СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОРОДНОГО СТЕКЛА Российский патент 2018 года по МПК C03B5/00 C03B1/00 

Предлагаемое изобретение относится к стекольной промышленности и может быть использовано в производстве различных видов высококачественного стекла.

В связи с расширением сфер использования стекла, особенно в технических целях - космическая и авиационная техника, мобильная индустрия, волоконная оптика и другие, возрастают требования к основным физико-техническим и эксплуатационным свойствам стекла, обеспечивающим высокое качество стекла и стабильность его свойств при технологическом процессе его производства. Современная флоат-технология имеет определенные ограничения при выпуске высококачественного стекла и вызывает необходимость проведения работ в данных направлениях, особенно по повышению однородности стекла. Разброс однородности промышленных стекол, определенный по методу Видро, составляет в среднем (Горина И.Н., Диденкова М.А., Красникова Р.И., Цепелева Т.Г. Сравнительная оценка однородности листового стекла, полученного термическим формованием на расплаве металла, методами центрифугирования и Видро // сборник трудов НПО « Техстройстекло». Москва: ВНИЭСМ, 1990. - С. 15-19).

Одним из ответственных технологических этапов формирования гомогенного силикатного расплава и повышения прочности стекла, помимо оптимизации его температурно-временных параметров варки и выработки, является подготовка сырьевых материалов для получения усредненной по гранулометрическому составу мелкодисперсной, однородной стекольной шихты. Основными недостатками традиционных стекольных шихт, препятствующими получению высококачественного однородного стекла, являются: различный химический и гранулометрический состав исходных компонентов, термическая инертность сырьевых материалов, особенно основного компонента - песка, склонность шихт к пылению и расслаиванию, что не может обеспечить получения высокооднородного стекла.

Одним из основных условий для получения качественного стекла является химическая и тепловая однородность сваренной стекломассы, при условии сохранения ее на всех технологических стадиях производства ленты стекла или стеклоизделий. Химические и физические неоднородности в стекле связаны с разными по составу микроучастками и с остаточными « скелетами» кварцевых зерен, являющимися концентраторами остаточных напряжений в его объеме и возникающими на стадии подготовки шихты и в процессе стекловарения. Одним из способов получения гомогенной стекольной шихты с повышенной реакционной способностью является механоактивация, способствующая изменению энергетического состояния и физико-химических свойств стекольной шихты или отдельных ее компонентов, подвергнутых интенсивному механическому воздействию (Болдырев В.В. Механохимия и механическая активация твердых веществ. // Успехи химии. - 2006. - Т. 75. - №3. - С. 203-216). Основными недостатками, сдерживающими использование механохимических методов активации шихты в технологических процессах, являются: намол железа, пыление, агрегации частиц, а также высокая энергоемкость способа.

Одним из направлений исследований по повышению однородности стекла является разработка способов получения гомогенной стекломассы и однородного стекла путем введения и использования стеклобоя, являющегося ценным сырьевым материалом при производстве стекла.

Известен способ по патенту РФ №2250879, МПК C03B 1/00, C03B 3/00, в соответствии с которым для усреднения химического состава стекла предлагают использовать смесь крупной и мелкой фракций стеклобоя. Это способствует образованию усредненного стеклобоя, и при плавлении происходит образование развитой поверхности контакта и ускорение протекания диффузионных процессов. Недостатком данного способа является расслоение шихты вследствие высокой разнородности гранулометрического состава стеклобоя и компонентов шихты.

В патенте США №3291585, МПК C03B 1/00 предлагают смешивание измельченного стеклобоя с дополнительными компонентами, спекание, а затем повторное плавление спека совместно с шихтой. Недостатком этого способа является его сложность и наличие дополнительных дорогостоящих операций. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ по патенту РФ №2255908, МПК C03B 5/00, 3/02, в соответствии с которым получение высококачественной стекломассы постоянного химического состава осуществляют путем подготовки и варки стекольной шихты и стеклобоя одновременно в двух и более печах. При этом осуществляют разделение шихты на несколько частей, а подготовку стеклобоя производят дополнительно в одной или нескольких стекловаренных печах путем варки части подготовленной шихты и стеклобоя до получения стекломассы заданного состава. Выработку стеклобоя производят путем вытягивания ленты стекла заданных размеров через прокатные валы с последующим дроблением ленты стекла в интервале температур 600-1000°C в стеклянный бой или путем слива стекломассы на гранулят при температурах 1350-1150°C.

Основным недостатком данного способа является сложность сохранения химической и термической однородности стекломассы на всех стадиях производства стекла, учитывая его многостадийность и технологическую сложность раздельного проведения стадий подготовки стеклобоя и шихты, а также процесса их последующей варки. Кроме того, указанные решения не могут кардинальным образом улучшить однородность стекла, так как в заявляемых способах используется многокомпонентный шихтный состав.

Задачей предлагаемого изобретения является получение однородного стекла.

Техническим результатом заявляемого способа является устранение химической и термической неоднородности стекла на стадии подготовки стекольной шихты из стеклопорошка путем предварительной варки стеклогранулята и его последующего диспергирования.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе получения однородного стекла, включающем составление шихты, варку исходного стекла заданного состава для получения стеклогранулята, его диспергирование, для получения химически и термически однородного стекла с однородностью не более 55, определяемой по методу Видро, в качестве стекольной шихты используют мелкодисперсный стеклогранулят, полученный в процессе варки из шихты исходного стекла и слива сваренной стекломассы на гранулят в зоне максимальных температур варки с последующим его диспергированием до размера частиц не менее 50 мкм. Полученный для диспергирования стеклогранулят имеет однородность не более 60, определяемую по методу Видро.

При использовании заявляемого способа достигается высокая однородность стекла - не более 55 за счет применения совокупности заявленных технологических приемов.

Вначале повышение однородности стекла не более 60 достигается за счет варки из шихты исходного стекла заданного состава и слива стекломассы на гранулят.

Слив стекломассы на гранулят в процессе варки стекла, а не проведения полного цикла варки и выработки стекла для стеклобоя позволяет избежать ухудшения качества сваренной стекломассы на стадиях ее студки и выработки. Это обусловлено тем, что при сливе происходит резкое охлаждение стекломассы и « замораживание» ее однородной структуры на стадиях варки и слива (Махнавецкий А.С. Результаты комплексного исследования силикатных стекол промышленных и опытных варок. // Сб. докладов «Производство технического и строительного стекла». Саратов: Изд.-во Объединение Полиграфист, 1977 - В. 2. - С. 15-23).

С учетом того, что по данным (Махнавецкий А.С. Особенности строения и свойств стекол промышленного происхождения. // Сб. докладов «Производство технического и строительного стекла». Саратов: Изд.-во Объединение «Полиграфист», 1972 - В. 2. - С. 4-14) наиболее технологически однородная стекломасса в процессе варки находится в зоне самых высоких температур, для дополнительного повышения однородности получаемого стеклогранулята слив стекломассы на гранулят осуществляют в зоне максимальных температур варки. Полученный стеклогранулят имеет однородность не более 60, определяемую по методу Видро.

Затем после охлаждения стеклогранулят подвергают диспергированию до размера частиц не менее 50 мкм, что приводит к дополнительной гомогенизации стекольной шихты и повышению однородности стекла не более 55.

Полученный по заявляемому способу стеклопорошок используется в качестве исходного сырьевого материала - стекольной шихты для получения высокооднородного стекла различного состава с применением различных методов варки и выработки, преимущественно в малотоннажном производстве.

Осуществление изобретения

Апробацию заявляемого способа проводили в условиях опытно-промышленного производства на газопламенной печи периодического действия института производительностью - 600 кг стекломассы на разных составах стекол. Максимальная температура варки определялась составом стекла. Выработку стекломассы производили в виде опытных образцов стекол размером 90×90 мм толщиной 6 мм. Однородность образцов стекла определяли по методу Видро путем отбора проб стекломассы и получения образцов как на стадии варки исходного стекла на стеклогранулят, так и при варке и выработке стекломассы из диспергированного стеклопорошка. Приведенные в примерах величины однородности - это среднее из 3-х значений.

Пример 1

Варку стекла флоат состава (мас. %): SiO2 - 71,8; B2O3 - 8,0; Al2O3 - 1,5; СаО - 8,6; MgO - 4,7; Na2O - 14; SO3 - 0,3; Fe2O3 - 0,1, осуществляли при максимальной температуре 1550° С. По достижении однородности стекломассы 57 ее сливали на гранулят. Стеклогранулят охлаждали и подвергали диспергированию до размера частиц 50 мкм. Затем осуществляли плавление мелкодисперсного стеклопорошока в качестве исходной шихты в стекловаренной печи при максимальной температуре варки 1550° С с последующей выработкой стекломассы на образцы. Однородность полученных образцов составляла 50.

Пример 2

Варку медицинского стекла состава (мас. %): SiO2 - 74,0; B2O3 - 8,0; Al2O3 - 5,0; СаО - 1,2 ВаО - 4,0; R2O - 7,8, осуществляли при температуре 1580° С. Стекломассу сливали на гранулят при максимальной температуре варки при однородности проб 60. Стеклогранулят охлаждали и подвергали диспергированию до размера частиц 100 мкм. Полученный мелкодисперсный стеклопорошок в качестве исходной шихты плавили в стекловаренной печи при максимальной температуре варки 1580° С с последующей выработкой на образцы. Однородность полученных образцов стекла составляла 55.

Изобретение относится к способу получения однородного стекла. Способ включает составление шихты, варку исходного стекла заданного состава для получения стеклогранулята, его диспергирование. В качестве стекольной шихты используют мелкодисперсный стеклогранулят, полученный в процессе варки из шихты исходного стекла и слива сваренной стекломассы на гранулят в зоне максимальных температур варки с последующим его диспергированием до размера частиц не менее 50 мкм. Полученное стекло имеет однородность не более 55 Å. Технический результат – устранение химической и термической неоднородности стекла. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ получения однородного стекла, включающий составление шихты, варку исходного стекла заданного состава для получения стеклогранулята, его диспергирование, отличающийся тем, что для получения химически и термически однородного стекла с однородностью не более 55, определяемой по методу Видро, в качестве стекольной шихты используют мелкодисперсный стеклогранулят, полученный в процессе варки из шихты исходного стекла и слива сваренной стекломассы на гранулят в зоне максимальных температур варки с последующим его диспергированием до размера частиц не менее 50 мкм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный для диспергирования стеклогранулят имеет однородность не более 60, определяемую по методу Видро.