Как делают стекло?

История изобретения стекла

Стекло было известно, по крайней мере, две тысячи лет назад. Древнеримский историк Плиний описал случай, в результате которого оно было изобретено. По его версии, однажды моряки, везшие на своем корабле соду, высадились заночевать на берегу, покрытом чистым золотым песком.

Они разожгли костер, чтобы приготовить ужин и согреться. Но один мешок из их груза прорвался, и сода высыпалась в костер. Ночью пошел дождь, смыл золу и головешки, и в результате моряки увидели на месте костра сияющую стеклянную поверхность.

Из каких компонентов делают стекло

Из каких компонентов делают стекло

Так ли на самом деле было изобретено стекло, или, как гласит другая версия, оно получилось в ходе экспериментов с обжигом глиняных горшков – но люди овладели секретом его приготовления довольно давно.

Для того, чтобы изготовить стекло, требуется три основных компонента.

Кварцевый песок – это чистый речной песок, состоящий из оксида кремния. Доля песка в смеси для варки стекла составляет около 75%. Он плавится при очень высокой температуре: его нужно нагревать до 1700 градусов Цельсия. От качества песка во многом зависит прозрачность и качество будущих стеклянных изделий. Венецианские стеклодувы, изготавливавшие наиболее знаменитое в средневековой Европе муранское стекло, специально привозили песок из провинции Истрия, а для богемского стекла мастера измельчали в мелкий песок куски кварца.

Сода (или поташ) необходима для того, чтобы расплавить песок при более низкой температуре. Добавив в песок соду в нужной пропорции, температуру нагрева стеклянной смеси снижают практически вдвое.

В процессе нагрева сода разлагается до оксида натрия или калия, который и служит катализатором плавления. В древности ее получали путем выщелачивания золы после сжигания водорослей или хвойных пород дерева. Доля соды в смеси для стекла составляет около 16-17%.

Известь, или окись кальция, делает стекло нерастворимым большинством химических веществ, крепким и блестящим. Впервые добавлять ее в стекло начали богемские стеклодувы в семнадцатом столетии, применяя для этого известняк или мел.

Кроме того, сегодня в массу для приготовления стекла добавляют сульфат натрия, таламит и нефелиновый сиенит. Для получения разноцветного стекла в качестве добавок используют окиси различных металлов: меди, железа, серебра и т.д.

Этапы производства листового стекла

Все ингредиенты, из которых производится стекло, загружают в печь и нагревают до образования жидкой однородной массы.

Расплавленную массу загружают в гомогенизатор и перемешивают до полной однородности.

Стеклянную массу выливают в длинную емкость, где находится расплавленное олово. На его поверхности стекло разливается ровным слоем одинаковой толщины, постепенно остывая.

Застывшая стеклянная лента поступает на конвейер, где производится контроль толщины и нарезка на стандартные куски стекла. Обрезанные неровные края, а также брак, не прошедший контроль качества, поступает на переплавку.

Готовое листовое стекло проходит последнюю проверку качества и отправляется на склад готовой продукции.

Аналогичным образом изготавливается стекло для производства посуды, измерительных приборов, елочных игрушек и другой продукции. Состав стекла может изменяться в зависимости от свойств, которые оно должно иметь.

Как производят стекло

Кроме того, для повышения прочности оно может подвергаться процедуре закаливания. В результате стекло приобретает способность выдерживать сильные удары по поверхности.

Популярны сегодня дуплексные и триплексные стекла, склеенные специальными составами из двух или трех слоев тонкого стекла. Однако основу каждого из них составляют золотой кварцевый песок, питьевая сода и обычная известь.

Процесс изготовления стекла и различные способы поэтапного производства

Стекло – это материал, что может менять свои технические свойства в зависимости от компонентов, из которых его изготовили. Благодаря этому оно может менять механическую прочность и термическую стойкость, прозрачность, возможность образования газонепроницаемости от совмещения с определенными металлами и сплавами.

Основным элементом, имеющим наибольший процент в составе стекла (от 40 до 96%) является кварцевый песок или же оксид кремния (IV) SiO2

Вторым по важности находится окись кальция СаО, дающая химическую стойкость стеклу и придающая блеск. Далее следуют различные оксиды щелочных металлов натрия (Na2O) или калия (K2O), благодаря которым стекло поддается плавке и выделке

Самым распространенным стеклом считается силикатное, а именно то, что используется в производстве окон, тары, различной посуды. Его состав начисляет 71-74% SiO2, от 5 до 7% CaO, ~15% Na2O и остальное в виде различных добавок Al2O3, MgO, Fe2O3, SO3.

В наше время листовое стекло производят двумя различными способами:

1. Методом Фурко, который разработал в 1902 году Эмиль Фурко.
2. Флоат (плавающий метод), разработанный в 1959 году фирмой «Пилкингтон», данный способ популярен до сих пор, и с его помощью производят более 90% стекла.

Остановимся детальнее на более распространенном плавающем методе получения этого материала.

Этапы производства стекла таким способом включают в себя:

1. Все компоненты для производства стекольной массы измеряются с большой точностью на электронных весах и отправляются в печь.
2. Далее при температуре 1600°С все превращается в сплошную массу. Ее доводят до однородного состояния с удалением пузырьков газа.
3. После этого полученную массу окунают в ванну с оловом температурой около 1000° С, при этом стекло благодаря более низкой плотности, чем у металла, плавает на его поверхности (основной принцип этого метода производства). В дальнейшем стекло охлаждается и приобретает гладкую поверхность.
4. В зависимости от количества загруженных расходных материалов определяется толщина стекла. После покидания оловянной ванны температура массы снижается до 600° С, которая всё ещё достаточно велика.
5. Чтобы снизить температуру до приемлемых 250° С стекло прокатывают на валиках через охлаждающий тоннель.
6. Далее остывшее сплошное полотно начинают нарезать на листы нужного размера, отходы при этом идут повторно в печь, обеспечивая безотходное производство.

Чтобы провернуть это сложную цепочку действий, ни одно производство не может обходиться без современных приборов.

Производство солнцезащитного стекла

Для падения пропускания солнечной и световой энергии стекла при производстве тонируют или окрашивают, они называются солнцезащитными. Окрашивают эти стекла в расплавленном виде, вводя оксиды металлов необходимого оттенка. Окрашенные Солнцезащитные стекла используются для остекления фасадов, в стеклопакетах в случае необходимости улучшения микроклимата или солнцезащиты в помещении.
Сейчас сильно выросло качество стекол с солнцезащитным покрытием в виде спецнапыления. Эти стекла становятся все более известными. Покрытие на них наносится при производстве. Оксид металла распыляется в печи, на ленту стекла при высокой температуре в 600 С. Оксид проникает в стеклянную структуру, делает покрытие прочным и устойчивым к внешним воздействиям.
Для декорирования оконных блоков, витражей, аквариумов и иных интерьерных деталей используют производство узорчатого стекла. Оно делается за счет нанесения на листовое стекло декоративных цветов, узоров и рисунков, его можно ламинировать и закалять, применять в звукопоглощающих и энергосберегающих стеклопакетах.
Светопропускание узорчатых бесцветных стекол выше цветных. В качестве декора можно также использовать тонированные гладкие стекла, которые защищают от ненужных взглядов и красиво рассеивают свет.
Таким образом производство стекла это сложный технологический процесс, требующий знания современных видов и разновидностей материалов. Ян Волховский, promplace.ru

Виды стекла

В зависимости от отрасли, которую собирается обслуживать предприятие, есть возможность наладить производство стекла различного типа. Среди наиболее востребованных модификаций:

• Кварцевое стекло. Наиболее распространенный и простой в изготовлении вид материала на основе кварцевого песка. Изделия из него обладают термостойкостью, прозрачностью, но при этом достаточно хрупкие. Такое стекло применяют, например, для изготовления колб и прочей лабораторной посуды.
• Известковое. Недорогой в производстве материал, который применяется для изготовления стеклотары, листового стекла и электрических ламп.
• Свинцовое. В состав стекольной массы добавляются кремнезем и оксид свинца. Используется в производстве хрусталя и элементов радиодеталей.
• Цветное стекло. Может быть прокрашенным в массе, тянутым, прокатным, узорчатым, гладким и двухслойным. Используется в качестве облицовочного материала, для декоративного остекления, изготовления витражей.
• Энергосберегающее (К-, И-, Е-, I-стекло). Производится путем нанесения на поверхность стекла тонкого невидимого покрытия с высокой теплопроводностью. Благодаря этому в помещении удерживается порядка 70% тепла, поступающего от отопительных приборов.
• Армированное стекло. Применяется для остекления оконных конструкций и перегородок в производственных помещениях. В толще стекла имеется металлическая сетка, благодаря которой при пожаре либо механическом повреждении конструкция не разлетается на осколки, а отламывается по линии среза.
• Тонированное. Используется для защиты от солнечных лучей. Производится путем добавления в стекольную массу оксидов металлов заданного оттенка.
• Солнцезащитное стекло. Соответсвующее покрытие наносится путем напыления. Проникая в толщу стекла, оксиды металлов придают поверхности дополнительную прочность и стойкость ко внешним воздействиям.
• Закаленное стекло. Материал получают посредством термообработки. После постепенного нагрева и последующего охлаждения стекло приобретает механическую прочность, что позволяет применять его, например, в автомобильной промышленности.
• Многослойное (Триплекс). Содержит несколько слоев, склеенных прозрачными полимерами. Имеет высокую устойчивость к образованию сквозных отверстий, хорошую звукоизоляцию, не разлетается на осколки при ударах. Применяется чаще всего в качестве лобового стекла в автомобилях и в производстве стеклопакетов.
• Моллированное. Обычное стекло нагревают и придают заданную форму. В результате получают самые разнообразные изделия сложной, например, изогнутой конфигурации.
• Бронированное. Многослойная конструкция из нескольких стекол М1 и полимерного фотоотверждаемого состава. Может быть пленочным и беспленочным. Надежно защищает от пуль в соответствии с классом пулестойкости – В1, В2, В3, В4, В5.
• Противопожарное стекло. В РФ производится мало. Содержит арматуру, которая удерживает треснувшие при пожаре стекла на месте, предотвращая, тем самым, распространение пламени.

Какими характеристиками и свойствами обладает стекло?

Пропорции компонентов для изготовления стеклянных товаров подбирают в зависимости от их назначения. Выделяют: бытовое стекло – то, из чего после делают посуду, очки, украшения; строительное – витрины, окна, витражи;

Техническое стекло – наиболее плотное. Используется в тяжелой промышленности. Основное свойство стекла – «умение» пропускать через себя солнечный свет. Но не полностью. Так, стандартное оконное стекло пропускает лишь 85 % солнечного света. Стекло имеет малую теплопроводность, проще говоря – оно не слишком нагревается от других продуктов. Это свойство широко используется для использования стекла в каминах (бытовой техники – плитах и духовках).

Интересный факт: Все слышали о бронированном (пуленепробиваемом) стекле. Процесс его производства выглядит так: несколько стеклянных пластов соединяют между собой, фиксируют полимерными пленками и отправляют в печь. Первое пуленепробиваемое стекло установили на окна Белого дома в 1941 году.

Стекло – удивительный материал. Процесс его создания сложный и травмоопасный, но интересный и очень нужный.

Сырье для производства стекла

Стеклом называют не только привычный всем материал, используемый для изготовления окон. В промышленности существует очень много разновидностей, которые служат для самых разных целей. Способы получения стекла в основном сводятся к термической обработке компонентов. Метод производства был открыт довольно давно, но в древние времена материал обладал низким качеством, так как люди не умели хорошо очищать его, и в составе оставалось много вредных примесей, которые значительно ухудшали свойства.

Стекло нередко было практически непрозрачным, имело зеленоватый оттенок, и было излишне хрупким. Это говорит о слишком высоком содержании металла или серы. Но с развитием технологий улучшалось и качество готовой продукции. Основное сырье:

• •    оксид кремния, который в большом количестве содержится в песке;
• •    оксиды бора, фосфора, теллура, германия;
• •    фторид алюминия;
• •    некоторые виды химически активных металлов и их соединения.

Какие функции выполняют сода и известь в процессе производства?

Известь

Сода помогает уменьшить температуру плавления в 2 раза. Если ее не добавить, песок будет очень сложно расплавить, и соответственно – соединить отдельные песчинки между собой. Известь нужна, что бы масса стойко переносила воду. Если бы ее не было в составе, окно, например, растворилось бы сразу после первого дождя, а стакан лопнул после соприкосновения с водой.

Интересные факты:

1. Китай не производил стекло более 500 лет – с XIV по XIX века. Сейчас государство – один из лидеров производства, и контролирует треть мирового стеклянного рынка.
2. 1994 год стал крайне активным в плане переработки стекла в США. Если выложить в одну линию все переработанные за тот год стеклянные изделия, получится своеобразная «дорога» на Луну.

Производство стекла в промышленных условиях

Начинается все с того что на завод по производству привозят все необходимые вещества. Основные компоненты из чего делают стекла это кварцевый песок, доломит, сода, известь. Все вещества проходят подготовительную обработку. Песок очищают от примесей железа, доломит и известь измельчают в дробилке. После чего все вещества смешиваются и на этом этапе также вмешивают компоненты, нужные для придания определенных свойств. Вся эта смесь называется шихтой. Шихта — это уже полностью готовая к дальнейшей обработке смесь, то есть это уже конкретно то из чего делают стекло.

Начинается технологический процесс по изготовлению стекла. Готовая шихта по конвейеру попадает в бункеры, из которых засыпается в погрузчик, и уже погрузчик заталкивает её в печь. Так как температура здесь колеблется от 1200 до 1600 градусов, в зависимости от типа будущего стекла, то такая печь работает непрерывно на протяжении нескольких лет. Потому что нельзя просто так взять и отключить такую печь, иначе она просто разрушится. Для того чтобы выключить такую печь потребуется около недели равномерного остывания. При такой температуре шихта превращается в стекломассу.

Из печи эта стекломасса сначала попадает в резервуар с мешалкой, а после того как она хорошо размешается, вытекает в студочную камеру. Здесь она остужается примерно до 1000 градусов. Из студочной части стекломасса попадает во флот-ванну. На этом этапе происходит интересный процесс. Флот ванна представляет собой ванну с расплавленным оловом, температура которого около 600-700 градусов по цельсию. По этому олову стекломасса буквально плывет и немного остывает, именно благодаря этой технологии она приобретает практически идеальную плоскость.

После ванны с оловом, лента стекла попадает в лер обжига, который в длину больше 100 метров, прокатываясь по которому оно постепенно остывает.

Следующий этап — это нарезка ленты на листы стекла. Здесь применяется очень хитрая технология. Нарезка происходит прямо по ходу движения ленты, что значительно ускоряет весь процесс изготовления стекла. Как на ходу можно нарезать ленту, спросите вы. Дело в том что резак двигается с абсолютно одинаковой с лентой скоростью и в это время режет её поперек, после чего возвращается в исходное положение. Итак мы получаем готовые листы стекла.

Теперь в работу вступает такое оборудование, как стоплеровочная машина. Как можно понять по названию она делает стопки из стекла. Перемещение листов стекла, происходит при помощи присосок, так как стекло очень хрупкое, но весит довольно много, то другим способом его никак нельзя передвинуть. После того как стопки образованы их перевозит специальный погрузчик, а дальше уже стекло распределяется на склады, магазины, в места где из них делают стеклопакеты и так далее.

Кстати почему стекло получается прозрачным? Дело в том что кварцевый песок полностью прозрачен. Но мы не можем ничего увидеть через песчинки из за многократного преломления света. Например, если вы раскрошите стекло на много частей то через них вы тоже ничего не увидите. А когда песок превращается в гладкую массу то тут мы уже видим прозрачный лист стекла.

Основные стадии процесса производства стекла

Если не рассматривать все технологические подробности, то сам процесс плавки стекла можно разделить на несколько условных этапов:

• создание изначальной смеси компонентов. Первая стадия, которая считается одной из самых важных. Необходимо строго соблюдать дозировку и пропорции между основными компонентами, чтобы итоговое стекло отвечало нужным требованиям;
• подготовка шихты к дальнейшей переработке. Это промежуточная стадия, которая заключается в равномерном смешивании всех компонентов перед подачей в загрузочный бункер. Существует целый ряд новых разработок, которые позволяют предварительно прогреть подаваемый состав и более тщательно его перемешать. Это приводит к уменьшению энергозатрат и большей эффективности производства;
• подача состава в специальную печь. Для производства листового прокатного стекла используют прямоточные печи-ванны, которые изготавливают из жаропрочных материалов. В процессе плавки компоненты изначального сырья преобразуются в физически и химически однородную массу, из которой удаляются различные примеси и газы;
• выплавка стекл