Введение к работе
Актуальность темы. В условиях современной рыночной экономики для успешного развития производства строительных материалов, в том числе стекла, необходимо опережающее развитие сырьевой базы и выбор путей наиболее эффективного их использования Качество и свойства вырабатываемых стеклоизделий находятся в прямой зависимости от однородности стекломассы, которую, наряду с технологическими параметрами, определяют также применяемые сырьевые материалы, способы их обработки и подготовки шихты
Основным источником щелочного сырья в технологии флоат-стекла является техническая кальцинированная сода, посредством которой в состав стекла вводится до 14 мае % оксида натрия и которая является наиболее дорогостоящим компонентом стекольной шихты, существенно влияющим на его себесгоимость Стекольная отрасль - крупнейший потребитель кальцинированной технической соды Так, в 2006 году стекольной промышленностью было использовано 1,4 млн тонн щелочного сырья, а к 2010 году ожидается увеличение потребления до 40 % Мировая потребность в кальцинированной технической соде, оцениваемая в 33 млн т/год, удовлетворяется на 60 % по способу получения «Solvay process» Разработанный в России комплексный и безотходный гидрохимический метод производства соды из известняка и нефелиновых руд успешно реализован на «Ачинском глиноземном комбинате» для получения кальцинированной технической соды из нефелинового сырья, в качестве сопутствующего продукта при производстве глинозема У нас в стране и за рубежом имеются публикации, указывающие на возможность использования нефелиновой соды в технологии стекла преимущественно тарного. Однако, отсутствует опыт ее применения в производстве высококачественного флоат-стекла, в частности, окрашенного в массе соединениями железа, кобальта и селена со специальными светотехническими свойствами
Все исследования, направленные на выявление и изучение альтернативных щелочесодержащих материалов, улучшение их свойств и вовлечение в производство новых поставщиков сырья, являются перспективными и актуальными, так как устраняют дефицит и расширяют сырьевую базу стеклоделия, способствуя снижению себестоимости вырабатываемой продукции и одновременно решают экологический аспект проблемы
Однако, замена одною из основных компонентов стекольной шихты связана с определенными трудностями такими, как разница в химическом составе и физико-химических свойствах щелочесодержащего сырья, непостоянство содержания примесных составляющих Так, замена в составе шихты традиционной аммиачной соды марки «Б» («легкая») на марку «А» («тяжелая») или на нефелиновую (сода «АГК», сода «РУСАЛ») приведет к
изменению качества и свойств шихты, изучение которых представляет научный и практический интерес В связи с тем, что перевод технологии с одного вида соды на другой в условиях непрерывнодействующего производства должен производиться оперативно, без потери качества вырабатываемой продукции, рассматриваемая тема является весьма актуальной
Цель работы заключалась в разработке научных основ и технологических приемов эффективного использования разных видов соды в непрерывно действующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла путем исследования их влияния на процессы шихтоприготовления, стекловарения и свойства стекломассы
Для достижения поставленной цели в задачи исследований входило
проведение научно обоснованного поиска альтернативных щепочесодержащих материалов,
проведение комплексных исследований физико-химических свойств разных видов соды и изучение их влияния на процессы шихтоприготовления, стекловарения и свойства стекломассы,
построение математической зависимости качественных свойств стекла от компонентного состава применяемого щелочесодержащего сырья,
разработка технологических приемов шихтоприготовления и стекловарения при использовании в производстве окрашенного в массе светотеплозащитного стекла разных видов соды,
апробация технологических режимов в опытно-промышленных условиях с выработкой продукции на непрерывнодействующей флоаг-линии
Научная новизна работы заключается в том, что впервые
теоретически обоснована и экспериментально выявлена принципиальная возможность применения в непрерывнодействующей производстве окрашенного в массе флоат-стекла разных видов соды, включая соду из нефелинового сырья, отличающуюся нестабильным содержанием основного вещества и примесных составляющих (сульфата и карбоната калия и оксида железа)
Разработаны основные принципы управления процессом перевода технологии светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла с одного вида соды на другой в условиях непрерывнодействующего производства, заключающиеся в направленном изменении свойств шихты и окислительно-восстановительных условий стекломассы
Разработан и обоснован механизм направленного регулирования свойств, качества и реакционной способности стекольной шихгы, заключающийся в применении для каждого вида соды индивидуального режима шихтоприготовления, основывающегося на взаимосвязи химического и дисперсного составов соды со степенью ее влагопоглощения и гидратации
4 Установлена взаимосвязь вещественного состава соды с окислительно-восстановительными условиями в шихте и варочными свойствами стекломассы окрашенной соединениями селена, кобальта и железа
Показана эффективность использования в технологии светотеплозащитного окрашенного в массе флоат-стекла таких параметров, как химическая потребность шихты в кислороде и содержание железа в вырабатываемом стекле в форме FeO в качестве показателей окислительно-восстановительных условий в шихте и в расплаве стекломассы и как средства для регулирования стабильности процесса стекловарения при работе на разных видах соды
Разработано уравнение регрессии и построены линии регрессии, позволяющие управлять качеством осветления стекломассы, путем оптимизации состава шихты, основывающиеся на установленной взаимосвязи - «содержание сульфатной составляющей в соде «АГК» -качество стекломассы - количество необходимого для подшихтовки сульфата натрия»
Практическая значимость работы состоит в следующем
разработаны эффективные технологические приемы, позволяющие комплексно использовать разные виды соды в непрерывнодействующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла,
разработаны для каждого вида соды индивидуальные режимы шихтоприготовления, обеспечивающие качество и реакционную способность шихты,
разработанная технология прошла испытания на лабораторных и опытно-промышленных установках и внедрена на промышленной флоат-линии производительностью 150 т стекломассы в сутки при производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла,
установлено, что для повышения качества вырабатываемого флоат-стекла эффективным является применение при использовании соды «АГК» подшихтовки сульфатом натрия в количестве 1-7 кг/1000 кг шихты с целью повышения основности шихты до контрольного уровня (16-19 О2" /100 г шихты) и стабилизации процесса варки и светотехнических характеристик,
предложенный метод расчета необходимого для подшихтовки сульфата натрия и построенные линии регрессии, позволяют с достаточной надежностью управлять процессом осветления стекломассы;
на основании полученных результатов внесены изменения и дополнения в основной Технологический Регламент производства окрашенного в массе светотеплозащитного фчоат-стекла в раздел, касающийся шихтоприготовления и стекловарения,
7. результаты исследований использованы в качестве практических рекомендаций Компанией «РУСАЛ» при модернизации технологии и выпуске нового вида улучшенной модифицированной кальцинированной
технической соды из нефелинового сырья - соды «РУСАЛ», выход которой в 2006 г составил более 55 % от общего объема производства, 8 возможность использования кальцинированной технической соды из нефелинового сырья в качестве основного щелочесодержащего компонента стекольной шихты в производстве флоат-сіекла одновременно решает вопрос сырья и экологии, так как в многотоннажном производстве используется побочный продукт получения глинозема Годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии в непрерывнодейсгвующем производстве окрашенного в массе светотеплозащитного флоат-стекла при применении соды «АГК» в качестве основного щелочесодержащего компонента составил 5,56 млн рублей
Диссертационная работа выполнена в Саратовском Государственном технологическом университете (СГТУ) и ОАО «Саратовский институт стекла» и является частью работ комплексных научно-исследовательских программ ГНКГ СИР «Промышленная экология Нижнего Поволжья»
Достоверность результатов работы подтверждается применением
комплекса современных и взаимодополняющих методов,
дериватографического и термогравиметрического, рентгенофазового анализов, микроскопии, стандартных методов испытания технологических, физико-химических и светотехнических характеристик, опытно-промышленными и промышленными испытаниями Внедрение результатов работы:
Разработанная технология внедрена в ОАО «Саратовский институт стекла» и с 1998 г используется в качестве практического руководства на промышленной флоат-линии производительностью 150 т стекломассы в сутки, представляющей собой стекловаренную печь регенеративного типа, ванну с расплавом олова и печь отжига
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международных научно-технических конференциях в ОАО «Саратовский институт стекла» (г Саратов, 2000, 2003, 2006 гг), в Саратовском Государственном Технологическом Университете «Композит-2001» (Саратов, 2001, 2003, 2006 гг.), в Белгородском Государственном Технологическом университете им В Г. Шухова» (Белгород. 2003, 2005, 2006 гг), на Международной научно-практической конференции «Наука и технология силикатных материалов -настоящее и будущее», (Российский Химико-технологический университет им ДИ Менделеева, Москва, 14-17 октября 2003 г), на Международной выставке «Сибстройстекло» «Технологии, машины и материалы» (Новосибирск, 2003 г)
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 98 наименований отечественных и зарубежных источников и приложений Текст диссертации изложен на 162 сфаницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 60 таблиц и 3 приложения
