Флоат-стекло

<p> Описание способа производства
Термическое формование стеклянной ленты на расплаве металла — самый массовый и современный способ производства листового стекла. Его суть состоит в том, что из стекловаренной печи расплавленная стекломасса поступает во флоат-ванну, заполненную расплавом олова и имеющую защитную азото-водородную атмосферу. Расплав стекломассы свободно растекается по поверхности расплавленного олова и, за счет сил тяжести и поверхностного натяжения, приобретает форму с чрезвычайно плоскими и параллельными поверхностями. Для получения стекла необходимой толщины производится либо растягивание ленты стекла (для малых толщин), либо ограничение растекания стекломассы (для больших толщин). Как правило, флоат-стекло имеет толщину от 3 до 19 мм. Технически имеется возможность производить стекло толщиной от менее 1 до 25 мм, однако в строительстве рекомендуется применять стекло толщиной не менее 3 мм.

В 1952 г. английская фирма Pilkington начала исследования по получению непрерывной ленты стекла на расплаве металла, в 1959 г. — объявила о разработке нового промышленного процесса и тем самым положила начало стремительному росту производства высококачественного стекла. В 1959 г. в Государственном институте стекла СССР и его саратовском филиале начались разработки по созданию независимого флоат-процесса. Одновременно в этом же направлении проводились работы в Украине на заводе “Автостекло” (г. Константиновка), где были впоследствии введены в эксплуатацию три флоат-установки. Первые две линии — ТПС-1500 и ТПС-3000 с шириной ленты соответственно 1500 и 3000 мм — позволяли выпускать полированное стекло толщиной 6-7 мм, третья была специализированной линией для производства стекла толщиной от 6 до 20 мм, спроектированной ПКБ Государственного Института Стекла с использованием авторских свидетельств завода “Автостекло”. В 1974 г. американская фирма Pittsburgh Plate Glass (PPG) запатентовала свой способ производства флоат-стекла (пат. США 3843346), отличный от способов фирмы Pilkington и отечественной разработки.

На сегодняшний день известны три принципиально различающихся флоат-способа производства листового стекла.
1. Способ фирмы Pilkington — подача стекломассы из стекловаренной печи в ванну расплава — осуществляется методом свободного слива по узкому лотку, отстоящему от поверхности олова на некотором расстоянии. Отформованная лента стекла выводится из ванны расплава на первый вал печи отжига (шлаковой камеры) с температурой 600-615°С и поднимается над выходным порогом (с перегибом ленты); уровень олова в ванне ниже уровня порога на 8-10 мм.

2. Способ двухстадийного формования разработан саратовским филиалом Государственного института стекла. Лента стекла выходит из ванны расплава без перегиба на газовоздушную опору (подушку) при температуре более 650°С. При этом уровень олова в ванне выше уровня порога на 2-3 мм, что достигается за счет применения электромагнитных индукторов, также разработанных институтом (авторские свидетельства СССР 248917, 392674). На газовоздушной подушке происходит вторая стадия формования ленты, где она охлаждается. При этом обеспечивается окончательная фиксация ее геометрической формы, после чего лента передается на приемные валы печи отжига. Преимуществом двухстадийного способа формования является возможность передачи ленты стекла на приемные валы печи отжига с более низкой температурой (570-580°С), что ниже на 20-35°С, чем в процессе фирмы Pilkington, и более надежно обеспечивает сохранность нижней поверхности. Что касается процессов восстановления оксидов олова, то, поскольку температура олова в выходной части ванны расплава выше примерно на 50°С и составляет около 650°С, процессы восстановления оксидов олова идут интенсивнее, что повышает качество нижней поверхности ленты стекла.

В создании отечественных флоат-линий принимали участие Государственный Институт Стекла (современное название ОАО “Институт Стекла”), ГИПРОСтекло (ОАО “ГИПРОСтекло”), Саратовский филиал ГИС (ОАО “Саратовский Институт Стекла”), Проектно-конструкторское бюро ГИС, НИИ Автостекло (ОАО “Украинский Институт Стекла”) и другие организации

3. Способ производства флоат-стекла, разработанный фирмой PPG, отличается узлом слива стекломассы из стекловаренной печи в ванну расплава. Этот способ предусматривает подачу стекломассы из печи в ванну расплава в виде горизонтального слоя на поверхность расплава металла на том же уровне, что и передаваемый слой. Использование данного способа позволяет вырабатывать ленту стекла без растекания в “лужу”, т.е. без нарушения ламинарности слоев подаваемой стекломассы, что обеспечивает получение стекла (как толстых, так и тонких номиналов) с высокими оптическими показателями.
В процессе формования изделий при достаточно быстром их охлаждении в стекле возникают напряжения, неравномерно распределенные в изделии, что отрицательно сказывается на его механической прочности. Для снятия этих напряжений применяют дополнительную тепловую обработку — отжиг стекла, являющийся необходимой стадией технологического процесса.

Процесс отжига включает следующие стадии:

• нагрев (или охлаждение) изделия до температуры отжига — проводится с максимальной скоростью, не вызывающей разрушения стекла;
• выдержка при температуре отжига до практически полного удаления временных напряжений — температуру выдержки выбирают таким образом, чтобы предотвратить деформацию изделий, но при этом обеспечить достаточно высокую скорость релаксации напряжений;
• медленное охлаждение до нижней температуры отжига со скоростью, не допускающей возникновения новых напряжений;
• быстрое охлаждение со скоростью, ограничиваемой только термостойкостью изделия.

Затем следуют операции резки и упаковки стекла.

Свойства флоат-стекла
Одной из важнейших характеристик бесцветного и особо прозрачного флоат-стекла является коэффициент направленного пропускания света. Чем больше значение этого коэффициента, тем большей степенью прозрачности обладает стекло и тем меньше его цветовой оттенок. С увеличением толщины обычного бесцветного флоат-стекла коэффициент направленного пропускания света снижается, и более заметным становится зеленоватый или голубоватый оттенок стекла. В особо прозрачных стеклах этого нет: с увеличением толщины стекла коэффициент направленного пропускания света практически не меняется. Отличие между особо прозрачным и обычным бесцветным флоат-стеклом особенно заметно, если посмотреть в торец стекла: в бесцветном стекле наблюдается ярко выраженный цветовой оттенок, а в особо прозрачном стекле цветового оттенка практически нет.
На значение коэффициента направленного пропускания света существенное влияние оказывает химический состав стекла, который в свою очередь зависит от состава сырьевых материалов. Поскольку крупные производители бесцветного термополированного стекла работают, как правило, на похожих составах и имеют хорошо отработанную технологию очистки сырья, стекла разных производителей имеют примерно одинаковые значения коэффициента направленного пропускания света, но могут иметь различные цветовые оттенки.

Продолжение статьи читайте в № 4/2004 «ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ»

---