53
I– процесс подготовки изделий
II– процесс термической обработки
В настоящее время используется метод вытягивания. Оборудование,
используемое в настоящее время для подготовки изделий, представлено в
таблице 3.1.
Таблица 3.1
Оборудование, используемое для подготовки изделий
№
Наименование оборудования
1
Автоматический стол для прямолинейной и фигурной резки, модель “Modulenea352
BCS”, фирмы Botteno
2
Станок для прямоугольной обработки кромок, модель “Victralux108F”, фирмы Botteno
3
Станок для фигурной обработки кромок, модель “Antares432 BSE”, фирмы Botteno
4
Машины непрерывного вертикального вытягивания МНВВ 129
5
Автоматическая сверлильная машина фирмы Z.Bavelloni
6
Моечно-сушильная машина, модель SP.LE2500.4.2.4, фирмы Triulzi
7
Ленточный односторонний шлифовальный станок “Komplet”
8
Ленточный 2-х крестообразный станок “Komfort” производства “SPL”
Для закалки изделий, в настоящее время в цехе применяются
периодические горшковые печи закалки модель HTF-2130, производства
компании “Tamglass”, работающие на генераторном газе.
Нагрев воздуха, идущего на горение, осуществляется за счет тепла
отходящих газов в регенеративных или рекуперативных устройствах,
размещенных в нижней части печного строения.
Недостатки использования горшковых печей представлены на рис.3.1.
Рис. 3.1. Недостатками использования горшковых печей в процессе закалки и
варки
1
•плохое использование площади пода
2
•небольшая производительность (до 10 т/сут)
3
•потребность в дорогом и сложном хозяйстве для изготовления горшков, вынужденные
перерывы в работе вследствие порчи горшков
4
•Периодичность работы печей приводит к необходимости их охлаждения перед выработкой
и разогревания для варки
5
•Тепловой коэффициент полезного действия горшковых печей обычно не превышает 8%
54
Все вышеприведенные недостатки ведут к неоправданноувеличенной и
бесполезной трате тепла, росту трудоемкости процесса, а также росту
себестоимости производства закаленного стекла
Выработка закаленного стекла по методу производства может быть
прокатным, тянутым и на расплаве металла – олова (флоат-способ).
В настоящее время используется метод вытягивания. Выработка стекла
вытягиванием осуществляется лодочным способом. Лодочный способ
заключается в том, что лента стекла вытягивается через щель специального
шамотного поплавка (лодочку), погруженного на некоторую глубину в
расплавленную стекломассу. Чтобы вытянуть стекломассу через щель, в нее
опускают сверху специальную металлическую рамку («приманку»), а затем
поднимают ее вверх. Стекломасса прилипает к приманке и, двигаясь вслед за
ней кверху, вытягивается в виде ленты. Для успешного осуществления
такого процесса формования стекломасса должна обладать строго
определенными свойствами (вязкостью, величиной сил поверхностного
натяжения, скоростью затвердевания), находящимися в зависимости от
химического состава и температуры. Обычно вытягивание стекла лодочным
способом производится в температурном интервале 930–980°. При этой
температуре стекломасса обладает оптимальными значениями указанных
свойств. Чтобы вытянутая из щели лодочки стекломасса не растекалась, ее
непосредственно над лодочкой охлаждают.
В результате охлаждения лента должна настолько затвердеть, чтобы
крутящиеся валики, передвигающие ее вверх, не оставляли на ней следов.
Для выработки листового стекла лодочным способом применяют
машины непрерывного вертикального вытягивания.
Основным недостатком этого способа является большая
чувствительность его даже к небольшим нарушениям температурного
режима, и соответственно высокий уровень потерь от брака, что
соответственно приводит к росту себестоимости стекла.
55
Все вышесказанное наталкивает на необходимость пересмотра
технологического процесса производства стекла.
В рамках работы предлагается оценить возможность производства
закаленного стекла флоат-способом в соответствие ГОСТ 111–2001, с целью
снижения себестоимости его производства и повышения качества продукции.
Данная технология распространяется на стекло, предназначенное для
остекления светопрозрачных строительных конструкций, средств транспорта,
а также изготовления стекол с покрытиями, зеркал, многослойных стекол и
других изделий строительного, технического и бытового назначения.
Закаленное флоат-стекло это:
- высокая механическая прочность
- безопасность
- отсутствие оптических искривлений
- высокий коэффициент светопропускания
- стойкость к атмосферным и тепловым изменениям.
Свойства закаленные стекла, изготовленные флоат-способом
представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2
Свойства закаленные стекла, изготовленные флоат-способом
Свойство
Хараткеристика
Изотропность
одинаковостью физических свойств по всем
направлениям
Обратимость расплавления и
затвердения
при нагревании они не плавятся, как
кристаллические тела, а постепенно размягчаются и
переходят из твердого в жидкое состояние
Восстановление первоначальных
свойств стекла
стекольный расплав, будучи охлажденным, вновь
приобретает первоначальные свойства стекла
Закаленное флоат-стекло является незаменимым материалом в
производстве:
- в строительстве при застеклении высотных зданий, офисов и банков,
мансардных окон, теплиц;
- вагонов метрополитена, пассажирских поездов, трамваев;
56
- всех видов пассажирского и грузового автомобильного транспорта,
комбайнов и др. с/х машин;
- застекление остановок пассажирского транспорта;
- при изготовлении высокопрочных стеклопакетов, внешних световых
табло и рекламных щитов.
Основные сырьевые материалы, поступающие на АО «ЦС «Звездочка»,
не могут быть использованы для составления стекольной шихты без
предварительной подготовки. Поэтому в цехе № 40 производится их
обогащение, сушка, измельчение и просеивание.
Приготовление шихты Стекольную шихту приготовляют путем
тщательного перемешивания предварительно подготовленных и строго
отвешенных (отдозированных) порций сырьевых материалов.
Шихта должна быть строго однородной по своему составу, т.е. в
каждом участке шихты соотношение сырьевых материалов должно быть
одинаковым и соответствовать заданному рецепту. Допустимые отклонения
по весу отдельных компонентов от заданного состава не должны превышать:
Сода ………………… 1,00%
Сульфат ………………… 1,00%
Доломит и известняк в сумме……… 1,00%
Влажность ………………… 0,50%
Влажность содовой шихты должна быть 2–4%, а сульфатной 5–7%.
Для перемешивания шихты в цехе используются смеситель
барабанного типа.
Загрузка шихты Шихту следует загружать в печь в виде гряд или
небольших кучек высотой 100–250 мм. Такая подача обеспечивается при
помощи механических питателей с несколькими отдельными бункерами и
столами, расположенными по ширине загрузочного отверстия (кармана).
Варка стекла Варка стекла производится в ванной стекловаренной
регенеративной печи непрерывного действия с поперечным направлением
пламени. Для отопления печи используют природный газ.
57
Варка стекла является процессом многостадийным превращения
твердых сырьевых материалов в жидкую стекломассу.
Процесс варки стекла состоит из 5 стадий:
1. силикатообразование;
2. стеклообразование;
3. осветление;
4. гомогенизация;
5. студка.
Стекловарение протекает при высоких температурах 1400–1500оС в
движущейся вязкой среде (стекломассе) переменного и сложного состава и
зависит от состава стекла, условий теплообмена, характера движения
стекломассы и газов.
Силикатообразование – компоненты шихты взаимодействуют и
претерпевают физические и химические изменения. К концу стадии
большинство газообразных веществ из шихты улетучивается, основные
химические реакции между компонентами шихты заканчиваются, шихта
превращается в спекшуюся массу, состоящую из силикатов и кремнезема.
Для натрий-кальций-силикатных стекол стадия завершается при температуре
900…1150 °С. Повышение температуры ускоряет силикатообразование;
Стеклообразование – начинается плавление спекшейся массы,
взаимное растворение компонентов и кремнезема. К концу стадии
стекломасса становится прозрачной, без непроверенных частиц шихты,
однако она еще пронизана большим числом пузырей и свилей, содержит не
растворившиеся зерна кремнезема и продолжает оставаться химически
неоднородной. Обычно эта стадия завершается при температуре
1150…1250 °С. Повышение температуры, применение перемешивания
ускоряют процессы стеклообразования;
Осветление – стекломасса, становясь менее вязкой, освобождается от
видимых газообразных включений. Стадия заканчивается при 1450…1550 °С
и вязкости стекломассы 7…20 Па-с. Осветление ускоряется при повышении
58
температуры, уменьшении толщины слоя стекломассы, добавке
осветлителей, бурлении;
Гомогенизация – стекломассу выдерживают при высоких температурах
или перемешивают. К концу стадии она освобождается от свилей и
становится однородной. Обычно гомогенизация протекает одновременно с
осветлением;
Охлаждение – температуру стекломассы снижают на 200…300 °С,
чтобы получить необходимую для выработки изделий вязкость.
Формование ленты стекла После прохождения всех выше
перечисленных процессов стекломасса поступает на формование ленты
стекла. Формование ленты осуществляется в ванне расплава. Ванна расплава
представляет собой тепловой агрегат, содержащий слой расплавленного
металла (олова), защитную восстановительную атмосферу, средства подачи и
формования стекломассы, вывода ленты стекла из ванны расплава, КИП.
Процесс формования ленты стекла на флоат-способом включает
следующие стадии:
1. регулируемую подачу стекломассы на поверхность расплавленного
металла;
2. активное формование;
3. охлаждение готовой ленты.
Отжиг ленты стекла После формования лента стекла проходит отжиг.
Отжиг ленты стекла осуществляется в печи отжига, имеющий корпус,
футерованный теплоизоляцией, и снабженный системой транспортирования
и охлаждения ленты стекла, электрообогревом и КИП. Процесс отжига
листового стекла включает следующие основные стадии:
1. предварительное охлаждение;
2. ответственный отжиг;
3. ускоренное охлаждение.
Печь отжига должна быть обеспечена системой автоматического
аварийного переключения приводов на питание от аккумуляторной батареи.
59
Концевые операции:
1. раскрой стекла на форматы на конвейере
2. отрезка и отломки бортов на конвейере;
3. поворот листа стекла на 90
о
;
4. контроль качества листов стекла на конвейере;
5. упаковка листов стекла, хранение и отгрузка.
Нанесение прокладочного материала, укладка, маркировка и упаковка
нарезанного стекла осуществляется в соответствии с НТД в цехе.
Главным требованием ко всему технологическому оборудованию
является надежность и непрерывность (бесперебойность) работы.
Расчет объема потребляемых материалов производится исходя из
заданной производительности и расхода материалов на единицу готовой
продукции. Исходя, из этого определяем производительность предприятия.
Для получения стекла требуемого качества и вида состав шихты
рассчитаем, используя данные химического анализа применяемых сырьевых
материалов. Химические составы стекла и каждого составляющего шихту
вещества выразим в процентах от массы.
В данной выпускной квалификационной работе рассчитаем состав
шихты для закаленного стекла отформованного флоат-способом следующего
состава:
Таблица 3.3
Состав шихты для производства стекла флоат - способом
№ п./п.
Наименование элемента
Содержание в шихте, %
1
Si02
73
2
А12О3
0,9
3
СаО
8,7
4
MgO
3,6
5
Na2O(R2O)
13,4
6
SO3
0,3
7
Fe203
0,1
Для получения 100 кг стекломассы заданного состава, необходимо с
сырьевыми материалами ввести заданное количество оксидов в килограммах.
60
Таблица 3.4
Состав шихты для производства стекла флоат - способом
Материал
Оксиды, %
Si02
СаО
MgO
Na20
А1203
Fe203
Песок
98,98
0,4
-
-
0,22
0,03
Мел
1,5
54
-
-
-
0,02
Доломит
3
27
19,8
-
1,6
0,02
Сода
-
-
-
56
-
-
Известняк
-
56
-
-
-
0,03
Полевой шпат
68
-
-
-
21,7
0,02
Сульфат
-
0,8
-
95
-
0,01
Стеклобой
73
8,7
3,6
13,4
0,9
0,1
С учетом потерь при прокаливании и транспортировки состав шихты
будет следующим
Таблица 3.5
Состав шихты для производства стекла флоат - способом
Наименование
компонента
Процент потребности с учетом потерь при
прокаливании и транспортировки
Потребность в
компоненте, кг
1 Полевой шпат
3%+11%+1%
3+0,33+0,03=3,36
Известняк
4%+44%+1%
4+1,76+0,04 = 5,8
3 Сульфат натрия
1%+4%+1%
1+0,04+0,01 = 1,05
4 Уголь
0,1%
0,1
5 Сода
18%+44%+1%
18+7,92+0,18=26,1
6 Доломит
15%+48,4%+1%
15+7,26+0,15=22,41
Итого
0,1
Из выше сказанного произведем расчет потребности в материальных
ресурсах, исходя из объемов производства закаленного стекла в 2021 году.
Таблица 3.6
Состав шихты для производства стекла флоат - способом
Материал
Потребность в год, кг
Песок
110037,7326
Доломит
41307,8676
Сода
48109,6572
Известняк
10691,0544
Полевой шпат
6193,4076
Уголь
184,32792
Сульфат
1935,4344
Стеклобой
32768,92
Готовая шихта
251228,40
61
По данным отдела материально-технического снабжения цеха данный
состав шихты экономичнее шихты используемой при существующей
технологии производства закаленного стекла на 5,7%. То есть, затраты на
материалы при производстве 1 м
2
стекла флоат – способом составят 514,82
руб. на единицу продукции, и 53592,5 тыс. руб., на годовую программу 2021
года в то время как при существующей технологии они составляли 545,94
руб. на единицу, и 56831,90 тыс. руб. на производственную программу.
Таким образом, экономия составит 31,12 руб. на 1 м
2
единицу, и на 3239,42
тыс. руб. на производственную программу цеха.
Таблица 3.7
Снижение затрат на материальные ресурсы при производстве стекла флоат -
способом
Показатель
Значение
показателя
Сумма затрат на материальные ресурсы при существующей
технологии изготовления
- на 1 м
2
, руб.
545,94
- на программу, тыс. руб.
56831,90
Сумма затрат на материальные ресурсы при флоат-технологии
изготовления
- на 1 м
2
, руб.
514,82
- на программу, тыс. руб.
53592,5
Экономия затрат
- на 1 м
2
, руб.
31,12
- на программу, тыс.руб.
3239,42
Экономия, %
5,7
Для использования новой технологии при производстве закаленного
стекла в условиях цеха № 40 необходимо осуществить расчет и выбор
необходимого технологического оборудования производится с учетом
рассчитанной производительности цеха № 40, с учетом норм
производительности оборудования в единицу рабочего времени при данной
номенклатуре продукции, чтобы обеспечить выпуск изделий в объеме
годовой производственной программы цеха в 2021 году в условиях
установленного режима работы.
В таблице 3.8 представим потребное и наличное оборудование.
62
Таблица 3.8
Наименование и назначение оборудования
Наименование
оборудования
Назначение оборудования
Количество оборудования
Потреб-
ность
Нали-
чие
К
приоб-
ретению
Массоизмерительное
устройство ДВСТ-350П
Взвешивание сырья
2
2
0
Магнитный валковый
сепаратор МВС-77 на
редкоземельных магнитах
Обогащение и очистка
слабомагнитных сырьевых
материалов
3
3
0
Сушильный барабан с
типоразмером 1200Ч6000
Сушка сырьевых
материалов
4
3
1
Тарельчатый смеситель СТ-250
Смешивание шихты
3
3
0
Механический питатель МП-30
Питание печи шихтой
2
2
0
Ванная стекловаренная печь
Варка стекла
1
0
1
Регенераторы
Утилизация тепла
отходящих газов
6
6
0
Автоматизированная
пятиканальная система
технологического контроля
толщины ленты флоат-стекла в
режиме реального времени в
горячей зоне печи отжига
Контроль толщины ленты
флоат-стекла в режиме
реального времени в
горячей зоне печи отжига
1
0
1
Перемешивающее устройство
Для повышения
однородности
(гомогенизации)
стекломассы по химсоставу
и температуре
2
2
0
Растягивающие (утоняющие)
устройства
Для предупреждения
сужения ленты, получения
стекла различных
номиналов.
2
2
0
Печь отжига
ПОС-350
Отжиг ленты стекла
1
0
1
Конвейер транспортировки
ленты стекла
Транспортировка ленты
стекла
1
0
1
Механизм раскроя ленты
стекла АТ-533
Раскрой ленты стекла на
форматы, отрезка бортов от
ленты стекла
4
4
0
Механизм отломки бортов
АТМ-533
Отломка бортов
2
2
0
Ротатор АТВ-533
Поворот листа на 90
0
1
1
0
Автомат съемщик-укладчик
листов стекла
АТК-533
Съем и укладка листов
стекла в тарные
контейнеры
1
1
0
Подвесной однобалочный кран
Перемещение контейнеров
со стеклом на склад
готовой продукции
1
1
0
ИТОГО
37
32
5