ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛА (ИТС 5-2022)

Содержание

Введение

Предисловие

Область применения

Раздел 1 Общая информация о стекольной промышленности

1.1 Структура промышленности

1.2 Жизненный цикл продукции

1.3 Сырьевые и энергетические ресурсы

1.4 Основные производители

1.4.1 Листовое стекло

1.4.2 Тарное стекло

1.4.3 ртовое стекло

1.4.4 екловолокно

1.4.5 натрия растворимый

1.5 Экологические аспекты производства стекла и воздействие предприятий

отрасли на окружающую среду

1.6 Природоохранная деятельность стекольных предприятий и способы оценки

уровней воздействия на окружающую среду

Раздел

2 Технологические, технические решения и системы менеджмента,

используемые в настоящее время при производстве стекла в Российской Федерации 15

2.1 Технологические процессы и способы производства изделий из стекла

2.1.1 ые материалы и подготовка шихты

2.1.1.1 Базовые компоненты шихты

2.1.1.2 Ускорители, осветлители, окислители и восстановители

2.1.1.3 Красители и глушители

2.1.1.4 Стеклобой

2.1.1.5 Подготовка шихты. Контроль качества

2.1.1.6 Методы работы с материалами шихты

2.1.2 роцесс стекловарения

2.1.3 екловаренные печи

2.1.3.1 Регенеративные и рекуперативные газовые печи

2.1.3.2 Электрические печи прямого нагрева

2.1.3.3 Печи периодического действия

2.1.3.4 Использование кислорода в качестве окислителя при работе печи

2.2 Технологические процессы производства листового стекла

2.3 Технологические процессы производства стеклянной тары

2.4 Технологические процессы производства сортового стекла

2.5 Технологические процессы производства стекловолокна

2.6 Технологические процессы производства силиката натрия растворимого

2.7 Используемые системы менеджмента

III

Раздел 3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду

3.1 Источники и основные факторы воздействия на ОС

3.1.1 требление ресурсов. Показатели ресурсоэффективности

3.1.2 требление энергии. Показатели энергоэффективности

3.1.3 ии загрязняющих веществ и парниковых газов в ОС

3.1.3.1 Выбросы в атмосферу

3.1.3.2 Парниковые газы

3.1.3.3 Сбросы в водные объекты

3.1.3.4. Отходы производства

3.1.3.5 Рекомендуемые меры по минимизации воздействия

3.1.3.6 Выбор маркерных веществ

3.2 Текущие уровни эмиссии и потребления ресурсов в производстве листового

стекла

3.2.1 ходные потоки (сырьё и энергия)

3.2.1.1 Использование сырья

3.2.1.2 Использование энергии

3.2.2 росы в атмосферный воздух

3.2.2.1 Обращение с сырьём

3.2.2.2 Стекловарение

3.2.2.3 Формование, отжиг и охлаждение

3.2.2.4 Выбросы парниковых газов

3.2.3 бросы в водные объекты

3.2.4 ходы производства

3.3 Текущие уровни эмиссии и потребления ресурсов в производстве тарного

стекла

3.3.1 ходные потоки (сырьё и энергия)

3.3.1.1 Использование сырья

3.3.1.2 Использование энергии

3.3.2 росы в атмосферный воздух

3.3.2.1 Обращение с сырьём

3.3.2.2 Стекловарение

3.3.2.3 Формование, отжиг и нанесение упрочняющего и защитного

покрытия

............ 75

3.3.2.4 Выбросы парниковых газов

3.3.3 бросы в водные объекты

3.3.4 ходы производства

3.4 Текущие уровни эмиссии и потребления ресурсов в производстве сортового

стекла

3.4.1 ходные потоки (сырьё и энергия)

3.4.1.1 Использование сырья

3.4.1.2 Использование энергии

3.4.2 росы в атмосферный воздух

3.4.2.1 Обращение с сырьём

3.4.2.2 Стекловарение

3.4.2.3 Формование и обработка

3.4.2.4 Выбросы парниковых газов

3.4.3 бросы в водные объекты

3.4.4 ходы производства

3.5 Текущие уровни эмиссии и потребления ресурсов в производстве

стекловолокна

3.5.1 ходные потоки (сырьё и энергия)

3.5.1.1 Использование сырья

3.5.1.2 Использование энергии

3.5.2 росы в атмосферный воздух

3.5.2.1 Производственный процесс

3.5.2.2 Выбросы парниковых газов

3.5.3 бросы в водные объекты

3.5.4 ходы производства

3.6 Текущие уровни эмиссии и потребления ресурсов в производстве растворимого

силиката натрия

3.6.1 ходные потоки (сырьё и энергия)

3.6.1.1 Использование сырья

3.6.1.2 Использование энергии

3.6.2 росы в атмосферный воздух

3.6.2.1 Обращение с сырьём

3.6.2.2 Стекловарение

3.6.2.3 Формование и охлаждение

3.6.2.4 Выбросы парниковых газов

3.6.3 бросы в водные объекты

3.6.4 ходы производства

Раздел 4 Определение наилучших доступных технологий производства стекла

Раздел 5 Наилучшие доступные технологии производства стекла

5.1 Общеотраслевые НДТ

5.1.1 НДТ 1. Системы экологического менеджмента

5.1.2 ДТ 2. Автоматическое регулирование параметров стекловарения

5.1.3 ДТ 3. Рекуперация и регенерация тепла отходящих газов

процесса стекловарения

5.1.4 ДТ 4. Использование стеклобоя

5.1.5 ДТ 5. Применение рукавных фильтров на линиях подготовки сырья

5.2 НДТ производства листового стекла

5.2.1 ДТ 6. Флоат-процесс

5.3 НДТ производства стеклянной тары

5.3.1 ДТ 7. Оптимизация режимов горения в соответствии с долей стеклобоя в

шихте (до 50 %)

5.3.2 ДТ 8. Применение секционных стеклоформующих машин (способы PB, BB,

NNPB)

5.4 Наилучшие доступные технологии производства сортового стекла

5.5 Наилучшие доступные технологии производства стекловолокна

5.6 Наилучшие доступные технологии производства растворимого силиката

натрия

5.6.1 ДТ 9. Формование растворимого силиката натрия

Раздел 6 Перспективные технологии производства стекла

6.1 Системы энергетического менеджмента

6.2 Перспективные технологические, технические и управленческие решения в

области ресурсо- и энергоэффективности и снижения воздействия на окружающую

среду

100

Заключительные положения и рекомендации

101

Приложение А (справочное) Номенклатура продукции, включённой в область

применения ИТС 5

103

Приложение Б (обязательное) Перечень маркерных веществ и технологических

показателей

107

Приложение В (обязательное) Перечень НДТ

109

Приложение Г (обязательное) Ресурсная и энергетическая эффективность

110

Приложение Д (справочное) Показатели выбросов, вносящих вклад в глобальное

потепление (парниковые газы). Углеродный след жизненного цикла продукции

113

Приложение Е (обязательное) Заключения по наилучшим доступным технологиям . 119

Библиография

128

Краткое содержание

Введение. Во введении представлено краткое содержание информационно-

технического справочника (далее - ИТС) по наилучшим доступным технологиям (далее

- НДТ).

Предисловие. В предисловии указаны цель актуализации ИТС НДТ, его статус,

законодательный контекст, краткое описание процедуры актуализации в соответствии с

установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными

документами.

Область применения. В разделе описаны основные виды деятельности, на

которые распространяется действие ИТС НДТ.

Раздел 1. В разделе 1 представлена информация о состоянии и уровне развития

в Российской Федерации производства следующих видов стекла:

- листового стекла;

- тарного стекла;

- сортового стекла;

- стекловолокна;

- силиката натрия растворимого.

Также в разделе 1 дан краткий обзор экологических аспектов производства стекла

и воздействия предприятий отрасли на окружающую среду.

Раздел 2. В разделе 2 представлены сведения о технологических процессах,

являющихся общими для всех подотраслей производства стекла, а также информация

об особенностях технологических процессов, получивших распространение в

производстве:

- листового стекла;

- тарного стекла;

- сортового стекла;

- стекловолокна;

- силиката натрия растворимого.

Раздел 3. В разделе 3 дана оценка потребления ресурсов, энергоносителей и

уровней эмиссии в окружающую среду, характерных для производства стекла в целом и

по секторам.

Качественные характеристики и численные данные отражают результаты

обобщения доступных сведений, предоставленных отечественными стекольными

предприятиями и профильными организациями. Составители справочника также

приняли во внимание сведения об уровнях потребления ресурсов и эмиссии в

окружающую среду, систематизированные в справочнике Европейского союза по

наилучшим доступным технологиям «Производство стекла» (Best Available Techniques

(BAT) Reference Document for the Manufacture of Glass, 2013) [1].

Раздел

4. В разделе 4 описаны особенности подходов, применённых при

разработке и актуализации справочника НДТ и в целом соответствующих Правилам

определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии (НДТ), а также

VII

разработки, актуализации и опубликования справочников НДТ (утверждены

Постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 года №

1458 в редакции от

3 марта

2021 года)

[2], Методическим рекомендациям по

определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии (утверждены

приказом Минпромторга России от 23 августа 2019 года № 3134) [3] и Постановлению

Правительства РФ от 31 декабря 2020 года № 2398 «Об утверждении критериев

отнесения объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, к

объектам I, II, III, IV категорий» [4].

Раздел 5. В разделе 5 кратко описаны НДТ производства стекла, включая:

- системы менеджмента;

- технологические решения, направленные на повышение экологической

результативности и ресурсной эффективности производства всех видов изделий из

стекла;

- технологические решения, характерные для конкретных подотраслей

производства изделий из стекла.

Раздел 6. В разделе 6 приведены краткие сведения о новых управленческих,

технологических и технических решениях, направленных на повышение

ресурсоэффективности и экологической результативности производства стекла,

которые находятся в стадии разработки или имеют ограниченное применение.

Заключительные положения и рекомендации. В разделе приведены сведения

о членах технической рабочей группы, принимавших участие в разработке справочника

НДТ. Представлена позиция разработчиков справочника НДТ в отношении сбора

информации для актуализации и внесения изменений в справочник НДТ «Производство

стекла».

Библиография. В библиографии приведён перечень источников информации,

использованных при разработке справочника НДТ.

VIII

Введение

Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям

ИТС НДТ «Производство стекла» представляет собой документ по стандартизации,

разработанный в результате анализа технологических, технических и управленческих

решений, применяемых для обеспечения высокой ресурсоэффективности и

экологической результативности производства стекла.

Структура настоящего ИТС НДТ соответствует ГОСТ Р 113.00.03-2019 [5], формат

описания технологий - ГОСТ Р 113.00.04-2020 [6], термины приведены в соответствии

с ГОСТ Р 56828.15-2016 [7].

Предисловие

Федеральный закон от 10 января 2002 года № 7-ФЗ «Об охране окружающей

среды» (в редакции от 26 марта 2022 года) [8] направлен на совершенствование

системы нормирования в области охраны окружающей среды. Данный закон вводит в

российское правовое поле меры экономического стимулирования хозяйствующих

субъектов для внедрения наилучших доступных технологий.

Федеральный закон от 29 июня 2015 года № 162-ФЗ «О стандартизации в

Российской Федерации» (в редакции от 30 декабря 2020 года) [9] содержит положения,

определяющие статус информационно-технических справочников как документов

национальной системы стандартизации.

Цели, основные принципы и порядок актуализации справочника установлены

Постановлением Правительства РФ от 23 декабря 2014 года № 1458 «О порядке

определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также

разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников

по наилучшим доступным технологиям» [2]. Перечень областей применения наилучших

доступных технологий определён распоряжением Правительства Российской

Федерации от 24 декабря 2014 года № 2674-р (ред. от 1 ноября 2021 года) [10].

1 Статус документа

Настоящий ИТС НДТ является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Настоящий ИТС НДТ разработан технической рабочей группой 5 «Производство

стекла» (ТРГ 5), состав которой был утверждён приказом Минпромторга России от 16

марта 2022 года № 832 «О технической рабочей группе «Производство стекла».

Перечень организаций, принимавших участие в разработке настоящего ИТС НДТ,

приведён в разделе «Заключительные положения и рекомендации».

ИТС НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий

(Бюро НДТ) (www.burondt.ru ).

3 Краткая характеристика

ИТС НДТ содержит описание применяемых при производстве стекла

технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе

позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, повысить

энергоэффективность, обеспечить ресурсосбережение. Из описанных технологических

процессов, оборудования, технических способов, методов (в том числе управления)

определены решения, являющиеся НДТ. Для них в ИТС НДТ установлены

соответствующие технологические показатели.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

ИТС НДТ разработан в результате проведения экспертных оценок и консультаций

со специалистами ведущих отечественных предприятий, научно-исследовательских,

проектных и образовательных организаций. Составители справочника приняли также во

внимание материалы справочника Европейского союза по наилучшим доступным

технологиям «Производство стекла» (Best Available Techniques (BAT) Reference

Document for the Manufacture of Glass,

2013)

[1]. Информация из справочника

Европейского союза использовалась с

учётом климатических и логистических

особенностей ведения хозяйства в Российской Федерации.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах,

методах, применяемых при производстве стекла в Российской Федерации, была

собрана в процессе разработки ИТС НДТ в соответствии с Приказом Минпромторга

России от 18 декабря 2019 года № 4841 «Об утверждении порядка сбора и обработки

данных, необходимых для разработки и актуализации информационно-технических

справочников по наилучшим доступным технологиям» [11].

6 Взаимосвязь с другими ИТС НДТ

Взаимосвязь настоящего ИТС НДТ с другими справочниками, разрабатываемыми

в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 10 июня 2022

года № 1537-р [12], приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

ИТС НДТ утверждён приказом Федерального агентства по техническому

регулированию и метрологии (Росстандарт) №3159 от 13 декабря 2022 года.

ИТС НДТ вводится в действие с 1 июня 2023 года, официально публикуется в

информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального

агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru ).

8 Справочник является актуализированной редакцией ИТС 5-2015 и введен

вместо ИТС 5-2015.

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛА

Manufacture of glass

Дата введения - 2023-06-01

Область применения

Производство стекла в целом отнесено в Российской Федерации к областям

применения наилучших доступных технологий [10]. При этом, согласно нормативно-

правовым актам, к объектам I категории воздействия на окружающую среду отнесены

предприятия, которые производят стекло и изделия из стекла, включая стекловолокно,

с проектной производительностью 20 т в сутки и более [4].

Настоящий ИТС НДТ распространяется на следующие основные виды

деятельности:

- производство листового стекла;

- производство тарного стекла;

- производство сортового стекла;

- производство стекловолокна¹;

- производство силиката натрия растворимого².

На сектор производства изоляционной ваты справочник не распространяется, так

как оно, во-первых, значительно отличается от других отраслей стекольной

промышленности, а во-вторых, объём производства большинства установок составляет

5-10 т в день, что ниже установленного минимума [4]. Поликристаллическая вата,

производимая золь-гель методом из прядильных водных растворов, не подвергается

высокотемпературному процессу плавления, поэтому также не охватывается

настоящим справочником.

В приложении А приведены соответствующие области применения и продукции

коды ОКВЭД и ОКПД.

ИТС НДТ распространяется на процессы, связанные с основными видами

деятельности, которые могут оказать влияние на ресурсоэффективность, характер и

масштаб воздействия на окружающую среду:

- получение сырьевых материалов и подготовка шихты;

- загрузка шихты в стекловаренную печь;

- стекловарение;

Производство стекловолокна следует рассматривать как химическое производство

искусственных и синтетических волокон, однако в соответствии с [4,10] поименовано в перечне областей

применения НДТ и объектов I категории в группе, связанной с производством стекла.

²Силикат натрия растворимый по ОКВЭД 2 относится в группе 20 «Производство химических

веществ и химической продукции», однако данная технология в принципе не отличается от большинства

технологий производства других видов стёкол (группа 23).

- формование стеклоизделий.

ИТС НДТ не распространяется на:

- некоторые процессы производства, такие как добыча сырья в карьере;

- вопросы,

касающиеся исключительно

обеспечения

промышленной

безопасности или охраны труда.

Дополнительные виды деятельности при производстве стекла и соответствующие

им ИТС НДТ [10] приведены в таблице I.

Т а б л и ц а I - Дополнительные виды деятельности при производстве стекла и соответствующие

им справочники НДТ

Вид деятельности

Соответствующий справочник НДТ

Очистка отходящих газов

ИТС-22. Очистка выбросов вредных (загрязняющих)

веществ в атмосферный воздух при производстве

продукции (товаров), а также при проведении работ и

оказании услуг на крупных предприятиях

ИТС-22.1.

Общие

принципы

производственного

экологического контроля и его метрологического

обеспечения

Очистка сточных вод

ИТС-8. Очистка сточных вод при производстве продукции

(товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных

предприятиях

Складирование и хранение

ИТС-46. Сокращение выбросов загрязняющих веществ,

сырья,

продукции

сбросов загрязняющих веществ при хранении и

твёрдого топлива

складировании товаров (грузов)

Сокращение

ИТС-48. Повышение энергетической эффективности при

энергопотребления

осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности

Раздел 1 Общая информация о стекольной промышленности

1.1 Структура промышленности

Настоящий справочник НДТ имеет достаточно обширную область применения,

которая включает в себя ряд самостоятельных подотраслей стекольной

промышленности; основные из которых приведены в таблице 1.1.

Т а б л и ц а 1.1 - Подотрасли производства стекла

Подотрасль

Производимая продукция

Листовое стекло

Листовое флоат-стекло для строительства, автомобилестроения

Тарное стекло

Стеклянные бутылки, банки, флаконы, аптечная тара

Сортовое стекло

Столовая посуда, художественно-декоративные изделия

Стекловолокно

Непрерывное и рубленое стекловолокно, ленты, ровинг, пряжа

Специальное стекло

Техническое (светотехническое, оптическое, кварцевое),

медицинское, термометрическое, химико-лабораторное стекло

Силикаты

Силикат натрия растворимый, стекло натриевое жидкое

Каждая подотрасль специфична, каждая характеризуется своими особенностями

как с точки зрения производства, так и с позиций воздействия на окружающую среду.

Однако характерными для всей стекольной отрасли являются приготовление и

высокотемпературная варка стекольной шихты до получения осветлённой и однородной

стекломассы, выработки стеклоизделий, обработки их поверхности, что обуславливает

схожесть потребления ресурсов и аспектов воздействия на окружающую среду.

В конце ХХ - начале XXI века стекольная промышленность всего мира пережила

период слияний и поглощений в целях уменьшения себестоимости и более

эффективной конкуренции на мировом рынке. Компании объединились, а количество

независимых операторов сократилось, появились транснациональные операторы,

внедряющие единые корпоративные стандарты качества независимо от страны, где

используется продукция. Стекольная промышленность была в авангарде

технологических разработок и, таким образом, в последующие годы смогла выиграть от

улучшения производственных показателей.

Общий объём производства стекла разных видов в Российской Федерации

оценивается в 11,12 млн т в год. Данные по секторам представлены в таблице 1.2,

подготовленной на основе данных ООО «СМ Про», Союза Стекольных предприятий.

Т а б л и ц а 1.2 - Объемы производства предприятий стекольной промышленности Российской

Федерации (2021 год)

Доля в общем объёме

Продукция

Объём, млн т

производства, %

Листовое стекло

28,4

3,16

Тарное стекло

60,9

6,78

Сортовое стекло

4,1

0,46

Стекловолокно

1,6

0,18

Специальное стекло

0,3

0,03

Прочие виды стекольной продукции

4,7

0,51

1.2 Жизненный цикл продукции

Жизненный цикл получаемого продукта для всех видов предприятий состоит из

двух частей. Первая часть - это изготовление изделия и его служба по назначению,

вторая - после окончания срока службы или разрушения изделия. Полный жизненный

цикл стеклоизделия можно представить следующими стадиями:

- добыча и обработка или синтез исходного сырья;

- составление шихты - исходной смеси сырьевых материалов для получения

заданного состава стекла;

- стекловарение в печи непрерывного или периодического действия;

- выработка (формование) изделий из готовой стекломассы;

- отжиг и контроль качества изделий;

- отправка изделий потребителю;

- использование изделия по назначению до окончания его срока службы;

- сбор вторичного сырья и его переработка.

В случае получения изделий из стекла-полуфабриката мы имеем следующую

последовательность процессов:

- входной контроль и обработка исходных стекол (резка, мойка, определение

необходимых свойств и т.п.);

- изменение вида и свойств исходного стекла (моллирование, закалка,

нанесение покрытий, механическая или химическая обработка и т.д.);

- контроль качества изделий;

- отправка изделий потребителю;

- использование изделия по назначению до окончания его срока службы;

- сбор вторичного сырья и его переработка.

В числе упоминаемых в данном справочнике технологий приводятся как

осуществляемые в рамках производственного цикла, так и находящиеся за его

пределами, на более поздних стадиях жизненного цикла продукции, но от этого не менее

эффективные в ограничении воздействия на окружающую среду.

1.3 Сырьевые и энергетические ресурсы

Разнообразие стекольной промышленности приводит к использованию широкого

спектра сырьевых материалов, большинство из которых представляют собой твёрдые

неорганические соединения, получаемые из широко распространённых в природе

полезных ископаемых или в химическом производстве. Физически они представляют собой

как крупнокусковые материалы, так и мелкодисперсные порошки, жидкости, газы.

Основными твёрдыми компонентами в производстве стекломассы являются песок,

доломит, известь, глинозём, сода. Перечень сырьевых материалов приведён в разделе 2.1.

Газообразные компоненты включают водород, азот, кислород, диоксид серы,

пропан, бутан и природный газ. Они хранятся в специальных хранилищах и баллонах и

транспортируются с помощью трубопроводов. Некоторые используемые жидкости,

такие как сильные минеральные кислоты, используемые

в лабораторных

тестированиях, требуют осторожного обращения. Хранят и используют жидкости

стандартными способами, т.е. с помощью сосудов и бочек малого и среднего объема,

распылителей.

В большинстве подотраслей стекольной промышленности используются печи

непрерывного действия, обычные сроки эксплуатации которых составляют 5-12 лет, а в

некоторых случаях - до 20 лет. Данные показывают, что за время службы печей их

удельное энергопотребление растет на 0,8-2,5 % в год в зависимости от типа печи [13].

Таким образом, за время кампании печь теряет до

20--30

% своей

энергоэффективности, в основном за счёт износа огнеупоров, изоляции, забивания

насадок регенераторов. Теоретический минимум удельного потребления энергии на

стекловарение составляет 2,68 ГДж/т [1]; реально достигнутые минимальные значения

этого показателя для высокопроизводительных флоат-линий достигли

5,1 ГДж/т

сваренной стекломассы в начале кампании печи [14].

В структуре энергопотребления предприятий большая часть затрат приходится на

процесс стекловарения. У наиболее эффективных предприятий этот показатель

составляет более 50 % в производстве сортового стекла, более 70 % в производстве

тарного стекла и более

90 % в производстве листового стекла, что является

характеристикой рациональности энергопотребления предприятия в целом.

1.4 Основные производители

1.4.1 истовое стекло

Производство листового стекла является вторым по величине сектором в

стекольной промышленности Российской Федерации, который составляет более 28 %

от общего объёма производства стекольной продукции. Для производства листового

стекла используются самое производительное в отрасли оборудование. В настоящее

время в Российской Федерации на подавляющем большинстве линий стекло

производится при помощи метода флоат, который является наиболее современным с

точки зрения производительности и ресурсоэффективности. Сохранилось небольшое

количество мощностей, позволяющих выпускать листовое стекло методом

вертикального вытягивания. Листовое стекло, а также изделия на основе его

переработки применяются в строительстве - как элемент наружного и внутреннего

остекления, а также как самостоятельный строительный элемент (кровли, полы, шахты

лифтов, козырьки и прочее); на транспорте - автомобильном, железнодорожном,

авиационном, морском, а также в космической отрасли; в изготовлении мебели,

солнечных панелей, зеркал и прочих изделий.

В процессе обмена информацией при подготовке настоящего справочника не

участвовали предприятия, производящие листовое стекло иными методами, кроме

флоат-процесса; сведения о деятельности таких предприятий в настоящее время

недоступны. Не исключено, что при поступлении информации о функционировании

таких предприятий и об их готовности предоставить сведения о своей

ресурсоэффективности и экологической результативности потребуется актуализация

настоящего справочника.

Основными сегментами рынка листового стекла в Российской Федерации

являются светопрозрачные конструкции и интерьерное стекло (75-85%), остальные

приходятся на автомобильную промышленность и транспортное машиностроение, а

также производство мебели и бытовой техники.

Российская стекольная индустрия является одной из самых конкурентоспособных

отраслей отечественной экономики. Листовое стекло реализуется на внутренний

российский рынок и экспортируется на зарубежные рынки. С 2014 года отрасль

вынужденно является существенно экспортоориентированной, поскольку совокупные

производственные мощности значительно превосходят объёмы внутреннего

потребления в РФ. Подтверждением этого могут служить данные об основных объёмах

рынка листового стекла в РФ, приведённые в таблице 1.3.

Т а б л и ц а

1.3

- Данные Росстата об основных объёмах рынка листового стекла

(предоставлены Союзом стекольных предприятий, млн м²)

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

Импорт

Экспорт

Производство

237

253

242

243

217

242

В 2021 году сектор отыграл падение производства в пандемийном 2020 году и

произвёл 242 млн м^2,или 3,16 млн т листового стекла на 11 работающих в Российской

Федерации предприятиях проектной мощностью 3,3 млн т. Всё более существенное

место в продукции занимает стекло с энергоэффективным низкоэмиссионным,

солнцезащитным и многофункциональным мягким покрытием. Мощности по

производству таких стекол составляют 70 млн м2 в год. К маю 2022 года, вследствие

текущей политико-экономической ситуации, загрузка производств отрасли, по оценкам

Минпромторга [15], снизилась на 30 % от прошлогодних уровней.

Изготовление листового стекла в Российской Федерации представлено как

ведущими международными (Asahi Glass, NSG, Guardian Industries, Şişecam, Saint-

Gobain), так и известными российскими компаниями: АО «Салаватстекло», АО

«СаратовСтройСтекло», ООО «Салаватстекло Каспий». В настоящий момент, в связи

со сложившейся политико-экономической ситуацией, на ряде предприятий происходит

переход собственности от иностранных собственников к российским.

Основные производственные мощности расположены в центральном и южном

регионах Европейской части Российской Федерации, а также в Республиках

Башкортостан, Дагестан и Татарстан (см. таблицу 1.4).

Т а б л и ц а 1.4 - Размещение заводов по производству листового стекла в Российской

Федерации (по состоянию на 1 января 2022 года)

Мощность,

Регион

Компания

Год пуска

т/сутки

2010

1600

Московская областьООО «Эй Джи Си Флэт Гласс Клин»

ООО «Пилкингтон Гласс»

2006

800

Рязанская область

ООО «Гардиан Стекло Рязань»

2008

800

Нижегородская

АО «Эй Джи Си Борский стекольный завод»

2000

1200

область

Саратовская

АО «СаратовСтройСтекло»

2009

700

область

АО «Саратовский институт стекла»

2009

350

Республика

АО «Салаватстекло»

2005

1100

Башкортостан

Ростовская область

ООО «Гардиан Стекло Ростов»

2012

900

Республика

ООО «Салаватстекло Каспий»

2013

600

Дагестан

Республика

АО «Тракья Гласс Рус» (Saint-Gobain и

2014

600

Татарстан

Şişecam)

Владимирская

ООО «Экспо Гласс» (Стекольный завод

1998

200

область

«Символ»)*

Всего:

8850

* Использует технологию вертикального вытягивания листового стекла.

Примечание: при составлении таблицы использованы данные Союза стекольных предприятий,

компании «СМ Про», других открытых источников.

1.4.2 ное стекло

Тарное стекло

- крупнейшая подотрасль стекольной промышленности

Российской Федерации, занимающая более 60 % рынка выпускаемой продукции.

Согласно данным ООО «СМ Про», в 2021 году в стране произведено около 6,8 млн т

тарного стекла, что почти в 2 раза больше, чем выпускалось в СССР в 80-е годы ХХ века

[16]. Это, на первый взгляд, противоречит статистике: в ту эпоху в стеклотару

разливалось более 60 % всех напитков, сейчас же её доля не превышает 15 %; причина

состоит в том, что в настоящее время практически не применяется рециклизация

бутылок для многоразового использования при помощи мытья, а вся собранная тара

превращается в стеклобой. Кроме этого, около 30 % современной стеклянной тары

поставляется на экспорт, в основном в страны Европы, в то время как в СССР доля

внешней торговли была крайне незначительна.

По объёму наиболее важными продуктами подотрасли тарного стекла являются

бутылки для вина, пива, спиртных напитков, безалкогольных напитков и т. д., а также

банки с широким горлышком для пищевой промышленности. Другой важной частью

сектора является производство контейнеров для фармацевтической и парфюмерно-

косметической промышленности с большой добавленной стоимостью.

Основными преимуществами тарного стекла являются его высокая химическая

стойкость, барьерные свойства (защита и сохранность качества содержимого),

эстетическая привлекательность (прозрачность, цвет, дизайн для презентации товаров

и идентификации торговых марок), возможность вторичной переработки обратно в

новую стеклотару.

Изготовление тарного стекла в Российской Федерации представлено как

международными корпорациями (Şişecam), так и российскими предприятиями (ООО

«Красное Эхо», ООО «Экспо Гласс», АО «Гланит», АО «Салаватстекло». Потребление

продукции в разных сегментах экономики показано на рисунке 1.1.

ТАРНОЕ СТЕКЛО

Напитки

Пищевая тара Фармацевтика и парфюмерия

18%

75%

Рисунок 1.1 - Потребление тарного стекла в разных сегментах экономики

По данным на 2021 год, в Российской Федерации функционировали несколько

десятков линий по производству стеклотары мощностью от 150 до 300 т стекломассы в

сутки. Наиболее распространённой технологией является формование расплавленного

стекла в изделия при помощи автоматизированных секционных машин. На некоторых

небольших производствах сохранились полуавтоматические машины карусельного

типа.

Из-за транспортных расходов большая часть стеклянной тары продаётся в

пределах 500 км от места производства. Это не относится к сектору фармацевтического

и парфюмерного тарного стекла, где, напротив, доля логистики в себестоимости

незначительная.

С эколого-экономической точки зрения большой вклад в увеличение

себестоимости и воздействия на окружающую среду вносит маркетинговая политика

производителей пищевой продукции, которая вынуждает стекольные предприятия

производить большой ассортимент тары. Требования по изменению объёма, формы,

цвета тары приводят к усложнению приёмки и сепарации стеклобоя, содержанию

разнообразных пресс-форм, а главное - к необходимости постоянных переводов линии,

сопровождаемых выведением агрегатов из рабочих параметров, увеличением

потребления ресурсов и снижением производительности. Введение культуры

использования стандартной стеклянной тары, безусловно, будет способствовать

улучшению ситуации.

1.4.3 товое стекло

Производство изделий из сортового стекла - подотрасль, выпускающая широкий

спектр продукции. Основной ассортимент продукции составляют многочисленные виды

столовой посуды, посуды для приготовления пищи, а также декоративные изделия,

включая изделия на ножке, чашки, тарелки, вазы и сувенирные предметы. Следует

отметить, что изделия на ножке (бокалы, фужеры, рюмки) составляют более 50 %

объёма производства. Свинцовый хрусталь и хрустальные стёкла используются для

производства изделий на ножке, графинов, ваз, сувенирных и художественных изделий.

Глушёное (опаловое) стекло применяют для получения столовой посуды и частично

посуды для приготовления пищи. Боросиликатные стёкла находят применение для

изготовления жаростойкой посуды.

Подотрасль сортового стекла занимает более 4 % общего объёма производства

стекольной промышленности. Изготовление сортового стекла в XX веке получило очень

широкое распространение по всей России, но в настоящее время большинство заводов

работают на малой мощности; общий объём производимой продукции составляет

приблизительно 0,5 млн т стеклоизделий в год, более 90 % приходится на продукцию из

бесцветного и окрашенного натрий-кальций-силикатного стекла [17].

В настоящее время крупнейшими производителями являются подразделение

группы Şişecam (Нижегородская область) и ООО «Опытный стекольный завод» (г. Гусь-

Хрустальный).

Диапазон выпускаемой продукции - от большого количества массовых изделий

до дорогостоящих хрустальных графинов, бокалов, салатников, ваз, эксклюзивных

кубков и высокохудожественных изделий. Методы изготовления продукции

предусматривают использование как ручного труда (ручной выдув стеклоизделий,

огранка, гравировка), так и полностью автоматизированных устройств. Для придания

стеклу разнообразных цветов и оттенков используются оксиды металлов, начиная с

широко распространённых меди и железа и заканчивая редкими иттербием и ураном.

В Российской Федерации предприятия по производству хрусталя (содержит не

менее

% оксида свинца PbO) единичны и обладают производительностью

значительно ниже установленного суточного порога в 20 тонн. Поэтому производство

хрусталя в рамках технологий изготовления сортовой посуды в рамках настоящего

справочника не рассматривалось.

1.4.4 Стекловолокно

Современный уровень развития техники вызывает необходимость создания

новых материалов, обладающих особыми, не присущими природным материалам

свойствами. К таким новым синтетическим материалам относятся стеклянные волокна

(стекловолокно). Стекловолокно обладает ценными свойствами: негорючестью,

стойкостью к коррозии и биовоздействию, достаточно высокой прочностью и

сравнительно малой плотностью в сочетании с прекрасными оптическими, электро-,

тепло-, звукоизоляционными свойствами. Оно находит всё большее применение в

различных отраслях промышленности. Промышленное производство непрерывного

стеклянного волокна в Советском Союзе впервые организовано в 1942 году.

В 2021 году в России было произведено 180 тыс. т стекловолокна [18], из них

примерно 75 % поступает на следующий передел в изделия (лента, ровинг (ровница),

пряжа из стекловолокна, рубленое стекловолокно), большая же часть используется в

изоляционных материалах. Производством занимается более

20 предприятий,

наиболее крупными являются АО «ОС Стекловолокно» (г. Гусь-Хрустальный), ООО

«УРСА Евразия» (Новгородская и Московская области).

Стеклянные волокна служат конструкционными, электро-, звуко- и

теплоизоляционными материалами. Их используют в производстве фильтровальных

материалов, стеклопластиков, стеклянной бумаги и др. Как правило, А-стекло

перерабатывают в штапельные волокна и используют в виде матов и плит для звуко- и

теплоизоляции. Стекловолокнистые материалы благодаря высокой пористости имеют

малый коэффициент теплопроводности

(0,03-0,036 Вт/(м·К)). Ткани из С-стекла

применяют в химической промышленности для фильтрации кислотных и щелочных

растворов, для очистки воздуха и горячих газов. Срок службы фильтров из стеклянного

волокна значительно выше, чем фильтров из обычных текстильных материалов. Ткани

из стекла А и E используют в производстве стеклотекстолитов. Из высокопрочных

волокон S-стекла получают композиты для самолёто- и аппаратостроения. Кварцевые

волокна являются высокотемпературными диэлектриками и жаростойкими

материалами. Для защиты от действия рентгеновского и радиоактивного излучения

используют так называемые многосвинцовые и многоборные стеклянные волокна.

Оптические (светопрозрачные) стеклянные волокна применяются в производстве

световодов и стекловолокнистых кабелей.

1.4.5 иликат натрия растворимый

Растворимые силикаты натрия и калия являются продуктами производства

(товарной продукцией) стекольных заводов различного профиля. Натриевая силикат-

глыба является, как правило, содовой (карбонатной), лишь в отдельных случаях в

качестве натриевого компонента применяют сульфат натрия, в основном в смеси с

содой. Жидкие стекла, сваренные из калиевой силикат-глыбы, отличаются большей

вязкостью. Для варки калиевой силикат-глыбы используются печи малой

производительности, так как её потребление низкое (из-за высокой стоимости), а для

натриевой - печи бóльшей производительности, от 30 до 350 т/сут. Натриевые и

калиевые жидкие стёкла, полученные из силикат-глыбы, применяют во многих отраслях

промышленности: лакокрасочные материалы и покрытия; литейное производство;

электродно-флюсовое производство; производство строительных материалов;

производство моющих средств; нефтедобыча; горно-обогатительная индустрия;

химическая промышленность.

Из общего выпуска растворимых силикатов основное количество (свыше 90 %)

приходится на растворимый силикат натрия (силикат-глыбу), в связи с чем в настоящем

документе рассматривается именно производство растворимого силиката натрия. В

2021 году объём производства в Российской Федерации составил более 150 тысяч тонн.

Термин «специальное стекло» включает электровакуумное стекло, химико-

лабораторное стекло (стеклянные трубки, колбы, мензурки и воронки), стекло для

осветительных приборов (трубки и колбы), боросиликатные стеклянные трубки,

оптическое стекло, кварцевое стекло, стекло для электронной промышленности и др.

Однако в этой группе практически нет крупных предприятий, сравнимых по объёмам

производства с заводами листового или тарного стекла, которые выпускали бы только

продукцию этой группы.

1.5 Экологические аспекты производства стекла и воздействие

предприятий отрасли на окружающую среду

Основные факторы воздействия на окружающую среду связаны с процессами

стекловарения и подготовки шихты (преимущественно выбросы отходящих газов), а

также формования и обработки изделий (образование отходящих газов и

производственных сточных вод)

[19]. В производстве стекла основная масса

газообразных выбросов образуется на стадиях приготовления шихты и стекловарения.

Главными источниками воздействия в составных цехах являются участки сушки и

просева кварцевого песка, где запылённость частицами размером менее

5 мкм

достигает 10-100 мг/м³. Аналогичное положение наблюдается на участках дробления и

смешивания компонентов, где пыль насыщается щелочными компонентами (до 25 %). С

80-х годов XX века предприятия имеют возможность работать с готовыми сырьевыми

материалами, кондиционирование которых происходит на горно-обогатительных

комбинатах, что привело к сокращению воздействия от составных цехов, в которых

разгружаются компоненты шихты, перемалываются до получения однородной массы,

очищаются и обогащаются. Практически любое перемещение сырьевых материалов

происходит в закрытых транспортировочных конвейерах, смесителях и другом

оборудовании, оснащенном мощными вентиляционными системами, что превращает

составные цеха в помещения с малоопасным для здоровья работников предприятия

содержанием пылевидных частиц в воздушном пространстве.

Основные загрязняющие вещества (ЗВ), выделяющиеся в процессе производства

стекла, приведены в таблице 1.5. Технологические показатели приведены для лучших

европейских предприятий.

Т а б л и ц а 1.5 - Влияние вида производства на количество пылевидных и газообразных

выбросов в отходящих газах, кг/т [1]

Вид производства

Наименование выброса

Листовое

Тарное

Взвешенные вещества

0,36-1,40

0,40-0,86

Оксиды азота NОx

2,50-4,70

1,51-4,10

Диоксид серы SO2

0,5-4,0

0,8-3,0

Диоксид углерода СО2*

420-550

323-560

* Диоксид углерода не относится к ЗВ, но является газом, вносящим основной вклад в

парниковый эффект; данные приведены по Охвату 1 (эмиссии на промплощадке).

Как видно из представленных данных, разница в размере выбросов

высокопроизводительных производств тарного и листового стекла невелика и

определяется большим расходом газа в стекловаренной печи с поперечным

направлением пламени. Доля выделяющихся оксидов азота примерно в два с половиной

раза больше суммы эмиссий всех остальных вредных продуктов. Снизить эти

параметры достаточно сложно, поскольку азот является основным газом в составе

атмосферного воздуха, необходимого для горения топлива. Оксид углерода является

продуктом неполного сгорания топлива, а диоксид углерода - сгорания топлива и

разложения карбонатного сырья. Снижение выбросов этих газообразных веществ может

быть достигнуто за счёт перехода на новые виды сырьевых и энергетических

компонентов.

Классификация побочных продуктов, выделяющихся в процессе производства

стекла, показаны на рисунке 1.2 [20].

Пылевидные мелкодисперсные фракции сырьевых материалов, которые

формируют выбросы на стадии составления шихты, при загрузке шихты в

стекловаренную печь и при стекловарении, а также газообразные продукты горения

топлива и разложения карбонатных сырьевых материалов, образуют поток газов,

которые выходят через дымовую трубу. Возможность установки газоочистного

оборудования на пути отходящих через дымовую трубу газов ограничена

технологическими требованиями по поддержанию тяги и, как следствие, рабочей

температуры, необходимой для стекловарения, что особенно актуально для

предприятий, производящих стеклянную тару (на высокопроизводительных печах по

производству листового стекла обязательно встраивается газоочистка). Пылевидные

частицы постепенно осаждаются и загрязняют любую поверхность, на которой

оказываются. Пыль может быть причиной профзаболеваний кожи и дыхательных путей,

порчи одежды, обуви, оборудования, водоёмов и т.п.

Сбросы стекольных предприятий в водные объекты представлены в настоящее

время в основном хозяйственно-бытовыми стоками предприятий, которые поступают в

коммунальные системы очистки. В целом производство стекла (кроме отдельных видов

сортового стекла) не оказывает влияния на водные объекты. Вода используется в

основном для очистки и охлаждения и может быть легко собрана, обработана и

использована повторно. Собственными мощностями по очистке сточных вод

предприятия, как правило, не располагают. Аналогично ливневые стоки с промплощадки

попадают в ливневую канализацию населённого пункта, в котором расположено

предприятие.

Рисунок 1.2 - Классификация побочных продуктов процесса производства стекла

Отходы стекла, которые образуются на каждой стадии технологического процесса

изготовления изделий, относятся к возвратным и в виде боя направляются обратно в

производственный цикл (кроме производства стекловолокна). Образование иных

категорий отходов незначительно (представлено в основном отходами упаковки и

жизнедеятельности самого предприятия).

1.6 Природоохранная деятельность стекольных предприятий и

способы оценки уровней воздействия на окружающую среду

Природоохранная деятельность стекольных производств определяется тремя

положениями:

- взаимным влиянием методов снижения различных негативных воздействий на

примере основного производственного процесса;

- влиянием различных методов борьбы с загрязнениями окружающей природной

среды, объёмов использования энергии и материалов, а также экономическими

аспектами этого влияния;

- приемлемым балансом между экологическими выгодами (снижением

выбросов и сбросов некоторых загрязняющих веществ, общими последствиями для

природной среды) и финансовыми затратами [21].

В официальных материалах федерального уровня воздействие крупных

предприятий по производству стекла на окружающую среду (ОС) отражается в позициях

«Производство прочих неметаллических минеральных продуктов», причём в статистике

есть валовый учёт либо в целом по позиции (группа 23 по ОКВЭД), либо по отрасли

(группа

23.1). Более детализированной группировки факторов воздействия на

окружающую среду в рамках отрасли не проводится.

В материалах регионального уровня (управлений Росприроднадзора по

соответствующим субъектам Федерации) накапливаются сведения о воздействии на ОС

экономики региона в целом, в том числе предприятий по производству стекла. В

аналитических материалах (отчётах и докладах о состоянии ОС регионального уровня)

сведения о воздействии стекольной отрасли получают отражение в обобщённом виде:

приводится общая масса выбросов ЗВ или общий объём сбросов сточных вод, в редких

случаях - доли крупнейших предприятий в формировании выбросов, сбросов и отходов

(по республике, области, краю).

Считается, что площадки международных компаний, функционирующие в России,

реализуют те же технологические процессы и методы минимизации негативного

воздействия на ОС, что действуют в Европейском союзе (ЕС), однако ни в отчётах об

оценке воздействия на ОС, ни в разрешительной документации такие сведения, как

правило, не обсуждаются.

Предприятия по производству стекла расположены во многих субъектах

Российской Федерации: для производства требуются общераспространённые полезные

ископаемые, во многих случаях перевозки продукции на дальние расстояния (более 500

км) оказываются нерентабельными. Некоторые крупные компании, выпускающие

стекло, упомянуты в ряде регионов России в числе основных загрязнителей ОС, в то же

время в докладах о состоянии ОС отмечается, что ряду предприятий удалось

усовершенствовать технологические процессы и внедрить новую средозащитную

технику.

В основных подотраслях, таких как производство листового и тарного стекла,

большинство технологических, технических и управленческих решений, а также

технологических показателей, характерных для европейских компаний, достаточно

чётко отражало практику и результаты работы передовых российских предприятий.

Поэтому при оценке типичных для России уровней воздействия на ОС члены ТРГ-5

использовали как результаты анкетирования отечественных предприятий, так и

сведения, приведённые в справочном документе ЕС. При этом предпочтение

отдавалось методам экспертной оценки, к участию в которой были привлечены практики

с ведущих предприятий по производству листового и тарного стекла, стекловолокна,

сортового стекла и силиката натрия растворимого. Результаты оценки приведены в

разделе 3.

Воздействие стекольного производства на окружающую среду определяется как

характером технологических процессов и особенностями используемого сырья, так и

подходами в управлении природоохранной деятельности и экологического контроля за

соблюдением мероприятий в области охраны ОС.

Раздел 2 Технологические, технические решения и системы

менеджмента, используемые в настоящее время при

производстве стекла в Российской Федерации

2.1 Технологические процессы и способы производства изделий из стекла

Ассортимент изделий из стекла постоянно расширяется в соответствии с

растущими потребностями различных отраслей хозяйства. Основные технологические

стадии (этапы или технологические переделы) одинаковы при изготовлении

большинства видов изделий из стекла и включают: обработку и хранение сырьевых

материалов, приготовление из них шихты (смеси с определённым соотношением

сырьевых материалов), высокотемпературную варку шихты и получение расплавленной

стекломассы, формование изделий и отжиг изделий. В зависимости от вида продукции

в стандартную технологическую схему могут быть внесены стадии горячей и холодной

химической или механической обработки, упрочнения, окрашивания и т. п. [22]

В настоящем разделе представлена общая технология производства стекла и

типовые технологические схемы производства основных видов изделий (см. разделы

2.2-2.6). Общая схема технологического процесса показана на рисунке 2.1, описания

процессов приведены в таблице

2.1, перечень применяемого технологического

оборудования

- в таблице

2.2, перечень применяемого природоохранного

оборудования - в таблице 2.3.

Рисунок 2.1 - Общая схема технологического процесса производства стекла

Т а б л и ц а 2.1 - Описание технологического процесса производства стекла

Основное

Входной поток

Этап процесса

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

оборудование

Компоненты

Приготовление

Шихта

Измельчители,

Взвешенные

шихты

(в

шихты

конвейеры,

вещества

зависимости от

дозаторы, силосы

вида

стеклоизделий)

Шихта

Подогрев

Предварительн

Нагреватели,

Взвешенные

шихты

нагретая

рекуператоры,

вещества

загрузка в печь

шихта

конвейеры

Предваритель-

Варка

Стекломасса

Стекловаренная

Взвешенные

но

нагретая

стекломассы

(либо силикат

печь

вещества,

шихта

натрия

NO, CO, NO2,

растворимый)

CO2, SO2

Стекломасса

Формование

Стеклоизделие

Флоат-ванны,

Пары олова,

стекла

стеклоформующие

HCl,

машины

эмульсий

Стеклоизделие

Горячее

Стеклоизделие

Установки по

SO2, пары

упрочнение

(упрочнённое)

нанесению

растворов,

(если

покрытия

эмульсий

требуется)

Стеклоизделие

Отжиг

Стеклоизделие

Печи отжига (леры)

NO, CO, NO2,

(возможно

(отожженное)

CO2

упрочнённое)

Стеклоизделие

Холодное

Стеклоизделие

Установки

по

Отсутствуют

(отожженное)

упрочнение

(с

защитным

нанесению

(если

покрытием)

покрытия

требуется)

Стеклоизделие

Обработка

Обработанное

Установки обжига,

Взвешенные

(возможно

(если

стеклоизделие

полировки, огранки,

вещества,

защитным

требуется)

резки

NO, CO, NO2,

покрытием)

CO2, HF, SiF4

Обработанное

Дополнительны

Составное

Линии

Отсутствуют

стеклоизделие

переделы

стеклоизделие

производства

(если

стеклопакетов,

требуются)

многослойных,

закалённых,

автомобильных,

низкоэмиссионных

стёкол и др.

Стеклоизделие

Упаковка

Упакованное

Линии

упаковки,

Отсутствуют

(все типы)

стеклоизделие

конвейеры

Т а б л и ц а

2.2 - Перечень технологического оборудования, применяемого в производстве

стекла

Существенные

характеристики

Наименование оборудования

Назначение оборудования

технологического

оборудования

Загрузочные бункеры

Приём и хранение

Объём

(силосы)

компонентов шихты

Сушилки

Удаление избыточной

Производительность,

влажности

энергопотребление

Сепараторы

Обогащение компонентов

Производительность,

шихты

энергопотребление

Измельчители (дробилки)

Измельчение компонентов

Производительность,

шихты

энергопотребление

Смесители

Гомогенизация

Производительность,

энергопотребление

Конвейеры

Транспортировка

Скорость, размеры,

энергопотребление

Котлы

Подогрев носителя

Производительность

Стекловаренные печи

Варка стекломассы

Производительность,

энергопотребление

Стеклоформующие машины

Формование стекломассы

Производительность,

энергопотребление

Печи отжига (леры)

Отжиг (студка)

Производительность,

стеклоизделий

размеры,

энергопотребление

Установки нанесения

Нанесение упрочняющих и

Производительность

покрытий

защитных покрытий

Установки по обработке

Резка, огранка и т.п.

Производительность,

энергопотребление

Упаковочная машина

Упаковка стеклоизделий

Производительность,

энергопотребление

Т а б л и ц а 2.3 - Перечень природоохранного оборудования, применяемого в производстве

стекла

Существенные

характеристики

Наименование оборудования

Назначение оборудования

природоохранного

оборудования

Скрубберы

Газоочистка от различных

Производительность,

загрязняющих веществ

степень очистки

Фильтры воздушные

Газоочистка от взвешенных

Производительность,

веществ

степень очистки

Электрофильтры

Газоочистка от взвешенных

Производительность,

веществ

степень очистки

Экономайзеры (утилизаторы

Утилизация

тепла

Эффективность

тепла)

отходящих

газов,

теплопередачи

газоочистка от взвешенных

веществ

Установки

оборотного

Экономия водных ресурсов

Производительность

водоснабжения

Установки водоподготовки

Повышение

качества

Производительность

используемой воды

Локальные

очистные

Очистка сточных вод

Производительность,

сооружения

степень очистки

2.1.1 ырьевые материалы и подготовка шихты

Наиболее распространённым в массовом производстве тарного, листового и

сортового

стекла

является

базовый

пятикомпонентный

натрий-кальций-

алюмосиликатный состав, представленный следующими оксидами, масс. %: SiO2 - 68-

- 73, Al2O3 - 0-3, Na2O - 14-17, CaO - 0-11, MgO - 0-5 [23, 24].

Сырьевые материалы, которые используются для производства стекла, делятся

на основные и вспомогательные. К основным относятся искусственные и природные

материалы, которые содержат компоненты, обеспечивающие оксидный состав,

температурно-временной режим варки, способ формования стекла, режим отжига и

физико-химические свойства изделий. К вспомогательным относятся соединения,

отвечающие за процессы осветления (осветлители), окрашивания и глушения

(красители и глушители), а также регулирования кислотно-основных и цветовых

характеристик (окислители и восстановители) стекломассы и изделий.

Критериями выбора того или иного сырьевого материала для производства стекла

служат содержание в нём основного компонента, содержание вредных (красящих,

тугоплавких и т. п.) примесей и гранулометрический состав. В производстве бесцветных

стёкол повышенного качества правильнее использовать синтетические и искусственные

сырьевые материалы (сода, поташ, технический глинозём, борная кислота, оксид

свинца и т. д.), тогда как при изготовлении изделий из полубелых и цветных стёкол более

рационально использовать природное сырьё (полевые шпаты, нефелин, каолин, мел,

мрамор, известняк и т. п.). Природное сырьё дешевле синтетического и искусственного,

но отклонения как в содержании основного компонента, так и в составе примесей может

резко отличаться от партии к партии, что следует учитывать при выборе того или иного

вида сырья.

2.1.1.1 Базовые компоненты шихты

Кварцевый песок - источник оксида кремния (SiO2), основного компонента в

составе стекла [25]. Кварцевый песок - продукт разрушения горных пород; состоит из

зёрен кварца и примесей (глина, полевошпатовые породы, уголь, соединения железа и

др.). В составе всех песков встречается наиболее вредная примесь оксид железа,

окрашивающая стекло в зелёный или жёлтый цвет. В песках присутствуют также

красящие оксиды хрома Сг2O3 и титана ТiO2. Оксид хрома окрашивает стекло в зелёный

цвет, а диоксид титана в присутствии железа окрашивает стекло в жёлтый цвет.

Содержание в песке Сг2O3 не должно превышать 0,0001 %, а ТiO2 - 0,05 % по массе.

Природные пески обычно содержат окрашивающих примесей больше, чем

допускается стандартом, поэтому пески обогащают и тем самым повышают содержание

основного вещества. Основные способы обогащения: промывка, флотооттирка,

магнитная сепарация. Большое значение для стекловарения имеет зерновой состав

песка. Наилучшими являются пески с зернами размером 0,15-0,3 мм, в которых не

должно содержаться более 5 % зёрен крупнее 0,5 мм и более 8 % зёрен мельче 0,1 мм

(пыли).

Оксиды щелочноземельных металлов. Основными щелочноземельными

оксидами, входящими в состав стекла, являются оксид кальция СаО и оксид магния

MgO. Оксид кальция повышает химическую устойчивость стекла, облегчает процесс

варки и осветления стекломассы. Вводят оксид кальция в стекло с помощью природных

карбонатов кальция, известняка, мела и мрамора.

Известняк СаСO3 - осадочная горная порода белого и светло-серого цвета.

Природный известняк, используемый в стекловарении, должен содержать не менее 42-

54 % по массе оксида кальция и не более 0,1-0,2 % оксидов железа.

Мел - мягкая осадочная порода белого цвета. Включения оксидов железа

придают ему желтоватый оттенок, а глины - сероватый. Содержание СаО в меле

должно быть не менее 54,3 %, а оксидов железа - не более 0,2 %. Известняки и мел,

пригодные для стекольной промышленности, широко распространены в природе.

Мрамор - горная порода, содержит до 99-99,5 % СаСO3 и небольшое количество

оксида железа - 0,015 %, характеризуется постоянством химического состава. Оксид

магния MgO улучшает ряд важных физико-химических свойств стекла. При замене

оксида кальция оксидом магния повышается механическая прочность стекла,

понижается коэффициент расширения стекла, уменьшается склонность стекла к

кристаллизации. Вводят оксид магния в стекло природным материалом - доломитом

СаСО3•MgCO3. Иногда MgO вводят магнезитом или доломитизированным известняком.

Доломит

- твёрдая светло-серая

осадочная

порода, окрашиваемая

соединениями железа в жёлто-коричневый цвет. По качеству природный доломит для

производства стекла должен содержать: для высшего сорта не менее 19,5 % MgO, а для

остальных сортов - не менее 18 % по массе; содержание СаО соответственно не более

32 и 34 %; содержание Fe2O3 - 0,1-0,4 %. Обогащённый доломит используется в виде

порошка. Перед введением его в шихту проводят контрольный просев.

Оксиды щелочных металлов. В состав стекла входят оксиды натрия Na2О и

калия К2О. Присутствие оксидов щелочных металлов в многокомпонентных стёклах

понижает термическую и химическую устойчивость стёкол, ослабляет их механические

и диэлектрические свойства. Наряду с этим, они способствуют снижению вязкости

расплавов и температуры варки стекол. Оксид натрия вводят в стекло через

кальцинированную соду и сульфат натрия, а оксид калия - через поташ, содово-

поташную смесь и селитру.

Кальцинированная сода Na2CО3 - основной материал для ввода в стекло оксида

натрия. Сода представляет собой белый пылевидный порошок, который хорошо

растворяется в воде. Согласно требованиям стандарта, в прокалённой соде

содержание Na2CО3 должно быть не менее 99 % по массе. В процессе стекловарения

сода разлагается, при этом 58,5 % Na2О переходит в стекломассу и 41,5 % СО2

улетучивается в атмосферу печи. Искусственную лёгкую соду получают по аммиачному

способу (метод Сольве). Сода отличается мелкодисперсностью (55 % частиц размером

менее 0,1 мм), она малосыпучая, плохо перемешивается с другими компонентами

шихты, слёживается и зависает в бункерах, сильно распыляется. Хранят соду в сухих

закрытых складах или в силосах (банках). Гранулированная сода (размер гранул 0,1-1,2

мм) не имеет отмеченных выше недостатков.

Сульфат натрия Na2SО4 вводят в состав шихты от 5 до 15 % по массе Na2О

взамен части соды, но преимущественно не с целью её замены, а как необходимый

компонент для нормального течения стекловарения. При введении в стекло в малых

количествах (0,5 0,7 % по массе Na2О) сульфат натрия, вероятно, ускоряет процесс

осветления стекломассы. Сульфат натрия бывает искусственный, образующийся как

побочный продукт на заводах по производству соляной и азотной кислот, и природный,

большие запасы которого находятся в Прикаспийском районе в заливе Кара-Богаз-Гол.

По техническим условиям природный сульфат натрия первого сорта должен содержать

Na2SО4 не менее 96,5 % по массе.

Поташ К2СО3 - искусственный белый материал, легко растворим в воде,

гигроскопичен, комкуется. Хранят его в сухих помещениях в плотно закрытых ёмкостях.

Для стекловарения применяют, главным образом, кальцинированный поташ, который

по стандарту должен содержать не менее 98 % по массе К2СО3. Введение в состав

стекла оксида калия взамен оксида натрия придаёт стеклу блеск и прозрачность,

улучшает оттенок стекла. В связи с этим его вводят в стекло в основном при

производстве сортовой посуды, хрусталя, цветных и оптических стекол для увеличения

«длины» (вязкостной характеристики при формовании) стекла.

Оксид алюминия Al2O3 и алюмосиликаты улучшают стойкость к химическому

воздействию. Нефелиновый концентрат - продукт обогащения апатитонефелиновой

руды в виде тонкозернистого порошка серого цвета со сравнительно постоянным

зерновым и химическим составом. содержит по массе не менее 29 % Аl2O3. В связи с

высоким содержанием оксидов железа

% по массе) его не применяют при

производстве изделий из бесцветного стекла. В качестве природных источников оксида

алюминия используют также пемзу, вулканический пепел, липарит, пегматиты, каолины,

полевые шпаты. Поступают они на стекольные заводы измельчёнными и упакованными

в мешки и вводятся в состав шихты предварительно хорошо смешанным с содой для

снижения температуры плавления.

Для варки специальных и оптических стёкол применяют оксиды некоторых

металлов.

Оксид свинца PbO - тяжёлый легкоплавкий материал, который увеличивает

показатель преломления стекла, придаёт блеск и повышает плотность, снижает

теплоёмкость и температуру плавления, способствует лучшему растворению и

распределению красителей в стекле, применяют в производстве оптического стекла,

изделий из хрусталя, искусственных драгоценных камней. Свинцовые стёкла легче

поддаются гранению, шлифованию и полированию. Вводят оксид свинца в стекло в

составе свинцового сурика Рb3O4 или свинцового глета РbО. На стекольных заводах

чаще всего используют свинцовый сурик, представляющий собой порошок ярко-

оранжевого цвета. Оксиды свинца легко восстанавливаются до металлического свинца,

поэтому вводить в шихту их следует вместе с веществами, выделяющими кислород

(окислителями).

Оксид цинка ZnO применяют в производстве сортовой посуды, светотехнических

изделий, а также механически прочных, термостойких и химически устойчивых

технических стёкол. Оксид цинка придаёт стеклу значительную термическую и

химическую устойчивость, в связи с чем цинковые стёкла весьма устойчивы к резким

изменениям температуры и применяются для производства лабораторной посуды.

Вводят оксид цинка в стекло через цинковые белила, содержащие не менее 96 % ZnO;

в отдельных случаях - в виде углекислого цинка ZnCО3, встречающегося в природе в

качестве минерала галмея (цинковый шпат) или азотнокислого цинка Zn(NО3)2.

Оксид бария ВаО повышает блеск и показатель преломления стекла, улучшает

диэлектрические свойства, поэтому его применяют в производстве оптических и

специальных стёкол, а также при производстве бариевого хрусталя. Частичная замена

оксида кальция оксидом бария уменьшает вязкость и склонность расплава стекла к

кристаллизации. Вводят оксид бария в стекло карбонатом бария ВаСО3, сульфатом

бария BaSО4 или нитратом бария Ba(NО3)2. Карбонат бария - белый кристаллический,

нерастворимый в воде порошок, вырабатывается химическим путем и содержит 77,7 %

ВаО. Природный карбонат (витерит) встречается очень редко. Сульфат бария бывает

природный (минерал барит или тяжелый шпат) и искусственный. Если в состав шихты

вводят более 5 % ВаО, то в этом случае в шихту добавляют углерод (5-7 % по массе от

массы BaSO4). Нитрат бария применяют главным образом при варке оптического

стекла. Стекломасса с бариевыми соединениями сильно разъедает огнеупор.

Среди сырьевых материалов для специальных видов стёкол, например, для

выработки стекловолокна, необходимо использовать борную кислоту (H3BO3), поскольку

оксид бора (B2O3) повышает химическую стойкость к агрессивным средам, а также

оксиды титана TiO2 и циркония ZrO2.

2.1.1.2 Ускорители, осветлители, окислители и восстановители

Ускорители, осветлители, окислители и восстановители

- это соединения,

выделяющие газовую фазу при высоких температурах за счёт реакций разложения или

окисления-восстановления [26].

Для ускорения стекловарения применяют соединения фтора и хлора, а также

нитраты натрия, калия, бария и аммонийные соли, способствующие появлению жидкой

фазы при более низких температурах и тем самым увеличению скорости процесса

силикатообразования. Шихта с добавкой 1 % фтора при 1450 °С гомогенизируется в два

раза быстрее, чем шихта без фтора.

Кремнефтористый натрий Na2SiF6 - отход химических производств, сильно летуч,

токсичен. Вводят в состав шихты из расчёта 0,3-0,5 % фтора сверх основного состава

стекла. Наряду с положительными факторами, применение фторидов вызывает ряд

отрицательных явлений. Фториды усиливают разрушение огнеупорных материалов

стекловаренных печей и, вследствие большой летучести, вместе с дымовыми газами

выделяются в окружающую среду.

Хлористый натрий NaCl (поваренную соль) вводят в состав шихты от 1,5 до 3 %

её массы. Как и фториды, NaCl сильно летуч. В процессе стекловарения теряется по

массе до 35 % добавляемого хлорида натрия.

Осветлители

- материалы, вводимые в состав шихты и способствующие

освобождению стекломассы от газовых включений. В качестве осветлителей

используют сульфат натрия, селитру, а также аммонийные соли. Сульфат натрия

Na2SO4 вводят в состав шихты в количестве 0,5-1 % по массе. Натриевая селитра

NaNO3 содержит до 99 % основного вещества и в процессе стекловарения разлагается

при температуре 725 °С, в зависимости от окислительно-восстановительной среды, с

выделением оксидов кислорода и азота. В качестве осветлителя используют также и

калиевую селитру KNO3, которая разлагается при 925 °С. Из аммонийных солей вводят

в состав шихты азотнокислый аммоний NH4NО3 в количестве 0,25 % от массы шихты,

сернокислый аммоний (NH4)2SО4 в количестве от 0,5 до 3 %, а также хлористый аммоний

NH4Cl - 0,25 %.

Обесцвечиватели вводят в состав шихты для устранения зелёного оттенка,

придаваемого стеклу оксидами железа. Примеси железа, содержащиеся в сырьевых

материалах, обусловливают присутствие в стекле соединений железа в виде оксида

железа FeO, окрашивающего стекло в голубовато-зелёный цвет, и в виде оксида железа

Fe2О3, окрашивающего стекло в жёлто-зелёный цвет. Интенсивность окраски зависит от

общего содержания в стекле оксидов железа. При производстве многих видов изделий

из стекла такая окраска не допускается, поэтому для её устранения и применяют

обесцвечивающие материалы. Различают обесцвечивание физическое и химическое.

Физический способ обесцвечивания эффективен при общем содержании оксидов

железа в стекле не более 0,08 %, а химический - при 0,06 %. При физическом

обесцвечивании в состав стекла вводят красители, которые окрашивают его в цвет,

дополнительный к окраске соединениями железа, и нейтрализуют нежелательный

оттенок, поглощая избыток зелёных лучей. В качестве физических обесцвечивателей

применяют селен, закись никеля, оксид кобальта, перекись марганца и оксиды

редкоземельных элементов (неодима и эрбия).

Селен Se вводят в шихту совместно с оксидом кобальта СоО, что обеспечивает

наилучший результат, так как синяя окраска оксида кобальта компенсирует лёгкую

желтовато-розовую окраску, получаемую при использовании одного селена. Кроме

элементарного селена, его вводят в виде селенисто-натриевой соли Na2SeО3,

содержащей до 45,6 % элементарного селена. Содержание селена в стекле составляет

0,005-0,01 %, оксида кобальта - 0,0001 %. Селен обладает высокой летучестью,

поэтому его количество, остающееся в стекле, не превышает 25-30 % от вводимого.

Оксид никеля NiO чаще всего вводят совместно с селеном и оксидами кобальта.

Диоксид марганца МnO2 при стекловарении разлагается с выделением

кислорода. Образующийся оксид марганца MnO окрашивает стекло в дополнительный

жёлтый цвет и способствует физическому обесцвечиванию, а кислород играет роль

химического обесцвечивателя. Следовательно, встречающийся в природе минерал

пиролюзит, содержащий до 90 % МnО2, является обесцвечивателем смешанного типа.

В том же качестве обесцвечивателей применяют вещества из группы редких земель.

Оксид неодима Nd2O3 вводят в состав стекла в количестве 0,005-0,007 %,

который придаёт стеклу лилово-розовую окраску. Оксид эрбия Еr2O3 в количестве 0-

0,2 % окрашивает стекло в бледно-розовый цвет.

При химическом обесцвечивании имеющееся в стекле железо переводят в

трёхвалентную форму, так как удельное поглощение света двухвалентного железа Fe²⁺

в области видимых лучей спектра в 10 раз больше трёхвалентного Fe³⁺. Химически

обесцвеченное стекло обычно имеет слабый желтовато-зелёный оттенок, обладая при

этом высоким светопропусканием.

С целью обеспечения в шихте избытка кислорода применяют окислители

(вещества, которые при разложении выделяют кислород), являющиеся химическими

обесцвечивателями. К ним относятся селитры, диоксид церия.

Диоксид церия СеО2 - сильнейший окислитель. Его вводят в состав стекла в

количестве 0,07-0,1 %. На практике применяют цериевый концентрат, содержащий

87,4-91,5 % СеО2. Широкое распространение диоксид церия получил в производстве

изделий из хрусталя.

Наиболее распространённые соединения, которые используют в качестве

восстановителей, - углерод в виде угля или сажи, виннокислый калий КНС4Н4O6.

2.1.1.3 Красители и глушители

К вспомогательным сырьевым материалам относят также красители, придающие

стеклу свой оттенок. Процесс окрашивания стекла основывается на протекании

окислительно-восстановительных реакций, переводе красящих ионов в необходимое

валентно-координационное состояние, а также стабилизации размеров атомов и

молекул в составе стекла. Окрашивают стёкла в различные цвета соединениями

металлов, которые растворяются в стекломассе (молекулярные красители) или

равномерно распределяются в виде мельчайших коллоидных частичек (коллоидные

красители). Окрашивание стекла зависит не только от свойств красителей, но и от

химического состава стекла и условий варки.

Молекулярные красители - это соединения кобальта, марганца, никеля, меди,

железа, урана, селена, хрома, кадмия.

Соединения кобальта окрашивают стекло в синий цвет. При содержании оксидов

кобальта СоО и Со2О3 в количестве 0,05 % окраска стекла синеватая, а при 0,5 % - ярко-

синяя. Калиевые стекла получают более интенсивное синее окрашивание, чем

натриевые. Окраска соединениями кобальта не зависит от режима стекловарения и при

использовании совместно с другими красителями (солями хрома и меди) можно

получить окраску стекла от зеленовато-синей до зелёной.

Соединения марганца окрашивают стекло в фиолетовый цвет при содержании

оксида марганца Мn2О3 до 3 % и чёрный - при содержании 12-20 %. С этой целью в

состав шихты вводят природный минерал - пиролюзит МnO2 или препарат перманганат

(марганцево-калиевую соль) КМnO4. Соединения никеля Ni2O3, NiO окрашивают стекло

в красновато-фиолетовый (при содержании NiO 2-3 %) и дымчатый (0,08-0,25 %) цвета.

Вводят в шихту триоксид никеля Ni2O3 (порошок чёрного цвета). Окрашивание

соединениями никеля хорошо воспроизводимо и не зависит от условий стекловарения.

Соединения меди в зависимости от концентрации, состава стекла и условий

окрашивания придают стеклу синий, голубой, зелёный и красный цвета. Оксид меди СuО

окрашивает стекло в голубой, слегка зелёноватый цвет. Чисто голубой цвет стекла

получают при введении СuО в количестве 1-2 %, с увеличением содержания оксида

меди окраска стекла переходит в зелёную.

Соединение железа Fe2O3 окрашивает стекло в цвета от жёлтого до коричневого,

FeO - в сине-зелёный. Обычно в стекломассе оксиды железа присутствуют не в

отдельности, а в виде смеси, которая и окрашивает стекло в зелёный цвет. Для ввода

оксидов железа в стекло на заводах применяют пиритные огарки - отходы сернокислого

производства, а также крокус - порошок красно-бурого цвета.

Соединение урана UO2 окрашивает стекло в бурый и чёрный цвета, UO3 - в

жёлтый. Натриевая соль урановой кислоты Na2UO4 окрашивает стекло в яркий жёлто-

зелёный цвет. Для стекла, окрашенного ураном, характерна флуоресценция, вызванная

ультрафиолетовым излучением. При выпуске изделий из интенсивно окрашенных

стёкол в жёлтый и оранжевый цвета соединения урана применяют совместно с

сернистым кадмием. Несмотря на то что препараты урана достаточно чисты, их

применение в стекольном производстве ограничивается из-за высокой стоимости.

Соединение селена селенистокислый натрий Na2SeО3 окрашивает стекло в

розовый цвет (розалин). Оттенок селенового розалина зависит от состава стекла и вида

входящих в него щелочных оксидов. При варке в идентичных условиях калиевые стёкла

имеют розовый оттенок, тогда как натриевые и литиевые - жёлтый или коричневый.

Соединения хрома окрашивают стёкла в жёлто-зелёный цвет. Вводят хром в

шихту в виде оксида хрома Сг2О3 или калиевого хромпика К2Сr2O7, который легче

растворяется в стекломассе по сравнению с оксидом хрома. Содержание Сr2O3

составляет 0,25-1,2 % от массы шихты. В производстве стеклянной тары (зелёные

бутылки) в состав шихты вводят феррохромовые шлаки. Применение комплексного

мелкодисперсного красителя, содержащего Cr2О3, SiО2, Al2O3, CaO, MgO, позволяет

исключить использование пиритных огарков и экономить сырьевые материалы (песок,

доломит, нефелин). Травянисто-зелёный цвет стекла получают при одновременном

использовании оксида хрома (0,5 %), оксида меди (2 %) и окислительных условиях варки

стекломассы. Соотношение СuO:Сr2O3 = 3:4.

Соединения кадмия придают стеклу ярко-жёлтый цвет. Обычно при варке

калиево-кальциевых стёкол применяют сернистый кадмий CdS - порошок жёлтого или

оранжевого цвета. При варке свинцовых стекол нельзя применять в качестве красителя

CdS в связи с тем, что возможно образование PbS, окрашивающего стекло в чёрный

цвет. Вводят CdS в стекло в конце варки стекломассы, так как при высокой температуре

и продолжительном времени сернистый кадмий переходит в оксид кадмия, который не

вызывает окраски стекла. Оксиды редкоземельных элементов за последние годы также

начали применять в качестве красителей при производстве изделий из стекла.

Диоксид церия СеО2 окрашивает стекло в светло-жёлтый цвет. Совместное

применение диоксида церия с диоксидом титана придаёт стеклу чистую золотисто-

жёлтую окраску. Вводят оксид церия в стекло через концентраты редкоземельных

элементов, которые снижают себестоимость изделий.

Оксид празеодима Рr2O3 сообщает стеклу светло-зелёный цвет, оксид неодима

Nd2O3 - розовато-сиреневую окраску, оксид эрбия Еr2O3 - красивый розовый цвет.

Оксиды редкоземельных элементов являются слабыми красителями, однако стёкла,

окрашенные ими, характеризуются высокой прозрачностью, чистотой цвета,

оригинальными оттенками, что способствовало их широкому применению в

производстве сортовой посуды.

Коллоидные красители вызывают образование в массе стекла взвешенных

коллоидально-дисперсных частиц металлов или их соединений. Цвет стекла зависит от

природы и концентрации коллоидных красителей, состава стекла и размеров

взвешенных частиц. Получение окраски стекла возможно лишь путём вторичного

нагревания изделий, при котором частицы увеличиваются до нужных размеров.

Термообработку изделий проводят при определённом температурном и временном

режимах и называют «наводкой». Коллоидными красителями являются соединения

золота, серебра, сурьмы, закисная медь, селен и др.

Соединения золота окрашивают стекло в красные цвета - от розового до

пурпурного (золотой рубин). Особенно чистые цвета получаются после наводки стёкол

с содержанием РbО от 25 до 50 %. В качестве красителя используют 10-процентный (по

массе) водный раствор хлорного золота АuCl3. Для получения розовых стекол вводят

0,01 %, рубиновых - 0,02 % металлического золота. Стекло, окрашенное золотом,

относится к наиболее красивым и благородным и применяется при производстве

высокохудожественных изделий.

Соединения серебра окрашивают стёкла в жёлтый цвет. Для их ввода в состав

стекла применяют

10-процентный (по массе) раствор нитрата серебра AgNO3.

Растворимость серебра в стекле низкая, и поэтому требуется длительное

выдерживание при высоких температурах. Улучшение окраски стекла достигается при

добавлении диоксида олова SnО2. В отдельных случаях изделия из стекла окрашивают

только с поверхности (так называемые серебряные протравы) с помощью специальной

пасты из смеси глины, охры и хлорида серебра AgCl.

Соединение меди Cu2О обладает большой красящей способностью и образует в

стекле коллоидный раствор частиц металлической меди, которые в интервале

температур 580-700 °С после наводки придают стеклу тёмно-красный цвет (медный

рубин). Медь является одним из древних красителей стекла, и её растворимость

значительно выше золота и серебра. Вводят Сu2О в количестве 1-3 % от массы шихты

в виде порошка. Кроме того, при варке медного рубина следует вводить в качестве

восстановителей в состав шихты виннокаменную соль калия КНС4Н4O6 и оксид олова

SnO. Обычно для варки медного рубина используют натриевые стёкла. При содержании

меди в стекле 0,8-1,8 % по массе получают интенсивное окрашивание хрустальных

стекол, которые используют для выработки накладных стекол с толщиной окрашенного

слоя в несколько десятых долей миллиметра.

Элементарный селен Se при использовании вместе с солями кадмия и серой

окрашивает стекло в ярко-красный цвет (селеновый рубин). Для этого вводят (по массе)

0,3-0,8 % Se, 1-1,45 % CdCO3 и 0,5-1 % S (по массе сверх основного состава стекла).

При варке селено-рубиновых стёкол выбирают составы, содержащие 4-18 % оксида

цинка, который способствует получению более интенсивной окраски стекла. Потеря

селена вследствие летучести соединений достигает 70-80 % вводимого количества.

Глушители стекла придают стёклам свойства рассеивать свет и казаться

непрозрачными (глушёными). При введении в стекломассу они образуют соединения,

которые выделяются при охлаждении расплава в виде капель и частиц величиной около

1 мкм. Глушение стекла происходит при выработке изделий или при их термической

обработке (наводке). Наиболее широко используют в качестве глушителей соединения

фтора и фосфора. Глушение стекла начинается при содержании 2-3 % и достигает

насыщенного действия при 4-5 %.

Фторсодержащими глушителями являются кремнефтористый натрий Na2SiF6 и

криолит 3NaF•AlF3. Последний является отходом на заводах по производству

суперфосфата и состоит из 12,8 % оксида алюминия Аl2O3, 32,8 % оксида натрия Na2O

54,4

% фтора. Для глушения некоторых стекол используют фториды кальция

(природный минерал - плавиковый шпат CaF2), магния. Вводят в состав стекла из

расчета 5-8 % по массе фтора сверх основного состава. Фтор при стекловарении

улетучивается, что вызывает загрязнение окружающей среды. Наименьшие потери

фтора - при введении в состав шихты криолита. В связи с этим для глушения стекла

чаще применяют соединения фосфора.

Действие фосфатов кальция и натрия при глушении стёкол связано с явлением

несмешиваемости расплава и частичек фосфатов, которые и сообщают стеклу при

охлаждении молочно-белую окраску. Вводят соединения фосфора в виде костной муки,

фосфорнокислого

кальция

Са3(РО4)2,

кислой

фосфорно-натриевой

соли

Na2HPО4•12Н2О и апатита Са4(CaF)•(РО4)3. Соединения фосфора требуют более

высоких температур варки и выработки, что вызывает некоторые технологические

затруднения при производстве изделий.

В качестве глушителей используют также соединения олова и оксид алюминия,

механически замешиваемый в подготовленную стекломассу. На степень глушения

стекла оказывают влияние размер и количество частиц в единице объёма стекла,

разница показателя преломления стекла и заглушающих частиц, вид применяемых

глушителей и химический состав стекла. Нередко на практике применяют

комбинированное глушение фтористыми и фосфатными соединениями, что усиливает

и утончает глушение опаловых стёкол.

2.1.1.4 Стеклобой

В настоящем стандарте используется понятие «стеклобой» как вторичное сырьё,

получаемое как побочный продукт технологического процесса (собственный стеклобой),

так и в результате обработки отходов боя стекла (внешний или привозной стеклобой).

Для облегчения процесса стекловарения часть шихты, необходимой для

получения стекломассы, заменяют стеклобоем. Собственный стеклобой образуется при

различных технологических операциях изготовления изделий из стекла (формования,

отжига, отрезки колпачка, декорирования, сортировки и др.) в виде отбракованных

изделий и стекольного боя, которые снова используют в производстве. Его собирают и

при необходимости измельчают, получая сырьевой материал. Перед холодным

ремонтом стекломассу из стекловаренной печи выпускают, направляя её в гранулятор,

в котором горячая стекломасса под действием холодной воды превращается в гранулы

стеклобоя. Его также используют в производстве изделий из стекла. Стеклобой

оказывает благоприятное влияние на процесс стекловарения, уменьшая при этом

распыление и расслоение стекольной шихты, снижая расходы топлива и дефицитных

сырьевых материалов, в частности соды.

Соотношение шихты к стеклобою устанавливается предприятием и зависит от

конструкционных особенностей и продолжительности кампании печи, требований к

качеству стекломассы, экономических показателей производства и варьируется в

широких пределах. На стекольных заводах России оно, как правило, составляет 5:1.

Предприятие может применять как собственный, так и привозной (внешний) стеклобой.

Введение в стекловаренную печь повышенного содержания стеклобоя (свыше

50 %) приводит, как правило, к ухудшению однородности стекломассы. При таких

условиях принимают дополнительные меры по усреднению стекломассы, чтобы

механическая прочность и термическая однородность изделий не понижались. Если

стеклобоя собственного производства не хватает, стекольные заводы используют

близкий по химическому составу и цвету стеклобой из других источников.

Стеклобой разделяют при этом по трём группам: бесцветный, полубелый и

цветной. Кроме того, в привозном (покупном) стеклобое не должно содержаться

металлических и керамических включений, камня, песка, глины, шлака и других вредных

примесей, а содержание органических примесей не должно превышать 2 % [27]. Многие

современные стекольные предприятия отказываются от практики дополнительной

обработки, предпочитая закупать уже готовый к использованию стеклобой.

Использование стеклобоя позволяет снизить себестоимость продукции, продлить

кампанию печи, уменьшить количество вредных выбросов [28].

2.1.1.5 Подготовка шихты. Контроль качества

Сырьевые материалы подвергаются входному контролю химического и

гранулометрического состава в соответствии с требованиями, заложенными в

технологическом регламенте. Материалы обогащают на месте добычи, на

обогатительных фабриках или, что в настоящее время гораздо реже, непосредственно

на стекольных заводах.

Песок, обогащённый на месте добычи, поступает на завод в мешках или в

специально подготовленных вагонах. Перед подачей в производство песок подвергают

контрольному просеву и при необходимости сушке. Необогащённый песок проходит на

заводе следующие виды обработки: обогащение или усреднение, сушку, просеивание.

Основная задача обогащения - удаление из песка посторонних примесей и пылевидных

фракций, так как мелкие фракции содержат гораздо больше оксидов железа, чем

крупные. Наиболее распространённые методы обогащения - флотооттирка и магнитная

сепарация.

Флотооттирка - это комбинация двух методов: флотации и оттирки, которая

позволяет удалить из песков до 90 % оксидов железа. При флотации используется

разная способность зёрен кварца и инородных минералов смачиваться водой: кварц

хорошо смачивается, минералы - носители железа - практически не смачиваются,

особенно в присутствии реагентов-собирателей, адсорбирующихся на их поверхности.

Песок перемешивают с водой в соотношении 1:2,3 до получения жидкой массы, вводят

в неё поверхностно-активный реагент и продувают воздухом.

В качестве флотационного реагента применяют сульфатное мыло (отходы

производства целлюлозы) и кальцинированную соду (на 1 т песка - 1 кг мыла и 3 кг

соды). При продувке воздухом пульпа активно перемешивается, частицы песка трутся

одна о другую, в результате чего с их поверхности снимаются плёнки гидроксидов

железа, которые являются более мягкими по сравнению с кварцем. Этот процесс и носит

название оттирки. В процессе продувки воздухом в пульпе образуется пена из

воздушных пузырьков, которые прилипают к зёрнам минералов с железом. Пену

сливают с поверхности пульпы вместе с загрязнениями, а чистый песок оседает на дно.

Технологический процесс флотооттирки включает следующие операции:

разрушение комьев песка и приготовление пульпы, оттирку плёнки с удалением

загрязнений, разделение песка и тяжёлых минералов флотацией, удаление шлама,

промывку пульпы и её обезвоживание. Для приготовления пульпы используют

контактные чаны с мешалками и агрегаты мокрого грохочения, зимой воду подогревают

до 35-45 °С. После этого песок сушат во вращающихся сушильных прямоточных

барабанах, для этого возможно использовать отходящие газы печи. После сушки и

охлаждения для производства листового стекла песок просеивают через сито с

размером ячеек не более 0,8 мм.

Магнитная сепарация проводится с целью удаления железистых примесей,

содержащихся в минералах, способных намагничиваться (магнетит, титаномагнетит,

пиролюзит, гематит). Магнитной сепарацией очищают сухие пески после просеивания.

В тех случаях, когда на стекольном заводе используют песок, не однородный по

химическому составу и не прошедший обогащение, его целесообразно перемешивать

крупными партиями - усреднять. Наилучший способ усреднения - послойный; в этом

случае каждую вновь поступившую на завод партию песка равномерно рассыпают

поверх ранее прибывшей, образуя таким образом многослойный штабель.

Доломит, известняк, поступившие на завод в виде глыб, дробят, сушат,

размалывают, просеивают и очищают с помощью магнитной сепарации. После

предварительного дробления на куски размером 40-50 мм материал сушат в таких же

сушильных барабанах, что и песок, но при температуре не выше 400 °С во избежание

термического разложения. После сушки до конечной влажности, не превышающей 7 %,

доломит и известняк подвергают тонкому помолу (до частиц размером 0,08 мм) либо

среднему, чтобы исключить сильное пыление, расслоение шихты и забивание насадок

регенератора (размер частиц 0,5-2 мм). Мел не подвергают дроблению; его сушат,

размалывают, а затем просеивают.

Кальцинированная сода поступает в виде гранул, упакованной в мешки, или

россыпью в специальных автомобилях или вагонах. Просеивают соду на грохотах или

виброситах. Ввиду гигроскопичности сода при длительном хранении слёживается,

образуя комки.

Сульфат натрия поступает на заводы главным образом искусственный, в мешках.

Природный сульфат дробят, после чего сушат при температуре 650-750 °С, а затем

вновь измельчают и просеивают.

Пегматит и полевой шпат поступают в хопперах или в мешках. Поташ, а также

азотнокислые соли натрия, калия, бария и аммония (селитры) поставляют на заводы в

мешках или бочках. В связи с тем, что материалы комкуются, при просеивании их иногда

протирают через сита. После просева материалы хранят в плотно закрываемых

ёмкостях.

Современные

стекольные

предприятия

отказываются

от практики

дополнительной обработки, предпочитая закупать уже готовые к использованию

сырьевые материалы.

Подготовленные сырьевые материалы поступают в расходные бункера весовой

линии и взвешиваются в соответствии с заданной рецептурой шихты. После

взвешивания они направляются в смеситель для равномерного распределения всех

компонентов по всему объёму порции. При необходимости введения в состав

вспомогательного материала его предварительно смешивают с одним из основных

компонентов шихты и затем загружают в смеситель. Контроль однородности

перемешивания осуществляется заводской лабораторией в соответствии с

регламентом выпуска продукции.

Качество сырьевых материалов контролируют приёмочным, периодическим и

текущим контролем. Приёмочный контроль может проводиться, чтобы выявить,

насколько качество поступающих на стекольный завод сырьевых материалов

соответствует требованиям контракта. При поступлении сырьевых материалов

работники завода (контролёры) осматривают их и по результатам визуального контроля

определяют соответствие стандартам, а затем отбирают пробы на сокращённый

химический анализ для определения содержания основного вещества и влаги, а также

проверки зернового состава. В тех случаях, когда материалы не отвечают требованиям

стандартов, их бракуют.

Периодический контроль сырья может проводиться, чтобы удостовериться в

пригодности данных материалов для требуемой шихты. Для этого не менее одного раза

в 10 суток отбирают среднюю суточную пробу каждого компонента, включающую 24

ежечасных пробы, и проводят полный химический анализ. Текущий контроль может

проводиться ежесменно на средней пробе, состоящей из восьми ежечасных проб.

Определяют также зерновой состав подготовленного материала и содержание в нём

основного вещества и влаги. В тех случаях, когда из-за состава сырья изменяется сверх

нормы содержание компонентов в шихте, рецепт шихты корректируют.

Подготовленные сырьевые материалы поступают в расходные бункера весовой

линии и взвешиваются в соответствии с заданной рецептурой шихты. После

взвешивания они направляются в смеситель для равномерного распределения всех

компонентов по всему объёму порции. При необходимости введения в состав

вспомогательного материала его предварительно смешивают с одним из основных

компонентов шихты и затем загружают в смеситель. Контроль однородности

перемешивания осуществляется заводской лабораторией в соответствии с

регламентом выпуска продукции.

2.1.1.6 Методы работы с материалами шихты

В крупных непрерывных процессах сырьё перемещается в промежуточные

бункеры меньшего размера, где они взвешиваются, часто автоматически, чтобы

получить точно сформированную партию. Затем шихта перемешивается и

транспортируется в зону печи через один или несколько бункеров. В промышленности

встречаются различные механизмы подачи, начиная от полностью открытых систем до

полностью закрытых систем с винтовой подачей.

Там, где материалы транспортируются наземными конвейерами, необходимо

обеспечить защиту от ветра для предотвращения значительных материальных потерь.

Эти системы должны укрывать конвейер со всех сторон. При использовании

пневмотранспорта важно предусмотреть герметичную систему с фильтром для очистки

транспортируемого воздуха перед выпуском. Для уменьшения пыли при

транспортировке и выносе мелких частиц из печи содержание воды в партии может

поддерживаться до 4 %. Вода вводится при смешивании компонентов шихты, в зимнее

время при необходимости подогрева шихты в виде пара. Некоторые процессы

(например, производство боросиликатного стекла) используют сухие сыпучие

материалы, что требует большей осторожности.

Из-за своей абразивной природы и более крупного размера частиц стеклобой

обычно вводится отдельно от первичных шихтовых материалов и может подаваться в

печь отдельной системой.

В прерывистых процессах системы подачи намного меньше и часто управляются

вручную. После смешивания партию можно хранить в небольших мобильных бункерах,

каждый из которых рассчитан на одну загрузку. Как и при крупномасштабном плавлении,

смешанная партия не может храниться слишком долго перед использованием, потому

что различные компоненты могут осаждаться, что затрудняет получение гомогенного

расплава.

Пыль из систем очистки очень мелкая и содержит значительное количество

непрореагировавшего щелочного реагента, который может вызвать коррозию и/или

раздражение. Следовательно, обращение с этим материалом и его хранение могут

потребовать особого внимания.

Зона загрузки печи является одним из источников выбросов пыли. Основные

меры/методы контроля выбросов в этой области перечислены ниже:

- увлажнение партии;

- обеспечение слегка положительного давления, около

5-10 Па, обычно

применяется ко всем стекловаренным печам;

- использование сырья, не вызывающего явления вскипания (преимущественно

касается доломита и известняка - это минералы, которые при воздействии тепла

вскипают с последующим увеличением выбросов пыли);

- направление вытяжки в систему фильтрации (обычно в печах с холодным

верхом);

- использование закрытых шнековых питателей;

- закрытие загрузочных карманов (может потребоваться местное охлаждение).

Выбросы пыли могут происходить непосредственно в воздух или внутри

производственных зданий, отчего пыль может скапливаться, что приводит к

неорганизованным выбросам в атмосферу. Требуется контролировать движение

воздушных потоков внутрь и наружу здания. В потенциально очень запылённых местах

здания могут быть спроектированы с минимальным количеством проёмов и дверей или

пылезащитными завесами. В помещениях, где установлена печь, часто необходимо

обеспечить степень естественного охлаждения, предусмотреть вентиляционные

отверстия и т.д.

Этапы технологического процесса, где может образовываться пыль (например,

открытие мешков, смешивание, тканевый фильтр для удаления пыли и т. д.), должны

быть снабжены вытяжкой с подходящей очистной установкой. Это также важное условие

для рабочих мест, где происходит механическая и химическая обработка стеклоизделий.

2.1.2 цесс стекловарения

Стекловарение

- это последовательность физико-химических процессов

превращения смеси сырьевых материалов (шихты) в расплавленную стекломассу,

готовую к формованию изделий.

Плавление, сочетание отдельных сырьевых материалов при высокой

температуре с образованием расплава, является центральным этапом в производстве

стекла. Существует множество способов плавления в зависимости от желаемого

продукта, его конечного использования, производственной мощности и коммерческой

выгоды. От этих факторов зависят рецептура стекла, сырьё, технология плавки, выбор

топлива и размер печи.

Время пребывания расплава стекла в печи существенно зависит от типа

производимого стекла. Минимальное время пребывания является решающим

параметром для обеспечения качества стекла. Как правило, чем выше качество

производимого стекла, тем дольше время пребывания, которое обеспечивает лучшую

гомогенизацию и устранение возможных дефектов в виде камней, пузырьков и т. д.

Время пребывания расплава стекла в печи пропорционально удельному потреблению

энергии при производстве стекломассы.

Принято выделять пять стадий процесса стекловарения: силикатообразование,

стеклообразование, осветление, гомогенизацию и студку. В печах периодического

действия эта последовательность протекает во времени, и с учётом зависимости

температуры печи от продолжительности варки можно выделить следующие

интервалы: нагревание до температуры реакции (силикатообразование и

стеклообразование), выдержка при максимальной температуре (осветление и

гомогенизация), охлаждение до температуры формования (студка). В печах

непрерывного действия та же последовательность распределена по длине печи и

зависит от температуры на каждом её участке [29].

Нагревание

до

температуры

реакции.

Стандартным,

наиболее

распространённым и экономичным способом подачи тепла для стекловарения является

сжигание газового топлива над слоем шихты и расплавленной стекломассой.

Температура, необходимая для стекловарения, зависит от химического состава стекла

и составляет от

1100 °C до

1650 °C. При таких температурах теплопередача

осуществляется путём излучения от свода печи, который нагревается пламенем до

1650 °C, и от самого пламени.

В каждой конструкции печи устроен подвод тепла и в расплаве создаётся

температурный градиент, чтобы вызвать рециркуляцию свободных конвекционных

потоков внутри расплавленного стекла для обеспечения постоянной однородности

готового стекла, подаваемого на формовку. Масса расплавленного стекла,

содержащаяся в печи, поддерживается постоянной, а среднее время пребывания

составляет порядка 24 часов для производства тарного стекла и 60-72 часа для

производства листового флоат-стекла.

Использование электрического нагрева стекломассы весьма выгодно с точки

зрения снижения вредных выбросов, образующихся при горении топлива, удобства

регулирования всех стадий процесса стекловарения, высокого коэффициента полезного

действия печи, однако проигрывает в стоимости энергетических затрат на варку. Кроме

этого, печи с электрическим нагревом стекломассы имеют в несколько раз меньший

ресурс, что заставляет производителей более часто останавливать производство для

ремонтов таких печей. Это дополнительно влияет на себестоимость продукции,

произведённой при помощи электрической варки.

Конструктивные особенности стекловаренных печей разных типов и

производительности предусматривают организацию и контроль над тепловыми

потоками как над зеркалом стекломассы, так и в расплаве, чтобы обеспечить

однородность стекла, подаваемого на формование [30].

Силикатообразование. Сырьевые материалы, используемые в стекловарении,

представляют собой соли и оксиды. На стадии силикатообразования из них

формируются силикаты, которые затем образуют первичный расплав. Из-за низкой

теплопроводности шихтовых материалов процесс плавки поначалу довольно

медленный, что позволяет протекать многочисленным химическим и физическим

процессам. Низкотемпературная стадия процесса стекловарения (до 500 °C) состоит из

таких процессов, как нагревание, удаление свободной и связанной воды, разложение

простых и образование двойных карбонатов и т. п. При повышении температуры от 500

до 900 °C песок начинает растворяться под влиянием флюсующих агентов. Кремнезём

из песка соединяется с оксидом натрия из кальцинированной соды и с другими

сырьевыми материалами для образования силикатов. Протекают химические реакции

образования легкоплавких силикатов щелочных металлов, а в интервале температур от

900 до 1200 °C в целом завершается формирование и высокотемпературных силикатов,

таких как силикаты кальция. Одновременно начинаются плавление щелочных

силикатов, образование и плавление эвтектических составов и растворение тугоплавких

оксидов в первичном расплаве.

На этой стадии варки образуется самое большое количество газообразной фазы,

состав которой определяется химическим составом сырьевых компонентов,

оказывающих существенное влияние на состав вредных выбросов и окислительно-

восстановительную атмосферу печи. Кроме того, существует опасность улетучивания

щелочесодержащих компонентов, что пагубно сказывается на состоянии огнеупоров в

зоне загрузки.

Стеклообразование. Материалы шихты начинают плавиться при температуре от

750 до 1200 ºC. Стадия стеклообразования заключается в постепенном растворении

зёрен кварца в первичном расплаве. Длительность этой стадии определяет

продолжительность всего процесса стекловарения и составляет не менее 70 % от

общей длительности, что обусловлено высокой вязкостью кварцевого расплава и низкой

скоростью диффузии зёрен кварца в первичный расплав и катионов щелочных металлов

в кварцевый расплав. Результатом

является образование неоднородной

полупрозрачной аморфной среды с большим количеством газовых включений.

Постепенно расплавленное стекло становится прозрачным, и фаза плавления

завершается. Объём расплава составляет около 35-50 % объёма сырья исходной

шихты за счёт эмиссии газов и устранения межклеточных пространств. Количество

расплавленного вещества составляет приблизительно 82-85 % от количества исходных

сырьевых материалов из-за выхода газообразных составляющих.

Осветление и гомогенизация. Готовая к формованию стекломасса должна быть

однородной и практически свободной от газовых пузырьков. Полное растворение,

равномерное распределение всех компонентов и удаление пузырьков из

расплавленного стекла имеют важное значение для большинства изделий из стекла.

Готовые изделия нормируются по содержанию в них дефектов стекловарения

(кристаллических включений, аморфных включений или свилей, газовых включений -

пузырей). В большинстве изделий массового спроса размеры и количество допустимых

дефектов прописываются в стандартах и технических условиях.

Первичные дефекты кристаллических включений состоят главным образом из

кварца и его модификаций или различных силикатов, образуются при неполном проваре

зёрен кварца из шихты, попадании в стекломассу частиц огнеупоров или металлических

фрагментов оборудования. Вторичные дефекты образуются при кристаллизации

стекломассы в процессе выработки.

Аморфные включения являются стекломассой, химический состав которой

отличается от заданного состава стекла. Основные причины их образования

расслоение шихты при транспортировке и загрузке в печь, нарушения температурно-

временного режима варки, изменения направления и скорости конвективных потоков в

печи.

Пузыри в стекломассе образуются в результате разложения сырьевых

материалов, поглощаются из газового пространства печи, содержащего все составные

части воздуха и продукты горения топлива и при взаимодействии стекольного расплава

с огнеупорами печи. Наиболее часто при нормальной работе печи в готовой

стекломассе присутствуют газовые пузыри - в основном карбонатные, сульфатные и

нитратные.

Процессы освобождения стекломассы от аморфных и кристаллических дефектов

(осветление и гомогенизация соответственно) происходят одновременно. Оба процесса

интенсифицируются при увеличении температуры в печи и перемешивании

стекломассы. В печах периодического действия перемешивание осуществляют с

помощью мешалок, в печах непрерывного действия - с помощью конвективных потоков

в объёме ванны, бурления воздухом или дополнительного электроподогрева в зоне

максимальных температур (квельпункта).

Пузыри в расплаве бывают крупные (более 5 мм), средние (от 1 до 5 мм) и мелкие

- мошка (менее 1 мм). Для их удаления в состав шихты вводят осветители, которые в

области высоких температур образуют большое количество крупных газовых пузырей

за счёт реакций разложения или процесса испарения. Такие пузыри обладают большой

подъёмной силой и, поднимаясь наверх, захватывают окружающие более мелкие

пузыри. Тот же эффект достигается при бурлении стекломассы воздухом. Увеличение

температуры в области квельпункта всегда благоприятно сказывается на однородности

и осветлении стекломассы, однако существует определённый температурный предел,

превышение которого негативно влияет на состояние огнеупоров [31].

В результате осветления и гомогенизации в зону студки попадает стекломасса

однородного состава, свободная от кристаллических аморфных и газообразных

включений.

При варке цветных стёкол следует очень внимательно относиться к выбору

осветляющей добавки, поскольку большинство из них влияют на окислительно-

восстановительные свойства расплава. Обычно окислительно-восстановительные

условия варки тесно связаны со свойствами расплава, поэтому их характеризуют по

содержанию кислорода и углекислого газа в атмосфере печи. Смещение окислительно-

восстановительных условий в ту или иную сторону может привести к увеличению

твёрдых и газообразных выбросов, в частности соединений серы.

Сульфат натрия Na2SO4 является наиболее часто используемым осветлителем,

особенно для обычного листового стекла, большинства тарного стекла, натриево-

кальциево-кремнезёмного стекла для посуды, непрерывного стекловолокна (E-стекло) и

известково-натриевого осветительного стекла. Сульфат натрия распадается на оксид

натрия, который затем входит в состав стекла и газообразные компоненты (O2, SO2),

диффундирующие в существующие пузырьки. Некоторые стёкла не должны содержать

сульфатов (например, стёкла дисплеев и витрин). В таких случаях используется хлорид

натрия NaCl. При температурах выше температуры плавления шихты этот осветлитель

уносится из расплава.

При изменении условий сгорания топлива в печи, например, после перехода с

воздушного на кислородное окисление, требуется корректировка состава шихты.

Студка стекломассы. Завершающей стадией стекловарения является студка,

т. е. медленный процесс снижения температуры до величины, обеспечивающей

однородное распределение стекломассы, что необходимо для формования того или

иного вида изделий.

Главное условие успешной студки

- непрерывное медленное снижение

температуры стекломассы без изменения состава и давления газовой среды в печном

пространстве для подготовки стекломассы к процессу формования. Нарушение этого

условия может вызвать сдвиг установившегося равновесия газов, растворённых в

расплаве, и провоцирование «закипания» стекломассы, т. е. образование вторичного

пузыря, избавиться от которого практически невозможно. Для производства некоторых

видов оптических специальных стёкол процесс студки может продолжаться несколько

месяцев.

Для регулирования скорости процесса охлаждения используют такие устройства,

как заградительные экраны, углубления в дне ванны (deep refiner), разделение на

отапливаемую и неотапливаемую части ванны печи, мешалки с холодильниками и т. д.

2.1.3 текловаренные печи

Выбор печи в технологии любого изделия является определяющим, поскольку от

него в первую очередь зависит экономическая эффективность производства.

Критериями выбора являются вид потребляемого энергоносителя, производительность,

химический состав стекла и экологическая эффективность [32].

Расплавленная стекломасса содержится, как правило, в резервуаре

прямоугольной формы, построенном из блоков соответствующих огнеупорных

материалов, закрытом сводчатым потолком. Электрические печи, как правило, имеют

более квадратную форму с плоским потолком и загрузочным бункером с одной стороны.

Огнеупорные блоки удерживаются на месте внешним стальным каркасом.

В настоящее время используется много конструкций печей, и они обычно

различаются с точки зрения производительности, способа нагрева, использования

системы предварительного подогрева воздуха для горения и расположения горелок.

Для классификации в целях настоящего справочника НДТ за основу взята

производительность стекловаренных печей.

Первая группа

- печи производительностью более

500 т/сут

- ванные

регенеративные газовые печи непрерывного действия с поперечным направлением

пламени. Как правило, их используют для производства листового флоат-стекла. В

современных стекловаренных печах энергетический коэффициент полезного действия

(КПД) достигает 40-45 %.

Вторая группа - печи средней производительности (100-500 т/сут) - ванные

регенеративные газовые печи непрерывного действия. В зависимости от вида

выпускаемой продукции они бывают двух типов: для производства флоат-стекла - с

поперечным направлением пламени, а для производства стеклянной тары

- с

подковообразным. Печи с подковообразным направлением пламени экономичнее и

экологичнее, поскольку в них работают всего две группы горелок (в зависимости от

производительности в каждой группе в печах такого типа может быть от двух до четырёх

горелок), однако они требуют дополнительных устройств для регулирования

окислительно-восстановительных условий, осветления и гомогенизации стекломассы.

Энергетический КПД печей средней производительности с подковообразным

направлением пламени может превышать 40 %.

Третья группа

- печи малой производительности

(2,5-100 т/сут)

- малые

регенеративные или рекуперативные газовые ванные печи, электрические печи

горизонтального и вертикального вида и стекловаренные печи смешанного типа -

газоэлектрические непрерывного действия, которые используются для варки

хрустального, оптического и других специальных видов стёкол. Для газовых печей

энергетический КПД не превышает 25 %, для газоэлектрических достигает 35-40 %, для

электрических печей составляет около 65-70 %.

Три основных источника энергии для производства стекла - природный газ, мазут

и электричество. В первой половине XX века многие стеклодувы использовали

генераторный газ, полученный в результате реакции воздуха и воды с раскалённым

углем, теплотворная способность которого превышала аналогичный показатель угля.

Природный газ - основное топливо, используемое в российской стекольной

промышленности, главным образом из-за его экономичности и экологичности по

сравнению с жидким топливом, а также технологичного контроля процесса горения.

Большинство видов жидкого топлива, используемых для стекловарения, нуждаются в

предварительном нагреве до 110-120 °C, с тем чтобы снизить вязкость для заливки в

ёмкости при транспортировке и распылении через наконечники горелок.

Электричество можно использовать как эксклюзивный источник энергии или в

сочетании с ископаемым топливом. Электричество может быть использовано для

получения энергии тремя основными способами: резистивным нагревом, когда через

расплавленное стекло пропускают ток с помощью погруженного в расплав электрода;

индукционным нагревом, при котором тепло индуцируется изменением окружающего

магнитного поля; и использованием нагревательных элементов. Резистивный нагрев -

единственный метод, нашедший коммерческое применение в стекольной

промышленности.

2.1.3.1 Регенеративные и рекуперативные газовые печи

Стекловаренные печи, использующие в качестве основного энергоносителя

природный газ, снабжены системами его подачи и отвода продуктов горения. Для

подачи газа и воздуха на горение применяют два типа теплообменников: регенераторы

и рекуператоры.

Регенератор - это камера, внутри которой находится насадка из огнеупорного

кирпича с системой отверстий. При прохождении через насадку отработанных дымовых

газов сверху вниз кирпичи нагреваются и затем отдают тепло пропускаемому снизу-

вверх воздуху, нагревая его до 1200-1350 °C. Система управления переключает

газовые потоки в парах горелок таким образом, чтобы одна работала на подачу воздуха

для горения топлива, а вторая - на отвод продуктов горения, которые нагревают

насадки. Через фиксированный промежуток времени (обычно 20 минут) происходит

переключение газовых потоков, и тогда через вторую насадку идёт воздух для горения,

а первая насадка регенератора нагревается отходящими газами. Регенеративная печь

имеет две регенерационные камеры; в то время как одна камера нагревается

отходящим газом от сгоревшего топлива, другая подогревает поступающий для горения

воздух.

В регенеративной печи с поперечным направлением пламени отверстия для

сжигания и горелки установлены вдоль печи, регенераторные камеры расположены по

обеим сторонам печи и соединяются с ней через входные горловины. Пламя проходит

над расплавленным материалом в сторону расположенных на противоположной

стороне отверстий. Количество используемых отверстий (до восьми) зависит от размера

печи и особенностей её конструкции. Некоторые большие печи могут иметь отдельные

для каждого порта горелки камеры регенератора.

Этот тип конструкции, эффективно использующий несколько горелок, особенно

подходит для больших установок типа флоат, обеспечивающих изменение температуры

по длине печи, что необходимо для стимуляции необходимых конвекционных потоков в

расплаве стекла.

В регенеративной печи с подковообразным пламенем принцип работы такой же;

в то же время две регенеративные камеры расположены на одном конце печи, каждая с

одним отверстием. Пламя образует U-образную форму, возвращаясь в соседнюю

камеру регенератора через второе отверстие. Такая компоновка обеспечивает большую

экономичность регенератора, чем конструкция с поперечным пламенем, но имеет

меньшую гибкость для регулировки температурного профиля печи и, следовательно,

более применима для производства тарного стекла.

В целом печи с подковообразным пламенем более энергетически эффективны,

чем печи с поперечным пламенем, по двум основным причинам: во-первых, снижаются

потери энергии через меньшее количество отверстий горелки; во-вторых, время

пребывания продуктов сгорания в печи с подковообразным пламенем выше, чем в печи

с поперечным пламенем, что даёт больше времени для излучения энергии на

стекломассу.

Рекуператор

- это теплообменник, в котором отходящие газы непрерывно

подогревают систему подачи воздуха на горение и через неё сам воздух до температуры

800 °C. Конструктивно рекуператоры более массивны и занимают больше места.

Рекуперативные печи выгодно использовать там, где масштаб производства слишком

мал, чтобы сделать использование регенераторов экономически целесообразным, и где

необходимо минимизировать первоначальные затраты.

Регенеративная стекловаренная печь с поперечным направлением пламени

состоит из собственно ванны со сводом, нескольких пар горелок, расположенных по

обеим сторонам печи, системы загрузки сырьевых материалов и выработочного канала

(см. рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Регенеративная стекловаренная печь с поперечным направлением пламени

Факел пламени горелок имеет конусообразную форму, настильно располагается

над расплавом и перекрывает всё пространство между двумя соседними парами. Отвод

отработанных дымовых газов из регенераторов происходит по системе дымоходов,

расположенной под стекловаренной печью, соединённой с общей дымовой трубой.

Преимущество печей с поперечным направлением пламени состоит в том, что для

каждой пары горелок можно задавать своё соотношение газ/воздух, поддерживать

необходимую температуру на каждом участке печи и, следовательно, регулировать

скорость и направление конвективных потоков стекольного расплава, что весьма важно

для больших печей.

В стекловаренной регенеративной печи с подковообразным направлением

пламени две пары горелок с регенераторами расположены в одном конце печи. Факел

пламени каждой горелки имеет U-образную (подковообразную) форму. Таким образом,

каждая работающая горелка обогревает всё пламенное пространство печи (рисунок

2.3). Стекломасса, полученная в таких печах, характеризуется меньшей степенью

гомогенизации, чем в печах с поперечным направлением пламени. Такие конструкции

идеальны для стекловаренных печей средних размеров, используемых, например, для

производства тарного стекла, поскольку стеклянная тара, в отличие от листового стекла,

не нормируется по светопропусканию.

Рисунок 2.3 - Регенеративная стекловаренная печь с подковообразным направлением

пламени

Для повышения качества стекломассы в печах с подковообразным направлением

пламени рекомендуют использовать дополнительный электроподогрев - локальный

подвод дополнительного тепла к расплавленному стеклу в стекловаренной печи путём

установки электродов в боковых стенках (горизонтальные электроды) или в дне

(вертикальные электроды) зоны максимальной температуры. Технология может быть

применена в разные сроки эксплуатации печи, например, для поддержания уровня

удельного съёма стекломассы по мере приближения окончания кампании.

Дополнительный электроподогрев может также использоваться при производстве

цветного стекла из-за пониженной теплопроводности зелёных и коричневых стёкол.

Печи с использованием кислорода для горения основного газового топлива

предусматривают полную или частичную замену воздуха, подаваемого на горение газа

кислородом. Такая замена преследует две цели. Первая - экономическая (избавиться

от громоздких регенераторов), вторая - экологическая (уменьшить содержание оксидов

азота в отходящих газах). Кроме того, при использовании очищенного кислорода

удаётся достичь высоких температур при меньшем количестве газа, подаваемого на

горение топлива, и увеличить полноту его сгорания.

Как правило, такие печи имеют стандартную базовую конструкцию, однако в них

вместо регенераторов и рекуператоров стоят скромные по размерам системы питания

газовых горелок кислородом. Печи с газокислородным пламенем используют в

малотоннажных производствах специальных стёкол, например, для выпуска

стекловолокна. Широкому распространению подобных технологий для производства

других видов продукции препятствует повышенная опасность при работе с кислородом,

хотя экологический выигрыш при их использовании не подвергается сомнению [33].

2.1.3.2 Электрические печи прямого нагрева

Электрические печи для стекловарения - самые эффективные и экологически

безопасные в настоящее время. Существуют два основных типа электрических печей

прямого нагрева: вертикальные и горизонтальные, которые различаются по

направлению движения стекломассы от загрузки к выработке. Наибольшее

распространение в практике стекловарения получили печи вертикального типа (см.

рисунок 2.4).

Загрузка шихты в таких печах производится на зеркало наваренной стекломассы,

т. е. запуск электрической печи осуществляется с помощью газовых горелок,

расположенных на уровне загрузочного кармана, назначение которых - расплавить

определённое количество шихты и обеспечить необходимый объём расплава для

погружения электродов.

Нагрев стекломассы производится за счёт погружённых в неё электродов,

расположенных парами с двух сторон в средней части варочной зоны печи.

Соответственно, температурный максимум находится вблизи электродов и составляет

не менее 1500 °C, а температура в загрузочной и придонной частях несколько ниже. Для

более равномерного провара порций шихты, поступающих на поверхность сваренной

стекломассы, используют загрузчики с разравнивающими устройствами.

Рисунок 2.4 - Электрическая стекловаренная печь прямого нагрева вертикального типа

Шихта постепенно плавится, однако поверхностный слой остаётся

слабо

нагретым, улетучивание из такого слоя минимально, следовательно, практически

отсутствует коррозия огнеупоров. Кроме того, свод печи в зоне загрузки остаётся

холодным (поэтому печи прямого нагрева часто называют печами с холодным сводом).

Горячая стекломасса в зоне варки движется сверху вниз и попадает в пережим

между варочной и выработочной камерами. Для более точного поддержания

температуры в зоне выработки в пережиме ставится дополнительный электрод. Иногда,

чаще всего при ручной выработке изделий, дополнительные газовые горелки ставят в

выработочной зоне. В зависимости

от составастекла и

окислительно-

восстановительных свойств расплавов используют оксидно-оловянные (для варки

хрусталя), графитовые или молибденовые (для варки листового, тарного, сортового

стекла) электроды.

Электрические печи обычно применяют для варки специальных стёкол, главным

образом из-за высокой стоимости электроэнергии, хотя тепловые потери в них гораздо

меньше; также меньше вредных выбросов, как твёрдых, так и газообразных [34].

2.1.3.3 Печи периодического действия

Печи периодического действия традиционно используют там, где отсутствует

экономическая целесообразность поддержания непрерывного цикла работы, а также

при необходимости изготовления небольших партий стёкол разного цвета, состава и

т. д. Существуют горшковые и малые ванные печи периодического действия, чаще всего

использующие природный газ в качестве основного теплоносителя. Многие подобные

технологические агрегаты не входят в сферу действия данного справочника по причине

малой (менее 20 т/день) производительности.

В горшковых печах может устанавливаться от 6 до 12 стекловаренных горшков, а

подвод пламени осуществляться как снизу, так и сверху. Ёмкость каждого

стекловаренного горшка составляет 50-500 кг со сроком эксплуатации 2-3 мес. при

условии непрерывной работы. В такой печи можно одновременно варить стёкла разных

составов, при условии совпадения температурно-временных режимов и окислительно-

восстановительных условий варки.

Используются два типа горшков: открытые и закрытые. Открытые горшки не

имеют крышек, а стекло открыто для атмосферы печи. Закрытые горшки имеют

единственное отверстие для сбора стекла. При открытых горшках температура

регулируется растопкой печи, в закрытых горшках обжиг происходит с постоянной

скоростью, а температура регулируется открытием сборного отверстия.

Печь нагревается 24 часа в сутки, но температура меняется в соответствии с

фазой производственного цикла. Как правило, партия загружается в горшки ближе к

вечеру, затем тает, в ночь температуру повышают, чтобы очистить расплав, и с утра

стекло готово к обработке. Во время плавления температура поднимается до 1300-

1600 °C, в зависимости от типа стекла, а в начале цикла опускается до 900-1200 °С.

Ванные печи периодического действия позволяют изготавливать до

10 т

стекломассы в сутки. Конструктивно они очень похожи на печи непрерывного действия.

Их работа рассчитана на суточный цикл, плавка обычно проводится ночью, и стекло

поступает в производство на следующий день. Ванные печи позволяют плавить менять

тип стекла за короткое время, они используются прежде всего для варки различных

цветных, хрустальных и оптических стёкол, специальных составов и фритт

(керамическая и эмалевая фритта) [35].

2.1.3.4 Использование кислорода в качестве окислителя при работе печи

Метод использует для процесса горения кислород вместо воздуха (содержание

кислорода в газовой смеси более 90 %). Удаление большей части азота из атмосферы

горения уменьшает объём дымовых газов, которые почти полностью состоят из

углекислого газа и водяного пара, на 65 %. Это обеспечивает экономию энергии,

поскольку нет необходимости нагревать значительную долю инертного компонента

атмосферы до температуры пламени. Образование оксидов азота в дымовых газах

значительно уменьшается, потому что оставшимися источниками в атмосфере горения

являются небольшая доля азота в кислородной смеси, следы азота в топливе, азот от

разложения нитратов и несанкционированное поступление воздуха со стороны.

Как правило, кислородно-топливные технологические агрегаты обладают той же

конструкцией, что и обычные стекловаренные печи, имеют несколько боковых горелок и

одно выпускное отверстие для отработанных газов. Однако печи, рассчитанные на

сжигание в кислороде, не используют системы рекуперации тепла для его

предварительного нагрева.

Хотя кислородно-топливная технология горения хорошо зарекомендовала себя в

некоторых секторах стекольной промышленности (непрерывное стекловолокно,

некоторые специальные типы стекла), в других секторах она по-прежнему считается

всего лишь перспективной из-за потенциально высоких финансовых рисков. Проводятся

различные опытно-конструкторские разработки, в результате которых эта технология

получает всё более широкое распространение [36].

При кислородно-топливном сжигании наблюдаются значительные изменения в

характеристиках плавления. Требуются некоторая модификация конструкций

существующих печей, применение более коррозионностойких огнеупорных материалов

пламенного пространства печи.

Сегодня большая часть высококачественных специальных изделий из стекла,

таких как стекло для ЖК-дисплеев и стекловолокно, выплавляется в кислородно-

топливных печах. Однако переход больших печей для производства флоат-стекла на

кислородно-топливное горение пока что ограничен примерно десятью установками по

всему миру из-за увеличения себестоимости при использовании кислорода.

Ключевым фактором улучшения экономических показателей кислородно-

топливного сжигания является улучшение эффективности технологий разделения

воздуха и утилизации отработанного тепла. Использование водорода и возобновляемых

видов топлива для горения с кислородом даёт существенный потенциал для

сокращения выбросов CO2.

2.2 Технологические процессы производства листового стекла

В настоящее время наиболее распространённым процессом производства

листового стекла является флоат-процесс.

Флоат-процесс представляет собой непрерывное круглосуточное производство.

Основной принцип флоат-процесса заключается в формовании расплавленной

стекломассы на поверхности расплавленного олова под действием сил поверхностного

натяжения.

Для выпуска большей части листового стекла используется состав стекла,

приведённый в таблице

2.4

[29]. Флоат-стекло получают в стекловаренных

регенеративных печах с поперечным направлением пламени. Схема технологического

процесса представлена на рисунке 2.5.

Т а б л и ц а 2.4 - Типовой химический состав листового стекла

Компонент

Массовая доля, %

Диоксид кремния (SiO2)

71-74

Оксиды натрия и калия (Na2O, K2O)

12,5-15

Оксид кальция (CaO)

6-9

Оксид магния (MgO)

Оксид алюминия (Al2O3)

<1,1

Оксид серы (VI), SO3

<0,35

Флоат-ванна (ванна расплава) представляет собой тепловой агрегат, состоящий

из верхнего и нижнего металлических корпусов. Нижний корпус футерован

огнеупорными блоками и заполнен расплавленным оловом. Внутри верхнего корпуса на

специальной конструкции подвешиваются огнеупорные блоки, а также элементы

системы нагрева свода ванны расплава. Для герметизации внутреннего пространства

между верхним и нижним корпусом установлены уплотнительные вставки ванны

расплава. Для предотвращения окисления олова внутрь ванны расплава подаётся

защитная атмосфера, состоящая из инертного газа азота (90-99%) и водорода (1-10 %).

Расплавленная стекломасса вытекает из печи вдоль канала с огнеупорной

футеровкой, который может дополнительно подогреваться для обеспечения

необходимой температуры. В конце канала стекломасса выливается в ванну расплава

через специальный огнеупорный переливной брус, который обеспечивает правильное

растекание стекломассы. Поток стекломассы управляется посредством регулируемого

подвесного огнеупорного шибера в канале (передний шибер). В месте, где стекломасса

первоначально соприкасается с оловом, температура

олова составляет

приблизительно

1000 °C; на выходе из ванны расплава температура снижается

примерно до

600 °C. По мере того, как стекломасса проходит по поверхности

расплавленного олова, она приобретает практически идеальную ровную поверхность.

Рисунок 2.5. - Схема технологического процесса производства листового стекла

Внутри флоат-ванны находятся несколько пар верхних роликов с водяным

охлаждением; изменяя их количество и параметры работы, такие как скорость

вращения, угол разворота, заглубление, получают ленту стекла необходимой толщины

и ширины. Эти ролики захватывают лист стекла с обоих краев зубчатыми колесами и

вытягивают по длине и ширине. Скорость потока стекла и скорость вращения роликов

помогают регулировать толщину стекла, как правило, от 1,5 до 19 мм. Расплавленная

стекломасса на поверхности олова имеет определённую равновесную толщину,

зависящую от химического состава и температуры, которая составляет около 7 мм. Для

получения стекла толщиной более 12 мм устанавливают специальные графитовые

барьеры.

На выходе из флоат-ванны стеклянная лента отрывается от поверхности олова

подъёмными роликами и проходит в печь отжига (лер). В начале лера обе стороны

ленты подвергаются обработке диоксидом серы SO2, в результате чего обеспечивается

защита поверхности стекла от контакта с направляющими роликами. Лер разделён на

секции, в которых с различной скоростью проходит охлаждение ленты стекла. Таким

образом, стекло постепенно охлаждается от 600 до 60 °C, чтобы снизить остаточные

напряжения, возникающие в процессе формования, до приемлемого уровня. Эта

операция требует времени и места, и, обычно линия «флоат-ванна и лер» имеет

протяженность около 200 метров до линии резки стекла.

Охлаждённая лента стекла разрезается перемещающимся роликами на заданные

форматы. Края ленты, на которых находятся отпечатки зубцов роликов, отрезаются и

повторно используются в производстве в качестве стеклобоя. Затем стеклянные листы

проверяются, упаковываются и хранятся либо для продажи, либо для последующих

переделов.

Для улучшения потребительских характеристик на стекло в постоянном режиме

могут наноситься покрытия, например, низкоэмиссионные (энергосберегающие) [37],

многофункциональные, солнцезащитные. Учитывая высокую теплопроводность стекла,

применение этих технологий даёт возможность сократить затраты на поддержание

комфортной температуры в помещении, что обеспечивает значительную

экономическую и экологическую эффективность на протяжении всего жизненного цикла

продукции.

Стекло с твердым покрытием (CVD)

- это высококачественное стекло с

покрытием, нанесённым на его поверхность. Многоступенчатое металлизированное

покрытие методом пиролиза наносится на поверхность стекла в момент, когда стекло

всё ещё имеет очень высокую температуру (более 600 °С). Так как стекло представляет

собой аморфное вещество, молекулы кристаллической решётки которого при такой

температуре сильно удалены друг от друга, то происходит проникновение молекул

металлизированного покрытия в глубь кристаллической решётки стекла. Покрытие как

бы ламинируется слоем металла, что делает его очень устойчивым, чрезвычайно

механически прочным и постоянным. Такое покрытие принято называть «твёрдым».

Твёрдые покрытия, изготовленные по технологии CVD, сохраняют свойства в течение

длительного времени.

Стекло с мягким покрытием (PVD) - это высококачественное стекло с покрытием,

нанесённым на одну поверхность стекла в условиях вакуума методом магнетронного

распыления материала катода с последующей конденсацией его на поверхности стекла

в виде наноструктурной плёнки заданного химического и стехиометрического состава.

На стекло наносятся слои материала с определённой последовательностью, которые в

свою очередь придают стеклу необходимые характеристики.

Стекло с низкоэмиссионным и многофункциональным мягким покрытием

используется только в составе стеклопакета покрытием внутрь. Это объясняется тем,

что основной слой, придающий этим стеклам нужные характеристики, в данном случае

серебро, подвержен воздействию атмосферной влаги и воздуха, которые окисляют

серебро, и покрытие теряет свои свойства. Отсюда и особые требования к

низкоэмиссионным и многофункциональным стёклам: хранение в герметичной упаковке

и ограниченный срок монтажных работ в открытой среде. Вместе с тем в среде

инертного газа низкоэмиссионные и многофункциональные покрытия защищены от

окислительного воздействия кислорода воздуха и способны сохранять

работоспособность вплоть до разгерметизации стеклопакета.

Процесс нанесения покрытия обычно состоит из двух отдельных стадий:

грунтовки и собственно нанесения покрытия. Технология пока ещё не получила

широкого распространения в силу экономических причин.

2.3 Технологические процессы производства стеклянной тары

Процесс производства стеклянной тары представляет собой непрерывное

круглосуточное производство.

Процесс стекловарения - это комплекс физико-химических реакций, явлений

массообмена и теплообмена, в результате которых шихта превращается в

расплавленную стекломассу под воздействием высоких температур, создаваемых в

стекловаренной печи за счёт сжигания природного газа или других источников энергии.

Процесс подготовки стекломассы осуществляется в выработочном канале

стекловаренной печи, питателях стекломассы (фидерах) и включает в себя охлаждение

стекломассы до температуры формования, гомогенизацию по температуре и подачу в

стеклоформующий автомат порции стекломассы определённой массы и формы в строго

определённый момент.

Для выпуска большей части стеклотары используется состав стекла,

приведённый в таблице 2.5 [31]. Схема технологического процесса представлена на

рисунке 2.6.

Т а б л и ц а 2.5 - Типовой химический состав стеклянной тары

Компонент

Массовая доля, %

Оксид кремния (SiO2)

71-73

Оксид натрия (Na2O)

12-14

Оксид кальция (CaO)

9-12

Оксид магния (MgO)

0,2-3,5

Оксид алюминия (Al2O3)

1-3

Окись калия (K2O)

0,3-1,5

Оксид серы (SO3)

0,05-0,3

Красители, осветлители и обесцвечиватели

0,2-3

Стекловарение производится в ванной печи (регенеративной печи непрерывного

действия с поперечным или подковообразным направлением пламени, рекуперативной

печи и т. д.). Окраску стекломассы можно производить непосредственно, добавляя

краситель в шихту, выработочный канал или питатель стекломассы. Необходимо

учитывать, что для равномерной окраски стекломассы необходимо выдержать три

обязательных параметра: температура стекломассы, время (продолжительность)

окрашивания (дозирования) и интенсивность (качество) перемешивания. Для некоторых

цветовых решений важным показателем окрашивания является поддержание

определённой окислительной среды в атмосфере питателя.

Рисунок 2.6 - Схема технологического процесса производства стеклянной тары

В канале питателя могут быть установлены дренажная система для удаления

загрязнённой стекломассы (которая может быть использована повторно) и

дополнительное перемешивающее устройство - система мешалок, осуществляющая

перемешивание стекломассы, обеспечивая её однородность. Конструкция питателя

может обеспечить формирование от одной до четырёх капель единовременно, в

зависимости от конструкции стеклоформующей машины.

Основными способами формования стеклянной тары являются выдувание (BB) и

прессовыдувание (PB, NNPB) стекла [29].

Гранулят и отходы формования относятся к возвратному стеклобою.

Отформованная стеклянная тара подаётся в печь отжига. Отжиг - процесс охлаждения

отформованной тары до температуры окружающей среды, при котором уменьшаются

остаточные напряжения и предотвращается возникновение временных разрушающих

напряжений. Основной нагрев рабочего пространства печи отжига обеспечивается

поступающими на отжиг изделиями для достижения кривой отжига за счёт подогрева

природным газом или электричеством.

Схематично способы формования показаны на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 - Способы формования стеклянной тары NNPB, PB

Для повышения эксплуатационной надёжности на поверхность стеклянной тары

до загрузки в печь отжига и после печи отжига наносятся упрочняющее и защитное

покрытия. Процесс упрочнения поверхности стеклотары «горячим» методом состоит в

нанесении защитного оксидно-металлического покрытия на наружную поверхность

стеклотары. В результате взаимодействия продуктов испарения рабочего реагента с

поверхностью тары образуется защитная плёнка, которая выравнивает поверхность,

чем увеличивает на 15-20 % устойчивость стеклотары к механическому воздействию.

Процесс нанесения покрытия на «холодном конце» состоит в нанесении на поверхность

стеклотары защитного покрытия путём распыления форсунками полимерных

композиций на водной основе. Такая обработка поверхности стеклотары снижает

коэффициент трения, исключает потёртости на наружной поверхности стеклотары.

В последнее время получили развитие технологии обработки внутренней

поверхности стеклянной тары при горячем упрочнении (например, диоксидом серы SO2),

которые позволяют добиться снижения выщелачивания, а также повышенных

прочностных характеристик при меньшей толщине стенок бутылки, тем самым сокращая

расход стекломассы, улучшая показатели ресурсной и энергетической эффективности

в пересчёте на единицу изделия [38].

Нанесение оксидно-металлических покрытий на горячем участке и полимерных

композиций на холодном участке производственных линий может повлечь за собой

выбросы дыма и паров, прежде всего соляной кислоты HCl и соединений олова (титана).

После рассортировки годная стеклянная тара поступает на линию упаковки, где

собирается в паллеты с применением термоусадочной полиэтиленовой плёнки.

Упакованная стеклотара отправляется на склад готовой продукции для хранения и

последующей реализации.

2.4 Технологические процессы производства сортового стекла

Производство

сортового

стекла

является

одним

из

наиболее

диверсифицированных секторов в стекольной промышленности и охватывает широкий

диапазон продукции, а также технологических процессов, начиная от сложных ручных

операций по выпуску отдельных изделий из декоративного хрусталя и заканчивая

большими объёмами продукции с использованием высокомеханизированных методов

для производства недорогих потребительских товаров массового спроса. Большая

часть стеклянной посуды производится из натрий-кальций-силикатного стекла,

имеющего состав, подобный составу тарного стекла (см. таблицу 2.5), но более

сложный, что обусловлено особыми требованиями к внешнему виду и качеству

продукции и более разнообразными процессами формования. Схема технологического

процесса производства сортового стекла представлена на рисунке 2.8.

Процесс формования может быть ручным, полуавтоматическим и реализованным

с применением стеклоформующих машин. В последнем случае стекло из печи подаётся

через один или более выработочных каналов в стеклоформующую машину (СФМ), где

изделия формуются с использованием форм. Техника точности формования зависит от

размера изделия, подлежащего изготовлению. Существуют четыре основных метода

формования: прессовыдувание, выдувание, прессование и вытягивание (вытягивание

по-другому называется центробежным формованием, когда капля стекломассы,

вращаясь в форме, растекается до состояния готового изделия под действием

центробежных сил). Первые два метода применяются также при производстве

стеклотары (см. раздел 2.3) [29].

Процесс прессования сравнительно прост, он применяется для совсем мелких

изделий, у которых горлышко шире основания или равно его ширине. Такой процесс

прессования показан на рисунке 2.9. Входная температура расплавленного стекла

изменяется в зависимости от состава, но для натрий-кальциевого стекла она обычно

составляет 1150 °C.

Отформованные изделия обычно подвергают огненной полировке для

достижения требуемого качества поверхности, оплавке края (кромки) изделия и

отжигают. Кромка изделия обрабатывается высокотемпературным пламенем за счёт

сжигания газокислородной или кислородоводородной смеси. После огненной полировки

изделия пропускают через печь отжига, и на их поверхности могут наноситься покрытия.

В ряде случаев изделия пропускают не через печь отжига, а через линию закалки, чтобы

повысить их механическую устойчивость и термостойкость.

Рисунок 2.10 - Процесс вытягивания для формования изделий из стекла

Для изделий ручной работы с помощью трубки получают небольшую заготовку,

пульку, которая для получения нужной формы формуется с использованием

деревянных или металлических форм. Изделия переносят в печь отжига, чтобы

исключить любые внутренние напряжения. При полуавтоматическом производстве

некоторые этапы процесса (комплектование, формовка и обработка) выполняются с

помощью машин или роботов.

Отделка полученных изделий может включать целый ряд операций. Огранка

предусматривает нанесение заранее выбранного резного орнамента на изделия из

простого стекла с помощью шлифовального круга, шаржированного алмазом. После

огранки стекло приобретает сероватый оттенок, и его поверхность имеет

необработанный вид. Поверхность стекла восстанавливается в её первоначальном

виде в результате погружения стекла в полировальную ванну с фтористоводородной и

серной кислотами.

Для создания художественной выразительности может использоваться большое

разнообразие технических приёмов. Они включают декорирование с использованием

эмалей, обработку с помощью пескоструйных аппаратов либо травления кислотой, а

также гравирование. Объёмы выбросов в результате этих операций небольшие в

сравнении с основными производственными стадиями [39].

Следует отметить ещё одну особенность: практически весь объём собственного

стеклобоя (до 60 % от объёма сваренной стекломассы) используется вторично, а

ограничения по качеству обычно не позволяют использовать внешний стеклобой.

2.5 Технологические процессы производства стекловолокна

Стеклянные волокна существенно отличаются друг от друга по своим физико-

химическим характеристикам. Для композиционных материалов для ответственных

применений используют только стеклянные волокна, имеющие соответствующие

физико-химические свойства. Химический состав стекловолокон приведен в таблице

2.6.

Т а б л и ц а 2.6 - Химический состав стеклянных волокон

Оксиды, масс. %

Оксиды

E-стекло

R-стекло

ECR-стекло

Advantex^®

S-стекло

SiO2

55,0

60,0

58,4

61,0

64,7

Al2O3

14,0

24,4

11,1

13,0

25,0

TiO2

0,2

2,4

B2O3

7,0

CaO

22,0

9,0

21,4

22,5

MgO

1,0

6,0

2,7

3,0

10,0

ZnO

2,7

Na2O

0,5

0,8

0,3

K2O

0,3

0,1

0,5

E-стекло (E

- Electric

(электротехническое)) представляет собой

алюмоборосиликатное стекло с низкой долей оксидов щелочных металлов (<2 масс. %)

и хорошими электроизолирующими свойствами. Волокна из E-стекла являются

особенно приемлемыми для изготовления печатных плат и армирования пластмасс.

Термостойкость E-стекла (определяемая температурой стеклообразования) является

неудовлетворительной и составляет меньше 680 C. Большим недостатком E-стекол

является их низкая кислотостойкость (кислотостойкость класса 4).

R-стекло

Resistant

(стойкое))

представляет

собой

щелочноземельноалюмосиликатное стекло. Температуры стеклообразования и

размягчения данного стекла составляют приблизительно

730 °C и

950 °C

соответственно. Подобные стекла, такие как, например, стекло Supremax^®, вследствие

их низкого коэффициента температурного расширения применяют в качестве стекла для

термометров. Волокна из R-стекла применяют в областях, предъявляющих высокие

механические и термические требования. Волокна из R-стекла обладают также

достаточно высокой прочностью при растяжении при повышенной температуре.

ECR-стекло (ECR - E-Glass Corrosion Resistant (коррозионностойкое E-стекло))

представляет собой не содержащее бора алюмокальций-силикатное стекло с низкой

долей оксидов щелочных металлов. Волокна из ECR-стекла обладают высокой

кислотостойкостью и хорошими механическими и электрическими свойствами. Их

применяют для ответственного армирования пластмасс.

Стекло Advantex^®- модификация ECR-стекла с очень низкой долей оксидов

щелочных металлов и улучшенными физико-химическими свойствами. Долговременная

термостойкость данного вида стеклянных волокон составляет приблизительно 740 °C.

S-стекло (S

- Strength (прочность, прочное)) представляет собой

магнезиальноалюмосиликатное стекло. Данное стекло было разработано в качестве

специального стекла, удовлетворяющего высоким механическим требованиям, в

частности, при повышенной температуре и содержит более 10 мол. % Al2O3.

Свойства различных типов стекловолокна в сравнении с E-стеклом представлены

в таблице 2.7.

Т а б л и ц а 2.7 - Свойства высококачественных стекловолокон

Виды стекловолокна

Параметры

ECR-

E-стекло

R-стекло

Advantex^®

S-стекло

стекло

Плотность, кг/м³

2620

2550

2670

2620

2480

Коэффициент

температурного

5,4·10^-6

4,1·10^-6

5,9·10^-6

6,0·10^-6

2,0·10^-6

расширения, K^-1

Температура

850

950

880

915

1050

размягчения, °C

Предел прочности при

3450

3400

3450

3500

4890

растяжении, МПа

Модуль упругости, ГПа

72,0

85,0

72,0

81,0

87,0

Относительное

4,8

4,6

4,8

4,6

5,7

удлинение, %

Диэлектрическая

6,6

6,0

6,9

6,8

5,3

проницаемость при 1 МГц

Как следует из таблицы 2.7, волокна из S-стекла обладают сравнительно лучшими

механическими свойствами. Химическая стойкость и термостойкость данных волокон

также являются очень хорошими.

Традиционное S-стекло представляет собой магнезиально-алюмосиликатное

стекло, которое было разработано в качестве специального стекла, удовлетворяющего

высоким механическим требованиям, в частности при повышенной температуре.

Хотя стёкла, представляющие собой тройные системы MgO-Al2O3-SiO2, легко

затвердевают до стекловидного состояния, но при последующей термической

обработке они проявляют склонность к кристаллизации и разделению фаз.

Если S-стёкла подвергаются термическому воздействию, то происходят

выделение каплеобразной фазы силикатного стекла с высоким содержанием MgO и

Al2O3 и кристаллизация. Данное обстоятельство представляет собой большой

недостаток традиционного S-стекла и произведённых из него изделий.

В тройных системах MgO-Al2O3-SiO2 могут кристаллизоваться, в частности,

муллит 3Al2O3·2SiO2, форстерит 2MgO·SiO2, шпинель MgO·Al2O3, кордиерит

2MgO·2Al2O3·5SiO2 и периклаз MgO.

Разделение фаз и процессы кристаллизации ведут к сильному уменьшению

прочности волокна, хрупкости и разрушению волокна (к поперечной фрагментации).

Стойкость к температурным перепадам волокон из S-стекла является также

неудовлетворительной. Другим большим недостатком волокон из S-стекла является

относительно высокая цена. Вследствие этого по соображениям целесообразности

такой сорт волокон находит применение только в немногих областях.

Другой вид волокон, применяемых для ответственного армирования пластмасс,

представляет собой стекловолокно из стекла Advantex^®, не содержащего бор. Хотя

волокна из стекла Advantex^®обладают по сравнению с S-стеклом более низкой

прочностью и более низкой термостойкостью, но их склонность к кристаллизации

является сравнительно низкой.

Некоторые технологические процессы и оборудование для производства

стекловолокна (представлены на рисунке

2.11) имеют достаточно существенные

отличия от других способов производства стеклоизделий, поэтому подробно описаны

ниже в настоящем разделе.

Приготовление шихты. Технологический процесс приготовления шихты

включает в себя транспортировку обработанных (если это необходимо) сырьевых

материалов, дозировку, взвешивание и смешивание их до получения однородной смеси.

Сырьевые материалы, входящие в состав шихты, пневмотранспортом, элеваторами или

шнековыми транспортёрами подаются в расходные бункеры весовой линии участка

приготовления шихты.

Расходные бункеры весовой линии рассчитаны на хранение запаса сырья и

оснащены сигнализаторами минимального и максимального уровней. Они также

оснащены бункерными фильтрами для сброса воздуха от пневмотранспорта. Контроль

всех сырьевых материалов производится из бункеров на весовой линии.

Сырьевые материалы из расходных бункеров (силосов) при помощи шнековых

дозаторов подаются в весовые бункера. Бункеры установлены на тензометрических

датчиках, осуществляющих контроль веса (массы). Сигнал с них поступает на цифровой

преобразователь, находящийся на пульте управления весовой линией. Таким образом,

при помощи данного контура осуществляется контроль дозирования сырьевых

материалов.

Высыпание из весового бункера на ленточный конвейер отвешенных сырьевых

материалов осуществляется при помощи заслонок. Высыпание на ленту происходит

одновременно из всех бункеров.

По ленточному конвейеру отвешенные сырьевые материалы попадают в

смеситель блендерного типа, где идёт смешивание всех компонентов шихты.

Рисунок 2.11 - Схема технологического процесса производства стекловолокна

После смешивания готовая шихта подаётся в накопительные бункеры участка

производства стеклянных искусственных волокон [40].

Транспортировка и загрузка шихты в ванну печи. Накопительные бункеры

отделения стекловарения оснащены бункерными фильтрами для сброса воздуха от

пневмотранспорта, сигнализаторами минимального и максимального уровней, а также

шнекового дозатора у основания накопительного бункера. Подача шихты в

накопительные бункеры осуществляется попеременно. Это достигается за счёт

дроссельного переключателя.

При помощи системы шнеков шихта попадает в расходные бункеры загрузчиков.

Помимо расходного бункера, загрузчики оснащены шнеком, по которому шихта подаётся

в стекловаренную печь, и швеллерной системой откатки загрузчиков на случай

аварийных или плановых ремонтов. Так как загрузка шихты в стекловаренную печь

ведётся постоянно, все двигатели загрузочного узла оснащены инверторами,

позволяющими регулировать загрузку шихты в зависимости от съёма стекломассы.

Стекловарение. Осуществляется в рекуперативной печи прямого и

электрического нагрева, состоящей из варочного бассейна и главного канала,

разделённых проточной системой. Стены бассейна ванной печи и протока выполнены

из хромоксидного огнеупора. Для снижения потерь тепла весь бассейн изолируется

шамотным легковесом. Свод изолируется корундовым легковесом, волокнистой

изоляцией и оцинкованными листами. Все элементы огнеупорной кладки ванной печи

крепятся металлоконструкциями.

Печь отапливается природным газом и системой электроподогрева. Подача газа

на горение производится через комбинированные горелки диффузионного типа. Печь

условно разделена на две зоны: зону варки и зону осветления. Регулирование

температуры осуществляется одновременно во всей печи. Разность температур в зонах

достигается балансировкой между отдельными парами горелок.

С задней торцевой стороны печи расположен металлический рекуператор типа

«труба в трубе». Для поддержания давления в стекловаренной печи в горловину

рекуператора подаётся запорный воздух по трубам из жаростойкой нержавейки.

Дымовые газы (продукты сгорания топлива) удаляются через влёт задней торцевой

стены в дымовой канал и далее через рекуператор в металлическую дымовую трубу,

выполненную у основания в виде зонта.

Контроль температурного режима стекловарения осуществляется с помощью

сводовых и донных термопар. Также предусмотрены следующие системы

автоматического регулирования параметров:

- автоматическое поддержание заданного расхода газа;

- автоматическое поддержание заданного соотношения «газ/воздух»;

- автоматическое поддержание заданной температуры;

- автоматическое поддержание уровня стекломассы в печи;

- автоматическое поддержание давления в печи.

Предусмотрена система автоматического сброса горячего воздуха на свечу,

которая применяется для поддержания температуры и предотвращения перегрева

рекуператора. В случае отключения какой-либо системы автоматического

регулирования управление технологическим процессом осуществляется дистанционно.

Для безопасного ведения технологического процесса стекловарения предусмотрены

следующие системы аварийной и предупредительной сигнализации и блокировки:

- световая и звуковая сигнализация «Топливо-воздух» на случай отключения

подачи газа или воздуха в ванную печь;

- блокировка подачи газа или воздуха в ванную печь при отсутствии одного из

этих компонентов;

- световая и звуковая сигнализация при выходе из строя уровнемера;

- световая и звуковая сигнализация при увеличении или уменьшении уровня

больше, чем на 1 мм;

- световая и звуковая сигнализация при перегреве рекуператора;

- световая и звуковая сигнализация при отклонении температуры от задания по

своду и по дну;

- световая и звуковая сигнализация при аварии системы загрузки шихты.

С целью предотвращения разрушения огнеупорной кладки бассейна ванной печи

предусмотрено естественное, а в дальнейшем и принудительное воздушное

охлаждение, а при необходимости - и использование водяных холодильников.

Для выпуска стекломассы из ванной печи в конце кампании или при аварийных

ситуациях под ванной печью предусмотрена специальная аварийная ванна,

выложенная из огнеупорного кирпича.

Сваренная стекломасса из зоны осветления самотёком поступает через проток в

главный канал и далее в фидерную систему. Каждая зона отопления имеет свою

систему регулирования температуры, которая работает в автоматическом режиме.

Система включает в себя:

- контур регулирования температуры стекломассы;

- контур регулирования расхода топлива;

- контур регулирования соотношения «газ/воздух».

С целью стабильного и безопасного ведения технологического процесса

предусмотрена световая и звуковая сигнализация при отклонении температуры с/массы

от заданной на ±5 градусов, «газ/воздух» на случай отключения одного из компонентов

смеси и разрыва предохранительной мембраны на трубопроводе газовоздушной смеси.

Приготовление замасливателя, перекачка и система подачи замасливателя.

Поверхность стеклянных волокон в процессе вытягивания покрывается замасливателем

- сложной многокомпонентной стабильной водной дисперсией (эмульсией), содержащей

до 90 % воды.

Основное назначение замасливателя - обеспечить смазку и защиту филаментных

волокон и комплексных нитей от истирания, происходящего как во влажных условиях во

время вытягивания нитей, так и в сухих условиях при трении волокон о детали

оборудования в процессе текстильной переработки и в процессе производства

стеклопластиковых изделий. Замасливающее покрытие должно образовывать на

волокне гибкую, эластичную плёнку, стойкую к истиранию и механическим

воздействиям, склеивать элементарные волокна в нить, придавая ей компактность и

целостность [40].

Толщина и свойства образующейся плёнки зависят от количества нанесённого

замасливателя и его состава. Компоненты, входящие в состав замасливателя, должны

совмещаться друг с другом с образованием устойчивой эмульсии, иметь сродство к

поверхности стеклянного волокна и обеспечивать химическую связь с полимерной

матрицей в процессе производства стеклопластиковых изделий.

Приготовление замасливателя с использованием деминерализованной воды.

Деминерализованная вода готовится на участке водоподготовки на установке системы

обратного осмоса. Качество воды должно соответствовать требованиям инструкции на

приготовление замасливателей и контролироваться один раз в квартал.

Перекачка замасливателя осуществляется по двум независимым системам

(линиям A и B) в реакторную при помощи пневмонасоса. Каждый вид замасливателя

перекачивается и хранится в отдельном реакторе при постоянном перемешивании и

поддержании заданного диапазона температур. После каждой перекачки замасливателя

происходит автоматическая промывка системы трубопровода.

В российских условиях в зимний период система трубопровода между участками

приготовления и хранения замасливателя должна иметь электроподогрев. После

каждой перекачки замасливателя трубопровод необходимо продуть сжатым воздухом.

Из расходных реакторов замасливатель подаётся в систему рециркуляции

пневмонасосом под давлением. Для эффективного использования замасливателя

установленные фильтры (сеточки) в ванночках замасливающего устройства

необходимо регулярно промывать или менять на чистые.

Оборудование прядильной ячейки. Для выработки однопроцессных ровингов

применяется оборудование, установленное на прядильных ячейках, размещённых под

рабочими каналами фидерной системы в два яруса.

В комплект прядильных ячеек входит следующее оборудование:

- фильерные питатели;

- замасливающее устройство;

- наматывающие аппараты;

- вспомогательное оборудование (печные трансформаторы, подфильерные

холодильники, монтажные рамы, форсунки для орошения подфильерной зоны,

ванночка замасливающего устройства).

Для обеспечения устойчивого процесса выработки однопроцессных ровингов

предусмотрены установка форсунок для орошения подфильерной зоны обессоленной

водой и установка кондиционирования воздуха в производственном помещении.

Выработки однопроцессного стеклоровинга. Наматывающая машина

используется для намотки стекловолокна из фильерных питателей. Она состоит из двух

мотальных веретён (валов), которые закрепляются на роторном диске (ротационном), то

есть поворотном столе машины. Волокно переходит с одного веретена на другое

полностью автоматически.

Подготовленная в фидере стекломасса поступает через специальные щелевые

огнеупорные камни в платинородиевые фильерные питатели, смонтированные в

нижней части рабочих каналов фидеров. Температура питателей автоматически

поддерживается постоянной с помощью регулятора температуры.

Стекломасса под действием гидростатического напора вытекает через фильеры,

находящиеся в дне питателя, в виде струек, которые затем принудительно

растягиваются в элементарные стеклонити заданного диаметра. Затем элементарные

волокна обрабатываются замасливателем и, проходя через нитесборник, собираются и

склеиваются в одну комплексную нить.

Сформированная стеклонить наматывается на бумажную манжету, одетую на

вращающийся шпуледержатель наматывающего аппарата. После окончания намотки

автоматически происходит перезаправка комплексной нити на пустую манжету, одетую

на второй шпуледержатель наматывающего аппарата. Паковка с намотанной нитью при

помощи манипулятора помещается на транспортную телегу и направляется на

следующий технологический переход.

Выработка рубленых стеклонитей. Для выработки рубленых стеклонитей путём

непрерывной прямой рубки применяется оборудование, аналогичное оборудованию для

выработки стеклоровинга, за исключением наматывающего аппарата и дополнительных

полиуретановых направляющих и оттягивающих роликов.

Для выработки рубленых стеклонитей путём непрерывной прямой рубки

используется чоппер. Сформированная стеклонить через графитовый нитесборник,

полиуретановый направляющий ролик на прядильной ячейке, графитовый

направляющий ролик на чоппере заправляется в полиуретановые оттягивающие ролики

чоппера. Затем система автозаправки чоппера с помощью графитового направляющего

ролика забрасывает прядь стеклонити между режущей головкой и полиуретановым

кольцом. Сформированные стеклонити с питателей, работающих на чоппер,

равномерно распределяются через пальцы гребёнки, проходят по поверхности

полиуретанового кольца, направляются между режущей головкой и полиуретановым

кольцом.

Ножи режущей головки, вдавливаясь в упругую поверхность полиуретанового

кольца, рубят находящуюся между валиками стеклонить на отрезки, равные расстоянию

между ножами. Рубленая стеклонить по рабочему жёлобу под действием силы тяжести

падает в мягкий контейнер из полипропиленовой ткани (биг-бег), установленный на

весовой платформе на поддоне. Биг-бег подвешивают на кронштейны, вставленные в

раму, во избежание его падения. На весовой платформе установлен вибратор для

уплотнения рубленых стеклонитей в биг-беге по мере его заполнения.

Процессы ткачества и производства изолирующих матов и плит обычно

реализуются отдельно от заводов по производству стекловолокна и не имеют

логической связи с данным справочником, так как используют собственные

технологические процессы, не связанные с производством стекла.

2.6 Технологические процессы производства силиката натрия растворимого

Технологические процессы производства растворимых силикатов щелочных

металлов описаны на примере силиката натрия растворимого, наиболее массового вида

продукции данного типа. Силикат натрия является продуктом, отвечающим общей

химической формуле Na2O*M SiO2, где M - силикатный модуль (см. таблицу 2.8).

Наибольшим спросом пользуется продукт с M = 2,6÷3,6, но в промышленном масштабе

можно производить и силикат натрия с модулями в диапазоне M = 2÷4 [23].

Т а б л и ц а 2.8 - Типовой химический состав силиката натрия растворимого

Компонент

Массовая доля, %

Диоксид кремния SiO2

65-80

Оксид натрия Na2O

20-35

Рисунок 2.12 - Схема технологического процесса производства силиката натрия растворимого

Силикат натрия растворимый используется для изготовления жидкого стекла,

замазок, литья, флотации, для производства катализаторов и адсорбентов, для

производства сварочных электродов, для синтетических моющих средств и химических

производств, белой сажи, для строительства, бумажного производства, для клеев,

пропиток, покрытий и других целей.

Производство силиката натрия растворимого представляет собой процесс

получения расплава стекломассы из шихты, содержащей песок и соду в заданных

пропорциях, в ванной стекловаренной печи непрерывного действия с последующим

резким охлаждением стекломассы (см. рисунок 2.12).

В основном для стекловарения используются печи регенеративного типа с

подковообразным и поперечным направлением пламени.

Для формования применяются:

- современный сухой способ охлаждения готовой продукции с формированием

гранул силиката натрия на пресс-формах конвейера;

- способ прямого охлаждения стекломассы водой.

Продукт, охлаждённый последним способом, представляет из себя неоднородные

куски и отличается высоким содержанием мелкой фракции. Имеются потери продукта

за счёт растворения и вымывания технической водой мелкой фракции. Техническая

вода после охлаждения продукта имеет высокий показатель pH

(9-11) и много

взвешенных веществ. При перевозке продукции до потребителя насыщение продукта

влагой и наличие мелкой фракции часто приводят к образованию монолита, что

вызывает трудности при разгрузке и переработке [24, 29]. Существует несколько

модификаций товарного продукта, которые имеют различную структуру (глыба,

гранулят, порошок), а также различную влажность (сухой остаток в доле 37, 48, 58, 80,

100 %) [41].

2.7 Используемые системы менеджмента

Практически все предприятия отрасли, особенно те, в структуре продаж которых

присутствует экспорт, сертифицированы в соответствии с требованиями систем

менеджмента качества промышленных предприятий [42]. Предприятия, принадлежащие

международным компаниям, согласно корпоративной политике, сертифицируются также

по нормам систем экологического

[43] и, в ряде случаев, энергетического

менеджмента [44] и осуществляют деятельность, используя интегрированные системы

управления, сочетающие выполнение требований вышеуказанных систем

менеджмента, норм охраны труда и промышленной безопасности

[45], местного

законодательства. Предприятия, принадлежащие российским владельцам, также

стараются учитывать регуляторные требования и рекомендации систем менеджмента в

своей деятельности.

Использование интегрированных систем управления промышленными

предприятиями даёт возможность не только декларировать на рынках сбыта свою

приверженность наилучшим практикам и получать преимущества при реализации своей

продукции, но и получать экономическую, экологическую и социальную выгоду от их

применения. Кроме этого, обеспечивается системный подход, дающий возможность

преемственности достигнутых результатов и их постоянного улучшения [46].

Использование системы экологического менеджмента признаётся наилучшей

доступной технологией (НДТ), а использование системы энергетического менеджмента

считается перспективной технологией при производстве стекла.

Раздел 3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в

окружающую среду

3.1 Источники и основные факторы воздействия на ОС

В этой главе представлена информация об уровнях ресурсоэффективности и

факторах воздействия, которые свойственны стекольной промышленности в рамках

процессов и методов, описанных в главе 2. Входные и выходные потоки показаны по

каждому сектору производства. Приведены характеристики эмиссий, их источники и

энергопотребление установок.

Стекольная промышленность достаточно разнообразна, и в приведённых

обобщениях по секторам есть определённые исключения и экологические приоритеты

для конкретных вариантов обработки или для отдельных заводов. Однако невозможно

охватить все варианты, и некоторые эмиссии, не рассмотренные в этом документе,

могут встречаться на определённой установке. Таким образом, информация о факторах

воздействия на окружающую среду, приведённая здесь, не является исчерпывающей,

например, не касается специальных технологических режимов, таких как запуск и

остановка производства. Некоторые из самых низких показателей воздействия связаны

с работой только одного завода, который смог достичь их по специфичным причинам, и

результаты не могут рассматриваться как НДТ.

Причинами отклонений в результатах являются: объективные отличия в качестве

сырья и продуктах для каждого сектора, использование различных стекловаренных

печей, время с начала кампании стекловаренной печи, выпускаемая продукция,

масштаб процесса и достигаемая степень очистки. При рассмотрении воздействия от

различных секторов и установок важно учитывать, помимо концентраций, общее

количество загрязняющего вещества и удельную массу на тонну продукта или

стекломассы.

Предприятия по производству стекла, как уже было отмечено в разделе 1, не

относятся к числу приоритетных загрязнителей ОС. Тем не менее большая часть

предприятий относится к первой категории объектов негативного воздействия на ОС.

Основные факторы воздействия на ОС связаны с процессами стекловарения и

подготовки шихты (преимущественно выбросы отходящих газов), а также формования и

обработки изделий (образование отходящих газов и, в определённых процессах,

производственных сточных вод с большим коэффициентом разбавления - см. разделы

3.4, 3.5). Образование отходов I-IV классов опасности весьма незначительно.

3.1.1 требление ресурсов. Показатели ресурсоэффективности

Входящие компоненты можно разделить на четыре основные категории: сырьё

(материалы, которые входят в состав продукта), энергия (топливо и электричество), вода

и вспомогательные материалы (технологические добавки, чистящие средства, химикаты

для обработки воды и т.д.). Потребление энергии рассматривается отдельно в разделе

3.1.2.

Сырьё для стекольной промышленности в основном представляет собой твёрдые

неорганические соединения природного происхождения: природные минералы или

синтетические соединения. Физически они варьируются от очень грубых материалов до

порошков тонкого помола. Жидкости и газы используются как в качестве

вспомогательных материалов, так и в качестве топлива. Термин «вспомогательные

материалы» используется для описания тех веществ, которые используются в

производстве, но не являются частью конечного продукта; например, олово и водород,

используемый в флоат-ваннах, кислород в кислородно-топливных системах, диоксид

серы при защитной обработке поверхности листового стекла (и иногда тарного стекла),

а также режущие составы и кислоты для химической полировки стеклоизделий. Эти

материалы, как правило, довольно специфичны для каждого сектора, их вклад в

воздействие может быть весьма значительным (кислотная полировка) либо низким

(пары олова из флоат-ванн).

Расчёт состава шихты делается на 100 массовых частей стекломассы, с учётом

летучести сырьевых компонентов. Наибольшие потери при нагреве характерны для

карбонатов компонентов шихты - 15-20 масс. % и осветлителя - сульфата натрия -

0,5 масс. %. Кроме этого, часть мелкодисперсной шихты при бурлении стекломассы

уносится тягой, которая создаётся в дымоходе. Исходя из этого, потери продуктов в

газообразных эмиссиях при стекловарении составляют около

% от массы

приготовленной шихты. Для облегчения процесса стеклообразования и снижения

количества выделяемых газообразных продуктов в шихту добавляют молотый

стеклобой. При этом количество шихтных газов на 1 т введённого стеклобоя снижается

на 200 кг.

В таблице 3.1 представлен расчёт потребности в шихте для стекловаренной печи

производительностью

800 т стекломассы в сутки при заданном соотношении

шихта:стеклобой = 5:1 (16,7 % использования стеклобоя) [19]. Текущие уровни расхода

ресурсов в зависимости от технологического процесса представлены в разделах 3.2-

3.6.

Т а б л и ц а 3.1 - Потребление шихты и стеклобоя для стекловарения

Наименование

Потребление

материала

годовое, т/год

суточное, т/сут

часовое, т/час

Шихта

295576

810

Стеклобой

58400

160

6,7

Всего

353976

970

40,7

Таким образом, расход сырьевых компонентов при доле стеклобоя

16,7 %

составляет 1,2125 тонны сухой шихты на тонну готовой продукции. Увеличение доли

стеклобоя снижает расходный коэффициент, прежде всего за счёт отсутствия потерь,

связанных с разложением карбонатов шихты. Удельный съём стекломассы с 1 м²

отапливаемой части составляет в листовом и тарном производстве около 2500 кг в сутки.

Одним из показателей ресурсоэффективности может являться коэффициент

использования стекла (КИС), который показывает отношение массы готовой продукции

и использованной для её производства стекломассы. Опрос предприятий показал, что

для листового стекла КИС находится в диапазоне 79-89 % (предприятия с одним

переделом показывают лучший результат), для тарного стекла - 84-89 %, для сортового

стекла - 71-75 %. Чем ниже показатель КИС, тем больше стекла подлежит вторичной

переработке, что обуславливает дополнительные затраты прежде всего на

энергопотребление.

Ещё одним из способов сокращения потребления энергии и выбросов в

атмосферу ЗВ при повторном использовании отходов является включение стеклобоя в

производственные процессы. Стеклобой, который плавится при гораздо более низкой

температуре, чем песок, подлежит вторичной переработке и снижает общие

потребности в энергии. В среднем на каждые

% используемого стеклобоя

потребности в энергии снижаются на 3 % (при производстве стекла и стеклоизделий в

среднем используется от 10 до 30 % стеклобоя в зависимости от качества и доступности,

преимущественно используется внутренний стеклобой, полученный в собственном

производстве). Использование стеклобоя снижает выбросы CO2 и NOx так как для его

обработки требуется меньше энергии. Использование стеклянного боя снижает

зависимость от первичных материалов, что позволяет экономить ресурсы, такие как

песок, технологическая сода и известняк.

3.1.2 требление энергии. Показатели энергоэффективности

Производство стекла является энергоёмким процессом, поэтому повышение

энергоэффективности производства является приоритетным направлением работ по

обеспечению ресурсоэффективности в целом и сокращения негативного воздействия на

ОС [47].

Источниками энергии для технологического процесса являются:

- сжигание топлива;

- предварительный подогрев воздуха для горения;

- электроподогрев;

- явная теплота топлива, кислорода или избыточного воздуха;

- предварительно нагретые компоненты шихты.

Поскольку производство стекла является энергоёмким и высокотемпературным

процессом, существует высокая вероятность тепловых потерь. В последнее время

достигнут существенный прогресс в области энергоэффективности, а потребление

некоторых агрегатов (например, больших регенеративных печей) приближается к

теоретически минимальным энергозатратам на плавку с учётом ограничений, присущих

процессу.

В процессе стекловарения расходуется от 65 до 90 % всей энергии, потребляемой

при производстве стекла [48]. Удельное энергопотребление зависит от характеристик

печи (в частности, её типа и размера). При производстве стекла энергия также

потребляется выработочными частями печей в процессе формовки, отжига и системами

отопления предприятий (см. таблицу

3.2). Значительное количество энергии

потребляется вентиляторами для подачи воздуха для горения и охлаждения. Доля

энергии, потребляемой на стекловарение, является показателем энергетической

эффективности предприятия в целом.

ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛА (ИТС 5-2022) - часть 1