Материалы для производства и обработки стекла и

В.П.Храмков, Е.А.Чугунов
Материалы
для производства
и обработки
стекла
и стеклоизделий
Одобрено Ученым советом
Государственного комитета СССР
по профессиональнотехническому образованию
в качестве учебника
для средних профессиональнотехнических училищ
/07 5 116
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1987
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебник написан в соответствии с учебным планом и программами,
утвержденными Государственным комитетом СССР по профессиональнотехническому образованию для подготовки рабочих профессий стеколь­
ных производств по предмету „Материаловедение” по следующим спе­
циальностям: машинист стеклоформую щ их машин, машинист машин
вытягивания стекла, выдувальщ ик, ш лифовщ ик изделий. Книга может
быть использована также учащимися смежных профессий: полировщ ик
стеклоизделий, гравер.
В учебнике рассмотрены необходимые для м олодых рабочих сведения
об изделиях из стекла и сырьевых материалах, применяемых для их произ­
водства; приведены химические составы стекол и их основные свойства;
освещены вопросы использования в отрасли различных видов топлива,
огнеупорных, смазочных, абразивных и других материалов. В книге отра­
жен передовой опыт отечественных стекольных заводов и современные
научные достижения в области стекольного производства.
До настоящего времени сведения по предмету „Материаловедение”
включались частично в различные учебные пособия по технологии произ­
водства и обработки стекла и стеклоизделий, излагались в краткой фор­
ме, что вызывало у учащихся затруднения при изучении данного курса. В
данном учебном пособии впервые объединены все необходимые сведения
по ком плексу материалов, которы е используются в производстве изделий
из стекла.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
В Основных направлениях экономического и социального развития
СССР на 1986 — 1990 годы и на период до 2000 года, утвержденных
XXVII съездом КПСС, указано, что высшей целью экономической страте­
гии партии был и остается неуклонный подъем материального и кул ь­
турного уровня жизни народа. Реализация этой цели требует ускорения
социально-экономического развития, всемерной интенсификации и повы­
ш ения эффективности производства на базе научно-технического прогресса.
Стекольная промышленность — одна из важнейших отраслей народ­
ного хозяйства, которая производит изделия технического, строительного
и бытового назначения. По производству оконного листового стекла наша
страна занимает первое место в мире. В современном строительстве ш иро­
к о применяют такие изделия повышенной заводской готовности, к а к стек­
л облоки, стеклопакеты , профильное стекло, дверные полотна. Из стекла бы­
тового назначения выпускают свыше миллиарда изделий, а из стекла специ­
ального назначения — стекла для судовых иллюминаторов, водоуказатель­
ные, параболические зеркальные отражатели, световоды. Таким образом,
стекло и изделия на его основе используются в строительстве, пищевой,
медицинской, электротехнической промышленности, приборостроении,
на транспорте и во многих других областях.
Т акая многоплановость использования изделий из стекла обусловле­
на тем, что стекло обладает специфическими свойствами: прозрачностью,
твердостью, коррозионной стойкостью, способностью формоваться и под­
даваться механической обработке. При производстве изделий из стекла
применяют различные способы ф ормования, в том числе способ выдува­
ния, характерный только для технологии стекольного производства. В хо­
лодном состоянии изделия из стекла подвергаются различным видам ме­
ханической обработки (ш лиф овке, резке, гр а в и р о в к е ), а также ультра­
звуковой, абразивной и химической.
Основные мероприятия, которы е осуществляются в производстве
стекла и изделий из него, направлены на увеличение вы пуска продукции,
расширение ассортимента и улучшение качества изделий, экономию мате­
риальных и энергетических ресурсов. Ускорение научно-технического
прогресса и роста эффективности производства неотделимо от решитель­
ного улучшения качества продукции. А ее качество в значительной степе­
ни определяется материалами, которы е используются к а к при производ­
стве изделий, так и при их обработке.
Несмотря на то что наша страна располагает значительными сырьевы­
ми ресурсами, которы е необходимы при производстве изделий из стекла,
экономное расходование сырья, материалов, топливно-энергетических
4
ресурсов — одна из важнейших задач современного развития экономики.
С этой целью необходимо всесторонне совершенствовать технологические
процессы производства и обработки изделий из стекла, с тем чтобы до­
биться максимального использования сырья, минимальных затрат энер­
гии и наиболее полного эффективного использования оборудования.
С учетом масштабов современного производства становится очевид­
ным огромное значение профессионального мастерства рабочих. В „Основ­
ных направлениях реформы общеобразовательной и профессиональной
ш колы ” указы вается, что осуществление реформы позволит коренным
образом улучшить трудовое воспитание и профессиональную ориентацию
ш кольников на основе соединения обучения с производительным трудом,
подготовку квалифицированных рабочих кадров в профессионально-тех­
нических училищах, дополнить всеобщее среднее образование молодежи
всеобщ им профессиональным образованием.
При производстве и обработке изделий из стекла применяют разно­
образные материалы. Для того чтобы правильно и экономно использовать
их, стабильно поддерживать технологический
процесс в оптимальных
условиях и тем самым способствовать снижению себестоимости изделий
из стекла и повышению эффективности производства, будущие ра­
бочие должны хорошо знать свойства, назначение, области применения
этих материалов.
ГЛАВА
I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТЕКЛЕ И СВОЙСТВАХ МАТЕРИАЛОВ
§ 1. И ЗД Е Л И Я ИЗ С Т Е К Л А И О Б Л А С Т Ь И Х ПРИМ ЕНЕНИЯ
По способу изготовления изделия из стекла бывают прессованные
(стаканы, пепельницы, розетки, салатники, изоляторы, стеклоблоки),
выдувные (на нож ке, стаканы, стопки, вазы, ш тофы, б уты лки ), прес­
совыдувные (стеклобанки, стаканы ), изготовленные способом вытяги­
вания (листовое, профилированнное стекло, облицовочная п литка), изго­
товленные центробежным способом (бытовая посуда, конусы кинеско­
п о в ). Механизированными (машинными) способами вырабатывают, как
правило, массовые изделия из стекла (бытовую посуду, листовое стекло),
а ручными — художественные и декоративные.
Изделия из стекла бывают цветные и бесцветные.
По назначению стеклоизделия разделяют на бытовые, технические, про­
мышленные, архитектурно-строительные и специальные.
Ассортимент
бытовой
посуды
(рис. 1, а ... л ) , х у д о ­
ж е с т в е н н о - д е к о р а т и в н ы х и з д е л и й из стекла и хрусталя
Рис. 1. Изделия бытовой посуды:
а — стаканы; б - рюмки на ножке; вазы: в - для сервировки стола, и — декоратив­
ная; г - масленка; д - круж ки; е - сахарница; ж — пепельница; з - кубок; к —
6
графин; л - кувшин
ж
ifi/
Рис. 2. Изделия декорированные:
о - золотом, б - силикатной краской, в - многоцветными деколями, г - пескоструй­
ным методом, д - во время формования, е - алмазной гранью
(рис. 2, а ... е) необычайно ш ирок и многообразен. Изделия отличаются на­
значением, формой, вместимостью, размерами, массой, способами декори­
рования и видом декора, цветом стекла и другими особенностями. Разно­
образны способы и виды декорирования посуды и изделий. Наиболее рас­
пространены золочение, украш ение люстровыми и силикатными красками
(росписью, отводкой и ш елкограф ией), многоцветными д еколям и, декори­
рование в процессе формования изделий, алмазная грань, гравирование,
химическое травление, фотопечать. В зависимости от сложности рисунка
изделия подразделяют на десять групп: от простых — первой группы до
сложных — десятой группы. К негрупповым относятся уникальные вы со­
кохудожественные изделия.
Л и с т о в о е с т е к л о выпускают в виде плоских листов, толщ и­
на которых мала по отношению к длине и ширине. К листовому стеклу
относятся следующие виды стекол: оконное, витринное полированное
и неполированное, фотостекло, стемалит (закаленное, покрытое с одной
стороны эмалью ), узорчатое, армированное, марблит (т у ш е н о е , цветное),
7
/
Рис. 3. Стеклопакеты:
а - клееные, б - сварные, в - паяные;
1 — стекло, 2 - металлическая рамка, 3 - гер­
метик, 4 - металлизированный слой, 5 - спай,
6 - рамка
2\ -
/А /// /// V/ '// /// ///.
6)
6
J
в)
А
Рис. 4. Изделия архитектурно-строительного
стекла:
а - стеклопанель, б - дверное полотно,
в - стеклянный блок; 1 - стемалит (цветное стекло), 2 - пеностекло, 3 - асбестоцемснтный лист
I
а)
В)
мебельное, зеркальное, токопроводящ ее, теплозащитное, теплоотражаю­
щее, радиозащитное, декоративное („м о р о з” , „метелица” , „в полоску” ) .
Оконное стекло может иметь слабо-зеленоватый или голубоватый оттенок.
Из листового стекла вырабатывают большое количество изделий различ­
ного назначения, например стеклопакеты (рис. 3) и многослойные стеклопанели (рис. 4, а) для остекления световых проемов промышленных
и гражданских зданий и сооружений, полотна для дверей (рис. 4, б ), за­
каленные и многослойные стекла для остекления транспортных средств,
защитные стекла для прож екторов, приборные стекла и множество дру­
гих изделий.
Ф о т о с т е к л о — листовое бесцветное стекло для изготовления
фотопластинок. Толщина выпускаемого стекла 0,8 ...2,0 м м при разнотолщинности не более 0 , 1 мм.
8
И зд е л и я ми
архитектурно-строительного назна­
ч е н и я являю тся стеклянные пустотелые блоки (рис. 4, в ) , облицовоч­
ная и коврово-мозаичная плитки, цветное стекло для витражей, смальта
глушеная цветная, стеклом рамор, декоративная крош ка для отделки
стен и панелей.
С т е к л я н н ы е т р у б ы применяют для транспортирования агрес­
сивных жидкостей и газов, пищевых продуктов, воды и других матери­
алов при температуре от —50 до +120°С. Стеклянные трубы диаметром
40 ... 200 м м и длиной 1500 ... 3000 м м , изготовленные из термостойкого
стекла, используют в системах трубопроводов давлением 0,2 ... 0,7 МПа.
Трубы соединяют с помощью стеклянных фасонных частей — тройников,
крестовин, переходов, отступов, отводов и калачей.
С т е к л я н н а я т а р а (узкогорлая и ш ирокогорлая) предназна­
чена для расфасовки, хранения, транспортирования и потребления различ­
ных жидких, пастообразных и твердых промышленных и сельско­
хозяйственных продуктов. Среди стеклянной тары наиболее распро­
странены
буты лки (рис. 5, а) для пищевых жидкостей и банки
а)
Рис. 5. Стеклянная таре:
а -б уты л к и для пищевых жидкостей, б - банки для консервирования овощей и
фруктов
(рис. 5, б) для консервирования овощ ей и ф руктов. Буты лки различных
конфигураций и размеров вместимостью 50 ... 1000 мл изготовляют из
обесцвеченного, полубелого, темно-зеленого и оранжевого стекла, банки
вместимостью 200 ... 5000 мл — из бесцветного и полубелого стекла. Т ак­
же распространенной стеклянной тарой являю тся флаконы для парфюме­
рии и косметики, склянки и банки для медикаментов и химиче­
ских реактивов с разными горловинами и различными видами у к у ­
порок.
С в е т о т е х н и ч е с к и е
и з д е л и я из стекла используют в тех
случаях, когда необходимо изменить световой поток, главным образом
искусственных источников света. К таким изделиям относятся рас­
сеиватели, линзы, колпаки, светофильтры, фары автомобилей, защит­
ные очки (от солнечного света, при газовой и электрической сварке).
Рассеиватели из молочного и опалового стекла, а также матирован­
ные изготовляют в виде электроосветительной арматуры. Такие рассеива­
тели смягчают яркий свет и равномерно его распределяют. Линзы (рис. 6 )
применяют при передаче световых сигналов на дальние расстояния.
9
Рис. 6. Линзы:
для железнодорожных светофильтров, б —для судовых фонав — для корабельных и катерных сигнально-отличительных
огней, г —для световых приборов, д —автомобильные
I
°)
П е н о с т е к л о — легкий пористый формованный материал, пред­
ставляющий собой затвердевшую стеклянную пену; материал обладает вы­
соким и тепло- и звукоизоляционны ми свойствами и используется для утеп­
ления стен и перекрытий жилых, промышленных и общественных зданий, а
такж е для изоляции трубопроводов. Из пеностекла изготовляют блоки
размером от 125 X 125 до 500 X 500 мм и толщиной от 80 до 120 мм.
С т е к л я н н ы е и з о л я т о р ы (рис. 7, а ... г ) для изоляции креп­
ления проводов воздуш ных линий электропередачи выпускают отожжен­
ными и закаленными.
С и т а л л ы и ш л а к о с и т а л л ы — новые виды стеклокристал­
лических материалов. Ситалловые изделия используют в химии и хими­
ческом машиностроении в качестве трубопроводов для агрессивных жид­
костей, деталей насосов, реакторов, м еш алок, запорных клапанов, а изде­
лия из ш лакоситаллов — для облицовки стен, покрытия полов в промыш ­
ленных и гражданских зданиях и сооружениях.
§ 2 . КЛ А С С И Ф И К А Ц И Я М А Т Е Р И А Л О В . П РИ М ЕНЯЕМ Ы Х
ДЛЯ П РО ИЗВО Д СТВА И О Б Р А Б О Т К И С Т Е К Л А
При производстве изделий из стекла применяют различные природ­
ные и искусственные материалы, которы е служат сырьем, топливом стекло­
варенных печей, огнеупорными и конструкционными материалами в тех­
нологических агрегатах и оборудовании, абразивами при обработке из­
делий из стекла. Рассмотрим эти основные группы материалов.
С ы р ь е в ы е материалы подразделяют на основны е (кремнеземные,
щелочные, стекольный б о й ), которы е придают стеклу основные физико-хи­
мические свойства, и вспомогательные (осветлители, обесцвечиватели,
красители, глуш ители), способствующие улучшению качества стекломас­
сы, ускорению варки, окраш иванию или обесцвечиванию стекла.
О г н е у п о р н ы е материалы (огнеупоры) применяют для кладки
стекловаренных печей. Эти материалы выпускают в виде штучных изде­
лий (кирпичей), порош ков, растворов.
Т о п л и в о для отопления стекловаренных печей и других агрега­
тов используют твердое (уголь, торф, сланец), жидкое (мазут, керосин,
бензин, дизельное топливо, соляровое м асло), газообразное (природный
газ, попутный нефтепромысловый, генераторный, к о к с о в ы й ).
К о н с т р у к ц и о н н ы е материалы применяют для изготовления
ф орм, приспособлений, различных установок. В качестве конструкцион­
ных материалов используют металлы (чугун, сталь, медь, алюминий, брон­
з у ), пластмассы (полиэтилен, поливинилхлорид, винипласт, полистирол,
фторопласт, текстоли т).
А б р а з и в н ы е материалы (кварц, корунд, алмаз, электрокорунд,
карбид крем ния, синтетические алмазы, карбид бора) служат для ш ли­
фования и полирования стекла.
С м а з о ч н ы е
материалы (минеральные масла и консистентные
см азки) применяют для смазывания стеклоформую щ их машин, форм,
конвейеров.
Материалами для д е к о р и р о в а н и я изделий из стекла служат
силикатные краски (масляные и эм алевы е), деколи (переводные кар­
тинки) , препараты жидкого золота.
§ 3. СТРОЕНИЕ ТВЕРДОГО Т Е Л А
Каждый материал, применяемый при производстве и обработке стек­
ла и изделий из него, обладает ком плексом свойств, определяющим об­
ласть его рационального применения. Основные свойства материалов
(физические, механические, химические) зависят от их химического соста­
11
ва и строения. Причем при одном и том же химическом составе материалы
разного строения обладают различными свойствами.
Материалы находятся в твердом, ж идком и газообразном состояниях.
П оскольку чаще всего - это твердые тела, рассмотрим строение твердо­
го тела.
Строение твердого тела характеризуется фиксированным положением
мельчайших составляющих (атомов, м олекул, ионов) элемента или ве­
щества в пространстве. Расстояние между двум я соседними атомами неиз­
менно.
По взаимному расположению атомов или м олекул твердые тела под­
разделяются на кристаллические и аморфные.
К р и с т а л л и ч е с к и м и называются тела, в которы х атомы и м о­
лекулы расположены в правильном геометрическом порядке, а м о р ф ­
н ы м и (стеклообразными) — в которы х атомы и м олекулы расположе­
ны беспорядочно.
При переходе вещества из жидкого состояния в твердое (например,
при застывании расплава металла) или при выпадении твердого вещества
в осадок из насыщенного раствора атомы и м олекулы вещества стремятся
занять такое положение относительно друг друга, чтобы силы их взаим о­
действия оказались максимально уравновешены. Поэтому их положение
относительно друг друга оказы вается вполне определенным, фиксирован­
ным. Такой геометрически правильный и повторяющийся в пространстве
порядок расположения атомов (м олекул) называется кристаллической
решеткой. В некоторы х случаях (например, при быстром охлаждении
расплавленного кварца) может произойти затвердевание без кристаллиза­
ции с сохранением хаотического расположения атомов — так образуется
аморфное вещество.
Стеклом называют все аморфные тела, получаемые путем переохлаж­
дения расплава независимо от их химического состава и температурной
области затвердевания и обладающие в результате постепенного увели­
чения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс
перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.
Стекло в отличие от кристаллических тел не имеет определенной тем­
пературы плавления или затвердевания. При нагревании стекло в опре­
деленном температурном интервале постепенно из твердого состояния
переходит в пластическое, а затем при более вы соких температурах — в
жидкое. При охлаждении расплав стекла переходит от жидкого в пласти­
ческое состояние, а потом - d твердое.
Если кристаллические тела анизотропны, т. е. их свойства различны
по разным направлениям, то стекла — изотропные вещества, имеющие
одинаковы е свойства во всех направлениях.
Свойства кристаллических тел при их затвердевании в процессе кри­
сталлизации изменяются скачками, т. е. внезапно, в то врем я к ак свойства
стекол при их затвердевании изменяются постепенно.
Обычно стекла получают название по типу стеклообразующего окси ­
да и подразделяются на следующие группы: силикатные (стеклообразу­
ющий компонент S i 0 2) , боратные В2 0 3, фосфатные Р 2 О 5., боросиликат­
ные В7 О , и S i0 2.
12
Наиболее ш ирокое распространение в производстве изделий (95 %
всего объема) получили силикатные стекла. К ак правило, составы сили­
катных стекол содержат 5 ... 7 компонентов. Чаще всего применяют натрие­
во-кальциево-силикатный состав с содержанием, % по массе: S i 0 2 —70...72,
СаО — 7,0 ... 9,5, Na20 — 13,5 ... 16. С целью понижения склонности сили­
катного стекла к кристаллизации в его состав вводят 1,5 ... 3,5 % MgO, а
для повышения химической стойкости — 0,5 ... 2,0 % А12 0 3. Химический
состав основных стекол различного назначения приведен в приложении 1 .
$ 4 . СТРУКТУРНЫ Е Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И
И О СНОВНЫ Е С ВО ЙС ТВА М А Т Е Р И А Л О В
Структурные характеристики и физические свойства. Основные струк­
турные характеристики материала, во многом определяющие его свой­
ства, — это плотность и пористость. Поры - воздушные ячейки в самом
веществе, из которого состоит материал; пустоты - воздуш ные полости
между отдельными частицами материала. Физические свойства материала
характеризуют его поведение под воздействием физических факторов,
моделирующих воздействие внешней среды и условия работы материа­
ла (действие воды , вы соких и низких температур и т. п .) .
С р е д н я я п л о т н о с т ь р т материала (далее мы будем называть
ее плотностью) — физическая величина, определяемая отношением мас­
сы т материала ко всему занимаемому им объему V, включая имеющие­
ся в них поры и пустоты: рт = m /V . Следовательно, плотность материала
меняется в зависимости от его структуры . П оэтому искусственные материа­
лы можно получать с заданной (требуемой) плотностью, изменяя их струк­
туру.
И с т и н н а я п л о т н о с т ь р материала характеризуется массой
единицы объема материала, причем имеется в виду объем только твердо­
го вещества, из которого состоит материал УТВ без учета объема пор и
пустот: р = m /V TB. Иными словами, истинная плотность - это плотность
вещества, из которого состоит материал.
У непористых материалов (стекло, сталь, битум) средняя плотность
равна истинной.
Истинная плотность каж дого вещества — постоянная характеристи­
ка (физическая константа), которая не может быть изменена, к а к сред­
няя плотность материала, без изменения его химического состава или
молекулярной структуры . Значения истинной плотности вещества зави­
сят в основном от его химического состава, и у материалов с близким
химическим составом они различаются незначительно.
П о р и с т о с т ь - степень заполнения объема материала порами:
П = [ ( К - FIB)/K ] 100 %. Обычно пористость рассчитывают, исходя из
средней и истинной плотности:
П = ( Р - Р т ) • 1 0 0 % = (1 - P m j p ) • 100%.
Пористость материала характеризуется не только с количественной
стороны, но и по характеру пор: зам кнуты е и откры тые, м елкие (разм е­
13
ром до сотых и тысячных долей миллиметра) и крупные (от десятых
долей миллиметра до 2 ... 5 м м ). Х арактер пор важен, например, при оцен­
ке способности материала поглощать воду. Т ак, материал с замкнуты ми
порами практически не поглощает воду, с откры ты ми (большинство пор
представляет собой сообщающиеся капилляры) —активно поглощает воду.
Пористость — основная структурная характеристика, определяющая
такие свойства материала, к а к водопоглощение, теплопроводность, акусти­
ческие свойства, морозостойкость, прочность.
В о д о п о г л о щ е н и е — способность материалов впитывать и удер­
живать в своих порах влагу — характеризуется максимальным количест­
вом воды, которое может поглотить абсолютно сухой материал. Водопогло­
щение определяют по отношению к массе сухого материала (водопогло­
щение по массе В т ) или по отношению к естественному объему материа­
ла (объемное водопоглощение В у ) : В т = [ { т 2 — т ^ / т j ] • 100% ; B y =
= [{т 21 ) / Нест ] ' 1 0 0 %, где /И] масса материала в сухом состоя­
нии, г; т 2 - масса насыщенного водой материала, г. Из приведенных
формул очевидно, что В у / В , „ = m ^ / V = р,п , т. е. B y = В т.рт .
В л а ж н о с т ь — величина, показывающ ая, сколько воды в дан­
ный момент находится в материале по отношению к его сухой массе (ре­
же по отношению к объему материала). Влажность материала выражает­
ся в процентах и может изменяться от 0 % (абсолютно с у х о й материал)
до значения полного водопоглощения. Влажность материала зависит к ак
от свойства самого материала (пористости, гигроскопичности), так и от
окружающей его среды (влажность воздуха, наличие контакта с водой).
М о р о з о с т о й к о с т ь — способность материала в насыщенном во­
дой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание
и оттаивание без признаков разрушения. Морозостойкость характери­
зуется числом циклов замораживания (при температуре не выш е —17* С)
и оттаивания (в в о д е), которое материал выдерживает без потери более
5 % своей массы или 15 % первоначальной прочности. Морозостойкость
зависит от пористости и водопоглощения материала.
Т е п л о п р о в о д н о с т ь — способность материала передавать тепло­
ту сквозь своц> толщину от одной своей поверхности к другой в случае,
если температура у этих поверхностей разная. Теплопроводность матери­
ала характеризуется количеством теплоты (в дж оулях), которое спосо­
бен пропустить материал через 1 м 2 поверхности при толщине 1 м и раз­
ности температур на поверхностях 1 К в течение 1 с. Теплопроводность
твердого вещества зависит от его химического состава и молекулярного
строения.
Т е п л о е м к о с т ь — способность материала поглощать теплоту при
нагревании. П оказателем теплоемкости служит удельная теплоемкость,
равная количеству теплоты, необходимой для нагревания единицы массы
материала на 1 К.
Т е р м о с т о й к о с т ь — способность материала выдерживать без
разрушения одно- или многократные резкие перепады температур. Мерой
термостойкости стекла является температурный перепад, который оно вы ­
держивает без разрушения. Для листового стекла и стеклотары он состав­
ляет около 80°С.
14
Термическая стойкость огнеупорных изделий определяется числом
теппосмен, т. е. числом попеременных нагреваний до 1300°С и охлаждений
в проточной воде температурой 5 ... 25°С, которы е выдерживает материал
до потери им 20 % своей первоначальной массы. Например, термостойкость
высокоогнеупорных хромомагнезитовых изделий составляет не менее
двух, а магнезитохромитовых - пяти теппосмен.
Т е п л о в о е р а с ш и р е н и е — свойство материала расширяться
при нагревании и сжиматься при охлаждении — характеризуется темпе­
ратурными коэффициентами объемного и линейного расширения. Темпе­
ратурный коэффициент линейного расширения (TKJTP) показывает, на
какую долю первоначальной длины увеличивается размер материала при
повышении температуры на 1 К. Между коэффициентами линейного а и
объемного 0 расширения существует зависимость 0 ~ За.
В я з к о с т ь — свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление
перемещению одной их части относительно другой. Различают динамиче­
скую вязкость 17 и кинематическую v ( v = ч\р, где р — плотность жидкости
или газа). Единица динамической вязкости Па-с, кинематической - м 2 /с.
Механические свойства характеризуют способность материалов сопро­
тивляться разрушению или деформации (изменению ф орм ы и размеров)
под действием внешних нагрузок. К механическим свойствам относят­
ся прочность, твердость, упругость, хрупкость.
П р о ч н о с т ь — способность материала сопротивляться разрушению
под действием внешних сил, вызывающ их деформации и внутренние напря­
жения в материале. Прочность характеризуется переделом прочности,
т. е. наибольшим напряжением, соответствующим нагрузке, при которой
материал разруш ается.
Предел прочности при сжатии Я сж (МПа) определяется разрушающей
силой сжатия Р (Н ), действующей на поперечное сечение S (см 2) образ­
ца в направлении оси последнего равномерно по всему сечению /?сж =
= Pf S.
Предел прочности при растяжении характеризуется отношением уси­
ли я, разрывающего образец, к площади его поперечного сечения:
= -^шах
A/S,
где Лпах - разрушающая сила, Н; А - отношение плеч рычагов прибо­
ра, S — площадь сечения образца, см 2.
В связи с тем что при поперечном изгибе в стекле возникаю т со сторо­
ны приложения разрушающей силы напряжения сжатия, а с противопо­
ложной — напряжения растяжения, предел прочности при изгибе изм еря­
ют пределом прочности при растяжении.
Предел прочности стекла при растяжении составляет 35 ... 100 МПа, т. е.
ориентировочно в 1 0 раз ниже, чем предел прочности при растяжении стали.
Т в е р д о с т ь — способность материала сопротивляться проникнове­
нию в него другого тела. Твердость металлов, бетона, пластмасс, стекла
определяют по глубине вдавливания в образец стального ш арика, конуса
или пирамиды с учетом размера полученного отпечатка. Твердость различ­
ных стекол колеблется от 30 до 80 • 10 2 МПа, а твердость стали обы кно­
венного качества — от 21 до 30 • 10 2 МПа.
15
У п р у г о с т ь — способность материала изменять под действием
нагрузки свою ф орму без признаков разрушения и восстанавливать ее
в большей или меньшей степени после удаления нагрузки. Наиболее упру­
гим материалом является резина.
Х р у п к о с т ь - свойство материала разрушаться сразу под дей­
ствием прилагаемых к нему усилий, не обнаруживая сколько-нибудь
значительных деформаций. Обычно хрупкий материал дробится на
части или рассыпается при ударной нагрузке. Хрупкость является
типичным свойством стекла. Очень хрупки многие каменные мате­
риалы, чугун.
§ 5. С ВО Й С ТВА С Т Е К Л А
Т в е р д о с т ь стекла измеряют различными методами и поэтому
в зависимости от применяемого метода различают твердость при вдавлива­
нии (м икротвердость), при царапании, при истирании абразивом (твер­
дость ш ли ф ован ия).
Микротвердость стекла Н определяют путем вдавливания в него под
нагрузкой алмазной пирамиды и в зависимости от размера отпечатка
пирамиды на стекле рассчитывают по формуле Н = 1,854 Р • 1(Г5 /£Г2,
где Н — микротвердость, Па; Р — нагрузка, Н; D — диагональ отпечатка
пирамида на стекле, м.
Микротвердость, определяемая по размеру отпечатка алмазной пирами­
ды под нагрузкой, для различных стекол колеблется от 30 до 1 0 0 '10 2 МПа.
У хорошо отожженного стекла микротвердость более вы сокая, чем у
плохо отожженного.
Твердость царапанья измеряют на приборе, снабженном алмазной
иглой, под которой перемещается испытываемый образец стекла. Крите­
рием твердости в этом случае служит либо ширина царапины при заданной
нагрузке на иглу, либо нагрузка, при которой образуется царапина на стек­
ле заданной ширины.
Твердость истирания абразивом измеряется объемом стекла V, сош лифованным с поверхности образца за единицу времени при заданном
давлении и скорости шлифования. Чем больше V, тем меньше твердость.
Твердость истирания U связана следующей зависимостью с м икротвердо­
стью Н: U = К (1 /Я 2) , где К — коэффициент пропорциональности.
Твердость стекла зависит от его состава. Наиболее твердое - квар ­
цевое стекло, а такж е алюмосиликатное с содержанием 18 ... 30 % А12 0 3 и
малощелочное боросиликатное с содержанием В2 0 3 до 12 %. Увеличение в
стекле содержания щелочных оксидов приводит к снижению твердости
стекла. Многосвинцовые силикатные стекла обладают наиболее низкой
твердостью.
Х р у п к о с т ь стекла в твердом состоянии определяют путем удар­
ных испытаний — сбрасыванием стального шара с определенной высоты на
стекло.
Мерой хрупкости стекла является удельная ударная вязкость
а„ (к Н /м ) , которая определяется к а к работа ударного излома А н , отне­
сенная к площади поперечного сечения образца S:
16
■ A JS.
Ударная вязкость изменяется для силикатных стекол в пределах
1 ,5... 2 кН /м . Улучшение отжига, равномерная закалка, а также упрочнение
стекла методом ионного обмена повышают сопротивление удару.
Больш ое влияние на хрупкость оказывает ф орма, размеры и состоя­
ние поверхности испытываемых образцов. С увеличением толщины об­
разца сопротивление удару возрастает. Повышение содержания в соста­
ве стекла оксидов В2 0 з , S i0 2 , А12 0 3 , MgO приводит к уменьшению хруп­
кости. С увеличением однородности стекла хрупкость уменьшается, а при
наличии инородных включений и свильности - повышается.
У п р у г о с т ь стекла характеризуется модулем (коэффициентом)
упругости Е, выражаемым в Па. С увеличением модуля упругости деф ор­
мация стекла уменьшается д/ = P l/(E S ), где d — удлинение стержня дли­
ной / и сечением S под действием силы Р; Е - модуль упругости.
Из сравнения значения модуля упругости для кварцевого стекла
(71 400 МПа) и стали (200 ООО МПа) видно, насколько низки упругие
свойства стекла по сравнению со сталью.
В зависимости от химического состава стекла модуль упругости стек­
ла изменяется от 48 до 83 • 103 МПа. Оксиды В2 0 3, А12 0 3 и СаО повы­
шают модуль упругости стекла, а щелочные оксиды - понижают. Модуль
упругости закаленных стекол ниже на 8 ... 1 0 % по сравнению с отожжен­
ными. П р е д е л п р о ч н о с т и п р и с ж а т и и отожженных стекол
колеблется от 5 до 20 • 10 2 МПа. С увеличением содержания в стекле
оксидов А12 0 3, S i0 2, MgO, ZnO, В2 0 3 прочность на сжатие возрастает.
П р е д е л п р о ч н о с т и п р и р а с т я ж е н и и и и з г и б е харак­
теризуется отношением усилия, разрывающего образец, к площади его по­
перечного сечения. Предел прочности стекла при растяжении 35 ... 100 МПа,
т е. ориентировочно в 1 0 раз ниже, чем предел прочности при растяжении
стали. Различные дефекты поверхности стекла (царапины, трещины) сни­
жают прочность стекла.
Предел прочности стекла на растяжение снижается при длительном
воздействии нагрузки (усталость с т ек л а ), а также с увеличением размеров
изделий и при эксплуатации в условиях повышенной влажности возду­
ха. С увеличением в составе стекла оксидов СаО, ZnO, S i0 2 , В2 0 3 его
прочность повышается.
Т е п л о п р о в о д н о с т ь стекла характеризуется коэффициентом
теплопроводности, который определяют по формуле аддитивности: \ ст =
= Xj/*! + Х2Рг + * 3 ^ 3 + ■■■ + КРп> гДе
>^ 2 >^з> —>Рп - содержание окси ­
дов стекла по массе; X], Х2, \ 3, ..., Х„ — парциальные значения тепло­
проводности оксидов.
Теплопроводность X. В т/(м -К) • 103, оксидов:
s >02 В20 3 Na20
К 20 СаО BaO MgO
s -74
15.1
12,85 5,84
11,6 3,15 13,44
PbO
5,33
ZnO
7,01
А120 3
10,7
As20 3
6,97
Sb20 3
6,55
Теплопроводность стекла изменяется в диапазоне 0,7 ... 1,35 В т /(м -К ),
У металлов — 40 ... 480 В т /(м ‘К ). У обычных натрийкальцийсиликатных
стекол теплопроводность около 0,97 В т /(м ’К ), наибольшая теплопровод17
носгь у кварцевого стекла, а наименьшая — у пеностекла, которое являет­
ся хорош им теплоизоляционным материалом.
Теплопроводность стекла повышается с увеличением температуры
и при достижении температуры размягчения стекла примерно удваивает­
ся. Замена S i0 2 на любой другой оксид, особенно тяжелых металлов
(оксид свинца и оксид б ар и я ), снижает X.
Т е п л о е м к о с т ь вычисляют по ф орм улам Q = С„ ( 1 + 0 ,00078г);
Ст = С„(1 + 0 ,0 0 0 3 9 /), где Q — теплоемкость стекла при температуре
f; С0 — теплоемкость стекла при О С ; Ст — средняя теплоемкость стекла
от 0 до t С; t — температура, °С.
Теплоемкость стекол измеряют с помощью калориметров.
Удельную теплоемкость вычисляют по формуле слагаемости:
Сет = С, ( / у 100) + С2 (/>2 / 1 0 0 ) + С3 (Рз / 1 0 0 ) + ... + С„ (/>„/100),
где Р 1 , Рг , Р3
Рп ~ содержание оксидов, % по массе; Ct , С2,С3, ..., С„ соответствующие парциальные коэффициенты для расчета теплоемкости
оксидов в стекле.
Коэффициенты для расчета теплоемкости стекла при температуре 15 ... 100°С
SiO j В20 3
803,5 954,2
A s20 3 P2O s
535,9 798,8
А120 3
871
Na20 К 20 Zi20 СаО BaO MgO PbO ZnO
1123 599,2 2308,7 799,2 282,6 1024,9 215 524,1
Теплоемкость
различных
стекол
колеблется
в
диапазоне
340 ... 1050 Д ж/ (к г * К ). Наиболее низкую теплоемкость имеют стекла
с вы соким содержанием оксидов бария или свинца, в связи с чем их ис­
пользуют при прессовании изделий сложной конфигурации.
С увеличением температуры теплоемкость стекла возрастает.
Т е р м и ч ес к о е
р а с ш и р е н и е стекла имеет важное практи­
ческое значение, так к а к в основном от него зависит сопротивляемость
стекла резким изменениям температуры, а также прочность спаивания
различных стекол между собой и стекла с м еталлом , керамикой.
Термический коэффициент линейного расширения характеризует уве­
личение длины образца стекла при нагревании его на 1°С, отнесенное к дли­
не до нагревания:
«ср = ( 1 / /0 ) W M 0 .
где Оср — термический коэффициент линейного расширения; /0 — перво­
начальная длина образца; л! — увеличение длины образца при нагревании
над/,°С .
Чаще всего аср измеряют с помощью дилатометров, позволяющих
фиксировать изменение размеров образца в процессе нагревания. Терми­
ческие коэффициенты линейного расширения стекол находятся в интер­
вале от 5 • 10"7 ° С 1 (плавленый кварц) до 200 ■ 10‘ 7 °С" 1 (у металлов
а > 1 0 0 • l C ^ C 1).
Больш ое влияние на значение термического коэффициента линейно­
го расширения стекол оказы вает химический состав стекла. С увеличе­
18
нием содержания в стекле щелочных оксидов Na20 и К 20 а увеличивает­
ся, при повышении содержания тугоплавких оксидов S i0 2, А12 0 з — пони­
жается.
Термический коэффициент объемного расширения 0 характеризует­
ся увеличением объема образца стекла при нагревании его на 1°С, отне­
сенное к объему до нагревания. Термический коэффициент объемного
расширения стекла /Зср = 3 аср.
Т е р м о с т о й к о с т ь характеризуется температурным перепадом,
который выдерживает стекло без разрушения. При резком охлаждении
или нагревании в стекле возникают термоупругие напряжения. При ох­
лаждении стекла его наружные слои стремятся уменьшиться в объеме,
тогда к ак из-за низкой теплопроводности стекла внутренние слои осты­
вают медленно и тем самым препятствуют сжатию внешних слоев, вы зы ­
вая в них напряжения растяжения. Во внутренних слоях возникают напря­
жения сжатия. При резком нагревании, наоборот, внутренние слои доль­
ше сохраняются холодными и задерживают расширение наружных слоев,
вы зы вая тем самым в них напряжения сжатия.
В связи с тем что предел прочности стекла при растяжении в 10 ... 20
раз меньше, чем при сжатии, быстрое охлаждение стекло выдерживает
значительно хуже, чем нагревание.
Возникающие в стекле напряжения будут увеличиваться с повышением
разницы в расширении внутренних и наружных слоев, что непосредствен­
но связано с термическим коэффициентом линейного расширения стек­
ла. С повышением перепада температуры по толщине изделия напряжения
также возрастают.
Д ля оценки термостойкости стекла вычисляют коэффициент термо­
стойкости К по формуле
К = R p/a • Еу/Х/Ср,
где Л р — предел прочности стекла при растяжении, Па; а - термический
коэффициент линейного расширения, 1 /град; Е - модуль упругости, Па;
\ - коэффициент теплопроводности стекла, В т /(м -К ); С — удельная
теплоемкость, Дж/ ( к г -К ) ; р — плотность стекла, к г /м 3.
Наибольшее Ьлияние на термостойкость стекла оказы вает термиче­
ский коэффициент линейного расширения. Промышленные стекла в зави­
симости от величины К делятся на три группы: 1 — нетермостойкие (К до
100°С); 2 — термостойкие (/С до 160°С); 3 — высокотермостойкие (К до
220°С ).
Боросиликатные и малощелочные стекла наиболее термостойкие,
однако наиболее вы сокой термостойкостью (около 1000 С) обладает
кварцевое стекло.
Термостойкость изделий из стекла зависит не только от свойств стек­
ла, но и от их ф орм ы , габаритных размеров изделий. Чем меньше изделия
и тоньше их стенки, тем больший перепад температур они могут выдер­
жать. Термостойкость изделий определяют по формуле
дг = Л „ ЗГ (1 - а )I(а Е ) ,
19
где Л изг — предел прочности стекла при изгибе, Па; а — коэффициент
Пуассона, учитывающий ф орм у и размеры изделия.
Термостойкость стекла имеет большое значение для таких изделий,
к а к водоуказательные стекла в колон ках паровых кохлов, химические
аппараты, химико-лабораторная посуда, стеклянная тара (банки, бутыл­
к и ) , чайные стаканы, которы е эксплуатируются в условиях резкой смены
температуры.
Х и м и ч е с к о й с т о й к о с т ь ю стекла называют его способность
противостоять разрушающему действию агрессивных сред — воды, кислот,
щелочей. С увеличением в стекле содержания щелочей оксидов (Na20 или
К 2 0 ) химическая стойкость стекла снижается. Введение в состав стекла
оксидов цинка, циркония, магния, бария способствует повышению хими­
ческой стойкости стекла.
В зависимости от водостойкости стекла разделяются на пять гидролити­
ческих классов: I — не изменяемые водой; II — устойчивые; III — твердые
аппаратные; IV —м ягкие аппаратные; V —неудовлетворительные.
П л о т н о с т ь стекла в зависимости от химического состава изме­
няется от 22 до 70 • 10 2 к г /м 3. Минимальную плотность имеет кварце­
вое стекло ( 2 2 • 1 0 2 к г /м 3) , а плотность стекол, содержащих большое
количество оксида свинца, достигает 70 • 10 2 к г /м 3.
С повышением температуры плотность силикатных стекол понижает­
ся на 15 к г /м 3 на каж дые 100°С. Отжиг стекла влияет на плотность. Т ак,
плохо отожженное стекло одного и того же химического состава имеет
плотность на 10 ... 20 к г /м 3, а закаленное на 80 ... 90 к г /м 3 ниже, чем
отожженное. С изменением химического состава стекла его плотность
заметно изменяется, поэтому на практике она служит косвенным сред­
ством контроля постоянства состава стекла.
О п т и ч е с к и е с в о й с т в а характеризую т закономерности рас­
пространения света в веществе в зависимости от его молекулярного строе­
ния. Больш ая часть стекол пропускает свет и другие виды лучистой энер­
гии. К оптическим свойствам относятся отражение, поглощение, рассеива­
ние, преломление и разложение света. Стекло не имеет себе равных среди
известных твердых материалов по величине показателей, характеризую­
щих оптические свойства.
Отражение света — возвращ ение световой волны при ее падении на
поверхность раздела двух сред с различными показателями преломления
в первую среду. Коэффициент отражения прямо пропорционален углу па­
дения на стекло. Например, для светового пучка, перпендикулярного
поверхности оконного стекла, коэффициент отражения равен 0,04 (4 % ).
Поглощ ение света — уменьшение интенсивности света, проходящего
через среду вследствие взаимодействия его с частицами среды. Чаще все­
го поглощение света обусловлено наличием в стекле красителей, вы зы ­
вающих избирательное поглощение лучей определенной волны. Благода­
ря этому стекло выглядит окраш енны м. П оэтому, чтобы стекло было
прозрачным, в сырьевых материалах не должно быть примесей, которые
вы зываю т поглощение света. Наиболее прозрачные оптические стекла
пропускают в расчете на 1 см толщины около 91 % падающего света, а
оконное стекло — примерно 8 8 %.
20
Рассеивание света зависит от состояния поверхности и однородности
стекла и характеризуется отклонением распространяющегося в среде свето­
вого пучка во всевозможных направлениях. Из светорассеивающего стекла
изготовляют светотехнические изделия (абажуры, плафоны, колпачки).
П релом ление света — это изменение направления распространения
луча света при прохождении через границу раздела двух прозрачных сред.
Показатель преломления оконного стекла 1,52, хрустального стекла 1,65,
т. е. пропорционален плотности стекла.
Разложение света в спектр (дисперсия) происходит вследствие различ­
ного преломления пучка света, проходящего через стеклянную призму.
При этом белый пучок света разлагается на составляющие его цветные
лучи разной длины волны: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голу­
бой, синий, фиолетовый. Дисперсия зависит от химического состава стек­
л а и позволяет судить о его однородности.
§ 6. С ВО Й С ТВА С ТЕКЛ О М АССЫ (Р А С П Л А В А )
И ЕЕ ПОРОКИ
Свойства. В я з к о с т ь стекломассы довольно вы сокая по сравнению
с вязкостью других расплавов. При температуре варки 1480... 1500°С
вязкость стекломассы составляет 1 1 П а-с (у стали при 1400°С —
0,00025 Па-с, у воды при 20°С - 0,001 Па*с). Вязкость стекла при к о м ­
натной температуре 10 14 Па-с.
В различных диапазонах вязкость измеряют по-разному. В интерва­
ле 10 ... 10s Па'С для этого используют вискозиметры (вязкость опре­
деляют по сопротивлению, которое испытывает вращающийся цилиндр
или ш арик, помещенный в расплав и подвешенный на закручивающейся
нити); в интервале 10s ... 10 7 Па*с — определяют по удлинению нагре­
той стеклянной нити под действием определенного усилия; Ю 7 ...
10 13 Па*с - по удлинению нагретой стеклянной палочки или посредством
вдавливания в стекло индентора под определенной нагрузкой.
Наибольшее влияние на вязкость стекла оказы вает температура. По
мере ее снижения вязкость увеличивается и особенно резко при темпера­
турах ниже 900°С. Т ак, при изменении температуры стекломассы для
производства листового стекла на каждые 10°С в интервале 1500 ... 1400 С
вязкость [снижается! на 5 ... 10 %, в интервале 1000 ... 1200°С —на 25 %, а в
интервале 500 ... 600°С —увеличивается в два раза.
Вязкость стекла — важнейшая технологическая характеристика, о к а ­
зывающая большое влияние на параметры процесса варки стекла, форми­
рования изделий, их отжига и закалки.
Интервал формования изделий из стекла различными способами на­
ходится в пределах 102 ... 108 Па*с. По характеру изменения в я зк о ­
сти от температуры стёкла принято подразделять на .длинны е” и „корот­
ки е” , т. е. при одинаковых интервалах вязкости температурный интервал
формования в первом случае будет 250 ... 500°С, а во втором — 100 ...
150°С.
Химический состав стекла влияет на изменение вязкости в меньшей
степени, чем температура, однако из всех физико-химических свойств
21
вязкость особенно сильно зависит от изменения химического состава.
Повышают вязкость стекла диоксид циркония, оксиды алюминия, крем ­
ния, понижают — оксиды натрия, калия, лития, свинца, бария. Борный
ангидрид и оксид кальция оказы ваю т сложное влияние на изменение вяз­
кости стекла. При вы соких температурах борный ангидрид значительно
снижает вязкость стекла, тогда к а к при низких температурах введение
В2 0 3 до 15 % повышает вязкость, а дальнейшее увеличение содержания
В2 0 3 понижает вязкость. Оксид кальция при низких температурах повы ­
шает вязкость. При вы соких температурах и содержании в стекле 8 ... 10 %
СаО вязкость понижается, а при увеличении содержания оксида кальция повышается.
Больш ую роль в увеличении производительности труда при ф орм ова­
нии изделий из стекла играет скорость его затвердевания, т. е. изменение
вязкости во времени. Особенно важно иметь вы сокую скорость затверде­
вания при производстве листового стекла безлодочным способом, непре­
рывном прокате листового стекла. В то же врем я при вы работке сложных
изделий больших размеров способом прессования (банки акк ум ул ятор­
ных сосудов) стекло должно твердеть медленно.
П о в е р х н о с т н о е
н а т я ж е н и е расплавов отражает действие
меж м олекулярны х сил на частицы поверхностного слоя среды. Оно опре­
деляется работой, которую необходимо затратить, чтобы образовать еди­
ницу новой поверхности при постоянной температуре и выражается в
Д ж /м 2. Поверхностное натяжение промышленных стекол в интервале
температур 1000 ... 1400°С составляет 0,220 ... 0,380 Д ж /м 2, стекло­
массы
при 1450°С для производства листового стекла составляет
0,29 Д ж /м .
Поверхностное натяжение расплава стекла в 3 ... 4 раза превышает
поверхностное натяжение воды и примерно соответствует поверхностному
натяжению свинца, висмута и сурьмы в расплавленном состоянии.
Измеряют поверхностное натяжение стекломассы по глубине втяги­
вания в расплав платинового цилиндра или по массе падающих капель
стекломассы.
Влияние температуры на изменение поверхностного натяжения стекол
незначительно. С повышением температуры на 100°С поверхностное натя­
жение уменьшается на 2 ... 4 %.
Введение в состав стекла оксидов Z r 0 2 , А12 0 3 резко повышает, а
оксидов К 2 0 , Na 2 0 , В2 0 3, Р 2 0 5 снижает поверхностное натяжение стекло­
массы.
Поверхностное натяжение имеет важное значение на различных ста­
диях технологического процесса производства изделий из стекла. С пони­
жением поверхностного натяжения ускоряется провар шихты, улучшает­
ся процесс осветления стекломассы и ее гомогенизация.
Поверхностное натяжение является одним из основных ф акторов
при свободном выдувании изделий (без ф о р м ы ), при образовании капли
стекла (заготовки) для подачи в форм ы стеклоформую щ их машин, при
вытягивании листового стекла, труб, стеклянного волокна, при производ­
стве листового стекла методом плавающей ленты, а также при оплавке
края выдувных изделий и огневой полировке прессованных изделий.
22
В то же врем я в некоторых случаях поверхностное натяжение играет
отрицательную роль, так к а к вызывает сужение ленты стекла при вы тя­
гивании или округление острых ребер изделий при прессовании, что осо­
бенно нежелательно при производстве рассеивателей для автомобильных
фар.
К р и с т а л л и з а ц и я стекломассы зависит от химического соста­
ва стекла, его вязкости, качества сырьевых материалов, времени выдерж­
ки расплава в опасном интервале температур, условий термической обра­
ботки стекломассы. Процесс кристаллизации стекла протекает в две ста­
дии: образование центров кристаллизации (зародыш ей) и рост кристал­
лов на них. С понижением температуры расплава растет число центров
кристаллизации, однако после достижения наибольшего значения при
определенной температуре скорость образования кристаллов падает до
нуля. Практически температурный интервал кристаллизации расплава
стекла ограничивается нижним пределом температур, при котором
появляются первые кристаллы, и верхним, при котором кристаллы раство­
ряются.
Д ля того чтобы установить оптимальные параметры варки стекла
и вы работки изделий, необходимо знать опасный интервал температур,
внутри которого стекло кристаллизуется. В большинстве случаев темпера­
тура формования стекла бывает очень близкой к опасной температуре
кристаллизации. Обычно при выборе состава промышленных стекол стре­
мятся к том ^, чтобы температура верхнего предела кристаллизации бы­
ла на 25 ... 30 С ниже температуры ее формования.
При вы работке изделий различными способами формования также
учитывается кристаллизационная способность стекла. Например, при произ­
водстве листового стекла способом непрерывного проката возможно
применение стекол с большой кристаллизационной способностью, нежели
при способе вертикального вытягивания стекла. Это связано с тем, что
температура стекла при прокате выше, а продолжительность пребывания
стекла в опасном температурном интервале меньше, чем при вы тягива­
нии.
За счет изменения соотношения оксидов в составе стекла можно влиять
на склонность стекла к кристаллизации. Замена S i 0 2 на А12 0 3 до 3 % в
натрийкальцийсиликатном стекле оказы вает положительное влияние.
Замещение СаО на MgO до 5 % снижает скорость кристаллизации. Фтори­
ды повышают кристаллизационную способность стекла.
В отдельных случаях подбирают стекла и условия производства из­
делий специально с целью повышения кристаллизационной способности
расплава. В этом случае получают стекла с однородной, мелкокристалли­
ческой структурой во всем объеме, обладающие устойчивостью к большим
механическим нагрузкам , вы соким температурам и резком у их измене­
нию. Разработка путей управления кристаллизацией стекла послужила
основой производства стеклокристаллических материалов (названных
в СССР ситаллами, в США пи рокерам ам и).
При производстве стеклокристаллических материалов важную роль
играет правильный выбор вида и количества каталитической добавки. Эф­
фективность действия катализатора кристаллизации во многом зависит
23
от химического состава исходного стекла. Наибольшее применение на
практике нашли сульфидные и фторидные катализаторы, а также оксиды
хрома.
При производстве ш лакоситалла белого цвета на основе доменных
ш лаков в качестве катализатора применяют сульфид цинка ZnS, при усло­
вии что в стекле содержание СаО не превышает 34 ... 35 %, а А12 0 3 — 8,5 ...
9,5 % по массе. При получении темно-серых ш лакоситаллов используют
комбинированный катализатор FeS + MnS при содержании в стекле СаО
до 35 ... 36 %, А12 0 3 - 14 ... 14,5 % по массе.
Шлакоситаллы благодаря их вы сокой прочности, химической стой­
кости применяют в строительстве, химической, горнорудной, электротех­
нической и других отраслях промышленности.
Фториды применяют к а к глушители стекла, но фтор может быть исполь­
зован и в качестве катализатора кристаллизации для стекол, содержание
СаО в которы х не превышает 21 % и А12 0 3 не выше 10 ... 12 % по массе.
Оксид хрома Сг 2 0 3 чаще всего применяют в качестве катализатора
для стекол, которы е наряду с СаО содержат свыше 5 % по массе MgO.
П ороки, которы е чаше всего наблюдаются в стекломассе, подразде­
ляются на три основные группы: газовые, стекловидные и кристалли­
ческие.
Г а з о в ы е
в к л ю ч е н и я (пузыри) м огут находиться к ак на
поверхности стекла, так и в его массе. Размеры их от долей миллиметра
до нескольких миллиметров. Пузырьки размером менее 0,8 м м называ­
ют „м ош кой” . По форме пузыри бывают: сферические, эллипсоидные,
нитевидные; по цвету — бесцветными и окраш енными, а также с различ­
ными включениями или осадками. Пузыри снижают механическую проч­
ность, химическую стойкость и прозрачность изделий из стекла, ухуд­
шают их внешний вид. В зависимости от причины происхождения пузы­
рей они могут быть первичными и вторичными.
Первичные
пузыри образуются в основном вследствие неполного
удаления на стадии осветления стекломассы, когда нарушается техноло­
гический режим: недостаточно вы сокая температура, малая продолжитель­
ность осветления, отсутствие необходимого количества осветлителей
в шихте, чрезмерный съем стекломассы.
Вторичные пузыри чаще всего возникают в результате повторного
нагревания стекломассы, содержащей остатки карбоната и сульфата нат­
рия, которы е при определенных условиях (нагрев до 1200 С) разлагают­
ся с выделением газов. Наряду с этим стекломасса содержит некоторое
количество растворенных газов. Чем больше этих газов, тем больше в о з­
можность появления вторичных пузырей. Источником пузырей могут
быть и огнеупоры, из откры ты х пор которых могут выделяться воздух
или газы. Особенно опасно образование пузырей от огнеупоров в зонах
студки и выработки, так как из-за низкой температуры и высокой в я з­
кости стекломассы они не могут быть удалены из стекломассы. В связи
с этим необходимо повышать количество огнеупорных материалов, обес­
печивая их высокую плотность, прочность и стеклоустойчивость.
Вторичные пузыри обычно имеют небольшие размеры, хотя не исклю­
чено и появление крупных пузырей. По составу газов, содержащихся
24
в пузы рях, а также результатам исследования под м икроскопом (степень
окраски, наличие осадка) судят об их происхождении.
С т е к л о в и д н ы е в к л ю ч е н и я отличаются от основной стекло­
массы химическим составом, плотностью, коэффициентом преломления,
а иногда и цветом. К ним относятся свили и шлиры. Свили — это включе­
ния в основной стекломассе чужеродного стекла в виде нитей или воло­
кон. Шлиры - более грубые стекловидные включения округлой формы.
Свили располагаются к а к на поверхности, так и внутри объема стек­
ла. Причинами образования свилей являются: отклонение химического
состава шихты и плохое ее смешивание, применение стеклобоя другого
состава, изменение направления потоков с вовлечением застойной стекло­
массы из глубины бассейна в рабочий поток и др. Во многих случаях при­
чиной образования свилей является разрушение огнеупоров бассейна
печи и различных преград. Огнеупоры содержат кром е кристаллической
и стекловидную фазу, которая переходит в стекломассу и, являясь инород­
ной по составу, образует свили. Если свили и шлиры образовались в вароч­
ной зоне, то при дальнейшем движении они могут смешаться с основной
стекломассой. В том случае, когда свили образовались в зоне выработ­
ки стекла, где расплав имеет более вы сокую вязкость, они уже не успевают
раствориться.
Контролируют свили в стекле визуально или с помощью теневого ме­
тода. Природу образований свилей определяют химическим или спектраль­
ным анализом. Использование современных методов рентгенофлюорес­
центного анализа или электронного микроанализатора позволяю т опре­
делить химический состав свилей с вы сокой точностью.
Т в е р д ы е в к л ю ч е н и я относятся к наиболее опасным порокам
стекломассы , так как они вызывают значительные линейные напряжения,
которые снижают механическую прочность и термическую устойчивость
изделий, а в некоторых случаях являю тся причиной их саморазрушения.
Твердые включения (кам ни) в стекле образуются из-за непровара
шихты, разрушения огнеупоров, кристаллизации стекломассы, загрязне­
ния сырья и стекольного боя.
Шихтные камни являю тся остатками непроварившихся сырьевых
материалов, причиной образования которы х являю тся: наличие крупных
зерен тугоплавких примесей в сырьевых материалах, плохое перемеши­
вание шихты; расслоение шихты при транспортировке, низкая температу­
ра в зоне варки.
Наличие в стекломассе шихтных камней свидетельствует о нарушениях
заданного технологического режима производства.
Продукты разрушения огнеупоров образуются из-за их дефектов:
неплотной структуры , недостаточного обжига, наличия крупных зерен,
раковин. Кроме того, камни от огнеупоров появляются в результате вы ­
сокой температуры стекловарения, большого количества щелочей, бор­
ного ангидрида и оксида свинца в стекле.
При попадании в стекломассу огнеупоров образуются три вида к а м ­
ней: бакоровы е, шамотные и динасовые. Вид огнеупора определяют петро­
графическим методом (каж ды й из огнеупоров имеет кристаллооптические
особенности). Д ля того чтобы уменьшить количество камней от сгнеупо25
ров, снижают несколько уровень стекломассы, устанавливают водяные
холодильники на наиболее разрушающихся участках кладки, усиливают
обдув воздухом , а в некоторых случаях снижают температуру в печи.
В результате загрязнения сырья (песка, доломита) хромистыми руда­
ми или огнеупорами при перевозках по железной дороге в стекломассе
могут образовываться „черные точки” , представляющие собой хромшпинелиды (хром и ты ), трудно растворимые в стекле с температурой плав­
ления около 2000°С. Встречаются хромистые минералы в тяжелой фракции
песков. Могут возникнуть черные точки при использовании непросеянных
соединений хрома (феррохромовы х ш лаков) для окраш ивания стекло­
массы.
При появлении черных точек проверяют наличие хрома в сырьевых
материалах и прекращают использовать загрязненное сырье.
§ 7. Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А ОСНО ВНЫ Х ВИДОВ С Т Е К Л А
И Т Р Е Б О В А Н И Я . ПРЕДЪ ЯВЛЯЕМ Ы Е К НИМ
Листовое оконное стекло. Светопрозрачность листового стекла тол­
щиной 2 и 2,5 м м должна быть не менее 87 %, стекла толщиной 3 и 4 м м —
не менее 85 %.
В связи с увеличением производительности стекловаренных печей,
повышением скоростей вытягивания стекла, а также освоением техноло­
гии производства стекла на поверхности расплавленного металла (флоатпроцесс) к составам оконны х стекол предъявляются следующие требо­
вания: пониженная скорость кристаллизации, вы сокая скорость варки,
оптимальная скорость твердения.
По химической стойкости оконное стекло относят к III гидролити­
ческому классу и при использовании его непосредственно для остекления
зданий и сооружений порчи его поверхности, к а к правило, не отмечается.
Химический состав листового и всех остальных стекол приведен в при­
ложении 1 .
Тарное стекло используют для расфасовки, хранения и транспорти­
рования различных жидких, пастообразных и твердых продуктов. Изде­
лия из тарного стекла должны иметь хороший внешний вид, быть гигиенич­
ными, инертными по отношению ко всем видам пищевых продуктов,
обладать температуроустойчивостью, позволяющей пастеризовать и стери­
лизовать пищевые продукты. К недостаткам стеклянной тары следует от­
нести сравнительно большую массу и невысокую механическую прочность.
Состав стекла для того или иного вида тары зависит от способа ее про­
изводства и назначения. Кроме основных компонентов S i0 2, СаО и Na20
тарные стекла содержат от 3 ... 3,5 % MgO, а также до 3 ... 5 % А12 0 з .
Содержание оксидов железа в бесцветных стеклах до 0,1 %, а в полубелых - до 0,5 % Ре 2 0 з . Окрашенные стекла содержат Fe 2 0 3flo 1,5 ... 2 % и
MgO до 1 ... 2 %. По химической стойкости тарное стекло должно быть
не ниже III гидролитического класса.
Наиболее распространенный способ повышения механической проч­
ности и эксплуатационной надежности стеклянной тары - нанесение пленоч­
ных защитно-упрочняющих покрытий. В качестве оксидно-металлических
26
покрытий чаще всего применяют оксидно-оловянные, наносимые при воз­
действии паров SnCl4 на горячую (450 ... 600°С) поверхность изделий.
Кремнийорганические пленки наносят на изделия путем распыления вод­
ных эмульсий кцемнийорганических жидкостей типа ГКЖ-94 при темпера­
туре 150 ... 200 С. В некоторы х случаях наносят покрытия из пластиче­
ских масс на основе поливинилхлорида путем окунания изделий в ванну.
У изделий с защитными покры тиями возрастает сопротивление внутрен­
нему давлению на 6 ... 2 0 %, за счет повышения механической прочности
примерно в 1,5 ... 2 раза снижаются потери при транспортировании стек­
лянной тары. Кроме того, благодаря повышению механической прочности
стеклотары значительно снижаются потери пищевых продуктов на пред­
приятиях пищевой промышленности.
Сортовое стекло используют для производства изделий бытового
назначения. Оно должно обладать вы соким показателем светопреломле­
ния и максимальным светопропусканием, иметь хорошие варочные свой­
ства и малую склонность к кристаллизации, хорошо поддаваться механи­
ческой и химической обработке. Составы сортовых стекол подразделя­
ют на три основные группы: обычные бесцветные натрийкальцийсиликатные составы, хрустали и цветные стекла. Свинцовые хрустали занимают
особое место в производстве изделий бытового назначения. Они имеют
небольшую вязкость и медленно твердеют. С увеличением содержания
оксида свинца повышается показатель светопреломления. При введении
в состав стекла 18 ... 24 % оксида свинца РЬО показатель светопреломле­
ния составляет 1,532 ... 1,542, а светопропускание достигает 90 ... 92 %.
При введении красителей в состав шихты стекло окраш ивается, давая
при этом яркие чистые спектры цветов. Степень окраш ивания зависит от
вида красителя, его концентрации, состава стекла и условий варки.
Кварцевое стекло представляет собой силикатное стекло, состоящее
практически из одного кремнезема и обладает целым ком плексом ценных
свойств, термостойкостью, огнеупорностью, химической и радиационной
устойчивостью, прозрачностью в ш ироком диапазоне длин волн, опти­
ческой и акустической однородностью, вы сокими электроизоляционными
свойствами. Благодаря этим свойствам изделия из кварцевого стекла
эксплуатируются в условиях высоких температур и давлений, глубокого
вакуум а и холода, динамических и вибрационных нагрузок, кинетическо­
го нагрева и резкого охлаждения, воздействия агрессивных сред, ядерных и космических излучений.
Д ля получения достаточно однородного стекла температура расплава
должна быть не ниже 1850 ... 1950 С. Его получают путем плавления в
электрических печах чистых природных (горный хрусталь) или искусствен­
ных кристаллических разновидностей кремнезема, а также синтетического
диоксида кремния.
Прозрачное техническое и оптическое стекло используют для изготовле­
ния различной аппаратуры, лабораторной посуды и приборов, труб и стерж­
ней, смотровы х стекол и лю ков реакторов, высокочастотных изоляторов.
Особо чистое кварцевое стекло служит для производства труб, тиг­
лей, различной аппаратуры, используемых в полупроводниковой технике
и радиоэлектронике.
27
Из прозрачного стекла вырабатывают термостойкую кислотоупорную
аппаратуру и емкости, арматуру, огнеупоры для стекловаренных печей,
защитные чехлы термопар, корпуса электропечей и т. д.
Электровакуумное стекло ш ироко применяют в радиоэлектронной
технике, благодаря тому, что оно обладает специфическими техническими
свойствами и большими технологическими возможностями ф ормова­
ния деталей любой конструкционной сложности. Из стекла изготовляют
оболочки ламп накаливания, люминесцентных ламп, галогенных ламп,
телевизионных кинескопов, а также различные устройства рентгеновской
техники, конденсаторы и другие элементы.
Многие электровакуумны е стекла относятся к алюмоборосиликатной
системе и отличаются хорошими технологическими и эксплуатационными
свойствами — механической прочностью, термостойкостью, химической
стойкостью, вы сокой диэлектрической способностью.
Светотехнические стекла используют для изменения интенсивности,
характера спектра и направления проходящих через него световых пото­
к ов. К ним относятся цветные сигнальные (линзы Ф ренеля), бесцветные
призматические (фарные рассеиватели), светорассеивающие (плафоны,
к ол п ак и ). Составы светотехнических стекол находятся в системе Na20 СаО — S i 0 2 и вполне удовлетворяют эксплуатационным требованиям
изделий. Составы опаловых и молочных стекол отличаются повышенным
содержанием А12 0 3 и фтора.
Оптические стекла подразделяют в зависимости от их показателя
преломления и коэффициента дисперсии условно на две группы: кроны
и флинты. К кронам относят стекла с небольшим содержанием оксида свин­
ца, которые имеют низкий показатель преломления и высокий коэф ф и­
циент дисперсии. Флинты же содержат в большом количестве РЬО (до 70 %
по массе) и обладают вы соким показателем преломления и малым ко эф ­
фициентом дисперсии. При варке оптических стекол в горш ковы х печах
особое внимание уделяют чистоте применяемых сырьевых материалов.
Д ля введения в состав стекла S i 0 2 используют молотый кварц, содержа­
ние оксидов железа в котором допускается не более 0,001 ... 0,005 %.
Изделия из оптического стекла в виде заготовок, линз, призм применяют
в оптико-механической промышленности.
Химико-лабораторное стекло характеризуется вы сокой химической
и термической стойкостью и обладает пониженной склонностью к кристал­
лизации. Из химико-лабораторного стекла вырабатывают различную посу­
ду, приборы и аппаратуру, применяемую в лабораторной практике и при
выполнении научно-исследовательских работ. В зависимости от назначе­
ния изделий и способов производства составы химико-лабораторных
стекол разнообразны, однако в их состав входят оксиды В2 Оэ, А12 0 3,
Z r 0 2, T i0 2 , повышающие химическую и термическую стойкость. Наряду
с этим они имеют пониженное содержание щелочных оксидов.
Медицинское стекло предназначено для хранения и упаковки лекар­
ственных средств, поэтому основным требованием к этим стеклам я в ­
ляется вы сокая химическая стойкость по отношению к хранящ имся в них
препаратам. Из медицинского стекла выпускают аптекарскую посуду,
ампулы, флаконы для антибиотиков и т. п. Не допускается введение в со­
28
став медицинских стекол токсичных оксидов A s 2 0 3, Sb 2 0 3 , Р2 0 5 и сое­
динений фтора.
Стеклянное волокно обладает свойствами - негорючестью, стойкостью
к коррозии, вы сокой прочностью, что позволяет применять его в различ­
ных областях техники. Известны два вида стеклянного волокна: непрерыв­
ное (получаемое вытягиванием из расплава стекла) и штапельное (полу­
чаемое путем раздува струи расплавленного стекла воздухом или п а р о м ).
В зависимости от назначения диаметр волокон колеблется от 0,1 до
100 м к м . При производстве стеклянного волокна применяют бесщеЛочные алюмоборосиликатные стекла. Материалы из непрерывных стеклян­
ных волокон применяют в электротехнической, химической промыш лен­
ности, строительстве и других отраслях. Материалы из штапельного во ­
локна в виде матов, ваты, холстов используют для теплозвукоэлектроизоляции, фильтрации.
Материал, получаемый прессованием стекловолокна, пропитанного
синтетическими смолами, называют стеклопластиком, которы й исполь­
зуют в качестве ограждающих и отделочных материалов. В качестве свя­
зующего материала применяют фенольные, полиэфирные, карбамидные
и другие смолы.
Контрольные вопросы
1. Какие конструкционные материалы применяют для изготовления форм, агре­
гатов, оборудования стекольного производства? 2. Для чего применяют огнеупор­
ные материалы на стекольных предприятиях? 3. В чем различие между кристалли­
ческими и аморфными веществами? 4. Чем характеризуется структура материала?
5. Какие оптические свойства важны для стекла, почему? 6. Чем вызываются основ­
ные пороки стекломассы? 7. Охарактеризуйте основные виды стекол и требования
к ним.
ГЛАВА
II
СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
§ 8 . КРЕМ НЕЗЕМ НЫ Е М А Т Е Р И А Л Ы
Большинство изделий из стекла получают на основе силикатных сте­
кол, массовая доля кремнезема S i0 2 в которы х составляет 55 ... 82 %.
Д ля производства таких стекол применяют следующие природные материа­
лы , содержащие кремнезем: кварцевые пески, кварциты, песчаники, жиль­
ный кварц. Наряду с этим за последние годы начали использовать вул­
канические горные породы, опоки, трепелы. Д ля получения изделий из
особо чистого кварцевого стекла применяют горный хрусталь и ди­
оксид кремния, который производят искусственно.
К в а р ц е в ы й п е с о к — продукт разрушения горных пород;
состоит из зерен кварца и примесей (глина, полевошпатовые породы,
уголь, соединения железа и д р .). В составе всех песков встречается наи­
более вредная примесь оксид железа, окраш иваю щая стекло в зеленый
или желтый цвет. В связи с этим стандартом для стекловарения установ­
29
лена концентрация оксида железа в песках, предназначенных для производ­
ства различных видов изделий:
Оптическое с т е к л о .........................................................
Хрусталь (свинцовый и б е с св и и ц о в ы й ).................
Техническое с т е к л о ......................................................
Оконное с т е к л о ...............................................................
Стеклянная тара (банки, б у т ы л к и )...........................
не более 0,01
0,01 .... 0,015
0,03 .... 0,07
0,05 .... 0,15
0,05 .... 0,25
В песках присутствуют также красящ ие оксиды хром а Сг 2 0 з и
титана ТЮ 2 . О ксид хрома окраш ивает стекло в зеленый цвет, а ди­
окси д титана в присутствии железа окраш ивает стекло в желтый
цвет. Содержание в песке Сг 2 0 3 не должно превышать 0,0001 %, а ТЮ 2 0,05 % по массе.
Природные пески обычно содержат окрашивающих примесей боль­
ш е, чем допускается стандартом, поэтому пески обогащают и тем
самым повышают содержание основного вещества. Основные спо­
собы обогащ ения: пром ы вка, флотооттирка, магнитная сепарация.
При производстве стеклянной тары, особенно зеленой и полубелой,
используют пески местных месторождений.
Больш ое значение для стекловарения имеет зерновой состав песка
(приложение 3 ). В крупнозернистых песках размер зерен основной ф р ак­
ции составляет 0,15 ... 0,41 м м , мелкозернистых — 0,1 ... 0 3 мм.
Наилучшими являю тся пески с зернами размером 0,15... 0,3 м м,
в которы х не должно содержаться более 5 % зерен крупнее 0,5 м м и более
8 % зерен мельче 0 , 1 м м (п ы л и ).
К в а р ц е в ы е
к о н ц е н т р а т ы применяют в производстве хру­
стальных стекол. Они содержат 99,6 ... 99,7 %, по массе S i0 2> а к о ­
личество оксидов железа находится в пределах 0,003 ... 0,007 %, что зна­
чительно ниже по сравнению с обогащ енными песками Новоселковского
месторождения. Размер зерен песка в концентратах 0,1 ...
0,5 м м .
§ 9. Щ ЕЛ О Ч Н О ЗЕМ ЕЛ ЬН Ы Е И Щ ЕЛОЧНЫ Е М АТ Е Р И А Л Ы
Щелочноземельное сырье. Основными щелочноземельными окси ­
дами, входящ ими в состав стекла, являю тся оксид кальция СаО и оксид
магния MgO.
Оксид кальция повышает химическую устойчивость стекла, облег­
чает процесс варки и осветления стекломассы. Вводят оксид каль­
ция в стекло с помощью природных карбонатов кальция, известняка, мела
и мрамора.
И з в е с т н я к С аС 0 3 (приложение 4) - осадочная горная порода
белого и светло-серого цвета. Природный известняк, используемый в
стекловарении, должен содержать не менее 54 ... 51 % по массе окси ­
да кальция и не более 0,1 ... 0,2 % оксидов железа. Поступает известняк на
стекольные заводы в виде глыб.
М ел
—
м ягкая осадочная порода белого цвета. Включения
оксидов железа придают ему желтоватый оттенок, а глины — серова­
30
тый. Содержание СаО в меле должно быть не менее 54,3 %, а оксидов
железа - не более 0,2 %. Известняки и мел, пригодные для стекольной
промышленности, ш ироко распространены в природе.
М р а м о р - горная порода, содержит до 99 ... 99,5 % С аС 0 3 и не­
большое количество оксида железа — 0,015 %, характеризуется постоян­
ством химического состава.
Оксид магния MgO улучшает ряд важных физико-химических свойств
стекла. При замене оксида кальция оксидом магния повышается
механическая прочность стекла, понижается коэффициент расшире­
ния стекла, уменьшается склонность стекла к кристаллизации. Вво­
дят оксид магния в стекло природным материалом — доломитом
СаСОэ • M gC03. Иногда MgO вводят магнезитом или доломитизированным известняком .
Д о л о м и т — твердая светло-серая осадочная порода, окраш иваемая
соединениями железа в желто-коричневый цвет. По качеству природный
доломит для производства стекла должен содержать: для высшего
сорта не менее 19,5 % MgO, а для остальных сортов не менее 18%
по массе; содержание СаО соответственно не более 32 и 34 %; со­
держание Fe 2 0 3 - 0,1 ... 0,4 %.
Поступает доломит на стекольные заводы в виде глыб и поэтому
его подвергают измельчению. Обогащенный доломит поступает в ви­
де порош ка. Перед введением его в шихту проводят контрольный про­
сев.
Химический состав и основные месторождения известняков, мела и
доломитов приведены в приложении 4.
Щелочное сырье. В состав стекла входят оксиды натрия Na 2 О и калия
К 2 0 . Присутствие оксидов щелочных металлов (приложение 5) в
многокомпонентных стеклах понижает термическую и химическую устой­
чивость стекол, ослабляет их механические и диэлектрические свойства.
Наряду с этим они способствуют снижению вязкости расплавов и темпе­
ратуры варки стекол.
Оксид натрия вводят в стекло через кальцинированную соду и сульфат
натрия, а оксид калия — через поташ, содово-поташную смесь и се­
литру.
К а л ь ц и н и р о в а н н а я с о д а Na 2 C 0 3 - основной материал
для ввода в стекло оксида натрия. Сода представляет собой белый
пылевидный порош ок, которы й хорошо растворяется в воде. Соглас­
но требованиям стандарта в прокаленной соде содержание Na2 C 0 3 должно
быть не менее 99 % по массе, остаточное содержание хлоридов —
не более 0,8 %; Fe 2 0 3 не более 0,02 %. В процессе варки стек­
ла сода разлагается на Na20 и С 0 2 ; при этом из 106 мае. ч. соды полу­
чается 62 мае. ч. оксида натрия и 44 мае. ч. углекислоты или 58,5 %
Na20 переходит в стекломассу и 41,5 % С 0 2 улетучивается в атмосферу
печи.
И с к у с с т в е н н у ю л е г к у ю с о д у получают по аммиачному
методу. Сода отличается мелкодисперсностью (55 % частиц раз­
мером менее
0 ,1
м м ), она малосыпуча, плохо перемешивается с
другими компонентами ш ихты, слеживается и зависает в бункерах,
3>
сильно распыляется. Хранят соду в сухих закры ты х складах или в силосах (бан ках). Гранулированная сода (разм ер гранул 0,1 ... 1,2 м м ) не имеет
отмеченных выш е недостатков.
С у л ь ф а т н а т р и я Na 2 SC>4 вводят в состав шихты от 5 до 15 %
по массе Na20 взамен части соды. При варке стекла сульфат натрия раз­
лагается очень трудно. Д ля того чтобы облегчить разложение сульфата
натрия, в шихту вводят углеродистые восстановители (каменный уголь,
древесные о п и лки ). Неразложившийся сульфат натрия, обладая меньшей
плотностью по сравнению со стекломассой, всплывает на ее поверхность,
разруш ая огнеупорную кл ад к у стекловаренных печей.
Сульфат натрия вводят в состав шихты преимущественно не с целью
замены кальцинированной соды, а к а к необходимый компонент для нор­
мального течения варки стекла. При введении в стекло в малых количе­
ствах от 0,5 до 0,7 % по массе Na20 сульфат натрия ускоряет про­
цесс осветления стекломассы.
Сульфат натрия бывает искусственный, образующийся к а к побочный
продукт на заводах по производству соляной и азотной кислот, и природ­
ный, большие запасы которого находятся в П рикаспийском районе в за­
ливе Кара-Богаз-Гол. Добывают сульфат натрия путем перекачки кон­
центрированного раствора сульфата натрия в воде в специальные бассей­
ны, где происходит выделение мирабилита Na 2 S 0 4 • ЮН2 0 , а затем естест­
венное его обезвоживание.
По техническим условиям природный сульфат натрия 1-го сорта дол­
жен содержать, % по массе: Na 2 S 0 4 не менее 96,5; Fe 2 0 3 не более 0,01;
NaCl не более 1; C aS 0 4 не более 0,8; влаги не более 3; нерастворимого
осадка не более 1,5.
П о т а ш К 2 С 0 3 состоит из 68,2 % по массе К 20 и 31,8 % С 0 2 , искус­
ственный белый материал, легко растворим в воде, гигроскопичен, комкуется. Хранят его в сухих помещениях в плотно закры ты х емкостях.
Поташ бывает кристаллический К 2 С 0 3 ■ 2Н20 и кальцинированный К 2 С 0 3
Д ля стекловарения применяют главны м образом кальцинированный поташ,
которы й по стандарту должен содержать не менее 98 % по массе К 2 С 0 3 .
Получают поташ из горных пород, содержащих хлористый калий (мине­
ральный поташ ), и из золы растений — подсолнечника, сахарной свеклы
и других (растительны й).
Введение в состав стекла оксида калия взамен оксида натрия при­
дает стеклу блеск и прозрачность, улучшает оттенок стекла. В связи с
этим его вводят в стекло в основном при производстве сортовой посу­
ды , хрусталя, цветных и оптических стекол.
О м и ч е с к и й состав щелочесодержащих сырьевых материалов приве­
ден в приложении 5.
§ 10. О КС ИД Ы Д Л Я Х Р У С Т А Л Ь Н Ы Х И С П Е Ц И А Л Ь Н Ы Х СТЕКО Л
В производстве оптического стекла, изделий из хрусталя, искусствен­
ных драгоценных камней применяют оксид свинца РЬО — тяжелый л е гк о ­
плавкий материал, которы й увеличивает показатель преломления стекла,
придает блеск и повышает плотность, снижает теплоемкость и температуру
Ч
плавления стекла, способствует лучшему растворению и распределению
красителей в стекле. Свинцовые стекла легче поддаются гранению, шли­
фованию и полированию.
Вводят оксид свинца в стекло в составе свинцового сурика РЬ 3 0 4
или свинцового глета РЬО. На стекольных заводах чаще всего ис­
пользуют свинцовый сурик, представляющий собой порош ок яркооранжевого цвета, которы й получают, прокаливая глет при 360 ...
380°С. В сурике есть примеси S i0 2 , А12 0 3, СаО и Fe 2 0 3. Содержание
оксида железа не должно превышать 0 , 0 1 %, а соединений меди, никеля
и кобальта в сурике не должно быть совсем. Оксиды свинца легко восста­
навливаются до металлического свинца, поэтому вводить в шихту их сле­
дует вместе с веществами, выделяющими кислород (окислителям и).
Оксид цинка ZnO применяют в производстве сортовой посуды, све­
тотехнических изделий, а также механически прочных, термостойких
и химически устойчивых технических стекол. Оксид цинка придает стек­
лу значительную термическую и химическую устойчивость, в связи с чем
цинковые стекла весьма устойчивы к резки м изменениям температуры
и применяются для производства лабораторной посуды.
Вводят оксид цинка в стекло через ц и н к о в ы е б е л и л а (ГОСТ
202 — 8 4 ), содержащие не менее 96 % ZnO ; в отдельных случаях — в виде
углекислого цинка Z n C 0 3, встречающегося в природе в качестве минера­
ла галмея (цинковы й шпат) или азотнокислого цинка Z n (N 0 3) 2 .
Оксид бария ВаО повышает блеск и показатель преломления стекла,
улучшает диэлектрические свойства, поэтому его применяют в производ­
стве оптических и специальных стекол, а также при производстве барие­
вого хрусталя. Частичная замена СаО оксидом бария уменьшает вязкость
и склонность расплава стекла к кристаллизации.
Вводят оксид бария в стекло к а р б о н а т о м
б а р и я ВаС03,
су л ь ф а т о м
б а р и я B aS 0 4 или н и т р а т о м б а р и я B a (N 0 3) 2.
Карбонат бария —белый кристаллический, нерастворимый в воде порош ок,
вырабатывается химическим путем и содержит 77,7 % ВаО. Природный
карбонат (витерий) встречается очень редко.
Сульфат бария бывает природный (минерал барит или тяжелый шпат)
и искусственный. На стекольных заводах B aS 0 4 применяют редко, так
к а к он очень трудно разлагается. Если в состав шихты вводят более 5 %
ВаО с помощью B aS04 , то в этом случае в шихту добавляют углерод (5 ...
7 % по массе от массы B aS04) .
Нитрат бария применяют главным образом при варке оптического стек­
ла. Это синтетический продукт, легкоплавкий, растворимый в воде, при
разложении в стекло переходит 56,6 % ВаО и выделяется кислород. Однако
стекломасса с бариевыми соединениями сильно разъедает огнеупор.
За последние годы в стеклоделии находят применение новые виды
сырья. Щелочесодержащие горные породы являю тся ком плексны м неде­
фицитным сырьем. Один из недостатков этих горных пород — колебание
химического состава, а также наличие значительного количества оксидов
железа.
Н е ф ел и н о в ы й
к о н ц е н т р а т содержит по массе не менее
29 % А]2 0 3 , н о благодаря тому, что в него входит 18 ... 19 % по массе
2 -7 1 6
33
щелочных оксидов, он легко переходит в расплав. Нефелиновый концен­
трат — продукт обогащения алатито-нефелиновой руды в виде тонкозер­
нистого порош ка серого цвета со сравнительно постоянным зерновым
и химическим составом. В связи с вы соки м содержанием оксидов желе­
за (3 % по массе) его не применяют при производстве изделий из бесцвет­
ного стекла.
В качестве сырьевых материалов используют также п е м з у , в у л ­
к а н и ч е с к и й п е п е л , л и п а р и т и ряд других горных пород.
П о л е в ы е ш п а т ы - кристаллические природные алю мосилика­
ты щелочных и щелочноземельных металлов. В чистом виде в стекольной
промышленности почти не используют, а применяют главным образом
полевош патовые концентраты, содержащие 97 % полевых шпатов и около
5 % примесей (кварц, слюда и д р .) . Поступают они на стекольные заводы
измельченными и упакованными в меш ки.
П е г м а т и т ы состоят из 75 % полевого шпата и 25 % кварца и пред­
ставляют собой прочную крупнокристаллическую породу. Д ля исполь­
зования при производстве стекла пегматиты должны содержать по массе
не менее 15 % А]2 0 3, не менее 8 % Na20 + К 20 и не более 0,25 % Fe 2 0 3
(в расчете на сухое вещ ество). На заводы пегматиты поступают в измель­
ченном виде, причем 75 ... 80 % зерен имеют размеры 0 , 1 ... 0 , 8 м м.
К а о л и н ы состоят из минерала каолинита А12 0 3 • 2 S i0 2 • 2Н 2 0 ,
который содержит 38,0 % А12 0 3 ; 46,5 % S i 0 2 ; 14 % Н 2 0 . Каолины пред­
ставляют собой выветрившиеся горные породы чешуйчатого строения.
На стекольные заводы поступают в обогащ енном виде с месторождений.
Содержание оксида железа составляет 0,4 ... 1,0 % по массе. Вводят к ао ­
лин в состав шихты предварительно хорошо смешанным с содой из-за его
тугоплавкости и ком куем ости.
Отходы
п р о и з в о д с т в а (металлургические ш лаки, отходы
обогащ ения) также находят применение в стекольной промышленности.
Доменные ш лаки в своем составе содержат, % по массе: S i 0 2 — 35 ...65;
СаО - 30 ... 40; А12 0 3 - 5 ... 20; S - 2 ... 4; Fe 2 0 3 - до 5; Мп - до 2;
щелочей — до 2. Доменные ш лаки применяют преимущественно для произ­
водства ш лакоситаллов, однако м огут быть использованы и в производ­
стве стеклянной тары зеленого и оранжевого цветов.
При производстве буты лок из зеленого стекла применяют ком п л екс­
ный краситель на основе феррохромовы х ш лаков следующего состава,
% по массе: S i0 2 — 25 ... 30; А12 0 3 — 5 ... 10; СаО — 50 ... 55; MgO —
5 ... 15; Сг 2 0 3 — 2 ... 7. В стекольной промышленности около 80 % о к р а ­
шенных буты лок выпускаю т из хромсодержащих стекол.
Использование промыш ленных отходов имеет важное значение в по­
вышении эффективности производства и охраны окружающей среды.
§ 11. С Т Е К О Л Ь Н Ы Й БО Й
При изготовлении изделий из стекла на различных технологических
операциях (ф ормования, отжига, отрезки колпачка, декорирования, сор­
тировки и др.) образуются отходы стекла в виде отбракованных изделий и
стекольного боя, которы е снова используют в производстве. Их собирают и
34
при необходимости измельчают, получая сырьевой материал в виде стеколь­
ного боя. Перед холодны м ремонтом стекломассу из стекловаренной печи
выпускают, направляя ее в гранулятор, в котором горячая стекломасса под
действием холодной воды превращается в гранулы стеклобоя. Его такж е
используют в производстве изделий из стекла.
Стеклобой оказы вает благоприятное влияние на процесс стекловаре­
ния, уменьшая при этом распыление и расслоение стекольной шихты,
снижая расходы топлива и дефицитных сырьевых материалов, в частности
свинцового сурика и соды. Обычно используют смесь, состоящую из 65 ...
75 % шихты из сырьевых материалов и 25 ... 35 % стекольного боя. Вве­
дение в стекловаренную печь повышенного содержания стекольного боя
(свыш е 50 %) приводит, к а к правило, к ухудшению однородности стекло­
массы. При таких условиях принимают дополнительные меры по усред­
нению стекломассы , чтобы механическая прочность и термическая одно­
родность изделий не понижалась.
Если стеклобоя собственного производства не хватает, стекольные
заводы используют близкий по химическому составу и цвету стеклобой
других производств, поставляемый заготовительными базами вторично­
го сырья. Стеклобой разделяют при этом по трем группам: бесцветный,
полубелый и цветной. Кроме того, в привозном (покупном) стеклобое
не должно содержаться металлических и керамических включений, к ам ­
ня, песка, глины, ш лака и других вредных примесей, а содержание орга­
нических примесей не должно превышать 2 %.
Перед использованием в стекловарении привозного стеклобоя прово­
д ят входной контроль его на содержание примесей. Сначала отбирают
пробу стеклобоя из разных мест в количестве 1 % от поступившей пар­
тии, но не менее 20 кг. Затем ее взвешивают, промывают водой, отбирают
примеси, сушат при температуре не выш е 100°С и снова взвешивают.
По разнице весов определяют процент загрязненности стеклобоя.
§ 12. УС КО РИ ТЕЛ И В А РК И С Т Е К Л А .
О С В Е ТЛ И Т Е Л И , О БЕ С Ц В Е Ч И В А ТЕ Л И
Ускорители. Д ля ускорения варки стекла применяют соединения
фтора и хлора, а такж е нитраты натрия, калия, бария и аммонийные соли,
способствующие появлению жидкой фазы при более низких температу­
рах и тем самы м увеличению скорости процесса силикатообразования.
Шихта с добавкой 1 % фтора при 1450°С проваривается в два раза бы­
стрее, чем шихта без фтора.
К р е м н е ф т о р и с т ы й н а т р и й Na 2 S iF 6 — отход химических
производств, сильно летуч, токсичен. Вводят в состав шихты из расчета
03
0,5 % фтора сверх основного состава стекла. Наряду с положитель­
ными факторами применение фторидов вызывает ряд отрицательных явл е­
ний. Фториды усиливают разрушение огнеупорных материалов стекловарен­
ных печей и вследствие большой летучести вместе с ды мовы м и газами
выделяются в окружающую среду. В связи с этим при использовании
фторидов необходимо учитывать не только экономические предпосылки,
но и охрану окружающ ей среды.
35
Хлористый
н а т р и й NaCl (поваренную соль) вводят в состав
шихты от 1,5 до 3 % ее массы. К ак и фториды, NaCl сильно летуч. В про­
цессе стекловарения теряется по массе от 30 до 35 % хлорида.
Осветлители — материалы, вводимые в состав шихты и способству­
ющие освобождению стекломассы от газовы х включений. В качестве ос­
ветлителей используют сульфат натрия, селитру, оксиды м ы ш ьяка и сурь­
м ы , а такж е аммонийные соли.
Сульфат
н а т р и я Na 2 .S 0 4 вводят в состав шихты в количестве
0,5 ... 1 % по массе.
На триевая
с е л и т р а N aN 0 3 содержит до 99 % основного ве­
щества и в процессе варки стекла разлагается при 725 С с выделением
оксидов кислорода и азота.
В качестве осветлителя используют также и к а л и е в у ю с е л и т ­
р у K N 0 3, которая разлагается при 925°С.
О к с и д ы м ы ш ь я к а и с у р ь м ы A s 2 0 3 и Sb 2 0 3 применяют
с нитратами, которы е при разложении окисляю т A s 2 0 3 и Sb 2 0 3 до пентоксидов. При температурах 1150 ... 1200°С пентоксиды выделяют кисло­
род.
Из аммонийных солей вводят в состав шихты а з о т н о к и с л ы й
а м м о н и й
NH 4 N 0 3 в количестве 0,25 % от массы шихты, с е р н о ­
кислый
а м м о н и й (NH4) 2 S 0 4 в количестве от 0,5 до 3 %, а также
х л о р и с т ы й а м м о н и й NH 4 C1 — 0,25 %.
Обесцвеяиватели вводят в состав шихты для устранения зеленого
оттенка, придаваемого стеклу оксидами железа. Примеси железа, содер­
жащиеся в сырьевых материалах, обусловливают присутствие в стекле
соединений железа в виде оксида железа FeO, окрашивающего стекло
в голубовато-зеленый цвет, и в виде оксида железа Fe 2 0 3, окрашивающего
стекло в желто-зеленый цвет. Интенсивность окраски зависит от общего
содержания в стекле оксидов железа. При производстве многих видов
изделий из стекла такая о краска не допускается, поэтому для ее устране­
ния и применяют обесцвечивающие материалы.
Различают обесцвечивание физическое и химическое. Физический спо­
соб обесцвечивания эффективен при общем содержании FeO + Fe 2 0 3
в стекле не более 0,08 %, а химический - при 0,06 %.
При физическом обесцвечивании в состав стекла вводят красители,
которы е окраш иваю т его в цвет, дополнительный к окраске соединениями
железа, и нейтрализуют нежелательный оттенок, поглощая избы ток зеле­
ных лучей. В качестве физических обесцвечивателей применяют селен,
закись никеля, окси д кобальта, перекись марганца и оксиды редкоземель­
ных элементов (неодима и эр б и я ).
С е л е н Se вводят в шихту совместно с оксидом кобальта СоО, что
обеспечивает наилучший результат, так к а к синяя окраска оксида кобаль­
та компенсирует легкую желтовато-розовую окр аску, получаемую при
использовании одного селена. Кроме элементарного селена его вводят
в виде селенисто-натриевой соли Na 2 S e 0 3, содержащей до 45,6 % элемен­
тарного селена. Содержание селена в стекле составляет 0,005 ... 0,01 %, о к ­
сида кобальта — 0,0001 %. Селен обладает вы сокой летучестью, поэтому его
количество, остающееся в стекле, не превышает 25 ...3 0 % от вводимого.
36
О к с и д н и к е л я NiO чаще всего вводят совместно с селеном и
оксидам и кобальта.
Соединение марганца М п0 2 при варке стекла разлагается с выделением
кислорода. Образующийся окси д марганца окраш ивает стекло в допол­
нительный желтый цвет и способствует физическому обесцвечиванию, а
кислород играет роль химического обесцвечивателя. Следовательно, встре­
чающийся в природе минерал пиролюзит, содержащий до 90 % МпО, являет­
ся обесцвечивателем смешанного типа.
В качестве обесцвечивателей применяют вещества из группы редких
земель. Оксид неодима Nd 2 0 3 вводят в состав стекла в количестве 0,005 ...
0,007 %, которы й придает стеклу лилово-розовую окраску. Оксид эр­
бия Е г 2 0 з в количестве 0 , 0 2 % окраш ивает стекло в бледно-розовый
цвет.
При химическом обесцвечивании имеющееся в стекле железо пере­
водят в трехвалентную форму, так к а к удельное поглощение света д вух­
валентного железа Fe2+ в области видимых лучей спектра в 10 раз больше
трехвалентного F e3+. Синие и фиолетовые лучи с длиной волны 500-10"* м
трехвалентное железо поглощает, а красные и желтые — пропускает. Хи­
мически обесцвеченное стекло обычно имеет слабый желтовато-зеленый
оттенок, обладая при этом вы соким светопропусканием.
С целью обеспечения в шихте избы тка кислорода применяют окисли­
тели (вещества, которы е при разложении выделяют ки слород), являю ­
щиеся химическими обесцвечивателями. К ним относятся селитры, оксиды
м ы ш ьяка, сурьмы и церия.
Д и о к с и д ц е р и я С е 0 2 — сильнейший окислитель. Его вводят в
состав стекла в количестве 0,07 ... 0,1 %. На практике вместо диоксида
церия применяют цериевый концентрат, содержащий 87,4 ... 91,5 % С е 0 2Ш ирокое распространение диоксид церия получил в производстве изделий
из хрусталя.
§ 13. К Р А С И ТЕЛ И И ГЛ У Ш И Т Е Л И С Т Е К Л А
Красители. Окрашивают стекла в различные цвета соединениями метал­
лов, которы е растворяются в стекломассе (м олекулярны е красители)
или равномерно распределяются в виде мельчайших коллоидных части­
чек (коллоидны е красители). Окрашивание стекла зависит не только от
свойств красителей, но и от химического состава стекла и условий варки.
М олекуляр ны е красители — это соединения кобальта, марганца, нике­
л я , меди, железа, урана, селена, хрома, кадм ия.
С о е д и н е н и я к о б а л ь т а окраш иваю т стекло в синий цвет.
При содержании оксидов кобальта СоО и Со2Оз в количестве 0,002 %
о кр аск а стекла синеватая, а при 0,5 % — ярко-синяя. Калиевые стекла по­
лучают более интенсивное синее окраш ивание, чем натриевые. О краска
соединениями кобальта не зависит от режима варки стекла и при исполь­
зовании совместно с другими красителями (солям и хрома и меди) мож ­
но получить о к р аск у стекла от зеленовато-синей до зеленой.
С оед ине ни я
м а р г а н ц а окраш иваю т стекло в фиолетовый
цвет при содержании оксида марганца Мп2 0 3 до 3 % и черный — при со37
держании 12 ... 20 %. С этой цепью в состав шихты вводят природный
минерал — пиролюзит М п0 2 или чистый препарат перманганат (марган­
цово-калиевую соль) КМ п04 .
С о е д и н е н и я н и к е л я N i 2 0 3, NiO окраш иваю т стекло в крас­
новато-фиолетовый (при содержании NiO 2 ... 3 %) и дымчатый (0,08 ...
0,25 %) цвета. Вводят в шихту NiO триоксидом N i 2 0 3 (порош ок черного
ц в е та). Окрашивание соединениями никеля хорошо воспроизводимо
и не зависит от условий варки стекла.
С о е д и н е н и я м е д и в зависимости от концентрации, состава
стекла и условий окраш ивания придают стеклу синий, голубой, зеленый
и красный цвета. Оксид меди СиО окраш ивает стекло в голубой, слегка
зеленоватый цвет. Чисто голубой цвет стекла получают при введении СиО
в количестве 1 ... 2 %, с увеличением содержания оксида меди окраска
стекла переходит в зеленую.
С о е д и н е н и е ж е л е з а Fe 2 0 3 окраш ивает стекло в цвета от
желтого до коричневого, FeO - в сине-зеленый. Обычно в стекломассе
оксиды железа присутствуют не в отдельности, а в виде смеси, которая
и окраш ивает стекло в зеленый цвет. Д ля ввода оксидов железа в стекло
на заводах применяют пиритные огарки - отходы сернокислого произ­
водства, а также крокус —порош ок красно-бурого цвета.
С о е д и н е н и е у р а н а U 0 2 окраш ивает стекло в бурый и черный
цвета, U 0 3 — в желтый. В состав бессвинцовых стекол вводят 0,5 ... 1,0 %
U 0 3 и 13 % U 0 3 для свинецсодержащих стекол. Натриевая соль урановой
кислоты Na 2 U 0 4 окраш ивает стекло в зеленый и желтый цвета. Д ля стек­
ла, окраш енного ураном, характерна флуоресценция, вызванная ультра­
фиолетовым излучением. При вы пуске изделий из интенсивно окраш ен­
ных стекол в желтый и оранжевый цвета соединения урана применяют
совместно с сернистым кадмием. Несмотря на то что препараты урана
достаточно чисты, их применение в стекольном производстве ограничи­
вается из-за вы сокой стоимости.
С о е д и н е н и е с е л е н а селенистокислый натрий Na 2 S e 0 3 о к р а­
шивает стекло в розовый цвет (розалин). Оттенок селенового розалина зависит от состава стекла и вида входящ их в него щелочных
оксидов. При варке в идентичных условиях калиевые стекла имеют
розовый оттенок, тогда к а к натриевые и литиевые — желтый или к о ­
ричневый.
С о е д и н е н и я х р о м а окраш иваю т стекла в желто-зеленый цвет.
Вводят хром в шихту в виде оксида хрома Сг 2 0 3 или калиевого хром ­
пика К 2 Сг2 0 7 , который легче растворяется в стекломассе по сравнению
с оксидом хрома. Содержание Сг 2 0 3 составляет 0,25 ... 1 , 2 % от массы
шихты. В производстве стеклянной тары (зеленые буты лки) в состав
шихты вводят ф еррохромовы е ш лаки. Применение комплексного м ел ко­
дисперсного красителя, содержащего C r 2 0 3 , S i0 2 , A12 0 3i CaO, MgO,
позволяет исключить использование пиритных огарков и экономить сырь­
евые материалы (песок, доломит, нефелин). Травянисто-зеленый цвет
стекла получают при одновременном использовании оксида хрома (0,5 % ),
оксида меди (2 %) и окислительных условиях варки стекломассы. Со­
отношение С и0:С г 2 0 3 = 3-И.
38
С о е д и н е н и я к а д м и я придают стеклу ярко-желтый цвет. Обыч­
но при варке калиевокальциевы х стекол применяют сернистый кадмий
CdS — порош ок желтого или оранжевого цвета. При варке свинцовых сте­
кол нельзя применять в качестве красителя CdS в связи с тем, что возм ож ­
но образование PbS, окраш иваю щ его стекло в черный цвет. Вводят CdS в
стекло в конце варки стекломассы , так к а к при вы сокой температуре и
продолжительном времени сернистый кадмий переходит в оксид кадм ия,
который не вы зы вает о кр аск и стекла.
Окс и ды
р е д к о з е м е л ь н ы х э л е м е н т о в за последние
годы такж е начали применять в качестве красителей при производстве
изделий из стекла. Д иоксид церия С е0 2 окраш ивает стекло в светло-жел­
тый цвет. Совместное применение диоксида церия с диоксидом титана
придает стеклу чистую золотисто-желтую окраску. Вводят оксид церия
в стекло через концентраты редкоземельных элементов, которы е снижа­
ют себестоимость изделий. Оксид празеодима Рг 2 0 3 сообщает стеклу
светло-зеленый цвет, оксид неодима N d 2 0 3 — розовато-сиреневую окраску,
оксид эрбия Ег 2 0 3 — красивый розовы й цвет.
О ксиды редкоземельны х элементов являю тся слабыми красителями,
однако стекла, окраш енные ими, характеризуются вы сокой прозрачностью,
чистотой цвета, оригинальными оттенками, что способствовало их ш иро­
ко м у применению в производстве сортовой посуды.
К оллоидны е красители вы зываю т образование в массе стекла взвеш ен­
ных коллоидально-дисперсных частиц металлов или их соединений. Цвет
стекла зависит от природы и концентрации коллоидных красителей, состава
стекла и разм еров взвеш енных частиц. Получение окраски стекла возм ож ­
но лишь путем вторичного нагревания изделий, при котором частицы увели­
чиваются до нужных разм еров. Терм ообработку изделий проводят при оп­
ределенном температурном и временном режимах и называют ,з а в о д к о й ” .
Коллоидными красителями являю тся соединения золота, серебра,
сурьмы, закисная медь, селен и др.
С о е д и н е н и я з о л о т а окраш иваю т стекло в красные цвета — от
розового до пурпурного (золотой рубин). Особенно чистые цвета полу­
чаются после наводки стекол с содержанием РЬО от 25 до 50 %. В качестве
красителя используют 1 0 %-ный (по массе) водный раствор хлорного
золота АиС13 , которы й содержит 100 г металлического золота в 1 л во­
ды. Д ля получения розовы х стекол вводят 0,01 %, рубиновых - 0,02 % ме­
таллического золота. Стекло, окраш енное золотом, относится к наиболее
красивым и благородным и применяется при производстве вы сокоху­
дожественных изделий.
С о е д и н е н и я с е р е б р а окраш ивают стекла в желтый цвет.
Вводят в состав стекла 0,01 % Ag. Д ля этих целей применяют 10 %-ный
(по массе) раствор нитрата серебра A gN 03 . После вторичного нагрева
образуется в массе стекла металлическое серебро. Растворимость серебра
в стекле низкая и поэтому требуется длительное выдерживание при вы ­
соких температурах. Улучшение окраски стекла достигается при добавле­
нии диоксида олова S n 0 2 . В отдельных случаях изделия из стекла о кра­
шивают только с поверхности (так называемые серебряные протравы) с по­
мощью специальной пасты из смеси глины, охры и хлорида серебра AgCl
c7 5 ,2 5 % A g.
39
С о е д и н е н и е м е д и Cu20 обладает большой красящ ей способ­
ностью и образует в стекле коллоидный раствор частиц металлической
меди, которые в интервале температур 580 ... 700°С после наводки при­
дают стеклу темно-красный цвет (медный р у б и н ). Медь является одним из
древних красителей стекла и ее растворимость значительно выше золота
и серебра. Вводят С1 1 2 О в количестве 1 ... 3 % от массы шихты в виде по­
рош ка коричневого цвета. Кроме того, при варке медного рубина следует
вводить в качестве восстановителей в состав шихты виннокаменную соль
калия КНС4 Н4 0 6 и закись олова SnO. Обычно для варки медного руби­
на используют натриевые стекла. При содержании меди в стекле 0,8 ... 1,8 %
по массе получают интенсивное окрашивание хрустальных стекол, кото­
рые используют для выработки накладных стекол с толщиной окраш ен­
ного слоя в несколько десятых долей миллиметра.
Э л е м е н т а р н ы й с е л е н Se при использовании вместе с солями
кадмия и серой окраш ивает стекло в ярко-красный цвет (селеновый ру­
бин). Д ля этого вводят (по массе) 0,3 ... 0,8 % Se, 1 ... 1,45 % карбоната
C dC 0 3 и 0,5 ... 1 % S (по массе сверх основного состава стекла). П р и в ар ­
ке селенорубиновых стекол выбирают составы, содержащие 4 ... 18 %
оксида цинка, которы й способствует получению более интенсивной о кра­
ски стекла. Потеря селена вследствие улетучивания достигает 70 ... 80 %
вводимого количества.
С о е д и н е н и я с у р ь м ы S b 2 0 3 и Sb2Os вводят в состав стекла
для получения сурьмяного рубина, которы й по степени окраш ивания
занимает промежуточное положение между селеновым и медным рубина­
ми. Наилучший результат получают при одновременном введении серы и
угля. Используют при варке рубина также и сернистые соединения сурь­
м ы , например S b 2 S 3 — порош ок черного цвета. Сурьмяный рубин имеет
более интенсивный цветовой оттенок и поэтому его целесообразно исполь­
зовать при вы работке накладных хрустальных стекол.
Глушители стекла придают стеклам свойства рассеивать свет и казать­
ся непрозрачными (глуш ены м и). При введении в стекломассу они обра­
зуют соединения, которы е выделяются при охлаждении расплава в виде
капель и частиц величиной около 1 м км . Глушение стекла происходит
при вы работке изделий или при их термической обработке (наводке).
Наиболее ш ироко используют в качестве глушителей соединения
фтора и фосфора. Начинается глушение стекла при содержании 2 ... 3 % F и
достигает насыщенного глушения при 4 ... 5 %. Фторсодержащими
глуш ителями являю тся к р е м н е ф т о р и с т ы й н а т р и й Na 2 Si F 6
и к р и о л и т
3NaFAlF3. Последний является отходом на заводах по
производству суперфосфата и состоит из 12,8 % оксида алюминия А12 0 3,
32,8 % оксида натрия Na20 и 54,4 % фтора.
Д ля глушения некоторых стекол используют ф т о р и д ы к а л ь ­
ц и я (природный минерал — плавиковый шпат CaF2) , м а г н и я . Вво­
дят в состав стекла из расчета 5 ... 8 % по массе фтора сверх основного
состава. Фтор при варке стекла улетучивается, что вызывает загрязнение
окружающей среды. Наименьшие потери фтора при введении в состав
шихты криолита. В связи с этим для глушения стекла чаще применяют
соединения фосфора.
40
Действие фосфатов Са и Na при глушении стекол связано с явлением
несмешиваемости расплава и частичек фосфатов, которые и сообщают
стеклу при охлаждении молочно-белую окраску. Вводят соединения фос­
фора в виде к о с т н о й
муки, ф о с ф о р н о к и с л о г о каль­
ц и я Са 3 (Р0 4 ) 2, к и с л о й
ф о с ф о р н о - н а т р и е в о й соли
Na 2 H P0 4 • 12Н20 и а п а т и т а Са4 (CaF) • (Р 0 4 ) 3 . В состав костной
м уки входит 80 .. 85 % Са3 (Р 0 4) 2 , 10 % С аС 03 , а также небольшие вклю ­
чения фосфорнокислого магния Mg3 (P 0 4 ) 2 и фтористого кальция CaF2 .
Фосфорнокислый кальций содержит 32,6 % СаО, 41,23 % Р 2 0 5 и 26,17 %
Н 2 0 . Фосфорно-натриевая соль содержит 43,7 % Na 2 0 , 49,96 % Р 2 0 5 и
6,34 % Н 2 0 . Апатитовый концентрат содержит около 41 % Р 2 0 5, 50 %
СаО, до 3 % фтора, 6 % хлора. Соединения фосфора требуют более вы со­
ких температур варки и вы работки, что вызывает некоторые технологи­
ческие затруднения при производстве изделий.
В качестве глушителей используют также соединения о л о в а
и
окси д
а л ю м и н и я , механически замешиваемый в подготовленную
стекломассу. На степень глушения стекла оказываю т влияние размер
и количество частиц в единице объема стекла, разница показателя прелом­
ления стекла и заглушающих частиц, вид применяемых глушителей и
химический состав стекла. Нередко на практике применяют ком биниро­
ванное глушение фтористыми и фосфатными соединениями, что усили­
вает и утончает глушение опаловы х стекол.
§ 14. П О Д Г О ТО В К А СЫ РЬЕВЫХ М А Т Е Р И А Л О В
И КО НТРО ЛЬ И Х К А Ч Е С Т В А
Подготовка. Д ля того чтобы качество сырьевых материалов привести
в соответствие с требованиями ГОСТов и ТУ, сырьевые материалы обога­
щают на^ месте добычи, на обогатительных ф абриках или непосредственно
на стекольных заводах.
П е с о к , обогащенный на месте добычи, поступает на завод затарен­
ным в м еш ки или в вагонах, оклеенных изнутри бумагой. Перед подачей
в производство песок подвергают контрольному просеву и при необходи­
мости суш ке.
Необогащенный песок проходит на заводе следующие виды обработ­
ки: обогащение или усреднение, суш ку, просеивание.
Основная задача обогащения — удаление из песка посторонних приме­
сей и пылевидных фракций, так к а к м елкие фракции содержат гораздо
больше оксидов железа, чем крупные. Наиболее распространенные мето­
ды обогащ ения — ф лотооттирка и магнитная сепарация.
Фпотооттирка — это комбинация двух методов — флотации и оттир­
ки, которая позволяет удалить из песков до 90 % оксидов железа. При
флотации используется разная способность зерен кварца и инородных
минералов смачиваться водой: кварц хорошо смачивается, минералы —
носители железа — практически не смачиваются, особенно в присутствии
реагентов-собирателей, адсорбирующихся на их поверхности.
Если через воду, в которую помещен песок, пропустить воздух, то
пузырьки воздуха вытеснят воду с поверхностей частиц, не смачивающих­
41
ся водой, прикрепятся к ним и поднимут несмачиваемые частицы на по­
верхность воды.
При проведении флотации песок перемешивают с водой в соотноше­
нии 1 : 2,3 до получения жидкой массы (пульпы ), вводят в нее поверх­
ностно-активный реагент (вспениватель) и включают продувку воздухом .
В качестве флотационного реагента применяют сульфатное мыло (отхо­
ды производства целлюлозы) и кальцинированную соду (на 1 т песка 1 к г мыла и 3 к г с о д ы ).
При продувке воздухом пульпа активно перемешивается, частицы
песка трутся одна о другую , в результате чего с их поверхности снимают­
ся пленки гидрооксидов железа, которы е являю тся более м ягки м и по срав­
нению с кварцем . Этот процесс и носит название оттирки. В процессе про­
д у вк и воздухом в пульпе образуется пена из воздуш ных пузы рьков, ко то ­
рые прилипают к зернам минералов с железом. Пену сливают с поверхности
пульпы вместе с загрязнениями, а чистый песок оседает на дно.
Технологический процесс ф лотооттирки включает следующие опера­
ции: разрушение ком ьев песка и приготовление пульпы, оттирку пленки
с удалением загрязнений, разделение песка и тяжелых минералов ф лота­
цией, удаление ш лама, пром ы вку пульпы и ее обезвоживание.
Д ля приготовления пульпы используют контактные чаны с меш алками
и грохоты м окрого грохочения производительностью по сухому песку
до 35 т/ч. Зимой воду подогревают до 35 ... 45°С. После оттирки пленки
гидрооксидов железа в контактном чане пульпа поступает в м ногокам ер­
ную флотационную машину „Пена-5” . Обезвоживают пески на в ак у у м ­
ных ленточных или дисковы х фильтрах. После этого песок сушат во вра­
щающихся сушильных прямоточных барабанах: песок подают в верхнюю
часть барабана, куда одновременно поступают газы температурой 800 ...
900 С. Отапливаются барабаны природным газом или ж идким топливом.
После суш ки и охлаждения песок просеивают на вибрационных электро­
магнитных грохотах или барабанных ситах-буратах. Д ля производства
листового стекла песок просеивают через сито с числом отверстий
на 1 с м 2 не менее 81, т. е. в шихту поступают зерна песка размером
не более 0 , 8 м м .
Магнитная сепарация проводится с целью удаления железистых приме­
сей, содержащихся в минералах, способных намагничиваться (магнетит,
титаномагнетит, пиролюзит, гем атит). Магнитной сепарацией очищают
сухие пески после просеивания. Д ля очистки применяют индукционно­
роликовы е (ЭРС-1) и барабанные сепараторы 163-СЭ или 164-СЭ. Части­
цы песка, поступающие в сепаратор, находятся под действием магнитного
поля и сил инерции, тяжести. Под влиянием этих сил струя песка разделяет­
ся на две части: по одну сторону падает песок, по другую — примеси, со­
держащие железо.
В тех случаях, когда на стекольном заводе используют песок, не од­
нородный по химическому составу и не прошедший обогащение, его целе­
сообразно перемешивать крупны ми партиями — усреднять. Наилучший
способ усреднения — послойный; в этом случае каждую вновь поступив­
шую на завод партию песка равномерно рассыпают поверх ранее прибыв­
шей, образуя таким о б о з о м многослойный штабель.
42
Д о л о м и т , и з в е с т н я к , поступившие на завод в виде глыб,
дробят, сушат, размалывают, просеивают и очищают с помощью магнит­
ной сепарации.
После предварительного дробления на ку ски размером 40 ... 50 мм
материал сушат в таких же сушильных барабанах, что и песок, при темпе­
ратуре не выше 400°С во избежание термической диссоциации. После
суш ки до конечной влажности, не превышающей 7 %, доломит и известняк
подвергают тонком у помолу (до частиц 0,08 м м ) в ш аровых мельницах
производительностью до 7 т/ч. В шихту можно вводить доломит, количест­
во частиц разм ером до 0,2 м м которого составляет от 60 до 90 % по массе.
После помола доломит и известняк просеивают на вибрационных
грохотах или ситах-буратах с сеткой № 09 (64 о тв /см 2) , а затем очищают
от включений аппаратурного железа на сепараторах барабанного типа.
М е л не подвергают дроблению; его сушат, размалывают в молот­
ковы х или роторных мельницах, а затем просеивают. Магнитную сепара­
цию не применяют, так к а к мел после помола не обладает необходимой
сыпучестью. Д ля просеивания мела применяют сетку № 1,1 (49 отв/см 2).
К а л ь ц и н и р о в а н н а я с о д а поступает в виде мелких гранул,
упакованной в бумажные м еш ки, или россыпью в специальных автомо­
билях или вагонах-со довозах. ,Соду, поступившую в м еш ках, разгружают
и перевозят электропогрузчиками, затем на складе растаривают с помощью
машин УРМ-1, проводят контрольный просев и направляют в расходный
бункер. В тех случаях, когда сода поступает россыпью, ее разгружают и
транспортируют с использованием пневмотранспортных установок нагнета­
ющего или вакуум ного действия. Просеивают соду на грохотах или вибро­
ситах с двойными сетками № 1,3 или № 1,4. Ввиду гигроскопичности сода
при длительном хранении слеживается, образуя ко м к и . В этом случае ее
дополнительно измельчают на м олотковы х дробилках, а затем просеивают.
С у л ь ф а т н а т р и я поступает на заводы главным образом ис­
кусственный, в бумажных м еш ках, поэтому он подвергается только кон­
трольному просеву через сито № 1,2. Природный сульфат дробят в вал­
ково-зубчатой дробилке, после чего сушат в барабане при температуре
650 ... 750°С, а затем вновь измельчают на м олотковой дробилке и просеи­
вают.
П е г м а т и т и п о л е в о й ш п а т поступают размолотыми, в бу­
мажных меш ках. Их растаривают и просеивают через сито № 07. Для тран­
спортирования материалов в расходные бункера используют преимущест­
венно пневматический транспорт.
С т е к о л ь н о г о б о я вводят в шихту до 30 %. П одготовка его
включает дробление на роторных дробилках ДРС-5 X 5 (размер кусков
30 ... 60 м м ), магнитную сепарацию, сортировку и пром ы вку. Транспорти­
руют бой ленточными конвейерами.
П о т а ш , атакж е а з о т н о к и с л ы е с о л и н а т р и я , к а л и я ,
бария
и а м м о н и я ( с е л и т р ы ) поставляют на заводы в бочках.
Их растаривают с помощью установки УРБ-1. В связи с тем что материалы
ком кую тся, при просеивании их протирают через сита № 1,4 ... 1,2 с исполь­
зованием протирочной машины. После просева материалы хранят в плот­
но закры ваем ы х ем костях.
43
Т о к с и ч н ы е м а т е р и а л ы (оксиды м ы ш ьяка и др.) обраба­
тывают по специальным инструкциям.
Контроль качества сырьевых материалов. Качество сырьевых материа­
лов контролируют приемочным, периодическим и текущ им контролем.
Приемочный контроль проводят, чтобы выявить, насколько качество
поступающих на стекольный завод сы рьевцх материалов соответствует
ГОСТам или ТУ. При поступлении сырьевых материалов работники заво­
да (контролеры ) осматривают их и по результатам визуального контро­
л я определяют соответствие стандартам, а затем отбирают пробы на сокра­
щенный химический анализ для определения содержания основного ве­
щества и влаги, а также проверки зернового состава. В тех случаях, к о г­
да материалы не отвечают требованиям стандартов, их бракуют.
П е р и о д и ч е с к и й контроль сырья проводят, чтобы удостове­
риться в пригодности данных материалов для требуемой шихты. Д ля это­
го не менее одного раза в 1 0 сут отбирают среднюю суточную пробу каж ­
дого компонента, включающую 24 ежечасных пробы, и проводят полный
химический анализ.
Т е к у щ и й контроль проводят ежесменно на средней пробе, состо­
ящей из восьми ежечасных проб. Определяют также зерновой состав под­
готовленного материала и содержание в нем основного вещества и влаги.
В тех случаях, когда из-за состава сырья изменяется сверх нормы содер­
жание компонентов в шихте, рецепт шихты корректируют.
Контрольные вопросы
1. На какие группы подразделяются сырьевые материалы по роли в технологи­
ческом процессе производства стекла? 2. Какими материалами вводят в стекломас­
су кремнезем? 3. Для чего вводят в состав стекла РЬО? 4. Какое количество стеколь­
ного боя вводят в шихту? 5. Что такое осветлители? 6. Какие виды красителей вы
знаете? 7. Какими методами обогащают песок?
ГЛАВА
III
ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
§ 15. УСЛО ВИЯ РА БО ТЫ ОГНЕУПОРО В
И Т Р Е Б О В А Н И Я К НИМ
Огнеупоры — материалы и изделия, изготовляемые главным образом
на основе минерального сырья, обладающие огнеупорностью — способ­
ностью противостоять, не расплавляясь, действию вы сокой температуры
(не ниже 1580°С, по стандартам ряда стран — не ниже 1500°С). Огнеупо­
ры выпускают в виде штучных изделий (фасонные и нормальные кирпи­
чи), порош ков, обм азок. В зависимости от технологии изготовления огне­
упоры подразделяются на керамические (получаемые путем спекания)
и плавленые (ф ормуемы е из расплава), от основного состава — на ш а­
мотные, динасовые, магнезиальные. По химической природе различают
кислые, основные, нейтральные огнеупоры.
44
При эксплуатации в стекловаренных печах огнеупоры испытывают раз­
личные нагрузки. В стенах и сводах печей — сжатие, в стенах стекловарен­
ных горш ков — растяжение, в зубьях ванной печи — поперечный изгиб, в
стенах ванной печи (при большой высоте клад ки ) и сводах — продоль­
ный изгиб, во вращающихся деталях питателей — кручение. Однако боль­
ше всего огнеупоры изнашиваются в бассейне печи от действия стеколь­
ной массы, в пламенном пространстве и регенераторах от конденсатов
шихтной пыли и веществ, испаряющихся из шихты и с поверхности стекло­
массы. Наиболее агрессивное действие на огнеупоры оказываю т шихта,
и стекломасса с повыш енным содержанием щелочей, а также содержащие
фтористые, свинцовые и бариевые соединения.
Все огнеупорные материалы имеют некоторую критическую темпера­
туру, ниже которой их коррозионная стойкость довольно вы сока. С повы­
шением температуры выше критической они начинают разрушаться с воз­
растающей скоростью. Т ак, в интервале 1450 ... 1550°С повышение темпе­
ратуры варки стекла на каждые 50°С снижает срок службы огнеупоров
примерно в два раза, а на 75°С — в три раза. Охлаждение кладки считает­
ся одним из главных ф акторов, позволяющих продлить кампанию стекло­
варенной печи.
Брусья бассейна стекловаренной печи подвержены наибольшему разру­
шению вблизи поверхности стекломассы. При этом существенное влияние
на более интенсивное разъедание брусьев оказы вает колебание уровня,
вызывающ ее расширение участка с максимальной величиной разъедания,
а также применение сульфата натрия в качестве осветлителя стекломас­
сы или для введения в стекло оксида натрия. Благодаря низком у поверх­
ностному натяжению сульфат хорош о смачивает огнеупорный материал,
легко проникает в его поры и активно диффундирует внутрь с разложением
многих химических соединений. Структурные и текстурные особенности
брусьев зачастую оказы ваю т на их стойкость при эксплуатации большее
влияние, чем химический состав.
Значительная коррозия огнеупоров наблюдается в горизонтальных
швах. Нем тоньше ш вы , тем меньше разрушение брусьев. Уменьшения
толщины ш вов достигают за счет правильной геометрической формы
брусьев, их тщательной обработки и подгонки. Предельная толщина гори­
зонтального шва составляет 2 мм. На некоторы х ответственных участках
бассейна печи брусья кладут насухо, „впритир” .
В пламенном пространстве печи в большей степени разрушаются влеты
горелок.
Огнеупоры, работающие в таких условиях, долж ны прежде всего
обладать вы сокой стеклоустойчивостью, достаточной термостойкостью,
выдерживать механические нагрузки при вы соких температурах, а также
резкие колебания температуры, сохранять постоянство объема, правиль­
ность ф орм ы и точность размеров. Высококачественные огнеупоры поз­
воляют резко сократить брак стекломассы и вести варку стекла при тем­
пературе 1550°С ивы ш е.
Стеклоустойчивость или стойкость огнеупоров к коррозии — важней­
шее свойство огнеупоров. Процесс коррозии огнеупорных материалов —
сложное явление. Он состоит в том, что, во-первых, составляющие к о м ­
45
поненты расплава стекла химически реагируют с материалом огнеупора,
во-вторых, компоненты огнеупора физически растворяются в расплаве,
сначала межзерновое вещество, что вызывает образование „свили” в стек­
ломассе, а затем — зерна, которые образуют в стекломассе такой порок,
к а к „кам ень” .
Особенно вы сокой стеклоустойчивостью и термической стойкостью
должны обладать огнеупорные детали питателя (чаша, секция лотка, ци­
линдр, плунжер, о ч к о ), так к а к загрязнение стекломассы на заключитель­
ной стадии технологического процесса устранить в дальнейшем практически
невозможно.
§ 16. КЕ РАМ ИЧ ЕСКИЕ О ГНЕУПО РЫ
Керамические огнеупоры (приложение 6 ) формуют способами пласти­
ческого формования, прессования, трамбования или ш ликерного литья.
Сформованный сырец сушат и обжигают. Рассмотрим основные виды
керамических огнеупоров (приложение 6 ) .
Ш а м о т н ы е о г н е у п о р ы изготовляют из размолотого шамота
(обожженной до спекания огнеупорной глины ). Их используют для кл ад ­
ки бассейнов ванных печей, элементов горш ковы х печей, питателей, реге­
нераторов, а также для изготовления стекловаренных горш ков, лодочек,
фасонных деталей.
Для производства шамотных изделий способом прессования и трам­
бования шихту составляют из 80 ... 85 % по массе шамотного порош ка,
15 ... 20 связующей огнеупорной глины и 5 ... 9 воды . Зерновой состав
(м м ) порош ка выбирают в зависимости от вида изделия: для стеново­
го бруса (300 X 400 X 500 м м ) - 1, донного бруса (300 X 400 X 1000 м м ) 2, стеклоформую щ ей лодочки — 0,6. Формовочную массу приготовляют
на бегунах и формуют изделия в разборных формах. После суш ки (оста­
точное содержание влаги не более 3 %) полуфабрикат обжигают при темпе­
ратуре 1400°С в течение 24 ч и охлаждают со скоростью 10 ... 20 С/ч. При
этом происходит усадка изделий на 1 ... 2 %.
При формовании изделий методом ш ликерного литья в гипсовы е
формы шихта содержит до 20 % связующей глины и до 20 воды. Полу­
фабрикаты обжигают дольш е, чем при прессовании и трамбовании. Усад­
к а изделий составляет 3 ... 5 %.
Стеклоформую щ ие лодочки изготовляют из высококачественной
мелкозернистой шамотной массы способом сухого трамбования. Шихта
состоит (по массе) из 75 % шамота и 25 % глины. В шамоте содержится
(по массе) 53 % зерен размером 0,6 ... 0,4 м м и 47 % зерен меньше 0,4 мм.
Сухую глину перед смешиванием просеивают через сито № 09, а шамот
пропускают через магнитный сепаратор. Влажность массы для трамбова­
ния составляет 7 ... 8 %. Полуфабрикат сушат 20 ... 30 дней, а затем обжига­
ют в окислительной среде при температуре 1200 ... 1250°С в течение 8 сут.
К а о л и н о в ы е о г н е у п о р ы гш сравнению с шамотными содер­
жат несколько больше глинозема и обладают повышенной устойчивостью
против разъедания. Их применяют для клад ки стен варочной части печи
и верхних рядов насадки регенераторов.
46
П о л у к и с л ы е огнеупоры — синтетические огнеупоры типа ш амот­
ных (из глин и каолинов с добавкам и кремнеземны х материалов на осно­
ве пирофиллита) и циркониевые. Из полукислы х масс изготовляю т брусья
бассейна, лодочки и стекловаренные горш ки.
С и л л и м а н и т о в ы е огнеупоры (основой огнеупоров является
обожженный природный силлиманит, связующее — огнеупорная глина)
чаще всего используют для зоны питателя, клад ки верхних рядов насадок
регенераторов, а также участков кладки печей.
М у л л и т о в ы е огнеупоры изготовляют из смеси технического
глинозема с огнеупорной глиной. Наряду с вы сокой стеклоустойчивостью
они обладают более вы сокой термической стойкостью по сравнению с
силлиманитовыми огнеупорами, в связи с чем их применяют для изготов­
ления сменных деталей питателя (цилиндры, плунжеры, м е ш ал к и ). Наряду
с этим муллитовые огнеупоры используют также для клад ки стекловарен­
ных печей и регенераторов.
К о р у н д о в ы е огнеупоры содержат свыше 75 % А12 0 3 (содержание
А12 0 3 в алюмосипикатных огнеупорах повышает их стеклоустойчивость).
Корундовые брусья обжигают при температурах свыше 1700°С.
Ц и р к о н и е в ы е
огнеупоры изготовляют из природного обога­
щенного циркона Z r S i0 4 на связке из смеси огнеупорной глины с каоли­
ном. Применение циркониевых огнеупоров в производстве стекла рас­
ширяется. В некоторы х случаях циркониевые огнеупоры используют
вместо динаса, а также в качестве промежуточного нейтрального слоя
между бадделеитокорундовыми и динасовыми.
Д и н а с , сырьем для производства которого служат природные к вар­
циты, содержащие свыше 97 % S i 0 2 , а в качестве связки небольшие до­
бавки неорганических и органических веществ, применяют главным об­
разом для стен пламенного пространства стекловаренной печи, свода,
горелок, экранов. В отличие от шамотных огнеупоров размеры и пори­
стость изделий из динаса в результате обжига увеличиваются. В связи с тем
что динас содержит в больш ом количестве кристобалит и кварц, он менее
стоек к расплаву стекла.
М а г н е з и т о в ы е и х р о м о м а г н е з и т о в ы е огнеупоры
обладают повышенной стойкостью в насадках регенераторов. Сырьем
для их производства на специализированных заводах служат магнезит и
хром овая руда. Магнезитовые изделия имеют температуру начала деф орма­
ции под нагрузкой не менее 1500°С. Хромомагнезитовый кирпич, темпера­
тура начала деформации которого под нагрузкой не менее 1450 С, можно
применять для кладки регенераторов при производстве стеклотары из
зеленого стекла.
§ 17. Э Л ЕК ТР О П Л А ВЛ ЕН Ы Е И Д РУГИЕ ОГНЕУПОРЫ
Электроплавлеными огнеупоры называют потому, что их изготовляют
в электрических печах. Огнеупоры состоят в основном из трех оксидов:
S i0 2, А12 0 3 и С г 0 2. Остальные оксиды присутствуют в виде примесей
или добавок. Шихту приготовляют из естественного и искусственного
сырья: минералов и химических соединений, содержащих главные окси­
ды , из которы х в процессе плавления получают расплав заданного состава
(приложение 7 ) .
47
Т е х н и ч е с к и й г л и н о з е м , основную часть (98 ... 99 %) кото­
рого составляет оксид алюминия, является одним из главных к о м ­
понентов шихты для получения муллитовых, бадделеитокорундовых
и высокоглиноземистых огнеупорных материалов. Это мелкозернистый
порош ок белого цвета с температурой плавления 2050°С.
Ц и р к о н
(минерал) представляет собой ортосиликат циркония
C rS i0 4 , который содержит (по массе): 67,2 % С г0 2и 32,8 % S i 0 2- Цир­
кон имеет различную окраску: от светло-желтой до коричневой; он хру­
пок и плавится при температуре 2000°С. Примеси оксидов железа и ти­
тана в цирконе делают его непригодным для производства вы сокоогне­
упорных изделий, поэтому его подвергают химической обработке, в резуль­
тате которой удаляются оксиды железа и другие примеси, а температу­
ра плавления и химическая устойчивость его повышается.
Д и о к с и д ц и р к о н и я С г 0 2 - один из перспективных тугоплав­
ких оксидных материалов. Температура плавления 3000°С, низкий коэф ­
фициент линейного термического расширения, вы сокая химическая устой­
чивость, в том числе против разрушающего действия расплава стекла,
позволили ш ироко использовать его в промышленности. Д иоксид цир­
кония представляет собой мелкокристаллическое вещество белого цвета,
нерастворимое в воде, щелочах, соляной, азотной и разбавленной серной
кислотах. Наиболее перспективным сырьем для производства бакоровы х
огнеупоров являю тся отечественные бадделеиты Ковдорского месторож­
дения, которые содержат около 90 % диоксида циркония и незначительное
количество примесей.
Л е г и р у ю щ и е д о б а в к и , вводимые в шихту, оказываю т влия­
ние на литейные свойства расплава, кристаллизационную способность и
свойства огнеупора. В качестве добавок применяют оксиды натрия (сода),
кальция (м ел ), бора.
Плавленые огнеупоры характеризуются вы сокой стойкостью к дей­
ствию расплавов и механическим нагрузкам при высоких температурах,
поэтому они применяются в наиболее ответственных частях кладки стекло­
варенных печей, влетов горелок, каналов питателей. Выпускают плавленые
огнеупоры в виде стеновых брусьев размерами 250 X 400 X 600 м м , 300 X
X 400 X 600 м м и других изделий. Основной состав и свойства плавленых
огнеупоров приведены в приложении 7.
М у л л и т о в ы е и ц и р к о н о м у л л и т о в ы е огнеупоры изго­
товляю т из шихты, которая состоит из технического глинозема и прока­
ленного каолина. П лавку осуществляют при температуре 2500°С в дуго­
вых электрических печах с использованием графитовых электродов. Отли­
вают огнеупорные изделия при температуре 1700 ... 1800°С в песчаные или
графитовые ф ормы. Для предотвращения образования трещин и опасных
напряжений, вызывающих отслаивание (скалывание) 4 acjnu с поверхности,
изделия должны медленно охлаждаться. С этой целью ф орму с изделием
помещают в термоящ ик, где она присыпается пудрообразным диатомитом.
В некоторых случаях для плавки применяют туннельные печи.
После охлаждения отливки подвергают механической обработке на
станках с алмазным инструментом: обрезают и разрезают, шлифуют по­
верхности.
48
Муллитовые огнеупоры служат в кладке стекловаренных печей для
листового стекла, стеклянной тары — при максимальной температуре вар­
ки стекла 1450°С. Ц иркономуллитовые огнеупоры используют для клад­
к и загрузочных карм анов, влетов, горелок, экранов.
Б а к о р (бадделеитокорундовый огнеупор) получают из шихты,
которая состоит из технического глинозема, циркониевого концентра­
та и С г 0 2 • В обозначении плавленого огнеупора цифры указываю т на коли­
чественное содержание (% по массе) в нем бадделеита С г 0 2, например
бакор-33, бакор-45. Промышленность выпускает более 400 наименований
изделий из бакора-33, в том числе брусьев для влетов горелок, прото­
ков, заградительных устройств по стекломассе.
К о р у н д о в ы й
(корвиш ит) огнеупор получают путем плавки
технического глинозема при температуре 2500°С. Заполняют графитовые
формы при температуре 2000 С. Корундовый огнеупор состоит главным
образом из крупны х кристаллов корунда.
П л а в л е н ы й к в а р ц получают из ш ихты, состоящей из вы соко­
качественного обогащенного кварцевого песка, путем плавки в стержне­
вых электрических печах с графитовым электродом при температуре
1800°С. В этом случае вокруг электрода образуется заготовка в виде тру­
бы из вы со ко вязк о го расплава. После удаления электрода заготовку
сплющивают. Остывшую заготовку, состоящую из стеклообразного ди­
оксида крем ния, подвергают механической обработке. Из плавленого
кварца изготовляю т брусья размером 130 X 250 X 600 м м , которы е ис­
пользуют для кл ад ки бассейнов и протоков печей для варки бесщелочных или малощелочных стекол (например, при производстве стеклянного
в о л о к н а).
О г н е у п о р н ы й м а т е р и а л н а о с н о в е д и о к с и д а о л ов a S n 0 2 применяются для изготовления барботажных сопл, чехлов для
термопар, фильер для вытягивания стеклянного волокна, электродов
для электрической варки стекла и других изделий. Обожженные вы соко­
пористые природные трепельные (диатомовые) материалы, асбест и пено­
стекло, минеральную и стеклянную вату, а такж е шамотный и динасовый
легковес и пенолегковес используют в качестве теплоизоляционных мате­
риалов с целью снижения потерь тепла в окружающую среду и расхода
топлива, а также улучшения условий обслуживания стекловаренных пе­
чей, стальных газопроводов и других агрегатов.
Трепельный материал применяют при температурах, не превы­
шающих 900°С, так к а к с повышением температуры структура его
изменяется, что вызывает значительное ухудшение теплоизоляцион­
ных свойств.
В качестве тепловой изоляции стальных газопроводов применяют
об м азку толщиной 75 ... 150 м м , состоящую из смеси волокон асбеста,
огнеупорной глины и трепела.
Для кл ад ки огнеупоров используют раствор из огнеупорной глины
и отощающего порош ка. Выбор раствора определяется типом огнеупора.
Термические коэффициенты линейного расширения раствора и огнеупора
должны быть близки. Поэтому чаще всего применяют отощающий поро­
ш ок того же состава, что и огнеупор.
§ 18. ИСКУССТВЕННО Е О ХЛ АЖ Д ЕН И Е
И И ЗО Л Я Ц И Я О ГНЕУПО РОВ
Охлаждение. В стекловаренных печах наиболее интенсивно изнаши­
ваются и разрушаются такие элементы, как стены варочного бассейна,
углы загрузочного кармана, проток, а также пламенное пространство
(сты к горелок и свода). Для того чтобы замедлить процесс разрушения,
эти элементы подвергают искусственному охлаждению, которое способ­
ствует понижению температуры на поверхности огнеупора, соприкаса­
ющейся со стекломассой. При этом образуется пристенный слой более
вязкой стекломассы, замедляющий дальнейшее разъедание огнеупора.
Д ля искусственного охлаждения огнеупоров применяют воздушное,
водяное и комбинированное охлаждение.
Самым распространенным способом является обдувание холодным
воздухом с использованием сопл со щелевидными отверстиями. Наибо­
лее эф ф ективны м воздушное охлаждение является в том случае, когда
толщина бруса на уровне стекломассы менее 1 0 0 мм.
Охлаждающий эф ф ект водяного охлаждения более высокий, чем в о з­
душного. Однако водяное охлаждение применяют редко или из-за зна­
чительного расхода воды, или из-за необходимости создания зам кнуто­
го цикла циркуляционных вод. Во избежание значительного выделения из
воды солей температура ее не должна превышать 50°С.
Изоляция. Для того чтобы снизить потери тепла через стенки, свод,
дно и другие части стекловаренной печи, их защищают теплоизоляционны­
ми материалами (приложение 8 ) . Боковы е стены нижнего и верхнего
строения печи изолируют в два слоя.
Теплоизоляция подвесных стен и горелок из электроплавленых
огнеупоров уменьшает конденсацию щелочей на внутренней поверхности
огнеупоров, а также понижает температурный перепад в стенах и тем самым
уменьшает растрескивание огнеупоров.
§ 1 9 . О ГН ЕУПО РНЫ Е ГЛ ИНЫ
Огнеупорные глины (приложение 9) — это тонкодисперсные породы,
состоящие в .основном из кремнезема, глинозема и небольшого к о ­
личества плавней. Минералогический состав огнеупорных глин: каоли­
нит А12 0 3 • 2 S i0 2 * 2Н20 и примеси других минералов. Глины обычно
содержат 8 ... 15 % связанной (гидратной) воды. Цвет огнеупорных глин
колеблется от белого до темно-серого с различными оттенками.
Для изготовления ответственных шамотных огнеупоров применяют
глины, в прокаленном веществе которы х содержится не мене» 30 % А12 0 3 и
не более 4,8 % плавней (в том числе не более 1,8 % оксидов ж ел еза). О кси­
ды СаО и MgO в большей степени понижают стойкость шамотного огне­
упора. Используют для изготовления огнеупоров также глины с содержа­
нием А12 0 3 менее 30 % (полукислы е), однако они должны содержать
значительно меньше плавней.
Д ля оценки глин в качестве сырья для производства огнеупоров важ­
ное значение имеют следующие характеристики.
50
В о д а з а т в о р е н и я — количество воды, необходимое для обра­
зования из глины пластичного теста (обычно вводят 17 ... 32 % по массе).
С уменьшением размера частиц глины количество воды увеличивается.
П л а с т и ч н о с т ь г л и н ы находится в прямой зависимости от
содержания в ней частиц, размер которы х менее 1 м к м . Глина, затворен­
ная водой, должна давать пластичное тесто, хорошо сохраняющее форму
при изготовлении огнеупорных изделий.
В о з д у ш н а я у с а д к а характеризуется уменьшением длины
образца, изготовленного из пластичного теста и высушенного до постоян­
ной массы, и выражается в процентах к первоначальному размеру. Коле­
бание воздуш ной усадки огнеупорных глин находится в пределах 3 ... 1 1 %.
Наибольшую усадку имеют глины с вы сокой пластичностью („жирные”) ,
а наименьшую - малопластичные („тощ ие”) .
О г н е в а я у с а д к а происходит при обжиге глины и колеблется в
диапазоне от 2 до 12 %. Глина с большой воздушной усадкой имеет также и
большую огневую усадку. Чем значительней воздуш ная и огневая усадка, тем
труднее получить при суш ке и обжиге изделия без деформаций и трещин.
Т е м п е р а т у р а с п е к а н и я — температура, при которой глина
полностью спекается, т. е. теряет после охлаждения способность впиты­
вать воду. Температура спекания глины тем ниже, чем выш е ее пластич­
ность и содержание в ней плавней.
Д ля изготовления шамотных или полукислы х огнеупоров глину,
предварительно отсортированную от загрязненных к у ск ов, обжигают
в печках, после чего размалывают первоначально на щ ековой дробилке,
а затем на бегунах и просеивают. Подготовленный порош ок обязательно
подвергают очистке для удаления примесей аппаратурного железа, которое
вызывает образование пузырей в стекломассе и закраску стекла. Хранить
глину необходимо в условиях, исключающих ее размывание и загрязнение.
Контрольные вопросы
1. В чем основное назначение огнеупоров и каким они должны отвечать требо­
ваниям? 2. Какими способами увеличивают сроки службы огнеупоров? 3. Какими
показателями характеризуются свойства глин?
ГЛАВА
IV
ТОПЛИВО
§ 20. ВИД Ы Т О П Л И В А
Топливо — это горючие вещества, основной составной частью которых
является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании теп­
ловой энергии.
В промышленности используют твердое, жидкое и газообразное топ­
ливо. Различают природное топливо, добываемое на поверхности земли или
в ее недрах, и искусственное, получаемое путем переработки природного
(табл. 1 ) .
Таблица
Агрегатное состояние
Твердое
Жидкое
Газообразное
1. Основны е виды топлива
Природное
Дрова, торф, бурый уголь,
каменный уголь, полуантрацит, антрацит, сланец
Нефть
Искусственное
Древесный уголь, полукокс,
кокс, брикеты
Бензин, керосин, соляровое
масло, дизельное топливо, ма­
зут, гудрон, смола, бензол,
спирт
Газы: сжиженный, нефтеза­
Газы: природный, попутный
водской, коксовы й, светиль­
нефтепромысловый
ный, полукоксовый, доменный,
воздушный, смешанный гене­
раторный, водяной, полуводяной
К главным требованиям, предъявляем ы м к технологическому топливу,
относятся: низкая стоимость добычи, низкая стоимость транспортирования,
удобство применения, возможность использования с вы соким коэф ф и­
циентом полезного действия, малое содержание вредных примесей.
Топливо различных видов, месторождений и шахт различается по свое­
му составу. При рассмотрении твердого и ж идкого топлива принято раз­
личать следующие его составляющие: углерод, водород, серу, кислород,
азот, золу и влагу. Применительно к газообразному топливу под соста­
вом понимают в основном: оксид углерода, водород, метан, этан, пропан,
бутан, этилен, бензол, сероводород и др. Входящие в состав топлива кисло­
род и азот относят к внутреннему органическому балласту топлива, а
золу и влагу - к внешнему.
Состав твердого и ж идкого топлива выражают в процентах по массе,
газообразного —в процентах по объему.
Различные виды топлива (твердое, жидкое и газообразное) характери­
зуются общ ими и специфическими свойствами. К общим свойствам топ­
лива относятся теплота сгорания и влажность, к специфическим - золь­
ность, сернистость (содержание серы ), плотность, вязкость и другие свой­
ства.
Т е п л о т а с г о р а н и я — количество теплоты, которое вы деляет­
ся при полном сгорании 1 кг или 1 м 3 топлива. Энергетическая ценность
топлива в первую очередь определяется его теплотой сгорания.
Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Низшая теплота сго­
рания отличается от высшей количеством теплоты, затрачиваемой на испа­
рение влаги, содержащейся в топливе и образующ ейся при сгорании в о ­
дорода. Низшую теплоту сгорания учитывают для подсчета потребности
в топливе и его стоимости при составлении тепловых балансов и определе­
нии коэффициентов полезного действия установок, использующих топливо.
При сопоставлении различных видов топлива пользуются понятием услов­
ного топлива, характеризую щимся низшей теплотой сгорания, равной
29 М Дж/кг.
Вл а ж н о с т ь
(содержание влаги) топлива снижает его теплоту
сгорания вследствие увеличенного расхода теплоты на испарение влаги и
52
увеличения
объема продуктов сгорания (из-за наличия водяного
п ар а).
З о л ь н о с т ь
— количество золы , образующейся при сгорании
минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества,
содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания вследствие умень­
шения содержания горючих компонентов (основная причина) и увеличе­
ния расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы.
С е р н и с т о с т ь (содержание серы) относится к отрицательному
ф актору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы,
загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содер­
жащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную
стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оп­
тических и других стекол нельзя использовать топливо, содержащее
серу, так к а к сера значительно понижает оптические свойства и колер
стекла.
§ 21. ТВЕРДОЕ ТО П Л И В О
Ископаемые угли — твердое топливо растительного происхождения;
подразделяются на гумусовые, образующиеся из остатков высших расте­
ний, и сапропелевые, образующиеся из остатков низших растений, главным
образом водорослей. В нашей стране добывают угли гумусовые и частич­
но смешанные гумусосапропелевые.
В угольных пластах в зависимости от состава различают несколько
типов углей, отличающихся по внешнему виду (б л е с к у ): блестящие, полублестящие, полу матовые и матовые.
Угли разного состава отличаются не только по блеску и строению,
но также по дробимости (прочности), спекаемости, выходу летучих ве­
ществ и продуктов их термической переработки, что вытекает из разли­
чия физико-химических свойств отдельных типов углей. Т ак, блестящие
и полублестящие угли обладают низкой механической прочностью, лег­
к о дробятся и при добыче и дроблении переходят в мелкие классы. Мато­
вые же и полуматовые обладают более вы сокой механической прочностью,
труднее дробятся и при добыче и дроблении преимущественно остаются
в крупных классах. Блестящ ие и полублестящие типы углей хорош о спе­
каются, полуматовые и особенно матовые спекаются плохо или совсем
не спекаются.
В зависимости от стадий углефикации различают бурый, каменный
уголь и антрацит.
К б у р ы м
относятся угли, имеющие высшую удельную теплоту
сгорания влажной беззольной массы угля менее 23,8 М Дж/кг и представ­
ляющие собой самую низкую стадию превращения исходного раститель­
ного вещества в уголь. Характерная особенность бурого угля: большая
гигроскопичность, следствием которой является вы сокая влажность;
высокий выход летучих веществ (обычно более 40 % ); отсутствие спека­
емости; легкая окисляемость и самовозгорание. В зависимости от влаж­
ности бурые угли делятся на три группы: Б 1 — с содержанием рабочей
влаги более 40 %, Б 2 —от 30 до 4 0 % и БЗ — менее 30 %.
<3
Основная масса бурого угля используется в качестве энергетического
топлива в электростанциях ТЭЦ, остальное применяется в качестве тех­
нологического сырья при газификации, химической переработке.
К к а м е н н ы м относятся угли высшей удельной теплоты сгорания
влажной беззольной массы более 23,8 М Д ж /кг; представляют собой- сле­
дующую после бурого угля стадию превращения растительного вещества
в уголь. В отличие от бурого каменный уголь характеризуется большей
твердостью, всегда черным цветом, невы сокой рабочей влажностью (3 ...
13 % ), пониженным вы ходом летучих веществ (9 ... 35 % ). Одно
из важнейших свойств каменны х углей — спекаемость. На этом свой­
стве основан процесс коксования, в результате которого получают
к о к с , являющийся металлургическим топливом, и химические про­
дукты .
Основная масса каменны х (гум усовы х) углей используется в к а ­
честве энергетического топлива. Широко применяются каменные угли
д ля производства металлургического кокса.
А н т р а ц и т и п о л у а н т р а ц и т — ископаемое твердое топливо
высш ей степени углефикации. К ним относят ископаемые угли с вы хо­
д о м летучих веществ менее 9 %. По сравнению с каменными углям и ан­
трациты —самые блестящие, твердые и плотного образования.
Различают следующие м арки каменны х углей: Д — длиннопламенный,
Г — газовы й, ГЖ — газовы й жирный, Ж — жирный, КЖ - коксовы й жир­
ный, К — коксовы й, ОС — отощенный спекающийся, Т — тощий, СС —
слаб оспе кающийся, ПА — полуантрацит и А — антрацит. По крупности
к у с к о в угли подразделяются на классы (табл. 2 ) .
Т а б л и ц а 2. Классификация углей по крупности кусков
Класс круп- Обоэначе- Размер кусков, Класс крупноности
ние
мм
сти
Плитный
Крупный
Орех
Мелкий
П
К
О
М
1 0 0 .-2 0 0 (300) Семечко
50... 100
Штыб
25...50
Рядовой
13...25
Обозначение Размер кусков,
мм
С
Ш
Р
6...13
0 —6
0...2 0 0 (3 0 0 )
Торф — ископаемое топливо, представляющее собой смесь продуктов
неполного разложения в условиях болот при ограниченном доступе в о з­
духа и большой влажности остатков наземных и болотных растений с
продуктами более глубокого превращения растительных остатков.
В зависимости от характера торфообразования различают торф верхо­
вой, низинный и переходной. Верховой торф образуется из м хов; низин­
ный — из луговы х болотных растений (тростников, камы ш ей) ; в образова­
нии переходного торфа принимают участие те и другие торфообразователи.
По способу добычи торф к а к топливо разделяется на фрезерный
(к рош ка) и ку ско во й (брикеты и полубрикеты ). Наиболее распростра­
нен фрезерный способ добычи торфа, при котором верхний, наиболее су­
хой, слой измельчается до крош кообразного состояния. Из фрезерного
торф а производят торфяные брикеты и полубрикеты.
54
Основными потребителями торфа являю тся электростанции, работа­
ющие на торфе. Его также используют для отопления промыпшенных
печей и бытового потребления.
Горючие сланцы — ископаемое топливо с очень вы соким содержанием
минеральных веществ (преимущественно карбонатов до 40 % ); исполь­
зуются к а к топливо для электростанций, а также для термической и хи­
мической переработки на жидкие продукты и газ. Полученная при пере­
работке смола и подсмольные воды служат сырьем для вы работки свет­
лого моторного топлива, топливных и смазочных масел, препаратов для
консервации древесины, фармацевтических и других продуктов. Слан­
цевый газ используется в качестве топлива главны м образом для к о м м у ­
нальных целей.
Дрова. В качестве топлива в основном для коммунальных нужд ис­
пользуется древесина лиственных и хвойных пород. Из топливно­
го баланса дрова практически исключены. Качество дров зависит
от породы древесины, однородности, влажности и наличия поро­
ков.
§ 22. Ж ИД КО Е ТО П Л И В О
Мазут. Это наиболее распространенный вид жидкого топлива; его
получают к а к остаток после переработки нефти.
Выпускают топочный мазут следующих марок: 40В, 40, 100В, 100.
По содержанию серы различают: малосернистый (до 0,5 % ), сернистый
(до 2,0 %) и высокосернистый (до 3,5 %) мазут (табл. 3 ).
Т а б л и ц а 3. Физико-химические свойства мазутов
Показатель
Вязкость кинематическая при
80°С, с, не более
Зольность, %
Содержание механических
примесей, %
Содержание воды, %
Содержание серы, %:
малосернистого
сернистого
высокосернистого
Температура вспышки, °С
Температура застывания, °С
Теплота сгорания (в пересчете
на сухое топ ли во), МДж/кг:
малосернистого и серни­
стого
высокосернистого
Плотность при 20°С, г/см 3
Марки
40В
40
100В
100
43,8
0,04
59,0
0,12
73,9
0,05
118,0
0,14
0,07
0,3
0,80
1,5
0,20
0,3
1,5
1,5
0,5
2,0
90
10
0,5
2,0
3,5
90
10
0,5
2,0
—
110
25
0,5
2,0
3,5
110
25
40,7
39,9
-
40,6
39,7
-
40,5
39,9
1,015
40,1
39,7
1,015
55
Нефтяные мазуты применяют для отопления стекловаренных печей,
печей отжига, сушильных барабанов (суш ке сырья) и тепловых котлов.
Д ля достижения хорош ей жидкотекучести, необходимой для быстрого
слива (особенно в зимнее в р е м я ), транспортирования в трубах и хоро­
шего распыления при сжигании, мазут подогревают.
Смолы и масла. В процессе переработки твердых, жидких и газообраз­
ных видов топлива получают ряд продуктов, заменяющих мазут. Основ­
ные методы переработки топлива — коксование, полукоксование, гази­
ф икация, синтез газов — дают в числе прочих продуктов жидкие смолы
(дегти), являю щиеся ценным полуф абрикатом, при переработке ко то ­
рого могут быть получены различные масла или мазуты , с успехом сжи­
гаемые в топках печей и котлов. Эти масла заменяют дефицитный нефтя­
ной мазут.
§ 23. ГА З О О Б Р А З Н О Е ТО П Л И В О
Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорю­
чих газов, содержащую некоторое количество примесей. К горючим га­
зам относятся углеводороды , водород и оксид углерода. Негорючие к о м ­
поненты — азот, диоксид углерода и кислород — составляют балласт газо­
образного топлива. К примесям относят водяные пары, сероводород,
пыль. Искусственные газы м огут содержать ам м иак, смолу и другие при­
меси.
Д ля газоснабжения применяют влажные и сухие газы. Газ осушают
при транспортировании его на большие расстояния.
Природные газы состоят в основном из различных углеводородов
метанового рода; не содержат водорода, оксида углерода и кислорода.
Природные газы подразделяются на три группы: добы ваемые из чисто
газовы х месторождений, выделяемые из скважин нефтяных месторожде­
ний совместно с нефтью (попутны е), добываемые из конденсатных место­
рождений (смесь сухого газа и паров конденсата).
На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газовый
бензин и пропанобутановую фракцию, которую используют для газоснаб­
жения городов и отдельных установок предприятий в виде сжиженного
газа.
Искусственные газы. При переработке твердых топлив получают газы
сухой перегонки и генераторные. Те и другие для газоснабжения применя­
ют редко.
Газификация — термохимический процесс газогенераторной пере­
работки топлива, в котором одновременно протекает частичная сухая пере­
гонка топлива. П родуктами газификации являю тся горючий газ, зола и
ш лаки.
Периодическая продувка газогенераторов воздухом и паром позво­
ляет получать водяной газ, горючими компонентами которого являю тся
водород и оксид углерода.
Природный газ ш ироко применяется па стекольных заводах в качест­
ве топлива для стекловаренных печей, печей отжига, сушильных бараба­
нов, тепловьтх котлов и других агрегатов. Использование природного
газа позволяет полностью автоматизировать работу тепловых агрегатов
контролировать и управлять процессом горения.
Д ля сжигания природных и искусственных газов используют туннель
ные газовые эжекционные горелки.
Контрольные вопросы
1. Какие виды топлива применяют в промышленности? 2. Какие специфические
свойства характеризуют качество топлива? 3. Какими способами получают искус­
ственные газы?
Г Л А В А
V
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
$ 2 4 . Ч У Г У Н И КО НС ТРУКЦ И О Н Н Ы Е С Т А Л И
Все металлы и сплавы подразделяют на две группы: черные и цвет­
ные.
Наибольшее применение находят черные металлы на основе железа.
Чугуном называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 %
углерода, сплавы, содержащие до 2,14 % углерода, называют сталью.
Обычно в структуре чугуна почти весь углерод находится в виде гра
фита, поэтому чем больше в составе чугуна углерода, тем больше обра­
зуется графита и тем ниже его механические свойства. В связи с этим
содержание углерода в составе чугуна не превышает 4 %. Кроме железа
и углерода в состав чугуна входят кремний (1,2 ... 3,5 % ), марганец (0,2 ...
1,1 % ), фосфор (0,02 ... 0,3 %) и сера (0,2 ... 0,15 % ). Сера - вредная при­
месь, так к а к придает хрупкость чугуну и делает его густотекучим.
С е р ы й ч у г у н
(ГОСТ 1412 — 85) наиболее распространен
в промышленности, его маркирую т буквам и С — серый и Ч — чу­
гун, а затем следуют цифры, указываю щие временное сопротивле­
ние при растяжении (к г с /м м 2) . Например, чугун м арки СЧ15 характе­
ризуется прочностью при растяжении 15 к г с /м м 2 (147 МПа). Характерной
особенностью чугуна является то, что разрушающая нагрузка при сжатии
в 3 ... 5 раз больше, чем при растяжении, поэтому применять его необ­
ходимо для изделий, работающих на сжатие. Твердость чугуна составля
ет 1400 ... 2600 МПа.
Серый чугун используют для изготовления строительных колонн,
фундаментных плит, а также литых малонагруженных деталей различных
машин, станков, арматуры.
В ы с о к о п р о ч н ы й ч у г у н с ш аровидным графитом имеет наибо­
лее вы сокие механические свойства. Получают его присадкой в жидкий
металл магния в количестве 0,03 ... 0,07 %. Под действием магния гра­
фит принимает не пластинчатую, а шаровидную ф орм у и тем самым зна­
чительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна.
Высокопрочные чугуны не уступают по механическим свойствам
литой углеродистой стали, обладая при этом вы сокой износостойкостью
и хорошей обрабатываемостью. Маркируют чугун буквам и ВЧ, а затем
57
следуют цифры, показывающ ие временное сопротивление при растяжении
(к г с /м м 2) и относительное удлинение (%). Например, ВЧ50-2, ВЧ80-3,
ВЧ42-12. Высокопрочный чугун ш ироко применяют для изготовления
коленчатых валов в автостроении и дизелестроении, для деталей прокат­
ных станов, траверс прессов, корпусов насосов, вентилей.
К о в к и й ч у г у н получают путем высокотемпературного отжи­
га белого чугуна, в результате чего его пластичность значительно повышает­
ся. Маркируют ко вки й чугун буквам и КЧ и цифрами (КЧ37-12, К Ч 5 0 4 ).
Из отливок ко в к о го чугуна изготовляют детали, работающие при ударных
и вибрационных нагрузках. Его применяют для изготовления тонкостенных
деталей: картеры редукторов, ступицы, втулки, м уф ты , звенья и ролики це­
пей конвейеров, тормозные колодки.
У г л е р о д и с т ы е с т а л и подразделяются на виды в зависимо­
сти от назначения и качества. По назначению сталь делят на конструкцион­
ную и инструментальную, по качеству на две группы: обыкновенного
качества и качественную. Главным элементом, определяющим свойства
стали, является углерод. В составе конструкционной стали углерода со­
держится до 0,6 %, инструментальной — до 0,7 %.
Конструкционная сталь хорош о обрабатывается резанием и давлением
(к о в к а , ш там повка), обладает малой склонностью к деформациям и трещинообразованию при закалке. Конструкционную сталь выплавляют
в мартеновских печах, электропечах и конвертерах и поставляют в виде
заготовок, листов, полос, фасонных профилей.
В зависимости от назначения и гарантируемых свойств стали об ы к­
новенного качества делят на три группы: А, Б, В.
Группа А — это стали, поставляемые по механическим свойст­
вам без уточнения химического состава и предназначенные для ис­
пользования в состоянии поставки. Обозначают сталь буквами Ст
и цифрами 1, 2, 3, ..., 6 . С увеличением числа возрастает содержание уг­
лерода, а это повышает прочность и снижает пластичность стали. В зависи­
мости от условий и степени раскисления стали подразделяют на спокой­
ные (С П ), кипящ ие (КП) и полуспокойные (П С ), индекс которы х вхо­
дит в обозначение сталей.
К группе Б относят стали с гарантируемым химическим составом,
при обозначении впереди м арки ставится буква Б (БСтО, Б С т 1 сп, БСт2кп,
Б стб сп ).
Стали группы В поставляют с гарантированным химическим составом
и механическими свойствами (ВСт 1 , ВСт2, ВСтЗ, ВСт5). Стали групп Б и
В применяют при изготовлении сварных изделий, а также изделий с тер­
мической обработкой. В мосто- и судостроении, сельскохозяйственном
машиностроении используют главным образом стали группы В.
Ка че с т ве нн ые
у г л е р о д и с т ы е
с т а л и получают с
соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты,
параметров ведения плавки, разливки и обозначают цифрами 08,
10, 15, 20, ..., 70, которы е указываю т среднее содержание углерода
в сотых долях процента (05кп, 08кп, Ю кп). Качественную сталь применя­
ют для изготовления болтов, шайб, осей, шпинделей, коленчатых валов,
ш атунов, рычагов, втулок и многих других деталей.
58
Л е г и р о в а н н ы е с т а л и обладают ценными свойствами, приме­
нение их позволяет экономить металл, увеличить производительность
труда, повысить долговечность изделий. Основными легирующими элемен­
тами являю тся хром , никель, кремний и марганец. Д ля дополнительного
улучшения свойств конструкционных сталей вводят в сталь вольфрам,
молибден, ванадий, титан, бор и другие легирующие элементы.
Маркируют легированные стали цифрами и буквам и (40ХФА,
20Х2Н4А, 18ХГТ). Двузначные цифры впереди марки указываю т сред­
нее содержание углерода в сотых долях процента, буквы обозначают леги­
рующий элемент, а цифры после б укв указываю т примерное его содер­
жание в целых процентах (при отсутствии цифр содержание элемента
составляет 1 ... 1,5 % ).
Приняты следующие буквенные обозначения легирующих элементов:
А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен,
К — кобальт, Н — никель, М - молибден, П — фосфор, Р — бор, С — к р ем ­
ний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ч - редкоземель­
ный, Ю — алюминий. Б у к в а А в конце м арки обозначает высококачествен­
ную сталь, содержащую меньше вредных примесей ( < 0,025 S и < 0,0 2 5 Р ).
Например, 12Х2Н4А — это высококачественная легированная сталь с
содержанием 0,12 % углерода, 2 % хрома, 4 % никеля.
Хром повышает твердость стали, снижает ржавление. Никель повышает
прочность, пластичность и коррозионную стойкость. Марганец при содер­
жании более 1 % увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость
против ударных нагрузок. Вольфрам увеличивает твердость. Молибден
увеличивает прочность, сопротивление окислению при вы соких темпера­
турах. Алюминий повышает окалиностойкость.
Наибольшее применение в различных отраслях нашли следующие
конструкционные легирующие стали. Хромистые стали (15Х, 20Х, ЗОХ,
45Х) обладают более вы соким и прочностными свойствами по сравнению
с углеродистыми. Их применяют для изготовления шестерен, валов, ры ­
чагов, болтов, гаек. Хромованадиевые стали (45ХФ, 40ХФА) являю тся
прочными и хорошо противостоящими истиранию. Их используют для из­
готовления поршневых пальцев, распределительных валиков, осей и т. д.
Х ромоникелевые (12ХНЗА, 20ХНЗА), довольно прочные и пластичные,
применяют для крупных изделий ответственного назначения (детали тур­
бин, коленчатых валов, порш ней). Хромомарганцевые (18ХГТ, 25ХГТ)
стали во многих случаях заменяют более дорогие хромоникелевые. Д о­
бавка титана уменьшает склонность стали к перегреву, поэтому она ш иро­
к о используется в автомобильной и тракторной промышленности, а также
в станкостроении для изготовления зубчатых колес, валов.
И н с т р у м е н т а л ь н ы м и с т а л я м и называют углеродистые
и Легированные стали, обладающие вы сокой твердостью, прочностью, из­
носостойкостью. Наибольшее применение они находят при изготовлении
режущего, измерительного и ударно-штампового инструмента.
Углеродистую инструментальную сталь маркирую т буквой У, следу­
ющая за ней цифра (У7, У8 , У10 и т. д.) показы вает среднее содержание
углерода в десятых долях процента. Легированные инструментальные ста­
ли (X, 9Х, 9ХС, 6 ХВГ и т. д.) маркируют цифрой, показывающей среднее
59
содержание углерода в десятых долях процента. Б у к в ы указываю т леги­
рующие элементы, а следующие за ними цифры — содержание элементов
в целых процентах. Быстрорежущие стали обозначают буквой Р '(о т слова
„рапид” — ско р о сть), затем следуют цифры, указывающие среднее содер­
жание главного легирующего элемента — вольфрама, а числа, стоящие за
буквам и М, К, Ф, - содержание молибдена, кобальта и ванадия в процен­
тах (Р9, Р18, Р6М5, Р14Ф14, Р10К 5Ф 5). Эти стали обладают вы сокой тепло­
стойкостью. Их применение позволяет повысить скорость резания в 2 ... 4
раза, а стоимость инструмента снизить в 10 ... 30 раз по сравнению со ста­
лям и, не обладающими теплостойкостью.
М а г н и т н у ю с т а л ь применяют для изготовления постоянных
магнитов (ЕХ2, ЕХ5К5, ЕХ9К15М ). Б у к ва Е обозначает магнитную сталь.
В состав сталей входят хром, кобальт, молибден. Немагнитные стали (Н25,
55Н9Г9) заменяют дорогие цветные металлы, которы е применяют в раз­
личных приборах.
Сплавы
с
вы соким
с о п р о т и в л е н и е м состоят из
никеля
и хрома
(Х20Н80, Х 20Н 80Т15). Их применяют в на­
гревательных приборах, при изготовлении реостатов.
Н е р ж а в е ю щ и е с т а л и (вы сокохромистые 20 X 13, 40 X 13,
15 X 28, 15 X 5 ВФ) — коррозионно-стойкие, их применяют для изготовле­
ния ш арикоподш ипников, лопаток водяных и паровых турбин, предметов
домаш него обихода.
Ж а р о п р о ч н ы е с т а л и (1Х14Н18В2Б, 12Х25Н16Г7АР) и спла­
вы (ХН70ВМТЮ, ХН75МБЮ) используют при изготовлении деталей, ра­
ботающих в условиях вы соких температур, газов и нагрузок (лопатки га­
зовых турбин, детали реактивных двигателей, газопроводных сис­
тем ).
С целью повышения твердости, износостойкости и прочности сталь
подвергают закалке. Зак ал к а заключается в нагреве деталей до темпера­
туры 750 ... 900“С, вы держ ке и последующем охлаждении. Д ля предохра­
нения. изделий при нагреве в пламенных или электрических печах
от
окисления
и обезуглероживания в рабочее пространство пе­
чи вводят защитную газовую среду (технический азот, аргон, во ­
дород) .
Д ля нагрева режущего инструмента, а также деталей небольших
размеров используют расплавы солей (70 % ВаС12 и 30 % NaCl),
в которы х обеспечивается хорош ая защита от окисления.
При закалке углеродистой и некоторых низколегированных сталей
в качестве охлаждающей среды применяют воду и 8 ... 1 2 %-ные водные
растворы NaCl и NaOH. Охлаждение при закалке должно обеспечить по­
лучение необходимой структуры и не вызывать трещин, деформаций, к о ­
робления деталей.
Д ля легированных сталей при закалке применяют минеральное мас­
ло, которое имеет ряд преимуществ: небольшую скорость охлаждения
и постоянство закаливающей способности. Температуру масла под­
держивают на уровне 60 ... 90°С целью обеспечения его минимальной
вязкости.
60
§ 25. Ц ВЕТНЫ Е М Е Т А Л Л Ы И СПЛ АВЫ
Все металлы, кром е железа, хрома, марганца и сплавов на основе
железа, относят к цветным: медь, алюминий, магний, цинк, никель, сви­
нец, олово, титан. Область их применения в технике увеличивается с каж ­
ды м годом . Из-за низкой прочности в машиностроении применяют цвет­
ные металлы главны м образом в виде сплавов.
Т е х н и ч е с к и ч и с т а я м е д ь (99,5 ... 99,95 %) — металл розовато-красного цвета, твердостью 60 НВ. Медь имеет наименьшее (после
серебра) удельное электросопротивление, поэтому ее ш ироко применя­
ют в качестве проводников электрического тока. Кроме того, медь об­
ладает хорошей теплопроводностью и коррозионной стойкостью, вы сокой
пластичностью. С учетом чистоты медь подразделяют на марки: М00, МО,
M l, М2, М3, М4.
В технике применяют две основные группы медных сплавов: латуни
(медь с цинком ) и бронзы (медь с другими элем ентам и). Обозначают
сплавы начальной буквой (Л — латунь, Б р — бронза), а затем следуют
первые буквы основных элементов, образующих сплав. Например, О —
олово, Ц — цинк, М — марганец, Ж — железо, Ф — фосфор, Б — бериллий,
X — хром и т. д. Первые две цифры в обозначении латуней указываю т
среднее содержание меди в процентах по массе, последующие цифры —
содержание легирующих элементов. Например, ЛЖМц 59-1-1 — латунь,
содержащая 59 % меди, 1 % железа и 1 % марганца, остальное —до 100 % —
цинк. По техническому признаку латуни делят на деформированные (лис­
ты, ленты, трубы, проволока) и литейные — для фасонного литья (армату­
ра, втулки, подшипники, детали при боров).
Бронзам и называют сплавы меди с оловом , алюминием, никелем
и другими элементами. В зависимости от состава бронзы делят на оловян­
ные и безоловянные, по техническому признаку — на деформированные
и литейные. Бронзы маркирую т по тому же принципу, что и латуни. Напри­
м ер, БрОФ6,5 — 0,15 —оловянно-фосфористая бронза, содержащая 6 ... 7 %
олова и о ко л о 0,15 % фосфора; остальное медь.
Оловянные бронзы обладают вы сокими механическими и антифрикци­
онными свойствами, хорош о обрабатываются резанием и отливаются. Д е­
формированные бронзы применяются для изготовления плоских и кр у г­
лы х пружин, мембран, антифрикционных деталей. Литейные бронзы при­
меняют д ля изготовления различной арматуры, втулок, подш ипников,
червячных пар.
Безоловянны е алюминиевые бронзы (БрАЖ9-4, БрАЖН 10-4-4) пре­
восходят по механическим свойствам оловянны е, но уступают по литей­
ны м свойствам. Кроме того, для изготовления пружин применяют кремни­
евые бронзы (БрКМ цЗ-1, БрК Н 1-3), а для особо ответственных деталей
(пружинящих контактов, кулачков полуавтоматов) используют бериллиевую бронзу (Б р Б 2 ). При изготовлении коренных подшипников тур­
бин и других быстроходных машин, т. е. узлов с большими удельными
давлениями, применяют свинцовую бронзу (БрС ЗО ).
А л ю м и н и й — легкий металл серебристо-белого цвета, имеет вы ­
сокую коррозионную стойкость в пресной воде и атмосфере. Он обладает
61
вы сокой электропроводностью и пластичностью и нашел ш ирокое при­
менение в электропромыш ленности для изготовления шин, проводов,
кабелей. В самолетостроении его используют для изготовления маслопро­
водов, бензопроводов, в легкой и пищевой промышленности — для из­
готовления посуды, фольги.
Алюминиевые сплавы делятся на литейные (АЛ2, АЛ4 и т. д .), к о ­
торые применяют для получения отливок, и деформируемы е, ш ироко ис­
пользуемые в машиностроении для изготовления ответственных деталей.
Чаще всего встречается дюралюминий, содержащий в качестве основного
компонента медь и другие легирующие элементы: магний, марганец, ти­
тан. Маркируют дюралюминий буквой Д и порядковы м номером (Д 1,
Д 1 6 .Д 1 8 ).
М а г н и й — самый легкий из применяемых в технике металлов,
однако в чистом виде он имеет низкую коррозионную стойкость. Приме­
няют его главным образом в виде сплавов с алюминием, марганцем, цин­
ком . Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием и имеют доста­
точно высокую прочность. Литейные магниевые сплавы обозначают мар­
кам и МЛ2, МЛЗ, МЛ4 и т. д. Применяют их для изготовления корпусов
приборов, двигателей, фотоаппаратов. Деформируемые магниевые спла­
вы имеют м арки МА2, МАЗ и т. д. Они являются наиболее прочными и при­
меняются для изготовления деталей, несущих повышенные нагрузки.
Т и т а н за последние годы ш ироко применяют в химическом маши­
ностроении, ракетной технике и других отраслях. Основное преимущест­
во титана и его сплавов заключается в сочетании высоких механических
свойств и коррозионной стойкости с малой плотностью.
Д ля получения сплавов титана с необходимыми механическими свой­
ствами его легируют алюминием, молибденом, хромом и другими эле­
ментами. Сплавы хорошо обрабатываются давлением, свариваются в инерт­
ной среде. В машиностроении применяют деформируемые сплавы марок
ВТ4, ВТ6 , ВТ14, а также литейные сплавы ВТ5Л, BT14J1, ВТ21Л.
А н т и ф р и к ц и о н н ы е с п л а в ы применяют для изготовления
вкладыш ей подшипников скольжения. Эти сплавы имеют низкий ко эф ­
фициент трения между контактирующ ими поверхностями, высокую м и кро­
пористость и теплопроводность, низкую температуру плавления.
В качестве антифрикционных сплавов ш ироко используют свинцо­
вистые бронзы, антифрикционные чугуны, а также специальные л егко ­
плавкие подшипниковые сплавы - баббиты. Выпускают баббиты оловян­
ные (сплав олова с сурьмой и медью Б 83, Б 8 9 ) , свинцовые (сплав свин­
ца с сурьмой, медью и оловом Б 16) и кальциевые (сплав свинца с каль­
цием и натрием Б К А ).
§ 2 6 . М А Т Е Р И А Л Ы ДЛЯ И З ГО ТО ВЛ ЕН И Я
С Т Е К О Л Ь Н Ы Х ФОРМ
Большинство изделий из стекла бытового и технического назначения
вырабатывают в м е т а л л и ч е с к и х ф о р м а х .
Материал форм должен отвечать следующим требованиям: он должен
быть твердым и износостойким, устойчивым к перепадам температур
62
и образованию окалины , обладать вы соким коэффициентом теплопровод­
ности и небольшим термическим коэффициентом линейного расширения,
а также быть экономичным.
Чаще всего формы изготовляют из серого чугуна следующего хими­
ческого состава, % по массе: углерод - 3,0 ... 3,5; кремний - 1,9 ... 2,4;
марганец —0,4 ... 0,6; сера — 0,07; фосфор — 0,2.
Х арактерными признаками серого чугуна являю тся его вы сокая
теплопроводность и низкая себестоимость. Однако серый чугун обладает
повышенной хрупкостью и слабой окалиностойкостью. Поэтому для повы ­
шения качества стекольных ф орм и увеличения их срока службы при вы ­
плавке чугуна в его состав дополнительно вводят в небольшом количестве
легирующие элементы: хром , никель, молибден, ванадий и титан. Легиро­
вание чугуна значительно улучшает его физико-механические свойства. При
изготовлении форм сложной конструкции и предназначенных для вы ра­
ботки прессованных изделий из стекла применяют низколегированный
чугун следующего химического состава, % по массе: углерод — 3,0 ... 3,5;
кремний - 1,9 ... 2,4; марганец - 0,35 ... 0,5; сера - 0,07; фосфор - 0 , 2 ;
хром - 0,3 ... 0,5; никель - 0,2 ... 0,4; молибден - 0,45 ... 0,65. Твердость
чугуна 1800 МПа.
В качестве конструкционного материала для ф орм находит примене­
ние высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Отличительными
чертами вы сокопрочного чугуна являю тся его повышенная прочность
на растяжение, а также пониженная примерно на 2 0 % теплопроводность.
Поэтому высокопрочный чугун применяют для изготовления главным
образом пресс-форм, горловы х колец и других деталей ф орм . Однако его
не следует использовать для изготовления черновых и чистовых ф орм ,
применяемых в производстве стеклянной тары вместимостью 0,5 л и
вы ш е, так к а к из-за пониженной теплопроводности высокопрочного чу­
гуна будет нарушен температурный режим работы ф орм , что приведет
к снижению производительности стеклоформую щих машин.
Наряду с чугуном при изготовлении ф орм в настоящее врем я приме­
няют легированные стали. Из общего объема применяемых сталей 55 %
составляют стали, легированные хром ом , 34 % — хром ом и никелем, 11% —
другие более сложные сплавы. Самой распространенной из легированных
сталей, применяемой для изготовления ф орм , является хромистая сталь
м арки 40X13 (ГОСТ 5632 - 7 2 ). Преимущества этой стали состоят в том,
что она имеет сравнительно высокий коэффициент теплопроводности
[X = 29*Вт/ (м • С ° ) ] , легко обрабатывается, обладает небольшим ТКЛР,
устойчива против износа. При формовании изделий из стекла сложной
конфигурации целесообразно использовать в качестве материала для ф орм
сталь м арки 1Х18Н9Т, обладающую повышенной термостойкостью.
Кроме черных металлов для изготовления форм применяют алюми­
ниевую бронзу м арки БрАЖН10-4-4, которая устойчива против окисления,
имеет высокую теплопроводность и износостойкость, хорошо обрабатыва­
ется и полируется. Ее рекомендуется применять при изготовлении горловых
колец с винтовой нарезкой, поддонов и других м елких деталей. Недостат­
кам и алюминиевой бронзы к а к материала для ф орм являю тся ее вы сокая
стоимость и значительный ТКЛР, которы й в 1,5 раза больше, чем у чугуна.
63
При изготовлении стекольных форм применяют также н е м е т а л ­
л и ч е с к и е м а т е р и а л ы , в состав которы х входят следующие к о м ­
поненты, % по массе: графит — 3 ... 15; порош ок бурого каменного уг­
л я — 4 ... 10; тальк — 1 ... 5; портландцемент — 30 ... 60 и вода — 30 ... 40.
Формы из неметаллических материалов используют при формовании вы ­
дувных изделий из стекла, при этом перед формованием каж дого изделия
форма орошается водой. Благодаря тому, что материал форм хорошо
впитывает влагу, а также обладает низкой теплопроводностью, формование
изделий в формах из неметаллических материалов протекает при более
вы соких температурах стекла, что позволяет выпускать изделия высокого
качества с гладкой блестящей поверхностью.
В отдельных случаях при вы работке выдувных изделий из стекла
небольшими партиями используют ф о р м ы
и з д е р е в а (береза,
ольха, бук, гр у ш а), которы е не требуют больших затрат на изготовление.
Качество изделий, полученных в деревянных формах, вы сокое. Однако
форм ы из дерева, несмотря на то что их предварительно смачивают во­
дой, в процессе работы быстро выгорают, что и ограничивает их ш ирокое
применение.
В процессе эксплуатации металлические ф ормы ремонтируют. Для
этого применяют порош ковы е сплавы на никелевой основе ПГ-10Н-04
(ТУ48-19-383-84),
которы е наносят на восстанавливаемый участок
методом газопламенной наплавки с помощью ацетиленокислородной
горелки. Перед ремонтом участок наплавляемой поверхности очищают
от масляных пятен, грязи и оксидных образований. Д ля предотвраще­
ния коробления ремонтируемой формы и обеспечения равномерного
распределения напряжений в сопряженной зоне (основной металл — на­
плавленный слой) их подогревают до температуры 350 ... 400°С. Чтобы
улучшить сцепления наплавляемого материала с поверхностью ф ормы,
ее делают шероховатой. Размер сферических частиц порош ка не превы­
шает 100 м км . Твердость наплавленного слоя 1900 ... 2300 МПа.
Применение порош ковы х сплавов для ремонта ф орм повышает их срок
службы ъ 2 ... 3 раза, увеличивает выход продукции на 1 ... 2 % за счет
сокращ ения брака изделий.
§ 27. ПЛАСТМ АССЫ
Пластические массы - это материалы на основе природных или син­
тетических вы соком олекулярны х соединений, способные перерабатывать­
ся в изделия в результате пластической деформации под влиянием нагре­
вания и давления и затем сохранять закрепленную в результате охлаждения
или отвердения форму. Сырьем для изготовления пластмасс служит при­
родный газ, продукты нефти, уголь.
Пластические массы используют в качестве самостоятельного конст­
рукционного материала и как заменитель металлов. Однако для пласти­
ческих масс характерны и некоторые специфические недостатки, которые
затрудняют расширение их областей применения, особенно для деталей,
работающих при больших механических нагрузках. К ним относят­
ся ползучесть, т. е. деформация под действием постоянных механи­
64
ческих нагрузок, сравнительно низкая теплостойкость, пониженная проч­
ность при переменных нагрузках и ускоренное старение (снижение
свойств при эксплуатации).
Пластмассы бывают термопластичные и термореактивные.
Термопластичные массы не претерпевают химических изменений в про­
цессе переработки их в изделия. К ним относят такие материалы, к а к
полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, фторопласт и др.
П о л и э т и л е н
в зависимости от технологии получения бывает
вы сокого (ПВД) и низкого (ПНД) давления. ПВД обладает вы сокой проч­
ностью и теплостойкостью и его применяют для изготовления электро­
технических и радиотехнических деталей, труб, ш лангов, выдувных ем­
костей, упаковочной пленки. ПНД отличается от ПВД большей плотностью,
жесткостью, благодаря этому он используется в химической и машино­
строительной промышленности.
В и н и п л а с т — это непластифицированный поливинилхлорид, к о ­
торый обладает хорош ими диэлектрическими и механическими свойства­
ми, однако имеет низкую термостойкость (140°С ). Винипласт применяют
для изготовления деталей химического оборудования, насосов, вентилято­
ров, фланцев, муфт, а также используют к а к электроизолирующий материал
в низковольтной электротехнике. При низких температурах изделия из ви­
нипласта нельзя подвергать толчкам и ударам из-за опасности их разрушения.
П о л и с т и р о л ш ироко применяют в промышленности благодаря
его отличным диэлектрическим качествам, абсолютной стойкости к воде,
хорош им технологическим свойствам. В то же врем я полистирол имеет
низкую деформационную теплостойкость и склонен к старению. Основной
метод изготовления изделий из полистирола - литье под давлением. По­
листирол применяют для изготовления деталей в радио- и электротехни­
ческой промышленности, а также в производстве химической аппарату­
ры, аккум уляторны х баков.
Ф т о р о п л а с т ы имеют высокие диэлектрические свойства, к о ­
торые не зависят от температуры. Они не горят, обладают исключитель­
ной устойчивостью к кислотам и щелочам. Фторопласт-4 ш ироко приме­
няют в авиастроении, электротехнике, химической промышленности. Низ­
кий коэффициент трения позволяет применять фторопласт-4 в качестве
вкладыш ей подшипников. Недостатками ф торопласта^ помимо трудности
переработки его в изделия из-за практической неплавкости и нераствори­
мости являю тся хладотекучесть и малая твердость.
Термореактивные массы под действием повышенных температур
(150 ... 175°С) при изготовлении изделий претерпевают химические из­
менения и становятся непригодными к повторному прессованию (фено­
пласты и ам инопласты ). С целью улучшения эксплуатационных свойств
в термореактивные пластмассы вводят наполнители. Для повышения
механической прочности применяют в качестве наполнителя стеклянную
ткань, для придания вы сокой теплостойкости — наполнитель из асбесто­
вых материалов.
К слоистым термореактивны м пластмассам относят т е к с т о л и т —
с тканевы м наполнителем и с т е к л о т е к с т о л и т - на стеклянной
ткани, а с б о т е к с т о л и т — на асбестовой ткани, г е т и н а к с - с
3 -7 1 6
65
бумажным наполнителем. Благодаря сочетанию вы сокой механической
прочности, близкой к прочности металлов, а также водо- и химической
стойкости, антифрикционным свойствам и легкости текстолит ш ироко
применяют в машиностроении. Из текстолита изготовляют подшипники,
бесшумные передаточные шестерни, кислотостойкие трубы, электротех­
нические детали. Наиболее вы сокими механическими и электроизоляцион­
ными свойствами обладает стеклотекстолит, исходя из которы х его под­
разделяют на конструкционный и электротехнический. Из асботекстоли­
та изготовляют тормозные колодки, диски сцепления, а гетинакс приме­
няют для изготовления электроизоляторов, изолирующих шайб, прокла­
док и т. д.
К композиционным термореактивным пластмассам относят в о л о к н и т, ф е н о л и т РТ и т. д., из которых путем прессования в формах
на прессах изготовляют корпуса приборов, подшипники скольжения, тор­
мозные колодки, зубчатые колеса, детали насосов, изделия бытового
назначения.
§ 28. КОРРОЗИЯ М Е Т А Л Л О В И СПОСОБЫ
ЗАЩ И ТЫ ОТ НЕЕ
Коррозия — это разрушение материала под влиянием химического
и электрохимического воздействия окружающей среды.
Чтобы предотвратить коррозию металла, используют защитные по­
кры тия на органической (лакокрасочные, полимерные и пластмассовые)
и неорганической (металлические и оксидные) основе, которые изоли­
руют металл от внешней среды.
Л а к о к р а с о ч н ы е
покрытия (на долю которы х приходится
80 % всех защитных покрытий) применяют для защиты металлических
конструкций (подъемные краны, железнодорожные мосты, портовые со­
оруж ения), а также железнодорожных вагонов, автомобилей, тракторов,
подвергающихся атмосферным воздействиям.
Лакокрасочное покрытие должно быть сплош ным, беспористым,
газоводонепроницаемым, а также обладать определенной механической
прочностью и твердостью. Главными составными частями всякого л а к о ­
красочного покрытия являю тся пленкообразующее вещество и пигмент.
Все лакокрасочные покрытия в зависимости от назначения делят на
восемь групп: 1 - атмосферостойкие, 2 - стойкие внутри помещения,
5 - специальные, 7 - стойкие к различным средам, 8 - термостойкие,
9 - электроизоляционные, 0 — грунтовки, лаки, 00 —шпатлевки.
Обозначение лакокрасочны х материалов состоит из пяти групп зна­
ков: 1 ) наименование — лак, эмаль, краска и т. д.; 2 ) состав пленкообра­
зующего вещества; 3) группа назначения - первая цифра; 4) порядко­
вый номер, присвоенный материалу, — следующие цифры; 5) цвет мате­
риала — обозначается словом или буквой. Между второй и третьей груп­
пами знаков ставится дефис. Примеры обозначений: эмаль ХВ-124 серая
(эмаль перхлорвиниловая серая для атмосферостойких покры тий), грунт
ФЛ-ОЗ-К (грунт фенолформальдегидный красно-коричневы й), лак ФЛ-98
(лак фенольный электроизоляционны й).
При выборе лакокрасочного покрытия учитывают условия эксплуа­
тации изделия, назначение материала по ТУ, цвет, возможный метод нанесе­
ния, температуру суш ки, огнеопасность и токсичность материала, его стои­
мость. Больш ое значение при окраш ивании металла имеет состояние его по­
верхности: оксиды или окалина усиливают дальнейший процесс коррозии,
наличие жировых загрязнений, влага снижают прилипаемость покрытия.
Наряду с лакокрасочны м и материалами для защиты металлов от
коррозии применяют п о л и м е р н ы е м а т е р и а л ы , например плас­
тифицированный поливинилхлорид, который выпускают в виде паст, а
также пластмассы (винипласт, ф торопласт).
М е т а л л и ч е с к и е покрытия несмотря на сложность нанесения
занимают второе место после лакокрасочных. К ним относятся цинковые,
кадмиевые и оловянные покрытия. К внешнему виду и твердости этих
покрытий не предъявляют особых требований.
Ц инк — наиболее распространенный металл для защиты железа и его
сплавов от атмосферной коррозии. Причем 95 ... 98 % приходится на долю
горячего метода цинкования, что связано с вы сокой надежностью (не­
сколько десятков лет) защиты. Горячему цинкованию подвергают раз­
личные строительные элементы и детали машин, а также жесть, полосы,
проволоку, водопроводные трубы, толщина покрытия которых дости­
гает 40 ... 50 м км .
Кадмиевыми покры тиями, к а к и цинковыми, защищают железо.
Однако в связи с тем, что кадмий — металл дорогой и дефицитный, его
применяют для защиты изделий от коррозии в морской воде и растворах
солей, содержащих хлориды. Толщина кадмиевого покрытия не менее
40 ... 50 м км . Обычно кадмирование осуществляют в цианистых или кис­
лы х электролитах.
О лово — дефицитный материал, поэтому оловянные покрытия стре­
м ятся заменять другими материалами. Толщина оловянного покрытия
в зависимости от назначения изделий 0,38 ... 2,0 м к м , наносят его электро­
литическим методом.
Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов зависит от качества
покрывающей его защитной пленки. В связи с тем что естественная окси д­
ная пленка не достаточна для защиты, ее искусственно утолщают и уплот­
няют электрохимическим оксидированием (анодированием). Наилуч­
шие результаты по качеству пленок дает глубокое оксидирование алюми­
ния и его сплавов в 15 ... 20 %-ном растворе H 2 S 0 4 при температуре+2°С.
Продолжительность оксидирования 90 мин. Толщина пленки 40 ... 60 м км .
Магниевые сплавы, не защищенные от коррозии, практически не при­
меняют. Оксидирование магниевых сплавов осуществляют в растворе,
содержащем 10 ... 15 % NaOH и до 10 % NaF. Температура раствора 70 ...
80 С, плотность тока 1 А /дм 2 , продолжительность нанесения 20 ... 45 мин.
Толщина пленки 5 ... 25 м км .
Контрольные вопросы
1. К ак расшифровываются марки легированной стали? 2. Из каких материалов
изготовляют стекольные формы? 3. В чем достоинства и недостатки пластмасс? 4. Ка­
кими способами защищают металлы от коррозии?
67
Г Л А В А VI
АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
§ 29. О БЩ И Е СВЕДЕНИЯ
Абразивные материалы (абразивы) — твердые горные породы и ми­
нералы (природные и искусственны е), применяемые для механической
обработки металлов, сплавов, горных пород, стекла, драгоценных к а м ­
ней. Естественные абразивные материалы: алмаз, корунд, гранат, кварц;
искусственные: электрокорунд, синтетические алмазы, карбид кремния,
карбид бора. Рассмотрим основные абразивные материалы, применяемые
при обработке стекла.
К в а р ц - безводная кристаллическая кремниевая кислота S i0 2.
Содержание крем незем а в кварце 98,5 ... 99,5 %. В зависимости от приме­
сей кварц имеет различную окраску: от бесцветного до черного. В качест­
ве абразивного материала для гравирования бытовой посуды используют
обогащенный кварцевый песок с содержанием, %: SiCte не менее 98, А12 0 3
не более 2, Fe 2 0 3 не более 0,7.
Н а ж д а к содержит до 60 % оксида алюминия и имеет кристалли­
ческое строение, используется для изготовления ш лифовальных кругов
и шлифовальной ш курки.
К о р у н д - кристаллический глинозем, в зависимости от содержа­
щихся в нем примесей имеет различный цвет и свойства. Применяемый в
промышленности корунд содержит до 95 % А12 0 3 . Корунд используют в
виде порош ков и м икропорош ков для ш лифования, доводки и полирова­
ния рабочих поверхностей деталей ф орм овы х ком плектов.
А л м а з представляет собой кристаллический углерод (96 ... 99,8 %)
с примесями (0,02 ... 4,5 %) алюминия, железа, кальция, кремния, м ар­
ганца, титана, которы е придают алмазу различный цвет. Алмазы делят­
ся на природные и синтетические.
Алмазы используют для изготовления алмазных кругов и паст, к ото­
рые применяют при шлифовании и фацетировании изделий, нанесении
алмазной грани на посуду, а также при полировании рабочей поверхности
деталей стекольных ф орм овы х ком плектов.
Э л е к т р о к о р у н д — продукт плавки, основной составляющей
частью которого является кристаллический оксид алюминия (81 ... 99 %).
Выпускается трех разновидностей: нормальный, белый и монокорунд.
К а р б и д к р е м н и я
— продукт химического взаимодействия
углерода с кремниевой кислотой S i0 2 , кристаллизуется главным обра­
зом в виде тонких шестиугольных пластинок размерами 2 ... 15 мм. Это
не только абразивный материал с хорош ими режущими свойствами, но
и огнеупорный материал вы сокой жаростойкости. В стеклоделии исполь­
зуется для обработки ф орм овы х ком плектов.
К а р б и д б о р а — тугоплавкое соединение бора с углеродом, при­
меняется в виде порош ков для ш лифования и доводки рабочих поверх­
ностей ф орм овы х ком плектов.
68
§ 30. ОСНОВНЫ Е СВО ЙС ТВА
Отличительная особенность абразивных материалов, к ак природных
так и синтетических, —их вы сокая твердость.
Т в е р д о с т ь абразивных материалов определяют методами, осно­
ванными на вдавливании более твердых наконечников-инденторов и изме­
рении образовавш ихся при этом отпечатков в материалах меньшей твер­
дости (методы Бринепя, Роквелла, В и к кер са). По результатам таких изме­
рений составлена ш кала твердости (табл. 4 ) , в которой материалы распо­
лагаются по возрастающей твердости — от самого м ягкого до наиболее
твердого (алм аза).
Т а б л и ц а 4. Сравнительная таблица твердости
Твердость
Материал
Олово
Гипс
Серебро
Известковый шпат
Плавиковый шпат
Платина
Апатит
Никель
1,8
2
2,7
3
4
4,3
5
5,8
Материал
Полевой шпат
Иридий
Кварц
Топаз
Хром
Корунд
Бор
Алмаз
Твердость
6
6,5
7
8
9
9
9,5
10
Под р е ж у щ е й с п о с о б н о с т ь ю понимают отношение наработки ш лифовального материала к времени резания. Так же к а к и твердость,
режущую способность выражают относительными значениями по отноше­
нию к способности алмаза, которую принимают за единицу.
Режущая способность материалов
1,0
А л м а з .....................................
Э л ь б о р ............................... 0,58...0,64
Карбид б о р а ..................... 0,5...0,6
Карбид к р е м н и я ............. 0,25...0,45
М он окорунд....................... 0,15...0,25
Э л ек т р о к о р у н д ................. 0 ,14...0,16
Н а ж д а к ................................ 0,03...0,08
К в а р ц ................................... 0,02...0,03
Режущая способность материалов зависит от содержания в них основ­
ной составляющей и особенно от содержания примесей. Так, примеси
оксида кальция, содержащиеся, например, в электрокорунде, образуют
с основной его составляющей — оксидом алюминия — такие минеральные
соединения, которы е снижают его режущую способность. Такж е понижают
режущую способность примеси магния, кремния. Вместе с тем небольшие
количества примесей оксида титана и хрома несколько увеличивают режу­
щую способность абразивных материалов.
Т е п л о п р о в о д н о с т ь абразивных материалов имеет большое
значение, так к а к они используются не только для обработки (ш лифова­
ния) , но и для изготовления огнеупорных изделий, нагревательных стерж­
ней к электрическим печам, а также в качестве изолирующего материала
при высокотемпературных процессах. Т ак, карбид кремния обладает
69
вы сокой теплопроводностью, примерно одинаковой с графитом. Вместе
с тем он термостоек к внезапным и резким изменениям температуры,
не трескается и не ломается. Чем меньше теплопроводность абразивного
зерна, тем меньше температура на его поверхности. Это важно для про­
цесса шлифования, так как глубина проникновения тепла в этом случае
незначительна, а следовательно, процесс происходит при меньшей темпера­
туре.
Э л е к т р о п р о в о д н о с т ь абразивных материалов неодинакова.
Хорошим проводником электричества является карбид кремния, причем
его теплопроводность быстро возрастает по мере повышения температу­
ры. Учитывая это свойство, карбид кремния ш ироко применяют для про­
изводства электронагревательных стержней. Такие стержни используют
в питателях стекломассы, печах отжига, разогрева, обжига изделий. Э лек­
тропроводность электрокорунда хуже, чем карбида кремния, хотя и быст­
ро увеличивается с повышением температуры.
§ 31. А Б Р А З И В Н Ы Е ИНСТРУМЕНТЫ
Абразивный (алмазный) инструмент — режущий инструмент, пред­
назначенный для абразивной обработки.
Абразивные инструменты отличаются не только геометрической ф ор­
мой и размерами, но и материалом абразивного зерна, типом связки,
величиной зерен, степенью твердости и структурой, расположением зерен
и др.
Абразивные инструменты выпускают в виде кругов, брусков, сегмен­
тов, головок и ш курки. Рабочая часть абразивного инструмента состоит
из ш лифовального (абразивного) материала, связки и наполнителя для
придания инструменту необходимых физико-механических, технологи­
ческих и эксплуатационных свойств.
Шлифовальные материалы для изготовления абразивных инструмен­
тов делятся в зависимости от размеров (м к м ) зерен на следующие
группы:
Ш лифзерно..............................
Шлифпорошки .....................
Микрошлифпорошки . . . .
Тонкие микрошлифпорошки
2000...160
125...40
63...14
10...3
Чтобы определить группу, материал просеивают через сита. При этом
зернистость шлифзерна и ш лифпорош ков обозначают к ак 0 , 1 размера
стороны ячейки сита в свету в микрометрах, на котором задерживают­
ся зерна основной фракции, а зернистость м икропорош ков — по верхнему
пределу размера зерен основной фракции.
В зависимости от процентного содержания основной фракции обозна­
чение зернистости дополняют буквенны м индексом В, П, Н или Д (табл. 5 ).
Абразивные зерна в инструменте закрепляю т металлическими, керам и­
ческими, силикатными, магнезиальными, бакелитовыми, вулканитовыми,
глифталеьыми связкам и с клеящ ими добавками.
70
Т а б л и ц а 5. Минимальное процентное содержание основной фракции в
шлифовальных материалах разных индексов
Индекс
200...8
В
П
Н
Д
Микрошлифпорошки
Шлифзерно и шлифпорошки
-
55
45
41
6 ..4
-
55
40
-
М63...М28
М20...М14
М10...М5
60
50
45
45
60
50
40
39
55
45
40
39
Металлические связки (М) выполняются из медно-оловянных, железно-никелевых и вольфрамово-кобальтовых сплавов.
Керамические с вя зки (К) приготовляют главным образом из мест­
ных материалов, сырьем для производства которых являю тся: огнеупор­
ные глины, плавни (полевой шпат, тальк, растворимое с т е к л о ), перлит,
кварцы. Из этих материалов путем их тонкого измельчения и затем сме­
шения в определенных пропорциях, зависящих от их состава, приготовля­
ют связки, которые в процессе термической обработки полностью или
частично расплавляются и скрепляют абразивные зерна.
Керамические связки обычно используют для изготовления абразив­
ных инструментов из электрокорундов и карбида кремния. Абразивные
инструменты на керамической связке характеризуются высокой хими­
ческой и термической стойкостью.
Силикатная связка (С) представляет собой композицию из мела, о к ­
сида цинка, растворимого стекла и других веществ. С вязка плохо вы дер­
живает повышенные температуры, но менее подвержена действию ще­
лочей.
Магнезиальная связка (М) состоит из смеси каустического магнези­
та и хлорида магния. Она применяется для изготовления инструментов
из природного корунда и наждака, под действием влаги быстро и неравно­
мерно изнашивается.
Бакелитовая связка (Б ) основана на использовании бакелитовой смо­
лы или бакелитового лака. С вязка эластична, устойчива к переменным на­
грузкам , частично разрушается под действием щелочных жидкостей.
Вулканитовая связка (В) имеет в своей основе синтетический к ау ­
чук и серу, являющуюся вулканизирующим агентом. Абразивный инстру­
мент на вулканитовой связке обладает большой химической стойкостью
к шелочам.
Глифталевая связка (Г) включает в себя глицерин и фталевый ан­
гидрид. Инструменты на такой связке используют в основном для дово­
дочных работ. Эти инструменты упруги и водостойки.
Наполнители (алебастр, глины, асбест и другие клеящ ие добавки)
вводят во врем я приготовления абразивной массы при смешивании абра­
зивного зерна с заданным количеством связки. Наполнители служат для
повышения прочности, упругости, облегчения формования и придания
других свойств абразивным инструментам.
71
\/
; •.
\
пп
пвк
пв
К
ЦЧ
•
г*
пн
пвдк
ЛУ
IT,
2 Т
.
Д
зт, чт
Рис. 8 . Формы шлифовальных кругов для обработки стекла:
ПП - плоский прямого профиля, ПВ - плоский с выточкой, ПВК - плоский
с конической выточкой, ПВДК - плоский с двусторонней выточкой, ПР плоский рифленый, ПН - плоский наращенный, К - кольцо, ЦЧ - цилиндри­
ческий чашечный, КЧ - конический чашечный, IT; 2Т; ЗТ; 4 Т - тарелки;
Д - диск
ш
‘Г ?
ш
>■ ^
r.j - ф
—
г *
—
U}>;
s
1
-
1
i
/ 77/
Рис. 9. Сегментный сборный круг:
I - корпус, 2 - сегмент
72
Абразивные инструменты изготовляют различными по форме и раз­
мерам. При обработке стекла и стеклоизделий используют ш лифоваль­
ные круги (рис. 8 ) , изготовленные в виде тела вращения, а также сегм ен ж ы е сборные круги (рис. 9 ), состоящие из отдельных сегментов,
закрепленных на корпусе круга.
Кроме зернистости и связки абразивные инструменты характеризуют­
ся структурой, твердостью, износом и скоростью изнашивания, режущей
способностью, рабочей скоростью, классом точности и другими свой­
ствами.
С т р у к т у р о й абразивною инструмента называется соотношение объемов
шлифовального материала, связки и пор Ее обозначают номерами с первого по две­
надцатый: первый номер относится к шлифовальным кругам с наиболее плотной
структурой, в которой на единицу объема приходится наибольшее количество абра­
зивных зерен (60 %) и меньшее связки и пор (пустот). Структуры № 1 ... 4
называют закрытыми (плотными), № 5 ... 8 - средними, № 9 ... 12 - откры ­
тыми.
Т в е р д о с т ь - свойство связки оказывать сопротивление прониканию в
абразивный инструмент другого тела. В зависимости от показателей твердости раз­
личают несколько степеней твердости абразивных инструментов: чрезвычайно мягкие
(ЧМ), весьма мягкие (ВМ], ВМ2), мягкие (M j, М2. М3), средней мягкости (СМ),
СМ2), средние (С 1, С2), средней твердости (С Т[, СТ2, СТ3) , твердые (T j, Т 2) , весьма
твердые (ВТ!, ВТ2) и чрезвычайно твердые (ЧТ), ЧТ2). При этом на керами­
ческой и бакелитовой смазках производят инструменты всех степеней твердости, а на
вулканитовой - только CMt , СМ2, C i, С2, C Ti, СТ2. СТ3, T i и T 2.
И з н о с абразивного инструмента представляет собой количество отделившихся
вследствие изнашивания частиц рабочего слоя. Отношение износа абразивного инстру­
мента к времени резания, в течение которого произошел износ, называют скоростью
изнашивания. Она зависит в основном от вида связки и твердости. Т ак, твердые
шлифовальные круги крайне медленно изнашиваются (теряют затупившиеся зерна
рабочего с л о я ), но быстро засаливаются по причине большого переноса на рабочую
поверхность частиц шлама. Их чаще приходится править, т. е. приводить путем за­
тачивания в работоспособное состояние. Мягкие круги, наоборот, быстрее изнаши­
ваются и теряют пригодность к работе.
Отношение наработки абразивного инструмента к времени обработки на­
зывают р е ж у щ е й
с п о с о б н о с т ь ю , а скорость главного движения резания
(обработки), измеренная в точке, максимально удаленной от центра шлифовального
круга, при которой производят абразивную обработку, - р а б о ч е й с к о р о с т ь ю
круга.
Шлифовальные круги изготовляют трех классов точности: АА, А и Б.
Каждый класс точности характеризуется предельными отклонениями
наружных, внутренних и торцовых поверхностей, их взаимным располо­
жением. Наименьшие предельные отклонения (более жесткие) имеют к р у ­
ги класса точности АА.
Одним из важнейших показателей качества шлифовальных кругов
является н е у р а в н о в е ш е н н о с т ь к р у г а . Неуравновешенность
круга вызывает при работе вибрацию, снижает качество обработанной
поверхности стекла, ограничивает скорость ш лифовального круга. Заводами-изготовителями выпускаются шлифовальные круги по неуравнове­
шенности массы 1, 2, 3 и 4-го классов. Круги класса точности АА имеют
наименьшую неуравновешенность 1 -го класса, круги класса точности
А — 1-го и 2-го классов, а круги класса точности Б — 1, 2, 3 и 4-го клас­
сов неуравновешенности.
Наличие непараллельное™ торцовых поверхностей кругов, их вогнуто­
сти или выпуклости, а также неравномерное распределение абразивной
массы в круге по мере уменьшения диаметра круга из-за износа и правки
рабочей поверхности приводит к возникновению эксплуатационной неу­
равновешенности круга. Поэтому круги рекомендуется периодически
балансировать.
Для выполнения различных операций по обработке стекла и стеклоизделий (нанесение фацета, снятие кр о м о к , нанесение алмазной грани, ш ли­
фование края и дна изделий) применяют шлифовальные круги с разным
профилем рабочей поверхности (рис. 1 0 ).
G
U
s)
Рис.
U
U
J
U
10. Профили шли­
фовальных кругов:
а - острые, 6 - плоские,
в - круглые, г - плоские
закругленнные, д - ско­
шенные, е - вогнутые
Шлифовальные круги крепят на шпинделе станка для обработки (на­
несения алмазной грани) стеклоизделий с помощью конической резь­
бы, заливаемой свинцом.
Шлифовальные круги имеют м арки ровку на торцовой поверхности.
Например, м арки ровка ЮАЗ ПП 250 X 16 X 7624А 40С25 К 35 м /с А
2 кл. 135 означает: ЮАЗ - завод-изготовитель, ПП - ф орма круга (плоский
прям ой), 250 X 16 X 76 — размеры круга, м м , 24 А — м арка абразивного
материала (электрокорунд б ел ы й ), 40 — зернистость, м к м , С 2 — степень
твердости, 5 - номер структуры , К - вид связки (керамическая) , 35 м /с предельная (максимально допустимая) рабочая скорость круга, А —класс
точности, 2 кл. - класс неуравновешенности, 135 - номер маршрутного
листа.
Алмазные инструменты изготовляют из порош ков и синтетических
алмазов, закрепляемы х с помощью органических, керамических и метал­
лических связок. В стекольной промышленности для обработки стекло­
изделий и пресс-форм используются следующие виды алмазных инструмен­
тов: алмазные круги, резцы алмазных стеклорезов, алмазные сверла,
алмазные пасты, шлифовальные ленты, алмазные ролики для правки
шлифовальных кругов.
А л м а з н ы е п о р о ш к и для изготовления инструментов в зави­
симости от размеров (м к м ) зерен и метода их получения делятся на следу­
ющие группы:
74
Шлифпорошки . .
Микропорошки . •
Субмикропорош ки
3000...40
8 0 ...1
1
...0 . 1
Алмазные ш лифпорош ки обозначают буквенными индексами: А —
из природных алмазов, АС — из синтетических алмазов, АР - из синте­
тических поликристаллических алмазов. К буквенному обозначению шлифпорош ков добавляют цифровой индекс, которы й характеризует: в шлифпорош ках из природных алмазов — содержание зерен изометрической
ф ормы , выраженное десяткам и процентов; из синтетических алмазов —
среднее арифметическое значение прочности на сжатие, выраженное в ньюто­
нах; из синтетических поликристаллических алмазов — среднее арифмети­
ческое значение прочности на сжатие, выраженное в сотых долях ньютона.
Алмазные м икропорош ки и субм икропорош ки в зависимости от вида
сырья, из которого они изготовлены, обозначают буквенными индексами:
AM - из природных алмазов; ДСМ — из синтетических алмазов.
В качестве органических с в я з о к при изготовлении алмазных ин­
струментов используют синтетические фенолоформальдегидные смолы
и композиции на их основе с наполнителями в виде карбида бора, карби­
да кремния. Металлические связки получают на основе меди, алюминия,
олова и наполнителей в виде карбида крем ния, электрокорунда, железа,
кварца и других материалов.
А л м а з н ы й и н с т р у м е н т кром е м арки алмаза и связки харак­
теризуется также концентрацией алмазов и зернистостью. За относитель­
ную конценф ацию , равную 1 0 0 %, условно принято содержание в 1 см 3 ал­
мазного слоя 4,4 карата порош ка алмазов. Алмазный инструмент вы пу­
скается концентрацией 12,5; 25; 50; 75; 100; 125; 150; 175 и 200 %.
Зернистость обозначается дробью, в которой числитель соответствует
наибольшему, а знаменатель — наименьшему размеру зерен основной
фракции в микрометрах.
Алмазные круги (рис. 11) в отличие от ш лифовальных кругов из
других абразивных материалов имеют корпус и припрессованное к нему
алмазоносное кольцо толщиной от 3 до 16 м м . Корпусы алмазных кругов
изготовляют из алюминиевых сплавов, бронзы, стали и пластмассы. Фор­
мы алмазных кругов и профили рабочей поверхности алмазоносного
слоя различны (рис. 1 2 ).
Рис. 11. Алмазный круг:
а - плоский, б - чашечный;
1 — корпус, 2 — алмазоносный
слой
75
А 2П
В А Л
t * '
ИЧЭ
MU’
Рис. 12. Формы алмазных кругов:
А 2П - плоский с двусторонним коническим профилем, 1А1 - плоский прямого
профиля, 6А2 - плоский с выточкой, I4A 1 - плоский прямого профиля, 9А 3 плоский с двусторонней выточкой, 6А 2Т - плоский, 2А2 - кольцевой, 12V5 - та­
рельчатый с углом 45 , 141’1 - плоский прямого профиля трехсторонний
I
Рис. 1 3. Резец стеклореза с алмазом в виде четырехгранной пирамиды:
1 - квадратная державка, 2 - кристалл алмаза
1
Рис. 14. Резец стеклореза с криволинейной режущей кромкой
В стекольной промышленности в основном используются алмазные
круги на металлической связке диаметром 100 ... 300 м м , различных
ф орм и профилей рабочей поверхности, с алмазами м арок АСВ и АСР,
зернистостью от 50/40 до 200/160 и концентрацией 50 и 100 %. При на­
несении алмазной грани на изделие применяют круги с коническим про­
филем и углом заточки 90 и 110 .
Хранят алмазные круги в вертикальном положении на стеллажах
с раздельными кассетами, в помещении, где температура 5 ... 20 Г и влаж­
ность не выш е 65 %.
Рез цы
с т е к л о р е з о в
с природными алмазами предназна­
чены для резки листового стекла толщиной до 1 0 м м , а резцы с синте­
тическими алмазами — толщиной до 5 м м . При этом используются к р и ­
сталлы алмазов массой 0 , 0 2 ... 0,16 карат двух типов: в виде четырех­
гранной пирамиды (рис. 13) и с криволинейной режущей кром кой
(рис. 14).
Алмаз зернистостью 500/400 и выше припаивают серебряным припоем
в стальной держ авке круглого или квадратного сечения по оси стеклоре­
за (рис. 15,1Г) или под углом 20° (рис. 1 5 ,/).
Рис. 15. Стеклорез:
1 vi 11 — варианты крепления резца;
пус, 2 — резец, 3 - винт
кор-
Ё
I
Рис. 16. Алмазное сверло
Рис. 17. Алмазный ролик для правки шлифовальных кругов:
1 — корпус, 2 - алмазоносный слой, 3 - кристаллы алмаза
А л м а з н ы е с в е р л а (рис. 16) кольцевого типа с алмазами к о н ­
центрацией 75 и 100 % выпускаю т для сверления отверстий 20 ... 160 мм.
В стекольной промышленности алмазные сверла используют редко, так
к а к диаметры отверстий в стеклоизделиях, к а к правило, менее 2 0 м м,
за исключением некоторы х изделий, например стеклянных дверных по­
лотен, у которы х сверлят отверстия диаметром 20 м м . Отверстия диамет­
ром 2 ... 1 0 м м в стекле обычно сверлят победитовыми сверлами или
77
сверлами из латунных, медных, стальных трубок при обильной подаче
охлаждающей жидкости. Кроме того, отверстия в стекле получают с
помощью ультразвукового сверла.
А л ма зн ые
р о л и к и (рис. 17) для правки шлифовальных к р у ­
гов выпускают пяти типоразмеров диаметром 69,85 ... 70,05 м м. Число ал­
мазов в одном ролике 1200 ... 1540 по массе одного кристалла алмаза
0,006 ... 0,01 карат. Кристаллы алмаза располагают равномерно на повер­
хности алмазоносного слоя.
Алм азны е
п а с т ы применяют на стекольных заводах для ш ли­
ф ования, полирования и доводки рабочих поверхностей деталей, участвую­
щих в формовании стеклоизделий, а также других деталей стекольного
оборудования, шероховатость поверхности которы х по условиям эксплуа­
тации не должна превышать 2,5 м км .
Контрольны е вопросы
1. Какие материалы называют абразивными? 2. Перечислите основные естествен­
ные и искусственные абразивные материалы. 3. Назовите главные свойства абразив­
ных материалов. 4. Что такое режущая способность абразивного инструмента? 5. На­
зовите виды связок. Что представляет собой керамическая связка? 6 . Какие парамет­
ры характеризуют надежность абразивного инструмента? 7. Для чего нужна правка
шлифовального круга? 8. К аково устройство алмазного шлифовального круга для
обработки стекла?
ГЛАВА VII
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
§ 32. П РО ВО ДНИКО ВЫ Е М А Т Е Р И А Л Ы
К проводниковы м материалам (проводникам ) относятся металлы
(алюминий, медь, вольф рам, никель, железо, молибден, платина, олово,
свинец, цинк, серебро) и сплавы металлов (латунь, алюмель, константан,
манганин, хромель, бронза, н и хром ). Из проводниковы х материалов
изготовляю т разнообразные изделия, основную часть которы х составляют
обмоточные, монтажные и установочные провода, кабели, шины, соедини­
тельные шнуры, электроды, припои, флюсы.
Об м о т о ч н ы е
п р о в о д а предназначены для изготовления об­
м оток электрических машин, трансформаторов и индукционных катуш ек
аппаратов. Обмоточные провода выпускают изолированными. Токоведу­
щая часть проводов выполняется из алюминия или меди однопроволоч­
ной жилой круглого или прям оугольного сечения.
Круглую медную проволоку для обмоточных проводов изготовляют
двух м арок — МГ (медная твердая) и ММ (медная м я г к а я ), прямоуголь­
ную МГТ (медная голая твердая) и МГМ (медная голая м я г к а я ). К руг­
лые медные провода выпускаю т с жилами диаметром 0,02 ... 5,2 м м , пря­
моугольные — с размерами меньшей стороны 0,83 ... 5,5 и большей сторо­
ны 2,1 ... 14,5 мм.
Алюминиевые провода дешевле медных, менее дефицитны и имеют
меньшую массу. Д ля изготовления проводов служит алюминиевая круг78
лая проволока м арок АТ (алюминиевая твердая), АПТ (алюминиевая
полутвердая), AM (алюминиевая м я гк ая и прям оугольная).
Обмоточные провода выпускаю т со следующими видами изоляции:
эмалевой, эмалево-волокнистой, волокнистой, пленочной и комбинирован­
ной.
Монтажные
п р о в о д а и к а б е л и применяют для монтажа
электрических аппаратов и приборов. Токопроводящ ие жилы монтажных
проводов и кабелей изготовляют из медной м ягкой проволоки или из
тонких проволок, свитых друг с другом. В монтажных проводах вы сокой
нагреваемости (200 ... 250°С) применяют никелированные медные ж и­
лы, во всех остальных — медные луженые.
С о е д и н и т е л ь н ы е ш н у р ы служат для распределения электро­
энергии в силовых и осветительных сетях, а также для электроснабжения
электроустановок внутри и вне помещений при неподвижной прокладке.
Провода выпускают с резиновой, поливинилхлоридной и полиэтиленовой
изоляцией.
Ш и н ы предназначены для соединения различных аппаратов и при­
боров в распределительных устройствах напряжением до 1000 В и выше.
Плоские и круглы е шины небольшого сечения выпускают свернутыми
в бухты, большого сечения — в виде полос и прутков. Плоские алюминие­
вые и медные шины изготовляют толщиной 3 ... 10 мм и шириной 15 ...
1 0 0 мм.
Э л е к т р о у г о л ь н ы е
и з д е л и я (щ етки для электрических
машин, электроды для дуговы х печей, контакты ) изготовляют методом
прессования из исходных порош кообразных масс с последующей вы соко­
температурной обработкой — обжигом изделий. Исходные порош кообраз­
ные массы приготовляют из смеси углеродистых материалов (графита,
сажи, кокса, антрацита), связующих и пластифицирующих веществ (к а ­
менноугольных и синтетических см ол). В некоторые электроугольные
массы вводят порош ки металлов (меди, серебра, о л ова), получая таким
образом металлографитные изделия.
С помощью электрощеток осуществляется скользящ ий контакт на
коллекторах и кольцах электрических машин, поэтому очень важно, что­
бы щ етки хорошо пришлифовывались в работе, не вы зы вая слиш ком
быстрого износа коллекторов, и не стирались быстро сами. Графитовые
щетки изготовляют из натурального графита без связующих (м ягкие сор­
та) и с применением связующих (твердые со р та). Эти щетки отличаются
мягкостью и при работе вызывают незначительный шум. Угольно-графи­
товые щ етки изготовляют из графита с выделением других углеродистых
материалов (к о к с, сажа) и связующих веществ. Полученные после терми­
ческой обработки щетки покрывают тонким слоем меди в электролити­
ческих ваннах. Эти щ етки обладают повышенной механической прочно­
стью и малы м износом при работе. Электрографитированные щ етки про­
ходят дополнительно процесс графитирования, заключающийся в том,
что после первой термической обработки щетки подвергают отжигу при
температуре 2500 ... 2800°С. Эти щ етки обладают стойкостью к толчко­
образному изменению нагрузки и применяются при больших окружных
скоростях (45 ... 60 м /с ). Металлографитные щетки отличаются малыми
79
удельными сопротивлениями, допускают большие плотности тока (до
15 ...2 0 А /см 2).
Угольные электроды для дуговы х электрических печей и электрохи­
мических процессов бывают трех видов: обожженные, графитированные
и самоспекающиеся. Обожженные электроды из литейного кокса, антра­
цита обладают большой твердостью, поэтому их обработку производят
инструментом из твердых сплавов. Графитированные электроды но срав­
нению с обожженными менее хрупки, имеют повышенную химическую
стойкость. Самоспекающиеся угольные электроды отличаются тем, что
их обжиг производится непосредственно в печах в процессе работы по м е­
ре обгорания. Обычно печи в этих случаях оборудованы железными кож у­
хами, в которые набивается электродная масса. Это позволяет применять
электроды больших диаметров (до 2,5 м и б о лее).
§ 33. И ЗО Л Я Ц И О Н Н Ы Е М А Т Е Р И А Л Ы
Изоляционные материалы предназначены в основном для изоляции
токопроводящ их частей оборудования, аппаратов и проводов, повышения
электрической прочности обмоток и индукционных катуш ек и служат
к а к изоляционные опоры. Изоляционные материалы бывают природно­
го происхождения (асбест, слюда) и искусственные на основе стеклово­
локна и синтетических смол. Последние обладают вы сокой механической
и электрической прочностью, влагостойкостью и нагревостойкостью.
По своему состоянию при нормальной температуре изоляционные
материалы разделяются на газообразные (в о зд у х ), жидкие (трансформа­
торное масло) и большую группу твердых (фарфор, стеатит, стекло).
По конструкции изоляционные материалы можно разделить на в о ­
локнистые (пропитанные и непропитанные) — бумага, картон, фибра, и з­
делия из текстиля, асбеста и стекловолокна; слоистые (гетинакс, тексто­
лит) ; материалы на основе слюды (миканит, м и кален та); пленочные
и керамические.
Рассмотрим наиболее распространенные материалы.
Э л е к т р о к а р т о н выпускают для работы на воздухе (м арок ЭВ и
ЭВТ) толщиной 0,1 ... 3 м м , для работы в масле (м арок ЭМЦ и ЭМТ) тол­
щиной 1 ... 3 м м в рулонах (рольны й), в листах (листовой). В непропитанном виде электрокартон — невлагостойкий материал, поэтому его хранят в
сухом месте.
Изоляционные
б у м а г и подразделяются на следующие виды.
Телефонная бумага КТ-05 выпускается толщиной 0,04 и 0,05 мм, кабельная
К-120 — толщиной 0,12 м м , пропитанная трансформаторным маслом,
крепированная — толщиной 0,5 мм.
Ф и б р у изготовляют в виде листов толщиной 0 , 6 ... 1 2 м м, к р у г­
лых стержней и трубок.
Л е т е р о и д представляет собой разновидность фибры. Его вы пу­
скают толщиной 0,1 ... 0,5 мм в виде листов и рулонов.
Х л о п ч а т о б у м а ж н ы е л е н т ы выпускают следующих разм е­
ров: тафтяную - толщиной 0,25 и шириной 10 ... 50 м м , киперную - тол­
щиной 0,45 и шириной 10 ... 60 м м , батистовую — толщиной 0,12; 0,16 и
но
0,18 и шириной 1 0 ... 2 0 м м , миткалевую — толщиной 0 , 2 2 и шириной
12 ... 35 м м .
А с б ес т ов ы е
м а т е р и а л ы имеют вы сокую нагревостойкость
(до 300°С ). Их применяют в виде лент толщиной 0,2 ... 0,5 м м, листов,
тканей в том случае, когда из-за вы сокой температуры нельзя применять
целлюлозные материалы.
Э л е к т р о и з о л я ц и о н н ы е л а к и р о в а н н ы е т к а н и (лакоткани и стеклолакоткани) представляют собой гибкий материал, состоя­
щий из ткани (хлопчатобумажной, ш елковой или стеклянной), пропитан­
ной л ако м или каким -либо электроизоляционным составом. Их выпускают
рулонами шириной 700 ... 1000 м м и толщиной 0,1 ... 0,3 м м м арок JIXC,
ЛХСМ, ЛХСС, ЛХЧ, ЛШС (лакоткани ), ЛСМ, ЛСММ, ЛСЭ, ЛСБ, ЛСК,
ЛСКЛ, ЛСКР (стеклолакоткани). Шелковую лакоткань ЛШС выпускают
также толщиной 0,08 м м , а ЛШ СС- 0,04 м м . В м арках лакотканей и стеклолакотканей буквы обозначают: Л — лакоткань, X — хлопчатобумажная,
С на втором месте — стеклянная, С на третьем месте — светлая, С на чет­
вертом месте — специальная, Ч — черная, Ш — ш елковая, М — маслостой­
кая, К на втором месте — капроновая, К на третьем месте — кремнийорганическая, Л на четвертом месте — липкая, Э — эскапоновая, Б — битумно-масляно-алкидная, Р —резиновая.
П л е н о ч н ы е
м а т е р и а л ы (пленки) обладают повышенной
нагревостойкостью. В сочетании с другими материалами из них изготовля­
ют электрически прочную и влагостойкую изоляцию. Электрокартон,
оклеенный с одной или двух сторон триацетатной пленкой, называется
пленкоэлектрокартоном . Современные полиэтилентерефталатные пленки лавсан, терфан, мелинекс и другие — обладают вы сокой электрической
прочностью (порядка 20 к В /м м ), нагревостойкостью (120 С и более)
и механической прочностью.
Слоистые
и з о л я ц и о н н ы е м а т е р и а л ы выпускают сле­
дующих ви д о в.
Гетинакс в виде листов толщиной 0,4 ... 50 м м представляет собой
слоистый прессованный материал из бумаги, пропитанной смолой. Различ­
ные м арки гетинакса (а, Б , В, Вс и др.) предназначены для работы на во з­
духе и в масле. Гетинакс хорошо обрабатывается.
Текстолит представляет собой также слоистый прессованныйматериал из
хлопчатобумажнойткани,пропитанной смолой.Используется вместо гетинак­
са в тех случаях, когда необходима вы сокая механическая прочность материа­
ла. Выпускается в виде листов, трубок, стержней и цилиндров. Широко при­
меняются две м а р к и : А - обладающая более вы сокой электрической прочно­
стью и Б —обладающая лучшей механической прочностью и влагостойкостью.
Стеклотекстолит изготовляю т прессованием стеклоткани, пропитан­
ной теплостойкой смолой. Этот материал обладает вы сокой электриче­
ской прочностью (до 20 к В /м м ), вы сокой нагревостойкостью (180 ...
225°С) и влагостойкостью.
Слюдяные изоляционные материалы (миканит, микалента) состоят
из листочков слюды, склеенных смолой или лаком .
Миканиты различают твердые (прокладочные) ПМГ, ПФГ, гибкие
ГФС и формовочные ФМГ и ФФГ. Они обладают вы сокой нагревостой81
костью (130 ... 180°С), влагостойкостью и электрической прочностью
(15 ... 20 к В /м м ). Миканиты используют для прокладок и изоляции меж­
ду коллекторны м и пластинами, для каркасов, гильз, пазовой и междувитковой изоляции.
Микаленту изготовляют из слюды, склеенной лаком и оклеенной с
одной стороны или двух сторон микалентной бумагой. Толщина микаленты 0,08 ... 0,17 м м , ширина 12 ... 35 мм, хранят ее в герметически запаян­
ных банках при температуре 10 ... 35°С. В конце м арок микаленты J1M4,
ЛФЧ, ЛМС и ЛФС ставят римские цифры II (нормальная электрическая
прочность) или I (повышенная электрическая прочность).
В настоящее врем я из отходов слюды изготовляют слюдинитовые
и слюдопластовые материалы, которы е заменяют дорогостоящие и деф и­
цитные слюдяные материалы. Из отходов слюды изготовляют слюдяную
бумагу, которая в сочетании с электроизоляционными смолами и лаками
позволяет получать различные виды листовых и рулонных материалов —
коллекторны й прокладочный, формовочный гибкий, слюдиниты и стеклослюдиниты и другие электроизоляционные материалы.
К к е р а м и ч е с к и м и з о л я ц и о н н ы м м а т е р и а л а м от­
носятся фарфор и стеатит. Из фарфора делают изоляторы, изоляционные
тяги и изоляционные детали. Стеатит применяется для изготовления от­
ветственных изоляторов.
§ 34. ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ С ТЕК Л О В А Р Е Н Н Ы Х ПЕЧЕЙ
В холодном (твердом) состоянии стекло является диэлектриком.
С повышением температуры электропроводность стекла возрастает. Ис­
пользуя расплавленную стекломассу в качестве электрического сопротив­
ления, через нее пропускают электрический ток. Электрическая энергия
при этом превращается в тепловую непосредственно в расплавленной
стекломассе, обеспечивая таким образом заданную температуру варки
стекла (1400 ... 1600°С ). Электроэнергия стекломассе подводится с по­
мощью электродов, изготовляемы х обычно из графита, молибдена или
диоксида олова.
Графитовые электроды выполняются в виде стержней диаметром от
50 до 250 м м , молибденовые - в виде пластины толщиной 6 мм и стерж­
ней диаметром 20 ... 50 м м . Электроды из диоксида олова изготовляют
в виде блоков размерами 2 0 0 X 2 0 0 X 1 0 0 м м и в виде стержней диамет­
ром до 80 мм.
Контрольные вопросы
1. На какие основные группы делятся электротехнические материалы? 2. Какие
материалы относятся к проводниковым? 3. Для чего предназначены обмоточные
провода? 4. Из каких материалов изготовляют токоведущую часть проводов? 5. На­
зовите отличительные особенности алюминиевых проводов. 6 . В каких случаях ис­
пользуются монтажные провода и соединительные шнуры? 7. Назовите основные виды
угольных электродов для дуговых печей и их особенности. 8. Какие изоляционные
материалы имеют природное происхождение? 9. Перечислите электроизоляционные
материалы, относящиеся к сложным.
82
ГЛАВА VIII
СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
§ 35. ВИДЫ С М АЗО Ч Н Ы Х М А Т Е Р И А Л О В
Своевременное смазывание оборудования, правильный выбор смазоч­
ных материалов — необходимые условия обеспечения долговечности и
технологической точности машин.
Смазочные материалы, применяемые на стекольных заводах, подраз­
деляются на масла и консистентные см азки или мази.
Масла, вырабатываемые из нефти, отличаются своими ф изико-хими­
ческими свойствами в зависимости от м арки и сорта.
В я з к о с т ь — основная характеристика масла. Различают вязкость
кинематическую, динамическую и условную.
Кинематическая вязкость, или отношение динамической вязкости
жидкости к ее плотности, выражается в стоксах (Ст) или сантистоксах
(сСт) — сотая доля стокса.
Условная или относительная вязкость — отвлеченное число, выража­
ющее отношение времени истечения из универсального вискозиметра (ВУ)
испытываемого масла к о времени истечения такого же количества дистил­
лированной воды при температуре 20 С.
Вязкость масел изменяется в зависимости от температуры: при повы ­
шении ее она уменьшается, при понижении — увеличивается. В связи с тем
что это свойство масел имеет большое практическое значение, при обо­
значении условной вязкости вводят специальный индекс, который ха­
рактеризует» температуру масла при испытании. Вязкость более легких
масел обозначают в градусах ВУ5 0 , а более тяжелых масел — в гра­
дусах ВУ100.
Т е м п е р а т у р а
в с п ы ш к и — это та температура, при которой
пары масла, нагретого в установленных стандартом условиях, воспламе­
няются при поднесении к ним пламени. Чем выш е температура вспыш ки,
тем меньше вероятность образования нагаров на трущихся поверхностях
и взрывоопасных смесей масляны х паров с воздухом в картерах.
Т е м п е р а т у р а
з а с т ы в а н и я масла характеризует потерю
подвижности масла при низких температурах. Этот показатель очень важен
для см азки оборудования, работающего на откры том воздухе или в не­
отапливаемых помещениях, так к а к застывшее масло не прокачивается
в маслосистемах, что затрудняет запуск машин.
К о к с у е м о с т ь , или свойство смазочного материала образовы ­
вать нагар, должна быть минимальной, так к а к нагар ускоряет износ тру­
щихся поверхностей.
В масле не должно быть воды, так к а к вода резко ускоряет коррозию
деталей и окисление масла. Содержание механических примесей в масле
должно быть минимальным в связи с тем, что они ускоряю т абразивный
износ трущихся деталей.
По назначению масла подразделяются на индустриальные, ком прес­
сорные, сепараторные, цилиндровые.
83
На стекольных заводах чаще всего применяют индустриальные масла,
предназначенные для смазывания промышленного оборудования, контроль­
но-измерительной аппаратуры, приборов, гидравлических передач, метал­
лообрабатывающих станков и других машин и механизмов. Кроме ин­
дустриальных используют компрессорные масла, обладающие хорош ими
антинагарными и противокоррозионными свойствами. Рабочая температу­
ра этих масел достигает 200 ... 220°С. Обычно компрессорные масла приме­
няются для смазывания цилиндров, клапанов, герметизации кам ер сжатия
поршневых и ротационных компрессоров.
Преимущества масел: вы сокая стабильность и чистота, низкий ко эф ­
фициент внутреннего трения; хорош ая работоспособность при высоких
температурах; возможность применения фильтров; простота смены и
добавки масла; охлаждающее действие масел; возможность сбора отра­
ботанного масла для регенерации. Недостатки масел заключаются в том,
что из-за их жидкой консистенции приходится применять более сложные уп­
лотнения в оборудовании; чаще доливать смазочный материал; кроме
того, они пожароопасны.
Консистентные
(пластичные)
смазки представляют собой ми­
неральные масла, загущенные мылами. Обычно используют литие­
вые, кальциевые, натриевые, а также смешанные (натриево-кальцие­
вые) мыла.
Характерная особенность консистентных смазок заключается в том,
что они обладают свойствами к а к твердых, так и жидких веществ. Это
обусловило их применение в узлах трения, к которы м невозможно под­
водить масло, а также при малых скоростях и больших удельных нагруз­
ках, в трудногерметизируемых узлах.
Консистентные см азки подразделяют на четыре группы: антифрик­
ционные, консервационные, уплотнительные и канатные.
На стекольных заводах используют чаще других антифрикционные
смазки, которы е, в свою очередь, делятся на подгруппы, обозначаемые
индексами: С — общего назначения при температуре до 70°С (сол и д олы );
О — для температуры до 110°С; М — многоцелевые, работоспособны от
- 3 0 до +130 С при повышенной влажности; Ж — термостойкие (150°С
и выш е) ; Н - морозостойкие (ниже —4 0 ° С ); И — противозадирные и противоизносные; П - приборные; Д — приработочные; X — химически стой­
кие.
Консервационные (защитные) смазки предназначены для защиты
от коррозии металлических поверхностей при хранении и эксплуатации
оборудования.
Уплотнительные и канатные смазки на стекольных заводах исполь­
зуют ограниченно.
Основные свойства, характеризующие консистентные смазки:
п е н е т р а ц и я , или степень густоты см азки (консистенция) , опреде­
ляющая ее прокачиваемость по мазепроводам (но не смазочные свойства)
и устанавливаемая по глубине погружения эталонного конуса в см азку
при температуре 25°С в течение 5 с (в сотых долях сантим етра);
т е м п е р а т у р а к а п л е п а д е н и я , т. е. температура, при к ото­
рой происходит падение первой капли смазочного материала, нагревае­
84
мой в определенных условиях в капсюле прибора. Чем выше температу­
ра каплепадения, тем смазочный материал более устойчив при высоких
температурах;
с о д е р ж а н и е в о д ы в виде капель не допускается, а для каль­
циевых см азок содержание воды не должно превышать 3 %, натриевых —
не более 0,5 %.
Преимущества консистентных см азок: хорош ая работоспособность
при вы соких давлениях, температурах и малы х скоростях, а также удар­
ных и знакопеременных нагрузках; хорош о удерживаются в корпусе
подшипника, препятствуют проникновению в него пыли; экономичность,
длительный срок службы.
Недостатками консистентных см азок являю тся: меньшая стабильность
по сравнению с маслами; возможность расслоения, расплавления и вы те­
кания; худш ая работа при низких температурах; необходимость раз­
борки и пром ы вки механизма при смене смазочного материала.
§ 36. С М АЗО ЧН Ы Е М А Т Е Р И А Л Ы Д Л Я ФОРМ
Наибольшее распространение на стекольных заводах получила к о л ­
л о и д н о - г р а ф и т о в а я т е х н о л о г и ч е с к а я с м а з к а на мине­
ральном масле с различными добавкам и, которую готовят путем разбав­
ления коллоидно-графитового препарата МС в минеральном масле в со­
отношении 1:10. Препарат представляет собой концентрированную суспен­
зию термографита в масле, стабилизированную полугудроном. Приготов­
ленную суспензию перемешивают, а затем кистью наносят на черновые и
чистовые форм ы с интервалом 5 ... 10 мин в процессе работы м а­
шины.
Д ля нанесения на ф орм ы вы сокопроизводительных роторных стекло­
формующ их машин применяют смазочный материал „Градис М-42” сле­
дующего состава, % по массе:
коллоидно-графитовый препарат — 6 , минеральное масло — 84, сос­
новая канифоль - 5, парафин нефтяной м арок А, Б - 5.
Канифоль и парафин вводятся в состав смазочного материала для луч­
шей адгезии ее к материалу ф орм и предотвращения расслоения при хра­
нении.
При производстве стеклянной тары вместимостью до 300 мл на с ек ­
ционных стеклоформую щ их машинах хорош о зарекомендовал себя см а­
зочный материал ИМСП-220 (ТУ 38.101892 - 81) следующего состава,
% по массе: масло минеральное — 87,5, графит — 6,0, технический пара­
фин _ 3,0, стеарат кальция — 1,5, сульфонат натрия — 1,5, параоксидифениламин — 0,5.
Смазочные материалы наносят на форм ы вручную кистью с интерва­
лом 25 ... 30 мин.
§ 37. ПРИ САД КИ К М А С Л А М
Для улучшения эксплуатационных свойств смазочных материалов
применяют добавки к ним — присадки. Кроме того, в процессе работы
в смазочных маслах под действием вы сокой температуры и давления,
85
кислорода воздуха и других ф акторов происходят химические измене­
ния, образуются нагары, осадки, кислоты. Чтобы снизить их вредное влия­
ние, также применяют присадки.
Присадки должны хорошо растворяться в смазочных материа­
лах, не вымываться из них и не ухудшать их эксплуатационных свойств,
не должны выпадать в виде осадка при изменениях температуры,
оседать на поверхностях машин и задерживаться на фильтрах маслосистемы.
В зависимости от назначения присадки подразделяют на следующие
основные группы: вязкостны е (загущ аю щ ие), повышающие вязкость
смазочных материалов; понижающие температуру застывания масел (депрессаторы ); антиокислительные (ингибиторы ), повышающие устойчи­
вость смазочных материалов против окисления кислородом при высоких
температурах; антикоррозионные, уменьшающие коррозионное действие
и защищающие металлы от коррозии: улучшающие смазывающую спо­
собность, противоизносные, противозадирные; повышающие липкость
(адгезионны е); моющие, уменьшающие отложения нагаров и лаков на
деталях машин; антипенные, уменьшающие способность вспениваться;
ком плексны е, улучшающие одновременно несколько свойств смазочных
материалов. При вы боре присадки учитывают тип смазочного материала,
его назначение, степень очистки.
§ 38. С М АЗО Ч Н О -О ХЛАЖ Д АЮ Щ ИЕ Ж ИД КО СТИ
Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) применяют при механиче­
ской обработке металлов, стекла, огнеупорных материалов с целью сни­
жения трения, охлаждения инструмента и обрабатываемой детали, для
получения более вы сокого класса шероховатости обрабатываемой поверх­
ности.
По степени возрастания охлаждающей способности жидкости распо­
лагаются следующим образом: животные и растительные масла, ком паун­
дированные масла, минеральные масла, водно-масляные эмульсии, мы ль­
ная вода, щелочные водные растворы соды и тринатрийфосфата и вода.
Смазывающая же способность этих жидкостей возрастает в обратном по­
рядке —от воды к маслам.
При выборе СОЖ учитывают следующие ф акторы : вид обработки
и режим резания, материал и его свойства, требования к шероховатости
поверхности, способ, количество и место подвода жидкости.
В тех случаях, когда охлаждение инструмента и обрабатываемой дета­
ли является главной задачей, применяют водные эмульсии, так к а к вода
имеет по сравнению с маслами наилучшую теплоемкость и теплопровод­
ность. Например, при шлифовании важнее обеспечить охлаждение, а не
смазывание, поэтому в этом случае целесообразно использовать водные
растворы и эмульсии.
Для тех операций, где необходимо в первую очередь обеспечить сма­
зывание режущего инструмента, облегчить процесс снятия стружки и полу­
чить высокий класс шероховатости поверхности, применяют охлаждаю­
щие масла и их смеси.
86
Правильные выбор и применение смазочноохлаждаю щих жидкостей
позволяют увеличить скорость обработки и стойкость инструмента, повы­
сить производительность труда.
Смазочно-охлаждающие жидкости не должны вызывать коррозии
металла обрабатываемой детали, инструмента, оборудования, изменять
смазочно-охлаждающие свойства в течение длительного времени, образо­
вывать стойкий туман при м елком распылении, вызывать засаливание
ш лифовального круга, содержать дорогостоящие и дефицитные ком п о­
ненты.
Наибольшее распространение для приготовления водных эмульсий
получили эмульсолы, самопроизвольно эмульгирующиеся при смешивании
с водой. При этом образуются эмульсии, стабилизированные вы соком оле­
кулярны м и органическими кислотами, спиртом и водой.
Э м у л ь с о л
Э-2 (Б ) готовят на основе минерального масла в я з ­
костью 17 ... 23 сСт при 50°С, щелочных отходов производства масел
с добавлением едкого натра, этилового спирта или этиленгликоля. По внеш­
нему виду эмульсия представляет собой прозрачную жидкость от свет­
лого до темно-коричневого цвета. Ее готовят постепенным введением
воды в предварительно перемешанный эмульсол. Применяют эмульсию
для охлаждения лезвий ножниц питателя при отрезке капли стекла.
Э м у л ь с о л НГЛ-205 состоит из сульфированного серным ангидри­
дом масла АС-6 , защелоченного каустической содой с добавлением пасси­
вирующих присадок. Из него готовят 3 ... 10 9^ные водные эмульсии,
которые применяют при резании, шлифовании и других видах обработки
черных и цветных металлов.
При механизированном нанесении на многопозиционных полуавтома­
тах рисунков алмазной резьбы на изделия из стекла применяют состав
смазочно-охлаждающей жидкости, содержащей следующие компонен­
ты, % по массе: минеральное масло — 0,5; препарат ОС-20 —0,3; вазелин —
0,3; ДЦУ — 0,4; вода — остальное. Препарат ОС-20 снижает поверхностное
натяжение воды, увеличивает смачивающую способность СОЖ и облегчает
ее проникновение в зону непосредственного контакта алмазных зерен
абразивного инструмента со стеклом . Кроме того, под влиянием поверх­
ностно-активных веществ на поверхности сошлифованных частиц стекла
образуются адсорбционные пленки, которые снижают прилипание частиц
друг к другу и к поверхности алмазных зерен и тем самым замедляется
процесс засаливания круга.
§ 39. РЕГЕН ЕРАЦ И Я О Т Р А Б О Т А Н Н Ы Х М АСЕЛ
Минеральные масла в процессе работы изменяют свои свойства, старе­
ют, постепенно загрязняю тся пылью, металлической стружкой, окалиной.
Обводнение масел возникает от конденсации водяных паров из воздуха,
а также в результате попадания воды или эмульсии из системы охлаж­
дения. Окисление и осмоление масел происходит под действием кисло­
рода воздуха, вы соких температур и давления. Масло, утратившее свои
первоначальные качества или проработавшее установленный для него
срок, считается отработанным и подлежит замене. Сбор отработанных
87
минеральных масел имеет большое народнохозяйственное значение,
так
как
отработанные
минеральные
масла после регенерации
можно
использовать
повторно и экономить дефицитные свежие
масла.
Отработанные нефтепродукты по ГОСТ 21046 - 81 в зависимости
от назначения делят на три группы: ММО —масла моторные отработанные,
в том числе моторные масла, применяемые в трансмиссиях, и их смеси
с индустриальными маслами, подлежащие регенерации; МИО — масла ин­
дустриальные отработанные, в том числе выделенные из отработанных
эмульсий, смеси индустриальных масел, турбинные, компрессорные, гид­
равлические, вакуум ны е, приборные, трансформаторные, кабельные и их
смеси с индустриальными, подлежащими регенерации; СНО - смесь нефте­
продуктов отработанных, применявшихся в качестве промывочных жид­
костей; бензин, керосин, дизельное топливо, нефтяные масла, не отвеча­
ющие требованиям групп ММО и МИО, смеси нефтей и нефтепродуктов,
собранные при зачистке резервуаров, железнодорожных цистерн, нефте­
наливных судов и другого оборудования.
Отработанные индустриальные масла (веретенные, маш инные), а
также компрессорные, турбинные и трансформаторные должны регенери­
ровать сами потребители на соответствующих регенерационных установ­
ках.
Существующие методы регенерации масел подразделяют на следую­
щие: физические - отстой, фильтрация, сепарация, пром ы вка водой, от­
гон горючего; физико-химические — коагуляция, адсорбция, перколяция; химические - серно-кислотная и щелочная очистка и ком биниро­
ванные.
На заводах метод очистки выбирают в зависимости от сорта, коли­
чества и качества отработанного масла, степени загрязненности и целево­
го назначения его после регенерации, а также с учетом имеющейся регене­
рационной установки.
Промышленность выпускает установки трех типов. Передвижная
маслоочистительная установка ПСМ-1-3000 предназначена в основном
для очистки без слива работающих в различных агрегатах масел в преде­
лах цеха предприятия. Маслорегенерационная установка УРМ-100 приме­
няется для восстановления нефтяных масел, собранных с двигателей внут­
реннего сгорания (моторных м асел ). Маслорегенерационная установка
УР-1000 служит для восстановления трансформаторных, турбинных и ин­
дустриальных масел. Технологическая схема очистки включает нагрева­
ние, отстаивание, контактную обработку отбеливающей землей и фильтро­
вание.
Регенерированные индустриальные масла, удовлетворяющ ие стандар­
там на свежие масла с учетом допускаемы х отклонений, применяют по
прям ом у назначению в чистом виде или в смеси со свежим маслом той
же марки. При значительных отклонениях от допустимых пределов по
отдельным показателям (вязкости, коксуем ости) масла могут быть ис­
пользованы для смазывания грубых механизмов и оборудования второ­
степенного значения.
88
Контрольны е вопросы
1. С какой целью применяют смазочные материалы? 2. Назовите основные виды
смазочных масел. 3. Какие смазочные материалы относятся к консистентным смаз­
кам? 4. Какие компоненты входят в состав смазочных материалов для стеколвных
форм? 5. К акова роль смазочно-охлаждающих жидкостей при механической обработ­
ке? 6 . С какой целью проводят регенерацию отработанных масел?
ГЛ АВА IX
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕКОРИРОВАНИЯ
СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ
§ 4 0 . КРАСКИ
Силикатные краски представляют собой тонкоизмельченный порош ок.
В зависимости от технологии изготовления они делятся на прозрачные
(краски) и непрозрачные (эм али).
П р о з р а ч н ы е силикатные краски — это цветные легкоплавкие
стекла, получаемые при варке флюса с красителем.
Основные материалы для получения флюсов: чистый кварцевый песок,
полевой шпат, пегматит, каолин, мел, мрамор, борная кислота, сода, окси­
ды свинца и олова. Входящие в состав красок материалы сортируют, про­
мывают, сушат, размалывают и просеивают. Шихту сплавляют в печах,
добавляя при этом краситель. Готовый сплав флюса гранулируют непосред­
ственно при сливе из печи с помощью воды. Гранулы флюса сушат при
температуре 80 ... 90°С, затем подвергают помолу и просеву.
В качестве красителей для получения прозрачных силикатных красок
используют оксиды золота, хрома, никеля, марганца, меди, кобальта.
При этом цвет краски зависит от содержания красителя (табл. 6 ).
Т а б л и ц а 6. Содержание красителя в краске
Цвет краски
Краситель
Содержание красителя,
%
Красный
Желтый
Зеленый
Желто-зеленый
Сине-зеленый
Синий
Розовый
Голубой
Аметистовый
Красно-фиолетовый
Сиреневый
Au
Сг 20 з
СиО
СиО
Сг20 3
СиО
СГ2О3
СоО
MD7O3
СиО
С02О3
СоО
М112О3
Мп20 ^
Аи
МП2О3
Sb20 3
As20 3
1.0
0,3 ... 0,8
5,0 ... 7,0
4.0
1,0 ...1,5
0,3 ... 0,8
1,5 .. 4,8
2,5 ... 5,0
0,6 ... 1,0
0,8
0,4
0,8
0,8 ... 1,0
3,0
0,05
0,4
0,8
0,2
89
Н е п р о з р а ч н ы е силикатные краски или эмали отличаются от
прозрачных наличием глушащего эффекта. Их приготавливают двум я
способами: варкой шихты и красителем-глушителем и совместным по­
молом флюса с красящ им пигментом. Т ак, для получения белых эмалей
используют глушители в виде диоксидов титана ТЮ 2, церия С е 0 2, олова
S n 0 2, циркония Z r 0 2 , а также в ряде случаев соединения фтора и ф ос­
фора.
Силикатные краски для декорирования стекпоизделий подбирают
так, чтобы TKJIP красок и изделий совпадал. Кроме того, необходимо
соответствие величин вязкости и скоростей затвердевания стекла и к р а­
сок. Все эти технологические особенности важны и проявляются на опе­
рации обжига изделий, после которого при соблюдении этих требований
обеспечивается надежное сцепление краски со стеклом .
Для прочного сцепления окраш иваемой поверхности стекла с краской
в состав краски вводят пленкообразователи, которые обволакиваю т части­
цы краски и образуют монолитную твердоэластичную пленку.
В зависимости от природы пленкообразователей силикатные краски
подразделяют на масляные и эмалевые. В масляных красках роль пленкообразователя играет олифа, а в эмалевых — синтетические смолы или
эфиры целлюлозы в виде растворов.
Кроме основных составляющих (порош ок красителя и пленкообразователь) в силикатные краски вводят растворители, пластификаторы
или отвердители, которы е вместе с пленкообразователем называют с в я ­
зующей смесью.
В зависимости от способа декорирования стекпоизделий краски под­
разделяются на холоднопечатные, горячепечатные (термопластические),
быстросохнущие и безобжиговые.
Холоднопечатные краски отличаются тем, что при многокрасочном
рисунке перед нанесением очередного цвета краски требуется суш ка (30 ...
40 мин) предыдущего. Горячепечатными (термопластическими) кр аск а­
ми наносят многокрасочный рисунок на изделия без длительной суш ки
предыдущего цвета краски, так как кр аска застывает на изделии в тече­
ние 1,5 ... 2 с. Быстросохнущие краски, как правило, состоят из 30 ...
50 % сухой силикатной краски и 70 ... 50 % быстросохнущей связующей
смеси. Время суш ки каж дого цвета до 7 мин. К безобжиговым относят­
ся краски, температура закрепления которы х до 180°С. Связующие смеси
для этих красок готовят на основе полиэфирных, фенолформальдегидных, кремнийорганических или эпоксидных смол. Обычно эти краски
применяют при нанесении этикеток на стеклотару одноразового пользо­
вания.
Люстровые краски представляют собой растворы смолянокислы х
солей тяжелых металлов в органических растворителях (скипидаре, нитро­
бензоле) . После нанесения красок на стеклоизделия и обжига их образует­
ся тончайшая цветная или бесцветная пленка оксидов соответствующих
м еталлов.
Д ля получения цветной пленки используют люстровые краски, при­
готовленные с применением железа, кобальта, меди, хрома, никеля и
других металлов. Бесцветные пленки получают при использовании вис­
90
мута, алюминия, свинца, цинка. Люстровые краски из драгоценных м е­
таллов (золота, серебра, платины) образуют пленки, содержащие эти м е­
таллы в чистом виде. Например, золотой люстр, окраш ивая стекло в я р ­
кий пурпуровый цвет, заметный к а к в отраженном, так и в проходящем
свете, дает отблеск металлического золота.
Люстровые краски наносят на изделия отводкой кистью, погруже­
нием в раствор, валиком , ш тампом и пульверизацией.
§ 4 1 . ДЕКОЛИ
Д еколи (переводные картинки) — многокрасочные отпечатки, вы ­
полненные на бумаге с нанесенным на нее клеевы м слоем. При смачива­
нии деколей водой клеевой слой размягчается и растворяется, а красоч­
ная пленка с изображением отделяется от бумажной основы и переводит­
ся на изделие.
Существует два вида деколей: обычные и сдвижные. Обычные д еко­
ли (рис. 18, а) переводят, наклады вая увлажненный отпечаток на зара­
нее подготовленную лакированием поверхность изделия, а затем уда­
л я я бумажную основу с прилипшей к поверхности изделия красочной
пленки. При использовании сдвижной деколи (рис. 18, б) сначала сдви­
гают, а затем совсем снимают отпечатанную красочную пленку с увлаж­
ненной бумажной основы. Таким образом отделенная от бумаги пленка
переносится на сухую поверхность изделия и приклеивается к ней.
Рис. 18. Схемы деколей:
а - обычная, б - сдвижная; 1 - бумажная основа, 2 - клеевые слои, 3 - плен­
ка краски, 4 - изделия
Преимущество сдвижной деколи состоит в том, что красочная плен­
ка закрепляется на поверхности изделия имеющимся на пленке клеевы м
слоем, размягченным к моменту сдвига пленки. Это позволяет исклю­
чить операцию обработки поверхности изделия клеем или л аком , что
является обязательным при использовании обычных деколей. Красочная
пленка сдвижной деколи в процессе изготовления покры вается лаковы м
слоем. т аким образом отпадает необходимость дополнительного л аки ­
рования деколей после перевода их на стеклоизделия.
В сдвижной деколи применяют гуммированную бумагу, благодаря
которой возмож на ш елкотрафаретная печать и сложные красочные рисун­
ки. Одна сторона гуммированной бумаги покры вается тонким слоем клея,
которы й состоит из крахм ала, патоки и вы сокосортного декстрина. Этот
слой предохраняет бумагу — основу — от проникновения краски в ее
толщ у и способствует свободному отделению красочной пленки от бумаж­
ной основы.
§ 4 2 . П РЕ П АР АТ Ж И Д К О ГО З О Л О Т А
Многие художественно-декоративные изделия из стекла и особенно
бытовую посуду украш ают препаратом жидкого золота 12 %-ной к о н ­
центрации. Препарат получают осаждением золота из его солей живичным
скипидаром с серой и растворением выпавш его осадка благородного м е­
талла в органических растворителях (скипидаре, нитробензоле, хлоро­
ф орм е) . Д ля закрепления пленки золота при последующем обжиге и улуч­
шения свойств препарата в раствор добавляют органические соединения
некоторы х металлов (резинаты кобальта, лития, свинца, висмута, хрома,
серебра).
Цветовой тон золота зависит от присутствующих в препарате соедине­
ний металлов. Серебро, например, придает ему зеленоватый оттенок, х р о м более темный, красноватый.
Учитывая, что составные части препарата ж идкого золота при длитель­
ном хранении м огут выпадать в осадок, перед употреблением его необ­
ходимо тщательно перемешивать.
На стеклоизделия препарат ж идкого золота наносят с помощью м яг­
ких кистей из беличьей или колонковой шерсти, а также резиновыми
роликам и на полуавтоматических машинах, в которы х предусмотрены
устройства для постоянного дозирования и подачи препарата жидкого
золота к рабочему инструменту.
Препарат жидкого золота может также быть использован для д еко­
рирования стекпоизделий способом шелкотрафаретной печати.
Контрольные вопросы
1. Какие материалы используют в качестве красителей для получения силикат­
ных красок? 2. Чем отличаются непрозрачные силикатные краски от прозрачных?
3. Что представляют собой люстровые краски? 4. Сравните изделия, окрашенные
золотым люстром в проходящем и отраженном свете. Назовите отличительные осо­
бенности. 5. Чем отличаются обычные деколи от сдвижных? 6 . К аким образом полу­
чают препарат ж идкого золота для декорирования изделий из стекла?
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В связи с резким ускорением социально-экономического развития
нашей страны, намеченным в решениях XXVII съезда КПСС, в стекольной
промышленности решаются задачи повышения технико-экономической
эффективности технологических процессов. В современном крупномас­
штабном производстве изделий из стекла технического и бытового назна­
чения предъявляю т вы сокие требования к качеству используемых материа­
л ов, так к а к от этого в значительной мере зависит улучшение эксплуата­
ционных характеристик выпускаемой продукции. С этой целью сооружают
централизованные базы по обогащению песков и стекольного боя для по­
ставки стекольным заводам ; совершенствуют огнеупорные материалы
для стекловаренных печей; расширяют производство электроплавленых
огнеупоров.
Создаются автоматические поточные л и н и и -с агрегатами большой
единичной мощности. Осваивается вы пуск новых высокопроизводитель­
ных стеклоформую щ их машин, повышается качество и увеличивается
производство стекольных форм. На стекольных заводах ш ироко внедряет­
ся автоматическое управление технологическими процессами с использо­
вани ем электронно-вычислительных машин. Разрабатываются и внедряют­
ся в производство безотходные и энергосберегающие технологии. Снижает­
ся материалоемкость вырабатываемых стеклоизделий. Больш ое значение
в решении намеченных задач, повышении производительности труда, улуч­
шении качества продукции имеет профессиональное мастерство рабочих.
С этой целью каждый рабочий должен постоянно совершенствовать свое
профессиональное мастерство, овладевать передовым опытом, внедрять
в производство достижения науки и техники.
С ПИ СО К РЕКО М ЕНД УЕМ ОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
А л ь т а х О. Л., С а р к и с о в П. Д. Шлифование и полирование стекла и стек­
лоизделий. М., 1983.
Б у д о в В. М., С а р к и с о в П. Д. Производство строительного и технического
стекла. М., 1985.
Б у д о в В. М., Ч у г у н о в Е . А., Я н т а р е в В. В. Наладка стекольных авто­
матов и полуавтоматов. М., 1986.
Г у л о я н Ю. А. Декоративная обработка стекла и стеклоизделий. М., 1983.
3 у б а н о в В. А., Ч у г у н о в Е. А., Ю д и н Н. А. Механическое оборудование
стекольных и ситалловых заводов. М., 1984.
Контроль производства и качества изделий из стекла/Н. Н. Трошин, И. Н. Гори­
на, Л. С. Сергеева, Л. Я. Повиткова. М., 1984.
П о л л я к В. В. и др. Технология строительного и технического стекла и шлакоситаллов. М., 1983.
Ф е д о р о в а В. А., Г у л о я н Ю. А. Производство сортовой посуды. М., 1983.
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Х им ический состав стек ол
Вид стекла
Содержание оксидов, % по массе
S i0 2
Листовое
стекло:
ВВС
прокатное
Тарное стекло:
узкогорлая
тара (зеле­
ная)
широкогорлая тара
(полубелая)
Сортовое
стекло:
посудное
свинцовый
хрусталь
Медицинское
стекло:
нейтраль­
ное для ам­
пул
термомет­
ровое
Химико-лабораторное стекло:
№ 23
AI20 3
CaO
MgO
Na20
К 20
В20 3
71,7
72,8
2,0
1,0
6,7
8,7
4,1
3,6
14,9
13,4
-
-
72,00
2,50
6,02
3,96
14,97
-
73,0
2,3
6,6
3,4
14,4
72,7
0,5
7,3
2,0
58
73,0
пирекс
Электротех­
ническое стекло:
кварцевое
электроколбочное № 2
термостой­
кое мало­
щелочное
Жаростойкое
Электроколбочное БД-1
Электрова­
куумное ЭС-5
Оптическое
стекло*:
крон
флинт Ф-2
Стеклянное
волокно:
бесщел оч­
ное алюмоборосиликатное
натриевокальциевосиликатное (шта­
пельное)
PbO
F e20 3
ZnO
SO3
С г203
-
0,10
0,08
-
-
-
0,5
0,5
-
-
-
—
0,21
—
0,24
0,1
-
-
-
-
0,1
-
0,2
-
14,5
2,0
-
-
-
0,5
-
0,5
-
1,0
15,0
1,0
-
24
-
1
-
4,5
7,0
1,0
8,5
2,0
4,0
57,0
20,6
7,6
4,5
-
-
10,3
_
_
_
68,4
3,9
8,5
-
9,4
7,1
2,7
-
-
-
80,5
2,0
0,5
-
4,0
1,0
12,0
99,91
0,01
-
0,03
0,03
0,028
-
71,9
-
5,5
3,5
16,1
1,0
-
2,0
64,7
57,6
15,5
25,0
13,3
7,4
4,2
8,0
2,0
-
2,0
-
69,5
-
5,5
3,5
12,5
4,0
66,9
3,5
-
-
3,9
68,96
47,0
-
10,24
54,3
14,5
16,5
4,0
59,0
4,5
16,0
5,5
* Вместо Сг20 3 - As20 3.
ЧО
сл
-
BaO
_
•
_
_
_
-
_
-
-
-
_
-
_
_
-
-
-
-
-
-
-
-
0,3
-
5
_
5,4
20,3
_
6,0
6,3
11,5
2,9
0,7
-
10
11,0
0,5
3,5
-
_
_
_
_
-
_
_
-
_
_
_
-
-
-
46,5
0,4
0,2
-
-
-
-
-
2. Х имический состав к р ем н еэем содерж ащ и х сы рьевы х м атериалов
F e20 3
Содержание оксидов, % по массе
месторождение
А12О э
S i0 2
ТЮ2
СаО
MgO
Na20 + K20
п .п .п .
до обога­
щения
после
обогаще­
ния
Песок
т*
о
чО
99,3...99,7
О
Ташлинское (Ульянов­
ская обл.)
Егановское (М осков­
ская обл.)
Авдеевское (Донец­
кая обл.)
Новоселковское
(Харьковская обл.)
Курганчинское (Ленинабадская обл.)
Глебовское (Черни­
говская обл.)
Тулунское (И ркут­
ская обл.)
Следы
0,06
0,03
0,14
од
0,03...0,15
0,03
0,092
0,045
98,6
_
0,076
_
_
-
-
9 6 ,5 ...9 8
0,27...1,7
Следы
0,2 8 ...0 ,7 6
0 ,0 4 ...0 ,1 4
0 ,2 ...0 ,3 2
-
99,1
0,39
0,2
0,04
-
0,2
0 ,0 1 ...0 ,0 4
0,01
97,9...98,5
0 ,7 . . . 1,2
До 0,03
0 ,0 6 ... 0,07
0 ,0 3 ... 0,05
0 ,0 5 ... 0,09
0 ,1 1 . . . 0,21
0 ,1 1 ...0 ,3 4
0 ,0 3 ... 0,05
97,3...98,1
0 ,4 5 ...1 ,3 7
0 ,0 5 ... 0,06
0 ,1 2 ...0 ,1 4
0 ,0 4 ...0 ,1 2
0 ,0 5 ... 0,4
0 ,2 4 ...0 ,5 6
0 ,0 3 ...0 ,1 3
0,03
95 ,7 ...9 7 ,0
2 , 5 ...2 ,9
0,19
0,12
0,11
0,49
2,72
0 ,1 4 ...0 ,2
0,05
.
0,12...0,14
_
Обогащенный
Антоновское (Амур­
ская обл.)
9 1 ,0 ...9 3 ,0
1,5...3,5
0 ,1 1 ...0 ,5 3 0,018...0,03
песок
1 ,5 ...2
0 ,1 1 ...0 ,1 2
Трепел
Дабушское (МатчиноРосское)
0,5
86,7
1,2
0,94
_
___
0,28
7,82
3,15
0,92
-
3
-
Опока
87,2
Каменноярское
0,38
4,1
_
Перлит
Арагацкое (Армения)
73,5
13,91
0,05
0,84
0,15
(S i0 2)
0,9(Fe20 3)
0,5 (FeO)
3. Зерновой состав кварцевых песков
Место­
рождение
Ташлинское
Егановское
Авдеевское
Новосел ковское
Глебовское
Содержание, % по массе, зерен размерами, мм
более
0,833
0,833...
0,589
0 ,5 8 9 ...
0,417
0,05
0,1
1,17
1,28...5
0,18
1,17
1,28...5
2,7
0,7
0,14
8
1,6
2
0 ,4 1 7 ...
0,295
0 ,2 9 5 ...
0,208
0 ,2 0 8 ...
0,147
0,95
12,7
5 5 ...1 2 ,7 5 1 ,8 ...6 9 ,6 11,4...33,7
8
27,3
45,3
11,7
2
44,2
20
33,15
42
0 ,1 4 7 ...
0,124
0 ,1 2 4 ...
0,104
0 ,1 0 4 ...
0,074
0 ,0 7 4 ...
0,053
меньше
0,053
74,25
1,3
8,5
11,75
1,3
6,7
0,15
1,3
0,2
0,04
1,3
0,05
1,3
0,2
8
6,5
0,85
6,5
0,25
1,6
0,1
1,23
0,02
0,7
4. Х им ический с о с т м н основные месторождения и зв е с тн я к о в , м ела и д ол ом и тов
чО
00
Содержание оксидов, % по массе
СаО
А120 з
S i0 2
MgO
F e20 3
П. П. П. ♦
0 ,5 ...0 ,7
До 0,7
1 ,4 ...3 ,2
0,1
0,45
До 0,3
39,5...40
44
42
0,48
0 ,0 7 ... 0,4
До 0,5
0,17
До 0,1
> 0,1
42.5
43.6
43,5
20.5
19.5
20,1 . . . 22,5
До 0,1
0,05
0 ,1 6 ...0 ,2 4
49.5
49.5
4 5 ,5 ...4 8 ,7
Известняк
Касимовское
Алферовское
Воскресенское
До 3,5
► 0,8
0 ,6 . . . 1,8
0 ,1 2 ...0 ,4
До 2,6
0 ,5 ...1 ,9
55.6 ...55.9
5 3 .3 ...5 5 .9
5 1 .1 ...5 4 .4
М ел
Сельцовское
Ямское
Новосел ковское
53,7
5 3 .9 ...5 5 .7
5 4 .3 ...5 5 .5
0,4
До 0,7
> 0,9
0 ,6 ...3 ,8
0 ,3 ...1 ,4
0, 1. . . 1,6
Доломит
Боснийское
Мелихово-Федотовское
Тарабукинское
32,1
29
2 9 ,5 ...3 1 ,5
0,33
0,5
0,53
1,0 ...1,5
0 ,1 ...1,5
5. Химический состав щелочных сырьевых материалов
Материал,
предприятие
Содержание оксидов, % по массе
Na2C 0 3
ная легкая Стерлитамакского содового комбина­
та
99,8
Сода гранулирован­
ная тяжелая, того же к ом ­
бината
9 9 ,2 ... 99
Сода кальцинирован­
ная Пикалевского пред­
приятия, сорт:
второй
90,5
третий
87
Сульфат натрия при­
родный комбината КараБогаз-Гол
То же, комбината
Арал сульфат
Сульфат натрия
искусственный
Поташ кальциниро­
ванный П икалевского
предприятия
* Вместо Na2S 0 4 - K2S 0 4 .
** Вместо MgS04 - MgO.
3
К 2СО3
Na2S 0 4
MgS04
0,05
5
6,5
98,2
NaCl
0
C aS04
,5... 0 , 8
SiOj + А120 з
1 е 2Оз
П.П.П.
влага
0,08
0,008
0,1
0,1
0 ,04...0,08
0,005...0,01
1. ..2,5
4,4*
6,5
9 4 ...9 7
0 ,5 ...1 ,5
0 .5 ...2
0,5 ...2
8 2 ...9 4
1 ...4
1 ...5
3 ...6
99
0,03
0 ,05...0,1
0,04
0,07**
0,02
1 ...5
, ... 0 , 2
0 1
0,59
6. О сновной состав и свой ства к ерам и ч ески х огн еуп оров
ТКЛР в инДополни- Теплопроводтервале
тельная усад- ность в интер20...1000°С
ка ( - ) или
вале 200...
а • 107, °С~‘ р о с т ( + ),%
1000°С,
Вт/ (м • °С)
Огнеупоры
Содержание основных
компонентов, %
Максимальная температура примения, С
Плотность,
к г /м '
Пористость
(открытые
п о р ы ), %
Шамотные
Каолиновые
Полукислые
Силлиманитовый
Муллитовый
Корундо­
вый
Цирконо­
вый
Динас
Магнезито­
вый
Хромомаг­
незитовый
А120 3 3 0 ...4 3 ; S i0 2 5 1 ...6 6
А12Оэ 40. .45; S i0 2 52. ..57
А120 3 15...3 0 ; S i0 2 6 6 ...8 2
1350.. .1450
1450.. .1500
1300.. .1400
1 .7 ...2 .4
1 .7 ...2.5
1.6 ...2.3
2 ...2 8
2 ... 25
4 ...2 8
4 5 ... 70
43
7 0 ...8 0
- ( 0 ...3 )
- (0 .. .4)
± (0 . . . 2)
0 ,9 ...1 ,6
1,0 . . . 1,8
0 ,9 ...1,6
А120 3 5 0 ...6 0 ; S i0 2 3 6 ...4 7
1450.. ,.1550
2 .3 ...2.6
1 6 ...2 5
44
-( 0 ...3 )
1,6 ...1,9
А120 3 6 0 ...7 5 ; SiOj 2 1 ...4 0
1500.,..1650
2 ,3 ...3 ,0
2 ...2 5
4 3 ...7 5
-( 0 ...3 )
1,7...3,4
А120 3 7 6 ...9 9
1650. ..1900
2 ,6 ...3,7
2 ...2 5
7 0 ...8 5
- (0 .. .4)
2 ,3 ...4 ,0
Z rSi04 8 0 ...9 5
S i0 2 9 4 ...98
1450. ..1600
1600. ..1650
3,5
1,2 . . . 2,0
1 8 ...2 6
1 8 ...3 0
50
130
-( 0 ...3 )
+ ( 0 ,5 ...2)
1.2 ...1.7
1.4...1.9
MgO 8 0 ...9 2
1550. ..1800
2 ,8 ...3 ,0
1 8 ...2 8
135
- ( 2 ...4 )
3 ,0...3,7
MgO 5 0 ...6 0 ; Сг2О э 15 ...3 0
1500. ..1700
2,8 ...3,1
1 8 ...2 3
105
- ( 1 ...3 )
1 ,7 ...2,2
7. Основной состав и свойства электроплавленых огнеупоров
Огнеупор
Муллитовый
и цирконо-мулитовый
Бакор-33
Корундовый
(корвишит)
Плавленый
кварц
Содержание основных
компонентов, %
Максимальная
температура
применения, °С
Плотность,
к г /м 3
Кажущаяся
пористость
(открытые
п о р ы ), 7с
ЗА12Оэ 2 S i0 2
1 5 0 0...1650
2 , 7 . . . 2,9
3 ...1 0
6 0 ...7 0
2 ,3 ...2,8
А120 3 4 9 ...5 1 , SiOj 1 2 ...1 3 ,
Z r0 2 3 2 ...3 4
А120 3 99
1500... 1700
3 ,4 ... 3,5
3 ...5
5 0 ...7 0
3,5
1900
3,0
10...12
85
4,5
S i0 2 99
1 6 5 0...1680
2,0
0
5 ...6
2
ТКЛР в интер­
Теплопровод­
вале 20...1000° С ность в интерва­
а • 107, °С Ч
ле 20...1000°С,
Вт/ (м °С)
8 . Характеристика основных теплоизоляционных материалов
Материал
Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м °С)
Максимальная температура
использования. С
Трепельный кирпич
0 ,0 9 ...0 ,22
8 0 0 ...8 5 0
Пористый шамотный кирпич
Пенокерамиг
0 ,1 7 ...0 ,3 2
0,1 ...0,14
8 0 0 ...8 5 0
8 5 0 ...9 0 0
Пеностекло
Асбестовая крошка
0 ,1 ...0 ,1 4
0,22
400
4 0 0 ...4 5 0
0,046
3 5 0 ...4 0 0
Минеральная вата
Место применения
Свод выработочной части печи, вертикаль­
ные шахты горелок
Главный свод печи, своды горелок
Стены рекуператоров и регенераторов,
свод
То же
Стены выработочной части печи и пита­
телей
То же
9. О сновной состав и свой ства огн еуп орны х глин
о
to
Свойства
Содержание оксидов, %
S i0 2
S03
TiO j
А120 3
Ге20 3
CaO
MgO
К
г N,: v
n .i i
-
1,22
33,28
0,7
0,8
0,52
2,84
8,7
8
1050
7
Высокая
0,27
1,55
36,32
0,86
0,75
0,25
0,58
14,32
10
1250
11
>
-
20,14
20,14
1,41
0,16
0,73
7,5
5,9
1350
5,7
Доволь­
но высо­
кая
Глина
Дружкоиская 51,94
(Новошвейцар­
ская) 1-го сорта
Латненская
45,1
1-го сорта
Полукислая
69,95
(Гроссальмероде)
воз: уш- темпе- огневая пластична,.
ратура усадка
ность
усадка
спека(линей(линей- н и я ,сС ная) при
н а я ), %
темпера­
туре спе­
кания, %
ОГЛАВЛЕНИЕ
П редисловие............................................................................................................................... 3
Введение ..................................................................................................................................... 4
Г л а в а I. Общие сведения о стекле и свойствах материалов .....................................6
8 1. Изделия из стекла и область их применения ................................................. g
§ 2. Классификация материалов, применяемых для производства и обра­
ботки с т е к л а ................................................................................................... 11
§ 3. Строение твердого т е л а .............................................................................. 11
§ 4. Структурные характеристики и основные свойства материалов . . . . 13
8 5. Свойства с т е к л а ............................................................................................. 16
§ 6 . Свойства стекломассы (расплава) и ее п о р о к и ....................................21
§ 7. Характеристика основных видов стекла и требования, предъявляемые
к ним ........................................................................................................................ 26
Г л а в а II. Сырьевые м ат ер и а л ы ..........................................................................................29
§ 8. Кремнеземные материалы .................................................................................29
§ 9. Щелочноземельные и щелочные м а т е р и а л ы ..........................................30
§ 10. Оксиды для хрустальных и специальных с т е к о л ......................................32
§ 1 1 . Стекольный б о й .................................................................................................. 34
§ 12. Ускорители варки стекла, осветлители, обесцвечиватели...................... 35
§ 13. Красители и глушители с т е к л а .......................................................................37
§ 14. Подготовка сырьевых материалов и контроль ихкачества.....................41
Г л а в а III. Огнеупорные м а т е р и а л ы ................................................................................. 44
§ 15.
8 16.
§ 17.
§ 18.
§ 19.
Условия работы огнеупоров и требования к н и м .......................................44
Керамические о г н е у п о р ы ................................................................................46
Электроплавлены и другие огнеупоры ..................................................47
Искусственное охлаждение и изоляция о г н е у п о р о в ............................... 50
Огнеупорные гл и н ы ............................................................................................50
Г л а в а IV. Топливо
§
§
§
§
20.
21.
22.
23.
............................................................................................................... 51
Виды топлива ..................................................................................................... 51
Твердое то п л и в о .................................................................................................. 53
Жидкое т о п л и в о ..................................................................................................55
Газообразное т о п л и в о ...................................................................................... eg
Г л а в а V. Конструкционные м атериалы .......................................................................... 57
§
§
§
§
§
24.
25.
26.
27.
28.
Чугун и конструкционные с т а л и .................................................................... $7
Цветные металлы и с п л а в ы ............................................................................. 61
Материалы для изготовления стекольных ф о р м ....................... i . . . . 62
П ластм ассы ............................................................................................................ 64
Коррозия металлов и способы защиты от н е е ............................................ 66
Г л а в а VI. Абразивные м а т е р и а л ы ..................................................................................68
§ 29. Общие с в е д е н и я ................................................................................................. 68
103
§ 30. Основные с в о й с т в а ..............................................................................................69
§ 31. А бразивны е и н с т р у м е н т ы .........................................................................................70
Г л а в а VII. Электротехнические м а т е р и а л ы ...................................................................78
§ 32. Проводниковые м атер и ал ы ...............................................................................7g
§ 3 3 . И золяционны е м а т е р и а л ы ........................................................................................ 80
§ 34. Э лектроды д л я стекловаренны х п е ч е й .............................................................. 82
Г л а в а VIII. Смазочные м атери алы .................................................................................... 83
§ 35. Виды смазочны х м а т е р и а л о в ........................................................................... 83
§
§
§
§
36.
37.
38.
39.
Смазочные материалы для ф о р м ..................................................................... 85
Присадки к м а с л а м ..............................................................................................85
Смазочноохлаждающие ж и д ко сти ...................................................................86
Регенерация отработанны х масел ...................................................................87
Г л а в а IX. Материалы для декорирования стеклоизделий...........................................89
§ 40. К р а с к и ...................................................................................................................... 89
§41. Деколи ................................................................................................................... 91
§ 42. Препарат жидкого з о л о т а ..................................................................................92
З а к л ю ч е н и е ..........................................................................................
Список рекомендуемой л и т е р а т у р ы ....................................................................................
П р и л о ж ен и я .........................................................................
93
■
Учебное издание
Виталий Петрович Храмков,
Евгений Александрович Чугунов
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ СТЕКЛА
И СТЁКЛОИЗДЕЛИЙ
Зав. редакцией Г. Н. Бурмистров
Редактор 3. В. М ихальчук
Младший редактор Н. Н. Чепракова
Художественный редактор Т. В. Панина
Технический редактор И. А. Балелина
Корректор Г. Н. Буханова
ИБ № 6329
Изд № ИНД-358.
Сдано в набор 07.08.86.
Подп. в печать 17.12.86.
Формат 60X88 V, •
Бум. офс. № 2.
Гарнитура Пресс-Роман.
Печать офсетная.
Объем 6,37 уел. печ. л. 6,88 уел. кр.-отт. 7,88 уч.-изд. л.
Тираж 10 000 экз.
Зак. № 716.
Цена 20 коп.
И здательство „В ы сш ая ш к о л а ” , 101430, М осква, ГСП-4, Н еглинная ул., д. 29/14.
М осковская типография №8 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
101898, Москва, Центр, Хохловский пер., 7