автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Разработка технологии светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла на основе применения разных видов соды

На правах рукописи

иизОБ2421

ЗАВ АРИНА Светлана Викторовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СВЕТОТЕПЛОЗАЩИТНОГО ОКРАШЕННОГО В МАССЕ ФЛОАТ-СТЕКЛА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗНЫХ ВИДОВ СОДЫ

Специальность 05 17 11 - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород-2007

003062421

Работа выполнена в ОАО «Саратовский институт стекла» Научный руководитель - доктор технических наук профессор

Гороховский Владилен Александрович

Официальные оппонент ы - доктор технических наук, профессор

Минько Нина Ивановна

доктор технических наук, профессор Везенцев Александр Иванович

Ведущая организация - ОАО «Саратовстройстекло», г Саратов

Защита состоится «1%» 4Л*С1аА 2007 г. в часов ауд № У Л Р/С на заседании диссертационного совета К212 014 01 в Белгородском государственном техническом университете им В.Г Шухова (БГТУ) по адресу. 308012, г. Белгород, ул Костюкова, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГТУ им В.Г. Шухова

Автореферат разослан <ч Я » СилЛ£ЫлЯ 2007 г Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим отправлять по адресу 308012, г Белгород, ул Костюкова, 46, БГТУ, отдел аспирантуры

Ученый секретарь диссертационного г/ совета, доктор технических наук,

профессор Е И Евтушенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях современной рыночной экономики для успешного развития производства строительных материалов, в том числе стекла, необходимо опережающее развитие сырьевой базы и выбор путей наиболее эффективного их использования Качество и свойства вырабатываемых стеклоизделий находятся в прямой зависимости от однородности стекломассы, которую, наряду с технологическими параметрами, определяют также применяемые сырьевые материалы, способы их обработки и подготовки шихты

Основным источником щелочного сырья в технологии флоат-стекла является техническая кальцинированная сода, посредством которой в состав стекла вводится до 14 мае % оксида натрия и которая является наиболее дорогостоящим компонентом стекольной шихты, существенно влияющим на его себестоимость Стекольная отрасль - крупнейший потребитель кальцинированной технической соды Так, в 2006 году стекольной промышленностью было использовано 1,4 млн тонн щелочного сырья, а к 2010 году ожидается увеличение потребления до 40 % Мировая потребность в кальцинированной технической соде, оцениваемая в 33 млн т/год, удовлетворяется на 60 % по способу получения «Solvay process» Разработанный в России комплексный и безотходный гидрохимический метод производства соды из известняка и нефелиновых руд успешно реализован на «Ачинском глиноземном комбинате» для получения кальцинированной технической соды из нефелинового сырья, в качестве сопутствующего продукта при производстве глинозема У нас в стране и за рубежом имеются публикации, указывающие на возможность использования нефелиновой соды в технологии стекла преимущественно тарного. Однако, отсутствует опыт ее применения в производстве высококачественного флоат-стекла, в частности, окрашенного в массе соединениями железа, кобальта и селена со специальными светотехническими свойствами

Все исследования, направленные на выявление и изучение альтернативных щелочесодержащих материалов, улучшение их свойств и вовлечение в производство новых поставщиков сырья, являются перспективными и актуальными, так как устраняют дефицит и расширяют сырьевую базу стеклоделия, способствуя снижению себестоимости вырабатываемой продукции и одновременно решают экологический аспект проблемы

Однако, замена одною из основных компонентов стекольной шихты связана с определенными трудностями такими, как разница в химическом составе и физико-химических свойствах щелочесодержащего сырья, непостоянство содержания примесных составляющих Так, замена в составе шихты традиционной аммиачной соды марки «Б» («легкая») на марку «А» («тяжелая») или на нефелиновую (сода «АГК», сода «РУСАЛ») приведет к

изменению качества и свойств шихты, изучение которых представляет научный и практический интерес В связи с тем, что перевод технологии с одного вида соды на другой в условиях непрерывнодействующего производства должен производиться оперативно, без потери качества вырабатываемой продукции, рассматриваемая тема является весьма актуальной

Цель работы заключалась в разработке научных основ и технологических приемов эффективного использования разных видов соды в непрерывно действующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла путем исследования их влияния на процессы шихтоприготовления, стекловарения и свойства стекломассы

Для достижения поставленной цели в задачи исследований входило

- проведение научно обоснованного поиска альтернативных щепочесодержащих материалов,

- проведение комплексных исследований физико-химических свойств разных видов соды и изучение их влияния на процессы шихтоприготовления, стекловарения и свойства стекломассы,

- построение математической зависимости качественных свойств стекла от компонентного состава применяемого щелочесодержащего сырья,

- разработка технологических приемов шихтоприготовления и стекловарения при использовании в производстве окрашенного в массе светотеплозащитного стекла разных видов соды,

- апробация технологических режимов в опытно-промышленных условиях с выработкой продукции на непрерывнодействующей флоаг-линии

Научная новизна работы заключается в том, что впервые

1 теоретически обоснована и экспериментально выявлена принципиальная возможность применения в непрерывнодействующем производстве окрашенного в массе флоат-стекла разных видов соды, включая соду из нефелинового сырья, отличающуюся нестабильным содержанием основного вещества и примесных составляющих (сульфата и карбоната калия и оксида железа)

2 Разработаны основные принципы управления процессом перевода технологии светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла с одного вида соды на другой в условиях непрерывнодействующего производства, заключающиеся в направленном изменении свойств шихты и окислительно-восстановительных условий стекломассы

3 Разработан и обоснован механизм направленного регулирования свойств, качества и реакционной способности стекольной шихты, заключающийся в применении для каждого вида соды индивидуального режима шихтоприготовления, основывающегося на взаимосвязи химического и дисперсного составов соды со степенью ее влагопоглощения и гидратации

4 Установлена взаимосвязь вещественного состава соды с окислительно-восстановительными условиями в шихте и варочными свойствами стекломассы окрашенной соединениями селена, кобальта и железа

5 Показана эффективность использования в технологии светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла таких параметров, как химическая потребность шихгы в кислороде и содержание железа в вырабатываемом стекле в форме FeO в качестве показателей окислительно-восстановительных условий в шихте и в расплаве стекломассы и как средства для регулирования стабильности процесса стекловарения при работе на разных видах соды

6 Разработано уравнение регрессии и построены линии регрессии, позволяющие управлять качеством осветления стекломассы, путем оптимизации состава шихты, основывающиеся на установленной взаимосвязи - «содержание сульфатной составляющей в соде «АГК» -качество стекломассы - количество необходимого для подшихтовки сульфата натрия»

Практическая значимость работы состоит в следующем

1 разработаны эффективные технологические приемы, позволяющие комплексно использовать разные виды соды в непрерывнодействующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла,

2 разработаны для каждого вида соды индивидуальные режимы шихтоприготовления, обеспечивающие качество и реакционную способность шихты,

3 разработанная технология прошла испытания на лабораторных и опытно-промышленных установках и внедрена на промышленной флоат-линии производительностью 150 т стекломассы в сутки при производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла,

4 установлено, что для повышения качества вырабатываемого флоат-стекла эффективным является применение при использовании соды «АГК» подшихтовки сульфатом натрия в количестве 1-7 кг/1000 кг шихты с целью повышения основности шихты до контрольного уровня (16-19 О2" /100 г шихты) и стабилизации процесса варки и светотехнических характеристик,

5 предложенный метод расчета необходимого для подшихтовки сульфата натрия и построенные линии регрессии, позволяют с достаточной надежностью управлять процессом осветления стекломассы;

6 на основании полученных результатов внесены изменения и дополнения в основной Технологический Регламент производства окрашенного в массе светотеплозащитного фчоат-стекла в раздел, касающийся шихтопригоювления и стекловарения,

7. результаты исследований использованы в качестве практических рекомендаций Компанией «РУСАЛ» при модернизации технологии и выпуске нового вида улучшенной модифицированной кальцинированной

технической соды из нефелинового сырья - соды «РУСАЛ», выход которой в 2006 г составил более 55 % от общего объема производства, 8 возможность использования кальцинированной технической соды из нефелинового сырья в качестве основного щелочесодержащего компонента стекольной шихты в производстве флоат-стекла одновременно решает вопрос сырья и экологии, так как в многотоннажном производстве используется побочный продукт получения глинозема Годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии в непрерывнодейсгвующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла при применении соды «АГК» в качестве основного щелочесодержащего компонента составил 5,56 млн рублей

Диссертационная работа выполнена в Саратовском Государственном технологическом университете (СГТУ) и ОАО «Саратовский институт стекла» и является частью работ комплексных научно-исследовательских программ ГНКГ СИР «Промышленная экология Нижнего Поволжья»

Достоверность результатов работы подтверждается применением комплекса современных и взаимодополняющих методов, дериватографического и термогравиметрического, рентгенофазового анализов, микроскопии, стандартных методов испытания технологических, физико-химических и светотехнических характеристик, опытно-промышленными и промышленными испытаниями Внедрение результатов работы:

Разработанная технология внедрена в ОАО «Саратовский институт стекла» и с 1998 г используется в качестве практического руководства на промышленной флоат-линии производительностью 150 т стекломассы в сутки, представляющей собой стекловаренную печь регенеративного типа, ванну с расплавом олова и печь отжига

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международных научно-технических конференциях в ОАО «Саратовский институт стекла» (г Саратов, 2000, 2003, 2006 гг), в Саратовском Государственном Технологическом Университете «Композит-2001» (Саратов, 2001, 2003, 2006 гг.), в Белгородском Государственном Технологическом университете им В Г. Шухова» (Белгород. 2003, 2005, 2006 гг), на Международной научно-практической конференции «Наука и технология силикатных материалов -настоящее и будущее», (Российский Химико-технологический университет им ДИ Менделеева, Москва, 14-17 октября 2003 г), на Международной выставке «Сибстройстекло» «Технологии, машины и материалы» (Новосибирск, 2003 г)

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 98 наименований отечественных и зарубежных источников и приложений Текст диссертации изложен на 162 с границах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 60 таблиц и 3 приложения

Автором выносятся на защиту следующие основные положения

- эффективность применения для каждого вида соды индивидуального приема шихтоприготовления для регулирования свойств, качества и реакционной способности стекольной шихты,

- параметры, отражающие слияние вещественного состава щелочного сырья на характер фазовых превращений в увлажненной стекольной шихте,

- качественные и количественные данные о степени ускорения реакций силикато- и стеклообразования при работе на разных видах соды;

- роль и влияние примесных составляющих кальцинированной технической соды из нефелинового сырья на варочно-выработочные, светотехнические и технологические свойства стекломассы,

- метод расчета, использование которого позволяет оптимизировать состав шихты с целью направленного регулирования процесса осветления стекломассы при использовании в непрерывнодействующем производстве разных видов соды,

- технологические параметры непрерывнодействующего производства окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла при использовании в технологии разных видов соды;

- методы и рекомендации по стабилизации окислительно-восстановительного потенциала шихты в технологии окрашенного в массе флоат-стекла при использовании разных видов соды

Автор выражает благодарность научному консультанту кандидату технических наук Полкан Галине Алексеевне за научную и техническую помощь при выполнении работы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В аналитическом обзоре отражены состояние и перспективы развития стекольной промышленности в современных рыночных отношениях и проблемы, связанные с дефицитом сырьевых материалов, приводится аналитический обзор литературных данных по способам производства и составам разных видов соды, методам подготовки стекольных шихт и влиянию замены одного из основных сырьевых компонентов стекольной шихты - щелочесодержащего сырья - на варочные свойства стекломассы и качество стекла На основании анализа состояния проблемы выбрано

основное направление исследований оценка возможности применения разных видов соды, включая кальцинированную техническую соду из нефелинового сырья в непрерывнодействующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла Обоснованы цель и задачи исследований

В методике экспериментальных исследований приведена методология исследований, направленных на всестороннее изучение в лабораторных, опытно-промышленных и промышленных условиях свойств разных видов соды и их влияния на процесс структурообразования в увлажненных стекольных шихтах, окислительно-восстановительный потенциал шихты и стекломассы, физико-химические, светотехнические свойства флоат-стекла со специальными свойствами Основным объектом экспериментальных исследований в работе являлись- кальцинированная техническая сода ГОСТ 5100-85 марки Б - сода «легкая» - производства ОАО «Сода» (г Стерлитамак), ОАО «Крымсода», ОАО «Березниковский содовый завод» и марки А - сода «тяжелая» - производства ОАО «Сода» (г Стерлитамак), кальцинированная техническая сода из нефелинового сырья ГОСТ 10689-75 - сода «АГК» - производства ОАО «Ачинский Глиноземный Комбинат» и сода «РУСАЛ» производства компании «РУСАЛ» и шихты на их основе. ШСЛ - шихта на основе «легкой» соды, ШСТ - шихта на основе «тяжелой» соды, ШСАГК - шихта на основе соды «АГК», ШСР1, ШСР2 -шихта на основе соды «РУСАЛ» рассчитанные применительно к составу окрашенного в массе флоат-стекла со специальными светотехническими свойствами, мае % Si02 - 71,7, А1203 - 1,4, СаО - 8,7, MgO - 3,8, Fe203 -0,4, Na20 — 13,6, S03 — 0,4 Для составления экспериментальных шихт использовались традиционные сырьевые материалы кварцевый песок, доломит, мел, полевой шпат, сульфат натрия, прошедшие предварительную подготовку и обработку по традиционной схеме, а в качестве красителей -оксид кобальта (СоО), металлический селен (Se) и железный порошок (Fe)

Технологические приемы шихтоприготовления и стекловарения при использовании разных видов соды в непрерывнодействующем производстве светотеплозащи гного стекла

Изучение влияния физико-химических свойств разных видов соды на качество шихты и варочно-выработочные свойства стекломассы Вовлечение в производство каждого нового вида сырья требует детального изучения его свойств и влияния на основные технологические процессы При оценке возможности применения в непрерывнодействующем производстве флоат-стекла со специальными светотехническими свойствами разных видов соды, включая кальцинированную техническую соду из нефелинового сырья, руководствовались тем, что при замене одного из основных сырьевых

компонентов шихты качество и свойства вырабатываемой продукции должны быть неизменными

Результаты химического и гранулометрического анализов щелочных материалов (табл 1) показали, что «легкая» и «тяжелая» сода, имея практически одинаковый химический состав, отличаются гранулометрией, насыпным весом, удельной поверхностью.

Таблица 1

Химический состав щелочного сырья от разных производителей

Свойства Вид соды

Содержани «Легкая» «Тяжелая» «АГК» «РУСАЛ-1» «РУСАЛ-2»

е, масс %

Ка2С03 99,13 99,31 90,5 97,77 97,74

КаС1 0,42 0,52 - 0,12 0,12

К2С03 - - 5,0 1,1 1,1

К2804 - - 4,4 0,46 0,48

ЫагБО, 0,05 0,02 - • -

Ре20, 0,003 0,002 0,01-0,02 0,001 0,001

Внешний вид Порошок белого Гранулы белого или Порошок серовато- Мелкие гранулы белого Порошок бело1 о цвета

цвета сероватого цвета белого цвета цвета

Насыпная 630 900-1100 900 1050 640

ПЛОТНОСТЬ,

кг/м3

Темпера! у 852 830 810 830 830

ра

плавления,

"С

Размер 0,06-0,2 0,2-1,2 0,2-0,6 0,125-1,0 0,06-0,2

частиц, мм

Влажность 0,8 0,7 0,5-1,0 0,6 0,7

, мае %

Удельная 3971 2355 2584 2388 3165

поверхнос ть, см2/г

Отличие соды «АГК» от стандартов, предъявляемых к щелочному сырью для производства флоат-стекла связано с пониженным содержанием основного вещества и повышенным нестабильным содержанием примесных компонентов в виде сульфата и карбоната калия и оксида железа

По гранулометрии сода «АГК» занимает среднее положение между «легкой» и «тяжелой» содой Микроскопическими исследованиями (рис 1) показано, что текстура «легкой» соды (а) представляет собой рыхлосвязанные конгломераты, размером до 0,15 мм, состоящие из кристаллитов неправильной и округлой формы, текстура «тяжелой» соды (б) более плотная и имеет прочносвязанные конгломераты, состоящие из

кристаллитов преимущественно вытянутой формы размером 0,6-0,7 мм; текстура соды «АГК» (в) помимо рыхлосвязанных мелких конгломератов, состоящих из кристаллитов неправильной и округлой формы В ОСНОВНОМ размером до 0,15 мм, содержит отдельные прочносвязанаые конгломераты, состоящие из кристаллитов овальной формы, размером от 0,4 до 0,6 мм. Все виды соды не являлись ре н тге но а м о рф н ы м и. Фазовый состав представлен в основном максимумами отражения, соответствующими Ыа2ССЬ и №2СОгпН20, при этом, в соде "тяжелой" и соде "АГК" преобладающей является моногидратиая фаза (рис. 2), что подтверждается результатами дериватографических исследований. Так, на кривых ДТА соды «АГК» объемный и глубокий эндоэффект при 100-210°С, связанный с удалением адсорбционной и кристаллизационной влаги сопровождается потерей массы до 24 мас.%, для «тяжелой» соды - 18 мас.%, для «легкой» соды - 17 мас.%.

Рис. 1 Структура (х500)соды: «легкой» (а); «тяжелой» (б); «АГК» (в);

«РУСАЛ-1» (г); «РУСАЛ-2» (д).

Наличие в составе соды «АГК» такой примесной составляющей, как карбонат калия, который обладает сильной гигроскопичностью, придает всему продукту (соде «АГК») подобное свойство, что значительно снижает ее сортность при хранении, а также проявляется при шихтоприготовлении и стекловарении.

Установлено, что после 14 суток хранения содержание основного вещества в соде «АГК» изменяется с 98 до 94 мае. %, а через 30 суток - до 92 мас.%. Полученные результаты показали, что вещественный и фазовый составы, размер и форма частиц соды определяют ее химическую активность.

106 00 »0 00 13 оз

ТЗ 00

ее 00 зо 00 40 01 10 00 ЭЭ 00 1С 00 О 00

ч 11

4 « ф !

1 1 11

п Р1 4тН

Ни Ш УЫк

Я М К «О

Рис 2 Рентгенограмма соды АГК" > - № СО, « - Ыа СО Н О,» - К. 80, I - КСО,«»- КСО НО

Так, вследствие большей связанности частиц-конгломератов «тяжелая» сода имеет температуру плавления ~ 830°С, а многокомпонентный химический состав соды «АГК» способствует более низкой температуре плавления -810°С

Увлажнение щелочесодержащих шихт сопровождается сложными физико-химическими процессами, обусловленными наличием в их составе растворимых соединений и соединений способных образовывать кристаллогидраты разной степени водности Поэтому в данной работе была поставлена задача установить физико-химические закономерности технологии формирования свойств, реакционной способности и качества шихты и выявить возможность управления данным процессом при использовании разных видов соды в условиях непрерывнодействующего производства Известно, что процесс шихтоприготовления, включающий основные стадии - дозирование, перемешивание и увлажнение сырьевых компонентов для каждой промышленной линии индивидуален и ведется по специальному режиму Цель данного процесса заключается в получении качественной шихты и создании уже на этой стадии твердофазных реакций благоприятных условий для интенсификации процесса стекловарения Учитывая расположение сырьевых бункеров, а также вещественный состав и свойства щелочного сырья, для работы на «легкой» соде предложены (рис 3) режим шихтоприготовления Р1, суть которого - задержка разгрузки содовых весов до подхода к содовому бункеру кварцевого песка и режим Р2, согласно которому все сырьевые компоненты разгружаются на увлажненный кварцевый песок

Иееех.я-вкмит п

4.

Р1

рз

Р4

Рис 3 Экспериментальные режимы шихтоприготовления- Р1, Р2 - соды «легкая», РЗ - сода «тяжелая», Р4 - сода «АГК»

Для использования «тяжелой» соды рекомендован режим РЗ. суть которого -Задержка разгрузки содовых весов до поступления в смеситель всех сырьевых компонентов и влаги, позволяющий стабилизировать влажность шихты.

В связи с особенностями вещественного состава щелочного сырья производства «АГК» в процессе шихтоприготовления (в режимах Р1, Р2) при попадании на соду влаги происходит ее комкование, что приводит к плохому перемешиванию соды с другими сырьевыми компонентами и нарушению однородности и категорий ности шихты Согласно установленному режиму Р4 сырьевые компоненты разгружаются с временными задержками, аналогично режиму РЗ, разгрузка содовых весов задерживается до поступления в смеситель всей влаги и перемешивания компонентов в течение 1 мин. При подходе соды к сульфатным весам, начинается разгрузка сульфатных весов. При разработке режима Р4 предполагалось, что попадая в смеситель на увлажненные и частично перемешанные сырьевые компоненты, сода «АГК» за счет своих гидрофильных свойств будет образовывать сложные сырьевые агломераты, способствуя тем самым интенсификации процесса стекловарения. Результаты микроскопического анализа (рис. 4) подтвердили теоретические представления. Для экспериментальной шихты, приготовленной в режиме Р1 (рис. 4 а) образование агломератов не характерно. Здесь наблюдаем чистые кварцевые зерна и отдельные частицы шихты, размер которых не превышает 10-20 мкм. Тогда как экспериментальная шихта, приготовленная в режиме 1М. состоит из отдельных гранул размером - 50-60 мкм, представляющих собой зерно кварца, покрытое оболочкой из смеси сырьевых компонентов (рис. 4 б).

Рис. 4 Микроскопические снимки (х500): а-шихта ШСАГК, Приготовленная в режиме Р1; 6-шихта ШСАГК, приготовленная в режиме Р4.

При изучении варочных свойств экспериментальных шихт методом ДТА (рис, 2) установлено, что в шихте ШСАГК благодаря присутствию смеси карбонатов в соде «АГК» процессы разложения протекают весьма энергично при более низких температурах, на что указывают эндоэффекты в интервале температур 550-750 С. Максимальный эффект разложения соответствует температуре 810 С, а процесс с ил и к ато образования заканчивается при - 959 С, что на 20°С раньше, чем в шихте ШСЛ (ШСТ) и с общей потерей массы, % соответственно: ШСЛ - 21,0; ШСТ - 20,0; ШСАГК - 24,0; ШСР - 20,0 (табл. 2).

ШСТ

у 110 V 210 V 5.50 шс V 7Я0 лгк ЛГУ V 97о: яо

г г. 220 550 7 шср 1,: 20 730 1 950 ею

( V 220 550 КО шел Ло 950

1 V 10 V 240 5<Ю 'зо ж "ЛГУ/ f 970 850 к.

О 100 200 300 -100 500 600 700 КЮ Г,' С

Рис. 5 Температурные эндиэффекты экспериментальных шнхт

Таблица 2

Результаты термогравиметрических исследований

Экс1 [сримент. шихты Температура эндозффе кто 8, "С Общая потеря массы, %

110-240 Г 300-760 | 780-850 860-970

Потеря массы, %

шел 3.0 8,0 7,5 2,5 21.0

ШСГ 2,5 6,0 9,0 2,5 20,0

ШСР 2,5 5,0 7.5 Ш 20,0

ШСЛ1К 7,5 5,0 5,0 6,5 24,0

Результатами политермического анализа подтверждается, что границы зон спекания, силикатообразования в экспериментальной шихте ШСАГК сдвинуты в область более низких температур на 20-23°С в сравнении и остальными экспериментальными шихтами. Скорость провара шихт в зависимости от вида применяемой соды также изменяется. Так, в пробах стекломассы из экспериментальной шихты ШСАГК при температуре 1400°С наблюдаем отсутствие непровара через 72 мин., тогда как на основе ШСЛ -через 80 мин., а в ШСТ - через 78 мин.

В ходе экспериментальных варок в условиях опытно-промышленного производства на газопламенной печи периодического действия с составлением экспериментальных шихт на ДСО составного цеха установлено, что плавление шихт имеет разный характер. Так, варка шихты ШСЛ сопровождается интенсивным пенообразованием, которое ослабевает после прекращения загрузки шихты и повышения температуры варки.

Поверхность шихты ШСТ под воздействием высокой температуры разделяется на отдельные фрагменты, порция загруженной шихты постепенно превращается в расплав без активного газовыделения и пенообразования Плавление шихты ШСАГК проходит активно с ценообразованием, однако, оплавление в поверхностном слое начинается через 7 мин после загрузки шихты, тогда как в шихте ШСЛ - через 8 мин , а образовавшаяся пена на начальной стадии варки более плотная, чем при варке шихты ШСЛ В экспериментальной шихте ШСАГК последние зерна непровара исчезают через 17,0 часов варки, в ШСЛ - через 17,6, а в ШСТ -через 17,4 часов Однако, полное время провара и осветления стекломассы составляет для всех экспериментальных шихт 23 часа Синтезированные стекла прозрачные, бронзового цвета, хорошо проваренные Все исследуемые стекломассы имеют небольшую склонность к кристаллизации Наиболее опасный интервал температур 850-930°С Температура ликвидуса находится в пределах 1015-1020°С, выпадающая кристаллическая фаза представляет собой р-волластонит.

Проведенными исследованиями показано, что варочно-выработочные свойства стекломассы ШСАГК и ШСТ хорошо согласуются с температурно-временными режимами синтеза светотеплозащитного флоат-стекла на основе ШСЛ

Технологические особенности применения кальцинированной технической соды из нефелинового сырья - соды «АГК» - в условиях непрерывнодействующего производства светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла

При испытании в крупнотоннажном непрерывнодействующем производстве нового вида щелочесодержащего сырья нестабильного по содержанию окислителей и восстановителей столкнулись с изменением теплопрозрачности стекломассы, вызванной увеличением содержания железа в форме БеО с 19 до 22 мае % (от общего содержания оксидов железа в стекле), изменением спектральных и цветовых характеристик вырабатываемого стекла, смещением границ варки и ухудшением качества осветления стекломассы. В непрерывнодействующем производстве окрашенных в массе стекол со специальными светотехническими свойствами важным моментом являются окислительно-восстановительные условия шихты и стекломассы, т к путем направленного их регулирования обеспечивается образование и взаимодействие в расплаве желательных центров окраски, состав и количество растворенных в стекломассе газов и, в целом, качество стекла Установлено, что экспериментальная шихта ШСАГК имеет больший восстановительный потенциал (ХПК шихты составила 20,43 г 027 100 г шихты) Для стабилизации технологических режимов варки и светотехнических характеристик вырабатываемой стекломассы была введена корректировка по содержанию сульфата натрия и, одновременно, увеличено содержание порошкового железа до 1,7 кг/1000 кг шихты, что позволило

повысить основность стекломассы (ХПК шихты составила 16,0-19,0 г О2/ 100 г шихты) Результаты экспериментального определения ХПК шихты и сырьевых компонентов дают косвенную оценку окислительно-восстановительных условий стекломассы В условиях же непрерывнодействующего производства светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла при переходе с одного вида соды на другой для оперативного контроля фактического изменения основности расплава целесообразно применять в качестве индикатора такой показатель, как содержание железа в форме БеО Необходимость частичной подшихтовки сульфатом натрия связана также с тем, что объем газовой фазы, выделяющейся при разложении примесной сульфатной составляющей соды «АГК» на 18 мае % меньше объема газовой фазы, выделяющейся при разложении сульфата натрия Соответствующая корректировка сульфатом натрия при сохранении содосульфатного соотношения, мае %, 96/4 позволяет вести процесс варки шихты ШСАГК в технологических режимах, установленных для шихты ШСЛ При этом достаточно полно реализуются такие присущие варке содосульфатной шихты положительные технологические эффекты, как высокотемпературное ускоряющее воздействие на процесс осветления стекломассы и исключение возможности образования кремнеземной пены

На основании анализа установленной зависимости между качеством вырабатываемого стекла, количеством примесной сульфатной составляющей в соде «АГК», количеством подшихтовываемого сульфата натрия и обработки собранных данных с привлечением статистических методов выведено уравнение регрессии, имеющее вид

У = 1,452х,4 - 15,038х,3 + 54,82х,2 - 7,282х,2х2+ 81,476х,х2 - 245,89х2 -106,01x1 + 330,44, где У - количество «мошки» в вырабатываемом стекле, шт/м2, Х1 - количество вводимого в шихту Ыа2804, кг/1000 кг шихты; Х2 -содержание К2804 в соде «АГК», мае %, и построены линии регрессии (рис 6), позволяющие направленно регулировать рецепт шихты Значения коэффициентов регрессии определены методом наименьших квадратов с использованием системы Ехе1 Коэффициенты регрессии и их стандартные отклонения, доверительные интервалы коэффициентов регрессии, вычисленные по ^критерию Стыодента для доверительной вероятности 95 % Все коэффициенты регрессии значимо отличны от нуля, и величины доверительных интервалов сравнительно не велики

Зная содержание сульфатной составляющей (К2804) в поставляемой в технологию соде, воспользовавшись соответствующей линией регрессии можно определить необходимое для подшихтовки количество сульфата натрия (Ыа2504), которое соответствует минимуму на кривой

калия и оксида железа) На основании установленных закономерностей разработаны технологические приемы, позволяющие оперативно осуществлять переходы с одного вида соды на другой в условиях непрерывнодействующего производства.

2 Исследовано влияние способа получения соды и ее компонентного состава на качество шихты, варочно-выработочные, физико-химические, светотехнические свойства стекломассы

3 Разработан механизм направленного регулирования свойств, качества и реакционной способности стекольной шихты, заключающийся в применении для каждого вида соды индивидуального режима шихтоприготовления, основывающегося на взаимосвязи химического и дисперсного составов соды со степенью ее влагопоглощения и гидратации

4 Разработано уравнения регрессии и построены линии регрессии, позволяющие управлять качеством осветления стекломассы, путем дополнительного введения сульфата натрия

5 Показана эффективность использования в технологии светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла таких параметров, как ХПК шихты и содержание железа в вырабатываемом стекле в форме FeO в качестве показателей окислительно-восстановительных условий в шихте и в расплаве стекломассы и как средства для регулирования стабильности процесса стекловарения

6 Апробация разработанной технологии, включающей процессы шихтоприготовления, загрузки шихты, варки и выработки стекломассы при использовании в технологии разных видов соды, осуществлена в условиях опытно-промышленного производства ОАО «СИС» на газопламенной печи периодического действия, емкостью 600 кг.

7 Разработанная технология внедрена на промышленной флоат-линии ОАО «Саратовский институт стекла» производительностью 150 т/стекломассы в сутки при выработке окрашенного в массе светотеплозащитного стекла различных номиналов толщин

8 Результатами промышленных испытаний в течение 1998 — 2001 гг доказано, что нестабильная по химическому составу кальцинированная техническая сода из нефелинового сырья, являющаяся сопутствующим продуктом при производстве глинозема из нефелиновой руды, может использоваться как основное щелочесодержащее сырье в производстве высококачественного флоат-стекла Годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии в производстве окрашенного в массе флоат-стекла со специальными свойствами при применении соды «АГК» в качестве основного щелочесодержашего компонента составил 5,56 млн рублей.

9 По результатам исследований производителю соды «АГК» даны рекомендации, направленные на улучшение ее качества, в соответствии с

действующими стандартами Компания «РУСАЛ» внесла ряд изменений в технологию изготовления нефелиновой соды и в настоящее время компания наращивает мощности по производству улучшенной модификации кальцинированной технической соды из нефелинового сырья - соды «РУСАЛ», выход которого в 2006 г. составил более 55 %

10 Применение разработанных технологических приемов позволило при использовании в непрерывнодействующем производстве флоат-стекла со специальными светотехническими свойствами разных видов соды вырабатывать стабильную по качеству шихту и стекломассу и оперативно осуществлять перевод технологии с одного вида соды на другой без останова производства и снижения качества выпускаемой продукции

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в

следующих публикациях.

1. Полкан Г А Применение различных видов соды в производстве листового стекла / Полкан Г А., Кондрашов В.И, Заварина С В , Щербакова Н Н , Гороховский В А // Сб докладов на международной конференции «Композиг-2001» - Саратов, СГТУ, - 2001 - С. 245-249

2 Заварина СВ. Технологические приемы шихтоприготовления при применении в производстве листового стекла различных видов соды / Заварина С В, Полкан Г.А, Гороховский В А // Сб докладов на международной конференции «Стеклопрогресс- XXI», Саратов, 2002,- С. 49-52

3. Заварина С.В Технологические приемы шихтоприготовления при применении в производстве стекла различных видов соды / Заварина С В , Полкан Г. А., Гороховский В А.//Стекло Мира, 2003 -№3 -с 50-51.

4. Полкан Г A. "RUSAL" - producer of dense granulated soda ash - raw material for the glass industry / Полкан Г A , Заварина С В // Glass & Business, № 3, 2003. -p 28-29

5 Полкан Г.А., к т н Особенности процессов приготовления шихты и стекловарения при использовании разных видов соды в производстве листового стекла / Полкан Г А , к.т н., Заварина С В , Зверев Ю В , Пентко В.Л , Маторина В Т //Стеклои керамика, 2003 -№5 -с 14-16

6 Полкан Г.А., к т.н Кальцинированная сода из нефелинового сырья - сырье для стекольной промышленности / Полкан ГА, к т н, Заварина С В., Гороховский В А, д т н , Пентко В Л, Буланова Л Д, Орлова Л А , Горшков В А // Стекло и керамика, 2003 - № 7, - с 13-16

7 Горина И Н Сода производства «РУСАЛ» - кондиционное щелочное сырье для стеклоделов / Горина И Н., Полкан Г.А , Заварина С В. // Glass, №7, 2003 г - С 18-20

8 Заварина С В Влияние калиевой составляющей соды из нефелинового сырья на свойства вырабатываемой шихты и стекла / Заварина СВ,

Полкан Г.А, Гороховский В.А // Научн изд «Вестник БГТУ им В.Г Шухова, - 2003 г. - №5 - С 111-115

9. Заварина С В Оценка стабильности и управляемости многофакторного технологического процесса / Заварина С.В , Полкан Г.А , Аблязов К А , Буланова Л Д , Щеголева ЮС// «Стеклопрогресс - XXI». Со научных докладов - Саратов: ОАО «Приволжское книжное изд », 2005 - С 123121.

10 Полкан Г.А Использование Ставропольских песков в производстве флоат-стекла со специальными свойствами / Полкан Г А, Аблязов К А, Горина И Н , Заварина С В , Пентко В Л // Научное изд «Вестник БГТУ им. В Г Шухова», №10,2005 г. - С. 6-11

11 Полкан ГА Стабилизация качества вырабатываемой продукции при замене сырьевого материала в непрерывнодействующем технологическом процессе / Полкан Г.А , Заварина С В , Гороховский В А // Научное изд «Вестник БГТУ им В Г Шухова», №10,2005 г - С 84-87

12 Заварина С В. Выявление причинно-следственных связей в технологических процессах / Заварина СВ., Буланова ЛД, Щеголева Ю.С , Аверина В М // «Стеклопрогресс - XXI»- Сб научных докладов -Саратов. ОАО «Приволжское книжное изд », 2006 - С 121-128

13.Полкан ГА, ктн Оценка окислительно-восстановительных взаимодействий в расплаве стекломассы в непрерывно действующем производстве / Полкан Г.А., ктн, Заварина С В // «Стеклопрогресс -XXI» Сб научных докладов - Саратов ОАО «Приволжское книжное изд»,2006 -С 62-68

14 Полкан ГА, ктн Структура шихты при использовании в технологии разных видов сырьевых компонентов / Полкан Г А , к.т.н , Заварина С В , Материна В.Т, Лузань Н.А // «Стеклопрогресс - XXI» Сб научных докладов - Саратов ОАО «Приволжское книжное изд », 2006. - С 32-40

Подписано к печати 12 04 07 г Тираж 100 Заказ№367 Отпечатано в типографии 000«Техно-Декор», 410012, г Саратов, ул Московская 160

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ОБЩЕЕ СОСТОЯНИЕ

ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Щелочные оксиды, входящие в состав стекол.

1.2. Щелочные материалы, применяемые в стеклоделии.

1.3. Щелочные материалы для производства флоат-стекла.

1.3.1. Принцип флоат-метода.

1.3.2. Состав и способы производства светотеплозащитных стекол.

1.3.3. Особенности технологии производства светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла.

1А. Основные требования к щелочным материалам, применяемым в производстве флоат-стекла.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Лабораторные исследования.

2.2. Опытно-промышленные исследования.

2.3. Исследования в условиях действующей флоат-линии.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ШИХТОПРИГОТОВЛЕНИЯ И СТЕКЛОВАРЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗНЫХ ВИДОВ СОДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ СВЕТОТЕПЛОЗАЩИТНОГО СТЕКЛА.

3.1. Изучение влияния природы щелочного компонента на особенности физико-химических процессов в увлажненной стекольной шихте.

3.1.1. Сравнительные свойства разных видов соды.

3.1.2. Особенности процесса шихтоприготовления при работе на разных видах соды.

3.2. Изучение процессов варки и выработки стекломассы при замене щелочного компонента в шихте.

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ СОДЫ ИЗ НЕФЕЛИНОВОГО СЫРЬЯ - СОДЫ «АГК» -В УСЛОВИЯХ НЕПРЕРЫВНОДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА

СВЕТОТЕПЛОЗАЩИТНОГО ОКРАШЕННОГО В МАССЕ ФЛОАТ-СТЕКЛА.

4.1. Использование соды «АГК» в условиях опытнопромышленного производства.

4.2. Испытание разработанной технологии в условиях флоат-линии при производстве окрашенного в массе стекла со специальными свойствами.

4.2.1. Оценка влияния окислительно-восстановительных условий шихты и стекломассы на качество и свойства вырабатываемого стекла.

4.2.2. Особенности осветления стекломассы при использовании соды «АГК».

4.2.3. Создание математической зависимости для направленного регулирования рецепта шихты с целью управления процессом осветления стекломассы.

ГЛАВА 5. УЛУЧШЕННАЯ МОДИФИКАЦИЯ СОДЫ

КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ИЗ НЕФЕЛИНОВОГО

СЫРЬЯ.

5.1. Состав и свойства соды кальцинированной технической из нефелинового сырья улучшенной модификации компании

РУСАЛ».

5.2. Технологические особенности шихтоприготовления и хранения при использовании соды «РУСАЛ».

5.3. Исследование варочных и выработочных свойств стекол, синтезированных с использованием соды «РУСАЛ».

5.4. Испытание соды производства «РУСАЛ» в условиях опытно-промышленного производства.

5.5. Основные свойства вырабатываемого стекла.

Актуальность темы. В условиях современной рыночной экономики для успешного развития производства строительных материалов, в том числе стекла, необходимо опережающее развитие сырьевой базы и выбор путей наиболее эффективного их использования. Качество и свойства вырабатываемых стеклоизделий находятся в прямой зависимости от однородности стекломассы, которую, наряду с технологическими параметрами, определяют также применяемые сырьевые материалы, способы их обработки и подготовки шихты.

Основным источником щелочного сырья в технологии флоат-стекла является техническая кальцинированная сода, посредством которой в состав стекла вводится до 14 мае. % оксида натрия и которая является наиболее дорогостоящим компонентом стекольной шихты, существенно влияющим на его себестоимость. Стекольная отрасль - крупнейший потребитель кальцинированной технической соды. Так, в 2006 году стекольной промышленностью было использовано 1,4 млн. тонн щелочного сырья, а к 2010 году ожидается увеличение потребления до 40 %. Мировая потребность в кальцинированной технической соде, оцениваемая в 33 млн. т/год, удовлетворяется на 60 % по способу получения «Solvay process». Разработанный в России комплексный и безотходный гидрохимический метод производства соды из известняка и нефелиновых руд успешно реализован на «Ачинском глиноземном комбинате» для получения кальцинированной технической соды из нефелинового сырья, в качестве сопутствующего продукта при производстве глинозема. У нас в стране и за рубежом имеются публикации, указывающие на возможность использования нефелиновой соды в технологии стекла преимущественно тарного. Однако, отсутствует опыт ее применения в производстве высококачественного флоат-стекла, в частности, окрашенного в массе соединениями железа, кобальта и селена со специальными светотехническими свойствами.

Все исследования, направленные на выявление и изучение альтернативных щелочесодержащих материалов, улучшение их свойств и вовлечение в производство новых поставщиков сырья, являются перспективными и актуальными, так как устраняют дефицит и расширяют сырьевую базу стеклоделия, способствуя снижению себестоимости вырабатываемой продукции и одновременно решают экологический аспект проблемы.

Однако, замена одного из основных компонентов стекольной шихты связана с определенными трудностями такими, как разница в химическом составе и физико-химических свойствах щелочесодержащего сырья, непостоянство содержания примесных составляющих. Так, замена в составе шихты традиционной аммиачной соды марки «Б» («легкая») на марку «А» («тяжелая») или на нефелиновую (сода «АГК», сода «РУСАЛ») приведет к изменению качества и свойств шихты, изучение которых представляет научный и практический интерес. В связи с тем, что перевод технологии с одного вида соды на другой в условиях непрерывнодействующего производства должен производиться оперативно, без потери качества вырабатываемой продукции, рассматриваемая тема является весьма актуальной.

Цель работы заключалась в разработке научных основ и технологических приемов эффективного использования разных видов соды в непрерывнодействующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла путем исследования их влияния на процессы шихтоприготовления, стекловарения и свойства стекломассы.

Для достижения поставленной цели в задачи исследований входило:

- проведение научно обоснованного поиска альтернативных щелочесодержащих материалов;

- проведение комплексных исследований физико-химических свойств разных видов соды и изучение их влияния на процессы шихтоприготовления, стекловарения и свойства стекломассы;

- построение математической зависимости качественных свойств стекла от компонентного состава применяемого щелочесодержащего сырья;

- разработка технологических приемов шихтоприготовления и стекловарения при использовании в производстве окрашенного в массе светотеплозащитного стекла разных видов соды;

- апробация технологических режимов в опытно-промышленных условиях с выработкой продукции на непрерывнодействующей флоат-линии.

Научная новизна заключается в том, что впервые:

1. теоретически обоснована и экспериментально выявлена принципиальная возможность применения в непрерывнодействующем производстве окрашенного в массе флоат-стекла разных видов соды, включая соду из нефелинового сырья, отличающуюся нестабильным содержанием основного вещества и примесных составляющих (сульфата и карбоната калия и оксида железа).

2. Разработан и обоснован механизм направленного регулирования свойств, качества и реакционной способности стекольной шихты, заключающийся в применении для каждого вида соды индивидуального режима шихтоприготовления, основывающегося на взаимосвязи химического и дисперсного составов соды со степенью ее влагопоглощения и гидратации.

3. Разработаны основные принципы управления процессом перевода технологии светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла с одного вида соды на другой в условиях непрерывнодействующего производства, заключающиеся в направленном изменении свойств шихты и окислительно-восстановительных условий стекломассы.

4. Установлена взаимосвязь вещественного состава соды с окислительно-восстановительными условиями в шихте и варочными свойствами стекломассы окрашенной соединениями селена, кобальта и железа.

5. Показана эффективность использования в технологии светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла таких параметров, как химическая потребность шихты в кислороде и содержание железа в вырабатываемом стекле в форме FeO в качестве показателей окислительно-восстановительных условий в шихте и в расплаве стекломассы и как средства для регулирования стабильности процесса стекловарения при работе на разных видах соды.

6. Разработано уравнение регрессии и построены линии регрессии, позволяющие управлять качеством осветления стекломассы, путем оптимизации состава шихты, основывающиеся на установленной взаимосвязи - «содержание сульфатной составляющей в соде «АГК» -качество стекломассы - количество необходимого для подшихтовки сульфата натрия».

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. разработаны эффективные технологические приемы, позволяющие комплексно использовать разные виды соды в непрерывнодействующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла;

2. разработаны для каждого вида соды индивидуальные режимы шихтоприготовления, обеспечивающие качество и реакционную способность шихты;

3. разработанная технология прошла испытания на лабораторных и опытно-промышленных установках и внедрена на промышленной флоат-линии производительностью 150 т стекломассы в сутки при производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла;

4. установлено, что для повышения качества вырабатываемого флоат-стекла эффективным является применение при использовании соды «АГК» подшихтовки сульфатом натрия в количестве 1-7 кг/1000 кг шихты с целью повышения основности шихты до контрольного уровня (16-19 О2' /100 г шихты) и стабилизации процесса варки и светотехнических характеристик;

5. предложенный метод расчета необходимого для подшихтовки сульфата натрия и построенные линии регрессии, позволяют с достаточной надежностью управлять процессом осветления стекломассы;

6. на основании полученных результатов внесены изменения и дополнения в основной Технологический Регламент производства окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла в раздел, касающийся шихтоприготовления и стекловарения;

7. результаты исследований использованы в качестве практических рекомендаций Компанией «РУСАЛ» при модернизации технологии и выпуске нового вида улучшенной модифицированной кальцинированной технической соды из нефелинового сырья - соды «РУСАЛ», выход которой в 2006 г. составил более 55 % от общего объема производства;

8. возможность использования кальцинированной технической соды из нефелинового сырья в качестве основного щелочесодержащего компонента стекольной шихты в производстве флоат-стекла одновременно решает вопрос сырья и экологии, так как в многотоннажном производстве используется побочный продукт получения глинозема. Годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии в непрерывнодействующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла при применении соды «АГК» в качестве основного щелочесодержащего компонента составил 5,56 млн. рублей.

Диссертационная работа выполнена в Саратовском Государственном технологическом университете (СГТУ) и ОАО «Саратовский институт стекла» и является частью работ комплексных научно-исследовательских программ ГНКГ СИР «Промышленная экология Нижнего Поволжья».

Достоверность результатов работы подтверждается применением комплекса современных и взаимодополняющих методов: дериватографического и термогравиметрического, рентгенофазового анализов, микроскопии, стандартных методов испытания технологических, физико-химических и светотехнических характеристик, опытно-промышленными и промышленными испытаниями.

Внедрение результатов работы:

Разработанная технология внедрена в ОАО «Саратовский институт стекла» и с 1998 г. используется в качестве практического руководства на промышленной флоат-линии производительностью 150 т стекломассы в сутки, представляющей собой стекловаренную печь регенеративного типа, ванну с расплавом олова и печь отжига.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международных научно-технических конференциях в ОАО «Саратовский институт стекла» (г. Саратов, 2000, 2003, 2006 гг.), в Саратовском Государственном Технологическом Университете «Композит-2001» (Саратов, 2001, 2003, 2006 гг.), в Белгородском Государственном Технологическом университете им. В.Г. Шухова» (Белгород, 2003, 2005, 2006 гг.), на Международной научно-практической конференции «Наука и технология силикатных материалов - настоящее и будущее», (Российский Химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, 14-17 октября 2003 г.), на Международной выставке «Сибстройстекло» «Технологии, машины и материалы» (Новосибирск, 2003 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах, в том числе в 2 изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 98 наименований отечественных и зарубежных источников и приложений. Текст диссертации изложен на 163 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 60 таблиц и 8 приложений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Экспериментально выявлена возможность комплексного применения в непрерывнодействующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла разных видов соды, включая соду из нефелинового сырья, отличающуюся нестабильным содержанием основного вещества и примесных составляющих (сульфата и карбоната калия и оксида железа). На основании установленных закономерностей разработаны технологические приемы, позволяющие оперативно осуществлять переходы с одного вида соды на в условиях непрерывнодействующего производства.

2. Исследовано влияние способа получения соды и ее компонентного состава на качество шихты, варочно-выработочные, физико-химические, светотехнические свойства стекломассы.

3. Разработан механизм направленного регулирования свойств, качества и реакционной способности стекольной шихты, заключающийся в применении для каждого вида соды индивидуального режима шихтоприготовления, основывающегося на взаимосвязи химического и дисперсного составов соды со степенью ее влагопоглощения и гидратации.

4. Разработано уравнения регрессии и построены линии регрессии, позволяющие управлять качеством осветления стекломассы, путем дополнительного введения сульфата натрия.

5. Показана эффективность использования в технологии светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла таких параметров, как ХПК шихты и содержание железа в вырабатываемом стекле в форме РеО в качестве показателей окислительно-восстановительных условий в шихте и в расплаве стекломассы и как средства для регулирования стабильности процесса стекловарения.

6. Апробация разработанной технологии, включающей процессы шихтоприготовления, загрузки шихты, варки и выработки стекломассы при использовании в технологии разных видов соды, осуществлена в условиях опытно-промышленного производства ОАО «СИС» на газо-пламенной печи периодического действия, емкостью 600 кг.

7. Разработанная технология внедрена на промышленной флоат-линии ОАО «Саратовский институт стекла» производительностью 150 т/стекломассы в сутки при выработке окрашенного в массе светотеплозащитного стекла

У различных номиналов толщин.

8. Результатами промышленных испытаний в течение 1998 - 2001 гг. доказано, что нестабильная по химическому составу кальцинированная техническая сода из нефелинового сырья, являющаяся сопутствующим продуктом при производстве глинозема из нефелиновой руды, может использоваться как основное щелочесодержащее сырье в производстве высококачественного флоат-стекла. Годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии в производстве окрашенного в массе флоат-стекла со специальными свойствами при применении соды «АГК» в качестве основного щелочесодержащего компонента составил 5,56 млн. рублей (Приложение 3).

9. По результатам исследований производителю соды «АГК» даны рекомендации, направленные на улучшение ее качества, в соответствии с действующими стандартами. Компания «РУСАЛ» внесла ряд изменений в технологию изготовления нефелиновой соды и в настоящее время компания наращивает мощности по производству улучшенной модификации кальцинированной технической соды из нефелинового сырья - соды «РУСАЛ», выход которого в 2006 г. составил более 55 %.

Ю.Применение разработанных технологических приемов позволило при использовании в непрерывнодействующем производстве флоат-стекла со специальными светотехническими свойствами разных видов соды вырабатывать стабильную по качеству шихту и стекломассу и оперативно осуществлять перевод технологии с одного вида соды на другой без производства и снижения качества выпускаемой продукции.

1. Крашенников CA. Технология соды. М.: Химия, 1988. - 304 с.

2. Кушальников В.Т. Исследование влияния различных технологических параметров на процесс каустификации карбоната натрия обожженым доломитом // Стекло, 1978. №1. - С. 57-59.

3. Шаеффер H.A., Хойзнер К.Х. Технология стекла. Кишинев: «CTI-Print», 1998. -280 с.

4. Технология стекла / И.И. Китайгородский, H.H. Качалов, В.В. Варгин, К.С. Евстропьев, Д.Б. Гинзбург и др.: Под ред. И.И. Китайгородского. М.: Гос. издательство лит-ры по строительству, архитектуре и строит, материалам, 1961. -623 с.

5. Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. М.: Химия, 1986. -311с.

6. Бутт JI.M., Полляк В.В. Технология стекла. М.: Изд. литературы по строительству, 1971. - 368 с.

7. Аппен A.A. Химия стекла.- JL: Издательство «Химия», 1970. С. 145-156.

8. Технология строительного и технического стекла и шлакоситаллов / В.В. Полляк, П.Д. Саркисов, В.Ф. Солинов, М.А. Царицын. М.: Стройиздат, 1983. -432 с.

9. A.c. 201610 СССР, МПК С 03 С. Стекло.

10. Ю.Патент 1400953 Великобритания, МКИ С 03 С 3 /04, 21/00, В 1/00. Glass composition.

11. A.c. 821426, СССР. МКИ С 03 С 3 / 4. Стекло / В.С.Щукин, З.И. Горькая, Б.Г. Боченков, Н.И. Захаренко.

12. Патент 111274 ПНР, МКИ С 03 С 1 /02. Sposeb granulowania zesiawu szklarskiego.

13. Романов Б.Е., Горина И.Н. Шепельская Н.В., Аверина В.М. Разработка состава теплопоглощающего стекла и исследование его свойств // Сборник стекловарение и формование листового стекла.-Саратов:1982.-С.28.

14. Колоскова О.И., Панкова Н.А. Интенсивность гомогенизации стекломассы в различных зонах стекловаренной печи // Стекло и керамика, 1981. №7. - С. 78.

15. Андрюхина Т.Д., Раевская Е.И., Санина Э.И. и др. Химические составы промышленных стекол массового производства. —М.: ВНИИЭСМ, 1986. 68 с.

16. Гулоян Ю.А. Основные направления повышения эффективности стекловарения // Стекло мира, 2001. №3 - С.39-43.

17. Дудеров И.Г., Матвеев Г.М., Суханова В.Б. Общая технология силикатов. М.: Сторойиздат, 1987. - 559 с.

18. Виды брака в производстве стекла / X Бах., Г.К. Баукке, Р. Брюкнер и др.: Под ред. Г. Иебсена Марведеля и Р. Брюкнера. - М.: Стройиздат, 1986. -648 с.

19. В.И. Кондрашов, C.B. Заварина, Г.А. Полкан и др. Применение различных видов соды в производстве листового стекла // Международная конференция «Композит 2001»: Докл. - Саратов, 2001. - С. 245-249.

20. В.А. Гороховский, Б.Е. Романов, JI.B. Исаева, В.И. Кондрашов. Исследование реологических свойств стекол. /Труды НИИ стекла. Саратов. - 1956,- С.88-96.

21. Н.А. Панкова, Н.Ю. Михайленко Стекольная шихта и практика ее приготовления. М.: Издцентр РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1997.- 77 с.

22. Хаймович М.М. Проблемы оценки качества шихты // Стекло и керамика, 2005. №5. - С. 29-32.

23. Панасюк В.И. Химимческий анализ стекла и сырьевых материалов. М.: Стройиздат, 1971. - 278 с.

24. Крашенинникова Н.С. Изменение фазового состава стекольной шихты при гранулировании // Стекло и керамика, 2005. №8. - С. 6-9.

25. Маневич В.Е., Субботин К.Ю., Чесноков А.Г. Влияние качества шихты на стекловарение // Стекло и керамика, 2004. №1. - С. 6-8.

26. Свечкарев В.П., Ершенко Е.В., Яценко Е.А. Объектно-целевой анализ технологии приготовления стекольной шихты // Стекло и керамика, 2002. №2. - С. 5-6.

27. Кузенков Ю.А. Сода из Лисичанска: поворот к стеклозаводам // Стекло мира, 2001.-№3.-С 34-35.

28. Бондарев К.Т., Андрюхина Т.Д., Раевская Е.И. Влияние частичной замены окиси натрия окисью калия на выработочные свойства стекла.//Стекло и керамика, 1978. №8. - С. 5-7.

29. Мелконян Р.Г. Анализ состояния и путей совершенствования приготовления стекольной шихты // Стекло мира, 2004. №6. - С 52-55.

30. Макаров Р.И., Хорошева Е.Р., Субботин К.Ю., Ефременков В.В., Молодкин A.B. Влияние технологического процесса приготовления шихты на ее качество // Стекло и керамика, 2005. №4. - С. 42-43, 47.

31. Маневич В.Е., Субботин К.Ю., Токарев В.Д., Вахитов Р.В. Физико-химические процессы при транспортировке и хранении стекольной шихты // Стекло и керамика, 2003. №11. - С. 3-5.

32. Шаеффер М.А., Хойзер К.Х. К основам стекловарения. II. Гомогенизация и осветление // Стекло мира, 2003. №2. - С. 33-36.

33. Simpson W. Raw materials for glass manufacture a review // Glass, 1985, 62. - №12.-C. 449.

34. Кондрашов В.И., Щербакова H.H. Использование местного сырья в производстве светозащитного флоат-стекла // Стекло и керамика, 2000.- № 7. -С. 8-10.

35. Соснин В.А., Шеломенцева В.Ф. Сода из нефелинового сырья улучшенного качества для стекольной промышленности // Стеклотара, 2003. -№1. С.12.

36. Aluminium producer succeeds on the soda ash market // Glass, 2002. 79. №11. -C. 386.

37. Фотеева Т.Б., Шеломенцева В.Ф., Соснин В.А. Об использовании технической кальцинированной соды из нефелинового сырья улучшенного качества // Стекло мира, 2004. №2. - С.61-62.

38. Левитин Л.Я., Попов О.Н., Токарев В.Д. Использование в стекловарении соды, полученной гидрохимическим методом из нефелинового сырья // Стекло и керамика, 2003. №3. - С. 3-6.

39. Clauton Т. Sulphate: Too much of a good thing? // Glass, 2002. 79. № 9, C.314315.

40. Yamashita Masaru, Yamanaka Hiroshi. Oxygen activity change in soda lime -silica glass melis with or without refining agent // Glass Sci. and Technol., 1997. -70.- № 12.-C. 371-374.

41. Фотеева Т.Б., В.Ф. Шеломенцева, Соснин В.А. Опытно-промышленное испытание технической кальцинированной соды из нефелинового сырья улучшенного качества // Стекло и керамика, 2003. №4. - С. 15-16.

42. Панкова H.A., Парюшкина О.В. Возможная замена сырьевых материалов в непрерывно действующем производстве изделий из стекла // Стекло и керамика, 1995. №6. - С. 10-12.

43. Панкова H.A., Степенков Е.И. Основные направления исследований ГИСа по активации стекольной шихты // Стекло и керамика, 1985. №11. - С. 10-11.

44. Мамина H.A., Козлова JI.H., Панкова H.A., Шитова Т.И. Варка гранулированной химически активированной шихты // Стекло и керамика, 1986.-№5.-С. 9-10.

45. Мовсесян М.С., Геворкян А.Ц. Химически активированная шихта и перспективы ее применения // Стекло и керамика, 1988. №12. - С. 8-10.

46. Аткарская А.Б. Использование нетрадиционных сырьевых материалов для синтеза стекла // Тр. нт-та Укр ГИС. -1994.

47. Минько Н.И., Онищук В.И. Использование вторичного щелочесодержащего сырья в стекольной промышленности // Стекло и керамика. 1990. - №2. - С. 23.51.0руджев Ф.М., Иманов A.M. Новый вид щелочесодержащего сырья // Стекло и керамика, 1987. № 12. - С. 8-10.

48. Панкова H.A., Беляева А.Г. Использование отходов в стекловарении // Стекло и керамика. 1991. - № 2. - С. 12-14.

49. Минько Н.И., Онищук В.И., Лучина Л.А., Лапина Л.М. Использование плава соды в производстве стеклоизделий // Стекло и керамика. 1990. - №7. - С. 6-8.

50. Сорокина А.Е., Панкова H.A. Оценка качества стекольной шихты.// Стекло и керамика, 1982. №6. - С. 6-7.

51. Сорокина А.Е., Панкова H.A. О прогнозировании качества стекольной шихты // Стекло и керамика, 1983. №2. - С. 10-12.

52. Ефременков В.В., Чалов В.П. Оптимизация процесса приготовления стекольной шихты // Стекло и керамика, 2000. № 2. - С. 10-11.

53. Полохмевец Э.К., Ключник И.К., Киян В.И. Корректировка циклограммы приготовления шихты // Стекло и керамика, 1997. № 4. - С. 12-14.

54. Полкан Г.А., Заварина С.В., Зверев Ю.В. Особенности процессов приготовления шихты и стекловарения при использовании разных видов соды в производстве листового сырья // Стекло и керамика, 2003. № 5. - С. 6-8.

55. Манусович М.И. Корректировка содержания оксидов железа в листовом стекле // Стекло и керамика, 1986. №5. - С. 10-11.

56. Панкова H.A., Левитин Л.Я., Александрова И.В., Горина И.Н. Методы стабилизации содержания оксидов железа в составе стекла // Стекло и керамика, 1980. №1. - С. 4-5.

57. Липин Н.Г., Орлова Л. А., Панкова H.A. Оценка окислительно-восстановительных потенциалов стекольных шихт // Стекло и керамика, 1993. -№ 11-12.-С. 12-13.

58. Гулоян Ю.А. К оценке восстановительного потенциала шихт тарных стекол // Производство и исследование стекла и силикатных материалов. 1980. - Вып. 8.-С. 12-14.

59. Гулоян Ю.А. Окислительно-восстановительные характеристики шихт и особенности варки тарных стекол // Стекло и керамика, 1990. №11. - С. 4-5.

60. Аткарская А.Б., Быков В.Н. Влияние основности стекла на взаимодействие элементов переменной валентности // Стекло и керамика, 2004. №2. - С.12-15.

61. Артамонова М.В., Киян В.И., Машир Ю.И. Оценка кислотно-основных свойств натриевоалюмоборосиликатных стекол // Физика и химия стекла. 1986. -Т. 12. -№6.-С. 731-739.

62. Аткарская А.Б., Демкина Л.И., Николаева Г.А. Спектры поглощения железа в силикатных оптических стеклах // Физика и химия стекла. 1982. - Т.8. - №4. -С. 451-455.

63. Киян В.И., Аткарская А.Б. Опыт применения показателей основности для оценки окислительно-восстановительного потенциала стекломассы в непрерывном производстве // Стекло и керамика, 2002. №3. - С. 9-13.

64. Кондрашов В.И., Щербакова H.H., Зверев Ю.В., Скокшин В.В. Некоторые аспекты формования окраски листового стекла // Стекло и керамика, 1998. № 10.-С. 8-9.

65. Кондратов В.И., Зверев Ю.В., Мухина Е.Г., Скокшин В.В. Цветовые характеристики параметрического ряда теплопоглощающих тонированных стекол // Стекло и керамика, 2000. №4. - С. 7-8.

66. Полохливец Э.К., Киян В.И., Аткарская А.Б. Изменение состава стекла в действующей печи // Стекло и керамика, 1998. №11. - С. 12-15.

67. Крашенинникова Н.С., Верещагин В.И., Казьмина О.В., Фролова И.В. Использование нетрадиционных видов сырья с учетом их окислительно-восстановительных характеристик // Стекло и керамика, 2003. №8. - С.20-22.

68. Панкова H.A., Левитин Л.Я., Александрова И.В., Горина И.Н. Методы стабилизации содержания оксидов железа в составе стекла // Стекло и керамика. 1980. - №1. - С. 4-5.

69. Аткарская А.Б., Киян В.И. Причины изменения теплопрозрачности стекломассы в действующей ванной печи // Стекло и керамика. 2001. - №10. -С. 8-10.

70. Минько Н.И. Влияние окислительно-восстановительного потенциала шихты на процесса варки и свойства стекла // Сб. докладов 2-ой Международной конференции «Стеклопрогресс XXI». - Саратов: Издательство ООО «Три А», 2002.- С.49-52.

71. Миркин Л.И.Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. -М.: Гос. изд. Физико-математической литературы, 1961. 864 с.

72. Гулоян Ю.А. Окислительно-восстановительные взаимодействия в расплавах железо- и хромсодержащих стекол // Пр-во и исслед. стекла и силикат, материалов, 1985. № 8 - С. 67-71.

73. Вепрева В.Н. Контроль и стабилизация окислительно-восстановительного потенциала стекломассы на системе ВВС // Стекло и керамика, 1999. № 7. - С. 32.

74. Manring W.H., Davis R.E. Controlling redox conditions in glass melting // Glass Ind., 1978. № 5. - С. 13-16,23-24, 30.

75. Хмиль Л.М., Федорова В.А., Ивахина H.A., Цокуренко Г.В. Взаимосвязь окислительно-восстановительного потенциала шихты и колера стекла // Пр-во и исслед. стекла и силикат, матер., 1990. № 10. - С. 57-62.

76. Жерновая Н.Ф., Минько Н.И., Онищук В.И., Мельникова Л.И. Влияние окислительно-восстановительных потенциалов шихты и стеклобоя на окраску промышленных составов стекол, содержащих оксиды железа // Стекло и керамика.-2000.-№31.-С. 11-13.

77. Киян В.И., Полоховец Э.К., Криворучко П.А., Аткарская А.Б. Окислительно-восстановительный потенциал стекломассы в непрерывном технологическом процессе // Стекло и керамика. 1999. - № 11. - С. 10-11.

78. Коршунов A.JI. Окислительно-восстановительный потенциал как один из факторов контроля качества стекла // Стекл. Тара, 2003. №6. - С. 10-11.

79. Киян В.И., Машир Ю.И., Аткарская А.Б. Изменение окислительно-восстановительного потенциала стекломассы при введении в шихту ускорителя варки // Стекло и керамика. 2000. - №3. - С. 5-7.

80. Коршунов A.JI. Окислительно-восстановительный потенциал, как один из факторов контроля качества стекла // Стеклянная тара. 2003. - №6. - С. 10-11.

81. Панкова H.A., Ефимова JI.A. Об одной из причин появления воздушных пузырей в листовом стекле // Стекло и керамика, 1967. №12. - С. 12-15.

82. Nemec L., Rakowa. The significance of the redox state of glass for the bybble behaviour at nonisothermal conditions // Glass Technol, 1998. 39, № 6. - C. 60.

83. Панкова H.A. Условия образования пузырей в конвекционных потоках стекломассы // Стекло и керамика, 1979. №8. - С. 4-5.

84. Панкова H.A., Пузь В.В. Диагностика причин появления пузырей в изделиях из стекла //Стекло и керамика, 1989. №8. - С. 12-14.

85. Мелконян Р.Г. 42 причины появления пузыря в стекломассе // стекло мира, 2005.-№1.-С. 59-62.

86. Тэн Б.Я. Диффузионный массобмен при растворении кремнезема в расплавах Na20 Si02. // Стекло и керамика, 2004. - №3. - С. 5-7.

87. Термин В.Б., Панкова H.A. Закономерности распределения включений по толщине листового стекла // Стекло и керамика, 1991. №3. - С. 18-20.

88. Бабинец И.Д., Левитин Л.Я., Панкова H.A. Некоторые особенности изменения содержания газа в стекломассе по длине ванных печей листового стекла // Физика и химия стекла, 1978. т. 4. - №2. - С. 221-224.

89. Панкова H.A., Проценко Л.М. Управление составом газовой среды в зоне плавления куч шихты в современных стекловаренных печах // Сб. науч. тр. «Наука и технология силикатных материалов настоящее и будущее». - М.: РХТУ, 2003.-С. 212-216.

90. Щербакова H.H., Кондратов В.И., Куприянова И.А., Гороховский В.А. Уравнение регрессии для определения светопропускания окрашенного в массе флоат-стекла // Стекло и керамика, 2001. №5. - С. 10-11.

91. Ефременков В.В., Субботин К.Ю. Статистические методы контроля и регулирования в технологическом процессе приготовления стекольной шихты // Стекло и керамика, 2006. №5. - С.3-5.

92. Минько Н.И., Проскурин С.А. Оценка кристаллизационной способности стекол // Стекло и керамика. 2003. - №6. - С. 9.