С чего делают стекло. Печи для производства стекла. Требования к производственным помещениям

Стекло - древнейший артефакт, найденный и используемый человеком. Именно найденный, поскольку не человек придумал и сделал первое стекло. Скорее всего, первое появилось из вулканической лавы еще много миллионов лет тому назад. Это вещество называют сейчас обсидианом.

Люди, постепенно познавая природу, заметили, что если смешать натуральную соду с песком и нагреть, то появляется прозрачное вещество. Так они узнали, из чего состоит стекло. По крайней мере, именно так описал этот процесс древнегреческий энциклопедист Плиний. И началась история использования людьми этого изделия, ставшего совершенно незаменимым в жизни человечества и сегодня.

Но существует и другая теория, объясняющая, из чего делают стекло. Некоторые ученые считают, что стекловидный материал появился как побочный продукт при обжиге глиняных изделий или выплавки меди.

Этот замечательный продукт сыграл выдающуюся роль в жизни человечества. Переоценить его значение невозможно. Получение стекла можно сравнить с такими открытиями человека, как изобретение колеса и добычей огня. Еще в древнем Египте из этого вещества изготавливались разнообразные украшения, им глазировали посуду, затем научились делать емкости для хранения различных жидкостей.

С XIII века производство стекла резко увеличилось. Центром его изготовления стала Венеция. Мастерам из этого города удалось узнать секреты производства восточного стекла, и они развили и улучшили технологию его создания. Стеклоделы смогли добиться прозрачности стекла, за счет добавления в него различных примесей, они научились делать из него разнообразную посуду, необычайно изящную и тонкую. Она стоила огромных денег. Вообще, тогда изделия из него использовались больше как украшения и предметы роскоши, произведения искусства. За эти произведения мастера-стеклодувы Венеции расплачивались своей свободой, заключенные на они научились делать такие изделия, что слава муранского стекла распространилась по всему миру.

Время шло, и люди находили этому продукту другие применения. Технология изготовления стекла совершенствовалась. Покрывая одну сторону изделия отражающим слоем, амальгамой, они придумали зеркало. Стекло стало применяться при строительстве, прежде всего в создании храмов и дворцов. Научившись делать стекло цветным, мастера стали делать замечательной красоты витражи и окна. Со временем, стекло стало использоваться в науке. Люди узнали, что оно может рассеивать и концентрировать свет - изобрели увеличительные стекла, сделав микроскоп и телескоп. Эти изобретения сделали гигантский шаг в развитии естественных наук - биологии, астрономии, физики, медицине. Без этого изделия абсолютно невозможна научная деятельность практически ни в одном научном направлении.

Из чего состоит стекло? Как и в прежние времена, его делают из песка. Дело в том, что песок состоит во многом из диоксида кремния существующий в нем в кристаллах кварца. Он нагревается и плавится. Если его быстро охладить, то минералы не успевают образовать кристаллы, что делает их прозрачными. Если нужно, чтобы изделие было цветным, в него добавляют различные оксиды металлов. Из чего делают стекло, чтобы оно было максимально прозрачным? Для этого очищают песок так, что бы он состоял почти из одного кварца.

Сегодня есть много способов обработки, после чего получается продукт с разнообразнейшими свойствами от армированного и закаленного до бронированного и зеркального. Из чего делают стекло сегодня? Основа осталась прежней - простой песок. И что обнадеживает, что того, из чего делают стекло на планете Земля - огромное количество, и нам не грозит исчезновение этого природного ресурса со временем.

Инструкция

Вначале технологи подбирают компоненты, из которых будет изготовлено стекло для конкретных нужд. В качестве исходных материалов используются кварцевый песок, сульфат натрия, кальцинированная сода, доломит и некоторые другие добавки. Все компоненты тщательно отмеряются, ведь от правильного выбора пропорций будет зависеть качество стеклянной массы.

В бункер с исходными компонентами добавляют также битое стекло. При изготовлении стеклянной массы обычно остаются излишки и отходы, которые тоже идут в дело. Их измельчают и подают в общую емкость, где все материалы смешиваются до сравнительно однородного состояния. Теперь смесь готова к следующему этапу обработки.

Из бункера исходные компоненты поступают в газовую печь. Температура внутри этого устройства достигает 1500оС. Под воздействием такого количества тепла компоненты будущего стекла расплавляются и превращаются в прозрачную массу. Полученный состав тщательно перемешивают, чтобы вещество стало полностью однородным. Весь процесс постоянно находится под контролем оператора печи, помогает которому автоматика.

На следующем этапе обработки стеклянная масса поступает в специальные емкости. Они напоминают большие ванны, наполненные жидким оловом. Распределяясь по поверхности этого металла, будущее стекло не тонет, а превращается в тонкий листовой материал с почти идеально ровной поверхностью. Для придания листам нужной толщины стекло пропускают через валки определенного размера.

Постепенно стеклянная лента охлаждается. После выхода из оловянной ванны температура материала уменьшается примерно до 600оС. Теперь лента подается на длинный роликовый конвейер и достигает специального устройства, где стекло проходит тест на толщину листа. Точность контроля очень высока и может достигать сотых долей миллиметра. Выявленный брак возвращается на этап первичной обработки.

Длинную и непрерывную стеклянную ленту на очередном этапе режут на стандартные листы при помощи инструмента, устойчивого к износу. Одновременно обрезаются неровные кромки листа. Образующиеся при резке отходы измельчают и подают в бункер; эти осколки участвуют в новом цикле производства стекла. Фактически все производство становится безотходным.

Завершающий этап всего процесса – окончательный контроль качества стекла. На помощь контролерам приходят флуоресцентные лампы, которые позволяют выявить даже незаметные дефекты хрупкого материала. Прошедшие через участок контроля листы отправляют на склад, где они хранятся в вертикальном положении до момента отгрузки потребителю.

31.10.2017 19:01 1313

Стекло является незаменимым предметом в нашей жизни. Оно встречается повсюду: в жилых домах, витринах магазинов и во всех видах транспорта.

А вы задумывались когда-нибудь, ребята, из чего изготавливают стекло?

Люди научились делать стекло в Древнем Египте около 5 тысяч лет назад, но в отличие от современных стёкол, оно не было таким прозрачным как сейчас.

Основным материалом для изготовления стекла является кварцевый песок. К нему добавляют известь и соду и разогревают в специальной печи. Благодаря взаимодействию с содой песок лучше плавится. Известь же служит для укрепления полученного материала, и он не разрушается при взаимодействии с водой. Если бы известь не добавляли, то стекло могло просто раствориться от прикосновения с водой. Когда температура достигает 1700 градусов, все три материала смешиваются и становятся одним веществом, которое опускают в расплавленное олово при температуре больше 1000 градусов. Далее полученный материал помещают на конвейер, где он охлаждается до 250 градусов. Там же стекло нарезается на стандартные части и регулируется по толщине.

Для получения цветного стекла к песку кроме соды и извести добавляют соединения химических элементов. Например, зелёный цвет стекла можно получить при добавлении хрома, жёлтый – при добавлении оксида урана, а красный – оксида железа. Оксидом называют соединение химического элемента (например, металла) с кислородом.

Различные формы стекла получаются благодаря выдуванию его раскалённой массы. Существует такая профессия – стеклодув. Это мастер, изготавливающий стекла разных форм. Стеклодув использует в своей работе специальную длинную трубочку.

На её кончик он цепляет расплавленное стекло и выдувает образующийся пузырь. При этом стеклодув вращает трубочку, а пузырь попадает в специальную деревянную или металлическую формочку. Иногда мастера делают свои шедевры без форм. Выдуваемый из трубки пузырь они обрабатывают при помощи инструментов (щипцов, ножниц, гладилок и т.д.), придавая ему различные формы.

Ежедневно пользуясь стеклянными предметами, практически никто не задумывается о том, из чего получают этот материал. Каким образом изготавливаются порой удивительные по красоте предметы интерьера? Как делают стекло? Почему солнечный свет свободно проникает через окно в помещение? Каким образом определенные виды стекла не разбиваются даже при сильных ударах?

Технология производства

Основным материалом для изготовления стекла служит кварцевый песок. Да, тот самый, которым усыпаны песчаные пляжи и по которому в летнее время с удовольствием можно походить босиком.

Начинается производство стекла с того, что точно вымеренное на электронных весах количество мельчайшего кварца нагревается до температуры свыше 1500 градусов C. Песчинки плавятся, образуя однородную массу. К ним в небольших количествах добавляется кальцинированная сода и известняк. С какой целью?

Кальцинированная сода в этом процессе является своего рода катализатором и заставляет плавиться песок при более низкой температуре, примерно 850 градусов C. Это позволяет снизить энергетические затраты на производство. Но сода не используется без известняка. Этот факт объясняется просто: расплавленный песок и кальцинированная сода при застывании образуют вещество, которое легко растворяется в воде (не лучший материал для производства предметов бытового пользования). Сюда же добавляются окиси магния, алюминия и борная кислота. А также ряд веществ, предотвращающих образование воздушных пузырей в массе.

После того как все компоненты доведены до определенной температуры, следует резкое охлаждение - это не даст песчинкам вернуться в исходную форму.

Стеклянная радуга

Измельченный кварц (песок) в своем природном виде содержит небольшую примесь железа, что придает готовым изделиям в будущем легкий зеленый оттенок. Для того чтобы материал получился прозрачным, к нему добавляют селен. Это вещество отдает красноватыми тонами, но при смешивании с железом стеклянная поверхность получается бесцветной. А из чего делают стекло различных оттенков, а иногда даже не однотонное, переливающееся всеми цветами радуги?

Для придания материалу цвета в нагретую смесь добавляют оксиды металлов. Кобальт придаст насыщенные синие краски. Фиолетовыми оттенками заиграет изделие, если в процессе изготовления добавить марганец, а зеленый получится из смеси хрома и железа. Для солнечного желтого цвета подойдет окись хрома, для изумрудно-зеленого - оксиды хрома и меди. Какие компоненты добавляются, зависит от того, какую цель преследует завод по производству стекла.

Секрет прочности

Следующий процесс после окрашивания - кристаллизация смеси. Его иначе называют гомогенизирующим процессом. В результате удаляются все воздушные пузыри, прожилки и прочие несоответствия, которые могут в дальнейшем повлиять на качество изделий.

После гомогенизации будущее стекло доставляется к резервуару с расплавленным оловом с температурой около 1000 градусов С. Так как олово имеет более высокую плотность, жидкая стеклянная масса находится на его поверхности. Где и становится идеально гладкой, немного охлаждается, приобретая твердость. На следующем этапе массу, остывшую в резервуаре до 600 градусов C, перемещают на роликовый конвейер. Здесь, исходя из правил того, как делают стекло с высоким уровнем качества, оно находится до тех пор, пока температура не опустится до 250 градусов C. Длительность процесса объясняется необходимостью равномерного постепенного охлаждения, во избежание преждевременных трещин.

Уникальное безотходное производство

В конце конвейера установлено устройство, контролирующее качество готового материала, и при малейшем изъяне стекло отправляется на переплавку с новой приготовленной смесью. После прохождения контроля качества нарезаются готовые листы нужного формата и отправляются либо на склад, либо в дальнейшую обработку. Все зависит от предназначения изделия.

Остатки после нарезки вновь закладываются в смесь для переплавки. Туда же запускается весь отбракованный материал. Исходя из того, как делают стекло, можно с уверенностью сказать, что это производство безотходное.

Виды

В силу своих химических и физических свойств стекло подразделяется по нескольким критериям:

по назначению (бытовые нужды, промышленное использование, строительство);
по виду обработки (химическая, механическая и особые технологии);
по фактуре поверхности (матовая, глянцевая, с напылением из различных металлов, с пленочным покрытием и без такового).

Четкого деления по категориям не существует. При классификации исходят из того, по какой технологии и как делают стекло. В конечном итоге может получиться многослойная поверхность с механической обработкой по краям или изделие с высоким уровнем пропуска света, с огранкой холодным способом. Стоить отметить, что отдельным параметром качества является уровень пропуска света. Не существует стекла со 100% уровнем, для бытовых нужд он составляет 82%. В высокотехнологичных изделиях: микроскопах, телескопах, различных линзах и точных приборах - этот показатель выше 90%.

Что только в настоящее время нельзя сделать своими руками? Будь то обычная поделка, вещь гардероба, мебель и прочее. Как сделать стекло в домашних условиях? — Казалось бы, это нереально. В современном мире нет ничего невозможного. Главное в этом деле — это желание. И в этой статье вы найдете подробный пошаговый алгоритм столь занимательного и интересного занятия.

Что известно о стеклоделии?

Из истории известно, что стеклоделие — весьма древний процесс. По временным рамкам относится примерно к периоду до 2500 г. до н.э. Ранее такое редкое и ценное занятие в наше время сменилось распространенным производством данного материала.

Стеклянные изделия встречаются повсеместно. Их используют в качестве тары, элементов быта и декора, изоляторов, армирующего волокна и прочего. Различаются стекла лишь составляющим материалом, которое используется для изготовления. А вот сам процесс практически одинаковый.

Основные материалы, которые понадобятся:

главный элемент — это кварцевый песок (диоксид кремния);
карбонат натрия или сода;
оксид кальция, она же известь;
печь для варки стекла;
другие соли и оксиды, которые могут использоваться по индивидуальному случаю дополнительно (оксиды алюминия, железа, магния, свинца и соли кальция или натрия);
защитная одежда;
гриль;
древесные угли;
формы и другие элементы для придания формы;
огнеупорный тигель.

Способы изготовления стекла с использованием печи

Первый способ, как спаять стекло в домашних условиях, — это использование печи.

Приобретение кварцевого песка:

Данный материал является основой для производства стекла. Стекло, в котором нет примесей железа, имеет свои преимущества — оно светлое. Что нельзя сказать о стекле, в котором оно присутствует. Оно будет отдавать зеленцой.
Важно перед началом работы надеть маску. Кварцевый песок — тонкозернистый и с легкостью попадает в носовую полость и далее в легкие. Это, в свою очередь, будет раздражать горло.
Приобрести кварцевый песок с легкостью можно в специализированном интернет-магазине. Стоимость у него невысокая.

Важно! Стоимость примерного количества, которое понадобится, будет в районе 20 у. е. В будущем можно приобретать его вплоть до тонны, примерная стоимость которой будет 100 у. е. Это если вы планируете работать в промышленном масштабе.

Бывает, что найти качественный песок не так-то и просто, и в нем превышает количество примесей. Не расстраивайтесь. В данном случае на помощь придет диоксид марганца. Его стоит добавить в небольшом количестве. Если же в вашей задумке именно стекло с зеленоватым оттенком, то делать абсолютно ничего не нужно. Оставьте все как есть.

Добавление карбоната и оксида кальция:

Карбонат в данном случае снижает температуру получения промышленных стекол. При этом он вызывает разъедание стекла при участии воды. Чтобы этого избежать, необходимо дополнительно в стекло ввести известь или оксид кальция.
Для стойкости стекла используют оксиды магния или алюминия. Как правило, эти включения занимают не большой процент в составе стекла. Цифра приблизительно 26-30 процентов.

Добавление других химических элементов:

Такой метод изготовить декоративное стекло в домашних условиях требует использования оксида свинца. Он придает блеск хрусталю, низкую его твердость, делает его доступным к резке, придает низкую температуру образования расплава.
Оксид лантана можно встретить в составе линз для очков. Он обладает преломляющим свойством.
Что касаемо свинцового хрусталя, то он может содержать до 33 процентов оксида свинца.

Важно! Чем больше свинца, тем больше необходимо ловкости, чтобы придать форму расплавленному стеклу. Исходя из этого, многие стеклодувы предпочитают меньшее его количество.

Примеси железа в стекле из кварца придают ему зеленый оттенок. При этом оксид железа добавляется для увеличения зеленоватого оттенка. Это касается и оксида меди.
Желтый, янтарный, и даже черный цвет можно получить при помощи соединения серы. Все зависит от количества углерода или железа добавленного в стекольную шихту.

Основные этапы изготовления стекла:

Поместите шихту в температуроустойчивый тигель. Последний должен быть максимально устойчив к температуре, которая будет в печи. Она может варьировать от 1500 до 2500 градусов. Это зависит от добавок.

Важно! Еще есть одно немаловажное требование к тиглю — он должен быть таким, чтобы при помощи металлических щипцов его с легкостью можно было зафиксировать.

Расплавьте смесь до жидкой консистенции. Для промышленного силикатного стекла это можно сделать в газоотапливаемой печи.

Важно! Также существуют электрические, муфельные и горшковые печи. В них можно выполнить специальное стекло. Учтите, что кварц и песок, которые не содержат дополнительных примесей, переходят в стеклообразное состояние, когда температура в печи 2500 градусов по Цельсию. Если к содержимому добавить карбонат натрия, это же обычная сода, то температура снизится до 1500 градусов.

Тщательно следите за консистенцией стекла. Важно своевременно удалить из него все пузырьки. Добиться этого можно при регулярном помешивании до равномерной густоты. Также необходимо добавить один из элементов — хлорид натрия, сульфат натрия или же оксид сурьмы.
Придайте форму стеклу. Для этого используйте один из перечисленных способов.
Самое простое — это вылить расплав стекла в форму и дождаться пока оно остынет. С помощью такого метода создаются множество оптических линз. Ранее именно этот способ использовали египтяне.
Готовое расплавленное стекло поместите в ванную, в которой содержится расплавленное олово. Последнее выступает в роли субстрата. Далее необходимо продувать его сжатым азотом для придания формы или же полировки. Еще один способ — это собрать на конце полой трубы необходимое количество стекла и, поворачивая трубу, выдувать его.

Важно! Стекло, выполненное по данному методу, имеет название флоат-стекло. С начала 1950-х годов производят именно его.

Оставляем стекло, чтобы оно остыло. Важно расположить его в таком месте, где оно не повредится, его не испортит вода, пыль или, например, листья. Имейте ввиду, что при контакте с холодными предметами, оно даст трещины.
Завершающим действием данного способа изготовить стекло в домашних условиях будет отжиг стекла. Этот способ тепловой обработки придаст прочность материалу. При его использовании будут убраны все точечные источники напряжений, с которыми можно столкнуться в процессе охлаждения стекла.

Важно! При завершении данной работы на стекло можно наносить дополнительные покрытия для увеличения стойкости и прочности. Также можно ламинировать.

Не отожженное стекло обладает меньшей прочностью.
Что касаемо температуры для завершающей работы, то она зависит от точного состава стекла — от 400 до 550 градусов по Цельсию.
Скорость охлаждения стекла зависит от размера. Крупные стеклянные изделия необходимо охлаждать медленно. С мелкими дела обстоят быстрее.

Способ изготовления стекла с применением жаровни

Второй способ изготовления стекла в домашних условиях – это жаровня на древесном угле. Давайте и в данном случае разберем все пошагово.

Оборудование для работы

Для начала нужно смастерить печь. Отлично для этого подойдет гриль для барбекю. Важно, чтобы он отапливался древесным углем. В данном случае для того, чтобы расплавить кварцевый песок в стекло используется тепло, которое вырабатывает уголь при сжигании. Опять-таки, стоимость данного материала не слишком высокая. Находятся они в широкой доступности.

Важно! Гриль используйте стандартного размера. Лучше если он будет в виде купола. Главные качества, которыми он должен обладать, — это наличие толстых стен и хорошая прочность. Если в гриле имеется отверстие для вентиляции, обычно оно расположено снизу, его нужно открыть.

Однако в данном методе могут быть небольшие препятствия. Даже если имеются очень высокие цифры температуры, не всегда можно расплавить его с легкостью. Для этого перед началом процесса нужно добавить в песок известь, буру или стиральную соду. Количество добавок не должно превышать ⅓-¼ от объема песка.

Важно! Помните, что эти добавки значительно снижают температуру плавления песка.

Форматирование стекла

Для выдува стекла подготовьте длинную полую металлическую трубку. Для того чтобы вылить стекло, необходима форма. Она должна быть плотной и не должна расплавиться от горячего стекла. Используйте, например, графит.

Важно! При использовании данного метода необходимо помнить, что нагрев гриля происходит намного выше его обычного нагрева. Не исключено, что может расплавиться и сам гриль. Поэтому при изготовлении стекла данным способом, нужно аккуратно и ответственно выполнять все действия. Халатность может привести к серьезным травмам или же вовсе к летальному исходу.

Меры безопасности:

Возле рабочей зоны расположите большой объем песка и огнетушитель.
Всю работу необходимо выполнять вне помещения.
Пол должен быть бетонным, например.
В момент варки стекла находитесь подальше от гриля, для того чтобы защитить себя и свою одежду от высоких температур.
Не забудьте надеть защитную одежду. Это — огнестойкая одежда, рукавицы для печей, высокопрочный фартук поверх одежды, и обязательно сварочную маску.
Также в данном способе вам понадобится пылесос. Он будет выполнять роль поддува угля. Располагаем его следующим образом: относим корпус на достаточное расстояние. Шланг фиксируем к вентиляционному отверстию, которое расположено снизу. Возможно, его придется изогнуть, чтобы придать необходимую форму. Фиксировать же можно к одной из ножек гриля. Шланг должен быть закреплен прочно и не двигаться.

Важно! Если же произошло обратное, то ни в коем случае к нему не подходите, ведь он очень сильно разогрет. Далее необходимо выключить пылесос и посмотреть положение шланга. Он должен быть направлен точно в вентиляционное отверстие.

Порядок работы:

На внутреннюю поверхность гриля выложите древесный уголь. Положить его необходимо в два, а то и три раза больше, чем для запекания мяса. Хорошо, если он будет наполнен практически до краев.

Важно! Используйте уголь из твердой древесины. Он горит быстрее и лучше, нежели брикетированный.

В середину чаши расположите чугунную емкость или тигель с песком.
Внимательно изучите упаковку от используемого угля. Разожгите его подходящим способом. Есть уголь который поджигается непосредственно сам, а есть материал, для которого используется жидкость для разжигания. Подождите, пока пламя равномерно распространится.
Ждите, пока уголь будет готов к дальнейшей работе. Готовность углей можно определить по цвету. Они будут оранжевыми.
Следующим шагом включите пылесос. Это необходимо для того, чтобы уголь продувался.

Важно! Уголь, на который воздействует поток воздуха, может нагреваться до очень высоких температур. Примерно до 1100 градусов по Цельсию. Это необходимо учитывать, находясь рядом с печью. Из нее могут появляться восходящие вспышки.