Для производства высококачественного стекла и изделий из него необходима оперативная и точная информация о множестве физико-химических параметров, таких как:

·        температура в стекловаренных печах;

·        микровлажность технологических газов, используемых в процессах;

·        состав отходящих газов плавильных печей;

·        влажность шихтовых материалов;

·        температура и влажность воздуха в производственных помещениях, на складах с готовой продукцией и при транспортировке и т. п.

В этом информационном письме мы приводим примеры использования контрольно-измерительных приборов при производстве стекла и изделий из него.

Рассмотрим некоторые этапы технологического процесса.

Технология производства листового стекла

Существует два способа вытягивания листового стекла: вертикальный и вертикально-горизонтальный.

Вертикальное вытягивание, в свою очередь, делится на лодочное и безлодочное. Но вертикально-горизонтальный метод не получил достаточного распространения.

Рассмотрим лодочный способ.

Химические составы листового стекла должны обеспечивать заданные свойства изделий в зависимости от их назначения и условий эксплуатации; достаточно высокую скорость варки при температурах, установленных производственной практикой; более низкую температуру кристаллизации расплава по сравнению с температурой формования стекла; достаточную скорость твердения стекломассы. Шихта, идущая на изготовление стекла, не должна содержать дефицитных, дорогостоящих и токсичных сырьевых материалов. Основа составов большинства видов листового стекла - система SiO₂ - CaO - Na₂O, в которой часть CaO заменена на MgO, часть SiO₂ - на Al₂O₃ и часть Na₂O - на К₂О. Такие замены позволили снизить кристаллизационную способность стекломассы, повысить скорость формования и улучшить химическую устойчивость стекла.

В выработочной части печи и в каналах температурный режим устанавливают индивидуально в зависимости от свойств стекломассы, числа и размещения машин, размеров выработочной части печи и каналов, места расположения контрольных приборов, скоростей вытягивания и требований к качеству стекла. За исходные температурные выработки принимают температуры луковиц, измеряемые оптическим пирометром через смотровые окна в крышках подмашинных камер. Для стекол обычных составов эти температуры составляют      +920…+980⁰ С и зависят от лучепрозрачности стекол.

Стекломасса на пути от щели в оборудовании (лодочки) до уровня отломки листов протекает и охлаждается, затвердевая, она превращается в стекло.

В процессе формования, охлаждения и отжига лента стекла проходит три температурные зоны:

·        зону интенсивного охлаждения от температуры луковицы до верхней температуры отжига;

·        собственно зону отжига, то есть медленного охлаждения от верхней до нижней температуры отжига;

·        зону ускоренного охлаждения от нижней температуры отжига до 120-180⁰ С.

Для обычных листовых стекол верхнюю температуру отжига принимают 530-540⁰ С, нижнюю температуру отжига принимают в расчетах меньше 100-150⁰ С, то есть по абсолютному значению около 380-430⁰ С.

Первая зона - зона интенсивного охлаждения - заканчивается при температуре 540-560⁰ С под первой парой валиков. При повышенных скоростях вытягивания уровень этих температур может подняться выше первой пары валиков; тогда эту пару отключают и ее роль переходит ко второй паре валиков. В первой зоне допускается высокая скорость охлаждения ленты (до 400-700 град/мин). Максимально допустимая скорость охлаждения ленты во второй зоне отжига зависит от максимально допустимых остаточных напряжений в стекле, обычно принимаемых не более 350 МПа. Режим отжига настраивают путем осторожного изменения интенсивности охлаждения стекла в подмашинной камере, подогрева ленты в соединительном звене с помощью трубчатых перфорированных горелок, открытия (или закрытия) люков по высоте шахты, установки скатов на требуемом расстоянии от валиков; последнее позволяет пропустить в ту или иную секцию шахты объем горячих газов, нужный для поддержания в ней заданной температуры.

Выработка стекла способом безлодочного вертикального вытягивания

Температура стекломассы, идущей на формование ленты, при безлодочном способе в среднем приблизительно на 150⁰ С выше, чем при лодочном. Стекломасса в каналах боковых машин на 10-15⁰ С горячее, чем перед центральными машинами. Однако температура луковиц, измеренная оптическим пирометром, такая же, как и при лодочном вытягивании.

Продолжительность отжига при лодочном и безлодочном способах отличается мало, так как большие скорости вытягивания при безлодочном способе компенсированы увеличением высоты машины.

Основные стадии производства:

- отжиг;

• - формование;
• - охлаждение.

Флоат-процесс / модульная ванна

Большая часть листового стекла в мире производится в настоящее время с использованием флоат-процесса, который был разработан Пилкингтоном в начале 60-х годов. Производительность линий составляет в среднем 350 – 750 тонн в день. Сердце процесса – модульная ванная расплавленного олова, в которую расплавленное стекло попадает из плавильной печи.

Типичный флоат-резервуар потребляет в среднем 1200 – 1500 нм³/час азота высокой степени чистоты и 60 – 100 нм³/час водорода высокой степени чистоты, чтобы обеспечить восстанавливающую и охлаждающую атмосферу для процесса придания формы (ванна с оловом). Скорость потока водорода зависит от скорости переноса кислорода и серы, растворенных в стекле. Чем больше кислорода и серы растворено в стекле, тем больше требуется водорода для взаимодействия с этими элементами и образования H₂O и H₂S. Азот необходим для разбавления водорода до 4-10%-ной концентрации. Слишком высокая концентрация водорода в атмосфере могла бы привести к появлению пузырьков под стеклом там, где водород выделяется из раствора олова. Дополнительная функция атмосферы – закрыть выход из резервуара, чтобы предотвратить попадания туда воздуха.

Азот производится криогенной установкой прямо на месте. Водород поставляется в емкостях в сжиженном или газообразном состоянии, а также может производиться на месте. Одним из наиболее предпочтительных способов поставки является газопровод.

Применение технологических газов

Как видно из приведенного выше, технологические газы необходимы при проведении флоат-процесса производства листового стекла. Однако в стекольном производстве существуют и другие этапы технологического процесса, где необходимо их применение.

Основными требованиями, предъявляемыми к используемому газу, являются отсутствие механических примесей, паров масел и кислот и определенная влажность.

Так, например, влажность используемого воздуха оказывает значительное влияние на качество получаемых изделий в процессе выдувания. Выдувание — широко распространенный способ производства изделий из стекла, обеспечивающий поверхность получаемых изделий хорошего качества. При выдувании сначала формируют в черновой форме заготовку (пульку, баночку), в которую вдувают воздух при помощи трубки или специальной дутьевой головки с полым керном. Выдувание производят в чистовой форме, в которой изделие находится до затвердевания. После этого оно поступает на отжиг. Мелкие изделия выдувают в форме сразу, без баночки. Выдуванием вырабатываются изделия самой разнообразной конфигурации, разных размеров и с различной толщиной стенок.

Если влажность вдуваемого воздуха велика, в чистовой форме могут возникнуть микротрещины, пузырьки воздуха. Как следствие - снижается его прочность, теряется товарный вид.

Измерительное оборудование

В стекольном производстве для эффективного контроля таких параметров, как температура, влажность газов (на уровне микроконцентраций), концентрация токсичных и горючих газов, а также поддержания и регулирования процессов производства на определенном уровне, необходимо аналитическое обеспечение. Неотъемлемой частью этого обеспечения является база контрольно-измерительной техники на предприятии-изготовителе.

Рассмотрим варианты использования измерительной техники в процессе производства стекла.

Измерение и регулирование температуры воздуха и различных веществ

При производстве стекла и изделий из него широко используется термообработка. Так, например, варка стекломассы для производства стеклянных изделий происходит в горшковых печах или ваннах при температурах от  +1200 до +1550⁰С. Отжиг - дополнительная термическая обработка изделий, необходимая для ослабления остаточного напряжения в бутылке, – также требует поддержания высоких температур определенного значения. А в соответствии с ГОСТ 30407-96 “Посуда и декоративные изделия из стекла. Общие технические условия” стаканы и блюдца для чая, тарелки для горячей пищи должны быть термически устойчивыми. Выдувные изделия не должны разрушаться при перепадах температур 95-70-20⁰С, прессованные -  95-60-20⁰С. Контроль изделий на термическую устойчивость проводят в помещении с температурой воздуха не ниже +18⁰С. Изделия должны находиться в помещении не менее 30 мин. В испытуемое изделие из закрытого сосуда струей наливают горячую воду температурой не ниже +95⁰С. После постепенного охлаждения воды до температуры не ниже +70⁰С (для прессованных изделий – до +60⁰С), её выливают и изделие тут же, не более чем через 2 секунды, погружают в воду температурой не выше 20 ⁰С.

При производстве листового стекла температурный контроль необходим в процессе формования, охлаждения и отжига (лента стекла проходит три температурные зоны).

Флоат-процесс также требует поддержания температуры стекломассы на различных этапах с высокой точностью.

Поскольку при производстве стекла рабочие температуры достаточно высоки, для их измерения и регулирования требуется надежное оборудование.

Контроль температуры

1. Контактные измерители температуры

1.1.            Портативные измерители температуры ИТ-17 предназначены для измерений температуры различных сред посредством погружения термопреобразователей в среду (погружные измерения) или для контактных измерений температуры поверхностей (поверхностные измерения).

Данная серия термометров представлена следующими модификациями:

ИТ-17 К с  жидкокристаллическим индикатором.	ИТ-17 С со светодиодным индикатором. Наличие светодиодного индикатора позволяет проводить измерения температуры в малоосвещенных местах и при пониженных температурах воздуха.

1.2.             Микропроцессорные измерители-регуляторы температуры серии ИРТ-4 предназначены для построения автоматических систем контроля и управления температурой производственных технологических процессов. Серия измерителей-регуляторов ИРТ-4 представлена следующими модификациями:

Стационарный двухканальный измеритель- регулятор температуры  (и других физических величин – расхода, уровня, давления и т. п.) ИРТ-4/2.	Стационарный многоканальный (от 1 до 16 каналов) измеритель-регулятор температуры (и других физических величин) ИРТ-4.

Приборы серий ИТ-17 и ИРТ-4 могут комплектоваться термопреобразователями различного конструктивного исполнения с диапазоном измеряемых температур от −200 до +1350⁰С.

Примеры термоэлектрических преобразователей:

ТП0395 – предназначены для работы при высоких температурах (выше +1000⁰С) в среде, содержащей О₂, Н₂О, SO₂, а также в расплавах металлов (Al, Zn, Cu и медесодержащих расплавов). Диапазон измеряемых температур: от 0 до +1350^ОС.

ТП0195 – высокотемпературные кабельные преобразователи температуры. Диапазон измеряемых температур: от −40 до +1300^ОС.

2.                  Пирометры – приборы для бесконтактного измерения температуры

2.1.                  Пирометр C-500.7 «Хрусталь» / «Кристалл» предназначен для бесконтактного измерения температуры поверхностей твердых (сыпучих) тел и расплавов различных материалов по их собственному тепловому излучению.

Особенности: •  узконаправленная оптика (1:185; 1:120) •  высокая достоверность прицеливания •  встроенный в оптический тракт индикатор •  измерение на большом расстоянии и через небольшие смотровые окна (от 15 до 20 мм) Диапазон измерения температуры: +800..+22000С / +700..+19900С.

2.2. Пирометр С-700 “Стандарт” предназначен для использования в качестве инфракрасного датчика с аналоговым выходом 4 … 20 мА или цифровым RS-485 при измерении температуры поверхностей твердых (в том числе сыпучих тел) и расплавов различных материалов по их собственному тепловому излучению бесконтактным способом.

Диапазон измерения температуры: +700…+2200⁰С.

Измерение микровлажности технологических газов

Гигрометры серии ИВГ-1 предназначены для непрерывного или периодического измерения точки росы и индикации температуры в неагрессивных газовых средах (азот, аргон, воздух, гелий, кислород, водород, элегаз и др.).

Серия представлена несколькими модификациями, отличающимися количеством каналов измерения (выносных датчиков), наличием встроенных реле (для подключения исполнительных устройств), а также конструктивным исполнением блока измерения и индикации.

Наиболее удобные и востребованные модели для эксплуатации в стекольном производстве:

Портативный одноканальный измеритель микровлажности газов ИВГ-1 К-П рекомендуется использовать для проведения оперативного контроля микровлажности неагрессивных технологических газов.

Стационарный одноканальный измеритель микровлажности газов ИВГ-1 МК-С-2А с 2 аналоговыми выходами, с питанием от сети 220 В.

Также выпускается модель  ИВГ-1 Р-МК-4Р-2А, в которой помимо 2-х аналоговых выходов присутствуют 4 встроенных реле для управления исполнительными устройствами.

 Гигрометры серии ИВГ-1 комплектуются выносными преобразователями (зондами) ИПВТ-08 различного конструктивного исполнения:

- в виде металлической проточной камеры                           - погружного типа с резьбой для

со штуцерами с резьбой М8х1 или М16х1,5                             гермообъемов

Диапазон измерения микровлажности газов для приборов ИВГ-1: от −80 (-90*) до 0°С по точке росы (*по заказу).

Достоинства приборов:

• - реализация принципа «Plug&Play», что обеспечивает возможность подключения к одному измерительному блоку нескольких первичных преобразователей различного конструктивного исполнения без дополнительной настройки;
• - возможность пересчета измеренных значений микровлажности в % отн. вл., ppm, °С т.р., мг/м³;
• - возможность пересчета значений микровлажности в зависимости от давления анализируемого газа;
• - возможность измерения микровлажности газа, находящегося под давлением до 2,5 *10⁶ кгс/м² (25 атм);
• - возможность установки по каждому измерительному каналу двух порогов звуковой и световой сигнализации;
• - реализована возможность работы с компьютером по интерфейсам RS-232, RS-485 и USB-порту. (для модели ИВГ-1 К-П - RS-232);
• - возможность протоколирования результатов измерений - гигрометры ИВГ-1 могут производить периодическую автоматическую запись измеренных значений в энергонезависимую память в режиме реального времени. Настройка записи, просмотр, сохранение данных производится с помощью специализированного программного обеспечения.

       Мониторинг концентрации газов

В настоящее время постоянный мониторинг концентрации токсичных и горючих газов, выделяющихся при производстве и обработке стекла, является одной из первоочередных задач современного стекольного производства.

Сжигание нефти и природного газа в топочных устройствах стекловаренных печей является причиной повышения содержания в почвенном покрове вокруг предприятий соединений азота, серы, ванадия, кадмия.

При неполном сгорании природного газа в печах может образовываться монооксид углерода (СО). Признаками отравления этим газом являются головная боль, шум в ушах, учащенное сердцебиение, давление в висках, тошнота, потеря сознания. При концентрации монооксида углерода (СО) 0,4—0,5% возможно отравление человека этим газом со смертельным исходом.

В процессе обжига стекла выделяется большое количество углекислого газа (СО₂), который оказывает на человека наркотическое действие, раздражает кожу и слизистые оболочки. Повышенный уровень углекислого газа в воздухе приводит к снижению рН крови, что ведет к ацидозу.

Для измерения и регулирования концентрации кислорода, угарного газа (монооксида углерода) и углекислого газа используются газоанализаторы серии ПКГ-4-К (О2), ПКГ-4-СО (СО) и ПКУ-4 (СО2). Эти приборы могут иметь как портативное, так и стационарное исполнение (с питанием 220В, 12В или 24В). Газоанализаторы этих серий дают возможность не только определять концентрацию кислорода (ПКГ-4-К), угарного газа (ПКГ-4-СО) и углекислого газа (ПКУ-4) одновременно в нескольких точках, но и регулировать ее при помощи исполнительных устройств. В приборах предусмотрено два порога сигнализации – «предупреждение» и «тревога» - оперативно информирующих персонал предприятия о предельно низкой или высокой концентрации анализируемого газа.

Газоанализаторы серий Хоббит и ОКА позволяют контролировать концентрации иных отравляющих газов и вредных химических соединений в воздухе рабочей зоны.

Анализируемые газы: ·        токсичные газы (оксид углерода CO, сероводород H2S, диоксид серы SO2, хлор Cl2, фтор F2, фтористый водород HF, аммиак NH3, озон O3); ·        кислород O2; ·        диоксид углерода CO2; ·        сумма горючих газов, приведенной к метану CH4 (или пропану C3H8, гексану C6H14, водороду H2, оксиду углерода CO).

Аттестация рабочих мест по условиям труда

ГОСТ 12.1.005-88 «Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» устанавливает общие санитарно-гигиенические требования к показателям микроклимата и допустимому содержанию вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Показателями, характеризующими микроклимат, являются:

- температура воздуха;

- температура поверхностей (учитывается температура поверхностей ограждающих   конструкций (стены, потолок, пол), устройств (экраны и т. п.), а также технологического оборудования или ограждающих его устройств);

- относительная влажность воздуха;

- скорость движения воздуха;

- интенсивность теплового облучения.

Для контроля перечисленных выше параметров предлагаем Вам следующие приборы:

1. Измерители относительной влажности и температуры (термогигрометры) серии ИВТМ-7

Приборы серии ИВТМ-7 выпускаются в различных модификациях с 1996 года. В настоящее время в эксплуатации находится более 20 000 приборов ИВТМ-7 разных моделей.

Вместе с тем, предприятие-изготовитель проводит постоянную работу по совершенствованию конструкции, технических и метрологических характеристик приборов.

Портативные термогигрометры ИВТМ-7 М предназначены для измерения температуры и относительной влажности воздуха. Они широко применяются для контроля параметров микроклимата по СанПиН различными организациями, в том числе различными санитарными службами, центрами гигиены и эпидемиологии, внутренними службами предприятий, занимающимися аттестацией рабочих мест.

К достоинствам приборов ИВТМ-7 М относятся:

·         ЖК- или светодиодная индикация показаний; ·        возможна как попеременная, так и  одновременная индикация 2-х измеряемых величин на дисплее - температуры и относительной влажности; ·        возможность настройки порогов сигнализации; ·        ручная запись в память измеренных значений; ·        прибор может производить периодическую автоматическую запись измеренных значений (до 10000 результатов измерений) в энергонезависимую память в режиме реального времени. Настройка записи, просмотр, сохранение данных производится с помощью программы MSingle-7A. Программа и ее описание поставляются по специальному заказу; ·        в приборах серии ИВТМ-7 М реализован пересчет результатов измерения влажности в различные единицы: % отн. вл., г/м3; ·        возможность крепления к стене; ·        приборы серии ИВТМ-7 М характеризует малое энергопотребление и длительное время работы от автономных элементов питания; ·        легко объединяются в измерительную сеть из однотипных и разнотипных приборов с последующим выводом параметров на компьютер. Эта возможность реализуется с помощью специального программного обеспечения NCServer и вспомогательного оборудования (адаптеров, преобразователей интерфейсов, радио-модема и др.).

Для автоматического поддержания микроклимата используются стационарные измерители относительной влажности и температуры воздуха серии ИВТМ-7. В этих приборах реализованы встроенные реле, которые в режиме реального времени осуществляют регулирование температурно-влажностного режима посредством включения/выключения исполнительных устройств (нагревателей, увлажнителей и др.). Приборы могут быть выполнены в щитовом (встраиваемом) корпусе.

2. Измерители скорости воздушного потока (термоанемометры) серии ТТМ-2

Для контроля скорости потока воздуха и организации системы вентиляции используют термоанемометры серии ТТМ-2. Приборы могут быть выполнены как в портативном, так и в стационарном варианте. Термоанемометры возможно объединять в сеть, создавая систему контроля скорости потока воздуха в различных точках.

К достоинствам ТТМ-2 относятся:

·        широкий диапазон измеряемых скоростей потока воздуха;

·        автоматический выбор предела измерений;

·        индикация текущих значений параметров измерений;

·        возможность протоколирования результатов измерений с последующей передачей их на компьютер по RS-232 (для портативных моделей) и RS-232, RS-485, USB (для стационарных моделей);

·        дополнительная индикация температуры;

·        в приборах предусмотрена возможность очистки памяти, что позволяет стереть накопленную информацию из памяти;

·        наличие функции усреднения показаний;

·        длительный срок работы без подзарядки аккумуляторов (ТТМ-2-01, ТТМ-2-02);

·        в стационарных моделях возможность пересчета скорости потока в расход (методом площадь-скорость).

Приборы, представленные в данной статье, отвечают следующим требованиям:

1. внесены в Госреестр РФ и поставляются со свидетельством о Государственной поверке;
2. поставляемое программное обеспечение позволяет поддерживать работу с компьютером как одного прибора, так и нескольких модификаций в составе единой измерительной сети;
3. предприятие проводит как гарантийное (от 12 до 24 месяцев), так и послегарантийное (сервисное) обслуживание поставляемой техники.

Нормативные ссылки:

1. ГОСТ 30407-96 «Посуда и декоративные изделия из стекла. Общие технические условия».

1. ГОСТ 12.1.005-88 «Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».

2. СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».

3. ГОСТ 111-90 «Стекло листовое. Технические условия».

4. Буров Ю. С. «Технология строительных материалов и изделий». М.: Высшая школа, 1972.

5. Кашкаев И. С., Шейман Е. Ш. «Производство глинянного кирпича». М.: Высшая школа, 1970.

6. Комар А. Г. «Технология производства строительных материалов.».М.: Высшая школа, 1980.

7. Макотинский М. П. «Новые отделочные материалы». М.: “Знание”, 1972.

8. Нациевский Ю. Д. «Справочник по строительным материалам». Киев: «Будивэльник», 1990.

9. Царицын М. А., Солинов В. Ф. «Технология строительного и технического стекла и шлакоситаллов». М.: Стройиздат, 1983.

При подготовке статьи использовалась информация с сайтов:

• http://revolution.allbest.ru/manufacture/00030352_0.html
• http://www.airliquide.ru/ru/your-activity/glass/glass-technologies.html