Дипломная работа: Технологія виробництва медичного скла

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 (з¢єднань 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 Na2CO3×10Н2О 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 К2СО3×2Н2О і кальцинований К2СО3. В скляному виробництві використовують переважно кальцинований поташ.

Одержують поташ з мінералів, що містять з¢єднання 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 KHCO3×MgCO3, 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:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12