Флоат-стекло

Описание способа производства

Термическое формование стеклянной ленты на расплаве металла — самый массовый исовременный способ производства листового стекла. Его суть состоит в том, чтоиз 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 чрезвычайноплоскими и параллельными поверхностями. Для получения стекла необходимойтолщины производится либо растягивание ленты стекла (для малых толщин), либоограничение растекания стекломассы (для больших толщин). Как правило, флоат-стеклоимеет толщину от 3 до 19 мм. Технически имеется возможность производить стеклотолщиной от менее 1 до 25 мм, однако в строительстве рекомендуется применять стеклотолщиной не менее 3 мм.

В 1952 г. английская фирма Pilkington началаисследования по получению непрерывной ленты стекла на расплаве металла, в 1959 г. — объявила о разработке новогопромышленного процесса и тем самым положила начало стремительному роступроизводства высококачественного стекла.

В 1959 г. вГосударственном институте стекла СССР и его саратовском филиале началисьразработки по созданию независимого флоат-процесса. Одновременно в этом женаправлении проводились работы на 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 полированноестекло толщиной 6-7 мм, третья была специализированной линией для производствастекла толщиной от 6 до 20 мм, спроектированной ПКБ Государственного Института Стекла сиспользованием авторских свидетельств завода “Автостекло”.

В 1974 г.американская фирма Pittsburgh Plate Glass (PPG) запатентовала свой способпроизводства флоат-стекла (пат. США 3843346), отличный от способов фирмы Pilkingtonи отечественной разработки.На сегодняшний день известны трипринципиально различающихся флоат-способа производства листового стекла.

1. Способ фирмы Pilkington – подача стекломассы из стекловаренной печи вванну расплава — осуществляется методом свободного слива по узкому лотку,отстоящему от поверхности олова на некотором расстоянии. Отформованная лентастекла выводится из ванны расплава на первый вал печи отжига (шлаковой камеры)с температурой 600-615°С и поднимается над выходным порогом (с перегибомленты); уровень олова в ванне ниже уровня порога на 8-10 мм.

2. Способ двухстадийногоформования – разработан саратовским филиаломГосударственного института стекла. Лента стекла выходит из ванны расплава безперегиба на газовоздушную опору (подушку) при температуре более 650°С. При этомуровень олова в ванне выше уровня порога на 2-3 мм, что достигается за счет примененияэлектромагнитных индукторов, также разработанных институтом (авторскиесвидетельства СССР 248917, 392674). На газовоздушной подушке происходит втораястадия формования ленты, где она охлаждается. При этом обеспечиваетсяокончательная фиксация ее геометрической формы, после чего лента передается наприемные валы печи отжига. Преимуществом двухстадийного способа формованияявляется возможность передачи ленты стекла на приемные валы печи отжига с болеенизкой температурой (570-580°С), что ниже на 20-35°С, чем в процессе фирмы Pilkington,и более надежно обеспечивает сохранность нижней поверхности. Что касаетсяпроцессов восстановления оксидов олова, то, поскольку температура олова ввыходной части ванны расплава выше примерно на 50°С и составляет около 650°С,процессы восстановления оксидов олова идут интенсивнее, что повышает качествонижней поверхности ленты стекла.

3. Способ производства флоат-стекла, разработанный фирмой PPG – отличается узломслива стекломассы из стекловаренной печи в ванну расплава. Этот способпредусматривает подачу стекломассы из печи в ванну расплава в видегоризонтального слоя на поверхность расплава металла на том же уровне, что и передаваемыйслой. Использование данного способа позволяет вырабатывать ленту стекла безрастекания в “лужу”, т.е. без нарушения ламинарности слоев подаваемойстекломассы, что обеспечивает получение стекла (как толстых, так и тонкихноминалов) с высокими оптическими показателями.В процессе формования изделий при достаточно быстром их охлаждении в стеклевозникают напряжения, неравномерно распределенные в изделии, что отрицательносказывается на его механической прочности. Для снятия этих напряжений применяютдополнительную тепловую обработку — отжиг стекла, являющийся необходимойстадией технологического процесса.

Процесс отжига включает следующиестадии:

Затем следуют операции резки иупаковки стекла.

Свойства флоат-стекла

Одной из важнейших характеристик бесцветного и особо прозрачного флоат-стеклаявляется коэффициент направленного пропускания света. Чем больше значение этогокоэффициента, тем большей степенью прозрачности обладает стекло и тем меньшеего цветовой оттенок. С увеличением толщины обычного бесцветного флоат-стеклакоэффициент направленного пропускания света снижается, и более заметнымстановится зеленоватый или голубоватый оттенок стекла. В особо прозрачныхстеклах этого нет: с увеличением толщины стекла коэффициент направленногопропускания света практически не меняется. Отличие между особо прозрачным иобычным бесцветным флоат-стеклом особенно заметно, если посмотреть в торецстекла: в бесцветном стекле наблюдается ярко выраженный цветовой оттенок, а вособо прозрачном стекле цветового оттенка практически нет.На значение коэффициента направленного пропускания света существенное влияниеоказывает химический состав стекла, который в свою очередь зависит от составасырьевых материалов. Поскольку крупные производители бесцветного термополированногостекла работают, как правило, на похожих составах и имеют хорошо отработаннуютехнологию очистки сырья, стекла разных производителей имеют примерноодинаковые значения коэффициента направленного пропускания света, но могутиметь различные цветовые оттенки.

Цветное (окрашенное в массе) термополированное стекло характеризуетсяспособностью избирательного пропускания и поглощения света и солнечной энергиив различных областях спектра, что обусловлено его окраской. По сравнению сбесцветным стеклом цветные стекла всегда хуже пропускают и лучше поглощаютсвет, поэтому их часто называют “светозащитными”, “солнцезащитными”, “солнцерегулирующими”и т.д.

С увеличением толщины цветного стекла его способность к пропусканию светазначительно снижается, а поглощение, соответственно, увеличивается. Визуальноэто проявляется в том, что тонкие стекла имеют более светлый оттенок, толстые —более темный. Это необходимо учитывать в тех случаях, когда требуется цветоваяоднородность, например, при остеклении фасадов зданий. Кроме того, на цветстекла существенное влияние оказывает химический состав стекла, которыйзависит, в частности, от количественного и качественного состава добавляемыхкрасителей. Каждая фирма-производитель работает со своими составами, поэтомуспектр выпускаемых в настоящее время цветных стекол весьма широк. Изменениесостава стекла, которое может быть вызвано различными технологическимипричинами, может привести к тому, что две партии цветного стекла одной и той жемарки и толщины, изготовленные одним производителем, но в разное время, могутзаметно отличаться по цвету.

Цветное (окрашенное в массе) термополированное стекло посравнению с бесцветным всегда хуже пропускает и лучше поглощает свет, поэтомуего часто называют “светозащитным”, “солнцезащитным”, “солнцерегулирующим” ит.д.

Из-завысокого коэффициента поглощения света цветные стекла под действием солнечныхлучей сильно нагреваются и поэтому имеют ограничения по применению в наружномостеклении. Например, при неравномерном освещении, когда одна часть стеклаосвещена солнцем, а другая находится в тени, возникает температурный перепад,который может вызвать разрушение стекла. Поэтому стекла, имеющие коэффициентпоглощения света более 25% при использовании в наружном остеклении обязательнодолжны быть упрочненными.Важными характеристиками термополированного стекла, имеющими большое значениедля потребителей, являются оптические искажения и пороки внешнего вида, которыесчитаются дефектами стекла. Однако, поскольку наличие этих дефектов обусловленотехнологией производства, их присутствие в стекле допускается, но строгорегламентируется в количественном отношении соответствующими национальными имеждународными стандартами, техническими условиями и стандартами фирм.Регламентирование этих показателей для термополированного стекла тем болееактуально, что оно является основным сырьем для производства различных видовстеклоизделий — стекол с покрытиями, многослойных стекол, стеклопакетов, вкоторых все недостатки исходного стекла становятся гораздо более заметными.

Из-за высокого коэффициента поглощения света цветные стеклапод действием солнечных лучей сильно нагреваются и поэтому имеют ограничения поприменению в наружном остеклении

Практикапоказывает, что стекло, в котором оптические искажения не наблюдаются припросмотре экрана “зебра” под углом менее 50°, удовлетворяет практически всетребования современного строительства. Количество допускаемых пороков внешнеговида зависит от конкретных целей применения и определяется потребителем. Здесьтакже стоит отметить, что по указанным показателям качество термополированногостекла намного превышает качество тянутого стекла.

Применениефлоат-стекла

Флоат-стекло — основной светопрозрачный материал, применяемый в строительстве.Оно может использоваться в качестве готового продукта для непосредственногоостекления различных строительных конструкций. Однако повышение в последниегоды требований к комфорту и безопасности привело к тому, что более 70%производимого в настоящее время термополированного стекла направляется надальнейшую переработку: нанесение покрытий, закалку, изготовление многослойныхстекол, стеклопакетов и т.п.

Выбор вида термополированного стекла (бесцветное, особо прозрачное, цветное)определяется конкретной целью его применения. Бесцветное стекло применяется для остекления различных светопрозрачныхконструкций, к которым не предъявляется особых требований к пропусканию света.

Более 70% производимого в настоящее время термополированногостекла направляется на дальнейшую переработку: нанесение покрытий, закалку,изготовление многослойных стекол, стеклопакетов и т.п.

Особопрозрачное флоат-стекло используется в тех случаях, когда требуется повышенноесветопропускание и отсутствие нежелательного цветового оттенка, например:

• для изготовления толстых многослойных стекол для витрин, аквариумов и т.п.; 

• для изготовления стекол, декорированных лаками или красками (особенно светлыхтонов), чтобы оттенок стекла не искажал натуральный цвет краски; 

• в безрамном остеклении(с незакрытыми полированными кромками стекла).

Окрашенное в массе стекло применяют для декоративной облицовки зданий исооружений, оформления интерьеров, а также с целью защиты от проникновения вздания избыточного солнечного излучения, что позволяет снизить затраты накондиционирование помещений, особенно в условиях теплого и жаркого климата. 

Тянутое стекло (стекловертикального вытягивания)

Тянутое стекло — это стекло,изготовленное методом вертикального вытягивания (ВВС). По сравнению с термополированнымстеклом оно характеризуется относительно низким качеством поверхностей ибольшими оптическими искажениями.

Описание способа производства

Вертикальное вытягивание стекла (ВВС) — это устаревшая группа методовформования листового стекла, суть которых состоит в том, что из выработочнойчасти стекловаренной печи вязкая стекломасса, интенсивно охлаждаемая при помощихолодильников, постепенно оттягивается специальными машинами в виде непрерывнойленты. По виду узла формования различают “лодочное” и “безлодочное”вытягивание.При лодочном способе вертикального вытягивания стекла (ЛВВС) используетсяспециальное формообразующее тело — “лодочка”, представляющая собойпрямоугольный брус из огнеупорного материала, имеющий сквозной продольный вырез— щель. При принудительном погружении лодочки в стекломассу последняявыдавливается над ней в виде луковицы, из которой непрерывно оттягивается лентастекла при помощи системы вращающихся валков вытяжной машины (валкивзаимодействуют уже с затвердевшей лентой). Для интенсификации охлаждения итвердения ленты по обе стороны от нее устанавливают водяные холодильники.Недостатком данного способа является невысокое качество поверхности лентыстекла, обусловленное образованием продольной полосности, зависящей отсостояния щели лодочки.

Безлодочное вертикальное вытягивание стекла (БВВС) осуществляетсянепосредственно со свободной поверхности стекломассы в результате оптимальногорегулирования ее вязкости (с целью образования луковицы) путем экранированияузла формования (зеркала стекла) оградительными устройствами и водянымихолодильниками. Для формования и удерживания бортов ленты по ее краямустанавливают бортоформующие ролики принудительного вращения, а в остальномпроцесс аналогичен лодочному вытягиванию. Этот способ обеспечивает болеевысокое качество поверхности ленты стекла, чем метод ЛВВС, однаконеоднородность химического состава стекломассы и колебания температуры поповерхности вытягиваемой ленты часто приводят к большим оптическим искажениям встекле. Методом вертикального вытягивания изготавливают бесцветное и цветное(окрашенное в массе) стекло. Обычная толщина тянутого стекла — от 2 до 12 мм, однако в строительстверекомендуется применять стекло толщиной не менее 3 мм.

Свойства тянутого стекла

Как и для термополированного стекла, основными показателями, характеризующими качество тянутого стекла, являются коэффициент направленного пропускания света,оптические искажения и пороки внешнего вида.

Значение коэффициента направленного пропускания света бесцветного тянутогостекла, как правило, на 1-2% меньше, чем у бесцветного термополированнонногостекла той же толщины. Это объясняется тем, что при производстве тянутогостекла обычно используют сырьевые материалы низкого качества (с большимсодержанием примесей). Однако при необходимости можно изготовить тянутое стеклос оптическими характеристиками, аналогичными характеристикам бесцветного иособо прозрачного флоат-стекла.

По оптическим искажениям тянутое стекло значительно уступает термополированному.По этому показателю наилучшим считается тянутое стекло, в котором оптическиеискажения не наблюдаются при просмотре экрана “кирпичная стена” под углом 45°.Количество пороков внешнего вида в тянутом стекле обычно больше, чем в термополированном,однако при производстве некоторых видов декоративных стекол это считаетсяскорее достоинством, чем недостатком.

Важными характеристиками термополированногостекла являются оптические искажения и пороки внешнего вида (дефекты стекла).Наличие этих дефектов обусловлено технологией производства, поэтому их присутствие в стекле допускается, но строго регламентируется в количественном отношении национальными и международными стандартами, техническими условиями и стандартами фирм.

Применение тянутого стекла  

В современном строительстве существует два основных направления использованиятянутого стекла:

Физические и механическиехарактеристики базовых видов листового стекла

Физические и химические свойства базовых видов листового стекла являютсястабильными и не меняются в течение длительного времени. Оптическиехарактеристики стекла не изменяются под действием направленного и ненаправленного солнечного излучения. Поверхность стекла, применяемого встроительстве, практически не чувствительна к воздействию окружающей среды.