Отгряване на стъкло

Силата на взаимодействие върху единично напречно сечение вътре в веществото се нарича вътрешно напрежение. Вътрешното напрежение на стъклото може да бъде разделено на три категории според различните причини за генерирането му.
(1) Термично напрежение в стъкло Напрежението, генерирано в стъклото поради температурна разлика, се нарича термично напрежение. Според характеристиките си на съществуване се разделя на временен стрес и постоянен стрес.
1 Временно напрежение Термичното напрежение, генерирано, когато стъклото в температурния диапазон на еластична деформация с температура, по-ниска от точката на деформация, претърпява неравномерни температурни промени по време на нагряване или охлаждане, се нарича временно напрежение. Това напрежение съществува при наличието на температурен градиент и изчезва с изчезването на температурния градиент.
2 Постоянно напрежение Термичното напрежение, което остава в стъклото, след като температурният градиент между вътрешния и външния слой на стъклото изчезне, се нарича постоянно напрежение. Генерирането на постоянно напрежение в стъклото е резултат от релаксация на напрежението в температурния диапазон на деформация. За да се намали генерирането на постоянно напрежение, подходящата температура на отгряване и скоростта на охлаждане трябва да бъдат избрани в съответствие с химичния състав на стъклото и дебелината на продукта, така че стойността на остатъчното напрежение да е в рамките на допустимия диапазон.
(2) Структурно напрежение в стъклото Напрежението, генерирано в стъклото поради структурни неравности, причинени от неравномерен химичен състав, се нарича структурно напрежение. Структурното напрежение е постоянно напрежение. Например, по време на процеса на топене на стъкло, поради лоша хомогенизация на топенето, се генерират дефекти като ивици и камъни. Химическият състав на тези дефекти е различен от този на основното стъкло, а коефициентите им на разширение също са различни. След като температурата достигне стайна температура, съседните части с различни коефициенти на разширение се свиват по различен начин, причинявайки напрежение в стъклото. Това напрежение, причинено от присъщата структура на стъклото, не може да бъде елиминирано чрез отгряване.
(3) Механично напрежение на стъклото. Механичното напрежение се отнася до напрежението, причинено от външна сила, действаща върху стъклото. Това е временен стрес. Изчезва, когато външната сила изчезне.

Отгряването на стъклото е процес на термична обработка за намаляване или премахване на постоянния стрес, генериран в стъклото по време на процеса на формоване или топлинна обработка и подобряване на характеристиките на стъклото.
Според причината за образуването на напрежение в стъклото, отгряването на стъклото се състои по същество от два процеса: намаляване и елиминиране на напрежението; предотвратяване на генерирането на нов стрес. Стъклото няма фиксирана точка на топене. Охлажда се от висока температура и се превръща от течен в крехък твърд материал. Този температурен диапазон се нарича температурен диапазон на преход. Горната гранична температура е температурата на омекване, а долната гранична температура е температурата на прехода. В температурния диапазон на прехода частиците в стъклото все още могат да се движат, т.е. при определена температура близо до температурата на прехода запазването на топлината и изравняването могат да елиминират топлинния стрес в стъклото. Тъй като стъклото е вискоеластично тяло в този момент, въпреки че напрежението може да се отпусне, то няма да промени външния вид на продукта.

(1) Температура на отгряване и температурен диапазон на отгряване на стъкло За ​​да се елиминира постоянното напрежение в стъклото, стъклото трябва да се нагрее до определена температура под температурата на встъкляване Tg за запазване на топлината и изравняване, за да се елиминира температурният градиент на всяка част от чашата и отпуснете стреса. Тази температура на запазване на топлината и изравняване се нарича температура на отгряване. Най-високата температура на отгряване на стъклото се отнася до температурата, при която 95% от напрежението може да бъде елиминирано след 3 минути, което е еквивалентно на точката на отгряване (n-1012Pa·s), наричана още горна температура на отгряване ; най-ниската температура на отгряване се отнася до температурата, при която само 5% от напрежението може да бъде елиминирано след 3 минути. Нарича се още по-ниска температура на отгряване. Температурният диапазон от най-високата температура на отгряване до най-ниската температура на отгряване се нарича температурен диапазон на отгряване. Температурният диапазон на отгряване обикновено е 50 ~ 150 градуса. Най-високата температура на отгряване на стъклото на бутилка е 550 ~ 600o градуса. В действителното производство температурата на отгряване обикновено се използва с 20~30 градуса по-ниска от най-високата температура на отгряване. Най-ниската температура на отгряване е 50~150 градуса по-ниска от най-високата температура на отгряване. Температурата на отгряване на стъклото е свързана с неговия химичен състав. Всеки състав, който може да намали вискозитета на стъклото, може също да намали температурата на отгряване.

(2) Процес на отгряване на стъкло Процесът на отгряване на стъклени продукти включва четири етапа: нагряване, запазване на топлината, бавно охлаждане и бързо охлаждане. Според скоростите на нагряване и охлаждане, температурата на запазване на топлината и времето на всеки етап, може да се начертае крива на връзката между температура и време. Фигура 2-35 е кривата на отгряване.
Първият етап е етапът на нагряване. Основната задача е да се загрее продуктът до температурата на отгряване. Когато стъкленият продукт се оформя и изпраща в пещта за отгряване, поради спада на температурата на самия продукт по време на операцията по формоване и процеса на транспортиране, температурата на продукта обикновено е по-ниска от температурата на отгряване на стъклото при влизане в пещта за отгряване , особено за някои тънкостенни продукти. Следователно, когато продуктът влезе в пещта за отгряване, продуктът трябва да се нагрее до температурата на отгряване, определена предварително.

Когато стъклото се нагрява, неговият повърхностен слой е подложен на напрежение на натиск, а вътрешният му слой е подложен на напрежение на опън. Тъй като якостта на натиск на стъклото е около 10 пъти по-голяма от якостта му на опън, скоростта на нагряване може да бъде съответно по-бърза. Обаче сборът от временното напрежение, генерирано от температурния градиент, и присъщото постоянно напрежение по време на процеса на нагряване не може да бъде по-голямо от неговата граница на якост на опън, в противен случай ще се счупи. При действителното производство фактори като еднаквостта на дебелината на стъклените продукти, размерът и формата на продуктите и равномерността на разпределението на температурата в пещта за отгряване ще повлияят на нагряването и скоростта на нагряване.
Отгряването веднага след формирането на продукта се нарича първично отгряване, а отгряването след охлаждане на продукта се нарича вторично отгряване. Производството на продукти от стъкло за бутилки и кутии винаги приема първичния метод на отгряване на влизане в пещта за отгряване веднага след формоването. За някои продукти със сложни форми, неравномерна дебелина на стената или дебелина на дъното на бутилката над 8 mm, е строго забранено използването на пещ за еднократно отгряване за вторично отгряване. Ако е необходимо повторно отгряване, трябва да се избере пещ за вторично отгряване за отгряване, в противен случай стъклените продукти ще се спукат. Например продуктите за повърхностни лепенки принадлежат към вторичното отгряване, а пещта за печене се използва за отгряване на продукта за вторично отгряване. За някои продукти, които трябва да бъдат обработени чрез сушене, ако напрежението е твърде голямо след сушене, също е необходимо вторично отгряване, за да се елиминира напрежението.
Вторият етап е етапът на изолация, чиято основна цел е да елиминира температурния градиент, генериран от бързото нагряване, и да елиминира присъщото вътрешно напрежение в продукта. Накарайте температурната разлика между температурата на повърхността и вътрешния слой на продукта да изчезне. В този етап първо трябва да се определи температурата на отгряване, последвана от времето на изолация. Обикновено температурата на отгряване е 20~30 градуса по-ниска от горната граница на температурата на отгряване. В допълнение към директното измерване, температурата, при която вискозитетът е 1012Pa·s, може също да бъде изчислена въз основа на състава на стъклото. Когато се определи температурата на отгряване, времето за изолация може да се изчисли според 70a2~120a2 или според допустимата стойност на напрежението.
Обикновено за продукти с дебели стени температурното време трябва да е по-дълго, така че напрежението в продукта да може да се отпусне напълно, в противен случай в продукта ще остане голямо вътрешно напрежение. За тънкостенни продукти времето за изолация може да бъде подходящо по-кратко.
Третият етап е етапът на бавно охлаждане на продукта в пещта за отгряване. След определен период на запазване на топлината при температурата на отгряване първоначалното напрежение на продукта е елиминирано. За да се предотврати генерирането на постоянно напрежение след охлаждане или да се намали до диапазона на напрежение, изискван от продукта, е необходимо бавно охлаждане след изравняване, за да се предотврати образуването на постоянно напрежение.
Четвъртият етап е етапът на бързо охлаждане на стъклото. Началната температура на бързото охлаждане трябва да бъде по-ниска от точката на деформация на стъклото, тъй като структурата на стъклото е напълно фиксирана под точката на деформация. Въпреки че в този момент се генерира температурен градиент, няма да се генерира постоянно напрежение. В етапа на бързо охлаждане може да се генерира само временно напрежение. Под предпоставката да се гарантира, че стъклените продукти няма да се счупят поради временен стрес, те могат да бъдат охладени възможно най-бързо.
В действителното производство се използва по-ниска скорост на охлаждане. За общо стъкло се вземат 15%~20% от тази стойност, а за оптично стъкло по-малко от 5%.
Общото време за отгряване на стъклените продукти е сумата от времето за нагряване, запазване на топлината, бавно охлаждане и бързо охлаждане. Скоростта на отгряване на всеки етап трябва да бъде ограничена до допустимата стойност на напрежение, което продуктът може да издържи. Първо, определете най-подходящата крива на отгряване чрез изчисление и обикновено я коригирайте в производствената практика. За бутилка стъкло! Системата за отгряване е показана в таблица 2-34.

(3) Въпроси, които трябва да се отбележат при формулирането на системата за отгряване. Температурата на отгряване на стъклото за бутилки трябва да бъде зададена според размера на продукта, теглото, състава на стъклото, температурата на пещта на продукта и структурните характеристики на всяка пещ за отгряване. В същото време трябва да се имат предвид и следните точки.
① Влиянието на температурната разлика в пещта за отгряване Въпреки много технически мерки, разпределението на температурата в напречното сечение на пещта за отгряване все още е неравномерно, което прави температурата на продукта неравномерна. Следователно, когато се формулира системата за отгряване, времето за изолация трябва да бъде подходящо удължено и бавната скорост на охлаждане трябва да бъде по-ниска от скоростта на охлаждане, съответстваща на действителната допустима стойност на постоянно напрежение, обикновено половината от допустимата стойност на напрежението се взема за изчисление. Определянето на скоростта на нагряване и скоростта на бързо охлаждане също трябва да вземе предвид влиянието на температурната разлика в пещта за отгряване.
Когато продуктът не се нуждае от студено пръскане, разстоянието между бутилките във веригата на пещта за отгряване трябва да бъде възможно най-близо, без да се засяга топлинният цикъл и топлинният цикъл на вятъра в пещта. Обикновено 15~20 mm е подходящо. Освен това трябва да се вземат предвид височината и формата на бутилката. Ако бутилката е по-висока, може да се вземе горната граница на разстоянието, а ако бутилката е по-къса, може да се вземе долната граница. Когато продуктът се нуждае от студено пръскане, разстоянието на бутилката трябва да се базира на пръскането от студения край, което може да пръска равномерно върху тялото на бутилката.
③ Проблеми с отгряването на продукти с дебели стени и сложни форми Температурната разлика между вътрешния и външния слой на продуктите с дебели стени е голяма. Следователно, в рамките на температурния диапазон на отгряване, времето за изолация на дебелостенните продукти трябва да бъде съответно удължено, така че температурата на вътрешния и външния слой на продуктите да може да бъде постоянна, но скоростта на охлаждане също трябва да се забави съответно и общото време на отгряване трябва да се удължи. Трябва да се отбележи, че удължаването на времето за изолация на дебелостенни продукти не е пропорционално на дебелината на продуктите. Това е така, защото натоварването е по-голямо след увеличаване на дебелината. Ако продуктите се държат на по-висока температура за дълго време, те лесно се деформират. Продуктите със сложни форми са склонни към концентрация на напрежение. Следователно те трябва да използват относително ниска температура на изолация като дебелостенни продукти и времето за изолация трябва да бъде подходящо удължено. Степента на нагряване и охлаждане трябва да е бавна.
④ Проблеми с отгряването на различни видове продукти в една и съща пещ Когато продукти с еднакъв химичен състав и различни дебелини се отгряват в една и съща пещ за отгряване, температурата на отгряване трябва да се определи според продукта с най-малка дебелина на стената, за да се избегне деформация на тънки продукти. Въпреки това, времето за изолация трябва да бъде подходящо удължено и скоростите на нагряване и охлаждане трябва да се определят според продукта с най-голяма дебелина на стената, за да се гарантира, че продуктите с дебели стени няма да се счупят поради термично напрежение.
Когато продукти с различен химичен състав се отгряват в една и съща пещ за отгряване, стъкленият продукт с най-ниска температура на отгряване трябва да бъде избран като температура на изолация. В същото време времето за изолация трябва да се удължи, така че продуктите с различни температури на отгряване да могат да постигнат добро отгряване.
⑤ Влиянието на присъщото напрежение на продуктите При бързо нагряване, в допълнение към изчисляването на временното напрежение според температурната разлика, трябва да се оцени и влиянието на присъщото напрежение.