Способ двухстадийного упрочнения движущейся ленты флоат-стекла

Способ двухстадийного упрочнения движущейся ленты флоат-стекла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к способам производства листового стекла и может быть использовано для получения флоат-стекла с улучшенными прочностными свойствами непосредственно в процессе его производства.

Уровень техники

Известен способ упрочнения поверхности тарного стекла сульфатом аммония в процессе непрерывного производства (перед отжигом), в результате которого улучшаются его прочностные свойства, особенно водостойкость (Ящишин И.Н., Жеплинский Т.Б. Повышение химической стойкости стеклотары путем термохимической обработки реагентным раствором // Стекло и керамика. - 1996. - №5. - С.8-11).

Однако при нанесении сульфата аммония на поверхности стекла образуется непрозрачное покрытие в виде мутного налета сульфата натрия, что затрудняет контроль качества стекла, поэтому этот способ не нашел промышленного применения. Кроме того, при разложении сульфата аммония в результате эндотермической реакции отбирается большое количество тепла с поверхности стекла, что может привести к ее растрескиванию. При этом образуется тонкий модифицированный слой, не защищающий поверхность стекла от механических повреждений.

Известен способ упрочнения тарного стекла в процессе производства, в соответствии с которым непосредственно после формования на поверхность стекла наносят прозрачное покрытие на основе оксидов металлов, а затем на выходе из лера наносят прозрачное защитное покрытие на полимерной основе, что обеспечивает защиту поверхности тарного стекла от царапин и потертостей (Динефф Д. Покрытия для стеклотары // Стеклянная тара. - 2008. - №2. - С.12-13). В частности, в качестве такого защитного покрытия применяют раствор композиций холодных покрытий на основе полиэтиленгликоля (КХП), ТУ 233229-004-49546302-99. Раствор КХП концентрацией 0,3-1,0% наносят при температуре 50-80°С.

Однако образующееся при этой температуре покрытие обеспечивает только защиту поверхности стекла от истирания за счет придания ей антифрикционных свойств и не дает дополнительного повышения прочности стекла.

Наиболее близким к предлагаемому нами изобретению является способ упрочнения ленты стекла вертикального вытягивания, взятый нами за прототип, согласно которому сначала (при температуре 550-750°С) наносят упрочняющие реагенты (например, хлорид олова), образующие прозрачное окисно-металлическое покрытие, затем после отжига наносят полисилоксаны, образующие прозрачное кремнийорганическое покрытие. Реагенты на поверхность ленты стекла наносят с помощью аэрозольной обработки (Рябов В.А., Куликова Е.Н. Защита поверхности силикатных стекол кремнийорганическими соединениями // Стекло и керамика. - 1967. - №4. - С.4-8).

Недостатком такого способа является то, что реагенты, образующие окисно-металлическое покрытие, являются экологически небезопасными, их нанесение на поверхность стекла требует применения специальных закрытых камер, что технически сложно осуществить на флоат-линии. Поэтому они не нашли применения в процессе непрерывного производства листового стекла.

Кроме того, приготовление рабочих эмульсий полисилоксанов нужной концентрации - сложный процесс, требующий применения эмульгаторов и изготовления специального оборудования, что значительно усложняет технологию процесса упрочнения и повышает стоимость готовой продукции.

Раскрытие изобретения

Основной задачей настоящего изобретения является улучшение прочностных свойств флоат-стекла непосредственно в процессе его производства.

Предлагаемый нами способ двухстадийного упрочнения движущейся ленты флоат-стекла включает высокотемпературную (600-650°С) обработку стекла аэрозольным распылением раствора сульфата аммония в смеси со сжатым воздухом, нагретым до температуры не выше 100°С, с разной концентрацией реагента, подаваемого на верхнюю и нижнюю поверхности, и обработку верхней и нижней поверхности стекла при температуре 240-300°С раствором композиций холодных покрытий на основе полиэтиленгликоля (КХП) концентрацией 5-10%.

Первая стадия. После выхода ленты флоат-стекла из ванны расплава в шлаковой камере (при температуре 600-650°С) на ее верхнюю и нижнюю поверхность (по всей ширине ленты) аэрозольным способом с помощью форсунок наносят раствор сульфата аммония: на верхнюю поверхность концентрацией 25-30%, на нижнюю - концентрацией 15-20% с целью устранения асимметрии прочностных свойств поверхностей флоат-стекла. Для предотвращения растрескивания поверхности стекла сжатый воздух в форсунку подают нагретым до температуры не выше 100°С.

При этом в результате разложения сульфата аммония происходит обесщелачивание поверхностного слоя стекла с образованием непрозрачной пленки сульфата натрия и встраивание NH₄ ⁺ в кремнекислородный каркас поверхностного слоя стекла за счет ионного обмена с Na⁺. Это ведет к существенному увеличению водостойкости и повышению механической прочности флоат-стекла.

Вторая стадия. Обработанную сульфатом аммония ленту флоат-стекла после выхода из закрытой части печи отжига подвергают аэрозольной обработке водным раствором композиций холодных покрытий на основе полиэтиленгликоля (КХП). В случае выявления асимметрии прочности поверхностей флоат-стекла после первой стадии упрочнения раствор КХП на верхнюю и нижнюю поверхности стекла подают разной концентрацией: на верхнюю поверхность - преимущественно концентрацией 5-7%, на нижнюю поверхность - преимущественно концентрацией 8-10%. Данные условия обработки поверхности стекла приводят к просветлению непрозрачной пленки сульфата натрия, что ранее не достигалось. Кроме того, полученное покрытие препятствует образованию микротрещин на поверхности стекла, что повышает его прочность на симметричный изгиб, особенно минимальные значения (~ в 3,5 раза), что невозможно достичь при концентрации 0,3-1,0%. Это особенно важно, так как флоат-стекло имеет большой разброс значений прочности по ширине ленты.

Таким образом, нанесение раствора КХП указанных концентраций в температурном интервале 240-300°С не только создает прозрачное покрытие на поверхности стекла, но и дополнительно упрочняет его.

Рабочий раствор КХП готовят простым смешиванием реагента с водой, поэтому не требуется дополнительных затрат, как в случае применения кремнийорганических соединений. Расход раствора КХП составляет не более 50 мл на 1 м² поверхности стекла (при двухсторонней обработке), что в 2 раза меньше, чем расход растворов полисилоксанов.

Предлагаемый способ с применением экологически безвредных реагентов легко встроится в технологический процесс производства флоат-стекла и позволит значительно сократить его потери при хранении, транспортировании и эксплуатации.

Краткое описание чертежа

На чертеже представлено схематическое изображение способа двухстадийного упрочнения движущейся ленты флоат-стекла.

На чертеже показаны ванна расплава 1, лента флоат-стекла 2, шлаковая камера 3, форсунки 4 и 7, закрытая часть печи отжига 5, открытая часть печи отжига (воздуходувки) 6.

Осуществление изобретения

Данное предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1.

Сформованная в ванне расплава 1 лента флоат-стекла 2 шириной 1900 мм и толщиной 4 мм при температуре 650°С поступает в шлаковую камеру 3, где осуществляют первую стадию обработки аэрозольным распылением с помощью форсунок 4: на верхнюю поверхность ленты подают подогретый раствор сульфата аммония концентрацией 25%, на нижнюю поверхность - концентрацией 20%. Подогрев сульфата аммония осуществляют за счет смешивания с горячим (100°С) сжатым воздухом.

Далее лента флоат-стекла с покрытием в виде непрозрачной пленки сульфата натрия поступает в печь отжига. После выхода ленты из закрытой части печи отжига 5 при температуре 300°С осуществляют вторую стадию аэрозольным распылением с помощью форсунок 7: верхнюю поверхность подвергают обработке 5% раствором композиций холодных покрытий марки КХП-23ТЛ, нижнюю поверхность - 8% раствором КХП-23ТЛ. При этом происходит просветление непрозрачной пленки сульфата натрия.

В результате такой термохимической обработки повышается водостойкость флоат-стекла и его механическая прочность. Измерения проводили как после первой, так и после двух стадий обработки ленты стекла. Результаты измерений приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Водостойкость поверхности флоат-стекла
Вид поверхности стекла	Количество Na2O, мг/дм2
Стекло исходное	Стекло после первой стадии обработки	Стекло после двух стадий обработки
Верхняя	0,2325	0,0303	0,0303
Нижняя	0,2310	0,0178	0,0178

Как видно из таблицы 1, водостойкость обеих поверхностей увеличилась. Однако в силу разных свойств поверхностей флоат-стекла водостойкость нижней поверхности увеличилась в 13 раз, верхней - в 8 раз.

Для измерения прочности на симметричный изгиб как исходного, так и термохимически обработанного стекла образцы отбирали по всей ширине ленты.

Как видно из таблицы 2, прочность стекла увеличилась как после первой, так и после второй стадии обработки. Причем в большей степени увеличились минимальные значения прочности, что особенно важно, так как повысилась гарантированная прочность флоат-стекла и значительно уменьшился перепад прочности по ширине ленты. Вместе с тем прочность нижней поверхности (минимальные и средние значения) увеличилась в большей степени, чем верхней, то есть уменьшилась асимметрия прочности поверхностей. Коэффициент асимметрии в среднем с 2,0 (для исходного стекла) уменьшился до 1,4 (после двухстадийного упрочнения).

Пример 2.

Сформованную в ванне расплава 1 ленту флоат-стекла 2 шириной 1840 мм и толщиной 5 мм при температуре 600°С подвергают первой стадии обработки: аэрозольным распылением с помощью форсунок 4 подают раствор сульфата аммония, подогретый за счет смешивания с горячим (40°С) сжатым воздухом. На верхнюю поверхность ленты стекла подают раствор концентрацией 30%, а на нижнюю - концентрацией 15%.

Далее лента флоат-стекла с покрытием в виде непрозрачной пленки сульфата натрия поступает в печь отжига. После выхода ленты из закрытой части печи отжига 5 при температуре 240°С аэрозольным распылением с помощью форсунок 7 верхнюю поверхность обрабатывают 7% раствором композиций холодных покрытий марки КХП-23 ТЛ, нижнюю - 10% раствором КХП-23 ТЛ. При этом происходит просветление полупрозрачной пленки сульфата натрия.

Результаты измерений водостойкости и прочности стекла на симметричный изгиб после первой и после двух стадии обработки приведены в таблице 3, из которой видно, что водостойкость обеих поверхностей увеличилась ~ в 7 раз.

Таблица 3
Водостойкость и прочность флоат-стекла
Вид поверхности стекла	Количество Na2O, мг/дм	Средняя прочность на симметричный изгиб стекла
Стекло исходное	Стекло после первой стадии обработки	Стекло после двух стадий обработки	Исходного, МПа	После первой стадии обработки, МПа	После двух стадий обработки, МПа	Коэффициент изменения
Верхняя	0,2325	0,0303	0,0303	223,9	291,1	523,9	2,34
Нижняя	0,2310	0,0356	0,0356	110,2	126,7	557,5	5,1
Примечание: Коэффициент изменения - отношение прочности стекла после обработки к прочности исходного стекла

В результате такой двухстадийной обработки поверхностей флоат-стекла средняя их прочность стала почти одинаковой.

Приведенные в примерах 1, 2 варианты осуществления изобретения являются лишь некоторыми примерами использования данного изобретения. Предлагаемое изобретение возможно использовать для упрочнения листового стекла, вырабатываемого другими способами.

1. Способ двухстадийного упрочнения движущейся ленты флоат-стекла, включающий высокотемпературную обработку поверхности ленты стекла упрочняющим реагентом и низкотемпературную обработку реагентом, образующим защитное покрытие, отличающийся тем, что на первой стадии высокотемпературную обработку при 600-650°С стекла осуществляют аэрозольным распылением раствора сульфата аммония в смеси со сжатым воздухом, нагретым до температуры не выше 100°С, с разной концентрацией реагента, подаваемого на верхнюю и нижнюю поверхности, а на второй стадии при температуре стекла 240-300°С верхнюю и нижнюю поверхности ленты обрабатывают раствором композиций холодных покрытий на основе полиэтиленгликоля с концентрацией 5-10%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор сульфата аммония на верхнюю поверхность стекла подают с концентрацией 25-30%, а на нижнюю - с концентрацией 15-20%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор композиций холодных покрытий на основе полиэтиленгликоля на верхнюю поверхность стекла подают преимущественно с концентрацией 5-7%, а на нижнюю - преимущественно с концентрацией 8-10%.