автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технология производства светотеплозащитного термически полированного листового стекла на основе нестандартных песков месторождений Саратовской области

Введение.

Глава 1. Литературный обзор. Обгцвв состояние вопроса и постановка задачи.

1.1 Составы и способ производства се етотеппозапщгных стекол.

1.2 Светотехнические характеристики светотеплозащитных стекол.

1.3 Основные сырьевые материалы для производства

1.4 Характеристика нестандартных песков Саратовских месторождений.

1.5 Влияние вида сырьевых материалов на свойства стекла.

1.6 Способы стабилизации состава и окраски стекла.

1.7 Обсуждение изученных материалов и постановка задачи.

Глава 2. Методика экспериментальных исследований.

2.1 Описание объекта исследований.

2.2 Методика лабораторных экспериментов.

2.3 Методы анализа сырья, стекла, шихты.

2.4 Методы исследований качественных показателей стекла, шихты.

2.5 Методы определения светотехнических характеристик стекла.

2.6 Методы статистического анализа при опытно-промышленном выпуске.

Глава 3. Экспериментальная часть.

3.1 Исследование химического и гранулометрического состава песка Александровского месторождения:.

3.2 Лабораторные исследования варочных и выработочных свойств стекол на основе Александровского и Ташлинсжого песков и синтез стекол на ванной печи периодического действия.

3.3 Выводы по проведенным исследованиям.

Глава 4, Опытно-промышленные испытания и внедрение.

4.1 Переход на Александровские пески, изменение состава стекла, рецепты шихты.

4.2 Определение оптимального состава еветотешюзагщгоюго стекла на основе Александровских песков.

4.3 Корректировка и подготовка шихты при использовании нестандартного сырья.

4.4 Исследование оптических характеристик светотеплозащитного стекла на основе Александровских песков.

4.5 Результаты и выводы.

Глава 5 Общие результаты промышленных экспериментов.

5.1 Выпуск стекла различного цвета на линии ЭПКС-4000.

5.2 Расчет красящих добавок в шихту.

5.3 Идентфнкациа: цвета стекла.

5.4 Планирование переходов и выпуска продукции на период перехода на другой цвет стекла.

5.5 Выводы.

Рыночная экономика требует дальнейшего развития и совершенствования новых видов изделий из стекла. Широкий спектр областей применения окрашенного в массе стекла с селективным светопропусканием потребовал существенной доработки технологии получения стекла с заданными светотехническими характеристиками.

Свойства стеклоизделнй находятся в прямой зависимости от однородности стекломассы, которую определяют в основном применяемые сырьевые материалы, способы их обработки и подготовки шихты.

Качество сырьевых материалов и состояние сырьевой базы определяют затраты на транспортировку, расходы топливно-энергетических и трудовых ресурсов.

Основным сырьевым материалом для получения листового флоат-стекла является кварцевый песок. Природные кварцевые пески в большинстве месторождений, б том числе в Саратовской области, не являются в физико-химическом смысле однородными, причем примеси присутствуют как в виде отдельных частиц, так и в виде пленок на поверхности кварцевого зерна и могут входить в структуру цепочечных силикатов.

Такие пески не удовлетворяют требованиям стандартов на стекольное сырье, как по общему содержанию оксидов, так и по стабильности химического состава.

Наличие в сырье красящих компонентов сернистых соединений, оксидов железа и титана; их соотношение в готовом стекле является наиболее важным для процесса формирования его окраски и светотеплозащигных свойств.

В отечественной и зарубежной практике стеклоделия опыт производства светотеплозащнгного качественного флоат-стекла с использованием высокожелезистых песков с нестабильным содержанием оксидов кремния, алюминия и железа отсутствует.

В связи с этим, разработка научных основ и технологий получения све-тотеплозащнтного стекла с использованием местных недефицитных нестандартных материалов является актуальной задачей.

Данная работа выполнена в соответствии с комплексной программой «Расширение производства новых эффективных материалов и внедрение энергосберегающих технологий в строительстве на 1998-2001 годы» (постановление губернатора саратовской области № 346 от 02.06.1998 г.).

Целью работы является разработка технологии производства светотеп-лозанщтного термически полированного листового стекла на основе нестандартных песков месторождений Саратовской области.

Поставленная цель определила следующие основные задачи:

• анализ информационно-справочного материала по месторождениям Саратовской области с проведением оценки пригодности сырья для промышленного производств а стекла на флоат- линии ОАО «СИС»;

• изучение геологических особенностей Александровского месторождения с определением физико-химических характеристик песка;

• исследование и выявление факторов, влияющих на окраску стекла, полученного на песках Александровского месторождения;

• определение оптимального базового состава окрашенного в массе стекла;

• разработка и экспериментальная проверка методики расчета количества красящих добавок в шихту;

• разработка методики идентификации стекол по цветовым характеристикам и светопропуеканшо;

• разработка технологии производства светотеплозащнтного термически полированного листового стекла на основе нестандартных песков месторождений Саратовской области;

• осуществление ошпно-промыпшенного внедрения с выработкой на действующей линии стекла различных цветов.

Научная новизна работы;

1. Установлена принципиальная возможность получения светотепло-защитного стекла, окрашенного в массе, на основе местных нестандартных для стекольной промышленности песков с высоким и нестабильным содержанием основных оксидов и красящих компонентов;

2. Установлена функциональная зависимость светопропускания свето-•теплозащитных стекол в видимой и йК-области спектра от содержания в песках оксидов железа и вводимых в шихту красящих добавок. На основании установленных закономерностей впервые разработаны научные основы управления оптическими и цветовыми свойствами светотеплозащитных стекол. Выведены уравнения регрессии, позволяющие прогнозировать спектральные характеристики и цвет стекла;

3. Выявлена нелинейность зависимости пропускания бронзового стекла в видимой области от исходных параметров содержания оксидов железа, селена и кобальта;

4. Разработана методика идентификации и стабильного воспроизведения цвета и светотехнических характеристик стекла по спектрофото-метрическим данным исследования эталонных образцов;

5. На основе современных методов анализа изучено влияние некондиционных песков на варочные и выработочные свойства светотеплозащитных стекол и скорректирован основной состав стекла для высокопроизводительных флоах-линий.

Практическая ценность работы:

Разработаны основные принципы усовершенствования технологии производства светотеплозащитных стекол различной окраски, на основе местных песков, предусматривающие направленную корректировку состава различными добавками.

Разработанные эффективные методы позволяют прогнозировать изменение светотехнических характеристик флоат-стежла в зависимости от исходных сырьевых материалов. Определены наиболее рациональные составы, позволяющие получить оптимальные варочные и выработочные свойства стекломассы при использовании нестабильного сырья.

Применение разработанной технологии с использованием нестандартных материалов позволяет осуществлять быстрый переход производства стекла одного цвета на другой при значительном сокращении времени операции.

Разработанные методики и система разделения по тонам позволяют исключить выпуск переходного стекла и рассчитать обьем и ассортимент продукции во время перехода в соответствии с техническими условиями. Апробация работы:

Материалы работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Саратовского государственного технического Университета (1999-2000 гг.) и Саратовского института стекла (1985-2000 гг.) г.Сарагов, а также на 4-м заседании «Клуба лнстовнков и потребителей листового стекла СНГ», Саратов, 1998 г, на международной конференции «Стеклотара 21» г. Гусь-Хрустальный 2000 г. Публикации:

По теме диссертации опубликовано б печатных работ, подано 2 заявки на изобретения, внедрено 1 рацпредложение.

Одщмг выводы:

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения термически полированного светотеплозащитного стекла на основе нестандартного местного сырья.

2. Высокоинформативными физическими, химическими и статистическими методами анализа проведены комплексные исследования состава и свойств сырья и стекол и оценены цветообразующие свойства примесей песка.

3. На основании проведенных исследований составлено уравнение регрессии, определяющее зависимость светотеплозащитных свойств окрашенных в массе стекол от количества и соотношения красителей: ГеО, РезОз, Бе, Со.

4. Установлено, что в ИК-обласш спектра основное влияние на величину пропускания стекла оказывают РеО и Ее2Оз0бщ, а в видимой области спектра-не абсолютные значения содержания, а их соотношение с Бе и Со.

5. Впервые разработана и внедрена программа расчета светопропуска-ния светотеплозащитного стекла в видимой и ПК-области спектра в зависимости от количества металлических красителей.

6. Доказана принципиальная возможность корректировки рецепта шихты при нестабильном химическом составе сырья.

7. Разработана и внедрена циклограмма приготовления шихты с использованием нестандартного сырья на линии шихтоприготовления ОАО «СИС».

8. Определена возможность идентификации цвета стекла методом спектрального анализа стекла по спектральным кривым пропускания в видимой области спектра, что позволяет строго выдерживать заданный цвет стекла.

106

9. Подобран и внедрен в производство оптимальный состав светотепло-ззщитного стекла при использовании песков Александровского месторождения; Саратовской области.

10. На новые виды стекла разработана и утверждена нормативно-техническая документация:

Стекло листовое светотеплозащитное серое - технические условия

ТУ 21-05524989-193-98 Стекло листовое светотеплозащитное лазурное - технические условия ТУ 21-05524989-192-98.

11. По разработанной технологии производства светотеплозапдатных стекол на основе местного сырья на линии ЭПКС-4000 выпущены промышленные партии стекол различных цветов: серое - 115300 м", «Лазурь» -231300 м2 и «ТЮЗ» - 10000 м2.

12. Экономический эффект от использования Александровского песка в производстве светотеплозащишого стекла на линии ЭПКС-4000 составит 3 млн. 740 тыс. руб. в год (Приложение 1).

1. Пат. 5858896 США, МПИСОЗСЗ 3/087. Стекло поглощающее ультрафиолетовое и инфракрасного излучения.

2. Шапиро И.Е. Влияние окиси и закиси железа б стекле на его еветопропускание

3. U Стекло и керамика.-1952.- № 12.-С. 7.

4. Жерновая Н.Ф., Минько Н.И., Онищук В.И., Мельникова Л.И. Влияние окислительно-восстановительны х потенциалов шихты и стекольного боя на окраску пролмышленных составов стекол, содержащих оксиды железа // Отекло и керамика.-2000.-№3.

5. Варгин В.Б., Осадчая Г.А. Двуокись церия как осветлитель и обесцвечивательстекла // Стекло и керамика.-1960.-№2.

6. Богданов Г.С., Орлова Е.И. Окрашивание стекла соединениями церия и титана

7. Отекло и керамика.-!958.- №5.-С. 21.

8. А. 3. № 52-49010 Япония МК1Г СОЗСЗ/ОО. Получение нейтральной композиции серого цвета.

9. Пат. № 3779733 США, МКИ2 C03B5/16FPG. Улучшение теплопогаощагощихсвойств стекла.

10. А. 3. № 51-21007 Япония МКИ4 C03C3/04. Получение стекла абсорбирующего1. ИК-лучи.

11. ГОСТ 21458-75 Технические условия сульфат натрия кристаллизационный.

12. Парюшкина О.В., Мамина H.A., Панкова H.A., Матвеев Г.М. Стекольное сырье

13. Правила технической эксплуатации заводов по производству стекла методомбезлодочного вытягивания.- М: ГЙС.-1973.-157 с.

14. Под редакцией Китайгородского И.И. Справочник по производству етекла.tomi.-m: 1963.-с. 171-173, 286-287.

15. Самородов A.B. Белова К.И., Елхов Г.И., Ковальский Ф.Н., Куриленко О.В.,

16. Ломидзе М.И. Минерально-сырьевая база строительных материалов Саратовской области и перспективы ее расширения. Издательство СГУ. 1977 — 314 с.

17. Обзор ВШШЭСМ, выпуск 1, сер.9. Стекольная промышленность. Состояниесырьевой базы и перспективы обеспечения стекольной промышленности СССР высококачественным сырьем».-! 982. 51 с.

18. Иебсен-Марведель Г., Брюкнер Р. Виды брака в производстве стекла.-М:

19. Стройиздат. 1986,- 400 с. 6У„ Под редакцией Китайгородского И.И. Справочник по производству стекла. -том 2.- М: 1963.-812 с.61, Гольденберг Л.Г. Кондиционирование качества стекольного сырья /У Стекло икерамика.-1952.- № 3.

20. Минько Н.И., Жерновая Н.Ф. Стеклообразование и свойства стекол в системах Na20-Fe0-Si02 и Na20-Fe^3-Si02. If Физика и химия стекла.-1985.-Т. 11 .-№4.с.415-420.65= Дворниченко H.H., Маценко C.B. Структура стекол системы NaoO-FeiOj-BjOj

21. Блохина С.И., Панкова H.A. Методы повышения оптических показателей листового стекла //Стекло и керамика.-1980.-№11.-С.-5.

22. Парюшкина О.В. Состояние исследования некоторых физических свойств стекольных песков /7 Сборник стекловарение и формование листового стекла.-Саратов гВНИИтехстройетекло. -1982. -С. -7 8.

23. Железцов В.А, Орлов Д.Л., Панкова H.A. Влияние условий подготовки стекломассы на качество листового стекла по оптическим искажениям // Стекло и керамика.-1973.- №4.- С.-7.

24. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике инауке. Методы обработки данных.-М: «Мир».-1980.-с. 610. 82= Хартман К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов.-М: «Мир».-1977.-с. 552.

25. Сигорскнй В.П. Математический аппарат инженера,- Киев: Техшка.-1977.с.768.

26. Спирин Ю.Л., Дедюков С.Н., Золотник Е.М. Расчет оптимального рецепташихты //Стекло и керамика.-1981.-№11.-С.-б.

27. Прибор 1ПЕЛ-72, техническое описание и инструкции по безопасности. Москва, 1978 ,-ГЙС. 86= Аппен А.А. Химия етекла.-Л:Химия.-1974.-С.-352.87= Стекло с рефлекторным и низкоэмиссионным покрытием,- ТУ 21-05524989145-99 (срок ввода с 1.02.2000 г.)

28. ГОСТ 111 -90 Стекло листовое.

29. Безбородое М.А. Синтез и строение силикатных стекол.- Минск : Наука и техника.-! 968.-с.-403.

30. Бондарев К.Т. Пути повышения светопропускания стекла // Стекло и керамика. -1952.-№5.-С.-3.14