Физико-химические основы отжига стеклянных расплавов.

При быстром охлаждении стеклянного расплава наружные слои остывают быстрее, чем внутренние. Разность температур объясняется, главным образом, плохой теплопроводностью стекла. В результате неравномерного остывания поверхностных и внутренних слоев в стекле возникают напряжения сжатия и растяжения. Когда процесс охлаждения полностью закончен и температура различных слоев стекла выравнивается, напряжения, возникшие в момент охлаждения, либо останутся, либо исчезнут.

Если охлаждать размягченное стекло медленно, остаточных напряжений будет значительно меньше; при очень медленном охлаждении внутренние и внешние слои будут изменяться в объеме почти одинаково и напряжения будут ничтожно малы. Остаточные напряжения не могут быть удалены в процессе дальнейшего охлаждения уже остывшего хрупкого стекла, какова бы ни была скорость охлаждения. Они могут исчезнуть только после вторичного нагрева стекла до температуры, при которой частицы опять приобретут подвижность и в стекле станут возможны пластические деформации. При этом чем меньше вязкость стекла, тем быстрее исчезают напряжения; уже при температуре свыше

550.. .600“С вязкость большинства стекол обеспечивает удаление остаточных напряжений.

Процесс удаления или ослабления остаточных напряжений называется отжигом стекла. В производственных условиях под отжигом подразумевают весь процесс охлаждения отформованных изделий до нормальной температуры, при котором устраняются или уменьшаются остаточные напряжения.

Технологические схемы производства пеностекла.

Процессы вспенивания и отжига стекла могут быть совмещены в одной печи или проводиться в двух раздельных печах. Приняты следующие технологические схемы производства пеностекла: двухстадийная; одностадийная; конвейерная.

При двухстадийной схеме сырье подвергают грубому помолу в щековой дробилке, затем в молотковой мельнице до размера зерен 1 ...3 мм. Кусковой газообразователь также подвергают помолу. Отвешенные порции стекла и газообразователя смешивают и подвергают совместному помолу до удельной поверхности до 6...7 тыс. см²Д.

Обычно ячеистое стекло изготавливают в металлических формах из жаростойкой стали или керамики. Чтобы пеностекло не прилипало к формам, их внутренние поверхности покрывают мелом или каолином, затем засыпают шихту на 2/3 высоты форм. Подготовленные формы устанавливают на печные вагонетки в несколько рядов по высоте и ширине. Нагрев форм в обжиговой печи происходит быстро, чтобы не было преждевременного улетучивания газов через неспекшуюся шихту. При быстром нагреве на поверхности образуется тонкая стеклянная корка, препятствующая выходу газов. После нагрева следует кратковременная выдержка изделий при температуре вспенивания, а затем резкое охлаждение для фиксирования структуры. Общее время обжига и вспенивания 2 ч.

Охлаждение (отжиг) производят воздухом до Т= 600...630°С. Далее толкателем изделия извлекают из форм и направляют на отжиг в ленточно-сетчатую туннельную печь, именуемую в стекольной промышленности леером. На участке в печи отжига температура понижается медленно путем подачи холодного воздуха, в целях недопущения термических напряжений, которые могут привести к растрескиванию изделий. Время отжига примерно

10.. . 12 ч. Далее при необходимости производится механическая обработка готовых блоков. Двухступенчатая схема получения ячеистого стекла приведена на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Схема получения ячеистого стекла двухступенчатым способом

Одностадийная схема производства пеностекла отличается от двухстадийной тем, что обжиг и отжиг происходят в одной печи. Время обжига короткое — 2 ч, далее производят длительный отжиг, время медленного охлаждения — до 21 ч. Изделия извлекают из форм после процесса отжига. Стекло по одностадийной схеме вспенивают в туннельных печах, применяемых для обжига строительной керамики.

При конвейерном способе используется конвейерная линия без форм, которая состоит из двух печей: вспенивания и отжига. Изготовление изделий происходит на пластинчатом конвейере, состоящем из стальных противней. Противни, соединяясь между собой встык, образуют сплошной желоб. На этот желоб насыпается слой шихты примерно 80 мм. Слой шихты отправляется в конвейерную печь обжига, где стекло вспенивается и спекается в виде бруса. Затем еще горячий брус разрезается на блоки, и происходит их перегрузка на ребро в печь отжига (отжиг в течение 20 ч). Противень, освобожденный от пеностекла, с помощью подъемника опускается на роликовый конвейер и транспортируется к загрузочному устройству. Далее цикл повторяется.

Пеностекло выделяется среди теплоизоляционных материалов уникальным сочетанием свойств: по теплоизоляционным свойствам пеностекло лишь немного уступает минеральной вате и пенопластам, но при этом оно представляет собой достаточно жесткий и прочный материал.

В широком интервале нагрузок и температур пеностекло ведет себя как твердый материал, полностью сохраняя свои размеры и форму.

Ячеистое стекло (пеностекло) обладает стойкостью к воздействию воды и водных растворов химически агрессивных веществ (кроме плавиковой кислоты) и сильнейших окислителей в широком диапазоне температур: от температуры жидкого азота и до 450...500°С. Оно негорюче, биологически устойчиво и не поражается насекомыми и грызунами. Такая совокупность свойств обеспечивает высокую долговечность изоляции из этого материала. За счет мелкопористой структуры пеностекло легко обрабатывается механически: пилится, сверлится, фрезеруется, а благодаря шероховатой поверхности хорошо сцепляется как с минеральными (цемент, гипс), так и с органическими (битум, синтетические смолы) вяжущими. Оно склеивается мастиками, хорошо удерживает штукатурные слои и может крепиться строительными растворами.

В качестве изоляции кровельных конструкций и стен пеностекло использовалось во многих уникальных сооружениях во многих странах мира, в том числе и в России. Особенно эффективно применение пеностекла для тепловой изоляции промышленных трубопроводов и агрегатов, работающих как при высоких, так и при низких температурах, вплоть до температуры жидкого азота, а также в промышленных холодильных и морозильных камерах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

• 1. Какие сырьевые материалы используются для производства стекловолокна?
• 2. Поясните принцип расчета сырьевой шихты для получения стеклянной ваты.
• 3. Какие плавильные агрегаты применяют для получения стеклянного расплава?
• 4. Назовите основные способы получения стекловолокна.
• 5. Назовите основные свойства и области применения стекловолокна и изделий из него.
• 6. Назовите виды пеностекла и их основные свойства.
• 7. В чем основное различие одностадийной и двухстадийной технологии пеностекла?
• 8. Какие режимы термической обработки пеностекла вы знаете?