Из чего и как делают стекло в промышленности

В народе бытует мнение, будто стекло делают, обжигая песок при высоких температурах. Конечно, это не так. Вот как в реальности создают этот материал.

За изготовлением на первый взгляд такого простого продукта, как стекло, на самом деле стоит очень сложный технологический процесс и великое разнообразие вариантов

Стекло — это некристаллическое твердое вещество, которое в большинстве случаев он образуется при быстром охлаждении расплава определенного состава. Стекло может быть прозрачным или непрозрачным. Оно широко используется для изготовления окон, посуды, упаковки пищевых продуктов, а в оптике — для линз и зеркал. Вот как создается этот материал в промышленности.

Из чего делают стекло

Стекло обычно изготавливается из 3 ингредиентов: песка, известняка и кальцинированной соды. Песок или диоксид кремния — самая популярная основа для стекла.  Он состоит из очень маленьких кристаллов. Если нагреть его до очень высоких температур, он расплавится и превратится в жидкость. После охлаждения он снова становится твердым, но переходит в другую форму — станет тонким прозрачным кусочком стекла.

Стекло, изготовленное из кремния, называется силикатным. Это не единственная основа для стекла, которую используют люди. Вместо песка также можно использовать следующие ингредиенты:

• Карбонат натрия — хороший вид стекла для окон и посуды.
• Боросиликатное стекло имеет низкие коэффициенты теплового расширения, что хорошо для лабораторного оборудования и повседневной посуды, а также автомобильных фар.
• Свинцовое стекло очень блестящее, с большим преломлением и красивым светом. Вот почему его часто используют для изготовления посуды, особенно из цветного стекла.
• Алюмосиликатное стекло обладает высокой термостойкостью и долговечностью, поэтому его часто используют для производства стекловолокна, стеклопластика, кухонной посуды и стекла для галогенных ламп.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как мы уже говорили ранее, в производстве стекла, помимо песка, используются известняк и кальцинированная сода. Сода используется для ускорения процесса плавления, а известняк необходим для придания изделию большей прочности. Иногда известняк заменяют доломитом или используют вместе с ним, потому что эти 2 ингредиента обладают схожими качествами.

Как делают стекло

Давайте посмотрим, как изготавливается стекло на примере термополированного стекла, которое используется для окон, дверей, мебели, автомобильных стекол, зеркал и других изделий. Ее изготовление обычно включает не менее 4 этапов:

1. Плавка: смесь песка, соды, известняка и / или доломита помещается в печь и плавится при температуре около 1480°С. В смесь можно добавлять около 20% стеклобоя. После длительного перемешивания появляются пузырьки газа, которые удаляются во время движения жидкого стекла.  После этого лента из расплавленного стекла плавает в ванне с жидким оловом. Этот этап занимает до 50 часов.
2. Формование: Жидкое стекло проходит по каналу и растекается по поверхности тонким слоем жидкого олова при температуре около 980 °C. На этом этапе стекло очень вязкое, поэтому оно не смешивается с оловом и образует плоскую стеклянную ленту. Ее толщина зависит от того, насколько быстро стекло растекается по олову, а ширина регулируется машинными роликами по бокам. После этого стеклянная лента покидает камеру при температуре около 1370 °C.
3. Охлаждение: стеклянная лента продолжает двигаться и медленно затвердевает в камере отжига. Температура здесь тщательно контролируется и постепенно снижается примерно до 250 ° C. Когда лента выходит из камеры, она остывает и затвердевает при обдуве холодным воздухом. Теперь можно провести контроль качества стекла и, если оно хорошее, разрезать на листы.
4. Покрытие: После резки на стекло можно наносить различные виды покрытий для улучшения его свойств, например, защиты от солнечных лучей или улучшенной изоляции и антибликового эффекта.

Как делают стекло: процесс, характеристики и свойства

В нашей среде повсюду большое количество стекла. Однако не многие знают как делается стекло. В этой статье мы изучим, как изготавливаются и производятся стекло и хрусталь, и какие различия есть между ними. Сегодня мы используем большое количество предметов из стекла и хрусталя. Продажа домов, автомобилей, зеркал, флаконов с лекарствами, бутылочек, телевизионных экранов, прожекторов, прилавков, циферблатов, ваз, украшений и многого другого.

Поэтому мы посвятим эту статью тому, чтобы рассказать, как делают стекло и что при этом следует учитывать.

Индекс

• 1 Как делается стекло
• 2 Производство стекла
• 3 Свойства стекла и хрусталя

Как делается стекло

Стекло состоит из песка, и именно песок содержит элемент, называемый кремнеземом, который является основой для изготовления стекла. Также очень важно знать, как отличить стекло от хрусталя. Так называемый «кристалл» тоже стекло, но с добавлением свинца. Но давайте посмотрим на все это получше.

Стекло производится из кремнезема, песка и других веществ, таких как карбонат натрия (Na2CO3) и известняк (CaCO3). Можно сказать, что он состоит из 3 вещества, смесь кварцевого песка, соды и извести. Эти три элемента плавятся в печи при очень высокой температуре (приблизительно от 1.400 до 1.600 ° C). Результатом этого плавления является стеклянная паста, которая была подвергнута различным методам формования, а именно методам формования, как мы увидим ниже. Как видно, сырье для стекла — песок.

Производство стекла

Мы увидим 3 наиболее часто используемых метода формовки стекла или, аналогичным образом, изготовления изделий из стекла.

• Автоматическое выдувное формование: Стеклянный материал (расплавленное стекло) попадает в полую форму, внутренняя поверхность которой имеет форму, которую мы хотим придать стеклу, или, точнее, форму конечного объекта. Как только форма закрывается, внутрь подается сжатый воздух для адаптации материала к ее стенкам. После охлаждения откройте форму и удалите предмет. Как видите, расплавленное стекло сначала формируется, а затем остальная часть, называемая вспышкой, срезается. Внизу страницы у вас есть видео, так что вы действительно можете увидеть технологию. Эта технология используется для изготовления бутылок, банок, стаканов и т. Д. Эта технология используется для изготовления бутылок, банок, стаканов и т. Д.
• Образуется флотацией на оловянной ванне: Эта техника используется для изготовления стеклянных пластин, например, для изготовления стекла и окон. Вылейте расплавленный материал в банку с жидким оловом. Поскольку стекло имеет более низкую плотность, чем олово, оно распределяется по олову (поплавки) с образованием хлопьев, которые с помощью роликовой системы выталкиваются в печь для отжига, где они охлаждаются. После охлаждения листы разрезаются.
• Образуется роликами: Расплавленный материал проходит через систему гладких или гранулированных валков. Эта техника используется для изготовления безопасного стекла. Фактически это такой же, как и предыдущий метод, разница в том, где находится режущее устройство, у нас есть ролик, который может формировать и / или толщину листа перед резкой.

Свойства стекла и хрусталя

Наиболее важными характеристиками стекла являются: прозрачное, полупрозрачное, водонепроницаемое, устойчивое к условиям окружающей среды и химическим реагентам и, наконец, твердое, но очень хрупкое. Жесткий означает, что его нелегко поцарапать, он хрупкий, легко ломается при ударах.

Важно различать стекло и хрусталь. Прежде всего, мы должны понять разницу между стеклом и хрусталем. Кристалл в природе существует в разных формах, например, кварц или кристалл, поэтому он является сырьем.

Однако стекло — это материал (сделанный вручную), потому что он является результатом плавления определенных компонентов (кремнезема, соды и извести). С химической точки зрения соль, сахар и лед также являются кристаллами. , а также драгоценные камни, металлы и флуоресцентные краски.

Но название стекло часто используется как общий термин для любой стеклянной посуды, которая имеет более элегантную форму, чем стеклянные банки или бутылки, которые используются каждый день. То, что большинство людей называют «кристаллом», относится к стеклу, в которое добавлен свинец (оксид свинца). Этот тип «стекла» на самом деле является «свинцовым стеклом». Этот вид стекла высоко ценится за прочность и декоративность, хотя он не обязательно имеет кристаллическую структуру. Его называют кристаллом, и это обычный кристалл для бокалов и украшений.

Чтобы избежать ошибок, были установлены 3 стандарта обращения со свинцовым стеклом как с хрусталем. Эти правила были сформулированы в 1969 году основной торговой группой Европейского Союза. Соединенные Штаты никогда не устанавливали собственных стандартов, но принимают европейские стандарты для таможенных целей.

Три условия, которые следует рассматривать как свинцовое стекло:

• Содержание свинца превышает 24%. Помните, что это только свинцовое стекло.
• Плотность больше 2,90.
• Показатель преломления 1.545.

Однако есть также стекла, созданные в природе, такие как обсидиан, образованный теплом, выделяемым внутри вулкана, подобно стеклу.

Как видите, мы ошибочно называем свинцовое стекло или оптическое стекло, потому что его прозрачность имитирует естественное стекло. Эта имитация всегда была основной задачей производителей стекла. Никогда не помещайте предметы из хрусталя или свинцового стекла в контейнеры для вторичной переработки стекла. Например, лампочки или лампы, люминесцентные лампы и фужеры делаются из стекла, а не из стекла. Однако обычное кухонное стекло обычно делается из стекла.

У населения есть много распространенных заблуждений по поводу того, что стекло называют стеклом и наоборот. Как только мы увидим процесс формирования каждого из них, мы уже сможем увидеть все различия между ними, помимо их характеристик. Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о том, как делают стекло.

Как производится стекло — SGS

Общество стретч-стекла благодарит автора, Дэвида Адамса, за разрешение поделиться с вами этой статьей. Эта статья впервые появилась в информационном бюллетене «Новости и взгляды» Национальной ассоциации специалистов по лечению депрессии в выпуске за декабрь 2017 г. / январь 2018 г., редактор Марк Бюрсмейер. Мы благодарим Марка и NDGA за их помощь в получении разрешения Дэвида на включение этой статьи в наши посты с технической информацией.

Нажмите на любое изображение ниже, чтобы увеличить его.

Дэвид Адамс

Музей стекла Корнинга

Я очарован стеклом и очарован тем, как художники по стеклу создают предметы из стекла от руки. Если вы никогда не видели этот процесс лично, проверьте, где вы живете — в Соединенных Штатах более 40 университетов предлагают изготовление стекла в качестве факультатива. Вы сможете посмотреть демонстрации. В Музее стекла Корнинга в Корнинге, штат Нью-Йорк, ежедневно проводятся выставки, посвященные искусству изготовления стекла.

Фото с веб-сайта michigandepressionglass.com

На протяжении многих лет я слышал, что большая часть стекла изготавливается в основном из песка, кальцинированной соды и либо извести, либо свинца. Хорошо, но что это за «кальцинированная сода», и пока я добавляю лайм в свою «Маргариту», какой лайм они используют. А свинец — это тяжелый металл серебристо-серого цвета, так как же он нужен для изготовления красивого хрустального стекла?

Еще одно: термин свинцовый хрусталь технически не является точным термином для описания свинцовое стекло , поскольку стекло, аморфное твердое вещество, не имеет кристаллической структуры. Использование термина свинцовый хрусталь остается популярным по историческим и коммерческим причинам.

Вот некоторые из ответов:

Первый ингредиент:   песок. Основным сырьем для производства стекла является песок. Для изготовления прозрачного стекла используется специальный песок, называемый кварцевым песком. Этот мелкий белый песок необходим, потому что он очень чистый и не содержит других нежелательных химикатов. Его «промывают», чтобы удалить как можно больше примесей, так как примеси могут отрицательно сказаться на прозрачности и цвете стекла.

Белый кварцевый песок

Следующий ингредиент: кальцинированная сода. Это соединение очень похоже на пищевую соду. Кальцинированная сода химически называется карбонатом натрия (Na2CO3). Кальцинированная сода играет жизненно важную роль, снижая температуру печи, необходимую для плавления используемого кремнезема, тем самым уменьшая энергию, необходимую для производства стекла. Для некоторых составов стекла (особенно свинцового стекла) вместо кальцинированной соды используется калий (K2CO3).

Кальцинированная сода

Третий ингредиент:   обычно либо свинец, либо известь. Известь — это сокращенное название известняка, который содержит как кальций, так и магний для повышения прочности и контроля вязкости при формировании стекла. Стабильное качество и низкое содержание микроэлементов (например, железа, хрома) имеют важное значение. Примерно 90% мирового производства стекла приходится на натриево-известковое стекло.

Известняк

Свинцовое стекло (широко известное как свинцовый хрусталь) используется для изготовления самых разнообразных декоративных стеклянных предметов. Он производится с использованием оксида свинца вместо известняка и карбоната калия (поташа) вместо карбоната натрия (кальцинированной соды).

Оксид свинца

Существует много других типов специальных составов стекла, в которых используются другие ингредиенты, помимо свинца или извести. Одним из хорошо известных примеров является боросиликатное стекло, известное нам как «печное стекло» или «Corning Ware». В этом случае триоксид бора (B2O3) заменяет свинец или известь в качестве третьего основного ингредиента. Боросиликатное стекло известно своей устойчивостью к тепловому удару в большей степени, чем любое другое обычное стекло, поэтому оно может выдерживать быстрые изменения температуры без повреждений.

Триоксид бора

Другие ингредиенты:   Независимо от того, какой тип стекла производился, в формулу стекла добавляли мышьяк. Правильно — мышьяк. Он был специально использован для уменьшения пузырьков, которые образовывались при плавлении ингредиентов.

Мышьяк

Цветное стекло:   Если производитель изготавливает цветное стекло, значит, в смесь стекла были добавлены дополнительные химические вещества. Некоторые из них включают соединения следующих элементов: хром, железо, кобальт, никель, селен, неодим, марганец и сера. Некоторые формулы стекла даже требовали добавления чистого золота.

Оксид кобальта

Диоксид селена

Оксид неодима

Оксид марганца

Токсичный материал:   Вы можете узнать мышьяк и селен как токсичные материалы. Как насчет урана? Это довольно токсично и звучит несколько пугающе. Тем не менее, он был (и остается) распространенным ингредиентом, используемым для производства цветного стекла (и керамики). Есть ли о чем беспокоиться с этими токсичными материалами? Ответ твердая НЕТ .

Оксид урана

В то время как формула для стекла может потребовать 1400 фунтов кварцевого песка и 540 фунтов кальцинированной соды (эти цифры были взяты из фактической формулы партии стекла), красителем для смеси может быть что-то вроде 4 фунтов оксида урана. Четыре фунта чего-либо, смешанного с кучей других вещей, — это довольно незначительное количество. Количество мышьяка, добавляемого к той же формуле, может составлять около 5 фунтов, и весь он в основном расходуется в процессе удаления пузырьков растворенного газа до того, как стеклянный горшок будет готов к использованию.

Точно так же небольшое количество красителей используется для получения различных цветов. Чтобы сделать свинцовое стекло, используя те же 1400 фунтов песка, компания может использовать до 600 фунтов свинцового соединения. Это не означает, что вам не о чем беспокоиться — свинец является частью самого стекла, а соединение свинца — это то, что придает стеклу его прозрачность.

Стекло, окрашенное ураном, приведет к срабатыванию счетчика Гейгера, если счетчик находится непосредственно рядом со стеклом. Отодвиньте счетчик на фут, и вы не получите никаких показаний. Стекло не опасно для человека, если вы не держите его рядом с телом 24 часа в сутки, 7 дней в неделю в течение примерно 15 лет или около того, после чего у вас могут проявиться признаки радиационного поражения.

Смешанное стекло

Свинец в стекле может немного выделяться, например, если вы оставите спирт в графине из свинцового стекла на 15 или 20 лет, есть вероятность, что часть свинца могла пропитать спирт. Оставьте это на 5 лет, и вероятность будет почти нулевой. И почему ты не пил его раньше?

Суть в том, что различные соединения, используемые для производства стекла и его окрашивания, не вредны для человека и служат только для того, чтобы сделать стекло более приятным для всех нас.

Как делают стеклянные бутылки и банки

Когда молния ударяет в песок, природа создает стекло. Уже более 100 лет O-I Glass воссоздает магию Матери-природы, комбинируя натуральные материалы и тепло для изготовления стеклянных бутылок и банок. Наша страсть к производству стекла заключается в его бесконечных преимуществах, от здоровья планеты до здоровья семей. Мы любим стекло.

Стеклобой

Стеклянная тара изготовлена ​​из трех натуральных ингредиентов: кварцевого песка, кальцинированной соды и известняка. Материалы смешиваются с переработанным стеклом, называемым «стеклобой». Стеклобой является основным ингредиентом стеклянных бутылок и контейнеров O-I. Во всем мире наша стеклянная тара в среднем на 38 % состоит из переработанного стекла; мы изготовили стеклянные бутылки с содержанием 90% переработанного стекла в Европе. Вместе эти четыре ингредиента — песок, кальцинированная сода, известняк и переработанное стекло — составляют шихтовую смесь.

Печь

Загрузочная смесь направляется в печь. Печь нагревается газом и электричеством примерно до 1550 градусов по Цельсию для создания расплавленного стекла. Печь работает 24 часа в сутки, семь дней в неделю и может обрабатывать несколько сотен тонн стекла каждый день. Многие заводы O-I имеют несколько печей для производства стекла.

Рафинер

Когда смесь расплавленного стекла выходит из печи, она поступает в рафинер, который, по сути, представляет собой накопительный резервуар, покрытый большим сводом для удержания тепла. Здесь расплавленное стекло охлаждается примерно до 1250 градусов по Цельсию, и пузырьки воздуха, попавшие внутрь, вырываются наружу.

Жаровня

Затем расплавленное стекло поступает в копилку, где температура стекла выравнивается перед подачей в питатель. В конце питателя ножницы разрезают расплавленное стекло на «капли», и каждая капля становится стеклянным контейнером.

Формовочная машина

Конечный продукт начинает принимать форму внутри формовочной машины, когда каждая капля помещается в ряд форм. Сжатый воздух используется для формирования и расширения капли в стеклянный контейнер. На этом этапе производственного процесса стекло продолжает остывать, его температура падает примерно до 700 градусов по Цельсию.

Отжиг

После формовочной машины каждая стеклянная бутылка или банка проходит этап отжига. Отжиг необходим, потому что снаружи контейнер остывает быстрее, чем внутри. В процессе отжига контейнер повторно нагревается, а затем постепенно охлаждается, чтобы снять напряжение и укрепить стекло. Стеклянные контейнеры нагревают примерно до 565 градусов по Цельсию, а затем медленно охлаждают до 150 градусов по Цельсию. Затем стеклянные бутылки и банки направляются в установку для нанесения покрытия на холодном конце для окончательного наружного покрытия.

Проверка стеклянных бутылок и банок

Каждая стеклянная бутылка и банка проходят ряд проверок, чтобы убедиться, что они соответствуют самым высоким стандартам O-I. Несколько камер высокого разрешения внутри машин сканируют до 800 стеклянных бутылок каждую минуту. Камеры расположены под разными углами и могут уловить незначительные дефекты. Другая часть процессов проверки включает в себя машины, оказывающие давление на стеклянные контейнеры для проверки толщины стенок, прочности и правильности герметизации контейнера. Эксперты O-I также вручную и визуально проверяют случайные образцы для обеспечения качества.
 
Если стеклянная бутылка или стеклянная банка не проходят проверку, они возвращаются в процесс производства стекла в качестве стеклобоя.