Как сделать стекло из песка. Из чего делают стекло – процесс изготовления, состав и свойства

В последние 10 лет продукция стекольной промышленности пользуется повышенным спросом. Из стекла изготавливают сувенирные изделия, мебель, оконные и дверные комплектующие, посуду, разнообразные емкости и т. д. Однако, чтобы выпущенные товары нашли своего потребителя, необходимо грамотно подобрать технологию производства и контролировать точность ее исполнения на всех этапах процесса. Еще один нюанс – существенные капиталовложения на старте, составляющие свыше 100 млн. рублей только на приобретение оборудования. По данной причине многие предприниматели отказываются от полномасштабного производства стекла в пользу вторичной переработки материала, что также является прибыльной, но менее затратной на начальном этапе сферой деятельности.

Особенности российского рынка

Лидерами стекольной промышленности Российской Федерации являются 11 заводов, крупнейшие среди которых: ОАО «Эй Джи Си БСЗ» (Нижегородская область), ОАО «Саратовстройстекло» (Саратовская область), ОАО «Салаватстекло» (Башкортостан), ООО «Эй Джи Си Флэт Гласс Клин», ООО «Пилкингтон Гласс» (Московская область). Именно перечисленные предприятия выпускают 90% отечественного листового стекла. Причем только 30% объема стекольной продукции на рынке поставляется из-за рубежа.

Стекольное производство потребляет 21% сырьевых ресурсов, порядка 8% топлива,13% электрической энергии от общего промышленного объема РФ.

Виды стекла

В зависимости от отрасли, которую собирается обслуживать предприятие, есть возможность наладить производство стекла различного типа. Среди наиболее востребованных модификаций:

• Кварцевое стекло . Наиболее распространенный и простой в изготовлении вид материала на основе кварцевого песка. Изделия из него обладают термостойкостью, прозрачностью, но при этом достаточно хрупкие. Такое стекло применяют, например, для изготовления колб и прочей лабораторной посуды.
• Известковое . Недорогой в производстве материал, который применяется для изготовления стеклотары, листового стекла и электрических ламп.
• Свинцовое . В состав стекольной массы добавляются кремнезем и оксид свинца. Используется в производстве хрусталя и элементов радиодеталей.
• Цветное стекло . Может быть прокрашенным в массе, тянутым, прокатным, узорчатым, гладким и двухслойным. Используется в качестве облицовочного материала, для декоративного остекления, изготовления витражей.
• Энергосберегающее (К-, И-, Е-, I-стекло). Производится путем нанесения на поверхность стекла тонкого невидимого покрытия с высокой теплопроводностью. Благодаря этому в помещении удерживается порядка 70% тепла, поступающего от отопительных приборов.
• Армированное стекло . Применяется для остекления оконных конструкций и перегородок в производственных помещениях. В толще стекла имеется металлическая сетка, благодаря которой при пожаре либо механическом повреждении конструкция не разлетается на осколки, а отламывается по линии среза.
• Тонированное . Используется для защиты от солнечных лучей. Производится путем добавления в стекольную массу оксидов металлов заданного оттенка.
• Солнцезащитное стекло . Соответсвующее покрытие наносится путем напыления. Проникая в толщу стекла, оксиды металлов придают поверхности дополнительную прочность и стойкость ко внешним воздействиям.
• Закаленное стекло . Материал получают посредством термообработки. После постепенного нагрева и последующего охлаждения стекло приобретает механическую прочность, что позволяет применять его, например, в автомобильной промышленности.
• Многослойное (Триплекс ). Содержит несколько слоев, склеенных прозрачными полимерами. Имеет высокую устойчивость к образованию сквозных отверстий, хорошую звукоизоляцию, не разлетается на осколки при ударах. Применяется чаще всего в качестве лобового стекла в автомобилях и в производстве стеклопакетов.
• Моллированное . Обычное стекло нагревают и придают заданную форму. В результате получают самые разнообразные изделия сложной, например, изогнутой конфигурации.
• Бронированное . Многослойная конструкция из нескольких стекол М1 и полимерного фотоотверждаемого состава. Может быть пленочным и беспленочным. Надежно защищает от пуль в соответствии с классом пулестойкости – В1, В2, В3, В4, В5.
• Противопожарное стекло . В РФ производится мало. Содержит арматуру, которая удерживает треснувшие при пожаре стекла на месте, предотвращая, тем самым, распространение пламени.

Оборудование для производства стекла

Перечень

Выбор оборудования зависит от вида выпускаемого продукта. При этом производитель практически не играет роли. Отечественные агрегаты не уступают по качеству зарубежным аналогам. Все стандартные линии имеют одинаковый набор компонентов:

• Агрегаты для подготовки сырья . Сюда относятся станки для отделения примесей, в частности, магнитные сепараторы, которые извлекают из песка частички металлов, а также мощные дробилки для измельчения ингредиентов.
• Установки для смешивания шихты (шихтосмесители ). Компоненты подбираются в зависимости от состава конечного продукта.
• Весовое оборудование . Высокоточные весы позволяют правильно дозировать компоненты.
• Стекловарильные установки .
• Конвейерное оборудование . Необходимо для транспортировки ингредиентов.

Также потребуются упаковочная линия и, возможно, установка для пескоструйной обработки.

Оборудование для производства различных видов стекла выглядит достаточно схоже. Одними из наиболее сложных считаются установки для изготовления автомобильных стекол, что связано с жесткой стандартизацией конечного продукта. Здесь присутствуют специфические охладительные линии, станки для склейки, а также приборы для обработки изделий полимерами, которые придают поверхности дополнительную прочность.

Печи для производства стекла

Для плавления стекла применяют специальные печи с различными технологическими режимами. Данное оборудование классифицируется по двум показателям.

Классификация по технологическим параметрам

На небольших предприятиях по производству оптического, светотехнического и медицинского стекла используют горшковые печи. Оборудование рассчитано на выпуск небольшого количества продукции (в печи устанавливается 1-16 горшков) с высокими характеристиками светопропускания и однородности.

Также в стекольной промышленности часто применяют ванные печи непрерывного либо периодического действия, имеющие вид массивных емкостей прямоугольной формы. Конструкция и размеры их могут быть разными. В состав линий входят установки с расплавленным оловом, где охлаждается стекломасса.

Купногабаритные ванные печи комплектуются комплексами автоматического контроля работы горелок, что позволяет регулировать и равномерно распределять давление, температуру и газовый компонент на рабочей поверхности.

Классификация по принципу нагрева

По принципу нагрева различают плазменные и электрические печи. Первые работают от сжигания топлива и обладают низким КПД, поскольку тепловая энергия используется для нагрева шихты и котлов.

Электрооборудование дает возможность выпускать все существующие виды стекла. В качестве нагревательного элемента здесь выступает стекломасса, которая под действием высоких температур приобретает свойства электролита. Основное преимущество установок – отсутствие теплопотерь с исходящими газами.

Также существуют комбинированные газоэлектрические печи, где для плавки шихты используется газовый нагрев, а стекломасса нагревается посредством прямого сопротивления.

Из чего делают стекло?

В соответствии с классической технологией, основными сырьевыми компонентами в производстве стекла служат кварцевый песок, сульфат натрия, доломит и известняк. Для ускорения производственных процессов применятся так называемая шихта – специфические окислы, способствующие стеклообразованию. Они могут быть базовыми либо кислотными. Для придания стеклу заданных свойств используются вспомогательные «ингредиенты» – марганцевые, хромовые и кобальтовые красители, осветлители (селитра, трехокись мышьяка) и т. д.

Базовыми компонентами стекольной смеси являются песок (70%), сода и известь (30%). После добавления прочих веществ согласно технологическому процессу, масса перемешивается, расплавляется, охлаждается и нарезается на листы заданного размера. Современные производственные линии рассчитаны на выпуск листового стекла толщиной 2-50 мм и размером 5х3 м².

Технология производства стекла + Видео как делают

Его производство – трудозатратный и кропотливый процесс, который требует профессионального владения технологиями и крупных капиталовложений. Классический способ изготовления стекла основан на плавке исходной массы, куда дополнительно вводятся обесцвечиватели, глушители, красители, усилители и т. д. Далее состав охлаждается и режется, исходя из заданных параметров. На данный момент в мире популярны 2 технологии производства стекла.

Метод Эмиля Фурко

Технология основана на вертикальной машинной вытяжке материала. Стекольная масса плавится в стекловарной печи и вытягивается посредством прокатных валов, а затем подается в шахту охлаждения и режется. Почти готовые листы подвергаются шлифовке и полировке. Толщину изделий регулируют при помощи изменения скорости вытягивания.

Флоат-метод [основной]

Технология предполагает, что расплавленная стекольная масса из печи помещается на горизонтальные поддоны и подается во флоат-ванну с расплавленным оловом и газовоздушной атмосферой. Перемещаясь по поверхности, будущее стекло приобретает плоскую форму и напитывается частицами олова. Затем листы охлаждаются и подвергаются отжигу. Основные преимущества метода – высокая производительность и отсутствие необходимости в последующей обработке (шлифовке, полировке). Кроме того, такое стекло обладает:

• правильной геометрией, одинаковой толщиной по всему листу;
• высоким качеством;
• прозрачностью;
• прекрасными оптическими свойствами.

Аналогичным способом изготавливают армированное стекло с фигурными ячейками.

Полное видео о всем процессе как делают, включая подготовку песка:

Дополнительная обработка

В данном случае речь идет о нанесении ЛКМ на сторону стекла, не контактировавшую с расплавленным оловом. Технология находит применение в создании нестандартных дизайнерских решений.

Вследствие дороговизны оборудования и высокой сложности производственного процесса, многие предприниматели отдают предпочтение вторичному бизнесу по переработке стекла либо изготовлению определенных изделий – сувениров, зеркал, стеклянной мебели, стеклопакетов, различной декоративной продукции.

Технология производства зеркал

Зеркальную поверхность получают путем декоративной обработки листового стекла. По краю заготовки выполняют фацеты шириной 4-30 мм и углом наклона к лицевой поверхности 5-30°.

Затем на тыльную сторону наносят отражающий слой серебра толщиной 0.15-0.3 мкм и покрывают пленкой на медной основе для электрохимической защиты серебряного слоя. Завершает процесс нанесение лакокрасочных материалов, предотвращающих механическое повреждение поверхности. В их качестве могут использоваться эпоксидные эмали, поливинилбутиральные и нитроэпоксидные составы.

Еще один способ изготовление зеркал – металлизация стекла путем вакуумного испарения и катодного распыления.

Технология производства цветного стекла + Видео

По внешнему виду и соответственно технологии изготовления выделяют несколько типов листового стекла: тянутое, узорчатое, гладкое, окрашенное в массе, двухслойное, выполненное при помощи нанесения окисных пленок заданного цвета.

Базовый состав материала аналогичен используемому для изготовления оконного листового стекла. Для окрашивания применяются чаще всего молекулярные красители. Наибольшим спросом пользуются изделия красного, голубого, зеленого, фиолетового, синего, молочно-белого, желтого, оранжевого и черного цветов.

По типу окрашивания стекла могут быть прозрачными, глушеными либо мраморовидными. В последнем случае эффект достигается посредством неполного смешивания цветной стекольной массы с глушеным стеклом.

В качестве красителей выступают окислы металлов, сернистые соединения железа, свинца, кадмия и меди, а также сера и селен. Интенсивность цвета зависит как от выбранного красителя, так и от свойств самого стекла. Экспериментируя с несколькими пигментами, есть возможность получать десятки вариантов окрашивания.

Отличия технологии производства цветного стекла от изготовления обычного листового заключаются в специфике процессов варки и формования. Так, во время варки необходимо особенно тщательно относиться к соблюдению температурного и газового режимов, алгоритму подачи в печи шихты и возвратного боя. Целый ряд красящих компонентов при нагревании улетучивается, соответственно, даже небольшие отклонения от технологии могут стать причиной получения некондиции.

Из-за существенной разницы в теплоотдаче наружных и внутренних слоев при охлаждении первые затвердевают быстрее. Таким образом, чем тоньше лента, тем равномернее она охлаждается. Именно поэтому метод вертикального лодочного вытягивания не используется для производства утолщенного листового стекла.

Варка цветного стекла осуществляется в стекловаренные печи производительностью 2-15 тонн в сутки с бассейном небольшой глубины (300-700 мм). Режим варки устанавливается соответственно типу и составу стекла, а также свойствам используемых добавок. Некоторое время назад варку цветных стекол стали выполнять в печах прямого нагрева без рекуператоров и регенераторов.

Требования к производственным помещениям

На сегодняшний день наиболее рентабельным считается стекольное производство мощностью порядка 600 и более тонн продукции в сутки. Соответственно, расположение завода следует подбирать с учетом наличия поблизости месторождений кварцевого песка и компонентов стекловарной шихты, мест компактного проживания населения и дорожных, в том числе, железнодорожных развязок.

Технологический цикл допускает ввод железнодорожных путей на территорию предприятия, соответственно, следует исключить наличие в сооружениях открытых сгораемых конструкций, покрытий и перекрытий, а ширина подъездных путей должна быть достаточной для подачи пожарных машин.

Сооружения, где ведется непосредственно производство стекла, принадлежат к категории Г в отношении пожарной безопасности, остальные здания – к категории Д.

Согласно действующим санитарным нормам, стекольное производство относится к III классу и должно быть отделено санитарно-защитной зоной шириной 300 м. Также на предприятии необходимо установить систему фильтрации сточных вод и воздушные фильтры.

Каждое здание на предприятии должно быть подключено к системам водоснабжения, водоотведения, электроснабжения, теплоснабжения, газоснабжения, проточной вентиляции.

Тип и этажность сооружений зависят от состава, вида, количества и габаритов производственного оборудования. Как правило, речь идет об одноэтажных многопролетных зданиях с сеткой колонн 30х12 и 36х12 м, высотой 14.4 и 16.5 м. Каркас зданий выполняют из сборных ж/б или стальных несущих конструкций.

Тенденции в развитии стекольного производства

Современное стекольное производство развивается по трем основным направлениям: улучшение условий труда, автоматизация процессов и ориентация на выпуск «зеленой» продукции.

Для решения поставленных задач ведутся разработка и внедрение новых технологий, включая передовые разработки IT отрасли, активная модернизация действующих производств, вводятся специальные программы, предусматривающие сокращение рабочего дня, страхование сотрудников, установку эффективного вентиляционного оборудования.

Компенсировать вред, причиняемый экологии в процессе варки стекла, предприятия стремятся за счет активного использования вторичного сырья.

Мы наконец-то ответим на вопрос, который многим не дает покоя: «Как из непрозрачного песка, делают прозрачное стекло?».
Начнем с того, что некоторое время назад стекла не существовало в принципе, и люди жили в пещерах. А с появлением этого хрупкого и прозрачного материала жизнь изменилась в корне. Сами подумайте, как много стеклянных вещей нас окружает сегодня: витрины, телескопы, экраны компьютеров, очки, различные емкости, даже дома научились строить из стекла.

Вообразите себе, сколько стекла производит человек, и сколько использует при этом песка. Как и для любого производства, сперва на завод поступает сырье — песок. И песок этот, не какой-нибудь, а специальный – кварцевый. Если сравнивать с морским, то кварцевый значительно мельче и белее.

Первый этап изготовления – печь. За раз в эту печь помещают до 170 тонн песка, и доводят температуру до 1500 градусов. Формула стекла – это не только песок (хоть его и большинство), но еще и некоторые вещества усиливающие его прочность. Заметьте, — прочность, но не прозрачность. Вот названия некоторых компонентов: сульфат, полевой шпагат, сода, селитра, доломит. Сода, к примеру, нужна только лишь для того, чтобы песок быстрее расплавился.

Уже в печи, вся эта смесь превращается в стекло. Вот только оно еще жидкое. Далее, пока стекло не остыло и не застыло, его заливают в формы (например для изготовления бутылок). Специальная автоматизированная установка режет на равные куски пластичную стекольную массу, выливающуюся из печи, и направляет эти куски в формовочный станок. Так как основными функциями производства занимаются машины, быстро приобретает нужную форму, не успевая затвердеть прежде.

Получается, секрет в самой печи? Неужели высокая температура позволяет сделать непрозрачную вещь прозрачной? Нет!

Вы удивитесь, но песок на самом деле был прозрачным еще до приезда на завод. Чтобы в этом убедиться, нам понадобиться микроскоп.

Из чего состоит песок? Верно, из песчинок. Вот на них и нужно смотреть под микроскопом. По факту, каждая песчинка кварцевого песка прозрачная! «Почему же тогда набрав песок в ладони, он не просвечивает как вода?».

А тут вступают в силу законы физики. Дело в том, что песчинки являются отдельными элементами с несколькими гранями. Вот эти самые грани и преломляют луч света, попадающий на них. Так и создается ощущение «непрозрачности».

Для еще большего понимания, проведем эксперимент. Возьмем прозрачную бутылку и разобьем ее молотком. Осколки дополнительно измельчим в ступке. Теперь высыпаем их на стол, и что мы видим? А видим мы непрозрачную кучу стекла.

В печи все происходит с точностью, да наоборот, нежели в нашем эксперименте. Печь объединяет «расколотые» песчинки в одно целое. Тут уже не важны геометрические параметры каждой отдельной песчинки, так как все они расплавятся и сольются в одно целое. Получится одна большая песчинка, которая с легкостью будет пропускать свет, т.е. получается стекло на заказ.

Как только люди научились делать прозрачное стекло и применять его в жизни, то возникла потребность в стекле непрозрачном. Были изобретены специальные порошки, которые не только могут затемнить прозрачный материал, но и придать ему нужный цвет. Вот таким вот, с виду не сложным образом создается стекло на заказ.

Вконтакте

Основу стекла составляет один из самых распространённых материалов: кварцевый песок. Его подвергают специальной обработке, нагревая до критических температур. При этом отдельные частички песка сплавляются между собой. Затем следует быстрое охлаждение получившейся массы, в ходе которого песчинки просто не успевают вернуться в первоначальное состояние.

Процесс изготовления стекла состоит из нескольких этапов :

1. Песок плавят до жидкого состояния в специальной печи. Кварцевый песок плавится при температуре 2300 градусов Цельсия. Добавление карбоната натрия (соды) снижает необходимую для стеклообразования температуру до 1500 градусов Цельсия. Однако сода вызывает разъедание стекла водой. Поэтому, чтобы нейтрализовать это явление, в стекло дополнительно вводят оксид кальция (известь).

2. В зависимости от назначения стекла в эту смесь добавляют другие химические вещества. Наиболее распространённая добавка для декоративных стекол — это оксид свинца, который обеспечивает блеск, а также низкую твёрдость, облегчающую резку. Чтобы сделать стекло более стойким, в него вводят оксиды магния или алюминия.

3. Чтобы придать стеклу нужный оттенок, в расплавленную массу добавляют оксиды различных металлов. Например, с помощью оксида железа его делают красным, оксида никеля — фиолетовым или коричневым, оксида урана — жёлтым. Медь или хром придают ему зелёный цвет разных оттенков.

4. Из расплавленной массы песка, соды, извести и других компонентов удаляют газовые пузырьки. Это подразумевает размешивание стекла до равномерной густоты и добавление таких веществ, как сульфат или хлорид натрия, оксид сурьмы.

5. Расплавленному стеклу придают форму. Это можно осуществлять одним из следующих способов:

• Стекло выливают в ванну с расплавленным оловом, используемым в качестве субстрата, и продувают сжатым азотом для формования и полировки. Именно так производят листовое стекло с 1950-х годов.
• Расплавленную массу выливают в форму и дают стеклу остыть. Этот метод использовался египтянами, именно так создаётся большинство оптических линз.
• Стекло собирают на конце полой трубы, а затем выдувают его, поворачивая эту трубу. Стекло формуется благодаря продуваемому воздуху, силе тяжести, действующей на его расплав, и любым инструментам, которые использует стеклодув. Так изготавливают вазы, стаканы, ёлочные игрушки и другие объёмные предметы.

6. Стеклу дают остыть, после чего его вновь подвергают тепловой обработке. Делается это, чтобы стекло стало более прочным. Этот процесс называется отжигом, при нём удаляются все точечные источники напряжений, которые могут образовываться в процессе охлаждения стекла.

7. На завершающем этапе на стекло наносят различные покрытия, ламинируют или обрабатывают его каким-либо другим способом для повышения прочности и стойкости. Листовое стекло режут на стандартные листы.

Ежедневно пользуясь стеклянными предметами, практически никто не задумывается о том, из чего получают этот материал. Каким образом изготавливаются порой удивительные по красоте предметы интерьера? Как делают стекло? Почему солнечный свет свободно проникает через окно в помещение? Каким образом определенные виды стекла не разбиваются даже при сильных ударах?

Технология производства

Основным материалом для изготовления стекла служит кварцевый песок. Да, тот самый, которым усыпаны песчаные пляжи и по которому в летнее время с удовольствием можно походить босиком.

Начинается производство стекла с того, что точно вымеренное на электронных весах количество мельчайшего кварца нагревается до температуры свыше 1500 градусов C. Песчинки плавятся, образуя однородную массу. К ним в небольших количествах добавляется кальцинированная сода и известняк. С какой целью?

Кальцинированная сода в этом процессе является своего рода катализатором и заставляет плавиться песок при более низкой температуре, примерно 850 градусов C. Это позволяет снизить энергетические затраты на производство. Но сода не используется без известняка. Этот факт объясняется просто: расплавленный песок и кальцинированная сода при застывании образуют вещество, которое легко растворяется в воде (не лучший материал для производства предметов бытового пользования). Сюда же добавляются окиси магния, алюминия и борная кислота. А также ряд веществ, предотвращающих образование воздушных пузырей в массе.

После того как все компоненты доведены до определенной температуры, следует резкое охлаждение - это не даст песчинкам вернуться в исходную форму.

Стеклянная радуга

Измельченный кварц (песок) в своем природном виде содержит небольшую примесь железа, что придает готовым изделиям в будущем легкий зеленый оттенок. Для того чтобы материал получился прозрачным, к нему добавляют селен. Это вещество отдает красноватыми тонами, но при смешивании с железом стеклянная поверхность получается бесцветной. А из чего делают стекло различных оттенков, а иногда даже не однотонное, переливающееся всеми цветами радуги?

Для придания материалу цвета в нагретую смесь добавляют оксиды металлов. Кобальт придаст насыщенные синие краски. Фиолетовыми оттенками заиграет изделие, если в процессе изготовления добавить марганец, а зеленый получится из смеси хрома и железа. Для солнечного желтого цвета подойдет окись хрома, для изумрудно-зеленого - оксиды хрома и меди. Какие компоненты добавляются, зависит от того, какую цель преследует завод по производству стекла.

Секрет прочности

Следующий процесс после окрашивания - кристаллизация смеси. Его иначе называют гомогенизирующим процессом. В результате удаляются все воздушные пузыри, прожилки и прочие несоответствия, которые могут в дальнейшем повлиять на качество изделий.

После гомогенизации будущее стекло доставляется к резервуару с расплавленным оловом с температурой около 1000 градусов С. Так как олово имеет более высокую плотность, жидкая стеклянная масса находится на его поверхности. Где и становится идеально гладкой, немного охлаждается, приобретая твердость. На следующем этапе массу, остывшую в резервуаре до 600 градусов C, перемещают на роликовый конвейер. Здесь, исходя из правил того, как делают стекло с высоким уровнем качества, оно находится до тех пор, пока температура не опустится до 250 градусов C. Длительность процесса объясняется необходимостью равномерного постепенного охлаждения, во избежание преждевременных трещин.

Уникальное безотходное производство

В конце конвейера установлено устройство, контролирующее качество готового материала, и при малейшем изъяне стекло отправляется на переплавку с новой приготовленной смесью. После прохождения контроля качества нарезаются готовые листы нужного формата и отправляются либо на склад, либо в дальнейшую обработку. Все зависит от предназначения изделия.

Остатки после нарезки вновь закладываются в смесь для переплавки. Туда же запускается весь отбракованный материал. Исходя из того, как делают стекло, можно с уверенностью сказать, что это производство безотходное.

Виды

В силу своих химических и физических свойств стекло подразделяется по нескольким критериям:

• по назначению (бытовые нужды, промышленное использование, строительство);
• по виду обработки (химическая, механическая и особые технологии);
• по фактуре поверхности (матовая, глянцевая, с напылением из различных металлов, с пленочным покрытием и без такового).

Четкого деления по категориям не существует. При классификации исходят из того, по какой технологии и как делают стекло. В конечном итоге может получиться многослойная поверхность с механической обработкой по краям или изделие с высоким уровнем пропуска света, с огранкой холодным способом. Стоить отметить, что отдельным параметром качества является уровень пропуска света. Не существует стекла со 100% уровнем, для бытовых нужд он составляет 82%. В высокотехнологичных изделиях: микроскопах, телескопах, различных линзах и точных приборах - этот показатель выше 90%.