Курсовая работа: Разработка технологической схемы производства листового полированного стекла

Регламентировано также количество и размеры допускаемых пороков для стекла соответствующих марок (таблица 2.5).

Количество пороков <0,5 мм не нормируется, если расстояние между ними более 500 мм. В противном случае они включаются в общее число допускаемых пороков. К допускаемым относятся следующие виды неразрушающих пороков: свилы, шлиры, камни, пузырь, мошка, царапины, потертости и др.

Таблица 2.5 ? Количество и размеры допускаемых пороков для стекла соотвествующих марок

Коэффициент направленного пропускания света стеклом должен соответствовать значениям, указанным в таблице 2.6.

Таблица 2.6 ? Значения коэффициента направленного пропускания света стеклом

2.2 Выбор и обоснование основных и вспомогательных сырьевых материалов

Для производства листового полированного стекла будем применять следующие сырьевые материалы.

Кварцевый песок состоит из зерен кварца и примесей (глина, полевошпатовые породы, уголь, соединения железа и другие). В составе всех песков встречается наиболее вредная примесь оксид железа, окрашивающая стекло в зеленый или желтый цвет. Допустимая концентрация оксида железа: 0,05-0,15 %. В кварцевых песках присутствуют также красящие оксиды хрома Сr₂О₃ и титана TiO₂. Оксид хрома окрашивает стекло в зеленый цвет, а диоксид титана в присутствии железа - в желтый цвет. Содержание в кварцевом песке Сг₂О₃ не должно превышать 0,0001 %, a TiO₂-0,05 %. Кварцевый песок - источник главного стеклообразующего оксида для стекла. Кремнезем повышает вязкость стекломассы, улучшает механические и химические характеристики, повышает тугоплавкость стекла и затрудняет его гомогенизацию, уменьшает показатель преломления, ТКЛР и плотность, повышает термостойкость, увеличивает склонность к кристаллизации.

Мел - мягкая осадочная порода белого цвета. Включения оксидов железа придают ему желтоватый оттенок, а глины - сероватый. Содержание СаО в меле должно быть не менее 54,3 %, а оксида железа - не более 0,2 %. Мел служит для введения в состав стекла оксида кальция (СаО), который понижает температуру плавления и вязкость стекломассы, улучшает механические и химические свойства стекла, но усиливает склонность к кристаллизации, повышает плотность и тепловое расширение.

Сода кальцинированная - основной материал для ввода в стекло оксида натрия. Сода представляет собой белый пылевидный порошок, который хорошо растворяется в воде. Согласно требованиям стандарта в прокаленной соде содержание Na₂CO₃ должно быть не менее 99 %, остаточное содержание хлоридов - не более 0,8 %; Fe₂O₃ не более 0,02 %. В процессе варки стекла сода разлагается на Na₂O и СО₂; при этом из 106 мас. ч. Соды получается 62 мас. ч., оксида натрия и 44 мас. ч. углекислоты или 58,5 % Na₂O переходит в стекломассу и 41,5 % СО₂ улетучивается в атмосферу печи. Na₂O играет роль плавня в стекловарении, снижает температуру варки стекла, понижает вязкость стекломассы, уменьшает склонность к кристаллизации.

Сульфат натрия вводят в состав шихты в количестве 4- 5 % Na₂O взамен части кальцинированной соды. При варке стекла сульфат натрия разлагается очень трудно. Для того чтобы облегчить разложение сульфата натрия, в шихту вводят углеродистые восстановители. Неразложившейся сульфат натрия, обладая меньшей плотностью по сравнению со стекломассой, всплывает на ее поверхность, разрушая огнеупорную кладку стекловаренных печей.

По техническим условиям природный сульфат натрия первого сорта должен содержать, %: Na₂SO₄ не менее 96,5; Fe₂O₃ не более 0,01; NaCl не более 1; CaSO₄ не более 0,8; влаги не более 3; нерастворимого осадка не более 1,5.

Оксид алюминия вводят в стекло через безводный или водный глинозем, каолин, глину, полевой шпат и нефелин.

При добавлении полевого шпата в состав натриево-кальциевого стекла скорость варки замедляется, особенно при низких температурах, а также несколько задерживается скорость осветления. Если в материалах шихты содержится большое количество окиси кальция и небольшое щелочей, глинозем содействует провару и осветлению стекломассы.

Полевой шпат снижает коэффициент расширения стекла, что обусловливает повышенную термическую стойкость, повышает химическую стойкость стекла, улучшает механическую прочность и увеличивает твердость стекла; при содержании до 3 % улучшает однородность стекла, уменьшает склонность к кристаллизации; несколько повышает вязкость натриево-кальциевых стекол при замене SiО₂ и более значительно при замене Na₂О или СаО.

Характеристика применяемых сырьевых материалов приведена в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Характеристика применяемых сырьевых материалов

2.3 Расчет шихты для варки стекла. Расчет потребности сырьевых материалов на производство продукции

Состав для изготовления листового полированного стекла, %: SiO₂ ? 72,8; Al₂O₃ - 1,2; CaO - 9,7; Na₂O+K₂O - 13,6; MgO - 2,7. Расчет шихты производим методом уравнений. Для этого составляем балансовые уравнения по каждому оксиду. Принимаем через обозначения необходимое содержание песка кварцевого в шихте - х₁, мела - х₂, доломита - х₃, соды - х₄, полевого шпата - х_{5 .}

При технических расчетах шихты промышленных варок необходимо предусмотреть введение осветлителя. Наиболее распространенный осветлитель промышленных стекол - сульфат натрия. Количество Na₂O вводимого через Na₂SO₄, составляет 0,35 мас. %.

Химический состав исходных сырьевых материалов приведен в таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Химический состав сырьевых материалов

Расчет производим на 100 мас.ч. стекла.

SiO₂ вводится: с песком кварцевым, полевым шпатом, мелом и доломитом. С песком кварцевым вводится - 0,9956х₁ SiO₂; с полевым шпатом - 0,609х₅; с мелом - 0,0175х₂ и доломитом ? 0,0212x₃. Тогда уравнение SiO₂ имеет следующий вид:

72,8 = 0,9956х₁ + 0,0175х₂ + 0,0212х_{3 +} 0,609x₅.

Аналогичным образом составляем уравнения баланса по остальным основным оксидам:

- для Al₂O₃: 0,0011х₁ + 0,0027х₂ + 0,0073х₃ + 0,229x₅ =1,2;

- для СаО: 0,547х₂ + 03015х₃ = 9,7;

- для MgО: 0,204x₃ = 2,7;

- для Nа₂О: 0,583х₄ +0,156x₅ = 13,6 - 0,35;

0,437х₆ = 0,35.

В итоге расчета системы уравнений получим следующий расчетный состав шихты, мас.ч.:

песок кварцевый 69,87

сода кальцинированная 21,56

доломит 13,24

сульфат натрия 0,80

полевой шпат 4,36

мел 10,44

Определяем количество угля каменного, вводимого в количество 5% от содержания сульфата натрия в шихте: 0,80•5/100 = 0,04 мас. ч

Определение расчетного состава стекла на основе состава шихты и сырьевых материалов проводим путем нахождения количества оксидов, вводимых в стекломассу каждым из компонентов.

С кварцевым песком вносят следующие оксиды, мас.ч.:

SiO₂ = 69,87 • 99,56 / 100 = 69,56;

Al₂O₃ = 69,87 • 0,11 / 100 = 0,077;

Fe₂O₃ = 69,87 • 0,03 / 100 = 0,021.

Полученные данные сводим в таблицу 2.9.

Таблица 2.9 - Составы шихт и стекол по результатам расчета