

Состав стекла: SiO2 – 58%, B2O3 – 1%, PbO – 24%, ZnO – 1%, Na2O – 1%, K2O – 15%.

Таблица 1.Химический состав сырья (в %)

SiO2

PbO

Al2O3

Fe2O3

TiO2

CaO

Na2O

MgO

B2O3

CO2

K2O

ZnO

песок

99,34

-

0,19

0,01

0,01

0,15

-

0,02

-

-

-

-

сода

58,5

поташ

68,2

белила

96

сурик

97,7

0,005

борная к-та

56,45

  1.  Расчёт состава шихты на 100 вес.ч. стекла. Обозначим:

а – число вес.ч.  SiO2   вводимых в состав с песком;

b -      -//-         Na2O          -//-    с содой

с -      -//-         K2O            -//-    с поташем

d -     -//-          ZnO           -//-    с белилами

e -     -//-          PbO           -//-    с суриком

f -     -//-           B2O3                 -//-    с борной кислотой

Составляя систему уравнений, получим:

    для   SiO2               58=0,9934*a

    для   Na2O       1=0,585*b

    для   K2O         15=0,0682*c

    для   ZnO         1=0,96*d

для   PbO          24=0,977*e

для   B2O3         1=0,5645*f

После решения этой системы уравнений, имеем

a=58,38

b=1,71

c=21,99

d=1,04

e=25,56

f=1,77

C учётом потерь компонентов на улетучивание в процессе  варки, надо заведомо взять  большее количество.

сода        1,71*1,032=1,76

поташ     21,99*1,12=24,63

борная кислота   1,77*1,11=1,96

белила   1,04*1,04=1,08

сурик     25,56*1,14=29,14

Определяем количество песка

100 вес. ч. песка  -  99,34 вес. ч. SiO2

a     вес. ч. песка  -  58,38 вес. ч. SiO2

a==58,77 вес. ч.

С песком в состав стекла перейдёт следующее количество окислов (в вес. ч.)

pSiO2=58,77

p Al2O3=58,77*0,19/100=0,11

p Fe2O3=58,77*0,01/100=0,006

pTiO2=58,77*0.01/100=0,006

pCaO=58,77*0,15/100=0,09

pMgO=58,77*0,02/100=0,01

Определим количество соды

100 вес. ч. соды  -  58,5 вес. ч. Na2O

b     вес. ч. соды  -  1,76 вес. ч. Na2O

b==3,01 вес. ч.

С содой в состав стекла перейдёт следующее количество окислов (в вес. ч.)

pNa2O=1,76

Определим количество поташа

100 вес. ч. поташа -  68,2 вес. ч. K2O

c     вес. ч. поташа  -  24,63 вес. ч. K2O

c==36,11 вес. ч.

С поташом в состав стекла перейдёт следующее количество окислов (в вес. ч.)

pK2O=24,63

Определим количество белил

100 вес. ч. белил -  96 вес. ч. ZnO

d     вес. ч. белил  -  1,08 вес. ч. ZnO

d==1,125 вес. ч.

С белилами в состав стекла перейдёт следующее количество окислов (в вес. ч.)

pZnO=1,08

Определим количество свинцового сурика

100 вес. ч. сурика -  97,7 вес. ч. PbO

e    вес. ч. сурика  -  29,14 вес. ч. PbO

e==28,83 вес. ч.

С белилами в состав стекла перейдёт следующее количество окислов (в вес. ч.)

pPbO=24,56

pFe2O3==0,001

Определим количество борной кислоты

100 вес. ч. борной кислоты -  56,45 вес. ч. B2O3

f     вес. ч. борной кислоты  -  1,96 вес. ч. B2O3

f==3,47 вес. ч.

С борной кислотой  в состав стекла перейдёт следующее количество окислов (в вес. ч.)

pB2O3=1,96

Таблица 2. Расчётный состав шихты

SiO2

PbO

Al2O3

Fe2O3

TiO2

CaO

Na2O

MgO

B2O3

CO2

K2O

ZnO

песок

58,77

-

0,11

0,006

0,006

0,09

-

0,01

-

-

-

-

сода

3,01

поташ

36,11

белила

1,125

сурик

28,83

0,001

борная к-та

3,47

Таблица 3. Суммарный состав шихты

Материал

Сумма окислов переходящих в стекло

Песок

58,99

Сода

1,76

Поташ

24,63

Белила

1,08

Сурик

24,56

Борная кислота

1,96

Из таблицы 3 следует:

131,538 вес. ч. шихты-  112,98 вес. ч. стекла

x    вес. ч. шихты  -  100 вес. ч. стекла

x==116,42 вес. ч.

Отсюда находим количество отдельных компонентов, входящих в шихту:

  1.  определяем содержание песка

131,538 вес. ч. шихты-  58,77 вес. ч.песка

112,98    вес. ч. шихты  -  a вес. ч. песка

a==50,49 вес. ч.

  1.  определяем содержание соды:

131,538 вес. ч. шихты-  3,01 вес. ч. соды

112,98    вес. ч. шихты  -  b вес. ч. соды

b==2,58 вес. ч.

  1.  Определяем содержание поташа:

131,538 вес. ч. шихты-  36,11 вес. ч. поташа

112,98    вес. ч. шихты  -  с вес. ч. поташа

с==31,02 вес. ч.

  1.  Определяем содержание белил:

131,538 вес. ч. шихты-  1,125 вес. ч. белил

112,98    вес. ч. шихты  -  d вес. ч. белил

d==0,97 вес. ч.

  1.  Определяем содержание сурика:

131,538 вес. ч. шихты-  28,83 вес. ч. сурика

112,98    вес. ч. шихты  -  e вес. ч. сурика

e==24,76 вес. ч.

  1.  Определяем содержание борной кислоты

131,538 вес. ч. шихты-  3,47 вес. ч. борной кислоты

112,98    вес. ч. шихты  -  f вес. ч. борной кислоты

f==2,98 вес. ч.

Таким образом состав шихты на 100 вес. ч. стекла будет следующим (в вес. ч.):

Песок

50,49

Сода

2,58

Поташ

31,02

Белила

0,97

Сурик

24,76

Борная кислота

2,98

Всего

112,8

  1.  Расчёт состава шихты на 100 вес. ч. песка

Количество песка по заданию 100 вес. ч.

  1.  определим количество соды

50,49 вес. ч. песка -  2,58  вес. ч. соды

100  вес. ч. песка  -  b вес. ч. соды

b==5,11 вес. ч.

  1.  определим количество поташа

50,49 вес. ч. песка -  31,02  вес. ч. поташа

100  вес. ч. песка  -  с вес. ч. поташа

с==61,44 вес. ч.

  1.  Определим количество белил

50,49 вес. ч. песка -  0,97  вес. ч. белил

100  вес. ч. песка  -  c вес. ч. белил

d==1,92 вес. ч.

  1.  Определим количество сурика

50,49 вес. ч. песка -  24,76  вес. ч. сурика

100  вес. ч. песка  -  e вес. ч. сурика

e==49,04 вес. ч.

  1.  Определим количество борной кислоты

50,49 вес. ч. песка -  2,98  вес. ч. борной кислоты

100  вес. ч. песка  -  f вес. ч. борной кислоты

f==5,902 вес. ч.

Отсюда состав шихты на 100 вес. ч. песка следующий (в вес. ч.)

Песок

100

Сода

5,4

Поташ

61,44

Белила

1,92

Сурик

49,04

Борная кислота

5,902

Всего

223,412

  1.  Расчёт теоретического состава стекла. По составу шихты можно определить теоретический состав стекла (в вес. %)

pSiO2=58,77*100/112,98=52,02

p Al2O3=0,11*100/112,98=0,097

p Fe2O3=0,007*100/112,98=0,006

pTiO2=0,006*100/112,98=0,005

pCaO=0,09*100/112,98=0,08

pMgO=0,01*100/112,98=0,009

pNa2O=1,76*100/112,98=1,56

pK2O=24,63*100/112,98=21,8

pZnO=1,08*100/112,98=0,96

pPbO=24,56*100/112,98=21,74

pB2O3=1,96*100/112,98=1,73

  1.  Расчёт выхода стекла

112,8 вес. ч. шихты -  100  вес. ч. стекла

100  вес. ч. шихты  -  x вес. ч. стекла

x==88,65 вес. ч.

  1.  Расчёт потерь при стеклообразовании(угар)

Потери при стеклообразовании определяют по разности:

100-88,65=11,35 вес. ч.

Общее количество влаги в шихте, складывающееся из влажности материалов и увлажнения шихты с целью частичного предотвращения пыления при загрузке её в печь, с одной стороны, и для получения оптимальной механической однородности шихты, с другой составляет по практическим данным в среднем 5%, в исходном составе шихты материалы взяты без учёта содержащейся в них влаги

Количество обратного боя составляет 25% т.е.

112,98*0,25=28,245 вес. ч.

Количество вводимой шихты:

112,98-28,245=84,735 вес. ч.

Количество воды в шихте:

84,735*0,05=4,24 вес. ч.

Количество сухой шихты

84,735-4,24=80,495 вес. ч.

Таким образом имеем:

7.Материальный баланс

Приход

Вес. ч.

Расход

Вес. ч.

Шихта

80,495

Стекломасса

97,39

Бой

28,245

Угар

11,35

Влага

4,24

Влага

4,24

Итого

112,98

Итого

112,98

8.Расчёт свойств стекла по методу Аппена

Хотя в настоящее время известно много расчётных методов определения свойств стекла, при использовании этих методов в практических целях следует учитывать присущие им специфические недостатки. Первый недостаток расчётных методов – меньшая по сравнению с экспериментальными методами точность; второй недостаток – ограничение применения расчётных методов определенными областями составов стёкол.

Известные расчётные методы разработаны в основном для обычных силикатных стёкол, для тех областей составов, в которых находятся широко применяемые промышленные стёкла. расчётные формулы можно применять только для тех областей составов, дя которых рассчитаны коэффициенты этих формул.

В настоящее время разработаны, как известно, помимо обычных силикатных стёкол также многочисленные разновидности не силикатных стёкол: фосфатные, боратные и др. с успехом применяемые в технике. Для стёкол этих типов методы расчёта свойств по химическому составу практически отсутствуют. Кроме того, свойства стекла (например, плотность, предел прочности) в определённой степени зависят от таких факторов, как термическое прошлое стекла, форма и размеры изделия, состояние поверхности (сильно влияет на прочность стекла), не учитываемых обычно в расчётных методах. Таким образом, расчётные определения величин свойств относятся скорее к стеклу как к материалу, к стеклу как к изделию.

Пересчёт состава стекла из весовых процентов в молярные

Состав стекла:

SiO2 = 58%

B2O3 = 1%

PbO = 24%

ZnO = 1%

Na2O = 1%

K2O =15%

Определим  число молей каждого компонента

nSiO2=58/60=0,967

nNa2O=1/62=0,016

nK2O=15/94=0,159

nZnO=1/81=0,012

nPbO=24/223=0,108

nB2O3=1/70=0,014

         =1,276

Откуда:

NSiO2=0,967*100/1,276=76,49

NNa2O=0,016*100/1,276=1,25

NK2O=0,159*100/1,276=12,46

NZnO=0,012*100/1,276=0,94

NPbO=0,108*100/1,276=8,46

NB2O3=0,014*100/1,276=1,097

метод А.А. Аппена

А.А. Аппен предложил метод расчёта ряда свойств стекла (плотность, показатель преломления, средняя дисперсия, линейный коэффициент термического расширения, модули упругости и сдвига, диэлектрическая проницаемость, поверхностное натяжение). Он получил приближенно усреднённые парциальные величины (аддитивные коэффициенты), которые используют для расчёта свойств стекла.

Для приближённо-усреднённых величин, не являющихся постоянными, выедены уравнения, которые применяют для получения коэффициентов, пригодных для расчёта свойств стекла.

SiO2

  1.  молекулярный объём

   VSiO2=27,25+0,035*( NSiO2-67)= 27,25+0,035*( 76,49-67)=27,6  /моль

  1.  показатель преломления

nSiO2=1,475+0,0005*(76,49-67)=1,48

  1.  линейный коэффициент термического расширения

*=38-1,0*(76,49-67)=28,51

  1.  модуль упругости

*=7,15+0,02*(76,49-67)=7,34 кгс/

  1.  модуль сдвига

*=3,0+0,01*(76,49-67)=3,09 кгс/

Для других свойств SiO2 приближённо-усреднённые величины принимают постоянными:

  1.  средняя дисперсия

*=675

  1.  диэлектрическая проницаемость при частоте 4,5* Гц

=3,8

  1.  поверхностное натяжение при  t=1300

*=290 дин/см

B2O3

Приближённо-усреднённые параллельные величины для B2O3 изменяются при переходе от одной группы стёкол к другой очень сильно. Эти величины зависят прежде всего от соотношения молярного содержания окислов металлов и борного ангидрида   , определяемого по уравнению:

=( NMeO2+ NMeO- NAl2O3)/ NB2O3

где 

NMeO2= NNa2O+ NK2O=1,25+12,46=13,71

NMeO=0

Тогда       =13,71/1,097=12,498

                >4 тогда

1) молекулярный объём  =18,5 /моль

2) показатель преломления  =1,71

3) линейный коэффициент термического расширения  *=-50,0

модуль упругости   *=18  кгс/

5) модуль сдвига   *= 7,5  кгс/

  1.  средняя дисперсия   *=800

B2O3 поверхностно-активный элемент стекла

Na2O

1) молекулярный объём  =20,2 /моль

2) показатель преломления  =1,59

3) линейный коэффициент термического расширения  *=395

модуль упругости   *=5,95  кгс/

5) модуль сдвига   *= 1,75  кгс/

6) средняя дисперсия   *=800

         7) диэлектрическая проницаемость при частоте 4,5* Гц    =17,6

         8) поверхностное натяжение при  t=1300     *=295 дин/см

K2O

1) молекулярный объём  =34,1 /моль

2) показатель преломления  =1,575

3) линейный коэффициент термического расширения  *=465

модуль упругости   *=4,1  кгс/

5) модуль сдвига   *= 1,1  кгс/

6) средняя дисперсия   *=1300

         7) диэлектрическая проницаемость при частоте 4,5* Гц    =16,0

    K2O - поверхностно-активный элемент стекла

ZnO

1) молекулярный объём  =14,5 /моль

2) показатель преломления  =1,711

3) линейный коэффициент термического расширения  *=50

модуль упругости   *=6  кгс/

5) модуль сдвига   *= 2,90  кгс/

6) средняя дисперсия   *=1650

         7) диэлектрическая проницаемость при частоте 4,5* Гц    =14,4

    ZnO - поверхностно-активный элемент стекла

PbO

1) молекулярный объём  =23,5 /моль

2) показатель преломления  =2,150

3) линейный коэффициент термического расширения  *=130

модуль упругости   *=4,3  кгс/

5) модуль сдвига   *= 1,45  кгс/

6) средняя дисперсия   *=5280

         7) диэлектрическая проницаемость при частоте 4,5* Гц    =22

    PbO - поверхностно-активный элемент стекла

Средний линейный коэффициент термического расширения может быть рассчитан по методу А.А. Аппена с точностью до 2,2*. Точность расчёта других свойств стекла (модуля Юнга и модуля сдвига) лежит в пределах 3%.

Таким образом, основные преимущества расчётного метода А.А. Аппена заключается в следующем:

  1.  приближённо-усреднённые парциальные величины рассчитаны А.А. Аппеном для большого числа компонентов, в том числе и не окисных, что даёт возможность рассчитывать величины свойств самых разнообразных стёкол;
  2.  метод обеспечивает высокую точность полученных результатов;
  3.  метод позволяет рассчитывать величины восьми свойств, относящихся к группам механических, оптических, термических и электрических свойств.

9 . Расчёт режима отжига стеклоизделия

Режим отжига стеклоизделия определяется свойствами стекла, формой о размерами изделий, технологией их изготовления, конструктивными особенностями печи отжига. параметры отдельных этапов отжига (температуры, продолжительности, скорости нагрева) выбирают исходя из допустимого для каждого конкретного изделия напряжения на основе законов возникновения, распределения и релаксации напряжений.

Нагрев стекла до температуры отжига (1 этап отжига) проводится с максимальной скоростью, ограниченной возможностью разрушения изделия. Возникающее при быстром нагреве временные термоупругие напряжения накладываются на остаточные напряжения, образовавшиеся в изделиях при его формировании. разрушающие напряжения без учёта их знака условно принимают равным 70 МПа.

Вычисляем верхнюю температуру отжига по методу М.В. Охотина:

 =-6,14 Na2O+3,15CaO(+MgO)+3,78 Al2O3+598,03=

=-6,14*1+598,03=591,89

Для закрепления формы изделия помещают в печь отжига, охлаждают до температуры ниже верхней температуры отжига (450…500). Для расёта принимаем эту температуру 480.

Скорость на первом этапе отжига рассчитывается по формуле:

=(20…30)/

где а- полутолщина листа стекла, см.

Принимаем  a=0,5 см, тогда

=25/=100 /мин

Время первой стадии  =(591-480)/100=1,11 мин

Выдержка при режиме отжига (2 этап) приводит к  выравниванию температур в изделии и релаксации имеющихся в нём остаточных напряжений.

Время выдержки при температуре отжига в зависимости от предшествующей скорости нагрева изделия и его толщины составляет

=(70…120)=100*0,25=25 мин

Выдержку можно производить при любой температуре, лежащей в зоне отжига, однако понижение температуры на каждые 10 увеличивает время релаксации напряжений примерно в 2 раза.

Нижнюю температуру отжига принимают на 150 ниже , то есть

= 591-150=441

Ответственное (медленное) охлаждение (3 этап) является важнейшей стадией отжига, поскольку именно на ней в изделии могут вновь образоваться постоянные напряжения.

Определяют скорость и время ответственного охлаждения:

=(2…5)/=2/0,25= 8 град/мин

150/8=18,75 мин

Быстрое охлаждение стекла ниже  (4 этап). На этой стадии – от  до комнатной температуры – вероятность релаксации термоупругих напряжений и появление остаточных напряжений пренебрежимо мало.

Рассчитываем скорость и время охлаждения изделий до комнатной температуры (20)  на последней стадии процесса отжига:

=(10…15)/=15/0,25=60 град/мин

(441-20)/60=7,01 мин

Таким образом общая продолжительность процесса отжига составит:

=1,11+25+18,75+7,01=46,87 мин

В промышленных условиях температура в отжигательных печах изменяется настолько плавно, что чёткое разграничение этапов отжига отсутствует.

В соответствии с общими тенденциями развития технологии стекла исследования в области термической обработки направлены на интенсификацию отжига стекла. Это достигается сокращением режима отжига (1 и 3 его этапов).

10.Заключение.

В течении последних десятилетий научно-техническая революция во всех областях науки и техники привела к громадным сдвигам и в науке о стекле, и в технологии стекла.

Стекольная промышленность в настоящее время одна из важнейших отраслей народного хозяйства, оснащённая современной техникой.

За последние годы путём интенсификации процессов варки стекла, главным образом за счёт повышения температуры, увеличения размеров ванных печей, применяемых в стекольной промышленности, возросло производство оконного, полированного, теплозащитного и архитектурно-строительного стекла. Применены новые огнеупорные материалы для кладки бассейна печей и каналов выработки, что увеличивает срок непрерывной работы печей. Использование оптимальных химических составов стекла и режимов выработки позволило повысить скорость вытягивания ленты стекла.

В настоящее время предприятия заняты всемерной интенсификацией и повышением эффективности производства на базе научно-технического прогресса.

Принимаются кардинальные меры по созданию высокопроизводительных машин и технологических линий, оснащённых автоматикой, по механизации трудоёмких работ и транспортных операций. Ведётся работа по экономии материальных и энергетических ресурсов, повышению качества продукции, увеличению объёмов использования отходов и попутных продуктов других производств, охране окружающей среды.

11. Список литературы

  1.  Китайгородский И.И. Технология стекла – М.: Стройиздат, 1976г., -564с.,ил/
  2.  Артамонов М.В., Асланова М.С., Бужинский И.М. Химическая технология стекла и ситаллов: учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1983г. – 432с.,ил.
  3.  Жерновая Н.Ф., Онищук  В.И., Минько Н.И. Физико-химические основы технологии стекла и стеклокристаллических материалов: учебно-практическое пособие. – Белгорд: изд-во БегГТАСМ, 2001г. – 101 с.
  4.  Матвеев М.А., Матвеев Г.М., Френкель Б.Н. Расчёты по химии и технологии стекла: справочное пособие, - М.: Стройиздат, 1972 г. -238 с
  5.  Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчёты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов: учеб. пособие для техникумов. – М.: Стройиздат, 1975 г. – 320с.
  6.  Павлушкин Н.М., Сентюрин Г.Г., Ходаковский Р.Я. Практикум по технологии стекла, М., Стройиздат, 1965 г.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29779. Цепи вызова абонентом и опроса вызывающего абонента П-194М по принципиальной схеме 49 KB
  Вопрос 1. Цепи вызова абонентом и опроса вызывающего абонента П-194М по принципиальной схеме. Назначение и основные ТТХ радиорелейной станции Р-409МА. Состав ВЧ оборудования Р-409МА, назначение блоков. Опрос абонента коммутатора П-194М.
29780. Цепь прохождения разговора между двумя абонентами П-194М по принципиальной схеме 474 KB
  2: При работе станции в поддиапазоне А частоты возбудителя лежат в пределах 60120 мГц а в поддиапазонах Б и В – в пределах 6011199 мГц. В сменных блоках передатчиков обеспечивается или только усиление А или усиление и умножение частоты колебаний возбудителя Б В. Отличие заключается лишь в том что в приемниках поддиапазонов Б и В дополнительно применено соответственно удвоение и учетверение частоты первого гетеродина блока Б2 общего для трех поддиапазонов станции. Как видно из рисунков в приемниках применено двойное...
29781. Цепь посылки вызова абонента АТС по СЛ с коммутатора П-194М по принципиальной схеме 354 KB
  Для обеспечения диапазонной кварцевой стабилизации частоты в возбудителе применена частотная автоматическая подстройка частоты генератора плавного диапазона по эталонному кварцевому калибратору источнику сетки опорных частот. Структурная схема возбудителя по назначению и принципу работы может быть разделена на три части: Тракт высокой частоты состоящий из генератора плавного диапазона частотного модулятора с компенсирующим усилителем и усилителя высокой частоты т. устройств обеспечивающих генерирование усиление и частотную...
29782. Цепь дистанционного управления радиостанцией П-194М по принципиальной схеме 77.5 KB
  После ответа требуемого абонента телефонист переводит ключ ОВ в среднее положение. При этом абоненты остаются соединенными шнуровой парой коммутатора, а приборы рабочего места от цепи разговора отключаются. Разговорные токи между абонентскими телефонными аппаратами пройдут по цепи
29783. Назначение и принцип работы источников вызова П-194М по принципиальной схеме 82 KB
  Назначение и принцип работы источников вызова П194М по принципиальной схеме. Источники вызова их назначение и принцип работы. Вызывные приборы рабочего места телефониста предназначены для посылки вызова абоненту. Вызывной трансформатор служит для понижения напряжения сети переменного тока 127 220 В до напряжения 80В используемого для посылки вызова абоненту.
29784. Назначение и ТТХ линейного телеграфного коммутатора П-190(192) 63.5 KB
  Назначение и ТТХ линейного телеграфного коммутатора П190192. Назначение состав и основные тактикотехнические характеристики коммутатора П190. НАЗНАЧЕНИЕ Комплект линейнотелеграфного коммутатора П190 предназначен для оборудования линейнотелеграфных кроссов и аппаратных а также для каблирования вводов узлов связи. Комплект коммутатора предназначен для работы в диапазоне температур окружающего воздуха от 0 до f50C также при относительной влажности воздуха не выше 95 о и температуре 25С.
29785. Классификация полевых кабелей связи. Конструкция и маркировка кабелей 63.5 KB
  Полевые кабели связи. Современные кабели связи классифицируются по ряду признаков в зависимости от назначения и области применения условий прокладки и эксплуатации спектра передаваемых частот конструкции материала и формы изоляции системы скрутки рода защитных покровов. В первую очередь кабели связи подразделяются на две основные группы: полевые и стационарные. Стационарные кабели предназначены для продолжительной службы; они обладают высокими и стабильными электрическими характеристиками и большой дальностью связи.
29786. Назначение, конструкция и ТТХ легкого полевого кабеля П-274М (внутриузлового кабеля ПТРК-5х2, кабеля дальней связи П-296М) 647 KB
  Назначение конструкция и ТТХ легкого полевого кабеля П274М внутриузлового кабеля ПТРК5х2 кабеля дальней связи П296М. Стальные проволоки выполняют роль грузонесущего элемента и обеспечивают необходимую прочность кабеля на разрыве. № п п Характеристика Кабель П274М П2 П268 П4 1 Емкость кабеля число пар 1 1 1 2 2 Наружный диаметр изолированной ТПЖ не более мм 23 17 34 22 3 Наружный диаметр оболочки кабеля мм 40 1 73 4 Прочность на разрыв кг 80 80 130 150 5 Строительная длина м на ТК2 П280М1 барабане типа Б...
29787. Принцип формирования линейного спектра сигналов аппаратуры П-327-2 по структурной схеме 72 KB
  Эксплуатационные измерения основных параметров кабелей. Измерение параметров полевых линий связи по постоянному и переменному току Эксплуатационные измерения линий связи проводятся с целью установления соответствия их параметров нормам а так же определения характера и места повреждения в случае аварии на линии. Эксплуатационные измерения производятся при:...