Проект цеха по производству закаленного стекла

Проект цеха по производству закаленного стекла

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный технологический университет

Факультет ХТиТ

Кафедра технологии стекла и керамики

Специальность 41 1-48 01 01

Специализация 111 1 1-48 01 01 06

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Технология стекла»

Тема «Проект цеха по производству закаленного стекла»

Исполнитель Грушко Н.Н.

студент(ка) 5 курса группы 8

Руководитель Терещенко И.М.

канд. техн. наук, доцент

Минск 2012

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит страницу, таблиц, рисунков, источников литературы, регламент цеха промышленной переработки стекла на ОАО «Гомельстекло».

шихта, печь, промышленная переработка, напряжения, отжиг, резка стекла, шлифовка, сверление, мойка, закалка стекла, прочность, степень закалки, охлаждение, способ

Целью курсового проекта является проект цеха промышленной переработки листового полированного стекла и выпуска закаленного стекла производительностью 1,5 млн. м² в год. Для формования ленты стекла выбрана современная флоат-технология. Проект промышленной переработки стекла основан на внедрениях нового оборудования ведущих фирм в области обработки и закалки стекла, таких как INTERMAC-Италия, и TAMGLASS-Финляндия, что позволяет снизить технологические потери, уменьшить производственные площади, исключить приобретение большого ассортимента заменяемых деталей, обеспечивает снижение затрат времени на ремонт, снижает простои оборудования и трудоёмкость процессов.

Таким образом, цех может выпускать как архитектурное, так и техническое стекло широкого ассортимента. Данный проект предусматривает возможность гибкой перестройки на выпуск любого вида закаленного стекла по требованию потребителя.

В проекте приведено обоснование выбора технологической схемы производства и ее описание, рассчитан материальный баланс, рассчитано и подобрано оборудование для производства заданной продукции, описаны мероприятия по охране труда и окружающей, предусматривается автоматизация производства, в частности процессов порезки стекла на фигурные форматы, шлифовки кромок, сверлению отверстий, закалки и т.д.

Содержание

Введение

. Аналитический обзор

.1 Состояние и перспективы развития технологии производства закаленного стекла

.1.1 Общая характеристика

.1.2 Технологический процесс производства закаленного стекла

.1.3 Двойное лучепреломление и способы его оценки

.1.4 Причины упрочнения закаленного стекла

.2 Описание существующих способов производства. Выбор и обоснование принятого способа производства

.2.1 Закалочные среды и способы закалки стекла

.2.2 Способы производства закаленного стекла

2. Технологический раздел

.1 Ассортимент выпускаемой продукции

.2 Применяемое сырье и его характеристика

.3 Обоснование выбора технологической схемы производства и ее описание

.4 Расчет материального баланса

2.5 Расчет и подбор оборудования

.6 Расчет складов сырья и готовой продукции

2.7 Контроль качества продукции

. Охрана труда и охрана окружающей среды

3.1 Охрана труда

.2 Мероприятия по охране окружающей среды

Заключение по проекту

Перечень графического материала

Список используемых источников

Введение

Закаленное стекло находит свое применение в случаях, когда простое стекло не отвечает требованиям прочности и безопасности.

В последние годы закаленное стекло получило широкое распространение в строительстве и архитектуре. Такая тенденция связана с популярностью разного рода конструкций, пропускающих дневной свет. Для реализации подобных проектов как нельзя лучше подходит закаленное стекло, прочность которого почти в 3-5 раз превосходит аналогичный показатель обычного стекла. К тому же закаленный материал безопаснее в использовании.

Закаленные стекла применяется для отделки фасадов зданий и монтажа прозрачной кровли, для остекления террас, лоджий, беседок, балконов. Из данного материала изготовлены остановки общественного транспорта, перегородки внутри офисов, ограждения лестниц и даже душевые кабины.

В промышленности закаленное стекло служит материалом для изготовления торгового оборудования (витрин, прилавков) и мебели для медицинских учреждений, дверей для духовых шкафов и печей-гриль, полок для холодильников и мебели. Именно из закаленного стекла производится современная стеклянная мебель и т.д. Поэтому закалка стекла - современное решение для современной техники и прочего.

Закалкой стекла называется термическая обработка стекла, представляющая собой процесс создания в стекле значительных постоянных внутренних напряжений путем быстрого охлаждения стекла от температуры, лежащей выше температуры стеклования.

Закаленное стекло представляет собой листовое стекло, подвергнутое специальной термической обработке - закалке, в результате которой в объеме стекла возникают закономерно распределенные внутренние напряжения, повышающие механическую прочность стекла и обеспечивающие особый (безопасный) характер его разрушения. Увеличение механической прочности обуславливает повышение термостойкости стекла в 2-5 раза (с 70 до 180^оС). У листового стекла термостойкость около 70^оС, закаленного - до 180^оС, что препятствует разрушению закаленного стекла при перегреве или перепаде температур. Это особенно важно при использовании в наружном остеклении тонированными и рефлекторными стеклами с коэффициентом поглощения тепловой энергии более 25%, когда стекло может разогреться до температуры 90^оС.

Основные достоинства закаленного стекла.

закаленное стекло обладает высокой термической стойкостью, что позволяет применять его в наружном остеклении.

закаленное стекло не разрушается от случайных бытовых ударов.

при разрушении закаленное стекло образует осколки размером от 1 до 10 мм и не выпадает большими кусками, которые могут травмировать человека.

оптические свойства стекла после закалки практически не изменяются.

Благодаря сочетанию таких свойств как прозрачность, высокая коррозионная стойкость, низкий коэффициент теплопроводности, повышенная механическая прочность, безопасный характер разрушения, закаленное стекло находит все большее применение как в практике отечественного, так и зарубежного строительства. Современная архитектурная индустрия требует более крупных размеров стекла, многофункциональности и требовательных применений.

Огромное расширение применения безопасного стекла обусловлено растущим сознанием безопасности и развитием нормативных актов, требующих применения безопасного стекла.

В данном курсовом проекте решаются следующие цели и задачи:

– выбор способа производства закаленного стекла

–       разработка эффективного технологического процесса закалки

–       подобрать современное оборудование

–       провести материальные и технологические расчеты в соответствии с производительностью

1. Аналитический обзор

.1 Состояние и перспективы развития технологии производства закаленного стекла

.1.1 Общая характеристика

Закаленное стекло в последнее время приобретает все большую популярность в современной архитектуре. Это связано с тем, что в современных зданиях и сооружениях все больше места занимают светопрозрачные конструкции сложных архитектурных форм, которые требуют повышенной механической прочности стекла, а именно такими свойствами обладает закаленное стекло, которое в 3-5 раз прочнее обычного листового стекла, и, соответственно, на порядок безопаснее при эксплуатации.

По определению, закаленное стекло - это стекло прошедшее специальную термическую обработку, технологически сходную с процессом закаливания стали. В результате процесса закаливания прочность стекла увеличивается в несколько раз, а в случае разрушения каленое стекло рассыпается в мелкую крошку. Особенностью такого закаленного стекла является невозможность его последующей обработки после прохождения процесса закаливания, поэтому такие операции, как раскрой стекла, сверление технологических отверстий, полировка кромки осуществляются до отправки стекла в печь.

Закаленное стекло получают двух видов - плоское и гнутое. Последнее в свою очередь может иметь постоянную (одинарную) или переменную кривизну.

Наиболее широко для закалки используют стекла толщиной 4,0-6,5 мм, применяемые на транспорте (в первую очередь - автомобильном). Однако в ряде других областей техники (приборостроение, авиация, строительство) возникает потребность в стеклах как значительно меньшей (до 2,5 мм), так и большей (до 17 мм) толщины.

Размер стекол, используемых на транспорте, не превышает 560×1500 мм. В строительстве применяют крупногабаритные панели размером 1200×2500 мм: двери, перегородки, ограждения, полы, потолки. При этом такие панели могут быть прозрачными или непрозрачными (матовыми, узорчатыми, глушенными, эмалированными). Закаленные крупногабаритные окрашенные стеклопанели получили название стемалита.

С точки зрения технологического процесса закаленное стекло представляет собой листовое стекло, подвергнутое термической закалке - обработке, в результате которой в массе стекла возникают распределенные особым образом внутренние напряжения, которые повышают механическую прочность стекла и обеспечивают его особый (безопасный) характер разрушения. Иными словами, процесс закаливания стекла - это процесс температурной обработки, благодаря которому исходное стекло становится более прочным. Даже если имело место случайное достаточно сильное механическое воздействие. Закаленное стекло при разрушении не образует крупные осколки, причем осколки каленого стекла не имеют заостренных концов.

Основными свойствами закаленного стекла являются:

механическая прочность стекла по сравнению с обычным может быть довольно существенно (более чем в 3-5 раз)

особый характер разрушения. Стекло бьется в мелкую крошку, причем осколки его не имеют заостренных концов, что практически сводит на нет вероятность получения травм и порезов.

повышенная термостойкость (устойчивость к перепадам температур). У обычного листового стекла, не прошедшего закалку, термостойкость около 70-80^оС, а у закаленного уже доходит до 180^оС, то есть термостойкость закаленного стекла выше в 4,5 раза. Такая термическая устойчивость закаленного стекла препятствует его разрушению при перепаде температур или перегреве.

В настоящее время приходит понимание того, насколько применение закаленного стекла в остеклении объектов актуально с точки зрения долговечности, надежности и безопасности [1].

Действительно, в последнее время архитектурный облик городов во многом стали определять изящные светопрозрачные системы остекления фасадов высотных зданий и сооружений. На сегодняшний день непросто отыскать такой же идеально подходящий для остекления современных конструкций материал, как закаленное стекло. Сегодня строительными нормами и правилами остекление верхних этажей зданий, а также лоджий и балконов и лоджий предписано осуществлять лишь безопасным стеклом во избежание травм от крупных осколков, выпадающих при разрушении стекла. Помимо прочего, закаленное стекло предназначается для безопасного остекления светопрозрачных строительных конструкций, таких как оконные и дверные конструкции, конструкции витрин, зимних садов и зенитных фонарей.

Закаленное стекло может быть энергосберегающим, рефлективным, узорчатым, матовым, тонированным, прозрачным. Закаленное стекло применяется в конструкциях зимних садов, крыш и козырьков, ограждениях парапетов и лестниц, стеклянных дверей саун, в конструкциях перегородок в квартирах и офисах, в витринах торговых центров и магазинов, в конструкциях структурного планарного остекления фасадов зданий. [1]

.1.2 Технологический процесс производства закаленного стекла

Технологический процесс производства закаленного стекла состоит из нескольких стадий: подготовки стекла, нагревания его до температуры закалки, резкого и равномерного охлаждения и контроля качества полученных изделий.

Подготовка стекла. Для изготовления плоских закаленных стекол различного профиля, из отобранных листов стекла по определенным шаблонам вырезают форматы. Стекло, подвергаемое закалке, не должно содержать свили, шлиров, камней, крупных пузырей и царапин. Перечисленные пороки приводят к растрескиванию стекла в процессе закалки, так как в месте расположения дефекта образуются напряжения, резко отличающиеся от напряжений в других участках стекла.

Края вырезанных форматов подвергают механической обработке на фацетных станках. Все операции механической обработки стекла (резка, сверление отверстий, обработка кромок) необходимо проводить до стадии термической обработки, так как самые незначительные повреждения поверхностей или краев закаленного стекла вызывают его разрушение. В порядке исключения небольшие поверхностные дефекты (деформация от зажимов) закаленных стекол могут быть выправлены с помощью слабой обточки краев изделия, однако при этом нельзя применять крупнозернистые абразивы и ударные нагрузки. Следует помнить, что после обработки величина остаточных напряжений в стекле уменьшается пропорционально квадрату отношения толщины листа после шлифования к исходной его толщине, т. е. прочность закаленного стекла понижается.

Стекло поставляется с завода-производителя, в основном, двух размеров: Jumbo (6000×3210 мм) и стандартного размера (половина Jumbo); в нашем случае применяется первый тип, так как он обеспечивает минимальные потери при резке.

На многих производствах резка стекла все еще производится вручную, что существенно снижает производительность и качество резки. Но постепенно механический способ резки приходит на смену ручному.

Среди множества различных модификаций столов для резки стекла можно выделить основные типы:

. для ручной резки; для автоматической резки; для прямолинейной резки; для прямолинейной и фигурной резки; столы с переводом рабочей поверхности в вертикальное состояние;

. автоматизированные линии для резки стекла с погрузочными станциями.

Существуют два варианта всех упомянутых выше типов столов (кроме столов для ручной резки) − для стекла размера Jumbo и для стандартного размера.

Также существуют специальные столы для прямолинейной резки триплекса; данная операция производится следующим образом:

− стекло размещается на столе;

− стекло позиционируется в системе координат;

− при помощи специальных устройств задаются размеры раскроя;

− при помощи двух алмазных режущих головок (нижней и верхней) производится резка;

− при помощи реек для ломки производится ломка раскроенного листа;

− специальное нагревательное устройство облегчает разрыв пленки;

− при помощи специального приспособления производится разрыв раскроенных частей.

В зависимости от толщины слоя и температуры в помещении, которые влияют на процесс нагревания, весь цикл длится от 30 до 45 секунд.

«

Столы для автоматической резки оснащены числовым программным управлением: процесс резки управляется специально вводимыми программами − программами оптимизации, которые пишутся оператором при помощи специального программного обеспечения, прилагаемого к станкам INTERMAC.

Программное обеспечение позволяет также создавать лейблы для нанесения на раскроенное стекло, а также переносить шаблоны, созданные при помощи других архитектурных или инженерных программ (AutoCad, Corel Draw и др.).

На отдельно стоящих наклоняемых столах операции резки и ломки производятся на одной и той же поверхности. В случае автоматизированных линий для каждой из этих операм предусмотрен отдельный стол, разумеется производительность в данном случае гораздо выше (как, впрочем, и стоимость оборудования. Кроме того, возможна частичная комплектация: как правило, наклоняемый стол для погрузки и резки на нем стекла и стол для ломки. Такая конфигурация также значительно увеличивает производительность.

После резки следует операция нагревания стекла.

Нагревание - наиболее важная операция в производстве закаленного стекла, причем процесс нагревания до температуры закалки должен протекать в условиях, обеспечивающих равномерность нагрева его поверхностей. Температура закалки зависит от химического состава стекла и всегда выше температуры стеклования на 20-25^оС. Следует помнить, что температура закалки стекол одного и того же химического состава находится также в зависимости от скорости охлаждения и может быть определена как температура, выше которой при выбранном режиме охлаждения не наблюдается увеличения степени закалки. Закалка стекол, нагретых до температуры, не достигающей оптимального значения, приводит к уменьшению степени закалки, а затем к самопроизвольному разрушению стекла в процессе охлаждения.

Установлено, что температура и продолжительность нагревания стекол взаимосвязаны между собой. Чем выше температура нагрева стекла, тем менее продолжительным он должен быть при прочих равных условиях. Так, например, листовое стекло вертикального вытягивания в заводской практике закаляют при температуре 610-650°С. Продолжительность нагревания стекла толщиной 6 мм в данном случае составляет от 3 мин 40 с до 5 мин, или, как это практикуется, в расчете на 1 мм толщины листа находится в пределах 36-50 с. Таким образом, расчет времени нагрева в зависимости от толщины стекла основан на том, что для данного состава стекла в определенных пределах продолжительность нагревания в печи прямо пропорциональна его толщине.

Закаленное стекло высокого качества может быть получено только при условии равномерного нагрева изделия, подвергаемого закалке. Для этой цели лучше всего использовать электрические печи сопротивления, в которых при разогревании стекла не образуется продуктов горения и которые легко поддаются автоматическому контролю температуры.

Листовое стекло подвергают закалке при 650°С, когда печь работает в форсированном режиме. Время пребывания стекла в печи зависит от толщины листа (например, для стекла толщиной 5,5 мм оно составляет 3 мин 20 с). Увеличение толщины стекла на 1 мм влечет за собой увеличение времени выдержки на 40 с. Следовательно, для листа толщиной 6,5 мм продолжительность выдержки достигает 4 мин.

Введение холодного стекла в печь приводит к резкому понижению ее температуры в начальный момент. За время выдержки стекла температура в печи успевает подняться до исходного значения (650°С). При этой температуре стекло выводят из печи и передвигают к обдувочной решетке. Установлено, что из печи стекло можно выводить и при более низкой температуре, однако не ниже 620°С во избежание разрушения стекла в обдувочной решетке.

Охлаждение стекла - второй по важности процесс в производстве закаленного стекла, поскольку интенсивность охлаждения стекла в конечном счете определяет степень закалки. Режим охлаждения подбирают таким образом, что скорость охлаждения стекла, его толщина и химический состав определяют степень закалки изделий.

Охлаждение стекла можно производить при помощи различных охлаждающих сред, обеспечивающих быстрый отбор теплоты - воздуха, масел, кремнийорганических жидкостей, расплавов солей и металлов. Наибольшее распространение получили способы закалки стекол воздухом, причем самое большое распространение получил воздухоструйный способ закалки. При этом способе на поверхность закаляемого изделия симметрично под давлением подается множество перпендикулярно направленных воздушных струй. Воздухоструйный способ закалки осуществляют при помощи обдувочных решеток, подающих сжатый воздух через большое количество отверстий - сопел малого диаметра, расположенных в шахматном порядке.

Контроль качества. Сопротивление удару закаленного стекла определяют при помощи металлического шара. При толщине изделия более 5 мм закаленное стекло должно выдерживать без разрушения удар свободно падающего стального шара массой 800 г с высоты 1200 мм, а при толщине до 5 мм - с высоты 800 мм. Изделия при разрушении должны рассыпаться на куски размером не более 32 мм.

Сортность закаленного стекла устанавливают в зависимости от наличия в нем различных пороков. Внешние дефекты (мошка, пузыри, свиль и т. д.) выявляют осмотром невооруженным глазом в проходящем свете, помещая изделия на расстоянии 0,6 м от глаза наблюдателя в условиях нормального дневного освещения. Размеры дефектов определяют обычным измерительным инструментом.

Толщину изделий проверяют микрометром в четырех точках. Степень деформации стекла, т. е. их кривизну, проверяют следующим образом: кладут такое стекло на выверенную горизонтальную плоскость и замеряют стрелу прогиба щупом.

Изделие должно быть бесцветным. Допускаются слабо-зеленоватый или слабо-голубоватый оттенки. Светопропускание в пересчете на 1 см толщины изделия должно быть не менее 84%.

.1.3 Двойное лучепреломление и способы его оценки

Двойное лучепреломление является показателем качества отжига стекла, который характеризуется разностью хода (в нанометрах на 1см пути) двух лучей, на которые разделяется падающий луч под действием остаточных напряжений при прохождении в толще стекла в направлении наибольшего размера. Допускаемое двойное лучепреломление нормируется пятью категориями. Числовые значения предельных отклонений для всех пяти категорий находятся в пределах от 1,5 до 65 нм/см. У заготовок малого размера двойное лучепреломление не оказывает существенного влияние на качество изображения. При определенных условиях отжига между оптической неоднородностью стекла и двойным лучепреломлением имеется соответствие, которое контроль оптической однородности крупных заготовок позволяет выполнить по двойному лучепреломлению.

Двойное лучепреломление измеряют на поляриметре, оптическая схема которого состоит из лампы накаливания и матового стекла. Между поляризатором и анализатором находится образец испытуемого стекла и компенсационная пластинка. Для наблюдения в монохроматическом свете используют зеленый светофильтр. Поляризатором и анализатором могут служить поляризационные призмы, поляроиды и зеркала из черного стекла, поставленные под углом полной поляризации. Компенсатор разности хода представляет собой слюдяную пластинку с разностью хода между обыкновенными и необыкновенными лучами. Поверхности испытуемого стекла должны быть шлифованными или полированными. Шлифованные поверхности перед измерением смачивают иммерсионной жидкостью. Сущность измерения двойного лучепреломления основана на использовании свойств поляризованного света. Лучи, выходящие из поляризатора, линейно поляризуются. При прохождении этих лучей через стекло с поляризующими свойствами каждый из них распадается на два луча - обыкновенный и необыкновенный. Плоскости колебаний электрических векторов этих лучей взаимно перпендикулярны. Свойства обоих лучей по выходе из стекла, за исключением направления поляризации, ничем друг от друга не отличаются, поэтому «необыкновенным» называют только луч, идущий внутри стекла или другого материала, имеющего двойное лучепреломление. Оба луча в стекле распространяются с разной, скоростью, образуя некоторую разность хода. Попадая в анализатор, взаимно перпендикулярные колебания лучей приводятся в одну плоскость, где интерферируют между собой и создают цветную картину полос или просветленное поле. [2].

Уровень остаточных напряжений, сформированных в закаленном стекле, характеризует степень его закалки, которую измеряют величиной двойного лучепреломления поляризованного луча при просвечивании стекла в торец и выражают в нм на 1 см хода лучей, или в порядках N на 1 см (пор/см или N/см), где N = 540 нм - средняя длина волны видимого солнечного излучения. Промышленное листовое закаленное стекло на воздухе обычно имеет степень закалки от 2 до 4, для сверхпрочных стекол N > 4.

Степень закалки также может быть выражена величиной растягивающих закалочных напряжений

σ_з = Δ/B × L,

где Δ/L - разность хода лучей на единицу пути, нм/см;

В - оптический коэффициент напряжений, является константой для данного состава стекла.

Для листового стекла В ≈ 2,5 × 10^-6 1/МПа.

Тогда оценка уровня остаточных внутренних напряжений в закаленном стекле со степенью закалки, например, 4 N/см дает:

σ_з = (4 × 540 × 10^-7 ) / 2,5 × 10^-6 = 86,4 МПа.

Применение формулы О.М. Бартенева и А.И. Ивановой:

σ_пр = 1,15 × σ₀ + 2,8 × σ_з,

где σ₀ - прочность отожженного стекла, позволяет определить прочность σ_пр закаленного стекла. Приняв σ₀ = 60 МПа, находим для вышеприведенного случая:

σ_пр = 1,15 × 60 + 2,8 × 86,4 = 311 МПа.

Разность хода лучей на единицу пути Δ/L достаточно просто определяется на поляриметре на образцах небольших размеров, закаляемых вместе с большими листами стекла.

Ослабленными зонами в закаленном листовом стекле являются кромки. При ударе они разрушаются легче, чем в отожженном стекле, поскольку удар в этом случае производится по наименее прочному месту, где доминируют напряжения растяжения.

В принципе же любое повреждение поверхности ЗС приводит либо к резкому ослаблению его прочности либо к разрушению изделия в результате нарушения баланса между сжимающими и растягивающими напряжениями в нем [3].

.1.4 Причины упрочнения закаленного стекла

Как указано выше, одним из основных свойств закаленного стекла является повышенная механическая прочность, например, предел прочности при изгибе в случае воздушной закалки может превышать 250 МПа, при этом его упругость, характеризуемая стрелой прогиба, возрастает в 4-6 раз в сравнении с рядовым стеклом. Работа разрушения закаленного стекла при испытании на удар возрастает в 8 раз: при толщине 5 мм оно выдерживает удар стальным шаром массой 800 г при падении с высоты более 1200 мм, в то время, как обычное стекло - только с высоты 150 мм. Увеличение механической прочности обусловливает повышение термостойкости до 175°С, а структурные особенности, вызванные спецификой термической обработки - увеличение (в 2-3 раза) электропроводности, незначительный (в пределах 3×10^-7°С^-1) рост ТКЛР и небольшое снижение плотности.

Оптические, а также теплофизические свойства стекол после закаливания изменяются мало. Закаленное стекло характеризуется стабильностью свойств при длительной его эксплуатации в обычных условиях.

Повышенный уровень механических свойств и термической устойчивости закаленного стекла обусловлен влиянием поверхностных напряжений, величина которых зависит от технологических параметров процесса закалки - толщины стекла, его коэффициента теплоотдачи при охлаждении, температуры закалки и др.

В ходе закалки в поверхностных слоях стекла формируются напряжения сжатия, которые компенсируются глубинными растягивающими напряжениями.

При резком, но равномерном охлаждении листа тонкий поверхностный слой затвердевает; изменяя свои размеры (сокращаясь) практически без сопротивления размягченных внутренних слоев.

Рисунок 1 - Распределение напряжений: а) в закаленном стекле без нагрузки; б) в отожженном стекле, подвергаемом нагружению; в) в закаленном под нагрузкой.

Напряжений между затвердевшим стеклом и центральной частью листа не возникает. Они появляются, когда в ходе последующего после закаливания охлаждения стекла начинается твердение слоев, прилегающих к затвердевшему поверхностному. Сокращая свои размеры, он обжимает отвердевший ранее слой, степень сжатия которого уже значительно меньше. Таким образом, в наружных слоях изделия возникают напряжения сжатия. В свою очередь, сопротивляясь сжимающим усилиям внутренних твердеющих слоев, внешние слои растягивают последние, поэтому центральная часть образца подвержена действию напряжений растяжения. Распределение напряжений в закаленном стекле демонстрируется на рисунок 1, а [3].

При приложении изгибающей нагрузки к образцу отожженного стекла (рисунок 1, б) его разрушение происходит под действием временных растягивающих напряжений на нижней поверхности образца, если их величина превысит предел прочности при растяжении стекла, вернее, его поверхностных слоев [3].

При нагружении закаленного стекла результирующее напряжение в любом продольном сечении образца определяется суммированием величин временных напряжений, вызванных нагрузкой Р и остаточных (постоянных), сформированных при закалке. Результат их сложения представлен эпюрой (рисунок 1, в), из которой, во-первых, следует, что увеличение прочности, закаленного стекла в сравнении с отожженным объясняется тем, что при воздействии внешней нагрузки сначала преодолеваются напряжения сжатия на его поверхности и лишь затем происходит нагружение его химических связей. В итоге прочность закаленного стекла определяется суммой вкладов прочности собственно стекла и поверхностных закалочных напряжении.

Во-вторых, особенностью поведения изгибаемого закаленного стекла является тот факт, что центр разрушения (зона максимальных растягивающих напряжений) расположен не на поверхности образца, а на некоторой глубине (сечение А рисунок 2, в). Известно, что прочность внутренних слоев стекла в 3-4 раза выше прочности его поверхности вследствие существенно меньшего количества дефектов в них. Это обстоятельство также обеспечивает прирост прочности закаленного стекла, которое в случае воздушной закалки может в 4-5 раз превышать прочность отожженного.

1.2 Описание существующих способов производства. Выбор и обоснование принятого способа производства

.2.1 Закалочные среды и способы закалки стекла

Физико-механические свойства закаленных стекол, и прежде всего их прочность и термостойкость, зависят от условий охлаждения стекол в процессе закаливания. Эти условия характеризуются интенсивностью охлаждения определяющей в конечном счете величину образующихся в стеклах закалочных напряжений, а также равномерностью закаливания стекол и стеклянных изделий. Равномерность охлаждения стекол влияет как на условия самого процесса закаливания (деформация и разрушение стекол при неравномерном охлаждении, образование так называемых «закалочных пятен» из-за различной скорости охлаждения соседних участков поверхности стекла), так и на некоторые свойства закаленных стекол (оптические искажении, возможность их саморазрушения и др).

Технологические параметры процесса закаливания и качество закаленных стекол предопределяются выбранными закалочными средами и способом охлаждения стекла [3].

В качестве охлаждающих сред для закаливания стекла используются воздух, жидкости, расплавленные соли и металлы.

Наибольшие развитие в практике закаливания стекла получил способ воздухоструйного охлаждения в разнообразных закалочных решетках подающих сжатый воздух через большое количество отверстий - сопел малого диаметра, расположенных в шахматном порядке. Для более равномерного охлаждения стекла решетка приводится либо в возвратно-поступательное, либо во вращательное движение. Воздух в обдувочные решетки подается через систему воздухопроводов вентиляторами высоко давления. Создание равномерно распределенных напряжений при закалке полых изделий (сортовая посуда, колпаки, изоляторы, консервная тара и др.) осложняется разнотолщинностью и сложностью их геометрической формы.

В зависимости от способа омывания воздушным потоком и его направления по отношению к закаляемым поверхностям различают следующие способы закалки стеклянных изделий воздухом:

- способ закалки в условиях воздушной конвекции, особенностью которого является то, что закаляемое изделие подвергается естественному охлаждению за счет излучения в окружающую среду и конвекционных потоков окружающего изделие воздуха, образующихся благодаря местному нагреванию воздуха у горячих стенок изделия;

- воздухоструйный способ закалки, при котором на поверхности закаляемого изделия симметрично под давлением подается множество перпендикулярно направленных воздушных струй;

- способ центрированной закалки (проф. И.И. Китайгородский), предусматривающий перпендикулярную подачу в центры охлаждаемых поверхностей по одной мощной воздушной струе под давлением.

- метод отсоса воздуха (Бронштейн 3.И.), характеризуемый параллельным направлением воздушных потоков по отношению к закаляемым поверхностям изделия.

Принудительное интенсивное охлаждение проводят воздухоструйным обдувом через большое количество отверстий - сопел малого диаметра с давлением воздуха 0,1420-0,1894 МПа, который подают со скоростью 30-340 м/с не более 10 секунд. После в условиях естественной конвекции воздушных масс в течение 20-180 секунд проводят повторное принудительное интенсивное охлаждение до температуры 20-60°С путем воздухоструйного обдува с давлением воздуха 0,1420-0,1894 МПа [4].

В [5] авторами предложен следующий способ закалки стекла: нагрев стекла до начальной закалочной температуры Т_о, принудительное импульсное охлаждение, естественное охлаждение до температуры стеклования T_g и последующее охлаждение до комнатной температуры импульсного воздухоструйного обдува в промежутке времени - не более 3 с, затем естественное охлаждение до температуры стеклования путем выдержки стекла при комнатной температуре воздуха в условиях естественной конвекции воздушных масс, а принудительное охлаждение до комнатной температуры проводят путем воздухоструйного обдува.

Интенсивность охлаждения стекла способом воздухоструйного охлаждения зависит от технологических параметров закалки (давление и температура воздуха, подаваемого на стекло, расстояние от закалочных насадок до стекла, скорости истечений воздушного потока и др.) и конструктивных особенностей закалочных решеток (вид и размер насадок, плотность их распределения и т. п.).

Несмотря на широкое распространение воздухоструйной закалки стекла, ее применение в ряде случаев оказывается малоэффективным вследствие недостаточной прочности закаленных таким путем стекол (в особенности, термостойких стекол с малой толщиной), Иногда способ воздухоструйного охлаждения не удается использовать для упрочнения стекол сложной формы из-за ряда технологических и конструктивных трудностей, связанных с необходимостью обеспечения равномерности закаливания. Кроме того, наряду с требованиями повышенной прочности и термостойкости в ряде случаев предъявляются высокие требования к оптическим и поляризационно-оптическим свойствам стеклянных изделий, ограничивающие возможности применения способа упрочнения стекол воздушной закалкой [3].

Более интенсивное охлаждение дает использование в качестве закалочной среды жидкостей: минеральных масел, кремнийорганических жидкостей (полиэтилсилоксанов ПЭС-3, ПЭС-4, ПЭС-5), расплавленных солей и металлов. В этом случае резко повышается коэффициент теплоотдачи, что позволяет осуществлять закалку стекол с низким ТКЛР и малой толщины или доводить степень закалки до более высоких значений (выше 4 пор/см).

Особенность закалки в жидких средах состоит в том, что коэффициент теплоотдачи не является постоянным в процессе охлаждения стекла (как это характерно для конвективного теплообмена при естественной конвекции воздуха), а изменяется в зависимости от температуры, проходя через максимум. Охлаждающая способность расплавов металлов в целом выше, чем многих органических жидкостей, причем она особенно возрастает в области высоких температур (выше 600°С). Это позволяет использовать такие расплавы для закалки стекол с низким ТКЛР, имеющих высокую температуру стеклования. [6].

Большинство жидкостей, используемых для закаливания стекла, имеют температуру кипения при атмосферном давлении значительно ниже температуры разогреваемого перед закаливанием стекла. Поэтому при погружении в жидкость на поверхности нагретого стекла образуется пленка пара, толщина которой зависит от температуры жидкости, а также от размеров и температуры стекла. При дальнейшем охлаждении стекла в жидкости толщина паровой пленки уменьшается за счет протекающего процесса конденсации пара на границе раздела фал жидкость-пар и стадия пленочного кипения жидкости переходит в стадию пузырькового кипения, а затем в процессе дальнейшего охлаждения стекла - в стадию конвективного охлаждения.

В стадии пленочного режима кипения коэффициент теплоотдачи мал, так как он определяется в основном низкой теплопроводностью пара, а влияние радиационного теплообмена быстро уменьшается по мере охлаждения поверхности стекла.

Переход пленочного режима кипения в пузырьковый связан с движением границы раздела жидкость пар к поверхности пластины. При этом поверхность пленки не является плоской, она колеблется с постоянно возрастающей амплитудой по мере уменьшения разности температур. Это связано с изменением поверхностного натяжения жидкости с изменением температуры, вызванным неравномерной конденсацией пара. При дальнейшем увеличении амплитуды колебаний жидкость прорывает пленку и наступает пузырьковое кипение.

Достаточно сложным технологическим вопросом оказывается отработка оптимальных условий закаливания из-за плохой управляемости процессом охлаждения, связанной с большими колебаниями интенсивности охлаждения при переходе от пленочного режима кипения на поверхности закаливаемых стекол к пузырьковому режиму

Такой процесс охлаждения зависит от многих факторов. иногда носящих случайный характер, и поэтому стабилизация этого процесса в производственных условиях оказывается затруднительной.

При погружении разогретой пластины в некипящую жидкость поток свободной конвекции возникает в результате изменения плотности жидкости с повышением температуры около поверхности пластины. Нагретые слои жидкости в силу меньшей плотности начинают двигаться вдоль пластины вверх. На поверхности пластины образуется пограничный слой, толщина которого возрастает в направлении движения потока жидкости.

В результате охлаждения в таких жидких средах удается получить закаленные стекла наиболее высокой прочности, что особенно перспективно для стекол термостойких составов с низкими коэффициентами расширения. Такие стекла можно подвергнуть наиболее интенсивному охлаждению не опасаясь их разрушения в процессе закаливания. Однако этот способ закалки имеет свои недостатки главным, из которых является ухудшение оптических свойств закаленных стекол. Это связанно с тем, что в жидкость погружают стекло, нагретое до температуры его размягчения, т. е. в вязко-текучем состоянии. Поэтому конвективные потоки жидкости при ее непосредственном контакте с поверхностью закаливаемого стекла вызывают неравномерное охлаждение различных участков поверхности и тем самым местные вязко-текучие деформации поверхностного слоя, с которыми связано появление оптических искажений.

Закалка стекла способом погружения в расплавленные металлы представляет наиболее сложный технологический процесс, и для крупногабаритных стекол оказывается практически неприменимой.

Недостатком расплавов металлов как охлаждающей среды является их высокая плотность, затрудняющая погружение стекла в расплав; недостатком жидкостей - их кипение при погружении горячего стекла, которое и обусловливает наблюдаемое резкое изменение коэффициента теплоотдачи, а соответственно трудности управления процессом охлаждения. Увеличение скорости отбора тепла от поверхности стекла может быть достигнуто и изменением способа контакта со стеклом охлаждающих агентов. При охлаждении на воздухе степень закалки повышается путем увеличения скорости воздушного потока, при охлаждении в жидкостях - циркуляцией жидкости, введением в нее поверхностно-активных веществ, а также использованием распыленных жидкостей. В последнем случае увеличение скорости подачи жидкости предотвращает ее кипение и повышает турбулентность течения ее на поверхность что приводит к росту интенсивности теплоотдачи.

.2.2 Способы производства закаленного стекла

Все способы производства закаленного стекла в зависимости от положения листов при закалке могут быть разделены на вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные, в свою очередь, в зависимости от типа транспортирующего устройства разделяются на следующие:

с применением твердых опор;

с использованием газо-воздушной подушки.

Вертикальный способ закалки листового стекла.

При вертикальном способе закалки стекла изготавливают на закалочных установках вертикально-щелевого типа, состоящих из проходной электропечи сопротивления и обдувочного воздухоструйного устройства, над которым проходит монорельс для передвижения листов стекла (рисунок 3).

Рисунок 3 - Поперечный разрез вертикально-щелевой печи для закалки листового стекла: 1 - каретка, 2 - сквозная щель, 3 - лист стекла, 4 - каркас печи,5 - фасонный шамотный кирпич, 6 - теплоизоляция, 7 - нихромовая спираль, 8 - механизм откатывания.

Заготовка стекла с помощью зажимов подвешивается в вертикальном положении и автоматически перемещается в электропечь. Прогретое в течение некоторого времени стекло затем подается в обдувочное устройство, где резко охлаждается и передается на контроль. Температура закалки плоского стекла в печах вертикального типа 630-670^оС, продолжительность нагревания (на 1 мм толщины стекла) 35-40 с.

Обдувочная секция в качестве основного элемента содержит обдувочную решетку, подающую сжатый воздух под углом 90^о к поверхности листа через круглые отверстия (сопла) малого диаметра (3-5 мм), расположенные в шахматном порядке на расстоянии 25-50 мм от стекла. Для более равномерного охлаждения стекла решетка приводится в возвратно-поступательное или вращательное движение. Сжатый воздух подается в решетку воздуходувками или вентиляторами. В обдувочных устройствах применяют решетки различного типа - коробчатые, трубчатые, ротационные, секционные (последние наиболее распространены).

Недостатки данного способа закалки очевидны:

при температуре закалки 625-650°С происходит пластическая деформациястекла (η≈10⁹ Па^.с) под действием собственной массы (оттяжка, искривление листа);

операции съема и подвески стекла практически не поддаются механизации, что ограничивает производительностъ закалочных установок;

ограниченный ассортимент закаливаемых изделий;

большие температурные градиенты по высоте печи из-за интенсивных конвективных потоков;

неравномерный нагрев стекла приводит к снижению его прочности либо к разрушению в ходе охлаждения.

Горизонтальный способ закалки на твердых опорах

Установки этого способа получили наибольшее распространение из-за их простоты. Устройство закалки листового стекла содержит печь с нагревательными элементами и закалочную камеру, включающую дутьевой узел с соплами, регуляторами охлаждения и горизонтальными транспортировочными валками. Транспортирующие валки выполняют из различных материалов, в зависимости от температурных условий службы: на входе и на выходе линии - металлические; в высокотемпературной части - с чулками из кремнеземистой нити или керсиловые. Кремнеземистые чулки предохраняют поверхность стекла от дефектов (царапин, вмятин, потертостей и т. п.). В зоне закалки валы снабжены устройством для быстрого съема. Для устранения отпечатков и других дефектов на нижней поверхности стекла может быть использован асимметричный нагрев в зоне высоких температур, причем нагрев листа сверху больше чем снизу. В результате стекло незначительно выгибается и упирается на валы лишь кромками. Для получения плоского листа применяют асимметричную обдувку; причем верхнюю поверхность охлаждают более интенсивно, чем нижнюю, в результате чего обе поверхности затвердевают одновременно и лист выравнивается.

Этот метод требует высокой точности регулирования режимов нагрева и закалки изделии.

Одной из основных проблем данного способа производства закаленного стекла является деформация (поперечная волнистость изделий вследствие прогиба размягченных листов при движении по валкам).

Предотвратить деформацию размягченного стекла и ухудшение качества поверхности при движении по валкам возможно путем повышения скорости перемещения листов (до 18-30 м/мин), что, однако, ведет к удорожанию линий из-за их большой длины. Второй метод состоит в снижении температуры поверхности стекла на заключительной стадии нагрева (выдержка) за счет конвективной подстудки его поверхностей. В итоге удается снизить опасность волнообразного искривления листов при закалке на твердых опорах без уменьшения степени закалки.

Склонность к поперечной деформации особенно возрастает с уменьшением толщины стекол, поэтому при закалке тонких стекол уменьшают шаг валков (расстояние между осями валков) в пределе до значений, близких к величине их диаметра.

Разновидностью горизонтальных закалочных установок на твердых опорах являются:

осциллирующие печи

поточные печи

В нынешнее время существует большое количество компаний, выпускающих закалочные установки на твердых опорах. Landglass - один из самых распространенных поставщиков осциллирующих печей в страны СНГ (рисунок 4).

Рисунок 4 - Печь LD-A Landglass

Печи применяются для закаливания плоского стекла, используемого в архитектуре, мебельной и транспортной отраслях. Виды нагрева в печах Landglass: радиационный нагрев, система теплового баланса (радиационный + конвекция через компрессор), верхний конвективный нагрев, преимущественный конвективный нагрев. Компания Landglass занимает одно из лидирующих мест на рынке оборудования для закалки стекла за счет применения нового конвективного нагрева, который позволяет получать качественную закалку низкоэмиссионных стекол с коэффициентом эмиссии от 0.03 (с мягким покрытием). Также печи компании Landglass не лишены всех необходимых свойств современных печей.

Так же распространенной является компания Tamglass (Финляндия). Oна является мировым лидером на рынке оборудования для предварительной обработки и закалки стекла (рисунок 5). Линия плоской горизонтальной закалки HTF состоит из стола загрузки, нескольких модулей предварительного разогрева, секции закалки и охлаждения, разгрузочного стола, блока управления, шкафов электрообеспечения и системы нагнетания воздуха для осуществления самой закалки и охлаждения стекла. Конструкция печи рассчитана на полунепрерывную либо непрерывную обработку. Различные типы печей HTF позволяют закаливать стекло размерами от 1360×2400 мм до 2440×5400, причем закаливать качественно. В стандартном исполнении линии HTF гарантируют качественную закалку стекла толщиной 4-12 мм. При заказе дополнительного оборудования возможна закалка стекла толщиной от 2,2 до 19 мм.

Рисунок 4 - Линия плоской горизонтальной закалки Tamglass HTF

Горизонтальная закалка стекла на газовой подушке

В этом принципиально новом технологическом процессе стекло во время нагрева и последующего охлаждения поддерживается в горизонтальном положении газовыми струями, причем поверхность размягченного стекла не соприкасается с элементами конструкции установки и сохраняет исходные оптические свойства. Малая высота воздушной подушки (до 1,5 мм) обеспечивает высокую интенсивность охлаждения, что позволяет достигать высокой степени закалки тонких стекол.

Использование способа закалки на газовой подушке предусматривает выполнение следующих условий:

равномерность нагрева стекла по его площади;

равномерное регулирование давления газовых струй на нижнюю поверхность стекла, исключающее его деформацию в размягченном состоянии при непрерывном перемещении в печи и закалочном устройстве;

высокую интенсивность и равномерность охлаждения при закалке.

Для создания газовой подушки используются обдувочные решетки с соплами.

Линия горизонтальной закалки стекла на газо--воздушной подушке включает приемный стол, печь на газовой подушке, закалочное устройство на воздушной подушке, закалочно-охлаждающее устройство на рольганге и выходной рольганг. Для фиксации листов относительно сопел газо-воздушной подушки и их транспортировки с увеличенной скоростью использовано цепное устройство с захватами. Приемный стол, печь и закалочное устройство на воздушной подушке расположены под углом α к горизонту, что облегчает транспортировку листов. Горячая газовая опора (подушка) создается множеством газовых струй, которые поддерживают стекло во взвешенном состоянии и одновременно нагревают его. При этом стекло нагревается снизу горячими струями газовой подушки, а сверху - инфракрасными горелками. Для закалки на воздушной подушке используют гребенчатые решетки, а на рольганге - трубчатые сопла. Указанный способ закалки требует точного соблюдения температурно-временного режима нагрева стекла. Характерным видом брака изделий является эффект «картинной рамки» - свисание кромок листа вследствие неодинаковых условий эвакуации отработанного газа в центральной части листа и на периферии.

На основании всего выше перечисленного для данного курсового проекта самым рациональным является горизонтальный способ закалки стекла на твердых опорах, так как он обеспечивает заданное качество продукции (обеспечивает достаточную степень закалки), обладает высокой производительностью и степенью автоматизации, является относительно недорогим и для него в наибольшей степени разработано аппаратурное оформление.

На основании выше изложенного а данном курсовом проекте принят горизонтальный способ закалки стекла на твердых опорах, так как он обеспечивает высокое качество продукции, обладает высокой производительностью и степенью автоматизации, является относительно недорогим и для него в наибольшей степени разработано аппаратурное оформление.

2. Технологический раздел

.1 Ассортимент выпускаемой продукции

Закаленное строительное стекло предназначено для безопасного остекления светопрозрачных строительных конструкций (оконных и дверных блоков, витрин, элементов ограждения лоджий, балконов, структурного остекления фасадов и т.д.). Стекло может применяться как составляющий элемент сложных стекольных конструкций: многослойных, с использованием противоосколочных пленок, а также для других целей.

В данном курсовом проекте будем производить закаленное стекло следующего ассортимента:

стекло закаленное строительное толщиной 4 мм для остекления оконных и дверных блоков. Габаритные размеры составляют 1500×1000×4. Годовой выпуск данной продукции - 1050000 м²/год. Масса 1м² стекла толщиной 4 мм = 10 кг.

стекло закаленное строительное толщиной 3 мм для остекления элементов ограждения лоджий, балконов. Габаритные размеры составляют 1300×1000×3 мм. Годовой выпуск данной продукции - 450000 м²/год. Масса 1м² стекла толщиной 3 мм = 7,5 кг

По нормируемым показателям внешнего вида: локальным и линейным порокам, цвету закаленное стекло должно соответствовать требованиям, предъявляемым к исходному стеклу и условиям договора на поставку. Допускаются на поверхности стекла радужные пятна, видимые под определенным углом. Трещины, посечки, грубые царапины, сколы, щербление кромки и повреждения углов стекла не допускаются.

Стекло должно быть механически прочным и выдерживать без разрушения удар стального шара массой (227±2) г (диаметр шара 38 мм), падающего с высоты, указанной в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Характеристики стекла

Стекло должно быть термостойким и выдерживать перепад температур не менее 200°С. Стекло при разрушении (характер разрушения) не должно образовывать крупные (более 3 см) осколки. Количество осколков стекла при испытании на характер разрушения в квадрате (50×50) мм должно соответствовать требованиям, указанным в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Количество осколков стекла при разрушении

Осколки не должны иметь заостренных концов: угол, образованный двумя смежными сторонами, не должен быть менее 45°, при этом длина осколков не должна превышать 75 мм, а число осколков длиной от 60 до 75 мм не должно превышать 5 шт. Стекло должно выдерживать без разрушения удар мягкого тела массой (45±1) кг.

Оптические искажения стекла, видимые в проходящем свете под углом менее или равным 30°, при просмотре экрана типа "кирпичная стена" не допускаются.

Оптические характеристики (спектральные коэффициенты пропускания и отражения света) закаленного стекла должны соответствовать требованиям, предъявляемым к оптическим характеристикам исходного стекла (кроме случаев, когда производитель исходного стекла особо оговаривает изменение его оптических характеристик в процессе закалки).

Стекло, применяемое для наружного остекления, должно выдерживать нагрузки согласно действующим строительным нормам и правилам.

На современном этапе закаленное стекло имеет широкий ассортимент в двух основных направлениях: в сфере архитектурного и транспортного стекла. Для производства закаленного стекла применяется следующий график работы: склады сырьевых материалов и готовой продукции − 1 рабочая смена в сутки; отделение порезки стекла на форматы, шлифовка, сверление, закалка − 3 смены в сутки; упаковка в тару − 1 рабочая смена в сутки. Продолжительность смены − 8 часов. Годовой фонд рабочего времени цеха составляет 342 дня. На основе двух направлений и самых распространенных типоразмеров стекла с учетом выпуска готовой продукции в количестве 1,5 млн. м² /год (15000 т/год) составим производственную программу

Количество закаленного стекла толщиной 4 мм в сутки составит:

/342=3070 м² (в тоннах 30700,01=30,7 т)

Количество закаленного стекла толщиной 4 мм в смену составит:

/3=1023 м² (10,23 т)

Количество закаленного стекла толщиной 4 мм в час составит:

/8=128 м² (1,28 т)

Таким же образом рассчитываем производственную программу для стекла толщиной 3 мм.

Производственная программа сведем в таблицу 2.3

Таблица 2.3

Производственная программа

.2 Применяемое сырье и его характеристика

Исходным материалом для производства закаленного стекла является листовое полированное стекло следующих марок:

− М0−М1 (зеркальное улучшенное), М2 (зеркальное).

Оптические искажения листов стекла должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 2.4

Таблица 2.4

Требования, предъявляемые к листовому стеклу

По видам и количеству допускаемых пороков стекло должно соответствовать требованиям, указанным в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Количество допускаемых пороков

Количество пороков размером до 0,5 мм не нормируется, если расстояние между ними не менее 500 мм. Если расстояние менее 500 мм, количество этих пороков включается в общее количество допускаемых пороков. Допускается по согласованию изготовителя и потребителя устанавливать дополнительные требования к порокам в крае стекла. Коэффициент направленного пропускания света должен соответствовать значениям, указанным в таблице 2.6.

Таблица 2.6

Величина остаточных внутренних напряжений, характеризуемая разностью хода лучей при двулучепреломлении, не должна быть более 70 нм/см.

2.3 Обоснование выбора технологической схемы производства и ее описание

строительный закаленный стекло оборудование

В основе любого производства лежит выпуск продукции высокого качества с максимальным выходом, для этого за основу следует выбрать оборудование передовых фирм по производству оборудования для обработки и закалки стекла.

В данном курсовом проекте используется стекло Jambo формата. Для выполнения заданной производственной программы, было подобрано следующее оборудование:

резка стекла реализуется на автоматической линии раскроя Genius 61 line, которая включает в себя:

− автоматический погрузчик с опрокидывающейся рамой на присосках для загрузки стеклянных листов с боковых стоек. Может быть представлен в различных вариантах (Genius 61 LS).

− трехосный автоматический стол раскроя с ЧПУ с одной рабочей головкой для прямого и криволинейного раскроя и разлома стеклянных листов.(Genius 61 ST).

− стол для разлома монолитных стеклянных листов с ЧПУ Genius 61 ST.

Выбор этой линии обеспечивает высокую производительность, высокое качество и минимальное участие человеческого фактора. Вид линии в целом показан на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 − Автоматическая линия раскроя Genius 61 line

В ходе процесса ведется контроль качества порезки по резу и геометрическим размерам в соответствии с шаблоном потребителя.

Второй этап − механическая обработка (шлифовка, полировка или притупление) кромок стекла, а так же сверление отверстий производится на обрабатывающих станках с ЧПУ Intermac Master 55-65 (рисунок 2.2)

Рисунок 2.2 − Обрабатывающий станок с ЧПУ Intermac Master 55

65 представляют собой обрабатывающий центр с мостовой структурой с компьютерным управлением и тремя интерполирующими осями и автоматической сменой инструмента для выполнения следующих операций на заготовках из стекла: шлифование, полирование, фрезерование, сверление, гравирование (опция).

Новое поколение обрабатывающих центров Intermac, призванных удовлетворять требования предприятий, желающих не ограничиваться размерами выпускаемой продукции. Данные машины обеспечивают удобную и производительную обработку структурного стекла, крупногабаритного листового стекла, а также особенно больших элементов интерьера (столы, двери и т.д.). Являются идеальным решением для выполнения работы на двух позициях. Master 55-65 в стандартном исполнении снабжены двумя пультами управления, расположенными с обоих концов обрабатывающего центра, для обеспечения удобной работы оператора. Качество продукции Intermac закладывается уже на этапе проектирования; программа CAD для моделирования твердых тел способна воспроизводить динамические нагрузки, развиваемые во время работы, и определять зоны, в которых необходимо производить усиление. Максимальная надежность обеспечивается выбором материала, качеством отдельных компонентов и многочисленными испытаниями, которым подвергаются станки перед поставкой клиенту.

Механическая конструкция с подвижным порталом

Сварная конструкция из стальных нормализованных элементов с надлежащими ребрами жесткости для обеспечения максимальной надежности. Структура станка позволяет осуществлять подачу и разгрузку заготовок прямо с рабочего стола машины при помощи вакуумных станций. Новое покрытие станины на керамической основе еще лучше препятствует образованию коррозии. Вес станка - 9,5 тонн - является существенной составляющей его прочности.

Рабочий стол Master 65 3250×6150 мм обеспечивает оптимальное использование рабочего пространства, в том числе при обработке крупных изделий, например, столов и столешниц для кухни в режиме «мульти пост». Система позиционирования и закрепления заготовок посредством присосок с двойным вакуумным контуром для быстрой установки без механических крепежных устройств. Вакуумная система для обслуживания присосок крепления заготовок и упоров с водокольцевым насосом на 75 куб. м/час, не требующим никакого технического обслуживания; возможность разделения рабочего стола на две независимые части. Устройства крепления присосок быстросрабатывающего типа. Система сбора и слива охлаждающей воды в комплекте с соединительными шлангами для слива или выдвигаемыми ваннами (опция), установленными под рабочим столом.

Автоматический магазин револьверного типа на 14 позиций обеспечивают хранение оптимального количества инструментов и значительное уменьшение времени простоя станка благодаря доступности магазина даже во время общих обработок. Загрузка и выгрузка инструмента производится в полной безопасности с наружной стороны станка даже во время работы. На машине допускается использовать инструмент с максимальным диаметром 150 мм и весом не более 10 кг. Станок предназначен для работы с любым типом агрегатов. Система автоматического контроля наличия нужного инструмента в положении разгрузки рабочего инструмента. Предусмотрена возможность комплектации станка вторым и третьим револьверным магазином инструментов на 14 позиций.

Электрошпиндель нового поколения. Электрошпиндель мощностью 7,5 кВт с векторной системой контроля частоты вращения от 0 до 12 000 об/мин. Шпиндель оснащен четырьмя керамическими подшипниками для максимального сопротивления нагрузкам. Шпиндель оснащен двойной системой охлаждения:

система внутреннего охлаждения инструмента чистой водой с увеличенным напором, что обеспечивает наилучшее охлаждение и увеличивает ресурс инструмента

контур внешнего охлаждения шпинделя с независимым замкнутым циклом с использованием специальной охлаждающей жидкости. Охлаждающее устройство расположено на одном из концов мостовой балки

Быстросрабатывающее устройство крепления для инструмента с хвостовиком типа ISO 40 с механической системой блокировки, состоящей из пакета тарельчатых пружин, и системой разблокировки посредством пневматического. IWNC: новое числовое управление на базе ПК.

Благодаря новой технологии, разработанной компанией INTERMAC, ЧПУ полностью интегрирован во внутреннюю структуру ПК с оперативной системой WINDOWS XP.

Основные характеристики:

процессор, совместимый с современными технологиями, представленными на рынке

сменная встроенная карта осей (XP615), разработанная компанией INTERMAC

монитор 15" LCD с плоским экраном, буквенно-цифровой клавиатурой и мышью

полная совместимость с сетевыми системами и оптическими/магнитными системами, представленными на рынке

встроенный модем

ТЕЛЕСЕРВИС: удаленный контроль состояния станка с возможностью обновления логики, интерфейса, параметров, а также диагностики через ИНТЕРНЕТ и ИНТРАНЕТ

предусмотрена возможность подключения Web-камеры с микрофоном и наушниками

комплектующие к блоку управления представлены в свободной продаже

значительное снижение затрат на техническое обслуживание и ремонт

новый интерфейс оператора стал значительно проще в использовании благодаря функции TOOLTIP (hot mouse), обеспечивающей отражение функций по наведению на них курсора мыши. Возможность работы в многозадачном режиме:

возможность пользоваться CAD-CAM и всеми приложениями INTERMAC на ПК, установленном на станке, даже во время работы станка

возможность использования всех обычных функций ЧПУ во время работы станка (ввод новых инструментов, изменение параметров и т.д.)

В новом компьютерном управлении сохранены и улучшены все характеристики ЧПУ предыдущего поколения (например, автоматическая компенсация износа полировальных кругов со считыванием рабочего давления в реальном времени). Новый пакет программного обеспечения WINGLASS CAD-CAM позволяет управлять станком с любого внешнего компьютера. Программное обеспечение включает в себя набор программ CAD-CAM, называемый WINGLASS, разработанный в среде Windows для полного управления рабочим циклом станка. Основные характеристики программного обеспечения:

возможность импортирования файлов из других систем CAD (dxf, tag).

возможность импортирования шрифтов в формате.

широкая библиотека параметрических фигур.

возможность «растягивать» параметрические фигуры.

создание геометрических фигур при помощи функции автоматического сплайна.

Настройка последовательности работы инструментов с возможностью повторной обработки, выбора начального положения обработки для каждого инструмента, создания последовательностей, включающих различные типы обработки.

подсчет времени, затрачиваемого на обработку, и стоимости обработки. Помимо этого, программное обеспечение включает в себя приложение Doors Cad для автоматизированной обработки дверей.

графическая симуляция прохода инструмента.

считывание фигур с дигитайзеров.

считывание фигур с лазерных агрегатов.

считывание фигур при помощи сканеров.

Цифровая технология контроля за движением по осям Новая технология обеспечивает контроль за осями без преобразования сигналов по схеме цифровые-аналоговые-цифровые. С помощью этого достигаются следующие преимущества:

программа для автоматического уменьшения скорости подачи инструмента в зависимости от его усилия

отсутствие помех от электромагнитных полей.

большая скорость передачи данных обеспечивает лучший контроль за осями. Кроме того, исключается риск «ударов» по заготовке.

Телесервис ПК, установленный на станке, оснащен встроенным модемом с функцией удаленной диагностики через интернет и локальную сеть, которая обеспечивает:

дистанционное диагностирование и поиск неисправностей.

обновление программного обеспечения и параметров станка.

Резкое снижение затрат на техническое обслуживание.

Безопасность работы и надежность.

станок представляет собой закрытую кабину для защиты рабочей зоны станка от механических повреждений и уменьшения уровня шума. Предусмотрен специальный пульт дистанционного управления, обеспечивающий полную безопасность оператора при позиционировании упоров и присосок во время работы станка.

все движущие органы станка защищены от попадания воды и пыли.

герметичный электрошкаф с защитой IP64, оснащенный кондиционером.

система автоматической смазки всех скользящих частей обеспечивает безотказность работы и упрощенное техническое обслуживание.

Данный обрабатывающий станок обеспечивает высокую производительность, хорошее качество, а так же исключает отдельную технологическую стадию сверления отверстий и покупку соответствующего оборудования.

Обработанные и прошедшие контроль качества стекла устанавливаются на пирамиды и транспортируются на вертикальную моечно-сушильную машину на мойку и сушку.

Данная операция проводится на вертикальной моечной машине с сушкой компании Triulzi.

Назначение:

предназначены для мойки стекла и стекла. Автоматическое управление режимами работы, автоматическое считывание толщины стекла. Позволяет работать с LOW-E покрытием с различной степенью эмиссии. Применение: Применяются в производствах среднего и крупного масштаба.

Упаковочные размеры

Длина = 7670 мм; ширина = 3290 мм; высота = 1900 мм;

Роликовый конвейер на входе

Конвейер на входе с роликами, покрытыми ректифицированной вулканизированной резиной. Первые 2 вала холостые.

Зона мойки в корпусе из нержавеющей стали

Зона мойки состоит из 3 секций с цилиндрическими щетками, каждая постоянно смачивается из пульверизаторных трубок, ванны с насосом и фильтров. Основной корпус станка покрыт изнутри звукопоглощающим материалом. 6 цилиндрических щеток (3 пары), состоящих из секторов. Частичная замена сектора не требует большого времени: заменяется ближайший сегмент и фиксируется болтом. 2 ванны для сбора воды из нержавеющей стали с насосом и выдвижным фильтром. 1ая ванна обслуживает 1 и 2 пары щеток и снабжена системой нагрева воды (электрорезистор 6 КВ, поплавок и цифровой термостат). Вторая ванна с холодной водой обслуживает последнюю пару щеток (предназначена для деминерализованной воды). Ванны смонтированы на колесиках для выдвижения. Воды перед попаданием в насос проходит через фильтр и через фильтр с сеткой из нержавеющей стали, установленный в ванне.

Зона сушки из нержавеющей стали

Сушка осуществляется при помощи специально отформованных воздуходувных устройств, расположенных под наклоном к рабочей плоскости для получения хорошего качества. Воздуходувные устройства питаются от вентилятора высокого давления с фильтром.

Вентилятор находится в звуконепроницаемом кожухе, снабженном дверцей для ухода и чистки.

Конвейер на выходе

Конвейер моторизованный. Транспортировка стекол происходит при помощи зубчатого ремня. Снабжен устройством упора для остановки стекол в конце конвейера и кнопкой запуска.

Характеристики:

Корпус станка, включая дверцы и воздуходувные устройства сделаны из нержавеющей стали. Машина предназначена для подключения деминерализатора. Шарниры конвейеров защищены эпоксидным и полиуретановыми слоями. Валы для транспортировки стекла внутри станка покрыты вулканизированной и выровненной резиной. Механизмы вращения валов находятся в нижней части и вынесены за пределы рабочей зоны. Все движущиеся части защищены картерами. Панель управления марки Telemecanique изготовлена в соответствии со стандартами. Скорость выводится на специальный дисплей на панели. Скорость выводится на специальный дисплей на панели. Регулировка скорости производится с помощью инвертера. Толщина стекла регулируется с панели и цифрового дисплея моторизованным устройством. Пневматическое устройство для отключения первых двух передних щеток, которые снабжены пневмоцилиндрами для поднятия; последняя щетка мягкая и работает постоянно.

Все дальнейшие операции проходят контроль качества на визитаже.

Для нестираемой маркировки (штампа) на стекла применяются эмалевые и надглазурные краски. Расположение маркировки (штампа) на стекло должно соответствовать КД. В основу получения нестираемой маркировки на стеклах положен принцип адгезии. На первоначальном этапе термической обработки стекла возникает адгезия, то есть прилипание краски за счет молекулярной связи между поверхностями двух соприкасающихся разнородных фаз (краски и стекла). Этот процесс носит поверхностный характер. Согласно заданному температурному режиму закалки в результате взаимной диффузии происходит окончательное спаивание краски (маркировки) со стеклом. Существующая технология дает необходимые условия образования высококачественного нестираемого покрытия. Прочность покрытия можно проверить только при разрушении стекла.

Чистые, сухие стекла с нанесенной маркировкой укладывают на приемный рольганг по ширине печи в один или более потоков, в зависимости от размера стекла.

Последнюю стадию закалки стекла осуществляем на печи Tamglass HTF ProE™ конвейерного типа, которая обеспечивает заданную производительность и отличное качество. Печь представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Печь закалки Tamglass HTF ProE™

Конструкция линии плоской закалки типа HTF

Линия горизонтальной плоской закалки модели HTF состоит из стола загрузки, нескольких модулей предварительного разогрева, секции закалки и охлаждения, разгрузочного стола, блока управления, шкафов электрообеспечения и системы нагнетания воздуха для осуществления самой закалки и охлаждения стекла.

Конструкция печи рассчитана на поточную организацию производства. Стекло загружается партиями, размеры которых ограничены габаритами зоны закалки. В стандартном исполнении линии HTF гарантируют качественную закалку стекла толщиной 4-12 мм. При заказе дополнительного оборудования возможна закалка стекла толщиной от 2,2 до 19 мм. По мере разогрева, стекло поступает в зону закалки где осциллируется в 2-4 цикла, закаливается, а затем выходит с температурой 40-60°, что позволяет оператору спокойно снимать его с рольганга. Специальная система инжекторов в сочетании с движением осцилляции в момент закалки, позволяет максимально сохранить исходные плоскостные характеристики стекла.

Специалисты знают, что закалить специальное стекло, особенно стекло с мягким покрытием, очень трудно.

Тамгласс решил и эту проблему. Для разогрева таких типов стекол применяется запатентованная система Forced Convection, принудительная конвекция. Идея заключается в том, что стекло разогревается не только за счет прямого радиационного потока от нагревательных элементов, но и за счет принудительного теплообмена от потоков перегретого воздуха, что позволяет стеклу с покрытием прогреваться более равномерно в поперечном сечении. С использованием системы Forced Convection исчезли проблемы с качеством конечного продукта и отходами в брак.

По желанию заказчика линия HTF может быть оснащена системой непрерывного мониторинга за работой печи, которая автоматически, в режиме online отслеживает соблюдение заданных технологических параметров производства, а также следит за общим состоянием линии и работой ее узлов. В случае возникновения отклонений, система оповестит оператора и, при необходимости, внесет соответствующие коррективы в технологический процесс.

HTF РгоЕ - новейшая разработка Тамгласс.

В настоящее время компания Тамгласс начала крупномасштабную кампанию по промоушену новейшей линии горизонтальной закалки плоского стекла HTF РгоЕ, специально спроектированной для закалки стекол с низкоэмиссионным покрытием, т.н. Low-E glass. Печи HTF предыдущего поколения зарекомендовали себя как чрезвычайно надежное и производительное оборудование, что послужило основой для создания линий нового образца. Линия HTF РгоЕ вобрала в себя все лучшее от своего предшественника и, вместе с тем, имеет ряд бесспорных преимущество. Новая линия позволяет закаливать не только стекла, традиционно представленные на строительном рынке, но и производить закалку стекол с низкоэмиссионным покрытием с более высокой производительностью. В этой линии предусмотрено использование специального нагревательного модуля, который позволяет равномерно разогревать стекло при помощи метода принудительной конвекции, что практически исключает отходы в брак. Использование запатентованных нагревательных элементов с управляемым фокусированным тсплопотоком исключает подгорание кромки стекла установленной мощности Система контроля качества QMS, установленная на разгрузочном конвейере удовлетворяет стандартам ISO 9001/9002 и позволяет контролировать качество конечного продукта, а также вести контроль за производственным процессом К услугам клиента Тамгласса также предлагается договор на проведение сервисного обслуживания и консультаций (МСС), а также модемное подключение линии к сервисному центру компании для осуществления постоянного мониторинга за работой линии, т.н. R0LS

В поставку Tamglass HTF ProE™ входят все необходимые части для комплектной рабочей установки для производства плоского закаленного стекла в соответствии с техническим заданием. Оборудование доставляется разобранным на подузлы, готовые для быстрого монтажа на площадке

Основные части Tamglass HTF ProE^TM

− загрузочный и разгрузочный конвейеры с подъемными столами;

− полная система нагрева печи с механизированным открытием, системой принудительной конвекции, системой быстрого охлаждения, оптимизированным качеством кромки стекла и системой защиты от перегрева OPS™;

− энергосберегающая опция для тонкого стекла (ES);

− система ограничения пиковой мощности PPL™ (PPL);

− комбинированная закалочная / охладительная секция;

− виброконвейер для стеклобоя под закалочной секцией;

− система нагнетателей и трубопроводов для закалки / охлаждения » полная и независимая система привода;

− аккумуляторы для аварийного привода постоянного тока и системы беспрерывного питания;

− система управления на микропроцессоре с интерфейсом пользователя на основе Windows NT - удобство для пользователя;

− электрические шкафы с внутреннейпроводкой и полный набор руководств по эксплуатации и техническому обслуживанию на русском языке;

контракт по техническому обслуживанию и консалтингу МСС™ с дистанционной интерактивной службой ROLS™ (МСС);

дополнительная нагревательная камера радиации/конвекции или конвекции (Combi) другие опции обеспечиваются по требованию.

.4 Расчет материального баланса

Исходные данные: годовой выпуск продукции - 1500000 м²/год закаленного стекла в том числе:

Закаленного строительного стекла 1500×1000×4 мм −1050000 м²/год;

Закаленного строительного стекла 1300×1000×3 мм - 450000 м²/год.

Масса 1м² стекла толщиной 4 мм = 10 кг, стекла толщиной 3 мм - 7,5 кг.

Составляем принципиальную технологическую схему производства безопасного закаленного стекла:

На каждой операции по выпуску закаленного стекла существуют потерн, которые необходимо учитывать в статье расхода. Допускаемые потери представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7

Допускаемые потери

Расчет производительности − H и технологических потерь− R ведем отдельно для каждого вида стекла, пооперационно, используя следующие формулы:

R_i = H_i-1∙P_i / (100-P_i), (2.1)

где R_i - технологические потери на данной операции; H_i-1 - количество материала, перерабатываемого на предыдущей операции; P_i - пооперационные потери на данной операции.

H_i = H_i-1+ R_i,(2.2)

где H_i - количество перерабатываемого материала на данной операции.

. Расчет материального баланса для стекла толщиной 4мм с отверстиями.

Потери при упаковке стекла в контейнеры или паллеты 0,05 %, м²:

Потери при закалке стекла 4,5 %,м²:

Потери на стадии мойки и сушки стекла 0,5% составляет,

Потери при сверлении стекла 7,5 %, м²:

Потери при обработке кромок стекла 4,5 %, м²:

Потери при порезке стекла на форматы 14 %, м²:

Потери при распаковке и транспортировке стекла на пирамиды 0,3%, м²

. Рассчитаем материальный баланс для закаленного стекла толщиной 3 мм.

Потери при упаковке стекла в контейнеры или паллеты 0,05%, м²:

Потери при закалке стекла 4,5 %,м²:

Потери на стадии мойки и сушки стекла 0,5 % составляет,

Потери при обработке кромок стекла 4,5 %, м²:

Потери при порезке стекла на форматы 14 %, м²:

Потери при распаковке и транспортировке стекла на пирамиды 0,3 %, м²:

Итого количество стекла с потерями 2038262,1 м²/год.

Данное количество потерь необходимо учесть при выпуске стеклоизделий определенного вида и его количества.

Полученные данные сводим в таблицу 2.8.

Таблица 2.8

Проверка материального баланса

2.5 Расчет и подбор оборудования

В соответствии с производственной программой и выбранной технологической схемой подберем оборудование для порезки стекла.

При работе на линии программной порезки Genius 61 line фирмы INTERMAK с возможностью раскроя стекол размером 6000×3210 средняя производительность достигает 500 м². Максимальная скорость движения стекла на столе 40 м/мин. Максимальная скорость порезки 140 м/мин.. Толщина обрабатываемого стекла от 2 до 12 (±0,2) мм. Производственная мощность оборудования в год составляет: 1404000 м² (167 м²/час.).

Количество стекла поступающего на линию программной порезки в смену, N_п:

N_п=H/F/n (2.3)

где Н - количество стекла, поступающего на порезку, м²;

F - фонд работы оборудования, сут;

N - количество смен.

N_п=2032147,4/342/3=1980,7 м²/ в смену.

Тогда количество линий:

К=N_п/P/t (2.5)

где Р - производственная мощность оборудования, м²/час;

t - рабочее время одной смены, час.

К=1980,7/167∙8 =1,48

Для выполнения производственной программы необходимо 2 линии программной порезки стекла типа Genius 61 line. Подбор линии обработки кромок стекла ведется аналогично подбору столов порезки.

Для обработки стекол размером 6000×3210 (Jambo) ранее был выбран обрабатывающий станок с ЧПУ Intermac Master 65, который позволяет не только обрабатывать кромку, но и одновременно осуществлять сверление отверстий согласно заданной программе. Его параметры соответствуют: толщина обрабатываемого стекла 2-11,5 мм; минимальные размеры обработки стекла 130×180 мм; максимальные 3250×6150 мм; средняя производительность составляет 150 м²/час.

Тогда, количество стекла, поступающего на обработку составит:

N_п=1747646,7/342/3= 1703,4 м²/ в смену

Рассчитаем необходимое количество обрабатывающих станков:

К=1703,4/150 ∙8 = 1,42 (принимаем 2 станка).

Вертикальная моечно-сушильная машина компании Triulzi при скорости движения стекла 7 м/мин позволяет промыть и высушить до 3360 м погонных стекла в смену размером 1300×1600 мм.

Количество стекла, поступающего на обработку составит:

N_п=1579363,1/342/3= 1539,3 м²/ в смену

,3∙2=3078,6 погонных метров.

При такой производительности достаточно 1 моечно-сушильной машины, но так как ее производительность приближается к 100%, то для обеспечения беспрерывной работы необходимо установить две таких линии.

Подбор линии закалки основан на режиме работы, который складывается из следующих факторов: нагрев стекла 80 сек за цикл. По этим данным определяется сменная выработка линией закалки, с учетом закладки стеклом на 70% площади рольганга.

Рассчитаем необходимую производительность линии закалки стекла. На закалку за вычетом предыдущих потерь поступает 1571466,3 м²/год стекла, отсюда следует, что сменная производительность будет равна:

Р=1571466,3/342/3 = 1531,6 м² /смену. За час 191,5 м²

Линия закалки стекла Tamglass Tamglass HTF ProE™ -2142-CTS-10-L производительностью 193 м²/час наиболее подходит к нашему проекту. Для бесперебойной работы цеха достаточно одной линии закалки.

Техническая характеристика всего описанного выше оборудования представлена в таблице 2.9.

Таблица 2.9

Характеристика применяемого оборудования

2.6 Расчет складов сырья и готовой продукции

В процессе производства закаленного стекла необходимы стекольные полуфабрикаты для бесперебойной работы цеха. Для этой цели необходимы складские помещения. Так как стекло при длительном хранении под открытым небом или навесом со временем начинает покрываться мутными пятнами (выщелачивание) и в дальнейшем не пригодно в производстве, необходимы закрытые складские здания в соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП П-104-82). Данные помещения могут быть отдельно стоящими или в комплексе с производством.

Основным показателем при расчете склада является срок между поставками полуфабрикатов. В соответствии с тем, что основное производство стекла находится с проектируемым цехом промышленной переработки стекла на территории одного предприятия, склад рассчитываем из запаса стекла на 10 суток работы цеха.

Поставляемое стекло из цеха полированного стекла в цех промышленной переработки осуществляется форматами 6000×3210×4мм и 3мм. По производственной программе 10-ти суточный запас стекла соответствует для стекла 4 мм −30700 м², для стекла 3 мм - 13160 м². Из ЦПС стекло поставляется в цех промпереработки в деревянных L - образных пирамидах размером 6300×3300×250 мм с вместимостью 20 листов. Одна пирамида соответственно вмещает: 20∙6,0∙3,21=385,2 м², и занимает площадь: 6,3∙0,25=1,5 м². Для хранения необходимо: (30700+13160)/385,2=113,8 (114) пирамид, которые будут занимать площадь: 114∙1,5= 171 м². С учетом расстояния между пирамидами принимаем площадь склада 200 м².

Принимаем ширину склада - 12 м. Длина составит 17 м, округляем до кратного шести 18 м.

Аналогично рассчитывается склад готовой продукции, который по проекту будет находиться на территории цеха. Стекло размером 1500×1000×4 пакуется в ПКС по 110 шт., так же как и стекло размером 1300×1000×3. Площадь контейнера 1800×1200 мм.

Требуемая площадь склада, с учетом короткого срока хранения готовой продукции 5 суток составит: 281м².

Склад готовой продукции расположен в зоне хранения и упаковки стекла, поэтому дополнительные площади на проходы и проезды не учитываются.

.7 Контроль качества продукции

Контроль качества продукции - проверка соответствия качества продукции или процесса, от которого оно зависит, установленным требованиям. Контроль качества продукции включает государственный надзор за качеством продукции, ведомственный контроль качества продукции и технический контроль качества в объединениях, предприятиях и организациях.

Перед испытаниями образцы выдерживают при температуре 20±4°C. Время выдержки образцов перед приемосдаточными испытаниями устанавливают в технологической документации, а перед периодическими испытаниями - не менее 12 ч.

Образцы, испытываемые на оптические искажения и характеристики, на механическую прочность, термостойкость и класс защиты, должны отвечать требованиям согласно образцам-эталонам, утвержденным в установленном порядке. Длину, ширину и длину диагоналей прямоугольных стекол измеряют металлической рулеткой или другим мерительным инструментом с ценой деления не более 1 мм.

Размеры стекол сложной конфигурации допускается проверять наложением шаблона, аттестованного в установленном порядке.

Порядок измерения формы и размеров кромок (например, размера фаски кромки) устанавливают в технологической документации.

Качество обработки кромок проверяют путем сравнения с образцами-эталонами при освещенности не менее 300 лк с расстояния 300-600 мм.

Наличие трещин, сколов, щербин на кромках и повреждения углов проверяют визуально при освещенности не менее 300 лк.

Внешний вид (пороки) и цвет закаленного стекла определяют по НД на соответствующий вид исходного стекла.

Испытания на механическую прочность

Метод состоит в определении минимальной механической прочности при ударе стальным шаром. Испытания проводят на образцах размером 1100×900±5 мм, изготовленных вместе с испытываемой партией.

Средства испытания:

стальной шар диаметром 38 мм и массой (227±2) г.

стенд для проведения испытания.

Стенд должен состоять из жесткой стальной рамы и зажимающей рамки, обеспечивающей равномерное зажатие испытываемого образца по четырем сторонам с перекрытием края (30±5) мм

Оборудование должно удерживать испытываемый образец в горизонтальном положении.

Зажимающая рамка должна быть покрыта в местах контакта с испытываемым образцом резиновыми полосами шириной 30 мм, толщиной 4 мм. Шар сбрасывают с высоты 2,0; 2,5; 3,0 м, таким образом, чтобы точка удара была на расстоянии не более 25 мм от геометрического центра образца. По каждому образцу наносят один удар.

Образец считают выдержавшим испытание, если стекло не имеет разрушений.

Испытания на характер разрушения

Метод состоит в определении числа и размеров осколков стекла при его разрушении на нормируемой площади.

Испытания проводят на образцах размером (300-500)×(300-500) мм, изготовленных вместе с испытываемой партией. Допускается проводить испытания на готовых изделиях.

Инструмент, способный вызвать разрушение стекла в точке удара, например молоток массой (без рукоятки) (75±2) г и радиусом при вершине (0,20±0,05) мм.

По образцу наносят удар в любом месте на расстоянии не менее 50 мм от края образца. Если после удара стекло не разрушилось, то наносят последующие удары до его разрушения. После чего осматривают поверхность образца и выделяют квадрат размером 50×50 мм с наиболее крупными осколками стекла.

В течение не более 5 мин после разрушения стекла определяют число осколков на нормируемой площади (в выделенном квадрате) и размер максимального осколка. Принимают во внимание только трещины, возникающие в результате первоначального растрескивания. Осколок, пересекающий стороны нормируемой площади, учитывают как половину целого осколка.

Испытания на термостойкость проводят на трех образцах размером не менее 100×100 мм, изготовленных вместе с испытываемой партией.

Испытание стекла на удар мягким телом

Метод состоит в оценке стойкости стекла к механическому удару мягким телом некомпактной формы.

Испытания проводят на трех образцах стекла размером (1100×900)±10 мм, не имеющих пороков внешнего вида.

Кожаный мешок грушевидной формы, заполненный свинцовой дробью, высотой (33±10) мм, с диаметром максимального сечения (220±10) мм, массой (45±1) кг.

Образец должен крепиться к стальной раме стенда при помощи зажимающей рамки по четырем сторонам с перекрытием края (30±5) мм. Зажимающая рамка должна быть покрыта в местах контакта с образцом резиновыми полосами шириной 30 мм, толщиной 4мм.

Мешок должен быть подвешен на креплении таким образом, чтобы область максимального диаметра мешка в спокойном состоянии находилась на расстоянии не более 10 мм от поверхности образца и на расстоянии не более 50 мм от центра образца. Высота подвеса мешка - не менее 2500 мм.

Удар производят по центру образца, мешок при этом описывает дугу, падая с высоты, двигаясь по направлению центральной горизонтальной оси поверхности образца. Удар по каждому образцу должен быть только один.

Примечание. Высоту падения мешка отсчитывают от центра максимального диаметра мешка до центра горизонтальной оси поверхности образца.

Образцы считают выдержавшими испытания, если стекло не имеет разрушений.

Отклонение от плоскостности листов стекла определяют в вертикальном положении (угол отклонения от вертикали не должен превышать 15°) наложением металлической линейки или строительного уровня длиной не менее 1000 мм в продольном и поперечном направлениях в центре листа стекла. Расстояние от поверхности листа стекла до линейки или уровня измеряют щупом по НД. Размер щупа, вошедшего в зазор, не должен превышать требований, приведенных к линейному размеру.

Отклонение от прямолинейности кромок сторон стекла определяют прикладыванием металлической линейки или строительного уровня вдоль измеряемой кромки стороны стекла и измерением щупом по НД максимального зазора между линейкой или уровнем и кромкой стекла. Максимальный зазор (толщина щупа) должен находиться в поле допуска на размер.

Оптические характеристики (цвет, спектральные коэффициенты пропускания и отражения света) закаленного стекла контролируют в соответствии с НД на исходное стекло.

Маркировку стекол проверяют визуально.

3. Охрана труда и охрана окружающей среды

.1 Охрана труда

При организации производства закаленного стекла, на работающих будет воздействовать комплекс опасных и вредных производственных факторов описанных ниже.

К числу опасных факторов, воздействующих на персонал во время производства, можно отнести возможность соприкосновения с движущимися и вращающимися частями оборудования, поражения электрическим током при работе с технологическим оборудованием, воздействие шума на центральную нервную систему, тепловое излучение и возможность получения ожогов при соприкосновении с горячими частями технологического оборудования. Так же существует возможность получения травм в виде порезов при неосторожном обращении со стеклом.

Наиболее неблагоприятными стадиями в производственном процессе являются следующие операции:

. линия закалки стекла (пыление, выделение тепла);

. линия обработки кромок стекла (шум, высокое напряжение на электродвигателях,);

. участок резки и упаковки стекла (возможность порезов, образования и накопления зарядов статистического электричества). Получение травм возможно при наездах электрических погрузчиков и соприкосновения с вращающимися и движущимися частями транспортеров шихты и стеклобоя.

Помещение цеха промышленной переработки стекла в соответствии с классификацией зданий по взрывопожарной и пожарной опасности подразделяются на следующие категории в соответствии с НПБ 5-2000: Резное отделение и склад готовой продукции относятся к категории В2, которая характеризуется присутствием твердых горючих веществ и материалов.

Согласно классификации помещений по пожаро- и взрывоопасное, по ПУЭ помещение цеха относится к классу В-a, так как в нем при нормальной эксплуатации нет взрывоопасных смесей с воздухом, но возможно их появление в результате аварии или неисправности технологического оборудования. Резное отделение и склад готовой продукции участки линии шлифовки, закалки стекла относятся к классу П-IIa, что обусловлено содержанием твердых горючих веществ.

С целью безопасной работы на предприятии предусмотрены следующие мероприятия по охране труда:

расстояние на рабочих проходах между машинами или аппаратами, не менее 1,2 м;

расстояние на рабочих проходах между стеной и машиной или аппаратом, не менее 1,0 м;

местные сужения на проходах не менее 0,8 м;

все обслуживающие площадки и лестницы снабжены перилами высотой 1м и бортиками у поля высотой 0,15 м;

все вращающиеся и движущиеся части агрегатов, машин и механизмов закрыты металлическими ограждениями;

для обслуживания арматуры при воздушной прокладке трубопроводов предусматривается устройство лестниц и площадок.

С целью защиты от поражения электрическим током технологическое оборудование в цехах заземляется.

Инженерные мероприятия по обеспечению требуемых санитарно-гигиенических условий труда определяются графиком работы.

В связи с тем, что данное предприятие работает по непрерывному графику предусматривается совмещенная система освещения. Естественное освещение обеспечивается за счет основных проемов и фонарей. Искусственное - за счет равномерного расположения светильников. Разряд и подразряд зрительной работы IVa, требуемая освещенность искусственным светлом 200 люкс, коэффициент освещения (КЭО) = 1,5%.

В тамбурных отделениях предусмотрена установка воздушно-тепловых завес.

Производственные помещения цеха оснащены общеобменной, приточно- вытяжной системой вентиляции. Для обеспечения состояния воздушной среды в пределах допустимых нормативными документами в рабочих зонах производственных помещений и в пределах воздушного бассейна предприятия предусматривается:

− очистка от пыли наружного и рециркуляционного воздуха в системах;

− обеспечение нормативных разрывов между источниками выбросов воздуха и аэрационными шахтами и фонарями.

В процессе производства вода расходится на хозяйственно-питьевые, противопожарные и технологические нужды. Для обеспечения этих потребностей на предприятии предусмотрены две системы: объединенная на хозяйственно- питьевые и противопожарные нужды и отдельная на технологические потребности. Забор воды на хозяйственно-питьевые и противопожарные нужды осуществляется их городских водопроводных сетей.

На предприятии имеется хозяйственно-фекальная система канализации, предназначенная для отведения сточных вод от столовой, душевых и санитарных узлов, которые направляются на городские очистные сооружения. Производственные сточные воды подвергаются первичной очистке на локальных установках для извлечения и утилизации токсичных пожароопасных веществ, нейтрализации щелочей и кислот, и извлечения других веществ до пределов, допустимых для сброса этих стоков на биологические и другие очистные сооружения. Попадание даже небольшого количества этих химикатов в прилегающие к предприятию водоемы совершенно недопустимо.

Для предотвращения или уменьшения воздействия на работающих опасных и вредных факторов применяются средства индивидуальной защиты. Для снижения воздействия на организм работника. Рабочая одежда хранится отдельно от чистой (в раздельных шкафчиках или секциях). На производственных участках предусмотрены аптечки первой доврачебной помощи, комплектация которой определяется здравпунктом завода.

С целью предупреждения возникновения пожара, стены проектируемого здания изготовлены из материала I степени огнестойкости.

На предприятии имеется наружная и внутренняя системы пожаротушения. Наружная состоит из кольцевого противопожарного водопровода, оснащенного подземными гидрантами, расположенными на расстоянии 120 метров друг от друга и 5 метров от стен здания. В цехе имеются первичные средства пожаротушения - песок, огнетушители ручные газовые, углекислотные марок ОУ-2,ОУ-5.

Для своевременного оповещения о возникновении пожара и включения систем пожаротушения на предприятии организована пожарная сигнализация, служащая для оповещения пожарных частей.

.2 Мероприятия по охране окружающей среды

Разработка и внедрение рациональных технологических процессов - это наиболее перспективное направление развития производства, обеспечивающее эффективную охрану окружающей среды. Прежде всего, это относится к процессам механической обработки стекла. Для снижения выбросов пыли на линии шлифовки кромок стекла, сверления, пылящие материалы приводятся в состояние исключающее или ограничивающее их пыление. Это осуществляется путем ввода системы СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) и дальнейшая их утилизация. Проектируемое производство требует больших расходов воды на охлаждение абразивного материала (шлифовальные и полировочные круги), поэтому в цехе внедрена развитая система очистных сооружений. Результатом этих мероприятий служит отсутствие специфических загрязнений в сточных водах.

Принятые технические решения по водоснабжению и канализации обеспечивают экономное и рациональное использование водных ресурсов, Значительное сокращение свежей воды и сброса сточных вод за счёт внедрения Систем оборотного водоснабжения.

Свежая вода питьевого качества используется только на хозяйственно-бытовые и технологические нужды потребителей, требующих питьевую воду.

В процессе строительства производства образуются следующие категории сточных вод: бытовые сточные воды, производственные, близкие по составу к бытовым, а также производственные незагрязнённые сточные воды.

Бытовые сточные воды совместно с производственными, близкими по составу к бытовым, сбрасываются в заводскую сеть производственно-бытовой канализации.

Производственные незагрязненные сточные воды от этого производства сбрасываются в заводскую сеть производственно-дождевой канализации, качественная характеристика незагрязнённых сточных вод близка по составу к сходной воде в производственном водовороте. Температура стоков не более 50^оС.

Заключение по проекту

Разработана рациональная технологическая схема производства строительного закалённого стекла. Годовой выпуск продукции −1500000 м² листового стекла.

Ассортимент выпускаемой продукции:

стекло закаленное предназначенное для безопасного остекления светопрозрачных строительных конструкций (оконных и дверных блоков, витрин, элементов ограждения лоджий, балконов, структурного остекления фасадов и т.д.);

В соответствии с проектной мощностью было подобрано технологическое оборудование, соответствующее производительности и выпуску качественной продукции. За основу брались разработки одних из ведущих фирм по обработке и закалке стекла таких как: INTERMAC-Италия и TAMGLASS-Финляндия.

Автоматическая линия для резки стекла на форматы фирмы INTERMAC обладает повышенной производительностью и качеством реза стекла, а так же позволяет работать одновременно с различными номиналами стекла. Обрабатывающий станок с ЧПУ позволяет также сверлить отверстия в стекле, что значительно упрощает производственный процесс, снижает стоимость оборудования а так же сокращает производственные площади. Мойка и сушка стекла производится на высокопроизводительных машинах компании "Triusli".

Приобретение линий закалки одной мощности и фирмы "Tamglass", позволяет экономить на ремонтных материалах, повышается взаимозаменяемость запчастей, что ведет к уменьшению простоев по непредвиденным ситуациям.

Перечень графического материала

. План цеха промышленной переработки стекла БГТУ 01.00.00. Формат А1.

. Продольный разрез цеха промышленной переработки стекла. БГТУ 02.00.00. Формат А1.

. Технологическая схема промышленной переработки стекла выпуск 1,5 млн. м²/год. БГТУ 03.00.00. Формат А1.

Список используемых источников

1. Закаленное стекло. [Электронный ресурс]

. Закаленное стекло. [Электронный ресурс]

. Терещенко, И. М. Технология листового стекла. - Мн.: БГТУ, 2009. - 360 с.

. Способ закалки стекла. Пат. №2237621 РФ, МПК⁷ C03B27/016 _/Шутов А.И., Остапко А.С., Франк А.Н.; заяв Белгородская государственная технологическая академия. - 2003102286/03; заявл. 27.01.2003; опубл. 10.10.2004

5. Способ закалки стекла. Пат. №2002129075 РФ, МПК⁷ С03В27/00/

Попов П. В.; заяв Попов П. В. - 2002129075/03; заявл. 30.10.2002; опубл. 27.04.2004

6. Закаленное стекло. [Электронный ресурс]

. Технологический регламент процесса производства закалённого строительного стекла ИШСТ. ТР-40-2008

. Терещенко И.М., Тижовка В.В. Методические указания по расчету материального баланса стекольного производства. - Мн.: БГТУ, 2000.

. Химическая технология стекла и металлов: Учебник для вузов / Под общ. ред. Н.М. Павлушкина. - М.: Стройиздат, 1983.