Флоат-стекло представляет собой листовое стекло высокого качества, производимое методом термического формования на расплаве олова. Технология основана на растекании расплавленной стекломассы при температуре около 1000°C по поверхности жидкого металла с последующим контролируемым охлаждением до 600°C. Этот процесс обеспечивает получение идеально гладких и параллельных поверхностей толщиной от 2 до 25 мм при высокой производительности линий.
Что такое флоат-стекло и принцип технологии
Флоат-стекло, также известное как термополированное стекло, получают путем свободного растекания расплавленной стекломассы по поверхности ванны с расплавленным оловом. Название происходит от английского слова float, что означает плавать или плыть, точно характеризуя физическую суть процесса.
Метод был разработан в 1952-1959 годах британским инженером Аластером Пилкингтоном. Параллельно и независимо аналогичная технология создавалась в СССР Государственным институтом стекла с 1959 года. Первые промышленные линии в Советском Союзе были запущены на предприятии в городе Константиновка.
Физические основы флоат-процесса
Ключевым элементом технологии является использование расплавленного олова в качестве формообразующей поверхности. Олово обладает уникальным сочетанием свойств: плотность жидкого олова составляет 6,98 г/см³, что значительно превышает плотность стекломассы 2,5-2,6 г/см³, температура плавления равна 232°C, что позволяет сохранять жидкое состояние в широком температурном диапазоне от 600 до 1100°C.
Стекломасса свободно растекается по поверхности олова под действием силы тяжести и поверхностного натяжения, формируя ленту с идеально плоскими и параллельными поверхностями. Олово не смешивается со стеклом и обеспечивает зеркально гладкую нижнюю поверхность листа.
Технологический процесс производства флоат-стекла
Подготовка стекломассы и варка
Процесс начинается с подготовки шихты, состоящей из кварцевого песка, карбоната натрия, доломита, известняка и сульфата натрия. Типичный состав включает 70-73% кварцевого песка, 12-14% карбоната натрия, 8-10% оксида кальция, 3-4% оксида магния и 1-2% вспомогательных добавок. В шихту также добавляют стеклобой для вторичной переработки.
Шихта загружается в стекловаренную печь, где происходит нагрев до температуры 1500-1600°C. Печь представляет собой крупногабаритный агрегат шириной до 9 метров, длиной до 45 метров, вмещающий более 1200 тонн стекломассы. После расплавления температура стабилизируется на уровне 1200°C для гомогенизации состава.
Формование на ванне с расплавленным оловом
Расплавленная стекломасса при температуре 1000-1100°C подается в флоат-ванну, представляющую собой прямоугольный резервуар шириной 3-4 метра, длиной около 50 метров и глубиной расплава олова 6 сантиметров. Специальный механизм контролирует количество подаваемого стекла.
Важно: пространство над ванной находится под избыточным давлением защитной атмосферы из азота и водорода, предотвращающей окисление олова до диоксида, который может прилипать к стеклу и снижать качество поверхности.
По мере движения по поверхности олова температура стекломассы постепенно снижается с 1100°C до 600°C. Бортоформирующие устройства не допускают растекание стекла за пределы ванны и регулируют ширину ленты. Верхние ролики вытягивают ленту, контролируя толщину листа: чем выше скорость вытягивания, тем тоньше получается стекло.
Отжиг и охлаждение
На выходе из флоат-ванны при температуре 600-620°C сформованная лента стекла поступает в печь отжига длиной до 100 метров. Отжиг необходим для снятия внутренних напряжений, возникающих в процессе формования и охлаждения.
Процесс отжига включает три стадии: выдержку при температуре 570-615°C для релаксации напряжений, медленное охлаждение до 400°C со скоростью, не допускающей возникновения новых напряжений, быстрое охлаждение до 40-80°C, ограниченное только термостойкостью материала. После охлаждения производится резка стекла на листы заданных размеров.
Разновидности флоат-технологий
| Технология | Ключевые особенности | Преимущества |
|---|---|---|
| Английская (Pilkington) | Одноэтапное формование, свободный слив по лотку, температура отжига 600-615°C | Простота конструкции, отработанная технология |
| Советская | Двухстадийный процесс с газовоздушной подушкой при 650°C, температура отжига 570-580°C | Улучшенное качество нижней поверхности, снижение температуры на 25-35°C |
| Американская (PPG) | Специальный узел слива с горизонтальным уровнем расплава | Равномерное формирование, высокие оптические характеристики |
Советская двухстадийная технология
Отличительной особенностью советской разработки является использование газовоздушной подушки как второй стадии формования. После формовки в ванне с оловом лента стекла направляется на газовоздушную подушку, где выдерживается температура около 650°C. Здесь происходит окончательное формирование геометрии листа и начальное охлаждение.
Далее стекло поступает в печь отжига по приемным валкам при температуре 570-580°C. Пониженная температура обеспечивает лучшую сохранность нижней поверхности. Более высокая температура олова в выходной части ванны интенсифицирует процессы восстановления оксидов олова, повышая качество нижней поверхности ленты.
Технические характеристики флоат-стекла
Геометрические параметры
- Толщина листов варьируется от 0,4 до 25 мм, наиболее распространенный диапазон составляет 3-19 мм
- Стандартные размеры листов 3210×2250 мм
- Увеличенный формат джамбо-стекла достигает 6000×3210 мм
- Максимальная длина ограничена условиями транспортировки и не превышает 6 метров
Оптические и физические свойства
Флоат-стекло обладает коэффициентом светопропускания 88-90% для бесцветного материала толщиной 4-6 мм. Поверхности характеризуются исключительной ровностью и отсутствием оптических дефектов искажения изображения. Плотность материала составляет 2,5 г/см³, коэффициент теплопроводности 0,8-1,0 Вт/(м·K).
Водостойкость должна соответствовать классу 4/98, что регламентировано требованиями ГОСТ 111-2014. Коэффициент направленного пропускания света является одной из важнейших характеристик для бесцветного и особо прозрачного флоат-стекла.
Нормативная документация и стандарты
Производство и поставка листового флоат-стекла в Российской Федерации регламентируется ГОСТ 111-2014 "Стекло листовое бесцветное. Технические условия", введенным в действие с 1 апреля 2016 года. Стандарт распространяется на бесцветное листовое стекло, изготовленное методами флоат или вертикального вытягивания.
Документ соответствует европейскому региональному стандарту EN 572-8:2012 относительно базовых изделий из натрий-кальций-силикатного стекла. ГОСТ устанавливает требования к размерам, толщине, качеству поверхности, оптическим характеристикам и допустимым дефектам.
Классификация по маркам качества
Стекло подразделяется на марки М0, М1, М2, М3, М4, М5 в зависимости от количества и размера допустимых дефектов поверхности. Марки М0 и М1 предназначены для наиболее ответственных применений, где требуется высочайшее качество оптических характеристик.
Область применения флоат-стекла
Строительство и архитектура
- Остекление светопрозрачных фасадов зданий с высокими требованиями к прозрачности и отсутствию оптических искажений
- Производство стеклопакетов для оконных и дверных конструкций жилых и общественных зданий
- Изготовление внутренних стеклянных перегородок, дверей, ограждений в офисных помещениях
- Остекление торговых витрин, где важна максимальная прозрачность для демонстрации товаров
- Остекление кровельных конструкций, зенитных фонарей, зимних садов и оранжерей
Дальнейшая переработка
Флоат-стекло служит базовым материалом для производства более чем 200 наименований специализированных изделий. Материал подвергается закалке для повышения механической прочности и безопасности при разрушении. Производятся многослойные конструкции путем склеивания полимерными пленками.
На поверхность наносятся низкоэмиссионные и солнцезащитные покрытия методом магнетронного напыления. Применяется химическое травление и пескоструйная обработка для получения матовых поверхностей. Материал окрашивается в массе или методом поверхностного декорирования.
Преимущества флоат-технологии
Метод термического формования на расплаве олова обеспечивает получение стекла с идеально гладкими и параллельными поверхностями без необходимости механической шлифовки и полировки. Это радикально снижает производственные затраты по сравнению с прокатным стеклом с двусторонней обработкой.
Технология позволяет производить листы больших размеров при высокой производительности линий до 500-600 тонн в сутки. Непрерывный процесс обеспечивает стабильное качество продукции и минимизацию отходов до 3-5%. Получаемое стекло обладает высокими оптическими характеристиками и отсутствием внутренних напряжений.
Флоат-процесс полностью вытеснил устаревшие методы вытягивания, при которых качество поверхности было невысоким, а толщина листа неоднородной. Современные стеклопакеты практически полностью изготавливаются из флоат-стекла.
Контроль качества и дефекты
Типичные дефекты и их происхождение
Поверхность флоат-стекла может содержать включения от частиц шихты, не полностью растворившихся в процессе варки. Образуются газовые пузыри от захваченного воздуха или продуктов химических реакций. На нижней поверхности возможны следы от контакта с оловом при недостаточной защите восстановительной атмосферой.
Оптические искажения возникают при неравномерной температуре в печи отжига или некорректном режиме охлаждения. ГОСТ 111-2014 устанавливает допустимое количество и размеры дефектов для каждой марки стекла, что обеспечивает соответствие материала требованиям конкретного применения.
Часто задаваемые вопросы
Флоат-технология производства листового стекла на расплаве олова представляет собой высокоэффективный метод получения материала с превосходными оптическими характеристиками. Контролируемый температурный режим от 1000°C до 600°C и защитная атмосфера обеспечивают формирование ленты толщиной 2-25 мм с идеально гладкими поверхностями. Технология полностью соответствует требованиям ГОСТ 111-2014 и современных строительных стандартов.
