Как расплавить стекло в муфельной печи – технология, температура плавления, особенности

Практически у каждого материала и соединения в мире имеется три возможных состояния: твердое, жидкое и газообразное. В нормальных условиях материалы пребывают в разном состоянии, которое зависит от их химических свойств.

Чтобы вывести их из равновесия, необходимо повышать или понижать температуру до указанного значения. Например, температура плавления стекла начинается примерно с 750 градусов по Цельсию. Материал имеет так называемые аморфные свойства, поэтому у него и нет конкретного значения.

Все зависит от количественного и качественного состава примесей в соединении. Так что установить конкретное значение для выбранного предмета можно исключительно экспериментальным путем. Для этого понадобится определенный набор измерительных приборов, который имеется только в специализированных лабораториях. Можно, конечно, взять и бытовые аналоги, но они будут иметь слишком большую погрешность.

Что такое стекло?

Cтекло – это однородное аморфное вещество, получаемое при затвердевании расплава оксидов. В составе стекла могут присутствовать оксиды трех типов: стеклообразующие, модифицирующие и промежуточные. Стеклообразующими являются оксиды кремния, бора, фосфора, германия, мышьяка. К модифицирующим оксидам, введение которых понижает температуру плавления стекла и существенно меняет его свойства, относятся оксиды щелочных (Na, К) и щелочноземельных (Са, Mg, Ba) металлов. Промежуточными являются оксиды алюминия, свинца, титана, железа. Они могут замещать часть стеклообразующих оксидов. Стеклообразующий каркас стекла представляет собой непрерывную пространственную решетку, в узлах которой расположены ионы, атомы или группировки атомов. Химический состав стекла можно изменять в широких пределах. Поэтому и свойства стекла могут быть различными.

По химическому составу в зависимости от природы стеклообразующих оксидов различают силикатное, алюмосиликатное, боросиликатное, алюмоборосиликатное и другие виды стекла.

В зависимости от содержания модификаторов стекло может быть щелочным и бесщелочным.

По назначению различают строительное (оконное, стеклоблоки), бытовое (стеклотара, посуда) и техническое (оптическое, электротехническое, химическое и др.) стекло.

Структура и свойства стекла определяются его химическим составом, условиями варки, охлаждения и обработки.

Стекло – термопластичный материал, при нагреве оно постепенно размягчается и переходит в жидкость. Плавление происходит в некотором температурном интервале, величина которого зависит от химического состава стекла. Ниже температуры стеклования Тс стекло приобретает хрупкость. Для обычного силикатного стекла Тс = 425 – 600°С. Выше температуры плавления стекло становится жидкостью. При этих температурах стекломасса перерабатывается в изделия.

Плотность стекла составляет 2,2 – 8,0 г/см 3 . Стекло высокой плотности содержит значительные количества оксидов свинца и бария.

Стекло – жесткий, твердый, но очень хрупкий материал. Стекло хорошо сопротивляется сжатию ( = 400 – 600 МПа), но характеризуется низким временным сопротивлением при испытаниях на растяжение (30 – 90 МПа) и изгиб (50 – 150 МПа). Более прочным является бесщелочное и кварцевое стекло.

Механические свойства стекла повышаются при термической и химической обработке. Термическая закалка стекла состоит в нагреве до температур, близких к точке размягчения, и быстром равномерном охлаждении поверхности в потоке воздуха или в масле. При этом в поверхностных слоях возникают напряжения сжатия, и прочность стекла возрастает в 2 – 4 раза. Для изготовления приборов, работающих при повышенном давлении, применяют безосколочное стекло – триплекс.

Триплекс представляет собой комбинированное стекло, состоящее из двух и более закаленных слоев, склеенных прозрачной эластичной пленкой. Химическая обработка состоит в травлении поверхностного слоя раствором плавиковой кислоты с уничтожением поверхностных дефектов. Еще больший эффект достигается при комбинированной химико-термической обработке.

Важнейшим свойством стекла является прозрачность в диапазоне длин волн видимого света. Обычное листовое стекло пропускает до 90 %, а отражает около 8 % и поглощает около 1 % видимого света. Ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощаются оконным стеклом.

Стекло имеет высокую химическую стойкость в агрессивных средах (за исключением плавиковой кислоты и щелочей). Вода постепенно разрушает стекло вследствие образования щелочных растворов. Чем выше температура и концентрация щелочных оксидов в стекле, тем сильнее проявляется действие воды. Стекло как технический материал широко используется в разных областях техники и народного хозяйства. Это объясняется благоприятным сочетанием физико-химических и механических свойств, возможностью изменять эти свойства в широких пределах в зависимости от состава стекла и способов термического воздействия, а также способностью стекла легко поддаваться разным способам горячей и холодной обработки.

Кварцевое стекло, состоящее практически из чистого кремнезема (99 % SiO2), в зависимости от способа получения бывает двух типов: оптически прозрачное и непрозрачное. Кварцевое стекло отличается от всех известных стекол высокими физико-химическими свойствами: высокой жаростойкостью (1400°С), низким температурным коэффициентом линейного расширения [(0,5 – 0,55)•10 -6 К -1 ], высокой термической (выдерживает перепад температур 800 – 1000°С) и химической стойкостью, особенно к действию кислот (кроме плавиковой) и воды. Кварцевое стекло имеет высокие диэлектрические характеристики, прозрачно в видимой, ультрафиолетовой и частично инфракрасной областях. Кварцевое стекло, имеющее особенно высокую термическую и химическую стойкость в сочетании с низким температурным коэффициентом линейного расширения, применяется для изготовления тиглей, термопар, электровакуумных изделий, химически стойкой тары, труб, лабораторной посуды. Для защиты деталей от коррозии при температурах до 500 – 600°С в машиностроении применяют стеклоэмали.

Пеностекло получают вспениванием жидкой стекольной массы при высокой температуре за счет введения газотворных веществ – измельченных известняка, мела, угля. Пеностекло имеет малую плотность, низкую теплопроводность и характеризуется высоким звукопоглощением. Это негорючий, термостойкий и химически стойкий материал.

Стеклокристаллические материалы (ситаллы) получают из стекла путем его полной или частичной кристаллизации. Название «ситаллы» образовано из слов «стекло» и «кристаллы». Ситаллы иногда называют стеклокерамикой. Содержание кристаллической фазы в ситаллах может составлять до 95 %. Размер кристаллов обычно не превышает 1 – 2 мкм.

Ситаллы – плотные, непрозрачные, газонепроницаемые, жесткие и твердые материалы. Их механическая прочность в 2 – 3 раза выше, чем прочность стекла. Они хорошо сопротивляются абразивному износу. Сочетание низкого температурного коэффициента линейного расширения и высокой механической прочности придает им высокую термостойкость. Ситаллы характеризуются высокой химической стойкостью к действию кислот и щелочей и не подвержены коррозии при нагреве до высоких температур. Ситаллы совершенно не поглощают влагу.

Благодаря сочетанию легкости, прочности, твердости и технологичности ситаллы находят широкое применение в машиностроении. Из них изготавливают подшипники скольжения, работающие без смазки при температуре до 550°С, поршни и детали выхлопа двигателей внутреннего старания, химическую аппаратуру» фильеры для вытягивания синтетических волокон, рабочие колеса и лопатки насосов, перекачивающих агрессивные жидкости с абразивами. Ситаллы используют в качестве жаро- и износостойких эмалей для защиты металлических деталей. Ситалловые эмали могут работать при температурах до 800 – 900°С.

Горелки для стекла ручные и настольного типа (обзор)

Классификация стеклодувных горелок

Горелки для стекла (газовые стеклодувные горелки) используются для нагрева стеклянных изделий с целью изменения их формы в соответствии с назначением изделия и обеспечения выполнения этим изделием заданных функций. Применяются для всех видов работ, связанных с обработкой стекла в стеклодувных мастерских и на промышленных предприятиях.
При эксплуатации в стеклодувную горелку подают смесь горючего газа (природный газ или пропан-бутан) с окислителем, в качестве которого используют как кислород, содержащийся в окружающем воздухе, так и чистый кислород, в том числе и в смеси со сжатым воздухом.

Более подробная информация о горении газов и окислителях для представлена в приложении 01.

Нажми! Щелкни и приложение 01 откроется!

Горением называется быстрая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом, сопровождающаяся интенсивным выделением тепла и резким повышением температуры.

Реакции горения описываются стехиометрическими уравнениями, характеризующими качественно и количественно вступающие в реакцию и образующиеся в результате нее вещества.

Реакция горения любого углеводорода может быть выражена следующим общим уравнением:

CmHn + (m+n/4)O2 = mCO2 + (n/2)H2O + Q

где m — число углеводородных атомов в молекуле углеводорода; n — число водородных атомов в той же молекуле; Q — количество тепла, которое выделяется при горении (теплота сгорания).

Количество тепла, которое выделяется при сгорании газов, используемых в газовых горелках, приведена в табл.01.
Таблица 01. Теплота сгорания горючих сухих газов при 0°С и 760 мм.рт.ст.

Данные, приведенные в табл. 01 можно использовать для расчета тепловой мощности горелки.

Тепловая мощность горелки вычисляется как произведение часового расхода газа на его теплоту сгорания.

Расчет производится по формуле

Nквт = (0,278) х Vn х Q

где Nквт — мощность горелки в квт.; Vn — номинальный объемный расход газа в м3/час; Q — теплота сгорания газа, приведенная в табл. 01, в мДж/м3

Практически значение объемного расхода газа для конкретной горелки можно получить путем прямых измерений при помощи ротаметра (счетчика расхода).

Из данных табл.01 и вышеприведенной формулы следует, что при одинаковом расходе горючего газа тепловая мощность горелки на пропане почти в 9 раз превышает тепловую мощность горелки на водороде. А из законов физики следует, что чем быстрее мы хотим нагреть конкретное тело до определенной температуры, тем большей мощности должен быть источник тепловой энергии, в данном случае горелки.

В дальнейших расчетах количество воздуха и газа будет определяться в нормальных кубических метрах — нм3

Нормальный кубический метр это внесистемная единица измерения количества вещества, которое в газообразном состоянии занимает один кубический метр при условиях, называемых «нормальными условиями» (давление 760 мм рт. ст., что составляет 101325 Па, и температура 0 °С)

Теплота сгорания сложных газов, состоящих из нескольких компонентов (например смеси пропана и бутана), определяется по химическому составу газа и теплоте сгорания компонентов, ккал/нм3 :

Q0°,760) = (1/100)(r1Q1 + r2Q2 + . . . + rnQn) (1)

где r1, r2 + . . . + rn — процентное содержание компонентов в сложном газе.

В практических условиях сжигания газа кислород для горения подается с воздухом (как его составная часть). Состав сухого воздуха, без учета незначительных количеств двуокиси углерода и редких газов, принимается как указано в табл.02
Таблица 02. Состав сухого воздуха в %

Следовательно, 1 м3 кислорода содержится в 4,76 м3 воздуха.

Реакция горения любого углеводорода в воздухе выражается уравнением

CmHn + (m+n/4)(O2 + 3,76N2) = mCO2 + (n/2)H2O + (m+n/4)3,76N2

где m — число углеводородных атомов в молекуле углеводорода; n — число водородных атомов в той же молекуле;

Потребности в кислороде и воздухе при горении различных газов, подсчитанные по реакциям горения, представлены в табл.03.
Таблица 03. Теоретическая потребность в сухом кислороде и воздухе Объем продуктов сгорания газа при α = 1,0

Фактический расход воздуха в нм3 на объем газа в нм3 , вследствие несовершенства смешивания горючего и окислителя в процессе горения берется несколько больше теоретического

Vфакт = Vтеор х α

где Vфакт — фактический расход воздуха; Vтеор — теоретический расход воздуха, представленный в вышерасположенной таблице; α — коэффициент избытка воздуха.

Коэффициент α в зависимости от качества смешения газа и воздуха принимается в пределах 1,05-1,2.

В реальных условиях сжигания газа коэффициент избытка воздуха α всегда должен быть больше единицы, так как в противном случае будет неполное сгорание газа.

Для сложного газа теоретический расход сухого воздуха может быть подсчитан по уравнению, составленному на основании потребности в кислороде отдельных компонентов, нм3/нм3 газа:

Vтеор = (4,76/100)(0,5H2 + 0,5CO + 2CH4 + 3,5C2H6 + 5C3H8 + 6.5C4H10 + 3C2H4 + 4,5C3H6 + 6C4H8 — 02) (2)

Теоретический расход влажного воздуха больше подсчитанного по формуле (2) на объем содержащихся в нем водяных паров, нм3/нм3.

Vm = Vтеор(1 + 12,4х10-6dв) (3)

где dв — влажность воздуха, г/нм3; 12,4х10-6 — объем 1 г водяного пара в нм3.

Ниже приведены примеры расчетов горения газа

ПРИМЕР 1.

Определим теплоту сгорания 1 нм3 сухого природного газа следующего состава: CH4 -97%, C2H6 — 2%, C3H8 — 0,3%, C4H10 — 0,2%, CO2 — 0,2% и N2 — 0.3%

Решение:

Используя данные табл.01 и формулу (1) определим теплоту сгорания газа

Q = 85.5⋅97 + 152⋅2 + 218⋅0.3 + 288⋅0,2 = 8720 ккал/нм3

ПРИМЕР 2.

Определим потребность в воздухе в нм3 для полного сжигания 1 нм3 природного газа, имеющего состав, указанный в примере 1. Температура воздуха tвозд = 20 °С; относительная влажность φ = 0,6; коэффициент избытка воздуха α = 1,1.

Решение:

Теоретический расход сухого воздуха подсчитаем по формуле (2)

Vтеор = (4,76/100)(2⋅97 + 3,5⋅2 + 5⋅0,3 + 6,5⋅0,2) = 9,7 нм3/нм3

Содержание водяных паров в воздухе при tвозд = 20 °С и φ = 0,6; равно:

ds = 17,3⋅0,6 = 10 г/нм3

При расчете учтено, что воздух при температуре 20 °С может накапливать максимально 17,3 г водяного пара.

Теоретический расход влажного воздуха определяем по формуле (3).

Vm = 9,7+ 0,00124 х 10 х 9,7 = 9,82 г/нм3

Фактический расход влажного воздуха при α = 1,1:

Vфакт = 9,82 х 1,1 = 10,8 нм3/нм3

Т.е. для полного сжигания 1 нм3 природного газа требуется 10,8 нм3 воздуха (с учетом его естественной влажности) и при рекомендуемым коэффициенте избытка воздуха равного α = 1,1

Основные типы стеклодувных горелок можно классифицировать по следующим признакам:

1. По виду горелки
   1.1 стационарные
2. 1.2 ручные
3. По виду горючего газа
   2.1 горелки для природного газа
4. 2.2 горелки для пропан-бутана
5. 2.3 горелки универсальные (без ограничения по виду газа)
6. По виду окислителя
   3.1 воздух
7. 3.2 сжатый воздух
8. 3.2 чистый кислород
9. 3.3 смесь сжатого воздуха и чистого кислорода
10. По способу подачи окислителя
    4.1 горелки атмосферные (инжекционные)
11. 4.2 горелки с принудительной подачей сжатого воздуха
12. 4.3 горелки с подачей чистого кислорода
13. 4.4 горелки с одновременной подачей сжатого воздуха и чистого кислорода
14. По способу смешивания газа с окислителем
    5.1 без предварительного смешивания
15. 5.2 с полным предварительным смешиванием
16. 5.3 с неполным предварительным смешиванием
17. По типу факела.
    6.1 с одним пламенем
18. 6.2 с двойным пламенем

Горелка стационарная

(поз. 1.1) крепится на рабочем столе. Изменение направления факела обеспечивается шарнирной системой, через которую головка горелки связана с узлом крепления. Обработка производится перемещением изделия относительно горелки.

Горелка ручная

(поз. 1.2) не имеет какого-либо крепления на рабочем столе. Изменение направления факела обеспечивается вручную. Обработка производится преимущественно перемещением горелки относительно изделия.

Горелка для природного газа

(поз. 2.1) использует в качестве горючего газа метан (CH4). Кроме метана в состав природного газа входят его ближайшие гомологи: этан, пропан, бутан. Содержание метана в природном газе составляет не менее 80%.

Горелка для пропан-бутана

(поз. 2.2) использует в качестве горючего газа смесь пропана (C3H8) и бутана (C4H10). При этом содержание пропана в горючем газе составляет не менее 75%.

Горелка универсальная

(поз. 2.3) использует в качестве горючего газа как природный газ, так и пропан-бутан.

Окислитель воздух

(поз. 3.1) используется, когда кислорода, находящегося в атмосферном воздухе, достаточно для полного сгорания горючего газа. Применяется в горелках с малым расходом горючего газа.

Окислитель сжатый воздух

(поз. 3.2) используется, при увеличении подачи горючего газа, когда кислорода, находящегося в атмосферном воздухе, недостаточно для полного сгорания горючего газа.

Окислитель чистый кислород

(поз. 3.3) используется в горелках с большим расходом горючего газа.

Окислитель смесь сжатого воздуха и чистого кислорода

(поз. 3.4) используется, когда необходимо снизить температуру пламени горелки, но и обеспечить при этом полное сгорание горючего газа. Поэтому в таких горелках расход горючего газа устанавливают меньшим, чем в предыдущем случае.

Горелка атмосферная

(поз. 4.1) использует воздух для горения из окружающей среды, который поступает в горелку через отверстия в ее корпусе за счет подсоса (инжекции) горючим газом, который с большой скоростью выходит из сопла инжектора, расположенного внутри горелки.

Горелка с принудительной подачей сжатого воздуха

(поз. 4.2) использует для горения сжатый воздух, подаваемый от компрессора или иного устройства, обеспечивающего необходимое для газовой горелки давление сжатого воздуха.

Горелка с подачей чистого кислорода

(поз. 4.3) использует для горения горючего газа чистый кислород. Для подачи в горелку кислорода преимущественно используют баллоны с кислородом под давлением, но иногда в случае малых расходов горелкой кислорода (до 0,5 м³/час) применяют кислородные концентраторы.

Горелка с одновременной подачей сжатого воздуха и чистого кислорода

(поз. 4.4) использует для горения горючего газа смесь сжатого воздуха и чистого кислорода. В этом случае сжатый воздух, подаваемый в горелку, используется для разбавления продуктов сгорания и понижения их температуры.

Горелка без предварительного смешения

(поз. 5.1), в которой горючий газ и окислитель смешиваются за выходными отверстиями ее сопла.

Горелка с полным предварительным смешиванием

(поз. 5.2), в которой горючий газ и окислитель смешиваются в корпусе горелки перед выходными отверстиями ее сопла.

Горелка с неполным предварительным смешиванием

(поз. 5.3), в которой горючий газ частично смешивается с окислителем до выходных отверстий сопла и частично смешивается с окислителем за выходными отверстиями сопла.

Горелка с одним пламенем

(поз. 6.1) имеет сопло, которое формируют факел, состоящий из одного пламени.

Горелка с двойным пламенем

(поз. 6.2) имеет сопло, которое формирует один факел двойного пламени, при этом к каждому пламени подводится свой горючий газ и окислитель и оба пламени расположены симметрично относительно центральной оси сопла.

Общие замечания по работе стеклодувных горелок

С учетом вышеприведенной классификации стеклодувных горелок при использовании последних надо учитывать следующее.

Для выполнения стеклодувных операций используется различная регулировка горелки — как по качественному составу смеси горючего газа с воздухом (или кислородом), так и по количеству смеси.

При выборе стеклодувной горелки с тем или иным видом окислителя необходимо исходить из того, что количество кислорода будь он в составе атмосферного или сжатого воздуха или в чистом виде определяется количеством горючего газа потребляемой горелкой. Так для полного сгорания одного литра метана, согласно химической реакции его горения, необходимо 2 литра чистого кислорода или 10 литров атмосферного воздуха. Для сгорания одного литра пропана требуется в 2,5 раза больше кислорода, чем для полного сгорания метана. При этом надо учитывать, что с увеличением количества горючего газа, потребляемой горелкой, ее тепловая мощность увеличивается и наоборот с уменьшением расхода горючего газа тепловая мощность горелки уменьшается.

Использование сжатого воздуха в стеклодувных горелках дает более низкотемпературное пламя по сравнению с горелками, в которых в качестве окислителя используется чистый кислород. Низкотемпературное пламя получается потому, что воздух имеет высокое процентное содержание инертных газов, которые не принимают участия в горении, но резко снижают температуру газового пламени. Поэтому для того, чтобы обеспечить универсальность стеклодувной горелки, т.е. возможность ее использования для нагрева как мягкого (с низкой температурой размягчения), так и твердого стекла (с высокой температурой размягчения) в горелку наряду с кислородом подают и сжатый воздух. Меняя в составе окислителя соотношение кислород-воздух можно регулировать температуру факела горелки в широких пределах.

Более подробная информация по вопросам подачи дополнительного воздуха в горелку рассмотрена в приложении 02.

Нажми! Щелкни и приложение 02 откроется!

На практике различаются следующие температуры горения газов в горелке: жаропроизводительность, калориметрическая, теоретическая и действительная .

Жаропроизводительность

определяется как температура продуктов полного сгорания горючих газов в адиабатических условиях с коэффициентом избытка воздуха α = 1,0 при температуре газа и воздуха t = 0°С.

Калориметрическая температура

горения отличается от жаропроизводительности тем, что температура газа и воздуха, а также коэффициент избытка воздуха α принимаются при их действительных значениях.

Теоретическая температура

горения определяется аналогично калориметрической температуре, но с поправкой на эндотермические реакции диссоциации двуокиси углерода и водяного пара. Для стеклодувных горелок газовых горелок теоретическая температура горения практически равна калориметрической.

Действительная температура

продуктов сгорания ниже теоретической температуры горения и зависит от величины теплопотерь в окружающую среду, степени отдачи тепла из зоны горения излучением и других[ теплопотерь.

Калориметрическая температура горения природного газа) и пропана технического в воздухе при температуре 0 °С с влажностью 1% в зависимости от коэффициента избытка воздуха приведены в табл.04.
Таблица 04. Теоретическая (калориметрическая) температура горения в зависимости от коэффициента избытка воздуха α

Как следует из приведенных в таблице данных, разбавление продуктов сгорания избыточным воздухом (с ростом α) приводит к снижению теоретической температуры горения топлива.

Полученный результат можно объяснить, если рассмотреть реакцию горения углеводородов в воздухе, например, пропана.

Уравнение горения пропана имеет вид: (см. приложение 01)

C3H8 + 5O2 + 18,8N2 = CO2 + 4H2O + 18,8N2

Азот в реакции горения не участвует но, нагреваясь уносит из зоны горения значительное количество теплоты. Понятно, что тем больше азота в пламени, тем больше уносится теплоты и температура пламени с увеличением азота должна падать.

Объем азота, подаваемого а зону горения, вместе с воздухом, определяется формулой ;

VN2 = 0,79αVm + 0,01N2

где VN2 -объем азота; α -коэффициент избытка воздуха; Vm — теоретический расход сухого воздуха.

Таким образом с увеличением коэффициента избытка воздуха, увеличивается объем азота, подаваемого в зону горения и, следовательно, больше теплоты отводится из зоны горения и в результате температура горения уменьшается.

В практике надо знать не только приведенные выше теоретические температуры горения, но и максимальные температуры, возникающие в пламени. Их приближенные значения обычно устанавливают экспериментально методами спектрографии. Максимальные температуры, возникающие в свободном пламени на расстоянии 5–10 мм от вершины конусного фронта горения, приведены в таб.05.
Таблица 05. Максимальная температура пламени в зависимости от вида окислителя

Поскольку в стеклодувных горелках обычно не используют ни ацетилен ни водород, то из таблицы следует, что температура пламени у стеклодувных горелок с пропаном выше чем у горелок с метаном при любом виде окислителя, хотя отличия и не существенные (не более 3%).

При стеклодувных работах применяют горелки без предварительного смешивания горючего газа с окислителем (далее горелки наружного смешивания) и горелки с предварительным смешиванием указанных газовых сред, (далее горелки внутреннего смешивания), а также горелки неполного внутреннего смешивания.

Горелки наружного смешивания (рис.1) являются наиболее удобными для регулировки параметров пламени. В этих горелках горючий газ и окислитель проходят через горелку отдельно друг от друга. Так кислород проходит через горелку по множеству капилляров, выходные отверстия которых (порты) расположены на наружной поверхности сопла. В результате газ и кислород смешиваются за выходными отверстиями горелки.

Количество портов в горелке может достигать значений до несколько десятков. От того, сколько портов в горелке и как они размещены относительно друг друга зависит форма и температура пламени и его ширина. Именно этот фактор, а также выбор материала для сопла и головки горелки, и есть то, чем горелки различных моделей отличаются друг от друга.

Рис.1 Горелка наружного смешивания

К достоинствам этого типа горелок следует отнести наличие очень спокойного мягкого широкого пламени, которое легко подается регулировке и, что самое важное, для мягких стекол (это натрий-кальций-силикатное стекло, а также свинцовое стекло) технические характеристики пламени у горелок этого типа более предпочтительней, чем у пламени горелок внутреннего смешивания.

Кроме того у горелок наружного смешивания нет проскока пламени внутрь горелки и пламя менее шумно в сравнении с горелками внутреннего смешивания.

Множество видов цветных стекол, особенно непрозрачных, при нагреве в горелках внутреннего смешивания теряют свой первоначальный цвет, при этом происходит изменение характера и степени окраски вплоть до серого. Как уже указывалось у горелок наружного смешивания характеристики пламени хорошо регулируется и в этих горелках легко можно получить нейтральное пламя, т.е. пламя в факеле которого не имеется избытка ни горючего газа ни кислорода, что позволяет при обработке цветного стекла сохранить его первоначальный цвет.

У горелок внутреннего смешивания (рис.2) горючий газ и окислитель смешиваются внутри горелки. Так как эти горелки не имеют внутри своего корпуса каких либо трубопроводов и капилляров для подачи газовых сред к отверстиям сопла, то эти горелки более просты в производстве и сравнительно дешевле в сравнении с горелками наружного смешивания.

Рис.2 Горелка внутреннего смешивания

Горелки внутреннего смешивания хорошо себя зарекомендовали при работе с твердым боросиликатным стеклом, но как указывалось выше не слишком хороши при работе с мягкими стеклами. При этом пламя у горелок внутреннего смешивания более узкое и имеет несколько более высокую температуру и более шумно, чем у горелок наружного смешивания.

При выборе горелки всегда обращайте внимание на количество входных штуцеров для газовых сред. Горелки, имеющие три и более входных штуцеров, способны обеспечивать температуру пламени, необходимую для обработки практически любых видов стекол.

Исходя из вышеизложенного при выборе горелки надо принимать во внимание, что если горелка предназначена для работы только с твердыми боросиликатными стеклами, то достаточно иметь горелку только внутреннего смешивания. Если же стеклодувная горелка необходима для работы как с твердым, так и мягким стеклом а также и с цветным стеклом, то следует иметь горелку наружного смешивания.

При выборе горелок наружного смешивания для профессиональных работ более предпочтительны горелки, имеющие три и более входных штуцеров для газовых сред.

Принимая решение, какую горелку необходимо приобрести для стеклодувных работ следует также учитывать, что на большой горелке получить небольшое по размерам пламя легче, чем на маленькой горелке получить большее пламя. На маленькой горелке, чтобы нагреть стекло до более высокой температуры надо приблизить факел горелки как можно ближе к поверхности стекла, а это может расплавить и прожечь стекло.

В тоже время большее по размерам пламя дает больше тепла, чтобы нагреть стекло без того, чтобы делать пламя более интенсивным. Кроме того, большее по размерам пламя охватывает большую поверхность стекла и поэтому стекло не будет быстро охлаждаться при переходе из одной области обработки стекла к другой соседней области. А быстрое охлаждение стекла может привести к возникновению внутренних напряжений и, как следствие, к его растрескиванию

Некоторые из рассмотренных ниже горелок имеют отдельное центральное пламя внутреннего смешивания небольшой мощности, которое может быть использовано без большого окружающего его пламени наружного смешивания большой тепловой мощности. Это позволяет получить на горелке пламя различных форм и размеров.

Типы стеклодувных горелок

В этом разделе приведены основные типы стеклодувных горелок, реализуемых на отечественном рынке.

Щелкнув по любому рисунку или наименованию модели в таблице можно перейти к подробному техническому описанию горелки.

Рис.3 Горелка Теклю

Для работы со стеклом в большинстве случаев применяют газовые горелки преимущественно настольного типа. Для обеспечения нагрева стекла в горелку подают смесь горючего газа (метана или пропана) с окислителем, в качестве которого используют как кислород, содержащийся в окружающем воздухе, так и чистый кислород.

Рис.4 Горелка Мекера

Для работы с так называемым мягким легкоплавким стеклом (например, натрий-кальций-силикатное стекло) рабочая температура пламени горелки должно быть в пределах 800-1100 град. Цельсия. Для этой цели при работе с тонкостенным стеклом малого диаметра (трубки из стекла диаметром до 10 мм и толщиной стенки не более 1 мм), не требующих большой мощности горелки (например, работы по запайке ампул) можно использовать горелки Теклю (Фиг.3) или горелки Мекера (Фиг.4). Эти горелки имеют максимальную мощность порядка 1200 Вт и для их работы достаточно кислорода окружающего воздуха. Подробные технические характеристики этих горелок приведены на сайтах «Горелка Теклю» и «Горелка Мекера».

На прилагаемом видеоролике показано изготовление стеклянных капилляров на горелке Мекера

Изготовление стеклянных капилляров на горелке Мекера

Для нагрева трубок из мягкого стекла диаметром до 30 мм и с толщиной стенки до 1 мм и более необходима горелка более высокой мощности, чем вышеупомянутые горелки Теклю и Мекера. Для этого применяют горелку с более высоким расходом горючего газа и для его полного сгорания в горелку подают воздух под давлением. Такая горелка изображена на Фиг.5 (модель СТ-33).

Рис.5 Горелка газ+воздух мод.СТ-33

Левый штуцер предназначен для принудительной подачи воздуха, а правый для подачи горючего газа. Эта горелка наружного смешивания имеет мощность до 4 кВт с максимальной температурой пламени 1700 град. Цельсия. Общее количество портов у этой горелки для газа и воздуха равно 42. Подробные технические характеристики горелки и описание конструкции имеются на странице сайта «горелка для стекла мод.33».

Если для обработки стекла требуется более высокая рабочая температура пламени горелки , то используют горелки в которые вместо воздуха подают чистый кислород. Такая горелка изображена на Фиг.6 (модель СТ-80). Это горелка наружного смешивания.

Рис.6 Горелка газ+кислород мод.СТ-80

Верхний штуцер предназначен для подачи горючего газа, а нижний для подачи кислорода. Эта горелка имеет мощность до 3,3 кВт. но дает пламя с максимальной температурой 2200 град.Цельсия. Имеет семь портов для кислорода и семь портов для горючего газа. Подробные технические характеристики горелки и описание конструкции имеются на странице сайта «горелка для стекла мод.80».

Для обеспечения работы на газовой горелке с любыми видами стекол, как мягкими так и твердыми, необходимо чтобы температура пламени горелки могла регулироваться в широких пределах. Для этого в горелку подают одновременно газ, кислород и воздух.

При этом в горелке при ее работе горят два независимых друг от друга пламени. Одно из них центральное основное пламя внутреннего смешивания, в которое подается горючий газ и кислород, вокруг которого формируется второе дополнительное пламя наружного смешивания, для которого используется кислород (подается через капилляры), горючий газ и воздух.

Такая горелка двойного пламени в одном факеле изображена на Фиг.7 (модель СТ-32).

Рис.7 Горелка двойного пламени газ+кислород+воздух мод.СТ-32

Эта горелка имеет три входных штуцера. Левый штуцер служит для подачи кислорода, средний- для подачи воздуха и правый-для подачи горючего газа. Горелка имеет четыре регулировочных вентиля для кислорода и воздуха и один регулировочный кран для подачи газа.

Левый верхний регулировочный вентиль служит для регулировки подачи кислорода в центральное сопло (основное пламя), правый верхний — для регулировки подачи газа в это же сопло.

Для регулировки параметров дополнительного пламени горелка имеет отдельные от указанных выше регулировочные вентили один для подачи кислорода (расположен сбоку слева) и второй для сжатого воздуха (расположен сбоку справа) и кран для регулировки подачи горючего газа (расположен сбоку справа).

Кислород добавляют непосредственно в среду горючего газа и воздуха на выходе из горелки для обеспечения полного сгорания горючего газа. При этом добавочный кислород равномерно распределяется по всей поверхности сопла, поступая через большее количество капиллярных отверстий, расположенных на поверхности сопла вокруг центрального сопла добавочного пламени.

Горелки СТ-32 имеет 37 портов из них 15 для основного пламени и 22 порта для дополнительного.

Такая горелка обеспечивает плавную регулировку рабочей температуры пламени в пределах 1100-2600 град. Цельсия при мощности горелки до 10 кВт. Однако большая мощность горелки требует и большего расхода кислорода и горючего газа по сравнению с горелками других моделей. Подробные технические характеристики горелки и описание конструкции имеются на странице сайта «горелка для стекла мод.32».

Для обеспечения экономии кислорода и горючего газа помимо трех входных штуцеров, как у горелки СТ-32, добавляют еще два штуцера для отдельной подачи кислорода и газа в центральное сопло. Это позволяет использовать последнее в качестве поджигающей горелки для дополнительного пламени.

Такая горелка имеет пять штуцеров для подачи газовых сред, расположенных в два ряда и изображена на Фиг.8 (модель СТ-03).

Рис.8 Горелка с поджигающим пламенем газ+кислород+воздух мод.СТ-03

В первом ряду расположены штуцера для кислорода, воздуха и горючего газа, газовые среды в которые подаются через устройство экономии газовых сред мод.С1, данные о котором приводятся ниже.

В два штуцера, расположенных во втором ряду подается кислород и газ напрямую от источников газовых сред для основного пламени, которое горит постоянно при работе горелки.

Подробные технические характеристики горелки и описание конструкции имеются на странице сайта «горелка для стекла мод.03».

По основным техническим характеристикам горелка СТ-03 с устройством С-1 аналогична горелке СТ-32, но имеет важное преимущество — значительно меньший расход кислорода и газа.

Аналогичная горелка (с пятью входными штуцерами), но имеющую мощность до 25,5 кВт изображена на Фиг.9 (модель СТ-02). Эта горелка имеет 37 портов для основного пламени и 114 портов для вспомогательного пламени. Всего 151 порт.

Рис.9 Горелка высокой мощности газ+кислород+воздух с поджигающим пламенем мод.СТ-02

Подробные технические характеристики горелки и описание конструкции имеются на странице сайта «горелка для стекла мод.02».

Для уменьшения потребления горючего газа, кислорода и воздуха газовыми горелками, использующие помимо основного пламени и вспомогательное (поджигающее) пламя, применяется, как указывалось выше, устройство для экономии расхода газовых сред мод. С-1 (экономайзер), которое изображенное на Фиг.10.

Рис.10 Устройство экономии газовых сред (экономайзер) мод.С-1

Описание устройства для экономии газовых сред приведено на соответствующей «странице сайта».

При использовании устройства в исходном положении горит только поджигающее пламя горелки. При нажатии на ножную педаль воспламеняется основное пламя горелки.

Ручная горелка — один из важнейших инструментов стеклодува. Ею он выполняет целый ряд операций — от оплавки концов отрезанной трубки до спаев и сгибов. Горелка должна иметь возможно меньшую массу и размеры, чтобы облегчить манипулирование ею. Это задача успешно решена в горелке мод. СТ-21Р.

Стеклодувная горелка ручного типа СТ-21Р неполного внутреннего смешивания, изображенная на Фиг.11, предназначена для обработки твердого боросиликатного стекла и может сжигать природный газ или пропан-бутан вместе с кислородом и воздухом. Горелка имеет четыре регулировочных игольчатых вентиля по одному для газа и воздуха и два для кислорода, при этом часть кислорода смешивается с горючим газом внутри горелки, а часть вне ее. Оптимальная настройка горелки модели СТ-21Р позволяет достичь температуры пламени до 2800 °C при максимальной мощности около 4 кВт.

Рис.11 Ручная трехпроводная горелка СТ-21P

Подробное описание горелки представлено на странице сайта «горелка ручная трехпроводная стеклодувная мод.СТ-21Р».

Применяется и другая модель ручной стеклодувной горелки. Это горелка СТ-22. Горелка по техническим параметрам аналогична горелку СТ-33. Используется для работы с мягким натриево кальциевым стеклом или со свинцовым стеклом. Максимальная температура 1700°С. Максимальная тепловая мощность 4 кВт. В качестве окислителя применяется сжатый воздух. Кислород не используется.

Рис.12 Ручная горелка газ+воздух СТ-22

Подробное описание горелки представлено на странице сайта «горелка ручная стеклодувная мод.СТ-22».

При работе с размягченным стеклом стеклодуву помимо газовой горелки необходимо иметь комплект разверток для обработки торцов трубок, отверстий, изготовления фланцев, а также придания размягченному стеклу необходимых форм и конфигураций.

Комплект Р-11, содержит 11 типоразмеров разверток 4-х форм, изображенных на Фиг.12. Этот комплект обеспечивает стеклодува необходимым инструментом этого типа для выполнения практически любых видов работ.

Рис.12 Комплект разверток P-11

Подробное описание состава комплекта разверток Р-11 представлено на странице сайта «Комплект разверток для стеклодувных работ Р-11».

В заключение приведем сводную таблицу расхода газовых сред для вышеуказанных горелок за один час непрерывной работы. Щелкнув на наименовании модели можно перейти к ее подробному описанию.
Расход газовых сред для стеклодувных горелок

При пользовании таблицей надо принимать во внимание, что 1 кг пропан-бутана дает 0,535 м³ паров, а при сжигании в горелке пропан-бутана вместе с кислородом максимальная температура пламени 2850ºС достигается при соотношении паров пропан-бутана к кислороду равным 1,42 м³/м³. Дальнейшее увеличение этого соотношения повышения температуры пламени не дает, а при снижении подачи кислорода температура пламени уменьшается и при соотношении 1,3 м³/м³ температура пламени будет 2700ºС а при соотношении 1,27 м³/м³ температура пламени будет 2600ºС.

Аналогичные данные при сжигании природного газа (метана) с кислородом равны: при соотношении газ кислород равным 1,18 максимальная температура пламени составляет 2780ºС, а при соотношении 1,1 будем иметь 2600ºС.

Порядок приобретения горелок

С порядком приобретения всех вышеупомянутых горелок для стекла можно ознакомиться на соответствующей странице сайта «Как купить».

Горелки отгружаются со склада в Москве во все регионы РФ.

Материал для данной статьи предоставлен .

Автор Ф.А.Бронин

Все права защищены.

При частичном или полном использовании материалов данного сайта ссылка на или на автора публикации обязательна.

Свойства стекла

Кроме того факта, что существует температура плавления стекла, и что из этого материала можно делать самые разнообразные изделия, он имеет много других свойств. Плотность стекла во многом зависит от его химического состава, этот показатель характеризует отношение объема к весу материала. Так, этот показатель самый низкий у кварцевого стекла.

Хрустальное, наоборот, имеет самую высокую, которая может превышать 3 г/см3. От химического состава также зависит и прочность этого материала, то есть то, как стекло может сохранять свою целостность в изделиях под воздействием внешних нагрузок. При растяжении и при сжатии влияние химического состава практически одинаково. На твердость материала влияет наличие или отсутствие примесей и их количественный показатель в данном экземпляре. Самым твердым считается то, в состав которого входит большое количество кремнезема, а именно кварцевое, а также боросиликатное. В свою очередь, наличие в составе окислов свинца снижает прочностные характеристики. Как известно, высокая температура плавления стекла позволяет изменить его внешний вид и при необходимости получить совершенно иную форму. Но при низких температурах, которые считаются нормальными для человеческой жизнедеятельности, стекло под воздействием нагрузок разрушается, а не деформируется.

Хрупкость стеклянных изделий зависит от толщины материала, а также формы. Проще всего разбить на осколки получается стекло плоской формы. Чтобы этот показатель повысить, на производстве материала в состав добавляют окислы магния, борный ангидрид. Чем более неоднородно стекло, тем больше вероятность, что при механических нагрузках оно разобьется.

Виды стекла

Если временно не рассматривать оргстекло, а вспомнить о других видах данного материала, то их насчитывается четыре: обычное, кварцевое, боросиликатное и хрустальное. Каждый вид имеет свои особые черты, которые выделяют его среди остальных.

Обычное стекло

К обычному стеклу относят содовое, поташное, а также известково-натриево-калиевое. Первый вид используется для производства оконных стекол, посуды, различной стеклотары. Поташное имеет более высокую температура плавления. Стекла такого типа используются для создания высококачественной посуды. Эта разновидность обычного стекла имеет выраженный блек и прозрачность. Последний вид также активно используется для производства посуды.

Кварцевое стекло

Кварцевое стекло получают путем плавления сырья высокой чистоты. Поэтому ответ на вопрос о том, при какой температуре плавится стекло кварцевое, – 1000оС. Это демонстрирует тот факт, что данный тип материала ещё и самый термостойкий, поэтому, если опустить его в раскаленном виде в холодную воду, он не будет трескаться. Благодаря этому кварцевое стекло можно использовать при очень высоких температурах, ведь чтобы привести его жидкое состояние, температура должна достигать 1500оС.

Существует две разновидности этого стекла – прозрачный и молочно-матовый кварц. По своим показателям они практически одинаковы, но отличаются оптическими свойствами. Поверхность кварцевого стекла имеет бльшую адсорбционную способность не только к влаге, но и к некоторым газам. Также стоит помнить о том, что кварц необходимо предохранять от всевозможных загрязнений, в том числе и от жирных следов от рук, подобные пятна можно удалить этанолом, как вариант используют ацетон.

Боросиликатное стекло

Боросиликатное стекло имеет в своем составе большое количество оксида бора, чем и объясняется его название. Благодаря введению в состав этого вещества, оно может быть гораздо прочнее других видов. Стойкость к термоудару у боросиликатного стекла может превышать этот показатель у известкового в 5 раз. Другие показатели связаны с химической стойкостью стекла, позволяют активно использовать его в электротехнике. Чтобы размягчить этот вид описываемого материала, необходимо нагреть его до температуры 585оС.

Хрустальное стекло

Все знакомы с хрусталем, именно этот материал считается самым высокосортным среди различных стекол, он не только имеет неповторимый блеск, но и обладает способностью сильно преломлять свет. Хрустальное стекло может быть свинцовосодержащим и бессвинцовым. Первые имеют больший вес и демонстрируют красивую игру света, из них делают посуду или сувениры. Бессвинцовые стекла чаще применяются в оптических приборах и характеризуются высоким качеством.

Маркировка противопожарного стекла

Большую часть информацию, касательно характеристик противопожарного стекла можно узнать из его маркировки. Для обозначения используются буквы латинского алфавита:

• E – стойкое к разрушению;
• I – обладает высокой устойчивостью к нагреванию до критической температуры;
• W – удерживает жар, не пропускает тепло в смежное помещение.

Производитель гарантирует сохранение заявленных характеристик на протяжении определенного времени. Время в минутах указано после буквенной маркировки. Для лучшего понимания можно рассмотреть примеры:

• EIW 60 – изделие сохраняет стойкость к разрушению, устойчивость к нагреву и удерживает жар на протяжении 60 минут.
• EI 60 – устойчиво к разрушению, препятствует нагреву на протяжении 60 минут.
• EI 30 – устойчиво к разрушению, препятствует нагреву на протяжении 30 минут.

Характеристики и методики испытаний противопожарных огнестойких стекол регламентируются ГОСТ-33000-2014.

Температура плавления стекла в градусах

Для стекла из-за его аморфных свойств довольно сложно выделить одну температуру плавления. Обычно этот показатель находится в пределах от 750 до 2500 0 С.

Приблизительная температура для перехода бутылочного стекла в жидкое состояние 1200-1400 0 С, для кварцевого стекла около 1665 0 С. Ампульное стекло плавится при 1550-1800 0 С, а жидкое стекло – при 1088 градусов Цельсия. Существует также оргстекло температура, плавления которого 160 0 С, из-за его химического состава его нельзя в полной мере отнести к стеклу.

Как сделает стекло?

Стекло производится путем охлаждения расплавленных при температуре от +300 до +2500 °C компонентов, с достаточной скоростью, чтобы предотвратить образование видимых кристаллов. Одного песка достаточно для изготовления стекла, однако температура, необходимая для его плавления, будет намного выше.

Интересные материалы:

Как называется мелкая корюшка? Как называется меридиан 180 градусов? Как называется меридиан от которого ведётся отсчёт географической долготы? Как называется месяц в котором 31 день? Как называется местечко в котором жили герои повести в дурном обществе? Как называется место через которое в Судный день пройдут все люди? Как называется место где много растений? Как называется место где начинается гора и холм? Как называется место где печатают деньги? Как называется место где приземлился Гагарин?

Воздействие температуры на плавление стекла

Отдельного внимания стоит температура плавления стекла. Несмотря на хрупкость материала, для того чтобы перевести в жидкое состояние, потребуется нагреть его до высоких температур. Что касается обычного стекла, то его температура плавления колеблется от 425 до 600 оС, у кварцевого этот показатель достигает 1000 оС. Из-за своей хрупкости и, соответственно, сложности произведения действительно больших деталей из стекла, появилась необходимость создания такого материала, который мог бы быть более прочным, сохраняя при этом остальные свойства. И в 1936 году в продажу поступает органическое стекло. Температура плавления оргстекла низкая, составляет всего 160 оС, а при 200 оС материал доходит до кипения. Применяется оргстекло буквально везде, поскольку прозрачность у него такая же, как и у других но вот по удароустойчивости оно стоит на порядок выше.

Воздействие на окружающую среду

Основное воздействие производства стекла на окружающую среду обусловлено процессами плавления, при которых в атмосферу выделяются различные газы. Например, сжигание топлива или природного газа и разложение сырья приводят к выбросу диоксида углерода.

Аналогичным образом, при разложении сульфатов в материалах партии образуется диоксид серы, который способствует подкислению. При разложении соединений азота высвобождаются оксиды азота, что способствует подкислению и образованию смога. Кроме того, при испарении из сырья и расплавленных компонентов в атмосферу выбрасываются тонны частиц.

Другие факторы, такие как выбросы летучих органических соединений и образование твердых отходов в процессе производства, также вызывают экологические проблемы.

Однако переработанное стекло может решить многие из этих проблем. Его можно переработать несколько раз без значительной потери качества. Каждые 1000 тонн переработанного стекла могут привести к сокращению выбросов углекислого газа на 300 тонн и экономии энергии на 345 000 кВтч.

В меньшем масштабе переработка одной стеклянной бутылки может сэкономить достаточно энергии для питания 20-ваттной светодиодной лампы в течение часа.

Несмотря на то, что обе технологии производства значительно улучшились с точки зрения эффективности, дальнейшее сокращение выбросов частиц пыли, двуокиси углерода и двуокиси серы по-прежнему является основной экологической задачей при производстве листового стекла.

Принципы расчета температуры плавления

Произвести расчет температуры плавления стекла в домашних условиях – очень сложная задача. Она будет связана со многими трудностями, среди которых стоит выделить:

1. Необходимость обеспечения поэтапного повышения температуры расплавляемого тела строго на один градус. В противном случае невозможно будет достоверно установить, при каком именно показателе начинается процесс перехода из твердого состояния в жидкое, то есть эксперимент завершится неудачей.
2. Нужно найти очень точный термометр, способный замерять температуру до 2 тысяч градусов по Цельсию с минимальной погрешностью. Лучше всего подойдет электронный прибор, который будет стоит слишком дорого для бытовых опытов.
3. Проведение эксперимента дома в принципе не самая удачная идея, потому что придется искать посуду, в которой можно плавить стекло, раздобыть устойчивый источник огня, способный обеспечить нужный уровень подогрева, купить дорогостоящее оборудование.

Можно ли расплавить стекло и что для этого нужно?

Плавка стекла осуществляется при больших температурах. Нет точного значения, его определяют экспериментальным путем. От того, какие примеси и в каком количестве содержатся в стекле, зависит время нагрева. Обычно для каждого конкретного вида определены средние значения температуры плавления стекла, которые были получены при их изучении и тестировании в лабораториях. Наиболее распространенные виды плавятся при следующих температурах:

• Простое стекло – 700-750 оС.
• Стекло для изготовления посуды и тары – 1200-1400оС.
• Ампульное – 1500-1800оС.
• Кварцевое – 1650оС.

На предприятиях, которые работают со стеклом, температура в печах поддерживается на уровне 1600оС.

Бутылочное стекло

Есть два метода плавления стекла – литье и моллирование. При литье оно расплавляется до жидкого состояния и им заполняются необходимые формы (молды). Моллирование – процесс, при котором стекло нагревается до тягучего состояния и становится гнущимся и податливым. В таком состоянии с ним работают стеклодувы, изгибая и вытягивая материал.

Моллирование стекла

Как видно, температура расплавленного стекла имеет большие значения, достичь которых можно, если использовать качественную муфельную печь.

Печи для плавления стекла и их виды

Муфельная печь – устройство для равномерного нагревания веществ. Она состоит из:

• Корпуса.
• Камеры, которую еще называют муфелем.
• Двери.
• Блока управления.

Корпус может быть выполнен из нержавеющей стали или углеродистой. Модели из нержавейки служат намного дольше.

Муфель – самая важная часть печи, потому что именно в нем плавится стекло и располагаются нагревательные элементы. Он может быть выполнен из керамики, корунда или специального волокна.

Еще одна важная часть – это блок управления, который отвечает за выбор режима и настройку печи. Сейчас все печи оснащаются электронными блоками, которые вытеснили циферблатные.

Отличаются печи и по режиму обработки, бывают:

• Работающие в воздушной среде (обычные).
• Вакуумные (нагрев производится в вакууме).
• Работающие в газовой среде (нагрев производится в присутствии различных газов, например, водорода, азота, аргона и пр.).

Есть модели, которые предназначены для домашнего использования, а есть профессиональные агрегаты, которые используются в лабораториях или на крупных предприятиях. Как отечественные, так и зарубежные производители выпускают различные варианты муфельных печей.

Особенности использования муфельной печи на примере плавления бутылочного стекла

Расплавить бутылку из стекла можно в домашних условиях, имея под рукой обычную муфельную печь. Стеклянные бутылки найти несложно, причем бывают они различных форм и цветов. Можно использовать тару от пива, соков, воды, косметики. Перед тем, как приступить к самому процессу, их нужно тщательно подготовить. Необходимо очень тщательно очистить бутылки от наклеек, чтобы на поверхности ничего не осталось. Затем их нужно вымыть и обсушить так, чтобы не было пятен и жирных следов.

Градус плавления стекла, из которого изготовлены бутылки, составляет примерно 700-750оС. Печь перед применением также необходимо проверить и очистить. Далее нагревательные элементы и исправность работы устройства нужно испытать с помощью пирометрического конуса.

Правила тестирования оборудования описаны в инструкции по эксплуатации. Многие печи имеют специальные тестовые программы, которые помогут узнать, исправна ли она

Для работы понадобится полка и форма для литья. Их также необходимо подготовить и нанести специальный сепараторный состав для отделения стекла. Форма для литья должна быть установлена так, чтобы оно не могло стечь за ее границы. Далее следует установить нужный температурный режим, который, как мы уже говорили, зависит от типа стекла и его химического состава.

Плавление бутылочного стекла

Подготовленную бутылку помещают в центр печи так, чтобы при расплавлении она стекала в форму. Нагревание необходимо производить постепенно, чтобы форма для литья не треснула. Нужно установить невысокие начальные значения и постепенно увеличивать их с небольшим шагом. При 500оС начинается плавление бутылочного стекла, причем сначала стекают тонкие стенки. На этом этапе необходимо попытаться равномерно прогреть бутылку, еще медленнее увеличивая температуру. Жидкое состояние стекло примет уже при 700оС, однако температуру следует увеличить еще на 70оС и выдержать жидкую субстанцию в этих условиях еще 10 минут. После этого необходимо произвести операцию отжига. Для этого полученное изделие выдерживается определенное время при 500оС. Это необходимо для того, чтобы заготовка не треснула.

Печь для плавления стекла – оборудование с высокими температурами, которое имеет повышенный класс опасности, поэтому при работе с ней нужно придерживаться правил техники безопасности. Используйте термостойкие перчатки и защитные очки.

Сфера применения

Марки термостойкого стекла получили широкое распространение на предприятиях, производственный процесс которых связан с высокими температурами. Использование прозрачного материала с хорошей жаростойкой характеристикой дает возможность обеспечить беспрерывную работу узлов и агрегатов, при этом гарантирует безопасность обслуживающего персонала. Установка огнеупорных стекол в дверях и перегородках, отделяющих производственные помещения, заметно снижает вероятность возникновения и распространения пожара.

Данный материал незаменим и в быту, там, где присутствует высокая температура, а использовать металл нецелесообразно. Яркий пример – стеклянные дверцы для камина. Это удобно, красивый и функциональный камин отлично дополнит интерьер жилого дома, он же создаст атмосферу тепла и уюта. Дверца из огнеупорного стекла – это красиво и практично. Она не станет преградой для теплового излучения, при этом защитит комнату от дыма и копоти.

Огнеупорное стекло можно встретить на кухне, среди прочего: кухонный фартук, прозрачные дверцы духовых шкафов и микроволновых печей. Подобные решения позволяют контролировать процесс приготовления пищи без необходимости открывать дверцу. Отдельно можно вспомнить варочные поверхности газовых плит, они позволяют равномерно распределить нагрев, тем самым способствуя экономии энергоресурсов.

Стекло, устойчивое к высокой температуре используется и для изготовления посуды. Прозрачная кухонная утварь отлично подходит как для готовки на открытом огне, так и для приготовления в духовке. Более того, прозрачную посуду можно использовать в микроволновке. Дополнительный плюс – стеклянная поверхность легко моется.

Процесс плавления стекла

В лабораториях ученые выясняют искомое значение при помощи множественных опытов. Затем температура плавления стекла заносится в таблицу, которая содержит также химический состав соединения. Это нужно, чтобы понять, какие именно элементы больше всего влияют на плавление, чтобы в будущем можно было привести этот показатель к более-менее стандартным характеристикам.

Отсутствие четкого числа заставляет нерационально использовать производственные ресурсы. Например, на стекольных заводах в печах поддерживают температуру около 1600 градусов Цельсия, притом, что многие виды могли бы без проблем расплавиться и при одной тысяче. Экономия энергоносителей позволила бы значительно снизить себестоимость готовой продукции, что положительно повлияло бы на экономическую эффективность деятельности стеклодувных заводов.

Температура плавления стекла в градусах начинается от 750 (некоторые источники приводят цифру от 1000) и продолжается аж до 2500. При этом, если брать акриловое стекло, которое по сути не является стеклом, а просто имеет такое название, то оно плавится всего при 160 градусах, а на 200 градусах уже начинает кипеть. Но оно состоит из органической смолы и не имеет в составе кремния и других химических элементов.

А вот остальные марки наоборот зачастую могут похвастаться пестрым разнообразием состава. Используемый в производстве песок часто проходит недостаточную очистку, в результате чего в готовых изделиях содержится много ненужного. Внешне это никак не отражается на эксплуатационных свойствах, но приводит к аморфности химических характеристик.

Понижения температуры плавления стекла можно достичь, если в расплав добавить соответствующие элементы. В бытовых опытах наиболее доступными являются оксид свинца и борная кислота. Массовую долю нужно будет рассчитать по известным формулам, так как она будет зависеть от количества расплавленного стекла. После застывания можно будет повторить свой опыт и убедиться, что теперь материал плавится при значительно меньшей температуре.

Но стоит учесть, что полученное стекло не имеет практического значения и годится исключительно для опытов. Это связано с тем, что добавление примесей изменяет и его рабочие параметры, так что вещество не сможет в полной мере справляться с возложенными на него функциями. Именно поэтому никто не изменяет технологический процесс с помощью добавления указанных компонентов.

Основные значения перехода стекла в жидкое состояние

Приблизительные значения перехода стекла в жидкое состояние для некоторых видов:

– температура плавления бутылочного стекла – 1200-1400 градусов по Цельсию; – температура плавления кварцевого стекла – около 1665 градусов по Цельсию; – температура плавления ампульного стекла – 1550-1800 градусов по Цельсию; – жидкое стекло температура плавления – 1088 градусов по Цельсию.

Для последнего вещества можно указать точную цифру, потому что оно не проявляет аморфных свойств, так как является водно-щелочным раствором силикатов натрия и калия. Стоит также учесть, что стекло плавится не сразу, а вначале переходит в тягучее карамелеобразное состояние. Это свойство используется мастерами-стеклодувами для создания различных изделий и сувениров.

Заняться подобным ремеслом можно и в домашних условиях. Недостатка в сырье не будет, так как можно найти массу стеклянных бутылок прямо на улице. А в качестве прибора для размягчения материала подойдет и обычная газовая лампа. Свои изделия ручной работы можно будет потом продавать на сувениры и зарабатывать неплохие деньги.

Плавление стекла в промышленности

Для производства стекла первым этапом готовят сырые материалы, которые смешивают в определенных пропорциях для получения однородной шихты. Данную смесь варят в стекловаренных печах до получения жидко однородной стекломассы.

Шихта плавится в печи при определенной температуре, которая зависит от химического состава. Нужная температура достигается с помощью топливных или газовых горелок. Высокая температура поддерживается несколько часов, чтобы стекломасса очистилась от пузырьков воздуха.

Ученые проводят исследования для выяснения температуры плавления разного вида стекла. Они заносят свои результаты в таблицы в зависимости от химического состава соединений, а также работают над увеличением прочности и изменением свойств, присущих стеклу.

Флоат – это метод, который используется в промышленности для производства стекла, изобрел Пилкингтон еще в 1959 году. Стекло из печи плавления поступает в прямоугольную ванну с расплавленным оловом, где его охлаждают, а затем отправляют на отжиг.

В промышленности используются стеклоплавильные печи, которые поддерживают температуру на уровне 1600 градусов Цельсия. Но это не всегда оправдано, так как многие виды стекла требуют температуру около 1000 градусов Цельсия. Соответственно поддержание меньшей температуры приведет к использованию меньшего количества топлива и удешевлению производства в целом.

Огнеупорное стекло в печах и каминах

Камины и открытые печи все чаще устанавливаются в загородных домах и даже в квартирах. Открытый огонь украшает помещение, но он может стать и причиной пожара. Тут не обойтись без огнеупорного стекла. Это отличный материал для защиты от возгораний. Из него создают прозрачные дверцы, не пропускающие пламя в комнату, но не только, современные дизайнерские решения позволяют не ограничиваться небольшими стеклами, можно запросто создать уникальный прозрачный камин.
Вне зависимости от размера дверцы или размаха проекта установка огнеупорного стекла в металлический каркас печи или камина требует аккуратности и внимания к деталям. Существует ряд рекомендаций, которым необходимо следовать в процессе работы. При определении линейных размеров элементов конструкции необходимо учитывать разность в тепловом расширении материалов. Между каркасом и стеклом обязательно должен быть зазор, в который укладывается огнеупорный шнур. Устанавливая стекло, необходимо обеспечить равномерное давление на него со всех сторон. Ни в коем случае не стоит герметизировать стыки, это может послужить причиной образования трещин.

Промышленное оборудование для плавления стекла

Самый важный моментдля варки стекла – это выбор печи для производства стекла.

Есть два вида классификации стекла и стекловаренных печей. В первом случае печи разделяются на горшковые и ванные. Во второй классификации вид печи зависит от способа нагревания. В этом случае различают пламенные, электрические и газоэлектрические агрегаты.

Горшковые печи чаще всего используются для малых объемов производства или для изготовления специальных оптических и светотехнических стекол.

Ванные печи – это большие резервуары с расплавленным оловом, по которому идеально ровно растекается стекло. Олово помогает постепенно охлаждать стекло от 1600 0 С до 600 0 С, что позволяет избежать внутренних напряжений и не ухудшить прочность готовой продукции.

Пламенные печи – наименее эффективные, КПД примерно 25-30%, плавка осуществляется посредством сжигания топлива. Энергия нагревания тратится не только на шихту, но и на котел.

Самый большой КПД у электрических печей (50-60%).

Эти агрегаты бывают:

• дуговые;
• прямого и косвенного сопротивления;
• индукционные.

У электрических печей есть значительный минус, они напрямую зависят от надежного дешевого источника электроэнергии.

Газоэлектрические печи – это симбиоз первых двух видов. Плавка осуществляется путем сжигания газообразного топлива, а высокая температура поддерживается за счет прямого сопротивления.

Рынок

В 2022 году мировой рынок производства стекла оценивался в 127 миллиардов долларов, и, по прогнозам, в период с 2022 по 2027 год он будет расти на 4,1%.

Основными факторами, способными стимулировать рост рынка, являются постоянно растущий спрос на бытовую электронику и проникновение искусственного интеллекта в потребительские и бизнес-приложения.

Плоское стекло, как ожидается, будет играть ключевую роль в архитектурных решениях в течение ближайшего года.

Недавняя тенденция предполагает быстрый переход в архитектуре зданий, который максимизирует естественный дневной свет за счет интеграции плоского стекла в крыши и фасады. Поскольку плоское низкоэмиссионное стекло с тройной изоляцией из серебра способствует значительной экономии энергии, его можно широко использовать в экологичных зданиях по всему миру. Солнечное плоское стекло, вероятно, также значительно вырастет в ближайшие несколько лет.

В настоящее время Китай является ведущим мировым экспортером стекла и изделий из него, на его экспорт приходится более 23% мирового экспорта стекла и изделий из него на сумму около 18 миллиардов долларов. На долю Германии и США приходится примерно 9% и 7% мирового экспорта стекла.

Особенности плавление стекломассы в домашних условиях

В домашних условиях можно плавить стекло, но, как и в любом ремесле, необходимо специальное оборудование и соблюдение техники безопасности. Для плавления стекла нужно строго выдерживать температурный режим и временные интервалы, так как при несоблюдении временной выдержки или повышении температуры даже на несколько градусов, результат может быть совсем другой.

Для спайки элементов можно использовать газовую горелку. Для полноценной работы со стеклом необходимо приобрести специальную печь с температурным режимом до 1000 0 С. Для создания новых изделий подходят стеклянные бутылки, парфюмерные флаконы, и другие часто используемые в быту стеклоизделия. Для качественного результата необходимо тщательно очистить материал от этикеток и других посторонних элементов. Допускается расплавка стекла с краской, но следует учитывать, что эта краска скажется на конечном результате.

В домашних условиях чаще всего применяют технику фьюзинг. Данный вид не требует четкого контура, скорее помогает создать акварельный результат. Техника подходит для изготовления украшений и других небольших творческих изделий.

Плавление стекла в домашних условиях сопряжено с рядом трудностей, среди которых расчет температуры плавления разных материалов и четкая выдержка заданного режима и времени.

Источники:

• https://labor-snol.ru/news/kak-rasplavit-steklo
• https://promplace.ru/steklo-staty/-1990.htm
• https://oknaforlife.ru/poleznaya-informatsiya/temperatura-plavleniya-okonnogo-stekla
• https://www.syl.ru/article/319546/temperatura-plavleniya-stekla-maksimalnyie-i-minimalnyie-pokazateli