Подготовленные сырьевые материалы ленточным конвейером подаются в смеситель. Параллельно с сырьевыми материалами в смеситель подаётся вода. Вращающиеся лопасти постоянно перемешивают весь объём продуктов в неподвижном баке круглого сечения, создавая при этом потоки разного направления и обеспечивая получение гомогенной шихты. Полный цикл смешивания не более 3 минуты. Влажность готовой шихты не более 5 %.
Шихта и стеклобой, полученный в результате отбраковки стеклоизделий, подаются ленточным конвейером в плунжерный загрузчик шихты и далее попадают в стекловаренную печь.
Сущность флоат-процесса состоит в использовании двух несмешивающихся жидкостей, одна из которых менее плотная (стекломасса) - растекается по более плотной с образованием слоя одинаковой толщины. Последняя должна отвечать следующим требованиям:
ее плотность должна быть существенно больше плотности стекломассы;
точка плавления должна быть ниже 600°С;
давление паров при температуре около 1050-1100°С должно быть минимальным;
при высокой температуре она не должна химически взаимодействовать со стекломассой.
Предъявленным требованиям отвечают только расплавы металлов.
Сравнительно простая технология получения чистого олова делает его наиболее дешевым и, следовательно, наиболее эффективным с экономической точки зрения.
Свободное растекание жидкой стекломассы по расплавленному металлу подчиняется общим закономерностям взаимодействия несмачивающихся жидкостей и зависит от плотности жидкостей и величин поверхностного натяжения на границах раздела фаз стекло - металл - газовая среда в ванне расплава. При этом стекломасса растекается под действием собственной массы стекла, а противодействует ей сила поверхностного натяжения.
Флоат-способ получения листового стекла является непрерывным процессом, при котором в ванну с расплавом олова непрерывно осуществляется дозированная подача стекломассы. Непрерывное поступление стекломассы на металлическую подложку приводит к образованию и распространению волн на поверхности ленты, подчиняющимся общим закономерностям распространения волн в жидкой среде.
После слива стекломасса должна определенное время свободно растекаться, что необходимо для выравнивания ее поверхности, в связи с чем для получения высокого качества флоат-стекла, необходимо предусмотреть изотермическую выдержку его в головной части ванны сразу после слива.
Флоат-ванна является центральным звеном поточных линий по производству термически полированного стекла. Она состоит из:
бассейна, выполненного из огнеупорного материала (шамот) с окантовкой из графита по уровню олова и заполняемого расплавленным металлом;
плоского футерованного свода, подвешенного на несущих металлоконструкциях так, что между ним и верхней кромкой бассейна остается зазор;
установленного по периметру бассейна пояса стальных вставок для герметизации пространства внутри ванны и установки технологического оборудования;
герметизирующей обмазки.
По длине ванна разделена на секции, часть из которых выполняются широкими (головными), часть - узкими (хвостовые), одна секция - переходная от широкой части ванны к узкой.
Нагрев внутреннего пространства ванны расплава производится электронагревателями, которые автоматически поддерживают температурный режим. Система воздушного охлаждения обеспечивает поддержание на наружной поверхности дна кожуха бассейна температуры не более 120°С (во избежание разъедания оловом металлического дна кожуха).
К первой секции ванны расплава примыкает узел подачи стекломассы. Количество стекломассы регулируется шиберами. Первый шибер предназначен для отсекания потока стекломассы. Второй, расположенный у входа в ванну расплава, регулирует расход стекломассы. Шибера изготовлены из кварцевой керамики.
Канал узла подачи, сливной брус, боковые стенки выполнены из огнеупора типа ZIRKOSIT S. Расстояние от «носика» сливного лотка до уровня расплава олова - от 70 до 80 мм, до заднего смачиваемого бруса - 160 мм.
Футеровка дня бассейна выполнена крупногабаритными брусьями из шамота. Свод ванны состоит из сводовых балок, сводовых плит, стеновых плит и теплоизоляции. Сводовые балки и плиты выполнены из высокоглиноземистого огнеупора типа МЛС-62, стеновые плиты - из шамотного огнеупора.
Между бассейном и сводом имеется пояс вставок для обслуживания ванны расплава, где установлены термопары, холодильники, флажковые рассекатели, утоняющие машины, ограничители.
Наблюдение за процессом производится через смотровые окна, расположенные во вставках.
В начале первой секции и в конце двадцать третьей имеются подвесные ширмы. В боковых стенах с обеих сторон имеются окна для установки нагревателей.
К концевой части ванны расплава примыкает шлаковая камера, установленная между ванной расплава и печью отжига. В камере находятся три вала, регулируемые по высоте. С их помощью производится подача ленты стекла в печь отжига.
Шлаковая камера предназначена для герметизации ванны расплава и соединения ее с печью отжига и представляет собой шлюзовое устройство, состоящее из трех отсеков, разделенных между собой металлическими шторками, выполненными из листовой жаропрочной стали и стеклоткани. Для очистки валов от окислов олова применяется ряд графитовых уплотнений, монтирующихся в лотке из жаропрочного чугуна.
Для создания защитной пленки сульфата натрия на нижней поверхности ленты стекла в шлаковую камеру и печь отжига, подается сернистый газ.
Нагреватели ванны расплава выполнены зигзагообразными (из сплава Х27Ю5Т D 10 мм) свободно лежащими на высокоглиноземистых трубках и разделены на группы нагрева.
Питание нагревателей каждого участка осуществляется с силового распределительного щита через каскад, состоящий из тиристорного преобразователя напряжения и печного трансформатора.
Для защиты расплавленного олова от окисления в ванну расплава подается защитная атмосфера - смесь азота и водорода. Защитная атмосфера должна отвечать следующим требованиям по содержанию газов и примесей:
азот - 98,0-88,0 %; водород - 2,0-12,0 %; кислород - не более 0,0003 %;
газообразные углеродсодержащие соединения СО - не более 0,05%; СО2 - не более 0,05 %;
механические примеси - не более 0,001 г/м3; влажность - не более 0,001 г/м3.
В ванне расплава поддерживается внутреннее избыточное давление, препятствующее проникновению воздуха в ванну. На каждую зону защитная атмосфера поступает по самостоятельному трубопроводу.
Химически чистое олово при температурах проведения флоатпроцесса (600-1050°C) слабо взаимодействует со стекломассой и имеет низкую упругость паров (0,25-0,3 Па). Однако если в олове содержится незначительное количество кислорода либо серы (тысячные доли процента), то его поведение резко изменяется, а именно: возрастает содержание олова в паровой фазе над расплавом вследствие выделения в атмосферу ванны его соединений: оксида SnО и сульфида SnS.
Выделившиеся в паровую фазу соединения олова конденсируются на своде ванны, восстанавливаются до металлического Sn, которое капает на поверхность отформованной ленты, приводя к появлению дефекта «верхние пятна».
Обязательным условием при реализации флоат-процесса является надежная защита расплава олова от окисления и насыщения его газами. Даже небольшие примеси соединений кислорода и серы, попадающих в ванну расплава, должны быть нейтрализованы. Это обеспечивается созданием в ванне защитной азотно-водородной атмосферы, содержащей 4-8% Н2 и, соответственно, 92-96% N2. Водород, являясь активным компонентом защитной атмосферы, реагирует с кислородом, который проникает в газовую атмосферу ванны через неплотности, а также поступает в нее вместе со стекломассой и связывает его: Н2 + 1/2О2 = Н2О
Окислительная способность водорода зависит от температуры, поэтому в головную часть ванны подается минимальное содержание водорода, что к тому же предупреждает возможность его проникновения в выработочную часть печи и сгорания там с образованием вторичного пузыря в стекле. В хвостовой же части ванны при температуре 650-600°С скорость реакции резко снижается, в связи с чем концентрацию водорода повышают в смеси до 6-8%. Большее содержание приводит к пересыщению олова водородом при повышенных температурах с последующим его выделением в зонах с низкой температурой и образованием открытых «водородных» пузырей на нижней поверхности ленты стекла либо даже сквозных прорывов. Таким образом, защитная атмосфера должна содержать оптимизированное содержание водорода в различных зонах ванны расплава, чего добиваются рассредоточенной подачей 3N2+H2 по длине ванны.
В хвостовых зонах флоат-ванны вследствие избытка кислорода на поверхности олова накапливаются шлаки, представленные диоксидом олова SnO2, образующимся за счет реакции SnO + l/2O2 = SnO2.
Этот последний либо выделяется в атмосферу печи либо взаимодействует с оловом, вызывая образование SnO, либо оксид олова частично испаряется, а частично взаимодействует с нижней поверхностью ленты. При этом на стекле способно образовываться пленка силиката, снижающая светопрозрачность стекла («матовость»). Часть же ионов Sn+2 диффундирует вглубь стекла. Наличие ионов Sn+2 в поверхностном слое ленты впоследствии, например, в ходе термической обработки стекла при закалке, ламинировании, моллировании и др. вызывает появление характерного дефекта, получившего название «блюм», или «цветение» стекла».
При этом тонкий поверхностный слой стекла опалесцирует голубоватым светом. Опалесценция вызывается скоплением микроморщин на поверхности стекла вследствие увеличения объема слоя, содержащего ионы Sn+2 входе реакции 2SnO + O2 = 2SnO2, сопровождающейся поглощением кислорода из окружающей среды.
SnO2 является тугоплавким (Tплав = 2100?С) и весьма твердым веществом. Цепляясь за нижнюю поверхность ленты стекла частицы SnO2 («дросс») выносятся из ванны расплава, прилипают к валам шлаковой камеры и царапают нижнюю часть ленты. Это обстоятельство вызывает необходимость очистки валов с помощью графитовых щитов.
Круговорот серы в ванне расплава (рис. 8.15) аналогичен кислородному, с той лишь разницей, что имеется практически единственный источник поступления серы в олово - стекломасса, в которую сера вводится сульфатом натрия, используемым для ее осветления. В отличие от кислорода сера не инициирует поглощение олова стекломассой, а ее концентрация в олове не достигает предела растворимости. В связи с этим негативное влияние серы сводится лишь к образованию сульфида SnS, имеющего большую упругость паров. Испаряясь, SnS затем конденсируется на холодных частях свода и вызывает уже рассмотренный дефект стекла «верхние пятна».
Радикальный способ борьбы с рассмотренными выше пороками стекла (верхние пятна, блюм, дросс, матовость) состоит в исключении кислорода и серы из атмосферы флоат-ванны. Практически это сделать не возможно, поэтому атмосфера ванны помимо водорода и азота содержит примеси кислорода, серы, водяных паров и т. д. Для успешного ведения флоат-процесса необходимо уменьшать до минимально возможного содержания нежелательных примесей.
Под действием сил тяжести и поверхностного натяжения образуется жидкопластичный слой стекломассы толщиной около 7,5 мм. Оттягивание слоя в направлении выработки приводит к его сужению, утонению и образованию непрерывной ленты стекла. Достижение конечной толщины ленты заканчивается при температуре около 650 єС.
Далее сформованная лента с небольшим перегибом отрывается от поверхности расплавленного олова, проходит над выходным порогом ванны и транспортируется валами шлаковой камеры к печи отжига.
Со станции защитной атмосферы подается смесь газов, последняя двух составов, отличающихся процентным содержанием водорода в смеси с азотом. Каждый состав подводится по своему трубопроводу с двух сторон к коллектору, расположенному ниже уровня пола с оперативной стороны ванны расплава. Из коллектора по вертикальным трубам, расположенным у колонны опорной конструкции, защитная атмосфера подается в ванну расплава и шлаковую камеру.
Для снижения температуры ленты стекла в ванне расплава устанавливаются водяные холодильники. Они располагаются поперек ленты стекла и своими концами опираются на стеновые брусья ванны. Расстояние от холодильников до расплава олова - 40 мм.
В комплекте имеется два типа холодильников - прямоугольные и ромбические.
Прямоугольные холодильники обеспечивают одинаковое охлаждение по всей ширине ленты. Ромбические холодильники позволяют охлаждать середину ленты более интенсивно, чем края. Холодильники, входящие в комплект, отличаются также по длине: более длинные холодильники предназначены для широкой части ванны, короткие - для узкой. Охлаждающая вода к холодильникам подводится и отводится по шлангам.
Шлаковая камера предназначена для вывода ленты стекла из ванны расплава и герметизации выходного проема ванны.
Шлаковая камера имеет три транспортирующих вала, приводимых в движение от печи отжига, теплоизолированный корпус с графитовыми щетками под валами, свод с герметизирующими шторками и боковыми крышками, коллекторы подачи защитной атмосферы и сернистого газа (после 3-го вала).
После выхода из ванны расплава отформованная лента стекла с температурой 600 єС через шлаковую камеру поступает в печь отжига.
Печь отжига представляет собой туннельную конвейерную (роликового типа) печь непрерывного действия с электрообогревом.
Отжиг ленты стекла производится с целью постепенного ее охлаждения, исключающего возникновение повышенных остаточных и термоупругих напряжений.