Стеклобой в шихте представляет собой измельченное битое стекло, добавляемое в стекловаренную смесь в количестве от 10 до 50 процентов. Использование вторичного стеклосырья способствует снижению температуры варки стекломассы, обеспечивает экономию первичных сырьевых материалов до 1,25 тонны на каждую тонну стеклобоя и сокращает энергозатраты на 0,2-0,5 процента при увеличении доли стеклобоя на 1 процент согласно действующим стандартам стекольной промышленности.
Что такое стеклобой и его роль в шихте
Стеклобой представляет собой непригодные для прямого использования изделия из стекла, битое бытовое и промышленное стекло, а также отходы производства и обработки стеклянных изделий. Согласно ГОСТ 34035-2016 и ГОСТ 34981-2023, стеклобой классифицируется как вторичное сырье для стекловарения, которое добавляется в шихту для улучшения технологических характеристик процесса.
Шихта для варки стекла состоит из основных стеклообразующих компонентов: кварцевого песка, кальцинированной соды, известняка или доломита. Добавление стеклобоя в эту смесь существенно облегчает процесс плавления, ускоряет стекловарение и сокращает потребность в первичных материалах. На стеклотарных предприятиях России соотношение шихта-стеклобой обычно составляет 50:50.
Ключевое преимущество: Стеклобой имеет более низкий температурный порог размягчения по сравнению с обычным сырьем, что позволяет при одинаковых затратах энергии выплавить большее количество стекломассы и снизить выбросы в атмосферу.
Классификация стеклобоя по происхождению
В производстве различают собственный и привозной стеклобой. Собственный стеклобой образуется непосредственно на стекольном заводе в процессе производства и имеет известный химический состав, соответствующий выпускаемой продукции. Привозной стеклобой поступает от сторонних организаций и требует тщательной проверки на наличие примесей керамики, металлов, песка и других посторонних включений.
Подготовка стеклобоя для использования в шихте
Дробление и измельчение
Стеклобой, поступающий на переработку, как правило, представляет собой крупные куски стекла различных размеров. Первичная обработка включает дробление материала до требуемых фракций. Для эффективного измельчения применяются щековые дробилки, которые позволяют раздавливать толстое стекло в процессе комбинированного движения щек и минимизируют образование нежелательной мелкой крошки и стеклянной пыли.
Молотковые дробилки используются преимущественно в системах переработки собственного стеклобоя, возвращаемого в технологию с производственных линий. Совместное транспортирование влажного и сухого стеклобоя к дробилке позволяет существенно снизить уровень пыления при дроблении и усредняет общую влажность полученного материала.
Основные этапы подготовки стеклобоя:
- Сортировка по цвету и типу стекла для обеспечения однородности химического состава
- Удаление посторонних включений: металлических элементов, керамики, камней, органических примесей
- Дробление крупных кусков до фракции 10-60 мм для основной массы и 0,2-5 мм для мелкой фракции
- Мойка в моечно-сушильных барабанах для удаления загрязнений
- Сушка при температуре 110-120 градусов Цельсия для снижения влажности материала
Гранулирование стеклобоя
Гранулирование является важным технологическим процессом подготовки стеклобоя, который обеспечивает равномерность распределения вторичного сырья в шихте и предотвращает неоднородность стекломассы. Процесс заключается в термической обработке измельченного стеклобоя с последующим резким охлаждением.
Технология гранулирования включает нагрев стеклобоя до температуры 100 градусов Цельсия с последующей обдачей холодной водой. Резкая смена температуры приводит к распаду материала на гранулы оптимального размера. Этот метод термошока обеспечивает получение частиц с равномерной структурой и размером, что критически важно для однородности варки стекломассы.
Дозировка стеклобоя в стекловаренной шихте
Оптимальные пропорции
Количество стеклобоя, добавляемого в шихту, варьируется в зависимости от типа производства, требований к качеству стекла и технологических возможностей предприятия. Стандартная дозировка составляет от 10 до 50 процентов от общей массы шихты согласно НДТ 7 информационно-технического справочника ИТС 5-2015.
| Содержание стеклобоя, % | Область применения | Особенности использования |
|---|---|---|
| до 20% | Листовое стекло | Возвратный стеклобой, строгий контроль качества |
| 25-30% | Бесцветное тарное стекло | Оптимальное соотношение качества и экономичности |
| до 50% | Полубелое и зеленое тарное стекло | Допускается использование смешанного стеклобоя |
| до 100% | Прессованные изделия, стекловолокно | Максимальная утилизация вторичного сырья |
Обычно в шихту добавляют 25-30 процентов стеклобоя. Повышенное содержание вторсырья может ухудшить однородность стекломассы и привести к возникновению дефектов в готовой продукции. Однако при использовании современных технологий варки с электроподогревом возможно увеличение доли стеклобоя до 80-100 процентов без потери качества.
Методы загрузки в стекловаренную печь
Существует несколько способов подачи стеклобоя в варочный бассейн печи. Раздельная загрузка шихты и стеклобоя предусматривает подачу от 20 до 95 процентов стеклобоя по обеим сторонам шихты между шихтой и боковыми стенками варочного бассейна. Остальной стеклобой смешивается с шихтой и загружается посередине загрузочного кармана.
Под шихту, смешанную со стеклобоем мелкой фракции 0,2-5 мм, подается стеклобой крупной фракции с размером кусков 10-60 мм. Такая многоуровневая загрузка обеспечивает оптимальное распределение температурных зон и способствует равномерному провару материала.
Влияние стеклобоя на температуру варки стекла
Снижение температурного режима
Добавление стеклобоя в шихту способствует снижению требуемой температуры варки стекломассы. Температура варки стекла зависит от химического состава и составляет от 1100 до 1650 градусов Цельсия. При использовании стеклобоя температура варки может быть снижена в зависимости от доли вторичного сырья.
Стеклобой не имеет четкой температуры плавления, как кристаллические вещества. Температура начала размягчения обычного натрий-кальций-силикатного стеклобоя составляет 530-600 градусов Цельсия. Это связано с тем, что стеклобой уже прошел все стадии силикатообразования и представляет собой готовую стекломассу, которую необходимо только расплавить и гомогенизировать.
Практический эффект: Загрузка стеклобоя грядами вдоль боковых стен варочного бассейна позволяет снизить температуру стекломассы на 20-50 градусов Цельсия на уровне зеркала стекломассы по периметру огнеупоров боковых стен, что значительно продлевает срок службы печи на 5-30 процентов.
Ускорение процесса стекловарения
Использование стеклобоя существенно сокращает продолжительность цикла стекловарения. Процесс силикатообразования, который занимает около 10 процентов времени варки свежей шихты, полностью исключается при использовании стеклобоя. Стеклообразование также протекает значительно быстрее, так как не требуется растворение кварцевых зерен в расплаве силикатов.
При повышении температуры на 100-150 градусов Цельсия силикатообразование ускоряется в 2 раза. Поскольку стеклобой позволяет работать при более низких температурах с той же скоростью процесса, достигается существенная экономия энергоресурсов при сохранении производительности печи.
Преимущества использования стеклобоя в производстве
Экономия сырьевых материалов
Использование одной тонны стеклобоя позволяет экономить до 1,25 тонны первичного сырья, включая 200-270 килограммов кальцинированной соды. Это особенно важно в условиях роста стоимости сырьевых компонентов и необходимости оптимизации производственных затрат.
Основные экономические преимущества:
- Снижение расхода первичных материалов на 20-50 процентов в зависимости от доли стеклобоя
- Экономия энергоресурсов на 0,2-0,5 процента при увеличении доли стеклобоя на 1 процент
- Увеличение производительности технологической линии на 5-50 процентов при повышении содержания стеклобоя от 30 до 100 процентов
- Снижение общего расхода топлива на варку за счет меньшей теплоемкости процесса
- Продление срока непрерывной работы печей на 5-30 процентов от запланированного
Энергоэффективность процесса
Средний расход теплоты на варку обычного промышленного стекла составляет около 650 килокалорий на килограмм стекломассы. При высоком содержании стеклобоя в шихте этот показатель может быть снижен, что обеспечивает существенную экономию энергоресурсов.
Расход тепла на варку стекла зависит от состава и влажности шихты, а также от ее соотношения с боем. Чем больше в шихте содержится стеклобоя и чем меньше засыпается свежих компонентов, тем ниже общие затраты тепла на процесс стекловарения.
Экологические аспекты
Стекло является единственным упаковочным материалом, который может быть изготовлен в полностью замкнутом цикле. Когда стеклобой полностью утилизируют и используют при изготовлении новых изделий, на свалки не попадают никакие отходы от стеклянной упаковки. Это делает стекольную промышленность одной из наиболее экологически ответственных отраслей.
При одинаковых затратах энергии из стеклобоя производится большее количество стеклотары, что приводит к снижению выбросов в атмосферу. Сокращение температуры варки также уменьшает объем продуктов сгорания топлива и вредных выбросов оксидов азота и серы.
Требования к качеству стеклобоя
Допустимые примеси и загрязнения
Качество стеклобоя критически важно для обеспечения однородности и чистоты получаемой стекломассы. Согласно ГОСТ 34035-2016, наличие посторонних включений в стеклобое не допускается. Содержание органических примесей не должно превышать 2 процента от общей массы.
При варке бесцветного стекла стеклобой может содержать до 1 процента темно-зеленого и до 10 процентов зеленого стекла. Однако на практике это редко применяется из-за сложности сортировки и дозировки, а также частых изменений технологии стекловарения и формования.
Фракционный состав
Эффективность использования стеклобоя во многом зависит от его гранулометрического состава. Оптимальный фракционный состав включает две основные фракции: крупную с размером частиц 15-75 мм и мелкую с размером 0,5-5 мм.
Мелкую фракцию стеклобоя в количестве 5-40 процентов от общей массы предварительно увлажняют водой и вводят в нее корректирующие и модифицирующие добавки. Загрузка в бункер стекловаренной печи крупной фракции и смеси мелкой фракции с добавками осуществляется послойно для обеспечения равномерного распределения компонентов.
Технология варки стекла с использованием стеклобоя
Процесс стекловарения
Варка стекла представляет собой последовательность физико-химических процессов превращения смеси сырьевых материалов в расплавленную стекломассу. При использовании стеклобоя процесс включает пять основных стадий: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и студку.
Температура, необходимая для стекловарения, зависит от химического состава стекла и составляет от 1100 до 1650 градусов Цельсия. При добавлении стеклобоя температурный режим варки может быть оптимизирован в зависимости от доли вторичного сырья и типа производимого стекла.
Температурные зоны в печи
В печах непрерывного действия последовательность стадий стекловарения распределена по длине печи и зависит от температуры на каждом участке. Тепловосприятие различных участков поверхности стекломассы неодинаково: если принять тепло, воспринятое шихтой за единицу, то пена воспринимает 0,5, а открытое зеркало стекломассы 0,3-0,4 этого количества.
Шихта поглощает примерно вдвое больше теплоты, чем стекающий расплав, а чистое зеркало воспринимает 30-40 процентов теплоты. Количество воспринимаемой теплоты в зоне варки зависит от площади, занятой шихтой и пеной, а также от площади свободного зеркала и температуры пламенного пространства.
Оптимизация режимов горения
Современные стекловаренные печи оснащаются системами оптимизации режимов горения в соответствии с долей стеклобоя в шихте. При увеличении содержания вторичного сырья до 50 процентов требуется корректировка распределения топлива по горелкам и изменение соотношения топливо-воздух для поддержания оптимального температурного режима.
Часто задаваемые вопросы
Заключение
Стеклобой является ценным вторичным сырьем для стекольной промышленности, обеспечивающим существенную экономию первичных материалов и энергоресурсов. Оптимальная дозировка в диапазоне 10-50 процентов от массы шихты позволяет сократить расход топлива и продлить срок службы оборудования при соблюдении требований действующих стандартов.
Правильная подготовка стеклобоя, включающая дробление, очистку от примесей и гранулирование, критически важна для обеспечения качества получаемой стекломассы. Современные технологии позволяют увеличивать долю вторичного сырья до 80-100 процентов для определенных видов продукции, что делает стекольное производство более экологичным и экономически эффективным.
Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов стекольной промышленности. Информация представлена в образовательных целях и не является руководством к действию. Автор не несет ответственности за последствия использования изложенных сведений. Перед внедрением любых технологических изменений необходимо провести собственные исследования и проконсультироваться с квалифицированными специалистами.
