Реферат
Листовое полированное стекло, ассортимент, сырьевые материалы, шихта, технологическая схема
Целью курсового проекта является разработка технологической схемы производства листового полированного стекла.
В проекте приведен аналитический обзор технологии получения листового стекла; указан выбор ассортимента выпускаемой продукции, применяемые сырьевые материалы, химический состав стекла, выбор и описание технологической схемы производства. Разработаны мероприятия по охране окружающей среды и технике безопасности.
Содержание
Введение
1. Аналитический обзор патентно-информационных источников литературы
1.1 Составы листовых стекол и способы их производства
1.2 Процессы стекловарения и способы их интенсификации
1.3 Анализ обзора литературы, выбор рационального состава стекла и технологической схемы производства листового полированного стекла
2. Технологический раздел
2.1 Ассортимент продукции и требования, предъявляемые к ней
2.2 Выбор и обоснование основных и вспомогательных сырьевых материалов
2.3 Расчет шихты для варки стекла. Расчет потребности сырьевых материалов на производство продукции
2.4 Технологическая схема и основные технологические процессы производства листового полированного стекла
2.5 Оценка вредного воздействия технологического процесса на окружающую среду
2.5.1 Очистка стеклянного боя
2.5.2 Очистка отходящих газов
2.5.3 Очистка сточных вод
Заключение
Список использованных источников
Введение
Стеклом называют аморфное тело, не обладающее упорядоченной структурой и имеющее температурный интервал плавления. Листовым полированным стеклом называют изделие из прозрачного натрий-кальций-силикатного стекла, практически не изменяющего спектральный состав проходящего сквозь него света, изготовленное методами флоат или вертикального вытягивания без дополнительной обработки поверхностей, имеющее вид плоских прямоугольных листов.
Изобретение около I века до н. э. стеклодувной трубки стало крупным шагом в истории стеклоделия, а с ней и способа выдувания изделий. В итоге резко расширились области использования стекла, а также улучшилось качество получаемых изделий. Стеклянная посуда стала намного доступнее, появилась возможность получать тонкое плоское стекло, что в итоге привело к практике остекления окон в жилищах.
Наконец в 50-х годах прошлого столетия фирмой «Пилкинтон Бразерс» предложена новая непрерывная технология получения полированного стекла на расплаве олова (флоат-процесс).
В настоящее время технология «плавающей ленты» практически вытеснила традиционные способы производства листового стекла. прозрачными листами стекла заполняют световые проемы зданий и сооружений, а также остекляют транспортные средства, в особенности часто здесь используется закаленное и многослойное стекло. промышленность плоского стекла в основном ориентируется сегодня на производства флоат-стекла, которое находит широкое применение в различных областях: строительство и архитектура, остекление транспортных средств, мебельной промышленности.
Особенное значение приобрела промышленная обработка базового прозрачного флоат-стекла с целью получения безопасных, терморегулирующих, зеркальных, стекол с покрытиями, поскольку, таким образом, качественно изменяются его основные физико-химические свойства.
Целью курсового проекта является разработка технологической схемы производства листового полированного стекла.
Задачи курсового проекта:
1. Аналитический обзор составов листовых стекол.
2. Выбор рационального состава стекла и технологической схемы производства.
3. Выбор ассортимента продукции, требования предъявляемые к ней.
4. Выбор основных и вспомогательных материалов.
5. Расчет шихты и потребности сырьевых материалов на производство.
6. Составление технологической схемы производства.
1. Аналитический обзор патентно-информационных источников литературы
1.1 Составы листовых стекол и способы их производства
Листовым полированным стеклом называют изделие из прозрачного натрий-кальций-силикатного стекла, практически не изменяющего спектральный состав проходящего сквозь него света, изготовленное методами флоат или вертикального вытягивания без дополнительной обработки поверхностей, имеющее вид плоских прямоугольных листов.
При выборе химического состава стекол для изделий массового производства следует обеспечить его экономичность с точки зрения затрат на сырьевые материалы, а также энергоемкости производства, возможность высокоскоростной выработки изделий, обладающих требуемым стандартом уровнем технико-эксплуатационных и качественных характеристик. Листовое стекло, безусловно, относится к массовым видам продукции. Ежегодно в мире производится более 3,5 млрд. м2 листового стекла (в пересчете на толщину 4 мм).
В связи с этим весьма важно, чтобы шихта, из которой оно изготавливается, содержала как можно меньшее количество дефицитных, дорогостоящих, а также токсичных сырьевых материалов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду. Поскольку различные оксиды, входящие при варке шихты в состав стекла, индивидуально влияют как на технологические свойства стекломассы, так и на эксплуатационные свойства твердого стекла, то проектирование оптимальных составов листовых стекол представляет непростую задачу, которая еще более усложняется в связи с тем, что влияние некоторых оксидов на одно и то же свойство может быть различным в зависимости от содержания оксида и температуры стекломассы. На заре стеклоделия составы оконного стекла базировались на трех основных оксидах: SiO2, CaO, Na2O. Однако недостаточная химическая устойчивость, а также склонность к кристаллизации подобных стекол вызвали необходимость их модифицирования. Совершенствование составов массовых промышленных стекол происходило в направлении частичной замены SiO2 на Al2O3, а СаО на MgO, что сопровождалось существенным улучшением указанных свойств.
Таким образом, современные составы листовых стекол проектируются на основе системы Na2O-СаО-MgO- Al2O3- SiO2.
Для их выработки используется распространенное и относительно дешевое природное сырье - кварцевый песок, известняк, мел, доломит, полевой шпат и др. Широко применяется комплексное сырье, в состав которого входят несколько из упомянутых оксидов (полевошпатовые пески, полевошпатовый и пегматитовый концентраты, доломит, нефелиновая сода и др.), что позволяет снизить себестоимость шихты.
Роль основных оксидов в составе стекол для многотоннажных производств, а также и их влияние на свойства силикатных стекол сводится к следующему.
Кремнезем SiO2 - основной компонент большинства промышленных составов стекол, где его содержание обычно превышает 70 мас. %. Рост его содержания в стекле способствует повышению вязкости расплава и тем самым - повышению скорости выработки, однако повышает температуру варки, осложняя достижение стекломассой гомогенного состояния, улучшает химические свойства стекол, снижает плотность, показатель преломления и ТКЛР, повышает термическую устойчивость изделий. Склонность к кристаллизации стекол возрастает с увеличением содержания SiO2 (как правило).
Оксиды щелочных металлов (Na2O + K2O) вводятся в состав стекол с целью снижения температуры варки (плавни). В составах промышленных стекол для массовых производств их суммарное содержание составляет 13,2-16%. Их влияние на основные свойства стекол сводятся к следующему: снижение вязкости стекол во всем диапазоне температуры, также склонности к кристаллизации, повышение плотности и ТКЛР (в наибольшей степени). При увеличении содержания (K2O + Na2O) увеличивается «длина» стекол, что приводит к снижению скоростей выработки, в связи с чем многощелочные стекла в большей степени пригодны для ручной выработки. Попутно снижается показатель преломления стекол, их химическая и термическая устойчивость, электрическое сопротивление, поверхностное натяжение и микротвердость.
В ряде случаев весьма полезным является одновременное присутствие двух или трех щелочных катионов в составе стекла, что положительно сказывается на ряде свойств стекол, связанных со скоростью диффузии ионов (эффект нейтрализации).
Оксид кальция СаО вводится в состав массовых стекол в количестве до 12% и более. Своеобразным является его влияние на вязкость стекол. СаО является сильным плавнем и заметно снижает высокотемпературную вязкость стекол (будучи введенным, например, вместо MgO в возрастающих количествах). Напротив, низкотемпературная вязкость при этом сильно возрастает, что в итоге приводит к сильному сокращению «длины» стекла и создает предпосылки для увеличения скоростей выработки изделий. Другие свойства стекол изменяются при этом следующим образом: улучшаются механические и химические характеристики, растут значения показателя преломления, плотности и теплового расширения, однако усиливается склонность к кристаллизации.
Введение в состав массовых стекол оксида MgO (вместо СаО) было призвано с целью улучшения их кристаллизационной способности и химической устойчивости, что и наблюдается при возрастании содержания MgO до 4%. При этом, однако, возрастает вязкость расплавов, особенно в области высоких температур, а также поверхностное натяжение стекломассы, снижается ТКЛР. Доля сырьевых материалов при производстве изделий массового потребления (листовое стекло, тара) составляет около 30% себестоимости.
При этом из всех используемых сырьевых материалов кальцинированная сода является наиболее дорогим компонентом. Ее стоимость составляет около 70% стоимости шихты. Это связано с тем обстоятельством, что сода Na2CO3 является синтетическим продуктом, производство которого требует значительных материальноэнергетических затрат.
Помимо стоимости сырья на технико-экономические показатели производства стекольной продукции влияет уровень организации технологического процесса, а именно: расходы на стекловарение, рациональность режимов формования, степень оснащенности последующих операций и т. д. Расходы на стекловарение зависят помимо других важных факторов (конструкция печи, типы применяемых огнеупоров и габариты) и от состава стекломассы.
Наиболее легкоплавкие эвтектические составы в системе СаО - Al2O3 - SiO2 имеют температуры плавления 732-760С. Современные промышленные составы требуют значительно более высоких температур варки для получения качественной однородной, не содержащей газовых включений стекломассы.
Рост содержания Al2O3 и снижение содержания Na2O в них (одна из современных тенденций) сопровождаются повышением температуры стеклообразования и осветления, а следовательно, и температуры варки. Влияние состава стекломассы на расход топлива примерно оценивается по разнице температур, соответствующей вязкости расплава 10 Пас. При этом разница Т = 10 в 10С адекватна изменению расхода топлива примерно на 1,4%.
Важнейшей тенденцией современного стекловарения является поддержание максимальных температур варки массовых составов стекол до 1560-1580С, что является наиболее мощным фактором повышения съемов стекломассы с конкретной ванной печи. При этом, конечно, возрастает абсолютная величина затрат на стекловарение, однако уровень удельных затрат (на 1 тонну изделий) существенно ниже вследствие опережающего роста производительности агрегата.
Помимо перечисленного выше, состав листового стекла должен обеспечивать:
- заданные свойства изделий в зависимости от их назначения и условий эксплуатации;
- достижение высокой скорости варки при разных температурах варки, с учетом качества огнеупоров, применяемых для кладки стекловаренных печей;
- минимальное взаимодействие расплавленной стекломассы с огнеупором печи в ходе варки;
- достаточно большой безопасный интервал формования (разность между температурой формования и температурой верхнего предела кристаллизации), что исключает возможность образования и роста кристаллов в стекломассе в период ее студки или в ходе вытягивания в ленту (формование);
- оптимальную скорость твердения стекломассы, обеспечивающая приобретение ею желаемой формы за достаточно короткий промежуток времени без возникновения в изделии разрушающих напряжений. Малая скорость твердения стекломассы приводит к низкой производительности установок, чрезмерно высокая - к трудностям, связанным с организацией процессов формования и охлаждения без деградации изделий.
Стекла системы Na2O-СаО- SiO2, модифицированные введением Al2O3 (вместо SiO2) и MgO (вместо СаО) в полной мере отвечают приведенным требованиям. Введение в состав листовых стекол двух последних компонентов преследует следующие цели: оптимизация скорости твердения при снижении их кристаллизационной способности и одновременном повышении химической устойчивости.
Именно относительно невысокая скорость твердения первых составов листовых стекол, вырабатывавшихся методом вертикального вытягивания стекла (ВВС), а также малый интервал между температурами формования (Тф) и верхнего предела кристаллизации (Тв.п), а зачастую и его отсутствие препятствовали четко оформившейся в 90-х годах тенденции в производстве листового стекла: увеличению мощности линий и интенсификации процессов стекловарения и формования.
По мере роста производительности стекловаренных печей, увеличения скоростей вытягивания стекла, повышения требований к его качеству протекало совершенствование химических составов листовых стекол в следующих направлениях:
- снижение содержания щелочных компонентов (более «короткие» стекла);
- увеличения содержания щелочных земель (СаО + MgO) за счет снижения содержания Al2O3; - оптимизация соотношения СаО / MgO.
Таким образом, состав листового стекла зависит от способа формования. В частности, чем выше скорость выработки, а она возрастает при переходе от лодочного способа к безлодочному и далее - к флоат-процессу, тем меньше содержание щелочных оксидов в составе стекла и выше содержание щелочных земель. Составы листовых стекол отечественных производителей представлены в таблице 1.1.