СПОСОБ ВАРКИ БЕСЦВЕТНОГО СТЕКЛА В ПРОИЗВОДСТВЕ СТЕКЛЯННОЙ ТАРЫ
METHOD OF COLOURLESS GLASS MELTING IN MANUFACTURE OF GLASSWARE

Техническое решение относится к стекольной промышленности и может быть использовано для варки бесцветного стекла в производстве стеклянной тары с применением инновационной технологии окрашивания стекломассы в канале питателя [1]. Окрашивание бесцветной стекломассы в одном из каналов питателей общей стекловаренной печи позволяет по данной технологии не только одновременно изготавливать в одном машинно-ванном цехе на разных стеклоформующих машинах бесцветные и цветные изделия из стекла, но и обеспечивает производителю стеклянной тары большую гибкость (по сравнению с окрашиванием стекломассы в стекловаренной печи) и эффективность за счет расширения номенклатуры и существенного сокращения потерь при оперативной смене цвета продукции.
Применение подобной технологии с точки зрения сокращения потерь и оптимизации объемов одновременного производства бесцветной и цветной стеклянной тары наиболее оптимально при варке стекла в стекловаренной печи мощностью около трехсот тонн стекломассы в сутки. Выработка стеклянной тары на производстве с такой стекловаренной печью может осуществляться на трех восьмисекционных машинах (изготовление изделий из бесцветного стекла) и одной шестисекционной машине (изготовление изделий из цветного стекла) с окрашиванием стекломассы в канале питателя.
Не смотря на то что длительность операций прямого перекрашивания бесцветной стекломассы в цветную и обратного перекрашивания цветной стекломассы в бесцветную в канале питателя составляет соответственно около 3-х и 9-ти часов (при окрашивании стекломассы в стекловаренной печи подобные операции длятся 4-8 суток), потери стекла при крупнотоннажном производстве стеклянной тары могут составлять от нескольких десятков до нескольких сотен тонн в течение только одного производственного цикла перекрашивания стекла. При этом на такое же количество снижается и объем возвратного бесцветного стеклобоя, которого, как правило, не хватает для ведения эффективной варки бесцветного стекла. Недостаток возвратного бесцветного стеклобоя, среднее количество которого в производстве стеклянной тары составляет примерно 10%, восполняется примерно таким же количеством привозного бесцветного стеклобоя, но и его обычно тоже не хватает. Поэтому представляет интерес утилизация цветного стеклобоя, собираемого на «холодном» и «горячем» участках линии возвратного окрашенного стеклобоя, образующегося при перекрашивании бесцветной стекломассы в одном из каналов питателей стеклоформующих машин.
Однако не все виды цветных стекол могут эффективно утилизироваться и использоваться в качестве стеклобоя при варке бесцветного стекла. Для этих целей может использоваться преимущественно бесцветный стеклобой, содержащий не более 1% темно-зеленого стекла и до 10% зеленого стекла. Количество же стекла других цветов не должно превышать 50 г на тонну бесцветного стеклобоя. В связи с этим цветной стеклобой из-за сложности сортировки и дозировки практически не применяется для варки бесцветного стекла, так как его использование может привести к цветовой и термической неоднородности стекломассы, появлению мелких пузырей в стекле («мошки») и нарушению светотехнических характеристик.
Особый интерес представляет использование цветного стеклобоя, получаемого при окрашивании бесцветной стекломассы в синий цвет с помощью красителя на основе оксида кобальта, который при очень малых концентрациях в стекле (примерно 0,00005-0,00008%) может выполнять функцию физического обесцвечивателя стекла [2]. Сущность физического обесцвечивания стекла заключается в том, что в состав стекла (состав шихты) вводят небольшое количество красителей, которые окрашивают стекло в цвет, дополнительный к цвету, создаваемому оксидами железа. Оксиды железа, содержащиеся в кварцевом песке, доломите и других компонентах стекольной шихты, вносят сине-зеленые и желто-зеленые оттенки в стекло, поэтому при варке бесцветного стекла используют либо высококачественное сырье с малым содержанием оксидов железа, либо вводят в состав шихты физические обесцвечиватели на основе селена (дает дополнительный розовый цвет) и оксида кобальта (дает дополнительный синий цвет). При этом розовая окраска стекла селеном в сочетании с синей окраской стекла оксидом кобальта компенсирует зеленоватый оттенок бесцветного стекла, создаваемый оксидами железа.
Очевидно, что один и тот же красящий компонент шихты, которым является оксид кобальта, может при разных концентрациях выполнять функции как красителя, так и обесцвечивателя стекла, а это позволяет в определенной пропорции использовать окрашенный в синий цвет стеклобой в производстве бесцветного стекла.
Известен способ утилизации смешанного цветного боя [3] с целью получения янтарного, зеленого или бесцветного стекла. Для регулирования цвета стекла в этом техническом решении к смеси стеклобоя добавляют обесцвечиватели (соединения Mn, Со, Ni, селениды для физического обесцвечивания; соединения Zn, Се, As для химического обесцвечивания) и краситель, который усиливает окраску стекла. Смесь разноцветного стеклобоя и добавок варят до получения заданного цвета стекла.
Недостатком подобного способа подготовки и варки смешанного стеклобоя является ограниченная возможность его применения в непрерывных технологических процессах производства бесцветного стекла из-за частых колебаний оттенков стекла, появления полос и слоев стекла другого цвета, сложности корректировки состава при непрерывной варке поступающих порций стеклобоя, каждая из которых имеет свой набор стекол, различающихся по химическому составу и цвету.
Известен также способ варки бесцветных и цветных железосодержащих стекол из стеклянного боя [4], включающий сортировку и дробление стеклобоя, подготовку шихты из крупных и мелких фракций стеклобоя, загрузку шихты на поверхность расплава стекломассы и варку стекла. Включение в шихту всех корректирующих, модифицирующих и осветляющих добавок в этом способе осуществляется путем их ввода в состав мелкой фракции стеклобоя.
Использование данного изобретения позволяет создавать воспроизводимые условия стекловарения и производства высококачественной однородной стекломассы в производстве стеклотары.
Недостатком же подобного технического решения применительно к варке бесцветного стекла является варка стекла из шихты, состоящей на 100% из стеклобоя. Такое количество бесцветного стеклобоя с однородным химическим составом обеспечить для крупнотоннажного (200-300 тонн стекломассы в сутки) производства стеклянной тары очень сложно, даже использую модифицирующие добавки. Это связано с тем, что используемая на заводах смесь привозного бесцветного стеклобоя, произведенного на разных стеклотарных заводах и заводах листового стекла, имеет различный химический состав как основных стеклообразующих компонентов, так и красящих и обесцвечивающих добавок. Исключается в данном способе и использование цветного стеклобоя при варке бесцветного стекол.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ производства окрашенного в массе стекла [5], включающий приготовление стекольной шихты, состоящей из основных стеклообразующих и красящих компонентов, загрузку шихты и смешанного стеклобоя в стекловаренную печь, периодическое перекрашивание бесцветной стекломассы в цветную, использование окрашенного стеклобоя с переходной концентрацией красителя и корректировку содержания красителя в шихте в зависимости от содержания красящих компонентов в окрашенном стеклобое.
Преимуществом этого способа является полная утилизация окрашенного стеклобоя и использование его в процессе стекловарения. Но данный способ применим только к окрашиванию стекла в массе непосредственно в стекловаренной печи и не может использоваться при варке бесцветного стекла с последующей его окраской в канале питателя. Исключена также в соответствии с данным способом и загрузка цветного стеклобоя в бесцветную стекломассу.
Решаемая задача - сокращение внутризаводских отходов окрашенного в синий цвет стекла, образующихся при окрашивании бесцветной стекломассы в канале питателя в производстве стеклянной тары и использование их для варки бесцветного стекла. Этот технический результат достигается тем, что в способе варки бесцветного стекла в производстве стеклянной тары, включающем приготовление шихты, состоящей из основных стеклообразующих и красящих компонентов, загрузку смеси шихты с возвратным и привозным стеклобоем в соотношении 80:10:10 в стекловаренную печь производительностью 300 тонн бесцветной стекломассы в сутки, изменение содержания красящих компонентов в шихте в зависимости от их содержания в возвратном окрашенном стеклобое, имеющем стабильную окраску, и возвратном стеклобое, образующемся при переходных процессах периодического перекрашивания бесцветной стекломассы, варку и выработку стекла, варку стекла осуществляют с периодическим окрашиванием в синий цвет бесцветной стекломассы, которое производят в одном из каналов питателей стеклоформующих машин производительностью 60 тонн стекломассы в сутки путем перемешивания в канале питателя бесцветной стекломассы, сваренной из шихты, содержащей 0,00005-0,00008% обесцвечивателя на основе оксида кобальта, с легкоплавкой фриттой, имеющей в своем составе краситель на основе оксида кобальта в количестве 0,001-0,0025% на тонну окрашиваемой стекломассы. При этом окрашенный стеклобой, образующийся на «холодном» и «горячем» участках производства окрашенной стеклянной тары в течение 3-х часов переходного процесса прямого перекрашивания бесцветной стекломассы в синий цвет и в течение 9-ти часов переходного процесса обратного перекрашивания цветной стекломассы в бесцветную, собирают с помощью линии возвратного окрашенного стеклобоя и складируют в первом закроме, в котором окрашенный стеклобой, имеющий пониженную переходную концентрацию красителя, перемешивают и усредняют до среднего содержания оксида кобальта в количестве 0,00025-0,000625% на тонну стеклобоя. А собираемый после завершения переходного процесса окрашенный стеклобой, имеющий стабильную окраску со средним содержанием оксида кобальта 0,001-0,0025% на тонну стеклобоя, транспортируют с помощью линии возвратного окрашенного стеклобоя во второй закром, из которого после накопления в нем двух-трех-суточного промежуточного запаса отходов стекла окрашенный стеклобой со стабильной окраской подают на участок дозирования привозного бесцветного стеклобоя, где его в количестве 2% от общего веса смеси шихты и стеклобоя добавляют к 10% привозного бесцветного стеклобоя и с помощью двухкомпонентного весового дозатора вместе с привозным бесцветным стеклобоем выгружают на линию, транспортирующую в стекловаренную печь смесь шихты и возвратного бесцветного стеклобоя, в которой уменьшают количество возвратного бесцветного стеклобоя до 8% и снижают содержание обесцвечивателя на основе оксида кобальта в шихте до 0,0-0,00006%. Причем по завершении программы производства окрашенной стеклотары и окончании запаса окрашенного стеклобоя со стабильным содержанием оксида кобальта усредненный окрашенный стеклобой с пониженным содержанием оксида кобальта из второго закрома аналогично подают на участок дозирования привозного бесцветного стеклобоя, где его в количестве 2% от общего веса смеси шихты и стеклобоя добавляют к 8% привозного бесцветного стеклобоя и аналогично с помощью двухкомпонентного весового дозатора вместе с привозным бесцветным стеклобоем выгружают на линию, транспортирующую в стекловаренную печь смесь шихты и возвратного бесцветного стеклобоя, в которой восстанавливают содержание возвратного бесцветного стеклобоя до 10% и снижают содержание в шихте обесцвечивателя на основе оксида кобальта до 0,0000375-0,000075%. Исходное же содержание привозного бесцветного стеклобоя в количестве 10%, а также исходное содержание обесцвечивателя на основе оксида кобальта в шихте в количестве 0,00005-0,00008% на тонну бесцветной стекломассы восстанавливают по окончании запасов окрашенного стеклобоя.
Преимуществом предлагаемого способа варки бесцветного стекла в производстве стеклянной тары является возможность загрузки в стекловаренную печь смешанного стеклобоя, состоящего из бесцветного и синего стекла, что позволяет полностью утилизировать стеклобой синего цвета, образующийся при использовании технологии окрашивания бесцветной стекломассы в канале питателя стеклоформующей машины.
Другим преимуществом является снижение себестоимости шихты за счет уменьшения количества оксида кобальта в шихте и компенсации этого уменьшения за счет оксида кобальта, содержащегося в окрашенном в синий цвет стеклобое. Причем используемый окрашенный в синий цвет стеклобой имеет по всем стеклообразующим компонентам тот же химический состав, что и окрашиваемое бесцветное стекло. Это при определенной пропорции совместно загружаемого бесцветного и окрашенного в синий цвет стеклобоя не нарушает термической и химической однородности бесцветного стекла во время варки и не ухудшает его светотехнические характеристики.
Кроме того, использование возвратного стеклобоя, окрашенного в синий цвет, восполняет снижение количества возвратного бесцветного стеклобоя при окрашивании бесцветной стекломассы в одном из каналов питателей, что позволяет не увеличивать подачу в стекловаренную печь бесцветного привозного стеклобоя, имеющего разнородный химический состав.
Реализация данного способа варки бесцветного стекла в производстве стеклянной тары поясняется с помощью транспортно-технологической линии (Фиг. 1) сбора, дозирования и загрузки в стекловаренную печь вместе с шихтой смешанного стеклобоя, состоящего из возвратного бесцветного стекла, привозного бесцветного стекла и синего возвратного стекла с разной концентрацией красителя на основе оксида кобальта.
Данная линия включает в себя: смеситель 1 шихты, входящей в состав дозировочно-смесительной линии (не показана); двухкомпонентный весовой дозатор 2 привозного бесцветного стеклобоя, хранящегося в первом бункере 3 запаса, и окрашенного стеклобоя, хранящегося во втором бункере 4 запаса; приемную воронку 5 с вибропитателем 6 разгрузки привозного стеклобоя; ковшовый элеватор 7 привозного стеклобоя; распределитель 8 потока привозного стеклобоя; конвейерную линию 9 транспортирования шихты и стеклобоя; ковшовый элеватор 10 транспортирования шихты и стеклобоя; распределитель 11 потока шихты и стеклобоя; промежуточный конвейер 12 шихты и стеклобоя; стекловаренную печь 13; каналы питателей 14, 15, 16 бесцветной стекломассы; канал питателя 17 с устройством 18 окрашивания бесцветной стекломассы; восьмисекционные стеклоформующие машины 19, 20, 21 (формование стеклянной тары из бесцветной стекломассы); шестисекционная стеклоформующая машина 22 (формование стеклянной тары из окрашенной или бесцветной стекломассы); поворотный лоток 23 сброса бесцветной и окрашенной горячей стекломассы; гранулятор 24 горячей бесцветной стекломассы; гранулятор 25 горячей окрашенной стекломассы; линии 26, 27, 28 инспекционного контроля качества бесцветной стеклянной тары; линия 29 инспекционного контроля качества цветной и бесцветной стеклянной тары; первый промежуточный конвейер 30 возвратного бесцветного стеклобоя; дробилку 31 возвратного бесцветного стеклобоя; сборочный конвейер 32 возвратного бесцветного стеклобоя; ковшовый элеватор 33 возвратного бесцветного стеклобоя; бункер 34 запаса возвратного бесцветного стеклобоя; весовой дозатор возвратного бесцветного стеклобоя; второй промежуточный конвейер 36 возвратного бесцветного стеклобоя; первый распределитель 37 потока возвратного окрашенного стеклобоя; дробилку 38 возвратного окрашенного стеклобоя; сборочный конвейер 39 возвратного окрашенного стеклобоя; ковшовый элеватор 40 возвратного окрашенного стеклобоя; промежуточный конвейер 41 возвратного окрашенного стеклобоя; второй распределитель 42 потока возвратного окрашенного стеклобоя; первый закром 43 окрашенного стеклобоя с пониженной концентрацией красителя; второй закром 44 окрашенного стеклобоя со стабильной концентрацией красителя; фронтальный ковшовый погрузчик 45, предназначенный для усреднения в закроме 43 окрашенного стеклобоя, имеющего переходную окраску, и для загрузки окрашенного и привозного бесцветного стеклобоя в приемную воронку 5 на участке дозирования привозного бесцветного и окрашенного стеклобоя.
Транспортно-технологическая линия работает следующим образом. В процессе работы линии во время выпуска бесцветной стеклянной тары шихта, имеющая базовый состав основных стеклообразующих компонентов и физических обесцвечивателей на основе селена и оксида кобальта, предназначенных для варки бесцветного стекла, выгружается из смесителя 1 на конвейерную линию 9 транспортирования шихты и стеклобоя. При этом количество оксида кобальта в шихте зависит от содержания оксидов железа в остальных сырьевых компонентах и варьируется в пределах 0,00005-0,00008% от массы шихты.
На эту же линию с помощью двухкомпонентного весового дозатора 2 подается порция привозного бесцветного стеклобоя в количестве 10% от общей массы шихты и стеклобоя, загружаемых в стекловаренную печь. Подача дозируемого привозного стеклобоя на первый вход двухкомпонентного весового дозатора 2 осуществляется из первого бункера 3 запаса привозного бесцветного стеклобоя, а заполнение этого бункера производится по транспортной цепочке, состоящей из приемной воронки 5, вибропитателя разгрузки 6, ковшового элеватора 7 привозного стеклобоя и распределителя потока 8 привозного стеклобоя.
Смесь шихты и отдозированной порции привозного бесцветного стеклобоя далее смешивается с порцией возвратного бесцветного стеклобоя в количестве 10% от общей массы шихты и стеклобоя, которая также выгружается на конвейерную линию 9 со второго промежуточного конвейера 36 возвратного бесцветного стеклобоя. Подача возвратного бесцветного стеклобоя на этот конвейер производится с помощью весового дозатора 35 возвратного бесцветного стеклобоя, загружаемого из соответствующего бункера 34 запаса.
Далее смесь шихты с привозным и возвратным бесцветным стеклобоем с общим соотношением 80:10:10 (шихта в этой смеси составляет 80%) перегружается на ковшовый элеватор 10 шихты и стеклобоя и через распределитель 11 потока, а также промежуточный конвейер 12 подается в бункера загрузчиков (не показаны) шихты и стеклобоя стекловаренной печи 13.
Из стекловаренной печи 13 сваренная бесцветная стекломасса поступает в каналы питателей 14, 15, 16 и 17, из которых капли расплавленной стекломассы попадают в стеклоформующие машины 19, 20, 21 и 22, расположенные на так называемом «горячем» участке. Сформованная стеклянная тара из стеклоформующих машин транспортируется к печам отжига (не показаны) и после отжига поступает на линии 26, 27, 28, 29 инспекционного контроля качества, находящиеся на «холодном» участке.
В процессе формования бесцветной стеклянной тары на стеклоформующих машинах 19, 20 и 21 некоторые горячие капли расплавленной стекломассы, а также горячие изделия с дефектами формования автоматически сбрасываются в гранулятор 24 горячей бесцветной стекломассы, представляющий из себя ванну с холодной водой, в которую погружен скребковый конвейер (не показан). В этот же гранулятор через поворотный лоток 23 бесцветной и окрашенной стекломассы, находящийся в соответствующем положении, поступает и отбракованное горячее стекло со стеклоформующей машины 22, работающей в исходном состоянии с бесцветной стекломассой.
При контакте с водой расплавленная стекломасса из-за термического удара рассыпается на мелкие гранулы, транспортируется скребковым конвейером и сбрасывается на сборочный конвейер 32 возвратного бесцветного стеклобоя.
С линий инспекционного контроля кондиционная продукция направляется на участок упаковки, а отбракованная стеклянная тара сбрасывается на первый промежуточный конвейер 30 возвратного бесцветного стеклобоя. Причем с линий 26, 27, 28 это делается напрямую, а с линии 29, работающей как с бесцветной, так и с окрашенной стеклотарой, -- через первый распределитель 37 возвратного окрашенного стеклобоя, находящийся в соответствующем положении. Далее возвратный бесцветный стеклобой с «холодного» участка производства стеклотары измельчается в дробилке 31 и после измельчения смешивается на сборочном конвейере 32 с возвратным бесцветным стеклобоем, образующемся на «горячем» участке линии возвратного бесцветного стеклобоя. Последующее транспортирование возвратного бесцветного стеклобоя и его загрузка в бункер 34 запаса осуществляется ковшовым элеватором 33.
При смене цвета выпускаемой стеклянной тары в данной схеме бесцветная стекломасса окрашивается в канале питателя 17, имеющем большую длину и оборудованном устройством 18 окрашивания стекломассы. Это устройство состоит из блока дозированной загрузки легкоплавкой красящей фритты, содержащей оксид кобальта в количестве 0,001-0,0025% на тонну стекломассы, и пропеллерных мешалок, интенсивно перемешивающих краситель с бесцветной стекломассой. На стеклоформующих машинах 19, 20, 21 при этом продолжается изготовление стеклянной тары из бесцветного стекла.
Очевидно, что в начальной стадии перекрашивания бесцветной стекломассы в цветную в канале питателя, а также при дальнейшем производстве цветной стеклянной тары и обратном перекрашивании цветной стекломассы в бесцветную на соответствующих «горячем» и «холодном» участках линии со стеклоформующей машиной 22 формируется стеклобой, который нельзя направлять в общую схему возвратного бесцветного стеклобоя. В этом случае окрашенный стеклобой необходимо утилизировать с помощью собственной линии возвратного стеклобоя.
Для этого производят переключение первого распределителя 37 возвратного бесцветного стеклобоя и поворотного лотка 23 сброса горячей стекломассы. После переключения этих механизмов отходы горячего окрашенного стекла со стеклоформующей машины 22
сбрасываются в гранулятор 25 горячей окрашенной стекломассы, а стеклобой с «холодного» участка линии 29 инспекционного контроля через первый распределитель 37 потока возвратного окрашенного стеклобоя направляется в дробилку 38 возвратного окрашенного стеклобоя.
Измельченный окрашенный стеклобой ссыпается из дробилки 38 на сборочный конвейер 39 возвратного окрашенного стеклобоя, на который также выгружается гранулированное окрашенное стекло из гранулятора 25 горячей окрашенной стекломассы. Получаемая при этом смесь возвратного окрашенного стеклобоя далее перегружается со сборочного конвейера 39 в ковшовый элеватор 40 и с помощью промежуточного конвейера 41 возвратного окрашенного стеклобоя, а также второго распределителя 42 потока окрашенного стеклобоя направляется либо в первый закром 43 окрашенного стеклобоя с пониженной концентрацией красителя, либо во второй закром 44 окрашенного стеклобоя со стабильной концентрацией красителя.
В закроме 43 собирается окрашенный стеклобой, образующийся на «горячем» и «холодном» участках стеклоформующей машины 22 во время прямого и обратного перекрашиваний стекломассы. За время операции прямого перекрашивания бесцветной стекломассы в синий цвет в канале питателя 17, длительность которой составляет примерно 3 часа, при производительности стеклоформующей машины 60 тонн продукции (или израсходованной стекломассы) в сутки и при 100% отходов образуется 7,5 тонн окрашенного стеклобоя. Причем примерно 1,5 тонны из этого объема отходов, которые образуются из стекломассы, находящейся в канале питателя между питателем (не показан) и устройством 18окрашивания стекломассы, почти не содержат красителя (это связано с некоторой инерционностью и транспортным запаздыванием процесса перекрашивания бесцветной стекломассы). Поэтому итоговое количество красителя на основе оксида кобальта (при его концентрации во фритте равной 0,001-0,0025% на тонну стекломассы) составляет в 7,5 тоннах отходов примерно: (6,0 тонн) - (0,001-0,0025%) = 0,00006-0,00015 тонн или 60-150 грамм.
Минимальное значение количества красителя равное 60,0 г соответствует его минимальной концентрации 0,001% в одной тонне стекломассы при производительности стеклоформующей машины 22 равной 60 тоннам в сутки. А максимальное значение 150 г соответствует максимальной концентрации 0.0025% красителя при производительности питателя 60 тонн стекломассы в сутки. Разное значение концентрации красителя в интервале 0,001-0,0025% на тонну стекломассы выбирается из расчета требуемого колера стекла, который может варьироваться от голубого до темно-синего цвета.
При обратном перекрашивании синей стекломассы в бесцветную и прекращении подачи красителя на участке канала питателя 17 от устройства окрашивания 18 до питателя находится примерно 1,5 тонны максимально окрашенного стекла. Общее количество красителя в этом объеме составляет примерно:
1,5 т ⋅ (0,001 - 0,0025%) = 0,000015 - 0,0000375 т или 15-37,5 грамм. Причем это количество красителя, многократно смешиваясь с поступающей бесцветной стекломассой, вырабатывается примерно за 9 часов. То есть остатки красителя будут находиться в 22,5 тоннах стекломассы (столько стекломассы проходит через питатель за 9 часов).
Таким образом общая масса стеклобоя, имеющего переходную окраску, полученную за 3 часа прямого и 9 часов обратного перекрашиваний, составляет 30 тонн, а суммарная масса красителя в этом стекле равна 75-187,5 грамм. Этот стеклобой в первом закроме 43 далее усредняется путем многократных пересылок (перегрузок) с места на место с помощью грейферного крана (не показан) или с помощью фронтального ковшового погрузчика 45. После подобного усреднения среднее количество оксида кобальта в одной тонне окрашенного стеклобоя составляет примерно 2,5-6,25 граммов или 0,00025-0,000625%.
По завершении переходного процесса прямого перекрашивания бесцветной стекломассы в синий цвет второй распределитель потока 42 возвратного окрашенного стеклобоя переключается на второй закром 44, в который по линии возвратного окрашенного стеклобоя аналогично начинает сбрасываться стеклобой со стабильным содержанием красителя на основе оксида кобальта в количестве 0,001-0,0025%) или примерно 10-25 грамм красителя на тонну стеклобоя (60-150 грамм красителя на 6 тонн возвратного окрашенного стеклобоя).
Стабильно окрашенный стеклобой из второго закрома 44, в котором предварительно накапливается двух-трех-суточный промежуточный запас отходов стекла, транспортируется фронтальным ковшовым погрузчиком 45 и ссыпается в приемную воронку 5, предназначенную как для загрузки привозного бесцветного стеклобоя, так и для загрузки возвратного окрашенного в синий цвет стеклобоя. Из воронки 5 окрашенный стеклобой с помощью вибрационного питателя 6 разгрузки привозного бесцветного стеклобоя, ковшового элеватора 7 и распределителя потока 8 перегружается во второй бункер 4 запаса, выход которого связан со вторым входом двухкомпонентного весового дозатора 2 привозного бесцветного стеклобоя. В этом случае двухкомпонентный весовой дозатор 2 может сначала взвешивать порцию привозного бесцветного стеклобоя в количестве 10% от общей массы смеси шихты и стеклобоя, а потом на бесцветный стеклобой дозировано загружать 2% окрашенного стеклобоя со стабильным (0.001-0,0025%) содержанием оксида кобальта.
Предварительное накопление двух-трех-суточного промежуточного запаса отходов стекла во втором закроме 44 необходимо для стабилизации последующей дозированной подачи в стекловаренную печь окрашенного стеклобоя со стабильным содержанием красителя. Этот запас стеклобоя в течение двух-трех суток также используется при обратном перекрашивании цветной стекломассы в цветную, позволяя за это время (сдвиг времени расхода стеклобоя со стабильным содержанием красителя формируется на начальном этапе образования этих отходов стекла) усреднить стеклобой с переходной окраской и определить в нем среднее содержание красителя на основе оксида кобальта.
Масса дозируемой порции стабильно окрашенного стеклобоя, которого при 10% отходов образуется примерно 6 тонн в сутки при работе шестисекционной стеклоформующей машины 22 (общее количество красителя в этом стеклобое равно 60-150 грамм), выбирается из следующих соображений. При 6 тоннах отходов окрашенного стеклобоя на каждую из 300 тонн вырабатываемой стекломассы приходится 20 кг окрашенного стеклобоя (6000 кг : 300 = 20 кг). В то же время на линиях трех восьмисекционных стеклоформующих машин 19, 20 и 21 образуется примерно 240 т (300 т - 60 т = 240 т) ⋅ 10% = 24 тонны бесцветного стеклобоя или по 80 кг на каждую из 300 тонн вырабатываемой стекломассы. Общее количество окрашенного стеклобоя и бесцветного стеклобоя составляет 6 т + 24 т = 30 тонн стеклобоя. Учитывая то, что и окрашенный в синий цвет стеклобой в количестве 6 тонн в сутки и бесцветный стеклобой в количестве 24 тонн в сутки имеют одинаковый химический состав по основным стеклообразующим компонентам (отличие только в концентрации оксида кобальта), весь этот возвратный стеклобой в количестве 10% от общей массы загружаемой смеси шихты и стеклобоя (включая и привозной стеклобой) можно использовать, не увеличивая содержание возвратного бесцветного стеклобоя. Наоборот, дозу возвратного бесцветного стеклобоя, расходуемого на одну тонну стекломассы, необходимо уменьшить на 20 кг (20% от дозы стеклобоя или 2% от общей массы смеси шихты и стеклобоя), которые восполняются 20-ю кг окрашенного стеклобоя со стабильной концентрацией оксида кобальта.
При загрузке 20 кг стеклобоя со стабильным содержанием красителя на каждую тонну стекломассы вносится следующее количество оксида кобальта: (60 - 150 г) : 300 = 0,2-0,5 грамм. Если для обесцвечивания бесцветной стекломассы требуется 0,5 грамм оксида кобальта на тонну стекломассы, то загружая 20 кг окрашенного стеклобоя с концентрацией красителя 0,5 грамм, можно обеспечить на 100% потребность стекломассы в обесцвечивателе, уменьшая до 0,0% его содержание в шихте. Загружая 20 кг стеклобоя с содержанием 0,2 грамма красителя, можно снизить количество обесцвечивателя в шихте до 0,00003%, что равносильно 0,3 грамм на тонну шихты.
Если же для обесцвечивания бесцветной стекломассы требуется 0,8 грамма оксида кобальта на тонну стекломассы, то загружая 20 кг окрашенного стеклобоя с концентрацией красителя 0,5 грамм, можно снизить содержание обесцвечивателя в шихте до 0,00003%, что соответствует 0,3 грамм на тонну шихты (0,8 - 0,5 = 0,3 грамма). При загрузке 20 кг стеклобоя с содержанием 0,2 грамма оксида кобальта соответствующее содержание количества обесцвечивателя в шихте должно составлять 0,6 грамм (0,8 - 0,2 = 0,6 грамм) на тонну или 0,00006%.
Таким образом, общий интервал содержания оксида кобальта в шихте при загрузке 20 кг стеклобоя со стабильным содержанием красителя на основе оксида кобальта должен находиться в пределах 0,0-0,00006% при потребности обесцвечивателя 0,5-0,8 грамм на тонну стекломассы.
Загрузку стабильно окрашенного стеклобоя в стекловаренную печь для варки бесцветного стекла можно осуществлять как в ходе производства окрашенной стеклотары, так и после обратного перехода на производство только бесцветных изделий. Но учитывая то, что при окрашивании стекломассы в одном из каналов питателей стеклоформующих машин количество возвратного бесцветного стеклобоя снижается, целесообразнее стеклобой со стабильной концентрацией оксида кобальта использовать в ходе производства окрашенной стеклотары, восполняя тем самым оптимальный баланс соотношения шихта: возвратный стеклобой: привозной стеклобой.
По окончании окрашенного стеклобоя со стабильным содержанием красителя на основе оксида кобальта и завершении программы совместного производства цветной и бесцветной стеклотары аналогичным образом можно использовать и усредненный стеклобой, имеющий пониженную концентрацию красителя. Для этого усредненный окрашенный стеклобой из первого закрома 43, в котором он за двое-трое суток до окончания стеклобоя со стабильным содержанием красителя усредняется, аналогично транспортируют фронтальным ковшовым погрузчиком 45 и ссыпают в приемную воронку 5. Из воронки 5 окрашенный стеклобой с помощью вибрационного питателя 6 разгрузки привозного бесцветного стеклобоя, ковшового элеватора 7 и распределителя потока 8 перегружается во второй бункер 4 запаса, выход которого связан со вторым входом двухкомпонентного весового дозатора 2 привозного бесцветного стеклобоя. В этом случае двухкомпонентный весовой дозатор 2 может сначала взвешивать порцию привозного бесцветного стеклобоя в количестве 8% от общей массы смеси шихты и стеклобоя, а потом на бесцветный стеклобой дозировано загружать 2% усредненного окрашенного стеклобоя с пониженным (0.00025-0,000625%) содержанием оксида кобальта.
Масса дозируемой порции усредненного окрашенного стеклобоя, которого при прямом и обратном перекрашиваниях бесцветной стекломассы образуется примерно 30 тонн в сутки при работе шестисекционной стеклоформующей машины 22 (общее количество красителя в этом стеклобое равно 75-187,грамм), выбирается из следующих соображений. При 30 тоннах отходов окрашенного стеклобоя, полученного при прямом и обратном перекрашиваниях, на каждую из 300 тонн вырабатываемой стекломассы в сутки приходится 100 кг окрашенного стеклобоя (30000 кг : 300 = 100 кг), что является нормой (10% от смеси шихты и стеклобоя) как для возвратного, так и привозного стеклобоя. Очевидно, что полностью заменять 10% возвратного бесцветного стеклобоя или 10% привозного бесцветного стеклобоя на окрашенный стеклобой нецелесообразно из-за резкого изменения суммарного химического состава загружаемого в печь стеклобоя. Наименьшее и оптимальное изменение суммарного химического состава смеси возвратного и привозного стеклобоя достигается, если дополнительное количество стеклобоя с другим химическим составом не превышает 10% от 20% стеклобоя (10% возвратный + 10% привозной) и составляет примерно 2% или 20 кг на тонну стекломассы. Учитывая то, что после завершения программы выпуска окрашенной стеклотары и окончания переходного процесса обратного перекрашивания количество бесцветного возвратного стеклобоя восстанавливается до 10%, уменьшать на 2% необходимо массу дозируемой порции привозного стеклобоя, соблюдая общее соотношение шихта:стеклобой, равное 80:20. В этом случае усреднение химического состава стекломассы в стекловаренной печи происходит наиболее эффективно и без резких колебаний.
Таким образом, оптимальная масса дозы усредненного окрашенного стеклобоя с пониженным содержанием красителя на основе оксида кобальта также составляет 20 кг. Поскольку масса дозы равная 20 кг является 1/1500-й частью (30000 кг : 20 кг = 1500) от общего количества (30 тонн) усредненного окрашенного стеклобоя, определим содержание оксида кобальта в этой дозе из следующего выражения: (75 - 187,5 г) : 1500 = (0,05 - 0,125 г), где (75 - 187,5 г) - общее количество оксида кобальта в усредненном окрашенном стеклобое.
При загрузке 20 кг стеклобоя с подобным содержанием красителя на каждую тонну стекломассы также можно снижать содержание оксида кобальта в шихте. Если для обесцвечивания бесцветной стекломассы требуется 0,5 грамм оксида кобальта на тонну стекломассы, то загружая 20 кг окрашенного стеклобоя с концентрацией красителя 0,125 грамма, можно снизить содержание обесцвечивателя в шихте до 0,375 грамм на тонну или до 0,0000375%. Загружая 20 кг стеклобоя с содержанием 0,05 грамма красителя, можно снизить количество обесцвечивателя в шихте до 0,45 грамм обесцвечивателя на тонну, что соответствует 0,000045%.
Если же для обесцвечивания бесцветной стекломассы требуется 0,8 грамма оксида кобальта на тонну стекломассы, то загружая 20 кг окрашенного стеклобоя с концентрацией красителя 0,125 грамма, можно уменьшить содержание обесцвечивателя в шихте до 0,675 грамм на тонну (до 0,0000675%). А при загрузке 20 кг стеклобоя с содержанием 0,05 грамма оксида кобальта соответствующее количество обесцвечивателя в шихте должно составлять примерно 0,75 грамм или 0,000075%.
Таким образом, общий интервал сниженного содержания оксида кобальта в шихте при загрузке на тонну шихты 20 кг стеклобоя с усредненным пониженным содержанием красителя на основе оксида кобальта находится в пределах 0,0000375-0,000075% при потребности обесцвечивателя 0,00005-0,00008% (0,5-0,8 грамм на тонну стекломассы).
Период загрузки 30 тонн отходов стекла порциями по 20 кг усредненного окрашенного стеклобоя с пониженной концентрацией красителя на тонну шихты составляет 5 суток, после чего восстанавливают исходное содержание привозного бесцветного стеклобоя до 10% в смеси шихта: стеклобой, а также приводят содержание оксида кобальта в шихте до значения 0,00005-0,00008%.
После завершения периода выпуска окрашенной стеклотары (20-40 дней) и окончании переходного периода обратного перекрашивания цветной стекломассы в бесцветную в канале питателя 17 поворотный лоток 23 сброса бесцветной и окрашенной стекломассы, а также первый распределитель 37 потока возвратного окрашенного стеклобоя переключаются в исходное положение, соответствующее сбору возвратного бесцветного стеклобоя с четырех линий стеклоформующих машин 19, 20, 21 и 22.
Реализация данного способа варки бесцветного стекла в производстве бесцветной стеклянной тары поясняется дополнительными примерами.
Пример №1
Печь производительностью 300 тонн бесцветной стекломассы в сутки. Окрашивание бесцветной стекломассы в синий цвет осуществляется в канале питателя производительностью 60 тонн цветной стекломассы в сутки. Количество окрашенного стеклобоя со стабильной концентрацией красителя составляет 6 тонн в сутки (10% отходов). Количество красителя на основе оксида кобальта в легкоплавкой фритте составляет 20 грамм на тонну окрашиваемой стекломассы, что соответствует 0,002% (синее стекло). Требуемое количество обесцвечивателя на основе оксида кобальта в бесцветной стекломассе равно 0,6 грамм на тонну (0,00006%).
В 6 тоннах стеклобоя содержится 120 грамм (6 тонн ⋅ 0,002%) красителя на основе оксида кобальта. Соответственно масса красителя в 20-киллограмовой порции стеклобоя, загружаемого вместе с каждой из трехсот тонн шихты, равна 0,4 грамма (120:300) или 0,00004%. Из этого следует, что при загрузке с каждой тонной шихты 20-и килограмм окрашенного стеклобоя со стабильной концентрацией красителя можно снизить содержание обесцвечивателя в шихте до 0,00002% (0,00006-0,00004%). Количество возвратного бесцветного стеклобоя при этом составляет 8%, количество окрашенного стеклобоя - 2%, количество привозного бесцветного стеклобоя - 10%. Общее количество стеклобоя - 20% при соотношении шихта:стеклобой 80:20.
Пример №2
Печь производительностью 300 тонн бесцветной стекломассы в сутки. Окрашивание бесцветной стекломассы в синий цвет осуществляется в канале питателя производительностью 60 тонн цветной стекломассы в сутки. Количество окрашенного стеклобоя, образующегося при прямом и обратном перекрашиваниях бесцветной стекломассы, равно 30 тоннам (7,5 + 22,5 = 30 тонн). Требуемое количество обесцвечивателя на основе оксида кобальта в бесцветной стекломассе равно 0,5 грамма на тонну (0,00005%). Количество красителя на основе оксида кобальта в легкоплавкой фритте составляет 20 грамм на тонну окрашиваемой стекломассы, что соответствует 0,002% (синее стекло).
В 7,5 тоннах стеклобоя, образующегося при прямом перекрашивании, содержится 120 грамм (6 тонн 0,002%) красителя на основе оксида кобальта (начальные 1,5 тонны из 7,5 тонн практически не окрашены). А в 22,5 тоннах стеклобоя, образующегося при обратном перекрашивании, находится 30 грамм красителя (1,5 тонны ⋅ 0,002%), что связано с циркуляцией и постепенным выходом красителя, находящегося в объеме канала питателя между питателем и устройством окрашивания бесцветной стекломассы после прекращения подачи красителя.
Общее содержание красителя в 30 тоннах усредненного окрашенного стеклобоя равно 150 грамм или 5 грамм на тонну. Соответственно масса красителя в 20-киллограмовой порции стеклобоя (одна пятидесятая часть от тонны), загружаемого вместе с каждой из трехсот тонн шихты, равна 0,1 грамма (5:50) или 0,00001%. Из этого следует, что при загрузке с каждой тонной шихты 20-и килограмм усредненного окрашенного стеклобоя с пониженной концентрацией красителя можно снизить содержание обесцвечивателя в шихте до 0,00004% (0,00005-0,00001%). Количество возвратного бесцветного стеклобоя при этом составляет 10% (все стеклоформующие машины вырабатывают изделия из бесцветного стекла), количество окрашенного стеклобоя - 2%, количество привозного бесцветного стеклобоя - 8%. Общее количество стеклобоя - 20% при соотношении шихта:стеклобой 80:20.
Таким образом, используя окрашенный в синий цвет с помощью оксида кобальта стеклобой, имеющий разную концентрацию красителя, можно использовать в определенной пропорции для варки бесцветного стекла в качестве обесцвечивателя. Это позволяет в производстве стеклянной тары с окрашиванием стекломассы в канале питателя полностью утилизировать отходы окрашенного стеклобоя и частично или полностью исключать оксид кобальта из состава шихты во время загрузки окрашенного стеклобоя в печь для варки бесцветного стекла.
Источники информации
1. Майтланд Ф. Цветное стекло - это просто // Glass Russia. 2014. №6. С. 40-46.
2. Маневич В.Е., Субботин К.Ю., Ефременков В.В. Сырьевые материалы, шихта и стекловарение. РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ». 2008 г. 223 с.
3. Способ утилизации смешанного цветного стеклобоя с целью получения янтарного, зеленого или бесцветного стекла. Патент на изобретение №737868, Австралия, опубл. 06.09.2001 г.
4. Кондрашов Д.В. Способ варки бесцветных и цветных железосодержащих стекол из стеклянного боя. Патент РФ на изобретение №2250879, опубл. 27.04.2005 г.
5. Ефременков В.В. Способ производства окрашенного в массе стекла. Патент РФ на изобретение №2588013, опубл. 27.06.2016 г.