Дефекты строительного стекла

Наличие дефектов, отрицательно влияющих на механические, термические, оптические и эстетические свойства стеклянных изделий, оценивают визуально.

Дефекты делятся на дефекты стекломассы и выработки. К дефектам стекломассы относятся:

• газообразные включения (пузыри и мошка);
• стекловидные включения (свили, шлиры);
• инородные кристаллические включения (шихтные камни, огнеупорные камни, камни кристаллизации);
• нежелательный цветной оттенок, вызванный примесями оксидов железа в сырьевых материалах и недостаточной концентрацией обесцвечивателей в шихте.

Пороки стекломассы – это нарушение ее физической и химической однородности, возникшее в процессе варки.

Причинами появления газовых включений являются:

• неполное удаление газообразных продуктов разложения шихты. Например, при разложении карбонатов выделяется (50–200)∙10³ см³ газа/кг шихты;
• взаимодействие стекломассы с огнеупорами, что приводит к образованию пузырей на 2–3-фазных границах. Шероховатый, пористый, хорошо растворимый стекломассой огнеупор дает много пузырей;
• захватывание стекломассой газов печной атмосферы при колебании уровня стекломассы, при неправильном вращении мешалок, при ручном наборе стекломассы;
• повторный нагрев стекломассы может привести к появлению вторичных пузырей – «мошки».

Пузыри различают:

• по размеру: > 0,8 мм – крупные, < 0,8 мм – «мошка»;
• по форме: сферические, нитевидные;
• по цвету: бесцветные, окрашенные.

По составу газа можно судить о происхождении пузыря. Сульфатный пузырь легко определяется по внешнему виду, внутри него налет белого, желтоватого или голубоватого цвета. Для определения химического состава газа в пузыре образец стекла шлифуют, чтобы стекло стало тонким (не более 0,5 мм), затем помещают в глицерин, пузырь прокалывают иглой, газ выходит и образует пузырь в глицерине, его ловят на стеклянную пластинку и изучают под микроскопом. Измеряют наибольший диаметр d₀, затем последовательно обрабатывают различными реагентами, поглощающими тот или иной газ, каждый раз измеряя его диаметр d₁, d₂ и т. д. В качестве реагентов используют: глицерин для SO₂, раствор KOH в глицерине для СО₂, щелочной раствор пирогаллоса для О₂, аммиачный раствор Cu₂Cl₂ для СО, раствор коллоидного палладия для Н₂; N₂ определяют по разности.

К стекловидным включениям относятся: свили – стекловидные включения другого состава стекла, имеющего другие свойства (показатель преломления n, плотность, цвет), образующегося в основном в виде нитей; шлиры – более грубые стекловидные включения в виде волокон.

Причины появления стекловидных включений – использование стеклобоя другого состава, плохое смешение шихты, расслоение шихты и нарушение ее однородности, нарушение режима варки и вовлечение застойной стекломассы в производственный поток, растворение огнеупоров в стекломассе.

Основные типы свилей:

1. образующиеся за счет разрушения высокоглиноземистых огнеупоров в стекломассе (шамотный и динасовый свиль);
2. образующиеся в результате адсорбции горячих газов, содержащих пары щелочей, огнеупорами свода печи и стекания капель щелочно-силикатного раствора в стекломассу;
3. возникающие из-за плохого смешивания шихты.

Состав свили определяют методом рентгенофлюоресцентного или микрорентгеновского анализа. Сравнивают с составом основного стекла и по различию в составе принимают меры.

Основными видами кристаллических включений в стекломассе являются:

• шихтные камни (непровар) – остатки непроварившихся сырьевых материалов. Чаще всего это корунд из пегматита, минералы тяжелой фракции песка (каолинит, силлиманит, циркон, хромит), крупные кварцевые зерна, кремний из известняка мела и сульфата натрия;
• камни кристаллизации (зарухания) – кристаллы правильной формы, образующиеся в застойных участках печи, чаще всего кристаллы тридимита, кристобалита, волластонита, псевдоволластонита, девитрита и диопсида;
• огнеупорные камни – продукты разрушения стекломассой огнеупоров печи. Шамотные камни состоят из массивного ядра, которое окружено скоплением кристаллов. Бакоровые камни появляются в виде типичных дендритов циркона. Динасовые камни очень похожи на шихтные камни, но они образуют более плотные зерна кристобалита и тридимита.

Разрушающие пороки не допускаются. Количество пороков размером до 0,5 мм не нормируется, если расстояние между ними более 500 мм. Если расстояние менее 5 мм, количество этих пороков включается в общее количество допускаемых пороков. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем устанавливать дополнительные требования к порокам в крае стекла.

Рассмотрим механизмы разъедания огнеупоров стекломассой. Самым опасным участком растворения огнеупоров в стекломассе является трехфазная граница огнеупор – стекломасса – атмосфера (А). Так как уровень стекломассы колеблется в результате выработки стекломассы и загрузки шихты, в точке А возникает характерная канавка. Разъедание огнеупора на уровне зеркала стекломассы включает три стадии:

• смачивание огнеупора стекломассой;
• растворение огнеупора в стекломассе и возникновение диффузного слоя с градиентом концентрации;
• возникновение конвекции (перемешивания, оттекания и натекания) свежего расплава.

Другой характер носит растворение огнеупоров дна печи в стекломассе. При наличии газового пузыря на дне ванны в горизонтальной поверхности огнеупора создается предпосылка для конвекции стекломассы в пограничном слое трех фаз: расплав – огнеупор – газовая фаза, которая приводит к образованию завихрений потоков. Импульсы, исходящие от завихрений, передаются пузырям, наблюдается ритмичное постоянное дрожание пузыря: у больших пузырей – менее сильное, у маленьких – более сильное, причем самые маленькие пузыри как бы пританцовывают вверх-вниз, увлекая за собой свежие потоки стекломассы, увеличивая скорость коррозии. Таким образом, образуются свищи – вертикальные цилиндрические каверны от сверления пузырями.

Коррозия огнеупоров свода печи наблюдается из-за недостаточно плотных швов свода. Идет подсос газа, создается тяга, через швы выходят дымовые газы, обогащенные щелочью. Брусья свода пронизаны щелочами на 3–5%, в результате чего образуется налет на огнеупорах, идет постепенный процесс их ошлаковывания, струйки шлаков образуют сталактиты, с которых стекают капли щелочно-силикатного расплава на поверхность стекломассы.

Мерами по борьбе с растворением огнеупоров в стекломассе являются ухудшение смачивания огнеупоров стекломассой, снижение различий в плотности, поверхностном натяжении на границе стекломасса – огнеупор (уменьшение содержания Al₂O₃ в огнеупоре или увеличение его содержания в стекломассе), повышение вязкости стекломассы в опасных участках печи (дополнительное охлаждение опасных участков печи).

Для определения количества газообразных, стекловидных и кристаллических включений в стеклянных изделиях используют увеличительную лупу.

К дефектам выработки (формования) относятся: кривизна, разнотолщинность ленты стекла, заусенцы, трещины, щербины, просечки.