Николай Качалов - Стекло

Оказалось, что стекло вытягивается вслед за стержнем, или «приманкой», как его в данном случае называют, не правильной лентой с параллельными кромками, а клиновидным полотнищем в виде треугольного флага, висящего острием книзу. Вот это-то сужение ленты стекла при вытягивании и оказалось тем затруднением, на преодоление которого пришлось затратить несколько десятилетий.

Причина такого явления лежит в ряде свойств пластичной стеклянной массы: здесь и силы поверхностного натяжения, которые стремятся сократить ширину ленты, и пластическая деформация ленты, вызванная ее растяжением, и стекание расплавленного стекла под влиянием собственного веса.

Борьба со всеми этими явлениями закончилась лишь в начале XX в., когда было найдено сразу два решения, имевших одинаковый успех и приведших к двум технологическим процессам, поделившим между собой на приблизительно равные части мировой рынок потребления листового окопного стекла.

Первое решение принадлежит бельгийскому инженеру Фурко. Он исходил из следующих соображений. Основная причина сужения ленты стекла заключена в ее растяжении. Вязкая стекломасса способна растягиваться, как всякий эластичный материал. Если мы будем растягивать в продольном направлении резиновую ленту, она в поперечном направлении будет сжиматься, становясь все уже и уже. В стеклянной ленте получается такое же явление, и ее постепенное сужение в том месте, где она выходит из поверхности расплавленного стекла, приводит к ее полному «выклиниванию», т. е. к обрыву. Следовательно, чтобы предотвратить в вытягивающейся стеклянной ленте прогрессирующее сужение, приводящее к выклиниванию, нужно, чтобы лента не испытывала растягивающих усилий в том месте, где она выходит из поверхности расплавленного стекла.

К борьбе с растягивающими усилиями в нижней части стеклянной ленты и сводилась задача, окончательно сформулированная Фурко.

Решение, к которому оп пришел, отличается необыкновенной простотой.

Фурко предложил опустить на поверхность расплавленного стекла сделанный из огнеупорной глины брус, с сквозной щелью по всей его длине. Это тело он назвал «лодочкой». Обожженная глина легче стекла, а потому лодочка плавает на его поверхности. Если начать нажимать на нее сверху, то через щель будет выдавливаться снизу вверх стекломасса и с тем большим напором, чем глубже мы будем утапливать лодочку.

Как только стекломасса начнет показываться из щели лодочки, сверху навстречу ей опускают «приманку» — горизонтально подвешенный железный стержень, который приводят в соприкосновение с выступающим гребнем стекла. Раскаленные металлы обладают свойством крепко свариваться, склеиваться с расплавленным стеклом, и когда мы начнем поднимать приманку, за ней потянется лента стекла.

Если скорость подъема приманки будет больше, чем скорость выдавливания стекла через щель лодочки, лента будет находиться в растянутом состоянии, и мы опять столкнемся с ее сужением. Если же скорость подъема приманки будет приблизительно равна скорости нагнетаемого снизу вверх через щель лодочки стекла, лента не будет испытывать растягивающих усилий и станет вытягиваться правильным полотнищем с параллельными кромками.

Окончательное торжество идеи Фурко наступило лишь после его смерти. Новый метод обошел всю Европу, и в непродолжительном времени по всей ее территории выросли десятки заводов, работавших по этому методу и сделавших, наконец, листовое стекло дешевым, доступным мате риалом.

На рис. 352 приведена схема вытягивания листового стекла по методу Фурко.

Рис. 352. Схема вытягивания оконного стекла при помощи лодочки

Чтобы можно было судить о конструкции лодочки, показан ее поперечный разрез. Параллельные плоские ящики, расположенные по бокам ленты, представляют собой холодильники с циркулирующей водой, которые способствуют быстрому отвердеванию ленты тотчас же после ее выхода из щели лодочки.

Над холодильниками видны два валика, расположенные по обеим сторонам стекла. Таких валиков, размещенных по высоте ленты, имеется несколько пар (на рисунке показана только нижняя). Валики обложены асбестом, крепко обжимают ленту и приводятся во вращение от электромотора. Это — подъемный механизм, обеспечивающий плавное и равномерное движение ленты стекла снизу вверх со скоростью от 25 до 100 м в час и больше. От этой скорости зависит толщина получаемого стекла, которую можно изменять в довольно широких пределах, достигая 8-10 мм. Чем больше скорость вытягивания, тем тоньше получается стекло.

Второй фактор, влияющий на толщину вытягиваемого стекла, — это вязкость стекломассы, а следовательно, и ее температура.

Наконец, третьим фактором является положение холодильников, способствующих быстрому отвердеванию стекла. Как видно на схематическом рисунке 352, лист стекла в самом своем основании, при выходе из щели лодочки, имеет утолщение, постепенно сходящее на нет, когда лента приближается к своей нормальной толщине. В поперечном сечении это утолщение напоминает форму луковицы.

Чем ниже будут опущены холодильники, чем ближе они окажутся к основанию «луковицы», тем в более широком месте будет зафиксирована толщина стекла и тем толще будет вытягиваемая лента.

Меняя эти три основных параметра процесса — скорость вытягивания, температуру стекла и высоту расположения холодильников, — мы можем получать стекло различной толщины.

Ширина ленты обычно колеблется от 1,2 до 3,0 м. Наиболее употребительная ширина 1,8 м.

Вытягивание стекла в машинах Фурко производится не на открытом воздухе, а в вертикальном железном футляре, или кожухе, снабженном хорошей тепловой изоляцией и носящем название «шахта Фурко». В шахте поддерживается постоянный температурный режим, необходимый для хорошего отжига медленно поднимающейся стеклянной ленты.

На уровне второго этажа здания шахта оканчивается, и охлажденная лента стекла выходит наружу. Отжиг к этому моменту уже успел завершиться, стекло свободно от внутренних натяжений, и остается только снять его с машины.

Эта процедура заключается в нанесении на ленте стальным роликом поперечных надрезов на расстоянии 1,5-2,0 м один от другого с последующим отламыванием листов. Раньше это делалось вручную, но за последние годы на заводах начали входить в употребление автоматические отломщики различных конструкций.

На рис. 353 показан общий вид машины вертикального вытягивания системы Фурко с автоматическим отломщиком конструкции Колесникова. Отделяемые отломщиком отрезки стеклянной ленты укладываются на транспортер, изображенный сзади, и доставляются в резное отделение, где рабочие-резчики, вооруженные стальными роликами, раскраивают стекло на листы требуемых ГОСТом размеров. Таких машин при каждой ванной печи устанавливается несколько, обычно от 3 до 9.