Производство стеклотары марки КТ-1

Содержание
Введение…………..……………….…………....…………………….… 3
1. Тарное стекло……………...………………………………….….…... 5
2. Этапы производства стеклянной тары....…………………….…….. 6
3. Сырьевые материалы для стекольной промышленности.….……. 10
4. Особенности производство стеклотары марки КТ - 1................… 12
5. Химические процессы при изготовлении стеклотары………….... 13
Заключение...……………….………..................................................... 15
Список литературы………....……………………………...……...….. 16

Введение
Стекольная промышленность в России – один из наиболее динамично развивающихся секторов промышленности. В значительной степени эту динамику определяет именно стеклотарный сегмент. Это обусловлено постоянным увеличением выпуска и расширением ассортимента фасованных пищевых продуктов, а также тем, что стекло является конкурентоспособным упаковочным материалом, удовлетворяющим современным требованиям, предъявляемым к упаковке. Ежегодно происходит увеличение объёмов выпуска стеклотары, несмотря на возрастающую конкуренцию со стороны металлической и пластиковой тары, что также свидетельствует о хороших эксплуатационных и потребительских характеристиках стекла как материала для хранения пищевых и непищевых продуктов.
Косвенным доказательством перспективности рынка служит строительство новых стекольных заводов, пуск в эксплуатацию модернизированных производственных линий. Как показывает опыт работы стеклотарных заводов, построенных в последнее время, и технико-экономический анализ Института стекла, срок окупаемости тарного завода составляет 2 -2,5 года. Экономическая эффективность может быть также повышена при частичном использовании инфраструктуры и части оборудования законсервированных или реконструированных предприятий.
Вместе с тем следует признать низкую конкурентоспособность отечественной стекольной продукции на мировом рынке. Только 30 % применяемых в отрасли технологических схем соответствуют современному мировому уровню, а 28 % являются устаревшими и не имеют резервов для модернизации. Недостаточно высокий технологический уровень производств обусловливает значительное отставание отрасли по ряду основных технико-экономических показателей. Так, затраты топливно-энергетических ресурсов на варку стекла выше на 20 — 30 % по сравнению с достигнутым мировым уровнем. Еще большее отставание наблюдается в производительности труда — ниже в 1,5-2 раза. Серьезной проблемой является снижение негативного воздействия производства на окружающую среду. По этому параметру отечественная стекольная промышленность в 2 раза превышает показатели ведущих зарубежных стекольных компаний.
В то же время все отчетливее проявляется ситуация с качеством производимой продукции. К сожалению, достаточно корректным представляется вывод о том, что сегодня на отечественном рынке наблюдается острый дефицит качественной и одновременно дешевой стекольной продукции.
На развитие стеклотарной отрасли серьезное влияние оказывают и внешние факторы, выходящие за рамки прямых отношении между производителями стекла и его потребителями. К числу таких факторов, прежде всего, следует отнести динамику изменения стоимости топливно - энергетических ресурсов, сырья и материалов, а также транспортных тарифов. Для производства стекла, в себестоимости которого материальная составляющая достигает 50 %, эти тенденции имеют важнейшее значение. В стекольной промышленности рост себестоимости продукции за счет внешних факторов традиционно компенсировался очередным повышением отпускных цен. В сегодняшних условиях этот способ решения проблемы представляется малоперспективным. Во-первых, потому, что эти цены уже достаточно близки к мировым. Во-вторых, учитывая перенасыщенность внешнего рынка аналогичной продукцией, нетрудно предположить, что ожидает некоторых отечественных производителей с морально устаревшей техникой и технологией в конкурентной борьбе с мощными западными компаниями. И если ценовая составляющая проблемы еще дает какой-то резерв во времени на модернизацию производства, то проблема качества уже сегодня ставит под сомнение возможность существования многих отечественных стекольных заводов.
1. Тарное стекло
Тарное стекло — одна из наиболее крупных подотраслей стекольной промышленности Российской Федерации, занимающая более 50 % рынка выпускаемой отраслью продукции. В среднем в год в стране производится около 7 млн т тарного стекла. Потребление данной продукции в разных сегментах экономики (по данным АО «Институт стекла») показано на рисунке 1.
Рисунок 1 – Потребление тарного стекла в разных сегментах экономики
По данным на 2015 год, в Российской Федерации функционировали несколько десятков предприятий по производству стеклотары; характерная мощность производственных линий варьирует от 150 до и 300 т стекломассы в сутки. Типичное распределение установок в пределах различных диапазонов производительности отображено в таблице 1.
Из-за транспортных расходов большая часть стеклянной тары продаётся в пределах 500 км от места производства. В секторе парфюмерно-косметической промышленности ситуация иная, и импорт может составлять более 40 % потребления.
Таблица 1 — Количество установок для производства тарного стекла в определённом диапазоне объёма производства (источник информации — данные АО «Институт стекла»)
Диапазон мощности производственных линий (т/сут) <150 От 150 до 300 От 300 до 600
Количество предприятий в каждом диапазоне 12 63 8
Доля предприятий в каждом диапазоне, % 15 75 10
2. Этапы производства стеклянной тары
Формирование шихты.
Шихта - смесь исходных веществ, из которых и будет произведена бутылка. В основе стекла лежит комплекс веществ, каждое из которых обязано проходить входной контроль на соответствие стандартам. К ним относятся: кварцевый песок, стеклобой, доломитовая мука, глинозем, обесцвечивающие и красящие вещества, технические нитрат, карбонат натрия и др. При приготовлении шихтовой смеси важно соблюдать пропорции между ингредиентами. В противном случае, стекло получится неудовлетворительного качества и будет отправлено на переплавку. Для этого на стекольных заводах существует специальное дозировочное оборудование.
Приготовление расплава.
Рисунок 1 – Производство стеклотары
По конвейерным линиям подготовленная шихта направляется в регенеративную печь, в варочном бассейне которой происходит нагревание шихты до высокой температуры (свыше 1000°С). В результате этого происходит расплав шихты до жидких силикатов, которые еще содержат тугоплавкие элементы. Дальнейшее повышение температуры (свыше 1500°С) приводит к получению жидкой стекломассы, в которой уже отсутствуют тугоплавкие элементы и испаряются пузырьки газа. Именно из-за газообразных веществ, образующихся при распаде силикатов, на производстве стекольных изделий стоит специфический, неприятный запах. Недостаточный расплав шихты приводит к наличию замутненности структуры тары.
Охлаждение расплава.
Жидкое стекло остывает и застывает довольно быстро, но на производстве, прежде чем формовать из расплава бутылки, подготовленный расплав остужается до температур выдувания (приблизительно 900°С).
Формовка бутылки.
Рисунок 2 – Производство стеклотары
Придание формы будущему изделию производиться при помощи металлической оснастки и специального оборудования для выдувания. Подача частично остуженного расплава ведется в виде дозированных капель, которые направляются в одну форму, в которой автомат выполняет горловину бутылки и формирует зачаток всего изделия. Окончательное выдувание объема бутылки происходит в следующей форме, после чего готовое изделие направляется машиной на конвейер для дальнейшей обработки. После этого подготавливается новая форма для приема следующей капли стекломассы.
Отжиг стекла.
Эта процедура необходима для придания бутылке механической прочности и устойчивости к перепадам температур в ходе её дальнейшей подготовки и эксплуатации. Данная операция выполняется в печах с прямым нагревом, куда транспортируются выдутые формовочной машиной бутылки. В ходе данной операции производится постепенное снижение температуры горячего стекла с температур выдува (примерно 900°С) до температур финишной обработки (примерно 70°С).
Финишная обработка.
На этом этапе происходит обработка готовых бутылок специальным раствором, предохраняющим изделия от царапин и прочих дефектов в процессе упаковки и транспортировки.
Контроль качества производства.
Контроль качества стекла выполняется машинным или ручным способом. Технический контроль производится на соответствие действующим на территории РФ стандартам, а также стандартам отдельного предприятия и отрасли. В ходе анализа проверяется интенсивность окрашивания, соответствие размеров и объемов требуемым, наличие литьевых дефектов и пузырей и некоторые другие параметры, которые определяются техническими условиями, действующими на каждое конкретное производство. Бутылки, не прошедшие контроль качества отфильтровываются и направляются на переплавку.
Упаковка готовой продукции.
Завершение производственного процесса происходит на специальных конвейерных линиях, куда бутылки поступают после прохождения контроля ОТК и упаковываются в транспортную упаковку.
Как видите производство стекольной продукции массового потребления – это сложный технологический процесс, требующий не только специализированного оборудования в цехах, но и работы высококвалифицированных специалистов. В дальнейшем мы постараемся раскрыть технологические подробности производства более подробно.
3. Сырьевые материалы для стекольной промышленности
Все сырьевые материалы, применяемые для варки стекла, в зависимости от их назначения можно разделить на основные и вспомогательные. К основным относятся материалы, с которыми в состав стекольной шихты вводятся необходимые для данного вида стекла кислотные и основные оксиды.
Вспомогательные сырьевые материалы вводят в состав шихты для изменения тех или иных свойств стекломассы. К ним относятся вещества, создающие восстановительную или окислительную среду в шихте, расплаве, которые ускоряют стеклообразование и обесцвечивание стекломассы, а также окрашивают стекло.
Основные стеклообразующие оксиды вводятся в состав сырья со следующими сырьевыми материалами: SiO – с кварцевым песком, песчаником, кварцитом (редко) и жильным2 кварцем; СаО и MgO – с доломитом; СаО – с известняком и мелом; Al2O3 (частично Na2O, K2O, SiO2) – с пегматитом, полевым шпатом и полевошпатовым том; Na2O, K2O с содой, сульфатом, поташом. Могут добавляться и другие компоненты, в зависимости от типа и качества производимого стекла.
Общими требованиями ко всем видам стекольного сырья являются чистота и однородность по составу. Чистота сырьевых материалов определяется, в частности, содержанием оксидов железа. Наибольшее загрязнение в стекло вносят песок и пегматит. Необогащенные пески вносят более 40 % всего содержащегося в стекле железа, пегматит – 26 %. Обогащенные пески вносят до 19 % железа, а пегматит до 50 %. Третьим по степени загрязнения стекла является доломит. Кремнеземсодержащее сырье является основным компонентом стекольной шихты (более 70 %), поэтому к такому сырьевому материалу предъявляются особо жесткие требования в части содержания загрязняющих примесей.
Стекольными песками называются пески, содержащие более 95 % кремнезема (SiO2) и относительно немного окрашивающих примесей. Кварцевые пески содержат более 98 % SiO2 и до 1,5 % Al2O3. Среди материалов, применяющихся для введения в стекольную шихту, кварцевые пески составляют 86 %, песчаники – 12 %, кварц до 2 %.
Для введения в состав стекла CaO и MgO применяются доломиты (CaCO3 MgCO3). Для введения только оксида кальция – известняк (CaO), мел (CaCO ). Перечисленные виды сырья являются осадочными горными порода3ми.
Карбонатное сырье содержит железо в виде тонкодисперсных, равномерно распределенных примесей, что делает невозможным их эффективное извлечение и удаление. Отсюда очень высокие требования к чистоте карбонатного сырья по содержанию соединений железа.
Вводить в стекло глинозем наиболее выгодно через пегматит и полевошпатовые продукты, которые легко провариваются и одновременно с глиноземом вводят в состав стекла щелочи и кремнезем, то есть позволяют частично заменить дефицитную соду.
Оксид натрия вводят в состав стекла с кальцинированной содой, сульфатом натрия, содово-поташной смесью, а также попутно, при использовании полевошпатовых горных пород. Оксид калия вводят в состав стекла с поташом, содово-поташной смесью, полевошпатовыми горными породами. Содержание оксида натрия в соде составляет 58,5 %. Для стекольной промышленности используется сода марки «техническая» с содержанием железа не более 0,02 %. Сульфат натрия получают из горных пород – мирабилита и тенардита.
Для ускорения варки стекломассы в нее вводят стекольный бой (20–40 %), получаемый в производстве (обратный бой) или приобретаемый на стороне. Наварка стекла в стекловаренной печи после ее постройки или холодного ремонта осуществляется чистым стекольным боем для предохранения огнеупора печи от разъедания шихтой.Стекольный бой должен быть однородным по составу, промыт от пыли и очищен от посторонних примесей.
4. Особенности производство стеклотары марки КТ - 1
Требования:
1. Марка и химический состав стекла должна соответствовать данным казанным в таблице 1;
2. Конкретный состав стекла марки КТ – 1, принятого на предприятии, должна соответствовать данным указанным в таблице 2;
3. Допускается содержания хлора (Cl) для марки КТ – 1 не более 0,3 % по массе сверх установленного состава;
4. Допускается содержание примесей по массе сверх установленного состава: Cr2O3 – не более 0,02 % для стекла марок КТ.
Таблица 1 – Марка и химический состав стекла КТ – 1
Группа стекла Марка стекла SiO2 Al2O3 +Fe2O3 CaO + MgONa2O SO3 Fe2O3 Cr2O3
Коричневая КТ – 1 71,4 3,3 11,0 14,0 0,3 - -
Таблица 2 – Допускаемое отклонение для стекла КТ - 1
Обозначение оксидов Допускаемое отклонение, % по массе
SiO2
Al2O3
CaO+MgO (RO)
Na2O
Na2O+K2O (R2O) ±0,5
±0,3
±0,4
±0,3
±0,4
Примечание – Предельное содержание каждого оксида в составе стекла марки КТ – 1 не должно превышать предельных значений составов соответствующих марки КТ – 1.
5. Химические процессы при изготовлении стеклотары
Наиболее знаменитые стекольные заводы средних веков находились в Мурано, близ Венеции (Италия). В настоящее время стекло изготавливается почти в каждой стране. Производство стекла в промышленных масштабах в России началось в XVII веке. Самый первый завод по производству стекла был открыт в 1638 году вблизи города Воскресенск.
Издавна для изготовления стекла сплавляли песок с поташом (K2CO3) и мелом (карбонатом кальция CaCO3). При высокой температуре стекольноплавильной печи диоксид кремния вытесняет из солей диоксид углерода, который улетучивается в виде углекислого газа. Оставшийся сплав, состоящий из силикатов калия и кальция, после охлаждения и представляет собой стекло:
SiO2 + K2CO3 = K2SiO3 + CO2 (1)
SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2 (2)
Чем чище эти материалы, тем более они пригодны для стеклоделия. Особенно нежелательно заметное содержание в песке оксидов железа, так как силикат железа, образующийся в этом случае при варке стекла, окрашивает его в очень темный цвет. Именно оксиды железа и являются причиной темной окраски дешевых стекол (например, стекла, из которого изготавливаются винные бутылки). В прежние времена были зеленоватыми и все оконные стекла, так как совершенно свободный от содержания железа песок встречается редко, а во многих местностях его и вовсе нет.
Однако, вовсе не обязательно брать для получения стекла именно песок, поташ и мел. В разных сортах изготовляемых теперь стекол то одна, то другая составная часть целиком или частично заменена другой кислотой или основанием в зависимости от целей стекловарения. Лишь в очень редких случаях частично заменяют кремнезем гораздо более дорогой борной кислотой. Она сообщает стеклу сильный блеск и делает его, кроме того, особенно пригодным для некоторых оптических целей. Так как каждое стекло должно содержать калий или натрий, а в прежние времена доступен был только калий – в форме поташа, то тогда и умели готовить лишь калиевые стекла. Потребность в поташе была одной из причин того, что в Германии стекольные заводы строили обычно в лесистых местностях. Леса доставляли необходимое топливо для стекловарных печей, а получавшаяся в последних зола служила в то же время для приготовления поташа.На смену поташу пришла потом сода. Но заводской процесс производства соды дал и другой еще более дешевый материал для стеклоделия. В содовом производстве по способу Леблана первой стадией процесса было получение сульфата натрия из поваренной соли. Этот сульфат и применяется в стеклоделии вместо соды. Его не нужно для этой цели предварительно подвергать дорогой переработке в соду – достаточно лишь прибавить угля к шихте (т.е. к массе, предназначенной для плавки). При этом из сульфата натрия и песка тоже образуется соль кремниевой кислоты. Химический процесс основан на том, что оксид натрия связывается с кремнеземом, а уголь в то же время действует на другую составную часть сульфата – серный ангидрид. При высокой температуре плавки уголь сгорает за счёт части кислорода серного ангидрида в углекислый газ, который улетучивается. Вот почему, несмотря на применение для плавления стекла сульфата натрия, в готовых стеклах почти не содержится этой соли.
Для получения стеклотары марки КТ – 1 добавляют отдельной химические элементы, которые были рассмотрены выше.
Заключение
Способность к образованию стекол характерна для многих минеральных и органических веществ. Наиболее ярко эта способность выражена у диоксида кремния (SiO2 ) и соединений на его основе силикатов, к которым относится большинство природных минералов. В стеклообразном состоянии могут находиться и многие другие материалы, например, полимеры (всем известен термин «плексиглас» -- органическое стекло). В последние годы даже металлы удалось получить в стеклообразном состоянии.
Стекла по сравнению с кристаллическими веществами обладают повышенной внутренней энергией (скрытой энергией кристаллизации), поэтому вещество в стеклообразном состоянии метастабилъно (термодинамически не устойчиво). Из-за этого обычное стекло при некоторых условиях, а иногда и самопроизвольно начинает кристаллизоваться (этот процесс в стеклоделии называют «зарухание» или расстекловывание). Расстекловывание является браком стеклоизделий.
Этот же процесс, но проводимый направленно с целью частичной или полной кристаллизации расплава, используется для получения стеклокристаллических материалов - ситаллов и каменного литья.
Список литературы
1. Химическая технология стекла и ситаллов. Под ред. Павлушкина. Н.М. - М. Стройиздат, 1983. - 432 с., ил.;2. Зубанов В.А. Механическое оборудование стекольных и ситалловых заводов. М. Машиностроение. 1975. - 408 с.;
3. Разработка оборудования для раскроя стекла. В.А. Литвинов, В.В. Сурков, Л.А. Шитова, Г.Г. Попов; Стекло и керамика. 1999 № 9.;
4. ГОСТ 111- 2001 «Стекло оконное. Технические условия».;5. М.И. Роговой, М.Н. Кондакова, М.Н. Сагановский. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1975 . - с. 243 - 253.;
6. Справочник по производству стекла / под ред. И.И. Китайчародского и С.И. Сильвестровича. - М.: Стройиздат, 1963. - т. 2. - с. 643 - 655.;
7. М.А.Матвеев, Г.М. Матвеев, Б.Н.Френкель. Расчеты по химии и технологии стекла. - М.: Стройиздат ,1972. - 240 с.