Склом називають всі аморфні тіла, отримані шляхом переохолодження розплаву, незалежно від їх хімічного складу і температурної ділянки твердіння. Внаслідок поступового підвищення в'язкості вони набувають властивості твердих тіл, при цьому процес переходу з рідкого стану у склоподібне повинен бути зворотним.

Скло - штучний матеріал, який має такі властивості як прозорість, твердість, термічну і хімічну стійкість. Крім того скло має властивості, які залежать від його прозорості. Завдяки цьому скло широко використовується майже у всіх галузях техніки, у наукових дослідженнях, медицині та у побуті.

Скло отримують шляхом термічної обробки шихти, яка є сумішшю природних або штучних сировинних матеріалів. Шихту завантажують у піч і, при визначеній температурі та витримці, отримують розплав - скломасу. При охолодженні скломаси в'язкість її зростає, що надає можливість формувати вироби шляхом видування, прокатки, витягування, пресування чи пресовидування.

В залежності від практичного використання скляних виробів змінюється хімічний склад скла, форма, розміри та спосіб їх виготовлення.

Сучасна скляна промисловість виготовляє найрізноманітніші вироби - промислове та побутове листове скло, скляні труби та ізолятори, медичне та парфумерне скло, піноскло, скловолокно, ситали тощо.

Виробництво тарного скла - найбільша галузь скляної промисловості в Європі. Тара для напоїв складає біля 75% по масі від загальної кількості виробляємої тари: близько 20% займає виробництво тари для харчової промисловості. При цьому важливою частиною сектора являється також виробництво ємностей для фармацевтичної та парфумерної промисловості, що складає близько 5%. Медичне скло займає досить високу частку від загального об'єму тарної продукції. Вона використовується для фасування, зберігання та транспортування різноманітних пастоподібних та твердих медикаментів.

Перевагами скляної тари, зокрема медичної, є: гігієнічність, прозорість, можливість виготовлення тари різноманітних розмірів та форми, можливість герметичного закривання, доступна ціна.

Скло не видаляє шкідливих речовин, не має запаху, забезпечує тривале зберігання продуктів, добре миється і дезінфікується, легко утилізується, має добрі декоративні властивості. Крім того, скляна промисловість забезпечена найбагатшими сировинними ресурсами.

1. Аналітичний огляд

1.1 Сучасний стан виробництва медичного скла

Виробництво медичного скла займає важливе місце у скляній промисловості. Медичне скло в основному використовується для зберігання медикаментів. До цього виду скла належать такі марки стекол як НС-1 ГОСТ 19808-86, УСП-1 ТУ У 00480945-002-96 та інші. Данні види стекол використовуються для виготовлення ампул і флаконів для ін'єкційних препаратів.

Медичне скло може бути прозорим або забарвленим в захисний колір для недопущення впливу світла на вміст тари. У виробництві забарвлених світлозахисних стекол використовують катіони заліза.

В якості відновлювачів найбільш раціональне застосування коксу, антрацита або графіту, так як вуглець, який знаходиться в такій формі, важче піддається вигоранню в порівнянні з борошном, цукром, які використовувались раніше на деяких скляних заводах. Важливою сировиною для введення сульфатів є солі натрію, калію, магнію, марганцю, кальцію. Так як Na2SO4 є самим стабільним, всі інші з'єднання в присутності Na+ у розплаві перетворюються в сульфат натрію, який вводять у скляну шихту, частіше за все замінюючи соду. На думку Шебсена-Марведеля, ця заміна можлива до співвідношення 1:5, в крайньому випадку 1:3,5. На практиці в склад шихти вводять 0,3 - 0,5 мас. % Na2O сульфатом натрію [2,3].

Л.С. Павловою, Д.Ф. Ушаковим і Ю.М. Петренко при дослідженні лужносилікатних стекол було встановлено, що збільшення вмісту Fe2О3 за рахунок SiO2 до 5 мол. % (12 мас. %) приводить до значного зменшення втрат ваги зразків під час їх випробувань у кислих розчинах, а саме до збільшення хімічної стійкості. При більшому вмісті Fe2О3 стійкість стекол до кислоти різко падає. Водостійкість, при зміні SiO2 на Fe2О3, безперервно зростає, стійкість до дії 2н NaОН зі збільшенням вмісту заліза практично не змінюється. Визначенням кристалізаційної здатності було встановлено, що при введенні до 5 мол. % Fe2О3 стекла, стійкі до розстекловування, при 5 - 10 мол %, кристалізуються з поверхні, а при більшому вмісті Fe2О3 - кристалізується об'ємно. Дилатометричні виміри показали, що при вмісті Na2O 20 мол. % заміна SiO2 на Fe2О3 до 15 мол. % не приводить до зміни ТКЛР і температури розм'якшення.

До виробів медичного скла належать прозорі та світлозахисні ампули. Згідно з ТУ У 00480945-005-96 до ампул пред'являються такі вимоги:

1) Ампули повинні бути вироблені із медичного скла марки УСП-1 ТУ У 00480945-002-96 або інших марок медичного скла, які дозволені до застосування.

2) На поверхні і в середині скла ампул не допускаються:

- свіль, відчутна рукою, а також скловидні включення, і свіль, що супроводжується внутрішніми напругами, питома різниця ходу променів яких більше 8 млн-1;

- відкриті, продавлені капіляри і пузирі;

- не продавлені капіляри шириною більше 0,1 мм;

- інші включення;

- посічки, сколи, тріщини.

3) Відхилення від круглої форми в любому поперечному перетині ампул, яке визначається різницею двох взаємоперпендикулярних діаметрів, не повинно перевищувати граничних відхилень на діаметр.

4) Не допускаються в ампулах внутрішні залишкові напруги, які створюють питому різницю хода променів більше 8 млн-1.

5) На внутрішній і зовнішній поверхні ампул не повинно бути невідмиваючих забруднень і скляного пилу.

6) Радіальне биття розтяжки ампули відносно корпусу не повинно перевищувати:

- 1,0 мм - для ампул ИП-В, ИП-С, ИП-ВКИ, ИП-СКП ємністю 1 мл, 2 мл;

- 1,2 мм - для ампул ИП-В, ИП-С, ИП-ВКИ, ИП-СКП ємністю 3 мл, 5 мл, 10 мл, 20 мл, та ВПО-10 і ВО ємністю 1 - 2 мл;

- 1,5 мм - для ампул типу ВО ємністю 5 мл;

- 2,0 мм - для ампул типу ВО ємністю 10 мл;

7) Краї ампули повинні бути оплавлені.

8) Дно ампули повинно забезпечувати стійкість порожньої ампули на горизонтальній поверхні.

9) Сила злому ампули повинна відповідати:

- 30 - 80 Н - для ампул ємністю 1 мл, 2 мл, 3 мл, 5 мл;

- 30 - 90 Н - для ампул ємністю 10 мл;

- 30 - 100 Н - для ампул ємністю 20 мл.

Скло для ампул повинно бути прозорим або мати колір, який визначений стандартом. Оцінка кольору може проводитись по еталонам, що узгоджений між постачальником та покупцем.

1.2 Особливості використання сучасного технологічного обладнання у виробництві медичного скла

Країни ЄС до 2012 року повинні знизити викиди «парникових» газів у повітря на 8 % по відношенню до рівня 1990 року. В 2008 - 2012 р.р. буде діяти програма зниження викидів, першим етапом якої повинна стати реєстрація викидів по окремим країнам ЄС. У зв'язку з цим розглянутий енергетичний баланс скловарних печей і їх енергетична ефективність. Особлива увага приділена зниженню тепловтрат через кладку печей і ефективність регенераторів. У статті розглянуті міри по підвищенню енергетичної ефективності печей [5].

Піч для варки скломаси без викиду тепла і шкідливих речовин в повітря має ізольований від навколишнього середовища пічний простір з розміщеними в об'ємі печі нагрівачами шихти і скломаси, виконаними у вигляді труб з тугоплавкого матеріалу. На вході вказаних труб в пічний простір спалюється суміш палива та окислювача. Після виходу пічного простору з'єднується з високотемпературним електролізером для розділення на водень і кисень перегрітого водяного пару з температурою близько 1500 0С, який є продуктом спалювання у вказаних трубах суміші водню-палива та кисню-окислювача. Згаданий електролізер з'єднаний трубами із сховищами водню та кисню, з яких водень і кисень по трубах подають на спалювання. Тугоплавкий матеріал для виготовлення труб вибирають з групи матеріалів, не змінюючих своєї форми при температурі водневого факелу. Технічний результат: раціональне використання теплової енергії [6].

З метою підвищення КПД скловарної печі за рахунок інтенсифікації теплообміну у варочній зоні пропонується додаткове введення в технологічну схему двохсекційного бака-акамулятора, бакові стінки, дно та кришка якого облицьовані теплоізолюючим матеріалом. При роботі печі теплоносій, після додаткового охолодження зовнішньої поверхні панелей системи випарного охолодження з температурою 80 - 100 0С, подається в обидві секції бака-акумулятора, в якій він нагріває завантажувальний склобій до температури гарячого теплоносія, після чого теплоносій виводять через відстійник в нижній частині бака-акамулятора [7].

Застосування в печах електричної енергії, як джерела тепла для варіння скла, основане на властивості скляної маси промислового складу ставати провідником електричного струму при високих температурах (від 1000 - 1100 0С і вище), коли електричний опір змінюється на декілька порядків.

При проходженні електричного струму через розтоплену скляну масу видаляється тепло, кількість якого може бути визначена за законом Джоуля-Ленца:

Q = I2 R r,

де Q - кількість тепла, Дж; I - сила електричного струму, що проходить через скляну масу, А; R - електричний опір скляної маси, Ом; r - час, на протязі якого проходить електричний струм, с.

У скловарних електричних печах використовується тільки змінний струм, що запобігає електролізу скляної маси. Електричне нагрівання скляної маси відбувається при відносно низьких напругах (80 - 120 В) і високій силі струму (? 10000 А).

Електричні печі для варіння скла за принципом перетворення електричної енергії в тепло поділяється на три групи: печі опору прямого нагрівання; печі опору непрямого нагрівання і високочастотні печі. Найбільше застосування мають печі опору прямого нагрівання. Інші печі використовуються для варіння в горщиках спеціальних типів скла при особливих умовах [8].

Використання електродів

Матеріал, з якого виготовляють електроди, повинен бути стійким до дії розтопленої скляної маси при температурах до 1500 - 1700 0С, мати низький питомий електричний опір в порівнянні з опором скляної маси і високу механічну міцність при робочих температурах. В промислових електричних ванних печах, використовують металеві електроди переважно із молібдену, графіту та оксидоолов'яної кераміки (на основі SnO2).

Основною перевагою металевих електродів є те, що вони добре змочуються скляною масою і на контакті метал-скляна маса не виникає великого перехідного (контактного) опору. Електроди з низько вуглецевої сталі можуть використовуватись максимально до температури 13800С. Електроди виготовленні з хромонікелевих або хромонікельмолібденових стопів можуть використовуватися тільки до температури 1250 0С. При більш високих температурах електроди із цих матеріалів вимагають інтенсивного охолодження (повітрям або водою), що збільшує теплові витрати (на 4 - 10 %) і знижує КПД печі.

Найбільш широке застосування мають молібденові електроди. Висока температура топлення (2630 0С) дозволяє використовувати їх практично для всіх існуючих температурних режимів варіння скла. Молібден має високу електропровідність, добре змочуються скляною масою, на контакті молібден-скляна маса не виникає великих електричних опорів, що дає можливість використовувати електроди невеликого діаметра (30 - 50 мм), і тим самим значно зменшити від них теплові втрати.

Молібден легко окислюється на повітрі вже при температурі 600 0С. Для запобігання окислюванню при високих температурах потрібно, щоб молібденові електроди були покриті шаром розтопленої скляної маси. В місцях, де електрод виступає із розтопленої маси, потрібно, щоб молібден до водоохолоджуючого держака був покритий склоподібним шаром.

Молібден при високих температурах в печі рекристалізується і стає крихким. Тому необхідно уникати механічних ударів. В процесі експлуатації молібденові електроди поступово розчиняються у скляній масі, тому їх потрібно пересувати далі в піч через певний інтервал часу.

Молібденові електроди виготовляють за технологією порошкової металургії, у вигляді стрижнів діаметром 31, 50 і 75 мм, а також у формі пластин розміром 200 х 300 мм.

Основною вимогою до молібдену є мінімальний вміст в ньому вуглецю (не більше 50 мг/кг), який не тільки погіршує механічні властивості, але і викликає утворення бульбашок у склі.

Графіт і молібден можуть відновляти деякі оксиди у склі, особливо PbO. Тому вони непридатні для електричного варіння таких типів скла і для цього використовують електроди на основі SnO2.

Електроди виготовляються ізостатичним пресуванням з подальшим спіканням двооксиду олова при високих температурах. При спіканні густина відпресованого матеріалу підвищується до 6,5 - 103 кг/м3. Електроди переважно виготовляють у формі блоків або стрижнів діаметром 65 - 85 мм і довжиною 300 мм.

Електроди на основі SnO2 не можна встановлювати або міняти в процесі експлуатації, які це звичайно буває при використанні молібденових і графітових електродів.

Двооксид олова є провідником другого роду, його опір значно знижується з підвищенням температури, в результаті чого навантаження на одиницю поверхні електродів збільшується. Це дозволяє виготовляти електроди (стрижні) невеликого діаметра.

При варінні звичайних силікатних типів скла, що мають порівняно слабу кородуючу дію, можна використовувати дисиліцидмолібденові електроди.

Використовуючи такі електроди, не має потреби охолоджувати їх держаки водою, тому що MoSi2, на відміну від молібдену, не окислюється при високих температурах.

Графітові електроди менше руйнуються скляною масою. Вони дешеві, ніж металеві. Крім того, їх густина менша, ніж густина скла, і, якщо електрод зламається, він не занурюється на дно печі, як це має місце з металевими електродами, а випливає на поверхню скляної маси. Графітові електроди мають достатньо довгий термін експлуатації, і в самих гарячих зонах печі він досягає 12 місяців. При комбінованому газоелектроварінні скла термін служби електродів - до 24 місяців.

Недоліком графітових електродів є високий перехідний опір на контактній поверхні графіт-скляна маса, в результаті чого навантаження на одиницю поверхні електродів знижується. Якщо робоча густина струму на молібденових електродах 1,5 А/см2 (максимальна ? 3 - 3,5 А/см2), то на графітових - 0,3 А/см2. Поверхня графіту не змочується скляною масою, а через невисоке навантаження електричного струму на одиницю поверхні необхідно збільшувати діаметр електродів до 150 - 200 мм.

При використанні графітових електродів для варіння скла можуть відновлюватись деякі оксиди і надавати склу небажаного забарвлення. Тому графітові електроди не застосовують для варіння боросилікатних, окремих кольорових типів скла і кришталю.

Кріплення електродів здійснюється за допомогою електродержаків із жаростійкої сталі, що охолоджуються водою [8].

1.3 Використання високотехнологічних матеріалів

Багато підприємств скляної промисловості використовують хімічно осаджену крейду в якості компонента при виробництві скла. Вона містить домішки: фторид кальцію (до 1 %), фосфат кальцію (до 2,5 %) , карбонат стронцію (до 1,5 %). Крейда пожежо і вибухобезпечна, володіє гарною текучістю, не злежується в бункерах і силосах на відміну від доломітового борошна і природної крейди. Крейда містить низьку кількість фарбуючих скло домішок, що дозволяє використовувати її при виробництві скла по євростандартам [9].

Розроблений замінювач кальцинованої соди, що являє собою порошок білого кольору, який істотно відрізняється по хімічному і гранулометричному складу від кальцинованої соди. Для досліджень обрана проба наступного хімічного складу, %: SiO2 - 78,3; Na2O - 21,23; Fe2O3 - 0,06; TiO2 - 0,06.

По окислювально-відновленому потенціалу матеріал подібний до кальцинованої соди. Мінералогічний склад матеріалу представлений аморфною та двома основними кристалічними фазами: низькотемпературним кварцом та метасилікатом натрію, виявлена невелика присутність гідроксиду і карбонату натрію. Встановлено, що процеси силікатоутворення в дослідному склі із замінювачем соди закінчується раніше 80 0С, скло утворення - на 40 °С, ніж в контурному склі на основі кальцинованої соди. Розчинення залишкового кварцу і освітлення експериментального скла відбуваються з більшою швидкістю. Використання розробленого замінювача дозволило скоротити витрату палива на 10 - 12 %, скоротити час провару і освітлення, збільшити вихід готового скла на 5 - 7 %, зменшити пилоутворення і викид в повітря вуглекислого газу, оксидів азоту і сірки [10].

Висновки:

З використанням научно-технічної та спеціальної літератури встановлені перспективи виробництва медичної тари.

Приведені вимоги нормативних документів до виробів медичного скла.

Розглянуті особливості використання сучасного технологічного обладнання, яке дозволяє знизити викиди шкідливих речовин в атмосферу та раціонально використовувати теплову енергію.

Приведена характеристика електродів, що використовуються у промислових електричних ванних печах.

Були розглянуті особливості використання нових техногенних матеріалів у виробництві медичної тари.

2. Вибір та техніко-економічне обґрунтування району будівництва заводу

Для будівництва заводу по виробництву медичного скла було обрано місто Полтава.

Таке розташування заводу повністю забезпечує Полтавську та всі прилеглі області зазначеними виробами. Завдяки тому, що Полтавська область знаходиться в центральні часті України і по її території проходять всі найбільші транспортні і залізничні шляхи, зменшуються витрати на транспортування продукції.

Для будівництва заводу обрано ділянку, яка відповідає вимогам спеціальної інструкції, яка затверджена Міністерством промисловості будівельних матеріалів.

Основні вимоги зводяться до наступного.

Розмір території ділянки повинен бути прийнятий мінімальним, з урахуванням раціональності щільності будівництва, відсутності надлишків резервних площин та великих розривів між будівлями.

Територія ділянки для будівництва обирається з урахуванням вимог економічної експлуатації підприємства. Розміри ділянки та її конфігурація повинні дозволити розташувати будівлі та споруди відповідно до послідовності виробничого процесу.

Територія для розселення робочих та площадка для промислового підприємства обирається одночасно. Житло для робочих повинно бути неподалік від заводу.

Якщо необхідно прокласти залізничну колію то ділянку для будівництва слід розташувати так, щоб можна було приєднатися до найближчої залізничної станції або розташованому поблизу заводу залізничному шляху без тяжких земляних робіт та штучних споруджень, які дорого коштують.

Ділянку для будівництва слід обирати по можливості з відносно рівною поверхнею та нахилом для відведення поверхневої та стічної води. Планування будівлі не повинно бути пов'язано з великим об'ємом земляних робіт.

Грунт ділянки повинен бути таким, щоб при будівництві будівель та споруджень не потрібно було будувати фундаменти, які дорого коштують. Рівень ґрунтових вод повинен бути нижче за рівень підвалів і тунелів. Ділянка не повинна затоплюватися паводковими водами.

Кадри. Завод розташований в межах багаточисельного міста, що забезпечує постійну наявність робочих кадрів.

Транспорт. Для постачання на завод вантажів місцевого походження та вивозу готових виробів передбачені гарні автомобільні дороги, зручні під'їзди та місця для паркування вантажного транспорту. Поблизу заводу пролягає залізнична колія.

Паливо. Основне технологічне обладнання, скловарні печі, обладнанні електронагрівачами, що зменшує витрати на паливо. На заводі також використовують природний і штучний газ.

Електро- та водопостачання. Завод розташований таким чином, що є можливість отримувати електроенергію від існуючих ліній електропередач. Для електропостачання збудовано трансформаторну підстанцію.

Так як великі механізовані заводи витрачають значну кількість води, питання водопостачання мають важливе значення при обранні місця будівництва. Водопостачання заводу здійснюється з діючого міського водоканалу.

Сировинні матеріали. Завод розташований відносно близько до всіх баз сировинних матеріалів. Пісок та крейда отримуються з Харківської області, каолін - з Вінницької, сода постачається з Луганської області.

Висновки. Проаналізувавши всі вимоги, які висуваються до району будівництва, було обрано та обґрунтовано місце розташування заводу по виробництву медичного скла. Місцем розташування буде місто Полтава.

3. Технологічна частина

3.1 Вибір складу скла та характеристика сировини

Склад медичного скла, призначений для механізованого вироблення масових виробів, по вмісту основних компонентів можна вважати стабілізованим.

Основні оксиди, що утворюють скло (при виготовленні світлозахисного медичного скла), містяться в ньому в наступних кількостях, мас. %:

Таблиця 3.1 - Хімічний склад прозорого медичного скла

Назва	Склад оксидів, мас. %
	SiO2	B2O3	Al2O3	Na2O	К2О	СаО	MgO
УСП-1	74	8.3	5.4	7.9	1	1	2.2

Сировинні матеріали для введення SiO2

Кварцовий пісок являється продуктом руйнування гірських порід, складається в основному із зерен кварцу і зазвичай містить різні домішки. Домішки в піску бувають механічні та хімічні. Всі домішки можна розділити на групи: шкідливі (оксиди заліза, хрому, титану, марганцю) і нешкідливі (оксиди алюмінію, кальцію, магнію, калію, натрію та інші). Перші надають склу забарвлення, другі, зазвичай, входять у склад промислових стекол і вимагають врахування їх тільки при розрахунку складу шихти.

Якість пісків для скловаріння оцінюють за їх хімічним і зерновим складами. Головна вимога до пісків - максимальний вміст двооксиду кремнію і мінімальний вміст забарвлюючих домішок.

Для скловаріння використовують піски, які містять не менше 95 % кремнезему і строго регламентовану кількість забарвлюючих домішок.

Серед забарвлюючих домішок найбільше розповсюдженим являється оксид заліза, в тій чи іншій концентрації, що міститься у складі всіх кварцових пісків.

Іони заліза в промислових стеклах містяться в двох- і трьохкомпонентному стані. Концентрація трьохкомпонентного заліза, зазвичай, більша і тільки в умовах відновлюваного середовища знижується при підвищенні концентрації двохкомпонентного заліза. Рівновага між цими ступенями окислення заліза може бути змінена також під впливом температури і складу: підвищення температури і зниження кількості оксидів лужних металів збільшує концентрацію іонів Fe2+, додавання окислювачів (зєднань марганцю та інших) збільшує відносний вміст іонів заліза Fe3+.

Вплив Fe2O3 i FeO на забарвлення скла різне: Fe2O3 надає склу жовтувато-зелений або жовтий відтінок, FeO - синювато-зелений або синій відтінок. Інтенсивність забарвлення, яку викликає двохвалентне залізо, приблизно в 15 раз сильніше, ніж забарвлення трьохвалентним залізом.

Другою забарвлюючою домішкою, що міститься в багатьох пісках, є двооксид титану. В присутності заліза він забарвлює скло в жовтий колір. Причиною цього вважають утворення залізотитанових компонентів.

Державними стандартами визначені технічні умови на пісок кварцовий, мелений піщаник, кварцит і жильний кварц для скляної промисловості. Передбачено 15 марок піску для різних типів виробів зі скла. В залежності від марки, доля оксиду заліза коливається в межах 0,01 - 0,25 % за масою. Відповідно зі стандартом вміст оксиду заліза для різних виробів складає, % за масою:

оптичне скло ......................................................................не більше 0,01;

кришталь (свинцевий і без свинцевий) ................................0,01 - 0,015;

технічне скло ............................................................................0,03 - 0,07;

віконне скло ..............................................................................0,05 - 0,15;

скловата (пляшки, банки) ........................................................0,05 - 0,25.

Стандартом передбачено, що відхилення у складах окремих партій не повинні перевищувати по SiO2 - ( 0,15 - 0,25 %), по Al2O3 - ( 0,05 - 0,5%) за масою.

Для виробів високої світло-прозорості (оптичне, кришталеве, сортове та інші стекла) використовують перші чотири марки, для яких вміст важкої фракції (Cr2O3, TiO2, V2O3) не перевищує 0,05 % за масою.

Вміст вологи в збагачених пісках не більше 0,5 %, а у незбагачених - 7 % за масою.

Коливання оксиду заліза в складі піску, що перевищують вимоги, передбачені стандартом, приводять до однорідності скломаси, порушенню процесів формування, випалу тощо.

Піски збагачують різними методами в залежності від характеру домішок: промивкою збагачують безплівочні піски, підтиркою - плівочні піски, флотацією - піски, які містять зерна залізистих мінералів, флотовідтиркою - піски з домішками глинистих і полевидних частинок, наявністю залізистої плівки, магнітною обробкою - неглинисті, безсплівочні піски, які містять магнітні домішки, хімічною обробкою - за допомогою кислот, солей.

Збагачення пісків - досить складна операція і, в основному, виконується на збагачувальних фабриках на місцях родовищ пісків.

За нормами ПТЕ (правила технічної експлуатації) пісок на заводах просівають через сито № 08, відсіваючи зерна більше 0,8 мм. Всі дрібні зерна при цьому потрапляють в шихту. Більш придатними для скловаріння являються піски з зерновим складом в межах 0,1 - 0,4 мм.

Стандартом, при збагачені піску, обмежена концентрація крупних і дрібних зерен: кількість зерен більше 0,8 мм повинна бути не більше 0,5 %, а зерен менше 0,1 мм - не більше 5 %.

SiO2 вводимо з кварцовим піском Новоселівського місцезнаходження в Харківській області. Пісок відповідає ДСТУ 22551-77.

Хімічний склад Новоселівського кварцового піску, мас.%: SiO2 - 98,64; Al2O3 - 0,44; Fe2O3 - 0,65; в.п.п. - 0,27; важка фракція - 0,54.

Сировинні матеріали для введення B2O3

Оксид бору B2O3 вводимо у скломасу безпосередньо за допомогою борної кислоти.

У чистому виді борна кислота представляє собою білі кристали. В її склад входять 56,45 % B2O3 та 43,55 % Н2O. При нагріванні борна кислота втрачає рідину і переходить у борний андегрид B2O3.

Оксид бору у складі скла сприяє зниженню коефіцієнта термічного лінійного розширення (КТЛР) і тенденції кристалізації скла, підвищенню термічної та хімічної стійкості скла і швидкості його провару, поліпшенню освітлення скла.

Борна кислота відповідає ДСТУ 18704-78.

Хімічний склад борної кислоти, мас.%: B2O3 - 98,6; в.п.п. - 1,4.

Сировиною для введення оксиду магнію є доломіт. Це джерело магнію працює як стабілізатор для покращання загального опору до фізичних та хімічних пошкоджень. Хімічний склад доломіту, мас. %: СаО - 32; МgO - 19; Fe2O3 - 0.05; волога - 2%

Сировинні матеріали для введення Al2O3

Додавання Al2O3 в певних кількостях у склад скла сприяє зниженню КТР скла, підвищує механічну та термічну стійкість, поліпшує кристалізаційні властивості. Al2O3 вводять у склад скла за допомогою технічного оксиду алюмінію, гідроксиду алюмінію, польових шпатів, каолінів та інших. Крім того можна застосовувати відходи гірничо-збагачувальних фабрик, польовошпатового та нефелінового концентрату. Для введення Al2O3 також використовують пегматити.

Пегматити являються собою природну суміш польових шпатів та оксиду кремнію. Вміст оксиду алюмінію може досягати 20 - 22 %. У вигляді супутніх домішок у пегматитах зустрічаються оксиди заліза, лужноземельних матеріалів, титану. На відміну від польових шпатів, в пегматитах оксиди заліза містяться у вигляді крупнокристалічних включень, і легше піддаються відділенню основної породи.

Al2O3 вводимо каоліном, що відповідає ДСТУ 196090 - 89. Каолін має наступний хімічний склад, мас. %: Al2O3 - 36,7; Fe2O3 - 0,52; СаО - 1,18; SiO2 - 46,35; в.п.п. - 14,74; волога - 0,51.

Норми на кількість заліза у склі.

Нормами допускається наступна кількість окису заліза у склі, мас. %:

оптичне та кришталь....................................................................0,012;

поліроване.............................................................................0,05;

аптекарське, хімічне та медичне..........................................0,2;

листове віконне......................................................................0,1;

сортове посудне..................................................................0,025;

пляшкове напівбіле..................................................................0,3;

пляшкове темно-зелене........................ ..не нормується.

Сировинні матеріали для введення Na2O

Na2O вводимо содою Na2CO3. Сода буває кристалічною Na2CO310Н2О і безводною Na2CO3. У скловарінні використовують головним чином безводну соду, яка містить 58,5 % Na2O і 41,5 % CO2. Крім того, соду розділяють на штучну, природну, легку і важку. Природну соду добувають із содових озер. Використовується вона рідко, тому що містить до 15 - 20 % забруднюючих домішок: сульфату натрію, хлористого натрію тощо.

В промисловості використовують переважно штучну легку соду (щільність 0,7 - 0,8 г/см3) у вигляді порошку білого кольору, гігроскопічного, розчинного у воді. Вважають, що утворені при зволоженні шихти гідрати карбонату натрію сприяють розшаруванню шихти тим краще, чим більш тонко дисперсною являється сода.

Na2CO3 добре розчиняється у воді і при цьому виділяє тепло в результаті утворення гідратів соди, що містить від 1,5 до 10 молекул Н2О. Згідно нормативних документів вміст Na2CO3 в прожареній соді повинен бути не менше 99 %, залишковий вміст хлоридів не більше 0,8 %, Fe2O3. Na2CO3 плавиться при температурі 852 0С без розкладу. Сода постачається з заводів Донецької та Луганської областей.

Хімічний склад соди Na2CO3, мас. %: Na2O - 58,5; в.п.п. - 41,5.

Сировинні матеріали для введення К2О

Основним матеріалом для введення в скломасу оксиду калію є поташ К2СО3.

Поташ - штучний зернистий білий порошок, легко розчиняється у воді, гігроскопічний (легко поглинає вологу з повітря), комкується. Згідно нормативних документів безводний поташ повинен вміщувати не менш 98 % К2СО3. Розрізняють поташ кристалічний К2СО32Н2О і кальцинований К2СО3. В скляному виробництві використовують переважно кальцинований поташ.

Одержують поташ з мінералів, що містять зєднання калію із попелу рослин (соняшника). Зберігати його слід в щільно закритих ємностях, в сухому приміщенні.

Питома маса поташу К2СО3 - 29 г/см3, температура плавлення 881 0С. В процесі варки скла він розкладається на К2О і СО2.

Найчистіший поташ одержують із солі KHCO3MgCO3, яку отримують в результаті дії СО2 на розчин KCl і вуглемагневу сіль.

Оксид калію К2О, ведений в скло, блиск і прозорість, зменшує нахил до кристалізації. Поташ відповідає ДСТУ 10690-73.

Хімічний склад поташу К2СО3, мас. %: К2О - 68,2; в.п.п. - 31,8.

Сировинні матеріали для введення СаО

Оксид кальцію СаО вводимо у склад шихти з вуглекислим кальцієм (карбонат кальцію) СаСО3, що використовується у вигляді вапняку, крейди і рідко мармуру; вміщує 56,08 % СаО та 43,92 % СО2.

Вапняки являють собою усадочну гірську породу білого кольору або забарвлену у різні - жовтий, червонуватий та інші - кольори в залежності від кількісного вмісту в них окислів заліза. Зустрічаються вапняки різної чистоти. У вапняках, які застосовуються для варки скла, повинно міститись не менше 53 % оксиду кальцію і не більше 0,2 % окислів заліза.

Крейда являє собою усадочну породу білого кольору, яка складається в основному з найдрібніших аморфних частинок вуглекислого кальцію (? 98 %).

Мармур являє собою гірську породу, в якій міститься до 99 - 99,5 % СаСО3. Він відрізняється від вапняку і крейди високим вмістом основної речовини СаСО3, постійністю хімічного складу і незначною кількістю окислів заліза (до 0,015 %).

Оксид кальцію, що являється однією з головних складових частин скла, сприяє полегшенню варки та освітлювання, а також надає склу хімічної стійкості.

Склобій

Раніше існувала думка, що для поліпшення процесу варіння та підвищення якості скла необхідним є введення у шихту певної кількості склобою, але це уявлення не знайшло достатнього практичного підтвердження. Тому тепер кількість бою, що вводиться у шихту, визначається лише кількістю відходів. Разом з цим, введення склобою більше ніж 40 % звареної скломаси, є недоцільним, тому, що змінюються деякі властивості скла, пов'язані з його тепловим минулим. Склобій повинен точно відповідати заданому хімічному складу скла і не повинен містити забруднюючих домішок. Розмір кусків склобою повинен бути не більше 80 - 100 нм [49].

3.2 Обробка сировинних матеріалів

Підготовка піску

Більшість природних сировинних матеріалів (вапняк, пісок та інші) не можуть бути використані для складання скляної шихти без попередньої підготовки. Тому їх приходиться піддавати спеціальній обробці. Найскладнішій обробці піддається пісок.

Підготовка піску заключається в його збагаченні, сушці, просіюванні. При збагаченні піску виділяються органічні і залізні домішки, пиловидні фракції. Збагачують пісок методами флотовідтирки (видалення забруднюючих домішок) і магнітної сепарації (сушка в сушильних барабанах).

Для рівномірної подачі піску в сушильні барабани, при їх паралельній роботі, використовують дросель з механізмом качання. Барабан, нахилений до горизонту під кутом 4 - 5 є, обертається зі швидкістю 2 - 8 об/хв. Пісок, який поступає через тічку у найвищій точці барабана, при обертанні перемішується і просушується димовими газами. Для кращого перемішування і збільшення шляху руху матеріалів, барабан всередині має лопаті.

Рух матеріалу може бути прямоточним (паралельним рухові гарячого повітря або газу) або протиточним. При сушці піску використовують прямоточні барабани.

Температура сушки піску - (700 - 800) 0С. Температура висушеного піску - (85 - 90) 0С.

При просіюванні (грохочені) з піску видаляють крупні зерна і включення. Використовують вібраційні або барабанні грохоти із сітками, що мають 81 отв./см2 (сітка № 08).

Для транспортування насипних матеріалів використовують ковшові елеватори.

Просіяний пісок зберігають в бункерах, з розрахунку не менше двохдобової потреби. Великі частки відсіяного піску вивозяться у відвал.

Підготовка крейди

Шматки крейди розміром не більш 150х150 мм з приймального бункеру, за допомогою лоткового живильника, подаються на стрічковий конвеєр, а потім у сушильний барабан. Розмір шматків крейди після щокової дробарки не повинен перевищувати 50 мм по найбільшому виміру, температура сушіння - не більше 400 0С. Вологість після сушіння повинна бути не більше 0,5 %, температура вихідних газів - не більше 300 0С. Висушений матеріал із сушильного барабану потрапляє в молоткову дробарку, потім ковшовим елеватором подається у ситоборат з сіткою № 0,09 - 0,36 ГОСТ 3826-82. Після просіювання крейда потрапляє у витратний бункер. Відсіяна направляється на домелювання в молотковій дробарці. Запас крейди в бункері повинен бути не менш двохдобової потреби.

Підготовка кальцинованої соди

З відсіку складу сода в мішках на піддоні тельфером подається до перетирочної машини для подрібнення і просіювання, потім елеватором транспортується у витратний бункер. Запас соди в бункері повинен бути не менше двохдобової потреби.

Підготовка сульфату натрію

Із відсіку складу мішки з сульфатом натрію на піддоні тельфером подаються на просіювання до сита-трясучки з сіткою № 1,1 - 0,28 ГОСТ 3826-82. Мішки розшиваються, сульфат натрію просіюється і збирається в металеві касети, які тельфером подаються на вагову, де зберігаються в ларі в кількості не менше одної змінної потреби. Відсіяний матеріал збирається в кюбель і, по мірі накопичення, тельфером подається в перетирочну машину, після чого збирається в касети і направляється на вагову.

Підготовка поташу

Заключається в розтарюванні за допомогою спеціальної машини УРБ - 1. Поташ зберігається в проміжному бункері. Елеватором транспортується на просіювання і протирання через сита № 1,4 - 1,2 (16 - 32 отв./см2) за допомогою протирочної машини. Після підготовки поташ в касетах подається на вагову для дозування у відповідності із рецептом лабораторії. Зберігається в бункерах, але запас поташу не робиться через те, що він комкується.

Підготовка каоліну

У зв'язку з тим, що завод отримує збагачений каолін, додатковій підготовці він не підлягає. Каолін в паперових мішках із відсіку складу на піддонах тельфером подається на вагову, де розтарюється і дозується у відповідності з рецептом лабораторії.

Підготовка борної кислоти

Борна кислота поступає у м'яких контейнерах і не потребує додаткової підготовки. Матеріал із відсіку складу подається на піддоні тельфером на вагову, де розтарюється і дозується у відповідності з рецептом лабораторії.

Підготовка склобою

Під час виробництва медичного скла утворюється 20 - 30 % бою, який повторно використовується під час варіння скломаси. Бій скла, що утворюється на різних ділянках технологічного процесу, збирають в бункери і, після відповідної обробки, використовують для варіння скла. Обробка склобою включає промивку, подрібнення в щоковій дробарці.

3.3 Дозування компонентів та приготування шихти

В підготовлені сировинні матеріали не допускається потрапляння відсіяних часток інших включень.

Температура сировинних матеріалів: піску, крейди, які йдуть на приготування шихти, повинна бути не вище 60 0С. Інші компоненти, які не підлягають тепловій підготовці, подаються на дозування при температурі навколишнього середовища.

Зважування компонентів і подача їх у змішувач здійснюється в наступній послідовності: пісок зважується в першу чергу, потім у змішувач, що обертається, подається вода в кількості 4 л під час використання борної кислоти. На зволожений пісок у змішувач подаються інші компоненти шихти у наступній послідовності: сода, борна кислота, крейда, каолін, поташ, сульфат натрію. Тривалість циклу змішування компонентів - 12 хвилин.

Після закінчення циклу змішування сипуча шихта потрапляє в кюбель. Для забезпечення контролю якості шихти кюбель підкочується на візку в зону дії монорельса і електротельфером встановлюється на майданчику для проведення лабораторного аналізу. Сипуча шихта, яка готується на борній кислоті, після змішувача подається безпосередньо в бункер екструдера, не потрапляючи в зону дії монорельса.

Сипуча шихта, яка пройшла аналіз, після заключення лабораторії про її якість, подається тельфером в бункер, який знаходиться над екструдером для гранулювання.

З бункеру сипуча шихта подається в блок підготовки, де вона додатково перемішується. Однорідна сипуча шихта потрапляє в екструдер, під час вільного падіння зволожується водою через форсунки до набуття нею пластичності. Сюди ж подається пар під тиском дві атмосфери (196,2 КПа) або гаряча вода з розмежувального бачка.

Перемішуючись лопатями змішувача блоку екструзування, сипуча шихта, стаючи однорідною по вологості, рівномірно поступає у вузол пластифікації. З вузла пластифікації гаряча пластифікована шихтова маса поступає у вузол екструзування, який складається із випарної лопаті і філь'єри, де екструзується в гранули діаметром 10 - 12 мм, довжиною 20 - 50 мм.

Гранули шихти далі поступають на сітку сушильного конвеєра, де при температурі 530 - 550 0С сушаться до вологості не більше 6 %. Із сушильного конвеєра системою елеватора і конвеєрів гранули шихти подаються до скловарних печей.

Гранули шихти з використанням борної кислоти сушать при температурі 50 - 65 0С до вологості 8 - 9 %.

Скляний бій повинен бути розміром не більше 50 мм, чистим, не забрудненим боєм скла іншої марки та іншими включеннями.

Скляний дріт, який був не прийнятий ВТК, в пучках на ручних візках підвозиться до приймального отвору подрібнюючого вузла і вручну завантажується в роторну дробарку. Чистий бій, у вигляді відходів виробництва цехів по переробці склодроту доставляється до вузла подрібнення і завантажується в дробарку.

Подрібнений склобій ковшовим елеватором подається в бункер над дозувальними вагами, які розміщені над стрічковим конвеєром, що транспортує екструзовану шихту. Відважування бою здійснюється на шихту через 12 хвилин по звуковому сигналу у відповідності із циклом змішування і екструзування автоматично.

Шихта зі склобоєм поступають в ковшовий елеватор, яким подаються на конвеєр з плужковими скидувачами, що доставляє їх в бункери завантажувачів шихти. Запас шихти і бою в бункерах двохзміний.

3.4 Завантажування шихти

Завантаження шихти у скловарну піч здійснюється за допомогою механічних завантажувачів плунжерного типу. Принцип дії завантажувача полягає в регулярному проштовхуванні порцій шихти і бою за рахунок зворотно-поступового руху плунжера. Шихту завантажують по всьому фронту завантажувального кармана, ширина якого у сучасних печах практично дорівнює ширині печі. Для спрощення конструкції та обслуговування завантажувачів, їх встановлюють 5 - 6 поряд. Режим живлення печі шихтою та боєм виконується у відповідності до витрат скломаси на виготовлення виробів. Годинна подача шихти та бою в піч повинна точно відповідати з'єму скломаси. Співвідношення завантаженої шихти і склобою повинно знаходитися в межах шихти-бою 70 - 30 %. Відхилення від встановленого співвідношення не повинно перевищувати ± 5 %.

Якщо об'єм подачі шихти буде відрізнятися від з'єму скломаси, то це приведе до коливання рівня дзеркала в печі. В свою чергу це негативно впливає на стан футерівки і якість скломаси, що виробляється. Коливання рівня скломаси повинні знаходитися в межах ± 0,5 мм.

Для підтримки постійного рівня скломаси завантажувальними працюють в автоматичному режимі і пов'язані з рівнеміром „клюючого” типу.

3.5 Технічна характеристика обладнання складового цеху

Кран грейферний. Призначений для подачі піску, крейди в приймальні бункери ліній переробки. Вантажоємкість - 5,0 т; проліт - 13,5 м; висота підйому

- 7,5 м; установлена потужність - 43,2 кВт.

Живильник лотковий ПЛ-33. Призначений для подачі піску в сушильний барабан та крейди в щокову дробарку. Продуктивність - 60 т/год; робоча ширина - 750 мм; установлена потужність - 2,8 кВт.

Конвеєр стрічковий КЛС-500. Призначений для подачі піску в сушильний барабан, сировинних матеріалів в змішувач, екструзивної шихти в бункери завантажувачів. Продуктивність - 60 т/год; установлена потужність - 0,75 кВт. Сушильний барабан. Призначений для сушки піску, крейди. Продуктивність - 2 т/год; кількість обертів - 4,5 - 6,3 об./хв.; установлена потужність - 5,5 кВт.

Елеватор ковшовий ЕЛМ-250. Призначений для подачі сировинних матеріалів, склобою, шихти. Продуктивність - 12 м3/год.; установлена потужність - 2,8 кВт.

Сито-бурат. Призначений для просіювання піску, крейди. Продуктивність - 0,6 т/год.; установлена потужність - 0,6 кВт.

Щокова дробарка СМ-11Б. Призначена для подрібнення крейди. Продуктивність - 19 м3/год.; установлена потужність - 28 кВт.

Молоткова дробарка СМ-218 М. Призначена для подрібнення крейди. Продуктивність - 12 м3/год.; встановлена потужність - 17 кВт.

Перетирочна машина. Призначена для подрібнення соди. Продуктивність - 0,5 т/год.; установлена потужність - 4,5 кВт.

Сито-трясучка. Призначена для просіювання сировинних матеріалів. Продуктивність - 0,5 т/год.; установлена потужність - 2,2 кВт.

Ваги РП-1Г13 (М). Призначені для дозування компонентів шихти і скляного бою. Інтервал зважування 25 - 500 кг.

Тарілчастий змішувач СТ-700. Призначений для приготування шихти. Продуктивність - (10 - 12) т/год.; установлена потужність - 17 кВт.

Тельфер ТЕ-1-521. Призначений для подачі сульфату та поташу на дозування, кюбелів із шихтою для створення буферного запасу, в бункер блоку підготовки екструзованої шихти. Вантажоємкість - 1 т.; висота підйому - 12 м; установлена потужність - 2,5 кВт.

Прес брикетування. Призначений для приготування екструзованої шихти. Продуктивність - 2,5 т/год.; установлена потужність - 20 кВт.

Стрічкова сушарка. Призначення для сушіння екструзованої шихти. Продуктивність - 2,5 т/год.; установлена потужність - 4,5 кВт.

Завантажувач шихти ЗШ-2. Призначений для завантажування шихти і склобою. Продуктивність - 2,7 т/год.; установлена потужність - 17 кВт.

3.6 Розрахунок шихти

Завод випускає 10 млн. штук виробів на рік. Продуктивність роботи скловарної печі між капітальним ремонтом залежить від конструкції печі, складу шихти, якості вогнетривів, що застосовують, газового режиму, температури варіння шихти, системи охолодження та інших факторів, які впливають на зношування вогнетривів. Міжремонтний період для печей складає 3 - 5 років. Тривалість холодного ремонту 40 днів. Тоді загальна кількість робочих днів печі в рік складатиме:

(3 365 - 40) / 3 = 351 день.

Розраховуємо продуктивність заводу в добу:

Вага однієї ампули - 2г.;

за рік - 2 10-6 10 106 = 20 т скла;

за добу 20 / 351 = 0,057 т скла;

за зміну 0,057 / 3 = 0,019 т скла.

Хімічний склад сировинних матеріалів для виготовлення скла наведений у таблиці.

Назва	Склад оксидів, мас. %
	SiO2	B2O3	Al2O3	Na2O	К2О	СаО	MgO
УСП-1	74	8.3	5.4	7.9	1	1	8

Таблиця 3.6.2 - Хімічний склад сировинних матеріалів для виробництва медичного скла

Матеріал	Вміст оксидів, мас. %
	SiO2	B2O3	Al2O3	Fe2O3	Na2O	K2O	CaO	MgO	в.п.п
Пісок	98,64		0,44	0,65					0,27
Каолін	46,35		36,7	0,52			1,18		15,25
Кальцинована сода					58,5				41,5
Крейда	1,78		1,0	0,27			54,33		42,62
Борна кислота		98,6							1,4
Поташ						68,2			31,8
Доломіт				0.05			32	19	48.95

Необхідно розрахувати шихту для виготовлення скла в кількості 0,057 т.

Na2O вводиться у склад скла содою. Її кількість у шихті визначаємо так:

100 мас.ч. соди містить 58,5 мас.ч. Na2O

х мас.ч. соди треба взяти для введення 7,9 мас.ч. Na2O

Звідки, х = 100 · 7,9 / 58,5 = 13.5 мас.ч.

Враховуючи, що 3 % соди при температурі варки скла звітрюється, потрібно ввести в шихту соди на 3 % більше, а саме:

13.5 +3%= 13.9 мас.ч. соди.

Оскільки сода кальцинована не містить в своєму хімічному складі ніяких інших компонентів, то ця сировина нічого більше не внесе у склад скла.

	НОВОСТИ

Изменения

Прошла модернизация движка, изменение дизайна и переезд на новый более качественный сервер

	СЧЕТЧИК

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА
	© 2010