31.10.2017 19:01
2116
Стъклото е незаменим елемент в нашия живот. Среща се навсякъде: в жилищни сгради, витрини и във всички видове транспорт.
Питали ли сте се някога от какво е направено стъкло?
Хората са се научили да правят стъкло в Древен Египет преди около 5 хиляди години, но за разлика от съвременното стъкло, то не е било толкова прозрачно, колкото е сега.
Основният материал за производство на стъкло е кварцов пясък. Към него се добавя вар и сода и се загрява в специална пещ. Благодарение на взаимодействието със содата, пясъкът се топи по-добре. Вар служи за укрепване на получения материал и не се срутва при взаимодействие с вода. Ако не беше добавена вар, стъклото можеше просто да се разтвори при контакт с вода. Когато температурата достигне 1700 градуса, и трите материала се смесват и стават едно вещество, което се потапя в разтопен калай при температура над 1000 градуса. След това полученият материал се поставя на конвейер, където се охлажда до 250 градуса. Там стъклото се нарязва на стандартни парчета и се коригира по дебелина.
За да се получи цветно стъкло, съединения на химични елементи се добавят към пясък в допълнение към сода и вар. Например зелено стъкло може да се получи чрез добавяне на хром, жълто чрез добавяне на уранов оксид и червено чрез добавяне на железен оксид. Оксидът е съединение на химичен елемент (например метал) с кислород.
Чрез издухване на нагрята маса се получават различни форми на стъкло. Има такава професия - стъклодув. Това е майстор, който прави различни по форма стъкла. Стъклодухачът използва в работата си специална дълга тръба.
Той прикрепя разтопено стъкло към върха му и издухва получения балон. В този случай стъклодухът завърта тръбата и балонът пада в специална дървена или метална форма. Понякога майсторите правят своите шедьоври без форми. Те обработват мехура, издухан от тръбата, с помощта на инструменти (пинсети, ножици, гладки и др.), като му придават различни форми.
Защо имате нужда от пещи за топене на стъкло? Факт е, че за да направите нещо полезно от стъкло, първо трябва да го разтопите, а то се топи при температури нито повече, нито по-малко, 1400-1600 ° C.
Суровината за производство на стъкло е главно кварцов пясък (силициев оксид SiO2)
Кварцов пясък
За да придаде на стъклото необходимите свойства, кварцовият пясък се смесва с различни добавки, главно варовик (вида, който е черупчести скали, от фасадите на сгради), фелдшпат, доломит, сода и багрила (метални оксиди)
Варовик
Фелдшпат
Доломит
В стъклото има до 20-30% такива добавки. Като цяло, колкото повече добавки, толкова по-нисък е вискозитетът на стопилката (грубо казано, тя е „по-течна“) и толкова по-ниска е точката на топене, т.е. по-лесно се обработва, например, можете да духате бутилки и т.н., вече при 800 °C. Но може да бъде различно: ако например към сместа се добави борен оксид, резултатът ще бъде боросиликатно стъкло, топлоустойчиво и устойчиво на температурни промени - за радост на домакините. Стъклото, направено от чист силициев оксид, ще бъде огнеупорно; за да издухате нещо от него, ще трябва да го загреете до 1600 °C.
Като цяло сме подредили суровините. Всичко, което е необходимо, се почиства старателно, натрошава (това обикновено се прави от специални обогатителни фабрики/производства), смесва се и се изсипва в стъкларска пещ през специален прозорец. Вътре в пещта в огромен басейн пламва почти адски огън и превръща пясъка в течност за няколко часа.
Пламък във фурната.
Между другото, нагряването на такава пещ до необходимата температура е труден, дълъг и най-важното скъп процес (колко гориво е необходимо за загряване на такъв огромен глупак за 2-9 хиляди тона стъкло!), следователно, като запалили веднъж, опитват се да не го гасят отново: През 10-15 години топене на стъкло, услугата на пещта е прекъсвана само няколко пъти за студени ремонти.
Естествено, сместа не се топи наведнъж, а постепенно; Като се разтопи, той се смесва и от него излизат въздушни мехурчета. Това, което вече е добре разтопено, се събира на дъното на басейна (плътността на стопилката е по-висока) и според закона на скачените съдове тече под стената, преминавайки през басейна, в друга част от него, далеч от пламъка и все още неразтопената смес.
Тук температурата е малко по-ниска и течното стъкло от тук отива в следващата работна вана извън пещта, а оттам отива за обработка. За да се произведе листово стъкло за прозорци и огледала например, то се отлива и валцува почти като метал.
За да се получи идеално равна повърхност, в съвременните фабрики разтопеното стъкло първо се излива в басейн, пълен с разтопен калай, а стъклото, плаващо върху повърхността на калая, се разпределя върху него на равномерен тънък слой и се охлажда от около 1000 до 600 ° C, така нареченото флоат стъкло.
Както вече казах, този процес е непрекъснат, а изходът след охлаждане е безкрайна стъклена лента. Но преди да се нареже на парчета, повърхността се нагрява отново с газови горелки: по този начин се запечатват микропукнатини, които все още се образуват дори въпреки постепенното охлаждане поради разликата в напрежението вътре в стъклото по време на втвърдяване. В резултат на това стъклото става особено прозрачно.
Производство на флоат стъкло
Старата технология, използвана в съветските заводи, включваше вертикално издърпване на стъклена лента при интензивно охлаждане на масата, идваща от пещта. Стъклото, произведено по този начин, има значително по-голямо оптично изкривяване.
Е, изглежда, че сме подредили почти всичко. На снимката остава само още една неразбираема част от пещта: регенераторът. Нещото е прекрасно и гениално в своята простота. За изобретяването му през 1856 г. най-младият от братята Сименс, Фридрих, получава английско благородство. Въпросът е да се спести гориво за пещта за топене на стъкло чрез нагряване на въздуха, подаван към пещта за изгаряне. И спестяването на гориво може да достигне 40%!
Принцип на работа на регенератора
Регенераторът се състои от две еднакви шахти, пълни с топлоустойчиви керамични възли, образуващи множество малки канали за въздух вътре в шахтите. Въздухът влиза през първата шахта, влиза в пещта през прозореца, смесва се с гориво (газ) и изгаря. Горещите продукти от горенето преминават през друг прозорец във втората шахта, като преди да излязат, загряват посочените керамични възли. След това, когато са достатъчно горещи, след около двадесет минути, през втората шахта се изпуска въздушен поток, той се загрява в нея преди да влезе в пещта и отработените газове започват да нагряват възлите в първата шахта. След това цикълът се повтаря.
Извън обхвата на тази история са различни топлоустойчиви керамични покрития вътре в пещта (металът не е подходящ за тази температура). Всичко с тях също е доста интересно: физическите и химичните процеси, които се случват по време на топенето на стъклото, водят до невероятни образувания: сталактитите започват да растат вътре в пещта!
Хората влизат в контакт със стъклени продукти всеки ден. Стъклото е почти магически предмет - от едната страна е прозрачен, а от другата е материален предмет. Едно вещество ще бъде прозрачно, когато фотони (светлинни кванти) преминават през него, без да бъдат абсорбирани. Но по някаква причина не всеки идва с идеята - как и от какво се прави стъкло? Как протича процесът?
Интересни факти:
- Разлагането на стъклото ще отнеме милиони години.
- Стъклото се рециклира без загуба на качество.
- Най-дебелото стъкло в света е 26-сантиметровият екран на аквариума в Сидни.
От какво се прави стъкло?
За да направят стъкло, занаятчиите вземат: кварцов пясък (основният компонент); вар; Газирани напитки;
Първо кварцов пясък, сода и вар се нагряват в специална пещ до температура от 1700 градуса над нулата. Песъчинките се свързват помежду си, след което се хомогенизират (превръщат се в хомогенна субстанция) и газът се отстранява. Масата се „потапя“ в разтопен калай при температури над 1000 градуса, който плува на повърхността поради по-ниската си плътност. Колкото по-малка е масата, която отива в калаената баня, толкова по-тънко ще бъде стъклото, което излиза.
Интересни факти:
- Муранското стъкло се счита за най-скъпото в света. Продуктите, направени от него, струват милиони долари. От древни времена Венеция е известна с производството на висококачествено стъкло. Надеждно е известно, че през 13-ти век правителството на държавата премества производството на големия остров Мурано, а на занаятчиите е строго забранено да го напускат. Наказанието е смъртна присъда. Освен това входът на острова също беше затворен за туристи или други жители на Венеция. Такива строги мерки позволиха да се запази тайната на производството.
- Едно от най-интересните психични заболявания на Средновековието е „стъклената болест“. Човек с такова разстройство мислеше, че е направен от стъкло и се страхуваше да не се счупи. Френският крал Чарлз VI страда от това заболяване. Монархът винаги носел няколко ката дрехи и забранявал на всеки да се докосва.
Какви функции изпълняват содата и варовик в производствения процес?
Содата за хляб помага да се намали точката на топене 2 пъти. Ако не го добавите, ще бъде много трудно да разтопите пясъка и съответно да свържете отделни зърна пясък помежду си. Необходима е вар, за да може масата да издържи на вода. Ако не беше включен, прозорецът например щеше да се разтвори веднага след първия дъжд, а стъклото щеше да се пръсне след контакт с вода.
Свързани материали:
Какво е венецианско стъкло и защо художниците са купували яйца?
Интересни факти:
- Китай не е произвеждал стъкло повече от 500 години, от 14-ти до 19-ти век. Сега държавата е един от лидерите в производството и контролира една трета от световния пазар на стъкло.
- 1994 г. беше много активна година за рециклирането на стъкло в Съединените щати. Ако поставите всички стъклени продукти, рециклирани през тази година, в един ред, ще получите един вид „път“ към Луната.
Как се прави цветното стъкло?
Произвежда се не само безцветно стъкло. За да се получи цветен продукт, в допълнение към основните компоненти, в пещта за топене се добавят химически съединения:
- Железните оксиди придават на стъклото богат червен нюанс.
- Никелови оксиди – кафяви, лилави (в зависимост от количеството).
- За да получите ярко жълт оттенък, добавете уранови оксиди към пясък, сода и вар.
- Хромът прави стъклото зелено.
Какви характеристики и свойства има стъклото?
Пропорциите на компонентите за производството на стъклени изделия се избират в зависимост от тяхното предназначение. Разграничават се: домакинско стъкло - това, което след това се използва за изработка на съдове, чаши, бижута; строителство – витрини, прозорци, витражи;