автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Технологические процессы производства листового термически полированного стекла на линии многофункционального назначения

Актуальность проблемы Стекло - перспективный и динамично развивающийсяительный и конструкционный материал. Ведущей тенденцией производства листового стекла в мире является увеличение валового выпуска и расширение ассортимента продукции, что диктуется постоянным увеличением площадей остекления зданий, транспортных средств, интерьеров помещений и, соответственно, возрастанием потребности в мерных и обработанных стеклах, архитектурно-строительного назначения широчайшего ассортимента. В связи с этим возрастает актуальность работ, направленных на совершенствование существующих и создание новых гибких высокопроизводительных процессов стекловарения и формования широкого ассортимента архитектурно-строительного листового стекла.

В настоящее время все производство высококачественного листового стекла осуществляется на линиях термического формования стекла на расплаве металла (флоат-линиях). В мире действует более 190 таких линий. В 2000 году на них произведено более 2,5 млрд. м2 стекла. Исходя из ежегодного роста производства в среднем на 2,5-3,5%, выпуск листового стекла в 2025 году превысит 4,3 млрд. м2'

Дальнейшее развитие производства термически полированного стекла может осуществляться по двум основным направлениям:

- строительство флоат-линий высокой производительности с узким ассортиментом продукции;

- строительство флоат-линий малой и средней производительности, предназначенных для выработки широкого ассортимента продукции.

Второе направление представляется более перспективным, поскольку обеспечивает наиболее полное удовлетворение постоянно растущей потребности строительной индустрии в разнообразных видах листового архитектурно-строительного стекла. Для развития этого направления необходимо создание гибких технологий, включающих известные и новые технологические процессы и оборудование для выпуска широкого ассортимента листового тер, ~ки полированного стекла в условиях единого технологического комплекса. Только та. .сдход позволит преодолеть ряд негативных обстоятельств, присущих современной гех-•логии производства стекла на расплаве металла: снижение производительности линии, вызванное специфическими технологи-".'скими свойствами новых составов стекол, например, окрашенных в массе; ухудшение качества продукции, обусловленное особенностями стекловарения и формования новых видов стекол, в первую очередь тешюпоглощающих; трудности объединения в единой технологической линии ванной стекловаренной печи с окислительной средой и ванны расплава металла с резко восстановительной средой; значительные потери рабочего времени и качественной продукции в переходные периоды смены ассортимента.

Цель работы В условиях опытно-промышленного производства выявить закономерности и особенности технологических процессов стекловарения бесцветной и окрашенной стекломассы, ее формования и модифицирования на расплаве металла и разработать на этой основе гибкие технологические линии производства листового стекла, позволяющие осуществлять в условиях непрерывного производства выпуск термически полированного стекла широкого ассортимента путем контролируемых переходов с одного вида стекла на другой.

Для достижения поставленной цели были определены следующие направления исследований: исследовать процессы приготовления шихты, варки и гомогенизации стекломассы и изучить их влияние на воспроизводимость показателей качества стекла, вырабатываемого в условиях смены ассортимента продукции; разработать оптимальные схемы использования средств интенсификации стекловарения применительно к высокопроизводительным стекловаренным печам для производства листового термически полированного стекла разнообразного ассортимента; разработать новые виды и технологии стекол для строительства и транспорта с целью их реализации в действующих и вновь создаваемых промышленных линиях многофункционального назначения; исследовать переходные технологические процессы и оптимизировать порядок переходов при производстве широкого ассортимента стекол.

Научная новизна Созданы научные основы промышленной технологии листовых термически полированных стекол нового поколения - светозащитных, теплопоглощающих, декоративных различного функционального назначения, разной фактуры поверхности, профиля и толщины на универсальной флоат-линии с минимальными потерями при переходах с одного ассортимента продукции на другой.

Разработаны научные и технологические основы управления процессами приготовления шихты, стекловарения и формования этих стекол на высокопроизводительных линиях в условиях выпуска одного ассортимента продукции (стационарные процессы) и при выпуске изменяющегося ассортимента стекол (переходные процессы).

Выявлены особенности и установлены количественные закономерности процессов стекловарения окрашенных стекол в ванных стекловаренных печах с высокими удельными съемами стекломассы. Показано, что специфические теплофизические и выработанные свойства окрашенных стекол (низкая теплопрозрачность, повышенная излучательная способность, короткий температурный интервал формования, более высокая температура верхнего предела кристаллизации) оказывают негативное влияние на их варку и формование и обусловливают необходимость применения химических, термических и гидродинамических средств интенсификации на стадиях подготовки шихты и стекловарения - использование ускорителя варки - хлорида натрия, компактирование шихты, механоактивацию сырьевых материалов, бурление в зоне плавления куч шихты и дополнительного электроподогрева стекломассы, гомогенизацию стекломассы путем механического перемешивания.

На основе комплексных экспериментальных исследований окислительно-восстановительных, теплообменных и массообменных процессов в действующих стекловаренных печах и статистических результатов оценки качества готовой продукции сформулированы условия применения средств интенсификации при варке окрашенных стекол и предложены механизмы их воздействия на процесс стекловарения.

Выявлены закономерности образования окраски в листовых стеклах при использовании комбинированных красителей (Зе, СоО, Ре20 з , РеО) и окислителей (ШКО з , КаС1, N82804 ) и предложены схемы целенаправленного регулирования этих процессов для обеспечения заданных светотехнических характеристик при получении широкого ассортимента тонированных теплопоглощающих стекол.

Установлены закономерности пластического формования листового стекла в температурном интервале растекания и формования на расплаве металла под действием массы расплава стекла, продольно-поперечных сил вытягивания и деформирующих нагрузок для тонкого и толстого листовых стекол, а также для декоративных архитектурно-строительных стекол «Ритм» и «Метелица». Установлены гемпературно-временные границы и определены термомеханические параметры технологических стадий слива, растекания, формования и охлаждения ленты стекла.

Разработан принцип и определены условия совмещения отдельных технологических приемов обработки и модифицирования ленты стекла с процессом ее формования в разных тепловых зонах флоат-ванны без изменения основного технологического оборудования.

Автор защищает Результаты комплексных исследований и экспериментальных работ, включающих:

- синтез промышленных составов теплопоглощающих и декоративных листовых стекол и их формование на промышленной линии термического формования производительностью 100 тонн в сутки;

- разработку перспективных технологических процессов приготовления шихты, стекловарения и формования различных составов стекол, а также модифицирования поверхности ленты стекла и ее механической деформации в вязкопластичном состоянии в одном цикле с формованием и охлаждением в ванне расплава; разработку путей интегрирования этих процессов в базовые технологические циклы производства листового стекла;

- гибкую технологию производства широкого ассортимента листовых стекол на линии термического формования.

Практическая ценность Разработана, опробована и внедрена в промышленное производство технология многофункциональных термически полированных листовых и архитектурно-строительных стекол широкого ассортимента, включающая базовые процессы стекловарения и формования непрерывной ленты стекла и широкий набор дополнительных технологических процессов модифицирования и -трансформирования •-' фактуры поверхности, профиля, толщины стекла. Разработанная технология обеспечивает получение в едином технологическом цикле на единой высокопроизводительной линии светозащитных и теплопоглощающих стекол с заданными светотехническими характеристиками, декоративных и профилированных стекол ("Метелица", "Ритм"), стекол различных толщин и открывает возможности дальнейшего расширения ассортимента выпускаемой продукции до нескольких сотен видов путем использования принципа совмещения различных технологий обработки и модифицирования ленты стекла с процессом ее формования во флоат-ванне.

Для широкого ассортимента окрашенных, профилированных, декоративных стекол различных толщин оптимизированы технологические режимы и параметры стекловарения с применением комплекса средств интенсификации и формования на расплаве металла. Предложены и реализованы на действующей промышленной линии ЭПКС-4000 технические решения, направленные на усовершенствование конструктивных элементов стекловаренной печи, систем бурления, дополнительного электроподогрева, механического перемешивания стекломассы, узла формования ленты стекла.

Разработаны составы окрашивающих смесей (Ре+Эе+СоО) и смесей окислителей (ЖИО з+- №С1+ N32804), позволяющие осуществлять тонкую регулировку параметров цветности при получении широкого ассортимента тонированных теплопоглощающих стекол с заданными светотехническими характеристиками (голубых, зеленых, серых, янтарных, бронзовых, сиреневых, розовых). Варьирование соотношения окрашивающего комплекса и комплекса регуляторов окисления позволяет осуществлять гибкие переходы при непрерывном выпуске стекол различного ассортимента на одной технологической линии.

Результаты работы внедрены на Саратовском заводе технического стекла, стеклозаводах «Салаватстекло» и «Пролетарий», опытном стекольном заводе Саратовского института стекла. Впервые в мире на Саратовском заводе технического стекла осуществлена одновременная выработка листового окрашенного стекла с гладкой поверхностью и декоративного окрашенного стекла "Метелица" на двух линиях термического формования, совмещенных с одной высокопроизводительной стекловаренной печью. В целом с использованием результатов работы в период 1978 - 99 г.г. выпущено 80 млн. м2 листового и архитектурно-строительного термически полированного стекла. Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составил более 1,2 миллиона рублей в ценах 1980 года и 11 миллионов рублей в ценах после 1990 года.

Практические рекомендации, содержащиеся в материалах диссертации, могут быть использованы при проектировании новых и реконструкции существующих линий термически полированного стекла широкого ассортимента.

Проведенный технико-экономический анализ возможностей новых универсальных линий по производству стекол многофункционального назначения позволяет прогнозировать увеличение ассортимента продукции, выпускаемой на одной линии, до 100-200 наименований к 2010 году при выработке в переходных периодах высококачественной продукции, отвечающей требованиям соответствующих ГОСТов и ТУ.

Апробация диссертации Основные результаты работы доложены на Всесоюзном совещании ( Гусь-Хрустальный, 1979), Всесоюзном совещании «Пути совершенствования процессов стекловарения и новые методы варки и выработки стеклоизделий (п. Красный Май, 1980), Всесоюзном совещании «Основные направления развития технологии производства строительного и технического листового стекла ( Саратов, 1984), Х1У Международном конгрессе по стеклу ( Дели, Индия, 1986), Сессии стекольной промышленности НТС Минст-ройматериалов СССР «Вопросы эффективности стекловаренных печей для производства технического и строительного стекла различного назначения» (Москва, 1988),XV Международном конгрессе по стеклу ( Ленинград, 1989), Научно-технической конференции « Технология и качество стекла» ( Константиновка, 1993), Совещании « Наука и технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики» ( Москва, 1995).

Публикации По теме диссертации опубликовано 30 работ и получено 25 авторских свидетельств на изобретения и патентов.

Структура и объем диссертационной работы Доклад содержит введение, семь основных разделов, выводы и список опубликованных работ по теме диссертации, всего 43 стр. машинописного текста, 12 рис. и 8 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты настоящей работы были использованы при разработке и промышленном освоении высокопроизводительных технологических процессов производства листового стекла на расплаве металла, в частности, приготовление шихты с традиционными и новыми красителями, гл интенсификации процессов стекловарения бурлением, механическим перемешиванием и дополнительным электроподогревом стекломассы, а также при формовании тонких и толстых номиналов стекол, производстве стекла «Метелица» и «Ритм». Эти процессы были освоены на опытном заводе ОАО «Саратовский институт стекла», на Саратовском, Салаватском и Лисичанском стекольных заводах, где с их помощью выпускалось более 80 млн. м2 термически полированного стекла в год, из них выпуск архитектурно-строительного стекла в 80-е годы, достигал более 6 млн. м2 в год. Общий экономический эффект от промышленного внедрения результатов работы составил 1,2 млн. руб. в ценах до 1980 г. и 11 млн. руб. в ценах после 1990 года.

Разработаны технические предложения по созданию линий многофункционального назначения производства листового стекла на основе прозрачного и тонированных светотеп-лозащитных и декоративноокрашенных стекол зеленовато-голубого, голубого, зеленого, синего, бронзового, серого, янтарного и розового оттенков толщиной от 2,5 до 12 мм, шириной от 1,6 до 3,2 м, производительностью - 70, 100,160,200, 320, 400 тонн в сутки.

Линия в ОАО «Саратовский институт стекла» оснащена технологиями производства стекол «Метелица», «Ритм» и электрохимического окрашивания стекла.

Проведенная исследовательская работа является научной основой для создания нового поколения производства разнообразных функциональных стекол, а на их основе строительства новых и реконструкции действующих производств, то есть создание гибких многоуровневых технологических систем производства листового стекла, включающих базовый макротехнологический процесс стекловарения и формования полированной ленты стекла с широким набором дополнительных технологий, интегрируемых в базовый процесс, модифицирующих непрерывную ленту стекла. Подобные интегрированные линии смогут обеспечивать стеклом широкого ассортимента региональную потребность компактных сегментов рынка.