operator_urzadzen_przemyslu_szklarskiego_813[02].Z2.03

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Piece szklarskie

4.1.1.

Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Topienie masy szklanej

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3.

Wady masy szklanej

4.3.1.

Materiał nauczania

4.3.2.

Pytania sprawdzające

4.3.3.

wiczenia

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z zakresu pieców szklarskich ich

budowy i przeznaczenia, metod topienia masy szklanej oraz wad masy szklanej.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane,
abyś bez problemu mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jaki ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

−

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy juŜ opanowałeś określone treści,

−

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,

−

literaturę obowiązującą.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

813[02].Z2

Technologia

wytwarzania szkła

813[02].Z2.02

Sporządzanie zestawów

szklarskich

813[02].Z2.03

Topienie szkła

813[02].Z2.06

Zdobienie wyrobów

szklarskich

813[02].Z2.07

Przetwarzanie szkła

813[02].Z2.04

Formowanie wyrobów

szklarskich

813[02].Z2.05

Wykonywanie obróbki

wyrobów szklarskich

813[02].Z2.01

Badanie właściwości

surowców szklarskich

i szkła

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć

−

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu technologii szkła,

−

rozróŜniać typy reakcji chemicznych,

−

opisywać reakcje rozkładu termicznego surowców szklarskich,

−

klasyfikować surowce ze względu na skład chemiczny,

−

określać właściwości i przeznaczenie surowców szklarskich,

−

sklasyfikować rodzaje szkła ze względu na skład chemiczny,

−

odczytywać rysunki techniczne,

−

odczytywać wskazania przyrządów pomiarowych,

−

określać zasady bezpiecznej eksploatacji urządzeń szklarskich,

−

korzystać z róŜnych źródeł informacji,

−

organizować stanowisko pracy zgodnie z wymaganiami ergonomii,

−

dobierać środki ochrony indywidualnej stosownie do wykonywanej pracy,

−

współpracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć

scharakteryzować materiały ogniotrwałe stosowane do budowy pieców szklarskich,

sklasyfikować piece szklarskie według róŜnych kryteriów,

dobrać z katalogu piece do wytopu mas szklarskich,

obsłuŜyć piece szklarskie,

określić właściwości róŜnych rodzajów energii stosowanej do ogrzewania pieców,

zastosować sposoby odzysku ciepła z pieców szklarskich,

wyjaśnić procesy i zjawiska związane z wytopem oraz odbarwianiem masy szklanej,

określić zasady wytopu mas szklanych o róŜnym przeznaczeniu,

zastosować zasady wytopu masy szklanej,

posłuŜyć się instrukcją wytopu masy szklanej,

zastosować sposób zasypywania zestawu do pieca szklarskiego,

rozpoznać wady masy szklanej,

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej oraz
ochrony środowiska podczas topienia szkła.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Piece szklarskie

4.1.1. Materiał nauczania

Piec szklarski jest to urządzenie cieplne uŜywane w przemyśle szklarskim do

przeprowadzenia procesów technologicznych, które zachodzą w wysokiej temperaturze,
uzyskiwanej w wyniku spalania paliw lub działania energii elektrycznej.

Nośniki energii cieplnej

W pewnych procesach technologicznych ciepło musi być doprowadzone w celu

dokonania Ŝądanych reakcji chemicznych, a w pewnych procesach ciepło wydziela się
podczas reakcji.

RozróŜnia się reakcje:

–

endotermiczne – których przebieg związany jest z pobieraniem ciepła,

–

egzotermiczne – podczas których zachodzi wydzielanie się ciepła.

Aby mogły być przeprowadzone procesy technologiczne wytopu masy szklanej niezbędna

jest duŜa ilość ciepła. Przenoszenie ciepła polega na trzech zjawiskach termokinetycznych:
–

unoszeniu (konwekcji),

–

przewodzeniu,

–

promieniowaniu.

Konwekcja – unoszenie ciepła, związane jest z ruchem cząsteczek mających wyŜszą

energię,  która  jest  przekazywana  cząsteczkom  o  energii  niŜszej.  RozróŜnia  się  unoszenie
swobodne  (przebiega  w  sposób  naturalny)  oraz  unoszenie  wymuszone  (wywołane  w  sposób
sztuczny).
Przewodzenie – im wyŜsza jest róŜnica temperatur tym materiał szybciej przewodzi ciepło.
Promieniowanie  –  polega  na  przenoszeniu  energii  cieplnej  za  pośrednictwem  energii
promienistej.

W przemyśle szklarskim szczególnie podczas topienia masy szklanej największy udział

w przenoszeniu ciepła odgrywa promieniowanie.

Jako nośników ciepła do ogrzewania pieców szklarskich uŜywa się głównie:

–

paliwa gazowe,

–

paliwa ciekłe,

–

prąd elektryczny.

Paliwa gazowe moŜna podzielić na:

–

naturalne – gaz ziemny, jest pochodzenia naturalnego – wydobywany ze złóŜ w ziemi:
gaz ziemny mokry – wydobywany w okolicach złóŜ ropy naftowej, zawiera obok metanu
– propan, butan,

–

gaz ziemny suchy – wydobywany z pól gazowych zawiera głównie metan. Jako
zanieczyszczenia gazu występują w niewielkich ilościach: azot, dwutlenek węgla, tlen.

–

sztuczne – gaz koksowniczy, gaz generatorowy, gaz wielkopiecowy.

Ze względów technologicznych (sposobu otrzymywania) rozróŜnia się dwa rodzaje

palnych gazów technicznych:
–

gazy otrzymywane przez odgazowanie węgla – gaz koksowniczy,

–

gazy otrzymywane przez zagazowanie koksu lub węgla – gaz generatorowy, gaz
wielkopiecowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu na wartość opałową paliwa gazowe dzieli się na:

–

gazy wysokokaloryczne (nazywane mocnymi), gaz ziemny, gaz koksowniczy,

–

gazy niskokaloryczne (nazywane słabymi), gaz generatorowy, gaz wielkopiecowy.

Zalety stosowania paliw gazowych:

–

łatwość regulowania stosunku ilości gazu do powietrza,

–

moŜliwość osiągnięcia całkowitego spalania, prawie bez nadmiaru powietrza,

–

brak popiołu w paliwie,

–

moŜność doprowadzenia paliwa na dalekie odległości,

–

szybkie i łatwe włączanie i wyłączanie palników.

Paliwa ciekłe

Z paliw ciekłych do opalania pieców przemysłowych stosuje się oleje opałowe – są to

paliwa otrzymywane w wyniku destylacji ropy naftowej. Jednym z najczęściej uŜywanych,
przez przemysł, olejów opałowych jest mazut.

Zalety stosowania olejów opałowych:

–

duŜa wartość opałowa,

–

otrzymanie lepszego bardziej świecącego płomienia – moŜliwość przekazywania
większej ilości ciepła.

Energię elektryczną stosuje się w piecach w których jedynym źródłem energii jest prąd

elektryczny, jak i w piecach o mieszanym gazowo-elektrycznym systemie ogrzewania.
Nagrzewanie elektrodowe, polega na doprowadzeniu prądu elektrycznego do cieczy
przewodzącej elektryczność za pomocą elektrod. Elektrody wykonuje się z: molibdenu,
wolframu, platyny i spiekanego tlenku cyny (ceramiczne).

Rys.1. Przykłady rozmieszczenia elektrod w piecach topliwych: 1) elektrody pionowe, 2) elektrody

poziome 3) elektrody skośne, 4) elektrody płytowe [2,s.56]

Zalety topienia elektrodowego:

–

znacznie wyŜsza dochodząca do 60% sprawność cieplna pieców elektrodowych,

–

niewspółmiernie większa wydajność,

–

niŜszy koszt budowy i eksploatacji pieców ogrzewanych elektrodowo,

–

wyŜsza jakość produkowanego szkła.

Materiały ogniotrwałe do budowy pieców

Urządzenia, w których prowadzi się procesy cieplne, buduje się ze specjalnych

materiałów wytrzymujących działanie wysokich temperatur, nazywanych materiałami
ogniotrwałymi.

Materiały ogniotrwałe są to wyroby z glin ogniotrwałych lub innych surowców

mineralnych, których ogniotrwałość zwykła jest nie mniejsza niŜ 1580

Ogniotrwałość zwykła świadczy o odporności materiału na działanie wysokiej

temperatury. Mierzy się ją i podaje w skali znormalizowanych stoŜków pirometrycznych (sP).

Materiały ogniotrwałe w urządzeniach cieplnych są naraŜone głównie na działanie

następujących czynników:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

temperatury i jej gwałtownych zmian,

–

korozji działaniu chemicznemu zestawu i masy szklanej,

–

erozji działaniu mechanicznemu ruchu masy szklanej,

–

ciskaniu.

Korozja materiałów ogniotrwałych zaleŜy od właściwości materiału ogniotrwałego.

WaŜną rolę odgrywa tu skład chemiczny. Im więcej Al

zawiera materiał ogniotrwały, tym

bardziej jest on odporny na korodujące działanie masy szklanej. Wzrost zawartości SiO

zwiększa  korozję  materiału  ogniotrwałego,  niemniej  korozja  ta  ma  wówczas  charakter
równomiernej  rozpuszczalności.  Dodatek  dwutlenku  cyrkonu  do  materiałów  ogniotrwałych
zwiększa  ich  odporność  na  korodujące  działanie  masy  szklanej.  Ze  względu  na  jego wysoką
cenę jest on jednak rzadko stosowany.

Decydującą rolę w korozji materiałów ogniotrwałych odgrywa ich porowatość względna.

Im materiał jest mniej porowaty, tym bardziej jest on odporny na agresywne działanie masy
szklanej. Masa szklana przenika w pory, zwiększając powierzchnię reakcji między materiałem
ogniotrwałym a składnikami szkła.

Oprócz samego materiału wpływ na to zjawisko ma równieŜ temperatura wytapiania

szkła, czy prądy masy szklanej. Występuje wówczas dodatkowy czynnik niszczący, jakim jest
erozja.  Najsilniejszej  korozji  i  erozji  ulegają  materiały  ogniotrwałe  przy  palnikach  pieców
wannowych  na  poziomie  powierzchni  lustra  masy  szklanej,  a  takŜe  w  spoinach  między
poszczególnymi blokami ścian bocznych wanny.

Procesy niszczące materiałów ogniotrwałych rozpoczynają się z chwilą nagrzania

i wypełniania wanny lub donic stłuczką lub zestawem. Zestaw działa na materiał ogniotrwały
bardziej  agresywnie  niŜ  masa szklana. Siarczan sodowy znajdujący się w zestawie, koroduje
materiały  ogniotrwałe  w  znacznie  większym  stopniu  niŜ  węglan.  Większość  materiałów
ogniotrwałych  szczególnie  agresywnie  atakowana  jest  przez  szkła  borowe,  fosforowe,
ołowiowe i barowe, a takŜe szkła silnie alkaicznie lub zawierające w swym składzie związki
fluoru.
Podział materiałów ogniotrwałych.

Ze względu na przebiegu procesu technologicznego ich produkcji wprowadzono

następujący podział materiałów ogniotrwałych:
–

naturalne, które uzyskuje się przez mechaniczną obróbkę surowców o odpowiednich
właściwościach, np. materiały z łupków kwarcytowych lub piaskowca,

–

wypalane, np. materiały krzemionkowe, szamotowe, magnezytowe,

–

topione, uzyskuje się je przez odlanie stopionej mieszaniny odpowiednio dobranych
surowców. Są to przewaŜnie materiały cyrkonowo-korundowe, cyrkonowo-mulitowe, ich
charakterystyczną cechą jest bardzo duŜa odporność na korozyjne działanie płynnej masy
szklanej.

Z punktu widzenia zastosowania moŜna podzielić materiały ogniotrwałe dla przemysłu

szklarskiego na dwie zasadnicze grupy:
–

materiały stykające się w piecach topliwych bezpośrednio z topioną masą szklaną. Do
materiałów ogniotrwałych pierwszej grupy zalicza się przede wszystkim bloki wannowe,
donice oraz róŜnego rodzaju sprzęt ogniotrwały, jak dysze, pływaki itp.

–

materiały nie stykające się z masą szklaną, a naraŜone jedynie na działanie par i pyłów
alkaicznych. Do tej grupy materiałów ogniotrwałych zalicza się bloki i płyty do budowy
pieców donicowych, wyroby na obudowę przestrzeni ogniowej pieców topliwych, wyroby
na kratownicę regeneratorów oraz wyroby do budowy generatorów gazowych.
Rodzaje materiałów ogniotrwałych stosowanych do budowy pieców.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Materiały  krzemionkowe.  Składają  się  głównie  z  krzemionki.  Zawartość  jej  wynosi
nie  mniej  niŜ  93%.  Resztę  stanowią  naturalne  zanieczyszczenia  surowców  oraz
dodatki uŜyte do wiązania ziaren i środki mineralizujące.
Ogniotrwałych  materiałów  krzemionkowych  uŜywa  się  do  budowy  części  pieców
szklarskich nie stykających się z masą szklaną, ale naraŜonych na działanie wysokiej
temperatury:  są  to  przewaŜnie  sklepienia  główne  i  ściany  boczne  pieców,  ściany
palników, szybów palnikowych.
Jako surowców do produkcji materiałów ogniotrwałych krzemionkowych uŜywa się
występujących w przyrodzie kwarcytów o szczególnych wymaganiach, zwłaszcza co
do ich. czystości chemicznej. Domieszki tlenku glinowego umniejszają w znacznym
stopniu  ogniotrwałość  materiałów  krzemionkowych,  zwłaszcza  gdy  domieszką  jest
takŜe  tlenek  wapniowy.  Kwarcyty  miele  się  tak,  aby  uziarnienie  nie  przekraczało  3
mm,  następnie  miesza  się  je  z  dodatkiem  mineralizatorów,  głównie  tlenku
wapniowego, dodawanego w ilości 0,5–3 %. Z masy tej formuje się Ŝądane wyroby
za pomocą pras.

2. Materiały szamotowe i kwarcowo-szamotowe składają się z dwóch składników

podstawowych: krzemionki – SiO

, w ilości 50–80 %, i tlenku glinowego – Al

w ilości l5–45 %. W zaleŜności od stosunku ilościowego tych składników materiały
te są, nazywane: szamotowymi, kwarcowo-szamotowymi lub wysokoglinowymi.
Wyroby te wytwarza się z surowców glinokrzemianowych jak gliny lub kaolinu,

nazywane  składnikami  plastycznymi,  a  takŜe  jak  palony  szamot  lub  materiały
wysokoglinowe, bądź mulitowe lub silimanitowe, nazywane składnikami schudzającymi.
Surowce  przeznaczone  do  wyrobu  materiałów  są  mielone.  Uziarnienie  ich  powinno
wynosić  1,5–2  mm,  jeŜe1i  mają  być  przeznaczone  do  wyrobu  bloków  wannowych  na
boki  basenu  wanien  szklarskich,  natomiast  3–4  mm  jeŜeli  są  przeznaczone  do  wyrobu
bloków  na  dno  basenu  wanien.  OdwaŜone  odpowiednio  surowce,  zarobione  właściwą
ilością  wody  i  dokładnie  wymieszane  stanowią  masę,  z  której  formuje  się  poŜądane
wyroby o określonych, wymiarach.

Płyty do pieców donicowych produkuje się najczęściej metodą formowania z mas

półsuchych, podobnie jak bloki wannowe. Ze względu na to, Ŝe płyty nie stykają się
z masą szklaną i nie mogą jej zanieczyszczać, produkuje się je z mas gruboziarnistych.
Górna granica uziarnienia masy na płyty wynosi 8 mm, a często nawet 12 mm

Donice formuje się najczęściej z mas plastycznych lub metodą odlewania do form

gipsowych albo z mas półsuchych, wieloszamotowych. Donice,wytwarza się
z mieszaniny: gliny palonej, złomu szamotowego, ze zuŜytych donic i gliny surowej.

Do wyrobu donic stosuje się surowce o mniejszym uziarnieniu niŜ przy produkcji

bloków.

Formowanie donic z mas plastycznych odbywa się ręcznie przez nacieranie lub

ubijanie za pomocą młotków ręcznych, natomiast z mas półsuchych – metodą ubijania za
pomocą  młotków  pneumatycznych.  Formowanie  przez  ubijanie  odbywa  się  w  formach
drewnianych.  Ze  względu  na  duŜe  wymiary i skomplikowany kształt donic suszenie ich
trwa dosyć długo i wymaga duŜej dokładności i staranności.
Materiały sylimanitowe

Materiały sylimanitowe zawierają większą ilość tlenku glinowego – A1

niŜ

materiały szamotowe. W ich skład wchodzi 60–65 % A1

, resztę stanowi głównie

krzemionka – SiO

. Znane są materiały silimanitowe w stanie naturalnym – bloki

silimanitu naturalnego.

Bloki silimanitowe stosowane są w stanie surowym do budowy pieców szklarskich.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W czasie pracy w wannach szklarskich. bloki silimanitowe wykazują duŜą odporność

na działanie korodujące masy szklanej. Poza tym mają one dobrą wytrzymałość na nagłe
zmiany temperatury, co jest bardzo korzystne w piecach pracujących okresowo.

Sylimanit rozpuszcza się w masie szklanej dość równomiernie, nie powodując

powstawania kamieni.

Sposób wytwarzania sylimanitu sztucznego polega na wypalaniu kształtek

uformowanych z minerałów grupy sylimanitu z dodatkiem gliny ogniotrwałej jako środka
wiąŜącego. Proces wytwarzania przebiega podobnie jak wytwarzanie wyrobów
szamotowych. Formowanie odbywa się sposobem półsuchym albo plastycznym lub przez
odlewanie.
Materiały cyrkonowe

Materiałami cyrkonowymi nazywa się materiały ogniotrwałe zawierające

odpowiednią ilość tlenku cyrkonowego ZrO

lub krzemianu cyrkonowego – ZrSiO

Tlenek cyrkonowy występuje, podobnie jak krzemionka, w kilku odmianach

polimorficznych,  związanych  z  wysokością  temperatury  powodującą  zmiany  objętości,
a więc  i  gęstości  właściwej.  W  celu  ustabilizowania  tych,  zmian  dodaje  się  tlenki:
wapniowy i magnezowy – jako stabilizatory.

Materiały cyrkonowe są teŜ wytwarzane sposobem spiekania, przy stosowaniu

właściwego uziarnienia surowców i bez dodatku środków plastycznych. Tego rodzaju
materiały spiekane znajdują zastosowanie w piecach szklarskich topliwnych do obudowy
przestrzeni ogniowej, komór regeneracyjnych i dna basenu wanny.
Materiały topione

Materiałami topionymi nazywa się materiały ogniotrwałe, przewaŜnie mulitowe,

cyrkonowo – mulitowe, cyrkonowe lub cyrkonowo-korundowe wytwarzane sposobem
topienia mieszaniny odpowiednich surowców w elektrycznych piecach. Stopiona masa
jest odlewana do form piaskowych lub grafitowych.

Materiały te stosuje się do budowy części pieców szklarskich naraŜonych najbardziej

na działanie topionego zestawu szklarskiego oraz gorącej masy szklanej, a takŜe par,
gazów i pyłów.

Ze względu na wady topionych materiałów mulitowych zaczęto stosować topione

materiały korundowe. Wytapia się je z technicznego tlenku glinowego. Odporność
materiałów korundowych na korozyjne działanie masy szklanej zwiększa dodatek do nich
krzemianu cyrkanawego. ZrSiO

o 30–40 % co zwiększa odporność na karazję masy

szklanej.

Tego rodzaju materiały ogniotrwałe są stosowane do budowy basenów wanien

szklarskich, zwłaszcza w miejscach szczególnie naraŜanych na niszczące działanie
topionego zestawu i gorącej, ciekłej masy szklanej.

Szczególną odmianą topionych materiałów ogniotrwałych jest topiona krzemionka.

Jest  ta  materiał  bardzo.  dobrze  wytrzymujący  wysoką  temperaturę.  Materiał  ten  nie  jest
jednak  dostatecznie  odporny  na  działanie  chemiczne  topionej  masy  szklanej,  zwłaszcza
zawierającej tlenki alkaliczne w ilaści większej niŜ 8%.

Materiałów krzemionkowych topionych uŜywa się przewaŜnie da budowy tych

części  pieców,  w  których,  panuje  wysoka  temperatura,  ale  nie  stykają  się  one  z  masą
szklaną, na przykład da budowy palników, ekranów itp.
Materiały forsterytowe, magnezytowe i chromitowo-magnezytowe

Materiały forsterytowe, magnezytowe i chromitowo – magnezytowe nazywa się

ogólnie  zasadowymi.  Materiały  zasadowe  znajdują  zastosowanie  do  budowy  komór
regeneracyjnych.  Materiały  forsterytowe  –  składają  się  głównie  z  tlenku  magnezowego
i krzemionki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Właściwości materiałów forsterytowych zaleŜą od temperatury ich wypalania i od

rodzaju minerału zastosowanego jako surowica. Odznaczają się one niewielką
skurczliwością, ok. 2%.

Materiały magnezytowe składają się głównie z peryklazu MgO. Produkuje się je

z minerału magnezytu. Produkcja wyrobów magnezytowych jest taka sama jak produkcja
materiałów  ogniotrwałych  z  mas  półsuchych.  Wilgotność  masy  do  formowania  wynosi
3–5  %.  Formowanie  wyrobów  odbywa  się  ręcznie  lub  na  prasach.  Materiały
magnezytowo  –  chromitowe  produkuje  się  z minerału  chromitu  i  ze  spieczonego
magnezytu.  Zawartość  Cr

w wyrobach chromitowych nie przekracza 30%. Cechą

charakterystyczną materiałów chromitowych jest to, Ŝe w pewnych wypadkach zacho-
wują się one jak materiały obojętne pod względem, chemicznym i dlatego mogą być
stosowane

jako

warstwa

rozdzielająca

między

ogniotrwałymi

materiałami

krzemionkowymi i szamotowymi a innymi materiałami chemicznie agresywnymi. Inne
właściwości tych materiałów zbliŜone są do wyrobów magnezytowych.
Materiały izolacyjne

Materiały izolacyjne stosuje się do izolacji pieców szklarskich topliwych, pieców do

odpręŜania  i  hartowania  szkła,  do  izolacji  przewodów  gazowych  i  innych.  Obok
oszczędności  energii  cieplnej,  izolacja  cieplna  daje  jeszcze  inną  korzyść:  bardziej
równomierny  rozkład  temperatury  w  przestrzeni  pieca,  co  jest  waŜnym  czynnikiem
w części  studzenia  wanien  szklarskich  i  w  odpręŜarkach.  Są  to  przewaŜnie  materiały
silnie  porowate,  zawierające  wiele  pęcherzy  gazowych,  które  są  właśnie  izolatorem
ciepła.

Materiały izolacyjne dzieli się na dwie zasadnicze grupy:

–

do izolacji zewnętrznej,

–

do izolacji stykającej się bezpośrednio z ogniem.

Materiały izolacyjne produkuje się:

–

metodą wypalających się dodatków, polega na dodawaniu do.masy składników, które
podczas wypalania wyrobów ulegają spalaniu,

–

metodą pianową, polega na dodawaniu do masy sztucznie wytworzonej piany, do
tego celu stosuje się masę w postaci lejnej, wyroby formuje się przez odlewanie do
form gipsowych,

–

metodą wywiązywania się gazów, polega na wprowadzeniu do masy lejnej lub
plastycznej substancji rozkładających się z wydzielaniem fazy gazowej. Pod
wpływem wydzielania się gazów powstają pory częściowo w czasie mieszania masy
i częściowo w surowych wyrobach, znajdujących się jeszcze w formach.

Metodą pianową i metodą wywiązywania się gazów moŜna produkować wyroby

izolacyjne o znacznie mniejszej gęstości objętościowej i znacznie większej porowatości
aniŜeli metodą wypalających się dodatków.

Do izolacji zewnętrznej pieców szklarskich uŜywa się nieraz szkła piankowego, waty

szklanej a takŜe włókien ceramicznych. Wykonane z nich waty, taśmy i papier stanowią
bardzo dobry i wygodny w uŜyciu materiał izolacyjny.
Masy natryskowe

Masy natryskowe stosuje się w postaci cienkiej warstwy dla ochrony materiału

ogniotrwałego  przed  korozją.  W  skład  mas  natryskowych  wchodzą  składniki  zawsze
bardziej odporne na korozję jak sam materiał ogniotrwały, który został powleczony masą,
Poza  tym  w  skład  ich  wchodzą  składniki,  które  po  wypaleniu  dają  powłokę  o  małej
porowatości  lub  powłokę  o  małym  napięciu  powierzchniowym,  w  wyniku  czego  nie  są
one zwilŜane przez korodującą masę szklaną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zastosowanie mas natryskowych w przemyśle szklarskim stosuje się głównie do

donic i kratownic regeneratorów. Na donice stosuje się masy ze spieczonego tlenku
glinowego z dodatkiem kaolinu lub gliny ogniotrwałej. Do masy dodaje się równieŜ 1–2
% topników w postaci K

O, CaO lub BaO.

Uziarnienie surowców do tych mas nie przekracza 0,5,mm. Nakłada się je na

materiał ogniotrwały za pomocą. urządzenia natryskowego. Grubość nakładanej warstwy
wynosi: w donicach szklarskich ok: 3 mm, a na kształtkach kratownic 0,5–1 mm.
Stosuje się takŜe materiały do uszczelniania pieców szklarskich. Są to masy lub waty
mineralne, które w temperaturze, panującej w piecu szklarskim miękną, stają się
plastyczne i doskonale uszczelniają od wewnątrz wszelkie szpary pozostałe po rozgrzaniu
pieca.
Zaprawy murarskie

Do wiązania materiałów ogniotrwałych stosuje się zaprawy.

Bloki dna i ścian bocznych basenu wanien szklarskich układa się, raczej na sucho – bez
zaprawy, gdyŜ masa szklana wnikając w spoiny między blokami krzepnie w nich,
uszczelniając tym, samym ściany i dno basenu wanny.
Stosowanie zapraw mniej odpornych na korozję i erozję mogłoby, zwiększyć moŜliwość
zanieczyszczenia masy szklanej ziarnami zaprawy.

Stosowane zaprawy muszą rodzajem i ogniotrwałością odpowiadać materiałowi

łączonemu, co gwarantuje równomierne zuŜywanie się całego obmurza. JeŜeli jakość
zaprawy jest niedostateczna, wówczas spoiny zuŜywają się szybciej i od nich zaczyna się
wzmoŜona korozja i erozja. Zapraw uŜywa się po zarobieniu ich z wodą. Wypalają się
w czasie działania pieca.

Zaprawy krzemionkowe sporządza się ze zmielonych materiałów krzemionkowych

z dodatkiem chudej gliny, która nieco zmniejsza ogniotrwałość zaprawy, powinna
zawierać co najmniej 87 % SiO

Zaprawy szamotowe sporządza się ze zmielonego szamotu i z glin ogniotrwałych.
Zaprawa uŜywana do wiązania materiałów szamotowych gatunku A powinna zawierać co
najmniej 40–42% A1

+TiO

WaŜne jest odpowiednie uziarnienie zaprawy. Stosuje się zwykle uziarnienie do 1 mm.
Zasady magazynowania materiałów ogniotrwałych

WaŜnym czynnikiem mającym wpływ na zachowanie się materiału ogniotrwałego

przy jego stosowaniu są warunki, w jakich jest on przechowywany.
Materiały  ogniotrwałe  powinny  być  przechowywane  w  pomieszczeniach  krytych,
zabezpieczonych przed wilgocią, poniewaŜ woda i mróz powodują nieodwracalne zmiany
w  strukturze  wyrobów  wpływające  na  obniŜenie  wytrzymałości  mechanicznej
i odporności  na  działanie  korodujące  masy  szklanej:  par,  gazów  i  pyłów.  W  czasie
przechowywania zapraw, mas plastycznych naleŜy unikać zawilgocenia.

Przeładunek i transport wyrobów uformowanych (kształtek) powinien odbywać się

w sposób wykluczający powstawanie uszkodzeń naroŜy i krawędzi. Wskazany jest
transport materiałów ogniotrwałych na paletach, co ułatwia ich załadunek i wyładunek.

Materiały ogniotrwałe są najwaŜniejszymi elementami budowlanymi w agregatach

przemysłowych,  które  są  naraŜane  na  działanie  wysokich  temperatur  i  na  zuŜywanie.
Produkty  te  znajdują  zastosowanie  w  piecach  metalurgicznych  i  szklarskich,  dzięki
dobrym właściwościom fizykochemicznym i szerokiej gamie kształtów.
Przy  doborze  materiałów  ogniotrwałych  do  budowy  poszczególnych  części  pieców
szklarskich naleŜy brać pod uwagę jak największą ilość parametrów charakteryzujących
warunki pracy tych materiałów oraz ich przeznaczenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Piece szklarskie

Ze względu na przeznaczenie do realizacji procesu technologicznego piece szklarskie

moŜna podzielić następująco:
1)

Piece topliwe – słuŜą do topienia zestawu szklarskiego na masę szklaną z której wytwarza
się wyroby.

Piece do odpręŜania – słuŜą do ściśle określonego ogrzewania i studzenia wyrobów
szklanych po ich ukształtowaniu w taki sposób aby nie powstawały w szkle napręŜenia
powodujące samoczynne pękanie szkła w czasie uŜytkowania.

Piece do obróbki i uszlachetniania szkieł – słuŜą do nadania ukształtowanym wyrobom
szklanym większej wartości uŜytkowej lub estetycznej, np.
–

piece nagrzewniki (drumle) słuŜą do podgrzewania szkieł podczas zdobienia ich
metodami hutniczymi,

–

piece do wypalania farb na szkle,

–

piece do obtapiania wyrobów wytłaczanych.

4) Piece pomocnicze – są niezbędne do prac pomocniczych, np.

–

suszenia surowców,

–

wypalania materiałów ogniotrwałych,

–

podgrzewania farb,

–

wypalania smarów naniesionych na formy,

–

gięcia szyb,

–

hartowania szkła,

–

piece do fusingu.

Piece szklarskie moŜna podzielić równieŜ według następujących kryteriów:

1) Według sposobu pracy:

a) piece o działaniu ciągłym, np.

–

piece wannowe zmianowe,

–

piece tunelowe do odpręznia.

b) piece o działaniu okresowym, np.

–

piece donicowe,

–

wanny wyrobowe,

–

piece komorowe do odpręŜania.

2) Według konstrukcji, np. tunelowe, donicowe, wannowe, komorowe.
3) Według stosowanej energii cieplnej:

–

piece płomieniowe (gazowe lub olejowe),

–

piece płomieniowo – elektryczne,

–

piece elektryczne.

4) Według sposobu odzyskiwania ciepła ze spalin:

–

piece regeneracyjne,

–

piece rekuperacyjne,

–

piece bez odzysku ciepła.

Piece topliwe o działaniu okresowym

Piec topliwy okresowy jest to urządzenie do topienia masy szklanej, w którym kolejne

stadia, procesy i zjawiska technologiczne przebiegają w róŜnym czasie lecz w tym samym
miejscu, tworząc cykl zamknięty.

W piecach topliwych okresowych topiona masa szklana znajduje się cały czas w jednym

określonym miejscu pieca. Poszczególne procesy związane z topieniem przebiegają
w ustalonym czasie i określonej temperaturze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

RozróŜnia się dwa rodzaje pieców topliwych okresowych:

1) piece donicowe, w których masa szklana topi się w duŜych tyglach ogniotrwałych –

donicach, znajdujących się wewnątrz pieca,

2) piece wannowe okresowe, nazywane wannami wyrobowymi, w których masa szklana

znajduje się w basenie wanny.

Piece donicowe

Piece donicowe stosowane są do topienia niewielkich ilości masy szklanej, np.

–

szkieł o szczególnych właściwościach,

–

szkieł barwnych przeznaczonych przewaŜnie do produkcji ręcznej szkieł ozdobnych,

–

szkieł specjalnych.

W zaleŜności od umiejscowienia palników rozróŜnia się piece: dolnopłomienne

i górnopłomienne.

Rys. 2.

Schemat pieca donicowego a) dolnopłomiennego, b) górnopłomiennego [2, s.118]

Piece donicowe, podobnie jak wannowe, mogą być regenaracyjne jak i rekuperacyjne.

Liczba donic w piecach bywa jedna do kilku a nawet kilkunastu (piece dwunastodonicowe).

Klasyczny piec szklarski, niezaleŜnie od tego czy jest to piec o działaniu ciągłym czy

okresowym składa się z trzech podstawowych podzespołów tworzących całość konstrukcyjną:
–

komory roboczej,

–

układu grzewczego,

–

konstrukcji stalowej.

Komora pieca donicowego składa się z czterech podstawowych elementów

konstrukcyjnych:
–

trzonu,

–

cian bocznych,

–

sklepienia,

–

donic.

Trzon (ława) – stanowi dolną część komory roboczej, na której ustawia się donice. Trzon

wykonany jest z gotowych kształtek ogniotrwałych, posiada dwie lub trzy warstwy. Bloki
układane są tak, aby spoiny poszczególnych warstw nie pokrywały się, zapewnia to duŜą
szczelność całej płyty. Powierzchnia trzonu nie jest płaska, lecz posiada niewielkie nachylenie
ukierunkowujące spływ masy do specjalnych studzienek.

ciana boczna. W zaleŜności od przyjętego rozwiązania konstrukcyjnego ma kształt

owalnego lub owalnego cylindra otaczającego donice. Wykonana jest z dwóch warstw
materiału ogniotrwałego:
–

warstwę wewnętrzną stanowią kształtki szamotowe,

–

warstwę zewnętrzną – izolacyjne.

Całość związana jest stalowymi obejmami. W ścianie naprzeciw kaŜdej donicy znajdują

się otwory zamykane płytami ogniotrwałymi. Otwory dolne słuŜą do przesuwania i ustawiania
donic, otwory górne do zasypywania zestawu, kłębienia i wyrabiania wytopionej masy
szklanej. Płyty te są ruchome i zdejmowane na czas wymienionych operacji.

Sklepienie – wykonane jest z krzemionkowych materiałów ogniotrwałych ułoŜonych

w kształcie czaszy zamykających komorę roboczą od góry.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Płyty trzonu pieca są ściągnięte opaskami stalowymi, skręconymi za pomocą śrub. Część

górna pieca związana jest ściągami.

Rys. 3.

Schemat ściągów górnych pieca donicowego owalnego [2, s.124]

System opalania – składa się z palników, regeneratorów lub rekuperatorów oraz kanałów

powietrznych lub gazowo – powietrznych i spalinowych.
Donice

Wykonane sa najczęściej z mas szamotowych. W przekroju poziomym są one przewaŜnie

okrągłe, natomiast w pionowym mają formę ściętego stoŜka lub cylindra.

Rys. 4.

Donice szklarskie: a) normalna – stoŜkowa, b) cylindryczna, c) owalna [2, s.121]

Pojemność donic wykorzystuje się zazwyczaj w około 60–70%, i dobiera się je

w zaleŜności od przeznaczenia topionego szkła oraz sposobu jego formowania. Pojemność
donic powinna umoŜliwić wyrabianie szkła w ciągu jednej zmiany. Największe donice stosuje
się przy formowaniu przez wylewanie.

Cykl działania pieca donicowego składa się z następujących faz:

Rozgrzewania pieca.

Zasypu zestawu i topienia masy.

Klarowania i ujednorodnienia masy.

Studzenia masy do temperatury wyrobowej.

Wybieranie masy do wytwarzania wyrobów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Cykl ten jest zmienny, ustala się go z zaleŜności od rodzaju topionej masy szklanej, od

technologicznych procesów produkcji oraz od konstrukcji pieca. Wydajność pieców
donicowych zaleŜy głównie od wielkości i liczby donic. Piece te wykazują mniejszą
sprawność cieplną niŜ piece wannowe zmianowe.
Okresowe piece wannowe

Okresowe piece wannowe (wanny wyrobowe), znajdują zastosowanie przewaŜnie wtedy,

gdy potrzebne jest topienie małych ilości masy szklanej o szczególnych właściwościach, gdy
rodzaj masy zmienia się rzadziej niŜ w piecach donicowych.

Rys. 5.

Schemat wanny wyrobowej poprzeczno płomiennej [2, s.127]

Wanny wyrobowe składają się z następujących części głównych:

–

basenu wanny, do którego zasypuje się zestaw szklarski, składa się on z dna i boków,

–

części  górnej,  w której znajduje się przestrzeń ogniowa, gdzie następuje spalanie gazów
i wytwarzanie  energii  cieplnej  przekazywanej  do  zasypanego  zestawu  i  topionej  masy
szklanej.  Przestrzeń  ogniowa  składa  się  ze  ścian  z  otworami  roboczymi  i  głowic
palnikowych oraz ze sklepienia.

Obydwie główne części wanny są ściągnięte wiązaniami. Wanny wyrobowe są

szczególnie przydatne do topienia specjalnych mas trudno topliwych, wymagających wysokiej
temperatury topienia.

W celu uzyskania w małych wannach wyrobowych całkowitego spalania gazów

w przestrzeni ogniowej, stosuje się wydłuŜenie basenu kosztem szerokości lub podkowiasty
tor płomienia – wanny U – płomienne.

Rys. 6.

Schemat wanny wyrobowej U – płomiennej [2,s.128]

Piece te, w porównaniu z piecami donicowymi są bardziej ekonomiczne zarówno

w budowie jak i eksploatacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Piece wannowe

Wanny zmianowe, to piece do topienia masy szklanej w których wszystkie stadia,

procesy, zjawiska zachodzące podczas topienia przebiegają w tym samym czasie lecz
w róŜnych częściach pieca.

Wanna zmianowa składa się z następujących głównych części:

–

basenu,

–

przestrzeni ogniowej,

–

kieszeni zasypowej lub otworu zasypowego,

–

palników,

–

wiązania wanny.

Rys. 7

Schemat wanny zmianowej dwuczęściowej z przepustem [2, s.143]

Basen – to, część wanny w której topi się masa szklana (w której zachodzą wszystkie

stadia,  procesy  i  zjawiska  topienia),  składa  się  z  dna  i  ścian  bocznych,  tzw.  boków  basenu.
Wielkość basenu wanny uzaleŜniona jest od rodzaju i wielkości produkcji a największe wanny
buduje się do produkcji szkła płaskiego i opakowań szklanych. Kształt basenu wanny zaleŜy
od rodzaju wanny, najczęściej występują róŜnice kształtu części wyrobowej.
Część  topliwa  –  basen  ma  kształt  prostokątny.  Szerokość  basenu  jest  róŜna,  wynosi  od
2–10 m, a nawet 13 m. Długość basenu zaleŜy od wielkości produkcji i moŜe wynosić nawet
50 m.

Część wyrobowa wanny powinna mieć kształt pozwalający na rozmieszczenie otworów

wyrobowych (formowanie ręczne), lub mszyn formujących (formowanie mechaniczne) do
wybierania masy szklanej.

Rys. 8.

Kształt części wyrobowej wanny z dwoma zasilaczami kroplowymi [2, s.145]

W wannach do wytwarzania szkła gospodarczego metodą ręczną, basen wyrobowy ma

kształt półkola. Zapory (pływaki) lub ściany dzielące z przepustem ustawia się do oddzielenia
części  wyrobowej  od  pozostałych  części  wanny.  Pływaki  są  to  wielkie  kształtki  z  otworami
dla  zmniejszenia  ich  cięŜaru.  Ich  zadaniem  jest  zatrzymanie  niedostatecznie  jednorodnych
górnych warstw masy szklanej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 9.

Pływaki [2, s.142]

Najlepszym trwałym oddzieleniem części topliwej od wyrobowej pieca jest ściana

dzieląca z przepustem, czyli otworem znajdującym się przy dnie.

Rys. 10. Schemat rodzajów basenów wanien: a) z pływakami, b) z przepustem [2, s.133]

Innym sposobem dzielenia basenu wanny jest jego przewęŜenie w pewnym miejscu

i ustawienie tam zapór w formie pływaków lub płaskich kształtek ogniotrwałych – desek.

Rys. 11. Wanna z zaporą w formie płyty – deski [2, s.142]

Przestrzeń ogniowa pieca – to część pieca znajdująca się nad basenem wanny,

ograniczona od boków ścianami a od góry sklepieniem pieca.

RozróŜnia się ściany boczne:

–

tylną, nazywaną szczytową,

–

przednią, nazywaną czołową albo czołem wanny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu na przestrzeń ogniową wanny szklarskie dzieli się na:

–

wanny z nierozdzieloną przestrzenią ogniową,

–

wanny z częściowo rozdzieloną przestrzenią ogniową,

–

wanny z całkowicie rozdzieloną przestrzenią ogniową,

–

wanny z podwójnym sklepieniem.

Rys. 12.

Schematy wanien szklarskich z róŜnymi rodzajami przestrzeni ogniowej [2, s.133]

Sklepienie – jest największą i najbardziej odpowiedzialną częścią przestrzeni ogniowej.

Właściwa budowa sklepienia ma duŜy wpływ na:
–

trwałość pieca,

–

rozwinięcie płomienia i promieniowanie na topioną masę,

–

zuŜycie ciepła,

–

jakość masy szklanej.

Rys. 13.

Konstrukcja sklepienia wanny [2, s.147]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 14.

Przykłady układania warstw sklepienia [2, s.148]

Otwory i kieszenie zasypowe

Zasypywanie zestawu do wanien odbywa się przez otwór zasypowy lub przez kieszeń

zasypową. Kształt i wielkość kieszeni zasypowej zaleŜy od:
–

sposobu zasypywania ( ręcznie, mechanicznie),

–

rodzaju zasypników mechanicznych.

Rys. 15. Kieszenie zasypowe przy wannach: odkryte bez sklepienia, b) z osobnym sklepieniem [2, s.150]

W kieszeniach odkrytych naleŜy zwracać uwagę, aby powierzchnia lustra masy szklanej

była cały czas przykryta warstwą zestawu aby nie dopuścić do promieniowania ciepła przez
stopioną masę szklaną, znajdującą się w kieszeni zasypowej.

Wielkość i kształt kieszeni zasypowych zaleŜy od rodzaju i liczby zasypników.

Do budowy kieszeni zasypowych stosuje się materiały ogniotrwałe jak najlepszej jakości ze
względu na silnie korodujące działanie topionego zestawu.

Palniki to części pieców szklarskich słuŜące do doprowadzenia do przestrzeni ogniowej

pieca paliwa zmieszanego z powietrzem oraz do odprowadzenia spalin z przestrzeni ogniowej
pieca do komór i kanałów kominowych.

Rys. 16. Schemat palnika wanny szklarskiej [3, s.29] płyta podpalnikowa, 2) sklepienie, 3) szyby,

4) przestrzeń mieszania, 5) ściana między szybowa, 6) koniec ściany –język, 7) zasuwy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Palniki w wannach szklarskich słuŜą do:

–

odpowiedniego zmieszania paliwa z powietrzem,

–

doprowadzenie mieszanki palnej do przestrzeni ogniowej pieca,

–

nadania płomieniowi w piecu odpowiedniego kierunku i prędkości.

Rys. 17 Schemat urządzenia do mieszania gazu palnego z powietrzem w palniku pieca [2, s.154]

W wannach regeneracyjnych palniki działają okresowo, tzn. palniki występują w parze:

–

jeden doprowadza powietrze i paliwo,

–

drugi, w tym samym czasie odciąga spaliny z pieca.

Po zmianie kierunku przepływu gazów (po rewersji), role ich się zmieniają.

W wannach rekuperacyjnych palniki działają w sposób ciągły, a do usunięcia z pieca spalin
słuŜą osobne odciągi.

Biorąc pod uwagę sposób rozmieszczenia palników i tor płomienia w wannie, wanny

zmianowe moŜna podzielić na dwie grupy:
1)

Poprzeczno płomienne, u których wyloty palnikowe usytuowane są symetrycznie

w ścianach bocznych wanny a ruch spalin odbywa się prostopadle do osi wanny
(rys. 18 a).

U – płomienne, w których palniki umieszczone są w ścianie szczytowej wanny. W grupie

tej moŜna wyróŜnić piece, w których płomień ma kształt pojedynczej lub podwójnej litery
U, płaszczyzna płomienia jest równoległa do lustra szkła (rys.18 b i c).

Rys. 18. Schemat wanien zmianowych z róŜnymi torami płomienia [2, s.133]

Układ poprzeczno płomienny pozwala na utrzymanie bardziej stałego pola temperatury.

W układzie U – płomiennym lepiej wykorzystywany jest palnik.

Wiązania pieców składają się ze stalowych masztów, które są ściągnięte na górze i na

dole stalowymi prętami – ściągami dokręconymi śrubami.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 19. Przykłady ściągów górnych pieca wannowego [2, s.158]

ciągi powinny być kontrolowane w czasie działania pieca a w szczególności staranniej

przy jego rozgrzewaniu. TakŜe w czasie studzenia pieca do remontu ściągi muszą być
odpowiednio skracane.

Zadaniem wiązań pieców jest:

–

zabezpieczenie konstrukcji pieca,

–

przejęcie sił rozpierających działających w obudowie pieca oraz sił wywołanych
rozszerzalnością cieplną materiałów ogniotrwałych.

Urządzenia do odzysku ciepła spalin

Piece szklarskie są urządzeniami mało ekonomicznymi, poniewaŜ stopień wykorzystania

ciepła doprowadzonego do pieca jest bardzo niski.

Do częściowego odzysku tego ciepła stosuje się urządzenia cieplne, nazywane

odzysknicami ciepła, dzięki którym moŜna:
–

zwiększyć sprawność pieca,

–

uzyskać wyŜszą temperaturę płomienia.

Do odzysku ciepła spalin przed odprowadzeniem ich do atmosfery słuŜą:

–

rekuperatory,

–

regeneratory.

Rekuperator – to zamknięta komora, wypełniona szeregiem rur metalowych lub

ceramicznych, wykonanych z materiałów ogniotrwałych, przez które przepływają spaliny
zmierzające z pieca do komina. W przestrzeni między tymi rurami przepływa powietrze
zmierzające do palników. Wymiana ciepła między gorącymi spalinami a zimnym powietrzem
odbywa się przez przewodzenie ciepła przez ścianki rur.

RozróŜnia się rekuperatory:

–

współprądowe – przepływ spalin i powietrza odbywa się w kierunku jednym – zgodnym,

–

przeciwprądowe – kierunki przepływu spalin i powietrza są przeciwne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 20.

Schemat działania rekuperatorów: a) współprądowych, b) przeciwprądowych,
c) krzyŜowych [2, s.91]

Częściej stosuje się rekuperatory przeciwprądowe ze względu na:

–

lepsze warunki wymiany ciepła,

–

moŜliwość ogrzewania powietrza do wyŜszej temperatury.

W przemyśle szklarskim stosuje się rekuperatory najczęściej wykonane z ceramicznych

materiałów ogniotrwałych. Ze względu na konstrukcję rekuperatory moŜna podzielić na:
–

stojące – czyli z pionowym ustawieniem rur,

–

leŜące – z poziomym umieszczeniem rur.

Rys. 21. Schemat budowy rekuperatora ceramicznego stojącego [2, s.93]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 22. Schemat budowy rekuperatora ceramicznego leŜącego: a) przekrój poprzeczny,

b) przekrój podłuŜny [3, s.34]

Regenerator – słuŜy do odzysku ciepła ze spalin w sposób okresowy.

Rys.23. Schemat regeneratora stojącego, przy wannie poprzecznopłomiennej z trzema

palnikami [3, s.35]: 1) cegła szamotowa, 2) kratownica 3) ruszt komorowy, 4) kanał
podkomorowy, 5) szyby palnikowe

Regenerator, to komora wymurowana z cegły czerwonej wewnątrz wyłoŜona cegłą

szamotową 1.

Komory te luźno wypełniają prostki (cegły) najczęściej szamotowe, tworząc

kratownicę  2, która  ułoŜona  jest  na  ruszcie  komorowym  3.  Pod  rusztem  znajduje  się  kanał
podkomorowy  4 połączony  z  kanałem  urządzeń  rewersyjnych.  Nad  kratownicą  znajduje  się
wolna przestrzeń w  której zbierają się gazy przechodzące przez kratownicę. Przestrzeń ta jest
połączona z palnikami – szybami palnikowymi 5.

Rys. 24. Droga przepływu gazu w regeneratorach leŜących i stojących: a) komory leŜące, b)

komory stojące [2, s.98]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Piece do odpręŜania szkła

Wszystkie wyroby ze szkła, po ich ostatecznym ukształtowaniu, mają napręŜenia

wewnętrzne. Usuwanie napręŜeń nazywa się odpręŜaniem.

WyróŜniamy dwa typy odpręŜarek:

–

o działaniu ciągłym – odpręŜarka tunelowa,

–

o działaniu okresowym – komorowa.

OdpręŜarki komorowe – działają w sposób okresowy. Jest zbudowana z cegły czerwonej

wewnątrz wyłoŜona cegłą szamotową lub cała wykonana z cegły szamotowej. W celu
zmniejszenia strat ciepła stosuje się izolowanie ścian pieca i sklepienia.

Rys. 25. Schemat odpręŜarki komorowej: 1) komora, 2) otwór w ścianie czołowej,

3) palniki, 4) otwory w ścianie tylnej pieca [2, s.173]

Piec jest komorą 1, do której przez otwór 2 w ścianie czołowej wkłada się wyroby. Otwór

jest  zamykany.  Palniki  3  umieszczone  są  w  przedniej  ścianie,  gdzie  znajduje  się  niewielka
komora  do  spalania  paliwa.  Spaliny  wydostają  się  do  komory  pieca  przez  trzy  otwory
w trzonie  (dnie  pieca),  przechodzą  nad  wyrobami  i  są  odciągane  z  pieca  do  komina  4  przez
otwory w ścianie tylnej (szczytowej) pieca.

Piece komorowe zwykle budowane są po kilka obok siebie w jednym szeregu. Wielkość

komory pieca zaleŜy od ilości i rodzaju produkcji.

Wady odpręŜarek komorowych:

–

mała wydajność,

–

nierównomierny rozkład temperatur w piecu,

–

duŜe zuŜycie ciepła.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 26.

Widok pieca do odpręŜania wyrobów szklanych z wymuszonym obiegiem
powietrza w komorze [12]

OdpręŜarki tunelowe są budowane jako odpowiednio długie tunele, przez które przesuwa

się z odpowiednią prędkością szkło odpręŜane, przechodząc przez strefy o róŜnej
temperaturze zgodnie z ustalonym procesem technologicznym odpręŜania danego szkła.

Szkła przeznaczone do odpręŜania są wkładane na początku tunelu, a po przejściu całego

tunelu i przebyciu całego cyklu odpręŜania, odpowiednio ostudzone wyjmuje się na końca
tunelu. Długość tunelu odpręŜarek wynosi przewaŜnie od 15 do 30 metrów. Długość tunelu
zaleŜy od rodzaju odpręŜanych szkieł, ich ilości, a takŜe wielkości.

OdpręŜarka o szerokości taśmy 1500 mm.

Jest to odpręŜarka tunelowa taśmowa (rysunek 27). OdpręŜarka taka moŜe być opalana

róŜnymi gazami, co wpływ na rozwiązania konstrukcyjne palników i rodzaj instalacji
gazowej.

Rys. 27. Widok odpręŜarki tunelowej [1, s.159]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

OdpręŜarka tunelowo taśmowa o szerokości taśmy 1800 mm.

Rys28.

OdpręŜarka tunelowa taśmowa o szerokości 1800 mm [1, s.162]: 1) palniki, 2) drzwiczki,
3) wziernik, 4) termoelement, 5) przesłona, 6) taśma, 7) rura centralna, 8) rura
odprowadzająca spaliny, 9) wylot

OdpręŜarka o szerokości taśmy 1500 mm typu Hartford.

Jest to odpręŜarka tunelowa taśmowa, w której moŜna odpręŜać wyroby cienkościenne

i grubościenne.

Rys. 29. OdpręŜarka tunelowa o szerokości taśmy 1500 mm [1, s.165]: 1) mechanizm napędu taśmy,

2) urządzenie napinające taśmę,

3) palnik, 4) taśma, 5) palnik, 6) termoelement,

7) termoelement,

8) urządzenie do zasilania palników, 9) tunel, 10) stojak, 11) kominek,

12) dmuchawa, 13) klapa, 14) przepustnica, 15) przewód

OdpręŜarka taśmowa z recyrkulacją powietrza.

Bardzo istotnym czynnikiem mającym wpływ na wyniki ekonomiczne zakładu jest

zuŜycie ciepła w odpręŜarkach. Najlepsze wyniki dają odpręŜarki elektryczne z recyrkulacją.
W odpręŜarkach takich powietrze, które otacza odpręŜone wyroby, jest zasysane przez

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wentylator zainstalowany wzdłuŜ tunelu, po czym jest podgrzewane grzejnikami do
wymaganej temperatury i następnie ponownie wtłaczane do wnętrza tunelu odpręŜarki.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie nośniki energii cieplnej znajdują zastosowanie do opalania pieców szklarskich?

Jakie są zalety stosowania paliw gazowych?

Jakie są zalety stosowania olejów opałowych?

Jakie są zalety topienia elektrodowego masy szklanej?

Jak moŜna wyjaśnić pojęcie materiałów ogniotrwałych?

Jakie rodzaje materiałów ogniotrwałych znajdują zastosowanie do budowy pieców

szklarskich?

Jak klasyfikuje się materiały ogniotrwałe?

Na jakie czynniki naraŜone są materiały ogniotrwałe w procesie topienia masy szklanej?

Jak wyjaśnić pojęcie piec szklarski?

10.

Jak moŜna sklasyfikować piece szklarskie?

11.

Jakie piece szklarskie naleŜą do grupy pieców topliwych?

12.

Jakie są stosowane piece do obróbki i uszlachetniania szkieł?

13.

Jakie piece naleŜą do pomocniczych?

14.

Z jakich głównych części składa się piec donicowy?

15.

Z jakich głównych części składa się wanna zmianowa?

16.

Jaka jest róŜnica w budowie pomiędzy wanną zmianową i wanną wyrobową?

17.

Jaka jest róŜnica w zasadzie działania wanny zmianowej i wanny wyrobowej?

18.

Jaką rolę pełnią palniki w wannach szklarskich?

19.

Jak dzieli się wanny zmianowe pod względem budowy przestrzeni ogniowej?

20.

Jaką rolę w wannie zmianowej pełni kieszeń zasypowa?

21.

Jak dzieli się piece topliwe pod względem rozmieszczenia palników i kształtu płomienia?

22.

W jakim celu stosuje się ściągi w piecach topliwych?

23.

Jakie są sposoby odzysku ciepła ze spalin w piecach topliwych?

24.

Jakie urządzenia słuŜą do odzysku ciepła ze spalin?

25.

Jakie urządzenia słuŜą do odpręŜania wyrobów szklanych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie rysunków technicznych rozpoznaj rodzaj pieców szklarskich oraz wskaŜ ich

główne części.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące budowy pieców topliwych,

dokonać analizy rysunków technicznych,

rozpoznać rodzaje pieców,

zapisać główne części pieców.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

papier, pisaki,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

rysunki techniczne pieców do topienia szkła,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Przedstaw za pomocą schematu blokowego cykl pracy pieca topliwego o działaniu okresowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące budowy i działania pieców
działaniu okresowym,

dokonać analizy treści,

przedstawić schemat blokowy cyklu pracy pieca topliwego o działaniu okresowym.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

papier formatu A4, pisaki,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

sklasyfikować nośniki energii cieplnej?

określić zalety stosowania paliw gazowych?

określić zalety stosowania olejów opałowych?

określić zalety topienia elektrodowego masy szklanej?

zdefiniować pojęcie materiały ogniotrwałe?

określić rodzaje materiałów ogniotrwałych stosowanych do budowy
pieców szklarskich?

dokonać klasyfikacji materiałów ogniotrwałych?

określić czynniki na jakie naraŜone są materiały ogniotrwałe podczas
procesu topienia masy szklanej?

zdefiniować pojęcie piec szklarski?

10)

sklasyfikować piece szklarskie?

11)

sklasyfikować piece do topienia masy szklanej?

12)

dobrać piece do obróbki i uszlachetniania szkła?

13)

sklasyfikować piece pomocnicze?

14)

określić główne części pieca donicowego?

15)

określić główne części wanny zmianowej?

16)

wyjaśnić róŜnice w budowie wanny zmianowej i wanny wyrobowej?

17)

wyjaśnić róŜnice w zasadzie działania wanny zmianowej i wanny
wyrobowej?

18)

określić rolę palnika w wannach szklarskich?

19)

dokonać podziału wanien zmianowych pod względem budowy
przestrzeni ogniowej?

20)

określić rolę kieszeni zasypowej w piecu szklarskim?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21)

dokonać podziału pieców topliwych pod względem rozmieszczenia
palników i toru płomienia?

22)

wyjaśnić pojęcie wiązania pieców topliwych?

23)

określić sposoby odzysku ciepła ze spalin w piecach topliwych?

24)

sklasyfikować urządzenia słuŜące do odzysku ciepła ze spalin?

25)

sklasyfikować urządzenia słuŜące do odpręŜania wyrobów szklanych?

26)

wyjaśnić na czym polega reakcja endotermicza?

27)

wyjaśnić na czym polega reakcja egzotermiczna?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.

Topienie masy szklanej

4.2.1. Materiał nauczania

Topienie masy szklanej jest to proces stosowany do produkcji szkła, polegający na

przekształcaniu zestawu za pomocą energii cieplnej w bezpostaciową, jednorodną i klarowną
masę szklaną odpowiedniej lepkości, stanowiącą podstawowe tworzywo do produkcji
wyrobów szklanych.

Zestaw jest mieszaniną sypkich surowców zawierających określone związki chemiczne.

Wsypany  do  pieca  jest  poddawany  natychmiastowemu  działaniu  wysokiej  temperatury,
przewaŜnie  około  1450°C.  Zestaw  ogrzewa  się  i  zachodzą  w  nim  na  początku  pewne  proste
procesy  fizyczne,  a po  osiągnięciu  odpowiedniej  temperatury  –  pewne  reakcje  chemiczne
w stanie stałym, czyli na styku ziaren reagentów.

Przebieg procesów i zjawisk zachodzących podczas topienia masy szklanej moŜna

usystematyzować w sposób niŜej przedstawiony.

Tabela 1. Przebieg procesu topienia masy szklanej [5, s. 233]

Tabela 1. Przebieg procesu topienia masy szklanej [5, s. 233].

KaŜde z wymienionych trzech stadiów procesu topienia masy szklanej ma swoje

osobliwości i do zrealizowania kaŜdego z nich istnieją odpowiednie optymalne warunki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

NaleŜy uwzględniać takŜe wpływ róŜnych czynników przyspieszających proces

powstawania szkła na poszczególnych jego etapach i w całości.

Wszystkie zjawiska zachodzące w procesie topienia masy szklanej przyjęto klasyfikować

na następujące grupy:
1. Przemiany fizyczne – związane tylko ze zmianą energii wewnętrznej:

wydalanie wilgoci,

nagrzewanie zestawu surowców,

topienie się składników,

rozpuszczanie (roztwarzanie) stałych lub ciekłych składników w powstałej juŜ fazie
ciekłej,

przemiany polimorficzne,

ulatnianie się niektórych składników.

2. Przemiany chemiczne – reakcje chemiczne przebiegają bez zmiany stanu:

rozkład hydratów,

usuwanie wody związanej chemicznie,

reakcje w fazie stałej,

rozkład węglanów, siarczanów, azotanów,

wzajemne oddziaływanie niektórych składników i tworzenie krzemianów.

3. Przemiany fizykochemiczne – występują w nich zmiany stanu i przebiegają reakcje

chemiczne:
a)

oddziaływanie między ciekłą masą szklaną a gazowymi składnikami atmosfery pieca,

oddziaływanie między ciekłą masą szklaną a zawartymi w niej gazami,

oddziaływanie między fazą gazową masy szklanej i fazą gazową zawartą
w pęcherzykach,

oddziaływanie między gazami piecowymi a gazami zawartymi w pęcherzykach,

oddziaływanie między masą szklaną a materiałami ogniotrwałymi.

Pierwsze stadium topienia

Pierwsze stadium topienia masy szklanej nazywa się topieniem zestawu. Rozpoczyna się

ono  od  chwili  wsypania  zestawu  do  pieca,  którą  to  czynność  nazywa  się  w  szklarstwie
zasypem zestawu i trwa do przekształcenia się wszystkich składników krystalicznych zestawu
w  masę  szklaną.  Zakończenie  tego  stadium  poznaje  się  po  braku  cząstek  krystalicznych,
przewaŜnie zaś ziaren piasku, najtrudniej i najdłuŜej rozpuszczających się w stopionej masie
szklanej. Pierwsze stadium topienia kończy się w warunkach normalnych w temperaturze do
1200°C.

W stadium tym rozróŜniamy teoretycznie trzy kolejne procesy:

−

ogrzewanie zestawu,

−

tworzenie się krzemianów,

−

tworzenie się masy.

Ogrzewanie zestawu

Ogrzewanie zestawu rozpoczyna się od wsypania go do pieca i trwa (umownie) do chwili

rozpoczęcia  się  pierwszych  reakcji  chemicznych,  głównie  rozpadu  węglanów,  co  moŜna
poznać  po  wydzielaniu  się  i  ulatnianiu  dwutlenku  węgla.  W  zestawach  na  zwykłe  szkła
przemysłowe proces ten trwa do osiągnięcia temperatury 500°C.
Podczas  ogrzewania  zestawu  zachodzą  liczne  zjawiska,  przewaŜnie  natury  fizycznej  lub
fizykochemicznej a kryterium podziału tych zjawisk to wysokość temperatury, w której dane
zjawisko zazwyczaj się rozpoczyna.
Przenikanie ciepła do zestawu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zestaw wsypuje się do pieca, na znajdującą się w nim gorącą masę szklaną. Na ogół

cząstki  zestawu  nie  toną  w  masie,  na  którą  są  wsypywane,  lecz  utrzymują  się  na  jej
powierzchni. Dzieje się tak dlatego, Ŝe mają one mniejszą gęstość od gęstości masy szklanej,
jak  równieŜ  dlatego,  Ŝe  napięcia  powierzchniowe  oraz  lepkość  masy  są  dość  duŜe  i  stawiają
skuteczny opór ruchom drobniejszych cząstek zestawu, dąŜących do zagłębienia się w masie.
Na  zimny  zestaw  wsypany  do  pieca  zaczyna  nagle  działać  wysoka  temperatura,  zwykle  nie
mniejsza  niŜ  1400°C.  Temperatura  ta  jest  spowodowana  nagrzaniem  obmurza  pieca  (ścian
bocznych i sklepienia) gazami palącymi się w przestrzeni ogniowej pieca, a takŜe gorącą masą
szklaną, na którą wsypano zestaw.

Od spodu zestaw pobiera ciepło od masy przez przewodnictwo, z góry zaś od obmurza

i płomienia,  głównie  przez  promieniowanie  i  tylko  w  niewielkiej  mierze  przez  konwekcję
(ruch  gorących  gazów).  Promieniowanie  jest  pochłaniane  jednak  tylko przez cienką warstwę
zestawu  na  powierzchni.  Wewnętrzne  warstwy  zestawu  ogrzewają  się  tylko  przez
przewodnictwo cieplne.
Odparowywanie wody

Zestaw zawiera zawsze pewną ilość wody, co jest spowodowane wilgotnością surowców

lub występowaniem w nich wody związanej chemicznie.
Część pary wodnej rozpuszcza się w masie szklanej, podobnie jak i inne gazy.

Korzystne działanie wody zawartej w topiącym się zestawie i otrzymywanej masie

szklanej polega na następujących zjawiskach:

−

tworząca się para wodna rozrywa spieczone i zeszklone warstwy zestawu na powierzchni,
co ułatwia przenikanie ciepła w głąb zestawu,

−

woda przyspiesza reakcje chemiczne w zestawie (reakcje jonowe),

−

woda rozpuszczona w masie szklanej rozrywa więźbę krzemowo – tlenową, co zmniejsza
lepkość i napięcie powierzchniowe masy, przyczyniając się do przyspieszenia topienia.
Niekorzystne działanie wody w zestawie polega na zuŜywaniu znacznej ilości ciepła na
jej odparowanie.

Przemiany polimorficzne

Przemiana polimorficzna jest to zjawisko przegrupowywania się w odpowiednio

wysokiej temperaturze układów krystalicznych niektórych składników zestawu.
NajwaŜniejsze dla topienia szkła przemiany polimorficzne zachodzą w piasku kwarcowym.
Zjawisko to ułatwia i przyspiesza reakcje tworzenia się krzemianów oraz rozpuszczanie się
krzemionki w stopionych krzemianach.
Topienie niektórych składników

Temperatura topienia pojedynczych podstawowych składników zestawu jest dosyć

wysoka i wynosi dla: Na

ok. 850°C, CaO – ok. 2570°C, SiO

(krystobalit) – ok. 1675°C.

W temperaturze stosowanej podczas topienia masy na zwykłe szkła przemysłowe (przeciętnie
do 1425°C) istnieje moŜliwość topienia tylko węglanów alkalicznych, na przykład Na

Inne dwa składniki podstawowe: tlenek wapniowy i krzemionka nie topią się. Muszą one
w reakcjach chemicznych utworzyć związki łatwiej topliwe albo rozpuścić się w stopionych
związkach.

Niektóre składniki zestawu, przewaŜnie spośród surowców pomocniczych lub

dodatkowych, topią się jednak w stosunkowo niskiej temperaturze, w zakresie początkowych
procesów topienia masy (do 525°C), niekiedy nawet przed wejściem w reakcje chemiczne. Do
takich składników naleŜą: azotan sodowy NaNO

(temperatura topienia ok. 300°C), azotan

potasowy KNO

(temperatura topienia ok. 335°C).

Składniki te, topniejące w ogrzewanym zestawie, ułatwiają i przyspieszają reakcje chemiczne,
stwarzając moŜliwości ruchu cząsteczek zestawu i ułatwiając przez to kontakt reagentów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Z drugiej jednak strony powodują one szybkie obtapianie się (spiekanie) powierzchni
zestawu, co utrudnia przenikanie ciepła do jego głębszych warstw.

Bardzo charakterystycznie zachowuje się w topionym zestawie stłuczka. Mięknie ona

i roztapia się w stosunkowo niskiej temperaturze, co znacznie ułatwia i przyspiesza topienie
zestawu. Stopiona stłuczka ma jednak bardzo duŜe napięcie powierzchniowe, co po woduje,
Ŝ

e kaŜdy kawałek stłuczki po stopieniu upodabnia się do kropli płynnej masy otoczonej

powłoką  (błoną).  Opisane  zachowanie  się  stłuczki  podczas  topienia  zestawu  nie  sprzyja
oczywiście  ujednorodnieniu  masy  szklanej.  NaleŜy  przy  tym  pamiętać  takŜe  o  tym,  Ŝe
stłuczka  nawet  powstała  z  tego  samego  zestawu,  ma  zawsze  nieco  inny  skład  chemiczny  od
masy świeŜo stopionej z – samego zestawu, co równieŜ pogarsza jednorodność masy.

Rys. 30. Mozaikowa budowa masy szklanej nie ujednorodnionej podczas topienia [5, s.239]

Drugi proces topienia masy szklanej

Polega na reakcjach chemicznych, w wyniku których tworzą się łatwo topliwe krzemiany,

a przy tym powstają takŜe i inne związki.
Proces ten rozpoczyna się w zestawie wsypanym do pieca dość wcześnie: w stosunkowo
niskiej temperaturze około 330

C, ale przebiega najintensywniej w zakresie temperatury

725–925°C. Charakteryzuje się on obfitym wydzielaniem się z zestawu dwutlenku węgla.
Reakcje podstawowych składników zestawu

W ogrzewanym zestawie najwcześniej rozpoczyna się reakcja tworzenia się soli

podwójnej z węglanu sodowego i węglanu wapniowego. Sól podwójna – węglan sodowo-
wapniowy, pojawia się juŜ w temperaturze niŜszej. Reakcję tę moŜna przedstawić
następująco:

+ CaCO

→

Ca(CO

)

Przebiega ona intensywnie w zakresie temperatury 375 – 475°C. Powstały węglan

sodowo-wapniowy  topi  się  dopiero  w  temperaturze  813°C.  Jednak  jeszcze  w  stanie  stałym
reaguje on intensywnie z krzemionką w temperaturze ok. 625°C.
NaleŜy  podkreślić,  Ŝe  pojedyncze  węglany  reagują  z  krzemionką  w  temperaturze  znacznie
wyŜszej niŜ węglan podwójny.

Oprócz podwójnego węglanu sodowo-wapniowego w zestawie złoŜonym tworzą się

i inne podwójne sole, jak podwójny węglan sodowo-potasowy Na

(CO

)

, topiący się

w temperaturze wyŜszej, ale przedtem takŜe reagujący z krzemionką.
W temperaturze około 757°C powstaje eutektyk w postaci Na

Ca(CO)

• Na

, który zaraz

się topi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tworzenie się soli podwójnych, reagujących z krzemionką w niŜszej temperaturze niŜ

węglany pojedyncze, oraz tworzenie się eutektyków, powoduje przyspieszenie opisywanego
procesu topienia, a zatem mają wpływ na szybkość topienia masy szklanej.
Węglan wapniowy z wapieni, jeŜeli nie styka się z węglanem sodowym i nie moŜe utworzyć
węglanu podwójnego, ulega w temperaturze 910°C dysocjacji (rozkładowi).

CaCO

→

CaO + CO

Powstający w ten sposób tlenek wapniowy reaguje z krzemionką, lecz dopiero

w temperaturze 1010°C, a więc ok. 300 stopni wyŜszej od tej, w której reaguje on
z krzemionką w podwójnej soli, razem z węglanem sodowym.

Jest to przykład jak mogą opóźniać się reakcje wskutek niedokładnego wymieszania

zestawu, czyli jego niejednorodności.

Powstający w ten sposób tlenek wapniowy reaguje z krzemionką, lecz dopiero

w temperaturze 1010°C, a więc ok. 300 stopni wyŜszej od tej, w której reaguje on
z krzemionką w podwójnej soli, razem z węglanem sodowym.
Jest to przykład jak mogą opóźniać się reakcje wskutek niedokładnego wymieszania zestawu,
czyli jego niejednorodności

Rys.31. Skuteczność mieszania zestawu: a) zmieszanie doskonałe, b) zmieszanie złe [5, s.240]

NaleŜy zaznaczyć, Ŝe reakcje tworzenia się krzemianów są egzotermiczne. Wydzielanie

się ciepła podczas tych reakcji objawia się nagłym wzrostem temperatury zestawu.
Obok reakcji węglanów z krzemionką przebiegają i inne reakcje wymiany, jak reakcje
fluorków, azotanów i siarczanów z krzemionką.

Reakcje siarczanów z krzemionką przebiegają znacznie trudniej i dopiero w wysokiej

temperaturze.

W zestawach wieloskładnikowych, a zwłaszcza zawierających, rozmaite związki

barwiące masę szklaną, zachodzi podczas topienia wielka liczba podobnych reakcji wymiany.
Reakcje rozkładu – dysocjacje

W ogrzewanym zestawie przebiegają takŜe liczne reakcje rozkładu, czyli dysocjacje

Jeden z przykładów takich reakcji omawialiśmy juŜ wyŜej.
Podobnemu rozkładowi mogą ulegać takŜe inne węglany, na przykład węglan sodowy, który,
jeśli nie wszedł wcześniej w reakcje z innymi składnikami, moŜe dysocjować następująco

→

O + CO

Reakcja ta przebiega bardzo rzadko, gdyŜ zwykle wcześniej węglan sodowy topi się,

a w stanie ciekłym staje się bardziej ruchliwy i łatwiej moŜe napotkać na krzemionkę, z którą
natychmiast tworzy krzemian.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Najłatwiej dysocjują azotany, a jeden z nich azotan sodowy (saletra sodowa), który

w temperaturze ok. 300°C topi się, a w temperaturze ok. 525°C rozkłada według reakcji

4 NaNO

→

2 Na

O + 2 N

+ 5O

przy czym wydziela się duŜa ilość tlenu i z tego powodu reakcję wykorzystuje się do
utleniania masy. NaleŜy tu zaznaczyć, Ŝe sam azotan sodowy praŜony osobno rozkłada się
zaraz po stopieniu, jednak gdy występuje on łącznie z innymi składnikami zestawu dysocjacja
jego się opóźnia.
Reakcje utleniania i redukcji

W obecności tlenu, pochodzącego z dysocjacji innych związków, i w odpowiednim jego

ciśnieniu cząstkowym niektóre związki zawarte w topiącej się masie ulegają utlenieniu.
Przykładem mogą tu być związki arsenu i antymonu oraz wiele tlenków o zmiennym stopniu
utlenienia, barwiących masę szklaną.

Zasadą jest, Ŝe kaŜdy tlenek o wyŜszym stopniu utleniania, utlenia znajdujący się niŜej

tlenek  o niŜszym  stopniu  utleniania.  I  tak  na  przykład  trójtlenek  chromu  utlenia  tlenek
manganawy,  a pięciotlenek  arsenu lub trójtlenek manganu utleniają tlenek Ŝelazawy. Silnymi
utleniaczami  są  tlenki  chromu,  manganu  i  ceru.  Natomiast  tlenek  Ŝelazawy  jest  wśród
wymienionych tlenków najsilniejszym reduktorem.
Silnymi środkami utleniającymi są azotany (saletry). Dysocjacja ich jest źródłem duŜej ilości
tlenu w zestawie, na przykład saletra sodowa dysocjuje według schematu

4NaNO

→

2Na

O + 2N

+ 5O

Trzeci proces topienia masy szklanej – tworzenie się masy

zakończeniu

procesu

topienia

masy

szklanej

zestawu

klasycznego

(sodowo-wapniowego) stan tego zestawu powinien być następujący:

−

cała ilość węglanu sodowego i węglanu wapniowego po ostatecznej reakcji z krzemionką
utworzyła odpowiednie krzemiany,

−

powstający podczas reakcji węglanów dwutlenek węgla ulotnił się w przewaŜającej
ilości, ale częściowo pozostaje uwięziony w topionym zestawie,

−

powstające  krzemiany,  a  zwłaszcza  róŜne  eutektyki  oraz  łatwo  topliwe  dodatkowe
składniki  zestawu  (takŜe  stłuczka)  topią  się,  tworząc  coraz  większą  ilość  fazy  ciekłej,
w fazie  ciekłej,  czyli  w  stopionych  krzemianach,  pływają  ziarna  krzemionki,  które  nie
mają juŜ reagentów, gdyŜ krzemionki dodaje się do zestawu znacznie więcej, niŜ potrzeba
do reakcji z dodawaną ilością węglanów.

Do wytworzenia takiego stanu, czyli do ukończenia drugiego procesu topienia, wystarczy

temperatura 925°C. Od tej temperatury zaczyna się więc trzeci proces topienia klasycznej
masy szklanej. Trwa on do osiągnięcia temperatury 1425°C.

Charakterystyczną cechą trzeciego procesu topienia są zjawiska fizykochemiczne

zachodzące  w  topionym  zestawie.  Podczas  trwania  tego  procesu  następuje  wzajemne
rozpuszczanie  się  składników  i  powstawanie  stopu.  Znikają  ostatnie  cząstki  krystaliczne
zestawu,  powstaje  lepka  ciecz  –  masa  szklana.  Rezultatem  trzeciego  procesu  topienia  jest
otrzymanie  ciekłej  masy  szklanej,  bez  cząstek  krystalicznych  fazy  stałej.  Przemiany  te
zachodzą dość wolno i dlatego trzeci proces topienia masy szklanej trwa zwykle stosunkowo
długo.
Topienie się krzemianów

Spośród krzemianów tworzących się podczas drugiego procesu topienia zestawu

najłatwiej topliwy (oprócz powstających eutektyków) jest dwukrzemian sodowy Na

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

następnie topi się metakrzemian sodowy Na

SiO

. Krzemiany wapnia topią się

w temperaturze znacznie wyŜszej. Krzemiany alkaliczne tworzą w tym okresie topienia fazę
szklistą wraz z poprzednio stopionymi łatwo topliwymi składnikami zestawu na szkła
wieloskładnikowe, jak saletra, boraks, związki ołowiu i baru, sulfat, fluorki, chlorki itp., oraz
tworzące się eutektyki. W tej fazie ciekłej złoŜonej ze stopionych związków rozpuszczają się
trudniej topliwe krzemiany, np. wapniowe, oraz krzemionka i inne związki trudno topliwe.
Rozpuszczanie się krzemionki

Stopione krzemiany i ewentualnie inne związki łatwo topliwe są (w temperaturze

odpowiadającej temu ich stanowi) cieczami małej stosunkowo lepkości, co sprzyja
rozpuszczaniu się w nich związków trudno topliwych, na przykład krzemionki.

Rozpuszczaniu się krzemionki sprzyjają takŜe omówione wyŜej przemiany

polimorficzne, pod wpływem których zmniejsza się gęstość krzemionki (staje się ona
gąbczasta, porowata).

Rozpuszczanie się krzemionki następuje dzięki dyfuzji. Dyfuzję utrudnia jednak fakt, Ŝe

krzemionka rozpuszczając się w stopie krzemianów zwiększa bardzo lepkość stopu.
Powoduje to interesujące zjawisko wokół kaŜdego ziarna rozpuszczającej się krzemionki
powstaje duŜa (w stosunku do wielkości ziarna) otoczka masy szklistej duŜej lepkości, jakby
kula, w której środku znajduje się białe ziarno krzemionki.

Rys. 32.

Schemat rozpuszczania się ziarna piasku w masie szklanej o składzie chemicznym SiO

O [2, s. 249]

Z czynników chemicznych duŜy wpływ na szybkość tworzenia się krzemianów mają

rodki przyspieszające topienie np. fluoryt. Ostrzec jednak naleŜy, Ŝe przy zawartości ponad

1,5% F

stop ma silną podatność na krystalizację. Za optimum uwaŜa się zawartość

ok. 0,5% F

Z czynników fizycznych wpływ na szybkość tworzenia się krzemianów ma wilgotność

zestawu. Za najbardziej optymalne przyjmuje się ok. 4% wilgotności w zestawie.
Zestawy  bardziej  drobnoziarniste  topią  się  szybciej,  z  uwagi  na  późniejsze  trudności
w klarowaniu  stopu  stosowanie  piasku  o  ziarnistości  poniŜej  0,1  mm  uwaŜa  się  za
niewskazane,  z  wyjątkiem  przypadków  specjalnych,  jak  np.  topienie  szkła  E  na  włókno
szklane.
Stosowanie  granulatów  i  brykietów  jest  korzystniejsze  dla  klarowania  szkła  niŜ  dla
przyspieszenia tworzenia się krzemianów.
Rozwarstwianie się masy

Niejednakowa rozpuszczalność róŜnych składników zestawu, a takŜe szczególne

zachowanie  się  przy  tym  niektórych  składników,  wywołują  pewne  komplikacje  w  topieniu
zestawu, a zwłaszcza zaś zjawisko rozwarstwiania się topiącej się masy szklanej.
Topienie  się  poszczególnych  składników  zestawu  oraz  tworzących  się  nowych  związków
w róŜnych  temperaturach,  a  więc  w  róŜnym  czasie  oraz  ich  stosunkowo  duŜe  napięcie
powierzchniowe,  powodują  zjawisko  skupiania  się  poszczególnych  stopionych  substancji
i oddzielania się od innych. Zjawisko to działa hamująco na proces dyfuzji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rozpuszczanie się gazów

Wskutek omówionych wyŜej reakcji składników zestawu wydziela się duŜa ilość gazów,

zwłaszcza  dwutlenku  węgla  z  węglanów  oraz  pary  wodnej  z  wilgoci  zawartej  w  surowcach.
PrzewaŜająca  ilość  gazów  wydzielających  się  z  zestawu  ulatnia  się  z  niego  i  wraz  ze
spalinami  uchodzi  z  pieca  kominem.  Jednak  część  tych  gazów,  wprawdzie  stosunkowo
niewielka,  utrzymuje  się  w  masie  dłuŜej  albo  pozostaje  w  niej  na  stałe.  Na  stałe  pozostają
w masie  szklanej  gazy  rozpuszczone  w  niej.  Stosunkowo  najlepiej  rozpuszczają  się  w  masie
szklanej: para wodna, dwutlenek węgla i dwutlenek siarki, nieco gorzej tlen, azot i inne gazy.

Ze wzrostem temperatury rozpuszczalność gazów w masie maleje (podobnie jak

w wodzie); po obniŜeniu temperatury zdolność rozpuszczania się gazów wzrasta.
W miarę wzrostu ciśnienia cząsteczkowego gazu zwiększa się jego rozpuszczalność w masie
szklanej.

Oprócz gazów powstałych podczas reakcji chemicznych składników zestawu, wskutek

absorpcji do masy przedostają się równieŜ gazy z przestrzeni ogniowej pieca, inaczej mówiąc
ze spalin. Dwutlenek węgla i dwutlenek siarki przenikają ze spalin dość szybko do
powierzchniowej warstwy masy na głębokość ok. 1 mm. Następnie, juŜ stosunkowo wolno,
gazy te dyfundują w głąb masy.

Ulatnianie się składników

Z gorącej masy szklanej ulatniają się nie tylko związki gazowe, powstałe w wyniku

reakcji  chemicznych  lub  dysocjacji,  lecz takŜe para wodna i powietrze, które znajdowały się
pomiędzy  ziarnami  składników  zestawu.  W  wysokiej  temperaturze  topienia  masy  parują
i ulatniają  się  takŜe  związki  ciekłe  –  składniki  masy.  Wielkość  określającą  to  zjawisko
ilościowo nazywamy lotnością składników masy szklanej.

Wartość lotności poszczególnych składników jest róŜna. ZaleŜy ona przede wszystkim od

temperatury  wrzenia  tych  związków,  a  takŜe  od  temperatury,  w  której  związki  te  pozostają
podczas topienia masy i czasu pozostawania w tej temperaturze.
Są  składniki  masy,  które  praktycznie  nie  ulatniają  się  wcale.  NaleŜy  do  nich  krzemionka,
której  temperatura  wrzenia  wynosi  2230°C.  Nie  wykazują  takŜe  lotności  związki  glinu,
wapnia  i  magnezu.  Natomiast  związki  alkaliczne  wykazują  duŜą  lotność  –  związki  sodu
mniejszą, potasu – większą.

Tabela 2. Lotność składników stopionego szkła [8, s. 182]

Tlenek

Lotność [%]

Uwagi

SiO

Przy topieniu poniŜej 1400

PrzewaŜnie 3,6–48,3%

ZnO

PbO

W szkłach zawierających 50% PbO

Wprowadzony do zestawu z sodą

Wprowadzony do zestawu z sulfatem

Wprowadzony do zestawu z potaŜem

CaF

Najwięcej

Niektóre składniki ulatniają się z masy tylko wskutek działania innych składników,

z którymi tworzą się związki lotne w wysokiej temperaturze topienia. Związki Ŝelaza ulatniają
się wraz z NaCl w ilości do 11%, z Se w ilości ok. 15%, z B

ok. 17%, z (NH

)

ok. 29%.

Najintensywniej ulatniają się składniki z warstw powierzchniowych masy, na które działa

bezpośrednio najwyŜsza temperatura. Podczas topienia mas zawierających stosunkowo duŜą

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ilość składników lotnych, jak B

PbO, K

O, powierzchniowe warstwy masy łatwo

zmieniają skład chemiczny. Często bywa, Ŝe wskutek tego zostaje naruszona równowaga
fazowa układu i na powierzchni masy następuje krystalizacja masy szklanej.
Największy wpływ na lotność składników wywiera temperatura topienia. Zwiększenie
temperatury z 1430°C do 1580°C powoduje trzykrotny wzrost lotności Na

Reakcje zachodzące między składnikami zestawu a materiałami ogniotrwałymi

Podczas topienia najpierw topiony zestaw, a następnie tworząca się masa szklana stykają

się z ceramicznym materiałem ogniotrwałym,. z którego wykonuje się urządzenia do topienia
masy szklanej. Są to baseny (wanny) pieców wannowych lub tygle (donice).
Materiały te są naraŜone na działanie wysokiej temperatury, która im jest wyŜsza, tym bardziej
osłabia strukturę i trwałość tych materiałów. Odporność materiałów ogniotrwałych na wysoką
temperaturę, a takŜe na działanie chemiczne składników topionego zestawu (korozję) oraz na
niszczące hydromechaniczne działanie masy (erozja) jest ograniczona. Dlatego teŜ pomiędzy
topiącą się masą a materiałami, z których są wykonane wymienione urządzenia zachodzą
pewne procesy fizykochemiczne, które nie są obojętne dla przebiegu topienia.

Drugie stadium topienia

Drugie stadium topienia masy szklanej nazywa się klarowaniem masy. Rozpoczyna się

ono od chwili, gdy w powstałej ciekłej masie szklanej znikną ostatnie cząsteczki krystaliczne,
czyli  rozpuszczą  się  w  niej  ostatnie  ziarna  krzemionki.  Wtedy  ostatecznie  powstaje  masa
szklana.  Jednak  nie  nadaje  się  ona  jeszcze  jako tworzywo do produkcji wyrobów szklanych,
gdyŜ  jest  niejednorodna,  bardzo  rozwarstwiona  i  zawiera  nadmiar  gazów,  nie  tylko
rozpuszczonych w masie, lecz takŜe w postaci licznych pęcherzy. Są to przewaŜnie pęcherze
drobne, które zostały uwięzione w masie duŜej lepkości, zwiększonej wskutek rozpuszczenia
się  krzemionki.  Większe  pęcherze  gazu  zdąŜyły  juŜ  wznieść  się  w  masie  i  opuścić  ją
natomiast pęcherze drobne zostały.
Podczas  drugiego  stadium  topienia  masy  przebiegają  równolegle  dwa  procesy:  klarowanie
i ujednorodnianie  masy.  Przebiegają  one  wprawdzie  w  tym  samym  czasie,  ale  wpływ  na  ich
przebieg mają zjawiska odmienne i dlatego omówimy je osobno.
Pierwszy proces – klarowanie masy

Proces klarowania ma na celu moŜliwie największe odgazowanie masy, czyli

zmniejszenie  do  minimum  zawartości  gazów,  a  głównie  gazów  znajdujących  się
w pęcherzach.  Pęcherze  znacznie  pogarszają  jakość  szkła,  głównie  zaś  jego  przezroczystość
ze  względu  na  silne  rozpraszanie  światła.  Do  przyspieszania  klarowania  masy  wykorzystuje
się kilka zjawisk, przewaŜnie wywoływanych sztucznie, które omówiono niŜej.
Zmniejszanie się lepkości masy

Masa szklana, stopiona w wystarczającej do tego celu temperaturze do 1230°C, nie musi

być  ogrzewana  do wyŜszej temperatury. Masa moŜe się wyklarować w temperaturze niŜszej,
osiąganej  podczas  pierwszego  stadium  topienia.  Wymaga  to  jednak  długiego  czasu,  gdyŜ
w takiej  temperaturze  lepkość  szkieł  przemysłowych  nawet  tych  przeciętnych jest zbyt duŜa.
Utrudnia  to  ruch  wznoszących  się  pęcherzy.  Głównymi  czynnikami  wpływającymi  na
prędkość wznoszenia się pęcherzy w cieczach są: lepkość cieczy oraz wielkość pęcherzy.
Lepkość  masy  moŜna  zmniejszyć  głównie  przez  zwiększenie  temperatury  –  co  nazywamy
przegrzewaniem  masy.  Przegrzewanie  masy  powoduje  teŜ  zmniejszenie  się  jej  napięcia
powierzchniowego,  co  równieŜ  przyspiesza  wydostawanie  się  gazów  z  pęcherzy,  dzięki
łatwiejszemu pękaniu otoczki z masy szklanej.
Naruszenie stanu równowagi chemicznej

Przegrzanie masy szklanej powoduje naruszenie stanu równowagi rozpuszczalności

gazów w masie, co prowadzi do wydzielania się ich w postaci pęcherzy – czyli odgazowania

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

masy  i  pienienia  się  jej.  Ogrzewanie  masy  do  wysokiej  temperatury  powoduje  takŜe
naruszenie  stanu  równowagi  reakcji  chemicznych.  NaleŜy  pamiętać,  Ŝe  pewne  reakcje
chemiczne,  które  zaszły  podczas  pierwszego  stadium  topienia,  nie  zostały  zakończone
całkowicie,  lecz  tylko  osiągnęły  pewien  stan  równowagi,  odpowiadający  warunkom,
w których odbywały się reakcje.
Działanie środków klarujących

Drugim obok lepkości masy czynnikiem wpływającym na prędkość wznoszenia się

pęcherzy  jest  ich  wielkość.  Na  początku  drugiego  stadium  topienia  w  masie  znajdują  się
prawie wyłącznie pęcherzyki małe, powstałe przewaŜnie ze spóźnionych reakcji małych mas
reagentów,  a  więc  wydzielających  maleńkie  ilości  gazów.  Dla  całkowitego  usunięcia  tych
drobnych  pęcherzyków  z masy  szklanej  trzeba  byłoby  przetrzymać  ją  w  wysokiej
temperaturze  przez  czas  dłuŜszy.  Aby  zaś  proces  ten  przyspieszyć  naleŜy  albo  zwiększyć
pęcherze,  albo  usunąć  drobne  pęcherzyki  z  masy,  nie  czekając  na  ich  wzniesienie  się  do
powierzchni.  Pęcherzyki  występujące  w  masie  nawet  obok  siebie  nie  łączą  się  przewaŜnie
w jeden  pęcherz  większy,  gdyŜ  utrudnia  im  to  duŜe  napięcie  powierzchniowe  występujące
w ich otoczkach z masy szklanej.

Aby usunąć drobne pęcherzyki z masy oraz spowodować łączenie się ich w pęcherzyki

większe, szybciej opuszczające masę naleŜy zastosować środki – zwane środkami
klarującymi.
Ś

rodki klarujące są to związki chemiczne dodawane do zestawu w małych ilościach.

Szczególną ich cechą jest to, Ŝe:

−

rozkładają się one dopiero w temperaturze klarowania masy, tj. około 1230°C, a więc
wówczas, gdy większość reakcji zasadniczych z pierwszego stadium topienia, a głównie
reakcji węglanów, została zakończona,

−

rozkładając się wydzielają one gazy inne niŜ dwutlenek węgla, którym jest przesycona
masa szklana.

Jako środki klarujące najczęściej stosuje się siarczany (sulfat) lub antymoniany, które

tworzą się w pierwszym stadium topienia, wskutek utleniania tlenku antymonawego.
Na początku drugiego stadium topienia, gdy przegrzewana masa osiągnie temperaturę około
1230°C, wymienione związki klarujące rozkładają się dość gwałtownie, wskutek czego
powstaje duŜa liczba pęcherzy. Pęcherze te energicznie kłębią masę szklaną. Wydzielające się
pęcherze zawierają inne gazy niŜ dwutlenek węgla, którym jest przesycona masa szklana.

Woda w postaci pary wodnej rozpuszczonej w masie ułatwia klarowanie masy. Działanie

jej polega na rozluźnianiu i rozrywaniu sieci przestrzennej wiązań krzemianowych Si–O–Si
wskutek wymiany w nich tlenu na jony OH. Dzięki temu rozluźnia się struktura masy, co
ułatwia poruszanie się w nich pęcherzyków.

Oddziaływanie przestrzeni ogniowej pieca

Przestrzenią ogniową pieca do topienia masy szklanej nazywamy tę jego część, w której

odbywa się spalanie mieszaniny gazów palnych z powietrzem. Przestrzeń ogniowa jest
ograniczona od dołu powierzchnią masy szklanej, od góry – sklepieniem głównym, a z boków
– ścianami bocznymi.

Pochodzące ze spalania gazy (spaliny) są adsorbowane przez powierzchniowe warstwy

masy szklanej. Adsorpcja gazów jest tym większa, im większe jest ich ciśnienie w przestrzeni
ogniowej pieca. Spaliny zawierają głównie dwutlenek węgla.
Przenikanie ciepła do masy

Masa szklana, zwłaszcza topiona w piecach wannowych, jest ogrzewana głównie przez

promieniowanie, czyli przenikanie promieni podczerwonych w głąb masy. Jest poŜądane, aby
promienie podczerwone przenikały do masy jak najgłębiej. Wiadomo, Ŝe w bezbarwnej albo

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zielonej masie szklanej najwięcej promieni podczerwonych pochłaniają dwudodatnie jony
Ŝ

elaza. Fe

, zaś trójdodatnie jony Ŝelaza Fe

praktycznie promieni tych nie pochłaniają.

Podczas klarowania masa powinna być przegrzewana nie tylko w warstwach
powierzchniowych, lecz i dostatecznie głęboko, dlatego jest wskazane utrzymanie związków
Ŝ

elaza w wyŜszym stopniu utlenienia. Sprzyjają temu warunki utleniające, zarówno w głębi

topionej masy, jak i w atmosferze przestrzeni gazowej pieca, co omówiono wyŜej.
Drugi proces – ujednorodnianie masy

Proces ten ma na celu moŜliwie najlepsze ujednorodnienie masy, czyli takie wymieszanie

jej składników, aby w kaŜdej części masy jej skład chemiczny był taki sam. Ujednorodnianie
nazywa się takŜe homogenizacją.

Znamy juŜ przyczyny powstawania chemicznej niejednorodności masy podczas topienia

zestawu.  Wiemy,  Ŝe  nawet  najlepsze  zmieszanie  zestawu  nie  zapobiega  powstawaniu
niejednorodności  masy  wskutek  jej  rozwarstwiania  się.  Oczywiście,  złe  zmieszanie  zestawu
potęguje  niejednorodność  masy,  a  oprócz  tego  bardzo  opóźnia  procesy  chemiczne
w pierwszym stadium topienia.

Przy stosowanych obecnie sposobach topienia masy i uŜywanych do tego celu rodzajach

pieców, niezmiernie trudno otrzymać masę zupełnie jednorodną. W praktyce przemysłowej
ograniczamy się najczęściej do uzyskania tylko takiego stanu, aby skutki niejednorodności
masy nie były widoczne w wyrobach w postaci smugowatości (smuŜystości).

NaleŜy jednak pamiętać, Ŝe niejednorodność szkła, nawet niedostrzegalna, jest główną

przyczyną  małej  wytrzymałości  mechanicznej  szkła  i  jego  nadmiernej  kruchości.
Niejednorodność  powoduje  powstawanie  w  szkle  napręŜeń  strukturalnych,  odmiennych  od
napręŜeń  termicznych  i  mechanicznych.  Dla  moŜliwie  najlepszego  przeprowadzenia
i przyspieszenia  ujednorodniania  naleŜy  wykorzystać  umiejętnie  zachodzące  przy  tym
procesy.
Dyfuzja i adhezja

Jednym z czynników powodujących ujednorodnianie się masy jest dyfuzja. Działanie

dyfuzji  jest  potęgowane  przez  inne  zjawisko  adhezji.  Polega  ona  na  tym,  Ŝe  warstwy  masy
o mniejszym  napięciu  powierzchniowym  przylegające  do  warstw masy o większym napięciu
powierzchniowym  pełzną  po  nich.  Przy  tym  warstwy  o  napięciu  mniejszym  rozciągają  się,
opływają  inne  warstwy.  W  ten  sposób  ułatwiają  i  przyspieszają  dyfuzję.  Aby  przyspieszyć
dyfuzję,  trzeba  więc  zmniejszyć  lepkość  masy  i  jej  napięcie  powierzchniowe.  MoŜna  to
uczynić  przez  zwiększenie  temperatury  masy.  MoŜna  takŜe  w  tym celu dodawać do zestawu
pewnych składników zmniejszających lepkość masy podczas procesu ujednorodniania.
Prądy termiczne masy

Prądami termicznymi masy nazywamy jej ruch w piecu wskutek róŜnicy temperatury

pomiędzy częściami masy, znajdującymi się w róŜnych miejscach pieca.
Ruch pęcherzy w masie

Stosunkowo duŜą rolę w ujednorodnianiu masy szklanej odgrywa ruch wznoszących się

pęcherzy.  Dotyczy  to  zwłaszcza  pęcherzy  duŜych,  wydzielających  się  spontanicznie  podczas
procesu  ujednorodniania  masy  z  dodawanych  do  zestawu  środków  klarujących.  Pęcherze  te
powiększają  się  wskutek  wchłaniania  gazów  rozpuszczonych  w  masie.  Wznosząc  się  ku
powierzchni  masy  pęcherze  nie  przebijają  poszczególnych  warstw  masy,  gdyŜ  nie  mogą
pokonać napięć powierzchniowych sprawiających, Ŝe warstwy masy tworzą spręŜyste i mocne
błony.  Podnoszone  warstwy  rozciągają  się,  wskutek  czego  zwiększa  się  powierzchnia  ich
styku z sąsiednimi warstwami. Po osiągnięciu powierzchni masy pęcherze pękają, gaz z nich
ulatnia  się,  zaś  wydźwignięte  warstwy  spadają,  mieszając  się  przy  tym.  Aby  przyspieszyć
proces  i  osiągnąć  moŜliwie  najlepszą  jednorodność  stosuje  się  dodatkowe  czynności
ujednorodniania masy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jednym ze sposobów stosowanych jest gwałtowne mieszanie masy:

−

za pomocą duŜych pęcherzy pary wodnej lub innych gazów, wprowadzanych umyślnie do
wnętrza masy, co nazywa się teŜ kłębieniem,

−

za pomocą urządzeń mechanicznych (mieszadeł).

W jednym i drugim wypadku ruch masy powoduje bardzo energiczne rozciąganie się

róŜnych warstw, co w znacznym stopniu ułatwia dyfuzję ujednoradniającą skutecznie masę
szklaną

Trzecie stadium topienia

Trzecie stadium topienia nazywa się studzeniem masy. Jego celem jest doprowadzenie

masy  szklanej,  zbytnio  ogrzanej  (przegrzanej)  podczas  drugiego  stadium  topienia,  do  takiej
temperatury,  w  której  lepkość  jej  będzie  najbardziej  odpowiednia  do  kształtowania  z  niej
wyrobów szklanych, wybraną metodą i określonymi sposobami.
Stadium studzenia rozpoczyna się zaraz po wyklarowaniu masy, czyli po stwierdzeniu, Ŝe nie
występują  w  niej  pęcherze.  Temperatura  masy  osiąga  wówczas  ok.  1500°C,  a  w  końcu
ostatniego  stadium  spada  najczęściej  do  1100°C.  Wyklarowaną  masę  naleŜy  więc  ostudzić
o blisko 400°C.
Pierwszy proces – studzenie masy polega na obniŜaniu wokół niej temperatury.

Masa, która dotychczas pobierała ciepło od cieplejszego od niej otoczenia, głównie

z przestrzeni ogniowej pieca, zaczyna wskutek tego oddawać swe ciepło otoczeniu
chłodniejszemu – stygnie. Im większa jest róŜnica temperatury otoczenia i masy, tym prędzej
masa stygnie. Podczas stygnięcia zachodzi wiele zjawisk, mających duŜy wpływ na jakość
stopionej masy.

MoŜliwość krystalizacji masy

Podczas studzenia masy szklanej, a zwłaszcza podczas dłuŜszego jej pozostawania

w temperaturze  zwanej  wyrobową,  czyli  temperaturze  zapewniającej  masie  lepkość
odpowiednią  do  wytwarzania  wyrobów,  istnieje  największa  moŜliwość  krystalizacji  masy
szklanej. Krystalizacja masy szklanej następuje, jak wiadomo, wówczas gdy masa znajduje się
przez  pewien  czas  w  zakresie  temperatury  krystalizacji,  czyli  nieco  poniŜej  temperatury
likwidus.

Krystalizacji masy szklanej moŜna zapobiec albo przez utrzymywanie masy szklanej

w temperaturze wyŜszej od górnej temperatury krystalizacji (likwidus), albo przez zmianę
składu chemicznego masy, mającą na celu obniŜenie temperatury krystalizacji masy.
Niejednorodność termiczna

Straty ciepła spowodowane wypromieniowywaniem go z górnych warstw masy mogą być

znacznie  większe  niŜ  ilość  ciepła  doprowadzana  drogą  przewodności  z  głębi  masy  do  tych
warstw.  Jeśli  wnętrze  górnej  części  pieca  jest  studzone  zbyt  szybko,  mogą  przez  to  powstać
duŜe spadki temperatury pomiędzy górnymi a dolnymi warstwami masy.
Stygnięcie  poszczególnych  części  masy  w  róŜnych  warunkach  cieplnych  i  pozostawanie  ich
przez  pewien  czas  w  odmiennej  temperaturze  powoduje  róŜne  stany  uporządkowania
struktury  tych  części  masy.  Powoduje  to  róŜnorodność  właściwości  róŜnych  części  masy,
choćby  miały  one  jednakowy  skład  chemiczny.  Części  te  mają  róŜną  gęstość, róŜną lepkość,
powodującą nierównomierne rozciąganie się masy, a co najwaŜniejsze – róŜny współczynnik
optyczny,  co  powoduje,  Ŝe  powierzchnie  graniczne  między  częściami  masy  o  róŜnym
współczynniku optycznym są widoczne w wyrobach. Ta róŜnorodność właściwości przejawia
się  smugowatością  szkła.  Taki  stan  masy  szklanej  nazywa  się  niejednorodnością  cieplną
(termiczną) albo strukturalną. Nie zaleŜy ona zupełnie od niejednorodności chemicznej szkła,
ale  stanowi  wadę  masy  szklanej,  pogarszającą  jakość  wyrobów  szklanych  prawie  tak,  jak
niejednorodność chemiczna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Drugi proces – powtórne ogrzewanie masy

Z poznanych zjawisk wynika wniosek, Ŝe masa szklana nie powinna być studzona zbyt

szybko.  Najbardziej  prawidłowe  byłoby  studzenie  górnych  warstw  masy,  a  więc  i  obmurza
górnej  części  pieca,  z  taką szybkością, jaką jest przewodzone ciepło z dolnych warstw masy
do  górnych.  Trwałoby  to  jednak  zbyt  długo  i  w  warunkach  przemysłowych  poszukuje  się
zwykle  sposobów  przyspieszających  proces  studzenia  bez  widocznego  pogorszenia  jakości
masy. NaleŜy jednak liczyć się przy tym z innymi zjawiskami występującymi przy studzeniu.
Ogrzewanie masy

W praktyce przemysłowej obiera się przewaŜnie sposób studzenia polegający na

moŜliwie  szybkim  początkowo  studzeniu  masy,  bez względu na powstającą niejednorodność
cieplną, a następnie na powtórnym ogrzewaniu masy dla wyrównania temperatury i usunięcia
niejednorodości  cieplnej.  NaleŜy  jednak  pamiętać  przy  tym,  Ŝe  jeśli  masa  szklana  była  zbyt
długo  niejednorodna,  wówczas  doprowadzenie  jej  do  stanu  zupełnej  jednorodności  moŜe
okazać się juŜ niemoŜliwe. Wskutek studzenia mogą bowiem zajść w strukturze szkła zmiany
nieodwracalne.

Powtórne ogrzewanie szkła moŜe ponownie wywołać wiele zjawisk, które juŜ uprzednio

zachodziły w masie. Ogrzewanie powtórne polega znów głównie na przenikaniu ciepła przez
promieniowanie, przy czym wskutek małej przewodności masy nie stwarza się w niej
jednakowych warunków cieplnych. Zjawiska wywołane ogrzewaniem mogą pogorszyć
znacznie jakość masy szklanej.
MoŜliwość wtórnego pienienia

Podczas powtórnego ogrzewania masy dla uzyskania jednorodności cieplnej moŜe

wystąpić zjawisko wtórnego pienienia się masy. Przyczyny tego zjawiska omówiono niŜej.
Warstwy górne, dzięki pochłanianiu promieniowania cieplnego ogrzewają się znacznie silniej
niŜ warstwy połoŜone w głębi masy. Ze wzrostem temperatury zmienia się stopień nasycenia
masy  rozpuszczanymi  w  niej  gazami.  Jeśli  więc  masa  nie  została  poprzednio  dobrze
odgazowana, a tylko podczas studzenia zdołała rozpuścić znajdujące się w pęcherzykach gazy,
osiągając  w  ten  sposób  w  niskiej  temperaturze  stan  nasycenia  lub  bliski  nasycenia,  wskutek
powtórnego  ogrzewania  moŜe  się  ona  stać  przesycona. W  tym  wypadku  moŜe  wydzielić  się
z masy  nadmiar  rozpuszczonych  w  niej  gazów,  co  objawia  się  wystąpieniem  licznych
drobnych pęcherzyków. Powstaje więc zjawisko wtórnego pienienia się masy.

Powtórne ogrzewanie masy musi być niewielkie, stopniowe i powolne: nigdy nie naleŜy

ogrzewać masy do temperatury wyŜszej od tej, którą osiągnęła podczas klarowania.

Nieodpowiednie studzenie masy moŜe więc zniweczyć dobre wyniki topienia masy, co

daje się odczuć szczególnie dotkliwie podczas topienia masy w duŜych piecach wannowych.

Odbarwianie masy szklanej

Odbarwieniem

masy

szklanej

nazywamy

zespół

czynności

procesów

technologicznych,  dokonywanych  dla  usunięcia  niepoŜądanego  zabarwienia  szkła  wywołanego
występującymi zawsze w pewnym stopniu zanieczyszczeniem masy, głównie związkami Ŝelaza.
Jest  to  działanie  złoŜone,  gdyŜ  podstawowe  czynności  muszą  być  podjęte  juŜ  podczas
sporządzania  zestawu.  Polegają  one  na  dodawaniu  do  zestawu  odpowiednich  związków
chemicznych, które podczas topienia masy będą działać odbarwiająco. Aby jednak to działanie
występowało podczas topienia masy muszą być zachowane pewne warunki.
Najbardziej  realne  jest  oddziaływanie  na  zabarwienie  szkła  za  pomocą  atmosfery  topienia
masy  szklanej.  Najkorzystniejsze  jest  zastosowanie  atmosfery  zdecydowanie  utleniającej.
Dzięki temu uzyskuje się:
a)

stałość stosunku ilościowego róŜnych jonów Ŝelaza, gdyŜ zawartość jonów Fe

dąŜy do

wartości maksymalnej, dzięki czemu ustala się takŜe odcień barwy szkła,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zmniejszenie pochłania światła przez szkło – mniejszą szarość, a więc większą jasność
(białość) szkła.

Tę zdecydowanie utleniającą atmosferę w procesie topienia masy zapewnia się przez:
1)

wytworzenie atmosfery utleniającej w przestrzeni ogniowej pieca,

dodawanie do zestawu środków silnie utleniających, np. azotanów z tlenkiem
antymonowym, dwutlenku ceru albo dwutlenku manganu – odbarwianie chemiczne.

Do odbarwiania masy szklanej uŜywa się niŜej następujących barwników:
1) Selen elementarny Se lub związki selenu – seleniny: sodowy, potasowy, cynkowy lub

barowy. Środki te powodują czerwone zabarwienie masy, dobrze wygaszające
zabarwienie zielononiebieskie wywoływane przez jony Fe

. Wadą tych środków jest

obfite ulatnianie się ich z topionego zestawu, dochodzące niekiedy do 90%.

2) Tlenek kobaltawy CoO lub inne tlenki oraz związki kobaltu przechodzące podczas

topienia masy w CoO. Powodują one granatowe zabarwienie masy dobrze wygaszające
Ŝ

ółte zabarwienie powodowane przez jony Fe

3) Związki manganu, głównie braunsztyn MnO

oraz nadmanganian potasowy K

MnO

oprócz tego, Ŝe mają zdolności barwiące masę, są równocześnie silnymi środkami
utleniającymi, gdyŜ w temperaturze topienia masy łatwo dysocjują według schematu

4MnO

↔

2Mn

+ O

2Mn

↔

4MnO + O

Jon Mn

(z Mn

) nadaje masie dwie barwy: czerwoną i granatową, czyli łącznie

fioletową. Jednak zabarwienie to jest zmienne, zaleŜne od wielu czynników. Obecnie nie
stosuje się związków manganu jako środków odbarwiających, lecz jako dodatku
wspomagającego.

4) Związki niklu wprowadzają jon Ni

, wywołujący takŜe w szkle zabarwienie czerwone

i granatowe – łącznie fioletowe. Związkami niklu barwi się jednak wyłącznie szkła
potasowe, gdyŜ w szkłach sodowych wywołują one zabarwienie brunatne.

5) Związki neodymu – przewaŜnie tlenek neodymowy Nd

– są źródłem jonów Nd

nadających masie zabarwienie czerwone i granatowe. Tlenek neodymowy jest dziś
uwaŜany za najlepszy środek do odbarwiania masy szklanej. Stosuje się go łącznie
z CeO

6) Związki erbu – przewaŜnie tlenek erbu Er

– są źródłem jonów Er

, nadających masie

szklanej zabarwienie czerwone. Podobnie jak tlenek neodymu jest uwaŜany za najlepszy
ś

rodek do odbarwiania masy szklanej. Przeszkodą w powszechnym stosowaniu związków

erbu jest wysoki koszt odbarwiania.

Wszystkie opisane wyŜej składniki naleŜy dozować z bardzo duŜą dokładnością. Dobór

odpowiednich dawek tych środków opiera się na obserwacji skuteczności wygaszania przez
nie barw szkła.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Technika topienia szkła w piecach okresowych

W piecach topliwych okresowych topiona masa szklana znajduje się cały czas w jednym

miejscu pieca. Poszczególne czynności związane z topieniem przebiegają w ustalonym czasie
i określonej temperaturze.

Są to następujące kolejne czynności:

−

rozgrzewanie  pieca;  które  trwa  zaleŜnie  od  wielkości  pieca  i  stopnia  jego  ochładzania
poprzednio,  do  3  godzin,  i  ma  na  celu  osiągnięcie  określonej  temperatury,  aby  moŜna
było przystąpić do czynności następnej:

−

zasyp zestawu i topienia trwa najdłuŜej, gdyŜ do 8 godzin i wymaga dopływu duŜej ilości
ciepła, aby utrzymać w piecu wysoką temperaturę;

−

klarowanie i ujednoradnianie stopionej masy trwa przeciętnie ok. 3 godzin, a temperatura
w piecu osiąga wtedy najwyŜszą wysokość;

−

studzenie masy szklanej do temperatury wyrobowej, aby masa osiągnęła lepkość
odpowiednią do wytwarzania z niej wyrobów – trwa to przeciętnie ok. 3 godzin;

−

wybieranie  masy  (czerpanie)  do  wytwarzania  wyrobów  –  trwa  to  ustawowo  6  godzin
i powinno  skończyć  się  moŜliwie  największym  wybraniem  masy  z  pieca.  W  czasie
wybierania  masy  z  pieca  naleŜy  utrzymać  w  nim  moŜliwie  jednakową  temperaturę,  aby
dostosowana do wyrabianego asortymentu lepkość nie uległa zbytnim wahaniom.

Rys. 33. Wykres zmian temperatury w ciągu 24 – godzinnego cyklu technologicznego działania

pieca donicowego [2, s. 118]

Cały cykl technologiczny trwa więc ok. 24 godzin, po czym rozpoczyna się cykl następny,

a więc  znów  rozgrzewanie  pieca  i  czynności  następne.  Rysunek  3  przedstawia  wykres
temperatury  w  piecu  w  czasie  jednego  cyklu  technologicznego  wraz  z  zaznaczeniem
głównych czynności i procesów. Cykl taki jest zmienny, ustala się go w zaleŜności od rodzaju
pieca,  topionej  w  nim  masy  szklanej,  a  takŜe  od  technologicznych  procesów  wytwarzania
wyrobów.

Topienie masy szklanej w piecach donicowych

Nowy cykl topienia masy szklanej w piecu donicowym rozpoczyna się zaraz po

zakończeniu przez zespoły hutnicze procesu wytwarzania wyrobów. Donice powinny być jak
najdokładniej  opróŜnione  przez  hutników  z  uprzednio  stopionej  masy,  co  stanowi  zasadę
podyktowaną  nie  tylko  względami ekonomicznymi, lecz takŜe względami technologicznymi,
gdyŜ  im  większy  jest  udział  objętościowy  nowego  zestawu,  tym  lepsza  jest  jakość  masy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

NaleŜy  pamiętać,  Ŝe  zespoły  hutnicze  nie  mogą  nigdy  wybrać  z  donicy  więcej  niŜ  70%  jej
zawartości.  W  donicy  pozostaje  jej  wiec  co  najmniej  30%.  JeŜeli  jednak  zachodzi  potrzeba
topienia  innej  masy  w  tej  samej  donicy  naleŜy  przed  wsypaniem  zestawu  wybrać  moŜliwie
najwięcej masy powstałej z poprzedniego topienia.

Po okresie wytwarzania wyrobów piec jest zwykle nadmiernie wystudzony. Najpierw

więc  ogrzewa  się  go  moŜliwie  intensywnie,  jednak  tylko  do  temperatury  ok.  1380ºC.
W temperaturze wyŜszej z bloków donicy zacznie ściekać nadmiernie szkliwo kontaktowe, co
moŜe  pogorszyć  jakość  topionej  masy  i  spowodować  szybsze  niszczenie  donicy.
Po dostatecznym  ogrzaniu  pieca,  dokonuje  się  pierwszego  zasypu.  UŜywa  się  do  tego  samej
stłuczki.  Początkowo  stłuczka  zapełnia  prawie  całą  donicę,  ale  po  stopieniu  zajmuje  nie
więcej niŜ 20–25% jej pojemności.

Po wsypaniu zimnej stłuczki temperatura w piecu spada, lecz w skutek dostarczenia do

pieca  duŜej  ilości  ciepła  zaczyna  się  podnosić  –  początkowo  wolno,  a  następnie  coraz
szybciej. Nie naleŜy jednak w dalszym ciągu podnosić temperatury w piecu powyŜej 1380ºC.
Po osiągnięciu  tej  temperatury  przystępuje  się  do  drugiego  zasypu,  tym  razem  całej  ilości
przygotowanego  zestawu  oraz  stłuczki  przeznaczonej  do  topienia.  Podczas  zasypu  naleŜy
zmniejszyć  ciąg  kominowy,  aby  cząstki  zestawu  nie  były  porywane  do  przewodów
kominowych  i  komór  regeneratora.  PoniewaŜ zestaw ma prawie 3 razy większą objętość niŜ
stopiona z niego masa, tworzy on w donicy stoŜkowy kopiec.

Rys. 34. Zestaw prawidłowo wsypany do donicy [5, s. 285]

Po wsypaniu duŜej ilości zimnego zestawu temperatura w piecu znowu się obniŜa.

Temperaturę  naleŜy  podnieść  moŜliwie  najszybciej  za  pomocą  płomienia  o  wysokiej
temperaturze.  W ogrzewanym  intensywnie  zestawie  zaczynają  wkrótce  zachodzić  burzliwe
procesy. Najprędzej zachodzą one na powierzchni stoŜka zestawu. Wkrótce cała powierzchnia
stoŜka  zestawu  spieka  się  tworząc  skorupę  trudno  przenikalną  dla  ciepła.  Para  wodna,
a następnie gazy powstające w wyniku reakcji chemicznych, osiągając odpowiednią pręŜność
zaczną  wydostawać  się  z  zestawu  rozrywając  gwałtownie  spieczoną  powierzchnię  stoŜka
zestawu. W powstające kratery ściekają krzemiany stopione na powierzchni zestawu, a z nimi
w  głąb  przenika  ciepło.  Wysokość  stoŜka  stopniowo  maleje,  aŜ  wreszcie  następuje
wyrównanie  powierzchni  zestawu.  Na  powierzchnię  mieszaniny  zestawu  i  stopionej  masy
wydostają się duŜe pęcherze gazu, pękając gwałtownie tworząc kratery. W skutek tego topiąca
się masa bulgocze, kłębi się, jak gdyby się gotowała.
Temperatura  w  piecu  wzrasta  coraz  szybciej,  gdyŜ  sprzyjają  temu  reakcje  egzotermiczne
tworzenia  się  krzemianów.  Podczas  topienia  zwykłych  szkieł  przemysłowych  nie  naleŜy  jej
jednak podnosić wyŜej niŜ do1430ºC. W tej temperaturze naleŜy masę przetrzymać tak długo
aŜ w niej całkowicie rozpuszczą się ziarna krzemionki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zazwyczaj po stopieniu drugiego zasypu donica nie jest zapełniona do całej wysokości. Aby
dopełnić ją, zaraz po rozpuszczeniu ziaren piasku dokonuje się trzeciego zasypu – samej
stłuczki, pozostawionej umyślnie do tego celu. Wsypana stłuczka stopi się w krótkim czasie.
Podnosimy teraz temperaturę stopionej masy do określonej, największej temperatury topienia,
przewaŜnie od 1430–1480ºC.

Rozpoczyna się drugie stadium topienia – klarowanie masy. Wskutek wzmoŜonego

rozkładu  środków  klarujących  z  masy  wydzielają  się  burzliwie  pęcherze  gazu. Gdy burzenie
masy  zmniejsza  się  przystępujemy  do  jej  mieszania  zwanego  kłębieniem.  Podczas  kłębienia
naleŜy  zwiększyć  ciąg  w piecu.  Po  pierwszym  kłębieniu  przywraca  się  normalne  warunki
w przestrzeni  ogniowej  pieca  tj.  właściwe  ciśnienie  i  atmosferę  utleniającą  i  oczekuje  się  aŜ
temperatura  w  piecu  osiągnie  wartość,  jaką  miała  przed  mieszaniem  i  przystępuje  się  do
ponownego  kłębienia  masy.  Liczbę  kolejnych  zabiegów  kłębienia  określa  instrukcja
technologiczna topienia. Najczęściej stosuje się dwie operacje kłębienia masy w donicy.

Po ostatnim kłębieniu masy przetrzymuje się ją w określonej najwyŜszej stale jednakowej

temperaturze,  aŜ  znikną  wszystkie  zawarte  w  nie  pęcherzyki.  JeŜeli  na  powierzchni  masy
zaobserwuje  się  obecność  zanieczyszczeń  np.  kamieni,  materiałów  ogniotrwałych,  obmurza
wanny,  piany,  itp.  wówczas  zgarnia  się  te  zanieczyszczenia  z  powierzchni  masy
odpowiednimi stalowymi grabkami. W tym stanie masy uwaŜamy drugie stadium topienia za
zakończone  i  przystępujemy  do  trzeciego,  ostatniego  stadium  topienia  –  studzenia  masy.
W tym celu przerywa się dopływ paliwa i powietrza do pieca oraz zamyka się ciąg do komina.

Piec wraz z masą stygnie powoli. Dla przyśpieszenia stygnięcia wnętrza pieca odsłania

się  niekiedy  otwory  robocze  pieca.  Nie  naleŜy  jednak  przyśpieszać  studzenia  przez  tzw.
przeciąg,  czyli  ruch  powietrza  napływającego  otworami  z otoczenia  do  pieca  wskutek
otwartego  ciągu  do  komina.  Temperatura  masy  powinna  spaść  powoli  do  temperatury
najniŜszej,  przy  której  lepkość  masy  jest  odpowiednia  do  czerpania  jej  i kształtowania
wyrobów. Studzenie masy w donicy nie powinno trwać krócej niŜ 2 godziny. Gdy temperatura
górnej warstwy masy spadnie do temperatury wyrobowej, wówczas naleŜy przysłonić otwory
robocze  pieca  i wznowić  dopływ  paliwa  i  powietrza,  regulując  przy  tym  odpowiednio
ciśnienie  w  strefie  ogniowej  oraz  stwarzając  w  niej  atmosferą  utleniającą.  W  ten  sposób
temperatura  masy  w donicy  zostanie  wyrównana  i  masa  będzie  gotowa  do  wytwarzania
wyrobów.

Dobór typu pieca donicowego zaleŜy od rodzaju szkła, wydajności dobowej i rodzaju

paliwa.
Stopniowo  przyjmują  się  piece  dwu  –  ,  sześcio  –  i  dwunastodonicowe,  lecz  w  piecach  tych
wytwarza  się  juŜ  tylko  niewielki  procent  ogólnej  ilości  produkowanego  szkła.  Obecnie
wprowadza  się  piece  jednodonicowe  z  ogrzewaniem  elektrycznym.  W  zwykłych  piecach
donicowych trzeba zwracać uwagę na moŜliwość dogrzania dolnych partii donic.

Topienie masy szklanej w okresowych piecach wannowych

Działanie wanien wyrobowych polega na okresowym powtarzaniu całego cyklu procesów

topienia  i  operacji  wyrabiania  masy  szklanej.  W  praktyce  wygląda  to  tak,  Ŝe  zasypujemy
w określonym  czasie  zestaw  do  pieca,  topimy  go  na  masę  szklaną,  następnie  wytwarzamy
z niej  wyroby  w  ciągu  określonego  czasu,  po  którym  masa  powinna  być  moŜliwie  jak
najdokładniej  wybrana  z  pieca.  Potem  piec  jest  przygotowany  do  ponownego  topienia  masy
szklanej, czyli do rozpoczęcia całego cyklu od nowa. Przy zastosowaniu wanien wyrobowych
wszystkie  procesy  topienia  i  wyrabiania  masy  odbywają  się  w  jednym  miejscu  pieca,  ale  są
rozłoŜone w czasie, czyli kaŜdy z procesów odbywa się w innym, określonym czasie jednego
cyklu.  MoŜna  wiec  ułoŜyć  rozkład  procesów  w  czasie  i  sporządzić  wykres,  zwany
harmonogramem topienia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób pracy wanny wyrobowej jest podobny do pracy pieca donicowego. Zasadnicza

róŜnica między tymi konstrukcjami polega na tym, Ŝe szkło nie jest wytapiane w pojemnikach
ceramicznych  ustawionych  na  trzonie  komory  roboczej,  a  w  basenie  zbudowanym  w  jego
miejsce.  Zastąpienie  donic  basenem  zwiększa  bowiem  niewspółmiernie  ilość  masy  szklanej,
jaką  moŜna  jednorazowo  wytopić  w porównaniu do pieca donicowego o tej samej wielkości
przestrzeni  ogniowej.  W  stosunku  do  pieca  donicowego  znacznie  większa  jest  równieŜ
powierzchnia  zestawu  i masy  szklanej  poddawanej  bezpośredniemu  działaniu  płomienia,
a zatem  następuje  większa  absorpcja  ciepła  przez  wsad.  Pobór  masy  szklanej  do  produkcji
wyrobów  odbywa  się,  podobnie  jak  w  piecach  donicowych  i  wannach  zmianowych,  przez
otwory wyrobowe zlokalizowane w ścianie bocznej części ogniowej pieca.

Okresowe piece wannowe zwane równieŜ wannami wyrobowymi są szczególnie

przydatne do topienia specjalnych mas szklanych trudno topliwych, wymagających wysokiej
temperatury topnienia. Pod tym względem są znacznie lepsze niŜ piece donicowe, w których
donice ulegają nadmiernemu zuŜyciu i częstym uszkodzeniom połączonym z wyciekiem.

Topienie masy szklanej w piecach wannowych o działaniu ciągłym – zmianowych

W porównaniu z piecami okresowymi wanny zmianowe wykazują następujące zalety:

–

pracują w sposób ciągły przez całą dobę,

–

dają moŜliwość formowania wyrobów szklanych za pomocą maszyn,

–

mają większą sprawność cieplną, a więc są bardziej opłacalne,

–

dają większą wydajność masy szklanej,

–

wyróŜniają się znacznie łatwiejszą obsługą.
W piecach donicowych uzyskuje się łatwiej i pewniej masę bardziej jednorodną, a to

dzięki  moŜliwości  dobrego  wymieszania  masy  szklanej  za  pomocą  kilkukrotnego  kłębienia.
Szkła  sprawiające  problemy  technologiczne  (barwne)  kłębi  się  wiele  razy  aŜ  do  momentu
uzyskania zadawalającego efektu ujednorodniania.

W wannach zmianowych stosuje się kłębienie masy szklanej sposobem pneumatycznym

przez wprowadzenie w dno basenu dysz wdmuchujących spręŜone powietrze lub parę wodną
pod ciśnieniem (bubbling). Instalacje takie stosowne są powszechnie do ujednorodnia szkła
gospodarczego oraz szkła technicznego (neutralnego), w których wymagana jest masa szklana
najwyŜszej jakości.

W wannach zmianowych o duŜym dobowym wydobyciu (szkła opakowaniowe, płaskie)

stosuje się ujednorodnianie masy szklanej przez stworzenie bariery termicznej tzw. ściany
przewałowej za strefą klarowania, która przyczynia się do lepszego ujednorodniania masy.
Ś

ciana przewałowa budowana jest w dnie wanny tuŜ za strefą klarowania masy szklanej.

Część homogenizacji jest dodatkowo pogłębiona w stosunku do części topienia w celu
uzyskania lepszego efektu ujednorodniania poprzez intensywniejsze krąŜenie prądów
termicznych w pogłębionej części basenu.

Wanny zmianowe przewyŜszają jednak piece donicowe głównie pod względem duŜo

mniejszych  kosztów  eksploatacji,  wyróŜniają  się  one  znacznie  mniejszym  zuŜyciem  paliwa
w stosunku  do  ilości  stopionej  masy  szklanej,  mają  takŜe  mniejszy  współczynnik  kosztów
budowy  pieca  w  przeliczeniu  na  1  kg  wyprodukowanego  szkła.  Nawet  topienie  mas  trudno
topliwych odbywa się ostatnio takŜe w wannach zmianowych wskutek zastosowania lepszych
materiałów ogniotrwałych i moŜliwości stosowania wyŜszej temperatury topienia.

Poszczególne stadia i procesy topienia masy szklanej zachodzą w wannie zmianowej

w tym samym czasie, ale w róŜnych częściach basenu wanny. Masa znajduje się w basenie
wanny.

Dobór typu pieca wannowego zaleŜy od rodzaju i wymaganej jakości potrzebnego szkła,

wydajności dobowej, rodzaju paliwa oraz sposobu formowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu na ciągłość pracy ilość zasypywanego zestawu powinna wyrównywać ubytek

powodowany  pobieraniem  szkła.  Ilość  pobieranego  szkła  powinna  odpowiadać  zdolności
topienia  masy.  Jeśli  pobór  masy  jest  większy,  następuje  pogorszenie  jakości.  Z  początku
pojawiają  się  smugi,  przy  większym  wydobyciu  pokazują  się  pęcherzyki,  a  wreszcie  –  choć
rzadko  –  moŜe  zdarzyć  się,  Ŝe  przy  krańcowo  nadmiernym  poborze  szkła  przy  otworach
roboczych  pojawi  się  nawet  nie  przetopiony  zestaw.  Kolejność  tych  zjawisk  odpowiada
stopniowemu przesuwaniu się kolejnych stadiów procesu topienia z ich właściwego połoŜenia
w kierunku otworów roboczych.

Niejednorodność szkła występuje dosyć często w wannach zmianowych, w których nie

ma  technicznej  moŜności  kłębienia  szkła;  zresztą  równieŜ  i  w  donicy  nie  wolno  mieszać
nieprzetopionego  szkła.  WaŜne  jest,  aby  zasypywać  zestaw  przemieszany  ze  stłuczką
rozdrobnioną  na  kawałki  o wymiarach  ok.  10  mm.  Wówczas  topiąca  się  stłuczka  utrudnia
odmieszanie się zestawu i na powierzchni masy nie tworzy się gęsta, trudna do przeniknięcia
dla pęcherzyków warstwa, co miałoby miejsce przy zasypywaniu duŜych kawałków lub samej
stłuczki.  Zasypywanie  wyłącznie  stłuczki  moŜe  być  wskazane  tylko  jako  doraźny  środek
zaradczy w celu wyrównania ubytku masy.
Wydajność  wanny  zaleŜy  głównie  od  wysokości  temperatury  topienia  szkła,  dlatego
utrzymanie właściwej temperatury wymaga specjalnej uwagi.
Zasypywanie

Stłuczka obca powinna być przepłukana, przesortowana i oczyszczona, pokruszona na

kawałki  o  największym  wymiarze  ok.  10  mm  i  wymieszana  z  zestawem.  W  zasypie  ilość
stłuczki własnej i obcej wynosi normalnie w zaleŜności od rodzaju topionego szkła waha się
w dość szerokim zakresie 30–80%. Nadmiar stłuczki utrudnia ujednorodnianie masy szklanej
i  bez  dodatkowych  działań  ujednoradniających  nie  zaleca  się  stosowania  większych  ilości
stłuczki.  Jako  najkorzystniejszy  zasyp  uwaŜa  się  cienkowarstwowy,  przy  czym  podawana
warstwa zestawu powinna mieć 20–50 mm grubości.

Przykładowy rozkład temperatury w piecu szklarskim z maksimum za trzecią parą

palników przedstawiono na rys. 35. Na rysunku tym takŜe przedstawiono przychód, rozchód
i saldo w bilansie cieplnym poszczególnych stref wanny opalanej gazem ziemnym. Saldo
stanowi ciepło pochłonięte przez masę szklaną. Poszczególne krzywe odnoszą się do róŜnych
obciąŜeń powierzchni topliwnej i do róŜnego zuŜycia gazu.

Wanny ustawia się według krzywej temperatury z bardziej wyraźnie zaznaczonym

maksimum (ogniskiem).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 35.

Schemat topienia masy szklanej w wannie zmianowej: a) krzywa układu temperatury
w wannie, b) przekrój podłuŜny wanny, c) kierunek ruchu masy powodowanego pądami
termicznymi i prądem wyrobowym w basenie wanny [4, s. 171]

Zasypu dokonuje się za pomocą urządzeń mechanicznych nazywanych zasypnikami

zestawu.  Urządzenia  te  są  zautomatyzowane  przez  sprzęŜenie  z  urządzeniami  mierzącymi
wysokość  poziomu  masy  w  wannie  i  sterującymi  działaniem  zasypników.  W  przemyśle
szklarskim  stosuje  się  kilka  rodzajów  zasypników.  Są  to  głównie  zasypniki  tłokowe,
ś

limakowe, szuflowe i wahadłowo tłokowe.

Przestrzeń gazowa

Wielki wpływ na równowagę chemiczną (klarowanie szkła) wywierają zmiany ciśnień

cząstkowych gazów, zwłaszcza O

, SO

lub CO

. Jednocześnie utrzymanie równowagi

gazowej jest szczególnie trudne, dlatego jako minimalne przyjmuje się, Ŝe wahania w odciągu
przed główną zasuwą kominową powinny wynosić ±30 Pa (± 3 mm H

O). Zawartość CO

w spalinach nie powinna nigdy przekraczać 0,5%, raczej naleŜy starać się utrzymać pewien
nadmiar powietrza (współczynnik nadmiaru 1,15, najwyŜej 1,3). Gazy spalinowe zawierają
wtedy do ok. 3÷5% tlenu.

Ze względu na klarowanie poŜądane jest, aby ssanie odbywało się tuŜ nad lustrem szkła

(lecz nie pod sklepieniem); dlatego naleŜy uszczelnić boczne ściany i szwy sklepienia
przestrzeni ogniowej oraz uwaŜać, aby płomień nie dotykał lustra. Tak zwana zerowa linia
ciśnienia gazów w piecu powinna być moŜliwie stabilna.
Badania i próby

NiezaleŜnie od badań chemicznych (zestaw) i termicznych (temperatura, analizy gazowe),

dokonywanych przez laboratorium huty, topiarze sami powinni kontrolować topienie,
prowadząc je według wskazań przyrządów i doraźnych prób hutniczych, a przede wszystkim
uwaŜnie obserwując przebieg topienia.

Przestrzeganie stałości poziomu szkła z dokładnością przynajmniej ± 1 mm, a nawet ±

0,5 mm czyszczenia kanałów ułatwiają poziomowskazy.

Próbki z części topliwnej naleŜy pobierać przynajmniej w dwóch miejscach (w odległości

l–1,5 m od ściany) w okresach co kilka godzin, a z części wyrobowej – raz lub dwa razy na
zmianę. Na próbkach tych po ostygnięciu obserwuje się dokładność przetopienia, brak piany
w szkle lub pęcherzyków i brak smug oraz sprawdza się barwę szkła. JeŜeli następują zbyt

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

duŜe zmiany w szybkości topienia lub w układzie stref topienia, to naleŜy starać się moŜliwie
wcześnie wykryć i usunąć przyczyny nieprawidłowości. Jako regułę moŜna przyjąć, Ŝe poza
trzecią, czwartą parą palników masa powinna być czysta, tzn. wolna od wad.
BieŜąca obsługa pieca

Obejmując zmianę topiarz powinien osobiście skontrolować szczelność i stan wanny,

sprawdzić  notowania  przebiegu  pracy  w  dzienniku,  wreszcie  uzyskać  od  poprzednika
informacje  ewentualnych ewentualnych  trudnościach.  DyŜurni  murarze  powinni  dokonać
szczegółowego  przeglądu  wanny  przynajmniej  dwa  razy  w  ciągu  zmiany.  Co  tydzień  do
dziennika  naleŜy  wpisać  wyniki  oględzin,  a  przed  remontem  oględzin  naleŜy  dokonywać
częściej. Szczególną uwagę zwraca się na części łatwo zuŜywające się, jak palniki, sklepienia,
płyty  Ŝeliwne  pod  oparami  sklepienia,  pierwsza  spoina  pozioma  (stan  jej  moŜna  badać  od
wewnątrz  hakiem),  stan  kratownicy,  stopień  zanieczyszczenia  kanałów,  wypaczenie  klap
powietrznych itd.

Ze względu na niebezpieczeństwo poŜaru naleŜy teŜ doglądać dna. Spoiny między

materiałami powinny być co najwyŜej ciemnowiśniowe i nie mogą wykazywać rys. Zwraca
się szczególną uwagę na to, aby górny rząd bloków w bokach basenu nie był przegrzany.

W przypadku gdy którakolwiek spoina zaczyna jasno przeświecać tzn. gdy na szwach

w boku  wanny  kolor  spoiny  staje  się  jaśniejszy  niŜ  ciemnowiśniowy  (zwykle  widoczny  jest
odcień  zielonkawy),  naleŜy  uruchomić  urządzenia  zabezpieczające.  Najlepiej  jest  studzić  za
pomocą  dmuchania,  rzadziej  uŜywa  się  chłodnic  wodnych;  w  tym  przypadku  odprowadzana
woda nie moŜe mieć temperatury wyŜszej niŜ 50°C.

Okres uŜytkowania wanny. Po pierwszych paru tygodniach regulacji następuje okres

właściwej pracy wanny. Otrzymuje się wtedy najlepsze szkło i zuŜywa najmniej paliwa.
Długość cyklu topienia masy szklanej w piecach zaleŜy głównie od ilości wydobywanej masy
z pieca, stabilności wydobycia, właściwej eksploatacji.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jaka jest definicja topienia masy szklanej?

Jakie występują stadia podczas topienia masy szklanej?

Jaka jest klasyfikacja zjawisk występujących podczas topienia masy szklanej?

Jakie procesy i zjawiska występują w stadium topienia zestawu?

W jakim celu stosuje się proces klarowania szkła?

Jakie czynniki maja wpływ na usuwanie pęcherzyków gazowych ze szkła?

Jak moŜna wyjaśnić pojecie odbarwiania masy szklanej?

W jaki sposób chemicznie odbarwia się szkło?

Jakie związki stosuje się do odbarwiania szkła?

10.

Jakie czynniki mają wpływ na przebieg topienia masy szklanej?

11.

Jakie są kolejne czynności podczas topienia masy szklanej w piecu donicowym?

12.

W jaki sposób zasypuje się zestaw szklarski do donicy pieca donicowego?

13.

Jaka jest liczba zasypów zestawu podczas wytopu masy szklanej w piecu donicowym?

14.

Jaka jest liczba kłębień masy szklanej w donicy podczas wytopu masy szklanej w piecu
donicowym?

15.

Jakie są róŜnice pomiędzy wytopem masy szklanej w piecu donicowym a wannie
wyrobowej?

16.

Jakiego rodzaju szkła wytapia się w piecach o działaniu okresowym?

17.

Jakie są róŜnice pomiędzy wytopem masy w piecach okresowych a piecach o działaniu
ciągłym?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18.

W jaki sposób zasypuje się zestaw do pieców wannowych o działaniu ciągłym?

19.

Jakie czynniki wpływają na poprawne przeprowadzenie procesu topienia masy szklanej
w piecu o działaniu ciągłym?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Pobierz z części topliwej pieca do wytopu masy szklanej próbkę szkła na pręt

aroodporny i oceń wzrokowo jakość wytopionej masy szklanej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące praktycznego topienia masy
szklanej,

dokonać analizy treści,

zapoznać się z instrukcją do wykonania ćwiczenia,

zaopatrzyć się w odzieŜ roboczą i sprzęt ochrony osobistej,

przygotować stanowisko pracy,

pobrać próbkę szkła,

dokonać oceny jakości wytopionej masy szklanej,

zapisać uwagi dotyczące jakości masy szklanej.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

instrukcja do wykonania ćwiczenia,

–

instrukcja stanowiskowa bhp,

–

aroodporny pręt do pobierania próbki,

–

sprzęt ochrony osobistej,

–

papier, przybory do pisania,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Uzupełnij puste bloki schematu przedstawiającego proces topienia masy szklanej

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące topienia masy szklanej,

Ogrzewanie
zestawu
(temperatura
do 500

(temperatura
do 900

(temperatura
do 1200

(temperatura
do 1450

(temperatura
ok. 1290

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dokonać analizy treści,

uzupełnić schemat blokowy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

przybory do pisania,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 3

Podczas topienia szkła kolorowego w piecykach wyrobowych, stwierdzono wadę masy

szklanej w postaci kamieni. Posługując się instrukcją, określ sposób postępowania.

Instrukcja postępowania w przypadku wystąpienia niezgodności
Niezgodność

Postępowanie

Niewłaściwy odcień koloru

Po dokonaniu korekty zestawu i barwników naleŜy
przeprowadzić wytop

Po procesie klarowania, próbka szkła wskazuje
obecność pęcherzyków

Przetrzymać masę szklaną w temperaturze wytopu

Pojawiły się wady masy szklanej w postaci
kamieni

Wylać masę szklaną i ponownie zasypywać zestaw –
czyszczenie piecyka

Awaryjny wyciek masy szklanej

postąpić zgodnie ze wskazaną instrukcją

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące praktycznego topienia masy
szklanej,

zapoznać się z załączoną instrukcją do ćwiczenia,

dokonać analizy treści,

określić sposób postępowania.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

instrukcją do wykonania ćwiczenia,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić pojęcie topienia masy szklanej?

określić stadia topienia masy szklanej?

sklasyfikować zjawiska występujące podczas topienia masy szklanej?

określić zjawiska i procesy występujące podczas topienia masy
szklanej?

określić cel procesu klarowania szkła?

określić czynniki mające wpływ na usuwanie pęcherzyków gazowych
ze szkła?

wyjaśnić proces odbarwiania szkła?

wyjaśnić na czym polega chemiczne odbarwianie masy szklanej?

rozpoznać związki stosowane do odbarwiania masy szklanej?

10)

określić czynniki mające wpływ na przebieg topienia masy szklanej?

11)

określić kolejność czynności podczas topienia szkła w piecu
donicowym?

12)

określić sposób zasypu zestawu szklarskiego do donicy pieca
donicowego?

13)

określić liczbę zasypów zestawu podczas wytopu masy szklanej
w piecu donicowym?

14)

określić liczbę kłębień masy szklanej w donicy podczas wytopu masy
szklanej w piecu donicowym?

15)

określić róŜnice pomiędzy wytopem masy szklanej w piecu
donicowym a wannie wyrobowej?

16)

określić rodzaj szkła topionego w piecach okresowych?

17)

określić róŜnice pomiędzy wytopem masy szklanej w piecu
donicowym a piecach o działaniu ciągłym?

18)

określić sposób zasypu zestawu do pieców wannowych o działaniu
ciągłym?

19)

określić czynniki mające wpływ na poprawne przeprowadzenie
procesu topienia masy szklanej w piecu o działaniu ciągłym?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Wady masy szklanej

4.3.1. Materiał nauczania

Wady masy szklanej

Wadą masy szklanej nazywamy kaŜdą cechę zmniejszającą wartość uŜytkową lub

estetyczną szkła. Wady masy szklanej mają bardzo zróŜnicowany charakter pod względem
fizycznym i chemicznym.

Przyczyną powstawania wad masy szklanej jest najczęściej:

–

nieprzestrzeganie instrukcji technologicznych podczas sporządzania zestawu i topienia
masy szklanej,

–

niedostateczna kontrola jakości surowców uŜywanych do zestawu,

–

nieodpowiednia jakość materiałów ogniotrwałych stosowanych do budowy pieców.

Ze względu na miejsce i warunki powstawania rozróŜnia się następujące przyczyny wad

masy szklanej:
–

wadliwy zestaw,

–

wadliwe topienie masy szklanej,

–

niewłaściwe materiały ogniotrwałe,

–

przypadkowe zanieczyszczenia.

W zaleŜności od wyglądu zewnętrznego wady masy szklanej dzielimy na następujące

grupy:
1) Pęcherze, tzn. zanieczyszczenia szkła gazami:

−

zawiesina – skupienia pęcherzyków o wymiarze do 0,1 mm,

−

piana w szkle – skupienia pęcherzyków o wymiarze do 0,5 mm,

−

pęcherzyki małe – przestrzennie wypełnione gazem o wymiarze do 2 mm,

−

pęcherzyki średnie – największy wymiar do 5 mm,

−

pęcherze duŜe – największy wymiar ponad 5 mm.

2) Kamienie, tzn. zanieczyszczenia ciałami stałymi:

−

kamienie z niestopionego zestawu,

−

odszklenie (krystalizacja),

−

kamienie z materiałów ogniotrwałych,

−

obce ciała stałe – np. zendra, zanieczyszczenia przypadkowe.

Smugi, tzn. zanieczyszczenia ciałami szklistymi:

−

węzły i krople – postać kulista; węzły występują najczęściej na powierzchni
przedmiotu i mogą mieć rdzeń krystaliczny; krople występują wewnątrz szkła,

−

nici i Ŝyły – zanieczyszczenia szkliste rozciągnięte najczęściej powierzchniowo, nici
bywają grubości do 5 mm, Ŝyły mają grubość ponad 5 mm,

−

smugi płaskie (pasma) – najczęściej nie róŜnią się od zasadniczego szkła barwą, lecz
zarysem konturów, mogą występować pojedynczo lub tworzyć warstwy i słoje,

−

niejednorodność szkła – określana przyrządami optycznymi, nieregularne
rozmieszczenie szkieł o róŜnym składzie chemicznym w jednym przedmiocie.

Nieodpowiednie właściwości fizykochemiczne, np.:

−

niewłaściwa barwa,

−

niedostateczna odporność chemiczna,

−

napręŜenia wewnętrzne,

−

niewłaściwy współczynnik rozszerzalności cieplnej,

−

niewłaściwa długość technologiczna szkła.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pęcherze

WaŜniejsze wady i główne przyczyny ich powstawania w grupie pęcherzy są następujące:

−

zawiesina – redukujący płomień lub korozja szamotu,

−

piana w szkle – klarowanie trwające zbyt krótko lub w zbyt niskiej temperaturze,

−

pęcherzyki małe – zbyt gwałtowne zmiany temperatury w części roboczej,

−

pęcherze średnie i duŜe – nieprawidłowy sposób nabierania szkła a czasem rozkład
sulfatu przy ponownym rozgrzaniu szkła.

Ze względu na pochodzenie tę grupę wad dzieli się następująco:

−

pęcherze z zestawu,

−

pęcherze powietrzne,

−

pęcherze z wtórnego gazowania,

−

pęcherze z ciał obcych.

Pęcherze z zestawu

Wpływ na obecność pęcherzy z zestawu mają:

−

reakcje sulfatu zawsze występującego przy topieniu szkieł przemysłowych,

−

nierównomierny układ temperatury, np. w górnej warstwie szkła w donicy mogą pozostać
uwięzione pęcherze, jeŜeli studzenie nastąpiło zbyt gwałtownie.

Jako środek zaradczy zaleca się utrzymywać atmosferę utleniającą w strefie klarowania,

nie przekraczać potrzebnych ilości środków redukujących w zestawie, dokładnie mieszać
zestaw.

Rys. 36. Pęcherze powstające w masie szklanej podczas topienia [5,s. 329]

Pęcherze powietrzne

Do tej grupy naleŜą pęcherze wypełnione powietrzem oddawanym przez pory

korodowanego  szamotu.  Pęcherze  z  tzw.  poduszki  powietrznej  (w  gwarze  hutniczej  tzw.
pladry).  Zaliczają  się  raczej  do  wad  występujących wskutek niewłaściwego nabierania masy.
Niewłaściwe  napełnianie  donicy,  gdy  zestaw  nie  jest  zasypywany  w  kształcie  regularnego
stoŜka,  moŜe  powodować  te  pęcherze.  Stosowane  środki  zapobiegawcze:  uŜycie  dobrze
wypalonych  materiałów  ogniotrwałych  i poprawienie  sposobu  zasypywania  lub  nabierania
masy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 37. Pęcherz pochodzący z niewłaściwego nabierania szkła [8, s. 237]

Pęcherze z wtórnego gazowania

W masie szkła niektóre pęcherze z wtórnego gazowania bywają lekko brunatne, co

odróŜnia  je  od  pęcherzy  innych  podgrup.  Przyczyną  powstawania  pęcherzy  solnych,  łatwo
dających  się  rozpoznać  po  białawej  zawartości  lub  zmętnieniu,  jest  zwykle  wydzielanie  się
w niŜszej  temperaturze  sulfatu,  który  w  wyŜszej  temperaturze  tworzył  w  stopie  roztwór
nasycony  (ok.  1%  NaSO

). Jako środek zapobiegawczy naleŜy odpowiednio dozować środki

redukujące lub unikać nadmiernego studzenia masy.

Pęcherze z ciał obcych

Najczęstszą przyczyną tego rodzaju pęcherzy jest tzw. gazowanie technicznego Ŝelaza.

Rys.38.

Pęcherze spowodowane obecnością gwoździa stalowego w szkle [8, s. 238]

Pęcherze te odróŜnia się od innych po brunatnym zabarwieniu i smudze o tej samej

barwie (związki Ŝelaza), ciągnącej się często od pęcherzyka. Gazowanie technicznego Ŝelaza
trwa zwykle długo i jako środek zapobiegawczy naleŜy stosować oczyszczanie wanny po
remoncie i kontrolę czystości zasypywanych surowców, zwłaszcza obcej stłuczki.
Ś

rodkiem zaradczym moŜe być unieruchomienie w większym stopniu warstwy szkła dennego,

w której zbiera się techniczne Ŝelazo (chłodzenie dna).

Określenie przyczyn powstawania pęcherzy, a co za tym idzie i ustalenie ich pochodzenia

częściowo umoŜliwia obserwacja kształtu, wyglądu i miejsca ich pojawiania się (na przykład
łatwo jest zidentyfikować pęcherze powietrzne lub pochodzące z Ŝelaza). Dokładniejsze
określenie pochodzenia pęcherzy umoŜliwia analiza chemiczna gazów zawartych
w pęcherzach oraz gazów rozpuszczonych w masie szklanej.

Pęcherze bada się wzrokowo. Wielkość ich określa się przez podanie największego

wymiaru, bez względu na kształt pęcherzy, tzn. przez podanie największej odległości między
dwoma punktami powierzchni pęcherza. Niekiedy pęcherze wypełnione są białawą
zawartością (pęcherze solne, alkaliczne lub zadymione).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Badanie pęcherzy przeprowadza się w oświetleniu bocznym, patrząc poprzez próbkę szkła na
pokratkowany ekran.
Kamienie

Wszelkie obce ciała występujące w szkle stanowią grupę wad zwaną kamieniami. Grupa

ta moŜe być podzielona na następujące podgrupy: niestopiony zestaw, odszklenia, materiały
ogniotrwałe pochodzące z basenu i ze sklepienia, obce ciała stałe.

Rys. 39. Kamień w szkle [5, s. 331]

Kamienie z nie stopionego zestawu.

Rys. 40. Kamienie z nie stopionego zestawu [4, s. 232]

Najczęściej są to ziarna piasku. Wokół ziarna piasku wytwarza się obwódka

z kwaśniejszego  szkliwa  wyraźnie  odróŜniająca  się  od  szkła  z  powodu  mniejszego
współczynnika  załamania  światła.  Czasem  ziarno  jest  prawie  całkowicie  stopione  tak,  Ŝe
pozostaje  tylko  tzw.  węzeł  zakończony  ogoniastą  smugą  szkła  bogatszego  w  krzemionkę.
Obwódka dookoła kamieni szamotowych jest cieńsza i mniej przezroczysta.
.

Rys. 41. Ziarna piasku w szkle [8, s. 232]

Kamienie krzemionkowe tworzą się wskutek obecności zbyt grubych ziaren piasku lub

niedostatecznie dokładnego przemieszania albo wskutek odmieszania się zestawu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jako środki zapobiegawcze stosuje się:

–

wymianę uszkodzonych sit dla ujednolicenia granulacji piasku,

–

kontrolę dokładności mieszania, nawilŜania,

–

zmniejszenie wstrząsów podczas transportu zestawu i zasypywania go do wanny.

rodkami zaradczymi są:

–

podwyŜszenie temperatury topienia,

–

dodatek alkaliów,

–

dokładniejsze rozgarnianie zasypu w wannie,

–

stosowanie częstszego zasypywania mniejszych porcji,

–

zmniejszenie poboru szkła, jeśli kamienie krzemionkowe zostały spowodowane
przeciąŜeniem wanny.

Występowanie innych ciał stałych w tej grupie wad jest mniej prawdopodobne i zaleŜne

od rodzaju topionego szkła oraz uŜytych surowców.
Odszklenia są to zanieczyszczenia masy szklanej spowodowane częściową krystalizacją.

Odszklenie występuje w postaci pojedynczych igiełek, grudek, kulek lub płytek, oraz

w postaci zmętnień wzdłuŜ linii smug, a nawet w całej masie szkła. Postacie te zaleŜą od tego,
jaki był układ temperatury w masie w stosunku do krzywej szybkości krystalizacji szkła.

Rys. 42. Kamienie występujące w postaci odszklenia [8, s. 233]

Jako środki zaradcze ograniczające krystalizację stosuje się:
–

w szkłach sodowo – wapniowych dodatek MgO i A1

–

dobre wymieszanie zestawu,

–

wyŜszą temperaturę topienia.

rodkiem zapobiegawczym jest wyśledzenie za pomocą pobierania próbek miejsca

(wanny) lub czasu (piece donicowe) pojawienia się krystalizacji i skrócenia czasu
przebywania tam stopionej masy szklanej.
Materiały ogniotrwałe z basenu i ze sklepienia

Kamienie z materiałów ogniotrwałych są to zanieczyszczenia masy kawałkami

materiałów ogniotrwałych, oddzielonych od kształtek wskutek korozji i erozji wywołanych
przez topiący się zestaw. Maja postać bryłek o silnie rozwiniętej powierzchni

Rys. 43. Kamienie z materiałów ogniotrwałych: a) mulit, b) korund [8, s. 234]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kamienie w szkle:

–

osłabiają wytrzymałość mechaniczną,

–

obniŜają znacznie wartość estetyczną wyrobów,

–

powodują pękanie gotowych wyrobów.

Całkowite zlikwidowanie kamieni tej podgrupy jest mało moŜliwe. Jedynym środkiem

zapobiegawczym  jest  wcześniejsze  wygaszenie  wanny  lub  wcześniejsza  wymiana  donicy.
DuŜą  ochronę  stanowi  szkliwo  na  powierzchni  materiału  ogniotrwałego,  dlatego  naleŜy
unikać  przegrzania  tej  powierzchni,  aby  nie  wzmagać  korozji  materiału  ogniotrwałego.
Ś

rodkiem zaradczym jest stosowanie mniej korodującego zestawu i niŜszej temperatury

topienia
Obce ciała stałe

Uniknięcie przypadkowych kamieni tej podgrupy zaleŜy głównie od staranności

sortowania uŜywanej stłuczki obcej.
Badanie kamieni

Badania przeprowadza się okiem nieuzbrojonym i optycznie, tzn. przez szkła

powiększające, za pomocą mikroskopu albo (rzadziej) rentgenologicznie. Dla obserwacji
mikroskopowej przygotowuje się szlif i bada w powiększeniu 20 – lub 40 – krotnym.
Smugi

Smugi (ciała szkliste) są to zanieczyszczenia masy szklanej szkliwem nie rozpuszczonym

w masie, mającym wskutek odmiennego składu chemicznego inny współczynnik załamania
ś

wiatła oraz właściwości inne niŜ masa w której ciała szkliste się znajdują.

Rys. 44. Smugi w szkle okiennym: a) mulit, b) korund [5, s. 336]

Smugi są wadą w znacznym stopniu wpływającą na uŜytkową wartość szkła.

Zniekształcenia optyczne nie są rzeczą najwaŜniejszą, mimo Ŝe na nie przede wszystkim
zwraca uwagę uŜytkownik. Wskutek niejednorodności powstają w szkle napręŜenia, które
bardzo osłabiają wytrzymałość mechaniczną oraz termiczną wyrobów.

Zanieczyszczenia masy szklanej ciałami szklistymi dzieli się następująco:

–

węzły i krople; ściekające szkliwo, przede wszystkim szkliwo wzbogacone
w krzemionkę;

–

nici i Ŝyły; niejednorodność zestawu przy czym Ŝyły są najczęściej pochodzenia
termicznego lub mogą wystąpić w czasie formowania,

–

guzy,

–

smugi są to płaskie, wydłuŜone, szkliste zanieczyszczenia masy szklanej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Smugi mogą powstawać zarówno w czasie topienia, jak i po wytopieniu szkła. Smugi

chemicznego pochodzenia moŜna odróŜnić od smug termicznych.

Rys. 45.

Smugi chemiczne w szkle: a) węzeł i nić, b) pasma, c) Ŝyły [8, s. 239, 240]

Rys. 46. Smugi termiczne w szkle – pasma [8, s. 240]

Wytworzenie szkła bez smug jest bardzo trudne.

Przyczyny występowania smug:

–

niejednorodność zestawu. Przyczyną pasmowatości i Ŝył są wszelkie skupienia (bryłki),
grube ziarna surowców (zwłaszcza piasku lub surowców mineralnych), zbrylenia sody
i sulfatu, wstrząsy przy transporcie zestawu,

–

zbyt powolne lub nieprawidłowe topienie. W temperaturze niŜszej lub przy zasypywaniu
nadmiernych  ilości  zestawu  następuje  spływanie  łatwiej  topliwych  składników.  Prądy
w wannie  rozciągają  je  w  głąb  stopu,  pozostawiając  przy  wsypie  trudniej  topliwe
materiały.  Środkiem  zapobiegawczym  przy  topieniu  szkła  zwykłego  jest  ostroŜne
zasypywanie;  w  przypadku  duŜych  wanien  najlepszym  rozwiązaniem  jest  zasypywanie
cienkowarstwowe,

–

słabe kłębienie. Niejednorodną masę otrzymuje się z zestawów, w których części lotnych
jest mniej niŜ 20% lub w których jest za mało środków klarujących. Niejednorodność
masy powstaje równieŜ, jeśli kłębienie odbyło się powierzchownie i zbyt pobieŜnie.
Ujednoradnianie masy szklanej wspomagają pęcherze wydostające się z masy szklanej.

Rys.47.

Rozciąganie błon w smuŜystym szkle przez unoszący się pęcherz [8, s. 242]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Korozja materiałów ogniotrwałych. Przyczyną powstawiania jest korozja materiałów

ogniotrwałych. Tworzą się wtedy warstwy szkła trudniej topliwego które trudno roztwarzają
się w szkła.

Do grupy smug zalicza się równieŜ inną podgrupę wad – niejednorodność termiczną,

która jest jedną z przyczyn falistości szkła.

Nieodpowiednie zabarwienie masy

Nieodpowiednim zabarwieniem masy nazywamy barwę szkła lub odcień barwy

niezgodny  z ustalonym.  Najbardziej  niepoŜądanym  zabarwieniem  szkieł  bezbarwnych  są
odcienie  zielonkawy  i Ŝółtawy.  W  szkłach  barwnych  najczęściej  występującą  wadą
zabarwienia  jest  nieodpowiedni  odcień  barwy lub intensywność zabarwienia (stęŜenie barwy
w masie).

W szkłach specjalnych np. w filtrach optycznych, wada ta dyskwalifikuje wyrób.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jak moŜna wyjaśnić pojęcie wady masy szklanej?

Jaka jest klasyfikacja wad masy szklanej?

Jakie wady masy szklanej zaliczmy do kamieni?

Jaka jest przyczyna powstawania wad masy w postaci kamieni z niestopionego zestawu?

Jakie są przyczyny powstawania wad masy w postaci kamieni z odszkleń z materiałów
ogniotrwałych?

W jakich postaciach występują kamienie z materiałów ogniotrwałych?

Jakie są kryteria podziału wad masy w postaci pęcherzy gazowych?

Jakie są przyczyny powstawania wad masy w postaci pęcherzy z zestawu?

Jakie są przyczyny powstawania wad masy w postaci pęcherzy powietrznych?

10.

Jakie są przyczyny powstawania wad masy w postaci pęcherzy z wtórnego gazowania?

11.

Jakie są przyczyny powstawania wad masy w postaci pęcherzy pochodzących z ciał
obcych?

12.

Jaki jest podział wad masy szklanej w postaci smug?

13.

Jakie są przyczyny występowania smug?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj wady masy szklanej i ustal przyczyny ich występowania na wyrobach

z wadami masy szklanej

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące wad masy szklanej,
2)  dokonać oględzin wyrobów,
3)  rozpoznać wady masy szklanej i zapisać je na papierze,
4)  ustalić przyczyny ich wystąpienia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

papier formatu A4, pisaki,

–

kolekcja wyrobów z wadami masy szklanej,

–

normy jakościowe dotyczące wad masy szklanej,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Do przedstawionej tabeli z wadami masy szklanej wpisz przyczyny ich powstawania.

Tabela do ćwiczenia 2

Wada masy szklanej

Przyczyna powstawania

Pęcherze powietrzne.

Pęcherze z ciał obcych

Kamienie z nie stopionego zestawu

Odszklenia

Kamienie z materiałów ogniotrwałych

Ciała szkliste – smugi

Pęcherze z wtórnego gazowania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące wad masy szklanej,

dokonać analizy treści,

określić przyczyny powstawania przedstawionych wad,

wpisać w tabeli przyczyny powstawania wad.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

karty papieru z załączoną tabelą,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 3

Przyporządkuj wady masy szklanej do ich cech rozpoznawczych

Tabela do ćwiczenia 3

Wada masy szklanej

Cechy rozpoznawcze wady

1. Ciała szkliste
2. Odszklenia
3. Smugi płaskie (pasma)
4. Kamienie z nie stopionego zestawu
5. Pęcherze z ciał obcych
6. Kamienie z materiałów
ogniotrwałych
7. Pęcherze z wtórnego gazowania

występuje

wokół

ziarna

piasku

wyraźnie  odróŜniająca  się  od  szkła
z  powodu  mniejszego  współczynnika
załamania światła
B.  zanieczyszczenia  szkliste  powodują
zniekształcenie optyczne, maja postać nici,
Ŝ

ył, węzłów, pasm, bywają grubości do

5 mm
C. odróŜnia się je od innych po brunatnym
zabarwieniu i smudze o tej samej barwie
(związki Ŝelaza)
D.

najczęściej

nie

róŜnią

się

zasadniczego  szkła  barwą,  lecz  zarysem
konturów,  mogą  występować  pojedynczo
lub tworzyć warstwy i słoje
E.  występuje  w  postaci  pojedynczych
igiełek,  grudek,  kulek  lub  płytek,  oraz
w postaci zmętnień wzdłuŜ linii smug
F. bywają lekko brunatne
G.  występują  w  postaci  bryłek  o  silnie
rozwiniętej powierzchni

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  odszukać w materiałach dydaktycznych treści dotyczące wad masy szklanej,
2)  dokonać analizy treści,
3)  przyporządkować wady masy szklanej do ich cech rozpoznawczych.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

karty papieru z załączoną tabelą,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić pojęcie wady masy szklanej?

sklasyfikować wady masy szklanej?

sklasyfikować wady masy szklanej w postaci kamieni?

określić przyczyny powstawania wad masy w postaci kamieni
niŜ z nie stopionego zestawu?

określić przyczyny powstawania wad masy w postaci odszkleń?

określić przyczyny powstawania wad masy w postaci kamieni
z materiałów ogniotrwałych?

sklasyfikować wady masy w postaci pęcherzy gazowych?

określić przyczyny powstawania wad masy w postaci pęcherzy
z zestawu?

określić przyczyny powstawania wad masy w postaci pęcherzy
powietrznych?

10)

określić przyczyny powstawania wad masy w postaci pęcherzy
z wtórnego gazowania?

11)

określić przyczyny powstawania wad masy w postaci pęcherzy
pochodzących z ciał obcych?

12)

sklasyfikować wady masy szklanej w postaci smug?

13)

określić przyczyny występowania smug?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań. Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

Zadania wymagają stosunkowo prostych obliczeń, które powinieneś wykonać przed
wskazaniem poprawnego wyniku.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

Na rozwiązanie testu masz 60 minut.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Wadę masy szklanej w postaci kamienia oznaczono literą

Zanieczyszczenia masy szklanej spowodowane częściową krystalizacją to
a)

pęcherze solne.

niestopiony zestaw.

odszklenie.

ciała szkliste.

3. Proces mający na celu przekształcenie zestawu szklarskiego w płynna masę szklą to

tworzenie się masy szklanej.

ogrzewanie zestawu.

topienie masy szklanej.

tworzenie się krzemianów.

4. Schemat przedstawia urządzenie stosowane do

ujednoradania masy szklanej.

odzysku ciepła ze spalin.

studzenia wanien szklarskich.

odpręŜania szkła.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Zanieczyszczenia masy szklanej szkliwem nie rozpuszczonym w masie występują

w postaci
a)

smug.

pęcherzy.

kamieni.

odszkleń.

6. Etap klarowania na wykresie rozkładu temperatur topienia masy szklanej w piecu

donicowym jest oznaczony literą

B C

Przyczyną występowania odszkleń w szkle jest

zbyt krótkie klarowanie szkła.

niedostateczna homogenizacja szkła.

przetrzymywanie szkła w temperaturze krystalizacji.

d) zbyt duŜa zawartość wody związanej chemicznie w szkle.

8. Rysunek przedstawia urządzenie stosowane do

a)  tamprowania.
b)  hartowania.
c)  odpręŜania.
d)  gięcia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9. Zjawisko, występujące podczas procesu topienia masy szklanej, a polegające na ruchu

pęcherzy w masie dotyczy procesu
a)  ujednorodniania masy.
b)  tworzenia się masy.
c)  ogrzewania zestawu.
d)  tworzenia się krzemianów.

10. Kamienie występujące w ukształtowanych wyrobach szklanych

a)  zwiększają wytrzymałość mechaniczną szkła.
b)  poprawiają wartość estetyczną wyrobów.
c)  powodują pękanie gotowych wyrobów.
d)  zwiększają odporność chemiczną szkła.

11. Rysunek przedstawia rozmieszczenie elektrod w piecu topliwym. Układ płytowy

oznaczono cyfrą

12 Zasyp zestawu do wanny zmianowej powinien się odbywać

raz na zmianę produkcyjną.

okresowo w postaci stoŜka.

cienkowarstwowo w sposób ciągły.

d) po wytopieniu poprzedniego zasypu.

13. Podczas zasypu zestawu do donicy naleŜy

obniŜyć temperaturę.

zredukować atmosferę.

wyostrzyć płomień palnika.

d) zmniejszyć ciąg kominowy.

14. Zjawiska występujące na schemacie blokowym topienia masy szklanej dotyczą

a)  stygnięcia masy.
b)  klarowania masy.
c)  tworzenia się krzemianów.
d)  tworzenia się masy.

Topienie się
krzemianów

Rozpuszczanie
się krzemionki

Rozwarstwienie
się masy

Rozpuszczanie
się gazów

Utlenianie
składników

Reakcje
z materiałami
ogniotrwałymi

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15. Szkła mącone stwarzają problemy technologiczne podczas topienia masy szklanej ze

względu na
a)

lotność składników stopu.

trudność odgazowania masy.

wysokie temperatury wytopu.

d) powstawanie koŜucha krzemionkowego.

16. Piec szklarski w którym stadia, procesy, zjawiska topienia masy szklarskiej, zachodzą

w tym samym czasie lecz w róŜnych miejscach to
a)

wanna zmianowa.

piec donicowy.

wanna wyrobowa.

d) piec tamprowniczy.

Zanieczyszczenia masy szklanej, które moŜna odróŜnić od innych po brunatnym
zabarwieniu i smudze o tej samej barwie spowodowanej związkami Ŝelaza to
a)

przestrzennie wypełnione gazem.

obce ciała stałe.

zanieczyszczenia szkliste.

oszklenie (krystalizacja).

18. Prądy termiczne w masie szklanej

przyspieszają proces klarowania.

adsorbują gazy z powierzchni stopu.

wydłuŜają czas topienia masy szklanej.

d) ułatwiają ujedoradnianie masy szklanej.

19. Część komory roboczej pieca topliwego na której ustawiane są donice to

a)  trzon.
b)  ściana boczna.
c)  sklepienie.
d)  układu grzewczy.

20. Przemiany polimorficzne podczas topienia masy szklanej występują w

krzemionce.

stłuczce.

węglanach.

d) eutektykach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko..........................................................................................

Topienie szkła

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

LITERATURA

Faustyn R.: Maszyny i urządzenia w przemyśle szklarskim. WSiP, Warszawa 1980

Hilgertner A., Nowotny W.: Piece szklarskie. WSiP, Warszawa 1978

Nowotny W.: Technologia szkieł gospodarczych 1.WSiP, Warszawa 1973

Nowotny W.: Technologia szkieł gospodarczych 2.WSiP, Warszawa 1974

Nowotny W.: Technologia szkła cz.1.WSiP, Warszawa 1975

Pawłowski S., Serkowski S.: Materiały ogniotrwałe. Zakład poligraficzny „FUST”,
Gliwice 1997

Pilch J.: Piece ceramiczne i szklarskie. Wydawnictwa AGH, Kraków 1993

Ziemba B.(red.): Technologia szkła 1. Wydawnictwo Arkady, Warszawa1987