g Các chất oxy hĩa, cĩ tác dụn khử bọt:
6.4 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH
Nguyên liệu là cát: cần cĩ độ hạt đồng đều theo yêu cầu, hàm lượng SiO2 tùy theo yêu cầu của loại thủy tinh. Nếu nguyên liệu cát lẫn các loại
oxyt hoặc kim loại khơng mong muốn thì cĩ thể gây khuyết tật, ảnh hưởng đến chất lượng thủy tinh.
Rửa - chà xát
Cát được rửa bằng nước, đồng thời được chà xát để tách rời những hạt cát dính vào nhau, cơng đoạn này loại được một số tạp chất hịa tan trong nước, và lẫn trong nguyên liệu (như muối NaCl) và một số tạp chất dạng huyền phù.
Phân loại theo kích thước hạt
Cát sau khi chà xát, rửa sấy khơ, được qua hệ thống rây để phân loại theo kích thước hạt, nhằm giúp quá trình nấu thủy tinh được dễ dàng. Do độ hạt đồng đều, thì thời gian và nhiệt độ nấu khơng bị dao động nhiều.
Hình 6.1: Quy trình gia cơng thủy tinh
Phân ly điện từ
Nguyên liệu cát cĩ thể cĩ oxyt sắt (FeO, Fe2O3 hoặc FeS) với liều lượng cao hơn giới hạn cho phép trong sản xuất thủy tinh sẽ ảnh hưởng xấu đến tính chiết quang, cũng như tạo màu khơng mong muốn cho thủy tinh. Do đĩ, oxyt
sắt được loại đi bằng phương pháp điện từ.
Nấu thủy tinh
Giai đoạn nấu ảnh hưởng lớn đến chất lượng của thủy tinh. Khối nguyên liệu được gia nhiệt đến 1100÷1400oC để nấu chảy tạo thủy tinh, tùy theo thành phần nguyên liệu. Nếu thành phần nguyên liệu cĩ kim loại Na cao thì sẽ làm giảm nhiệt độ nĩng chảy của khối nguyên liệu.
Đây chính là quá trình nĩng chảy của SiO2, tạo cấu trúc đồng nhất giữa oxyt silic và các kim loại kiềm, kiềm thổ hoặc kim loại lưỡng tính, cĩ mặt trong khối nguyên liệu. Trong quá trình nấu xảy ra sự tạo liên kết mới sắp xếp lại cấu trúc, SiO2 chuyển thành SiO4, cĩ dạng khối tứ diện đều, nguyên tử Si nằm tại tâm, và nguyên tử oxyt phân bố ở bốn đỉnh của khối tứ diện.
Trong quá trình nấu thủy tinh, cĩ sự tham gia của carbon (C) để khử oxy từ các oxyt kim loại (khác SiO2), tạo thành khí CO, CO2 và thốt ra khỏi khối thủy tinh. Nếu nhiệt độ nấu thủy tinh được hạ thấp do thêm một số phụ gia hoặc hàm lượng Na cao khiến thời gian nấu thủy tinh diễn ra ngắn, tiêu hao năng lượng thấp nhưng quá trình khử bọt (thốt khí CO và CO2) xảy ra khơng triệt để, tạo bọt khí trong khối thủy tinh, gây ra khuyết tật cho thành phẩm.
Ngồi ra nhiệt độ nấu thủy tinh thấp cũng như thời gian nấu ngắn đều là nguyên nhân làm cho một số oxyt kim loại khơng thể nĩng chảy hồn tồn, khơng được tạo cấu trúc đồng nhất, do đĩ gây khuyết tật dạng thủy tinh hoặc khuyết tật dạng tinh thể cho thành phẩm.
Hình 6.2: Cơng nghệ tạo hình sản phẩm thủy tinh
Sơ đồ cơng nghệ tạo hình sản phẩm chai lọ thủy tinh được biểu diễn ở hình a hoặc b, gồm các giai đoạn từ 1-7.
Thủy tinh được tạo hình bằng phương pháp đùn thổi hoặc ly tâm thổi với áp lực cao.
Thủy tinh nĩng chảy ở nhiệt độ ≥ 1000oC từ lị nấu được được tạo hình sơ bộ trong khuơn 1 và được dịng khí nén đi từ phía dưới khuơn 2 thổi nén thành hình dạng sơ bộ 2 và 3 và được tiếp tục tạo hình cho thành phẩm 7; ở giai đoạn này dùng áp lực của dịng khí nén hoặc dùng lực ly tâm để phân bố lại khối thủy tinh 5 tạo thành chai đều đặn trong khuơn 6 và tạo nên sản phẩm cĩ hình dạng theo yêu cầu 7.
Phủ nĩng
Phủ nĩng bằng bột SnO2 nĩng để bảo vệ bề mặt sản phẩm thủy tinh đang ở nhiệt độ cao, khơng bị nứt ra và đánh bĩng bề mặt thủy tinh.
Ủ, tơi thủy tinh
Sau khi tạo hình, sản phẩm được ủ hoặc tơi để thay đổi ứng suất nội tồn tại trong quá trình tạo hình, nhằm làm tăng độ bền của thủy tinh trong sử sụng.
Ủ thủy tinh: sản phẩm thủy tinh sau khi tạo hình đạt nhiệt độ khoảng 700÷800oC, được phủ nĩng, được làm nguội xuống nhiệt độ 300oC, sau đĩ lại được gia nhiệt đến 700oC và được làm nguội chậm đến nhiệt độ thường, nhằm
để giảm ứng suất nội ở thành trong và thành ngồi của chai lọ thủy tinh, tạo cho thủy tinh cĩ độ bền cơ cao.
Tơi thủy tinh: thủy tinh sau khi được tạo hình, phủ nĩng và làm nguội đến 300oC thì được gia nhiệt đến nhiệt độ 700oC và được làm nguội nhanh để tăng ứng suất bên trong thành chai lọ và tạo ứng suất đồng đều trong cả sản phẩm. Sản phẩm thủy tinh tơi chịu được sự chênh lệch nhiệt độ cao đến 270oC (thủy tinh khơng tơi chỉ cĩ thể chịu được sự chênh lệch nhiệt độ là 70oC). Sản phẩm thủy tinh tơi bị vỡ sẽ tạo thành những mảnh vỡ vụn khơng sắc cạnh. Thủy tinh tơi được dùng chế tạo các loại kính đảm bảo an tồn cho người sử dụng trong trường hợp nĩ bị vỡ như: dùng làm kính xe ơ tơ, một số loại chai lọ, chén đĩa cao cấp và thủy tinh chịu nhiệt độ cao.