Возможные виды брака в технологии стекла и способы их устранения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
О.В. Казьмина, Р.Г. Мелконян  
 
 
 
 
 
ВОЗМОЖНЫЕ ВИДЫ БРАКА  
В ТЕХНОЛОГИИ СТЕКЛА  
И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ  
 
 
Рекомендовано в качестве учебного пособия  
Редакционно-издательским советом  
Томского политехнического университета 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство  
Томского политехнического университета  
2015 

УДК 666.11.01(075.8) 
ББК 35.430я73 
К14 
 
Казьмина О.В.  
К14  
Возможные виды брака в технологии стекла и способы их 
устранения : учебное пособие / О.В. Казьмина, Р.Г. Мелконян ; 
Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского 
политехнического университета, 2015. – 129 с. 

 
 
В пособии представлены общие причины и виды пороков стекломассы, 
появляющиеся на стадии варки стекла, а также дефекты, образующиеся на 
стадии формования изделия различными способами. Показаны способы устранения различных видов пороков. Один раздел пособия содержит практические 
рекомендации по определению химической потребности в кислороде сырьевых материалов, контролю химической однородности шихты и неоднородности стекла, а также оценки качества отжига стеклоизделий.  
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 240100 
«Химическая технология» при изучении курса «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов», а также при выполнении 
выпускных квалификационных работ.  
 
УДК 666.11.01(075.8) 
ББК 35.430я73 
 
 
 
Рецензенты 

Доктор технических наук, профессор ТГАСУ 
Ю.С. Саркисов 

Доктор технических наук, профессор ТГУ 
В.В. Козик 

 
 
 
 
 
 
© ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2015 
© Казьмина О.В, Мелконян Р.Г., 2015 
© Оформление. Издательство Томского  
политехнического университета, 2015

ВВЕДЕНИЕ 

Повышение качества продукции стекольного производства, с одной 
стороны, определяется совершенствованием технологических процессов, разработкой принципиально новых технологических решений, использованием автоматизированных систем управления, с другой – умением технолога провести в случае необходимости правильные производственные мероприятия, направленные на устранение возможных пороков стекла. 
Высокопроизводительные технологические линии по выпуску листового стекла, стеклянной тары и других видов стекольной продукции диктуют особые требования как к организации производства, так и к обеспечению стабильности технологических процессов, нарушения которых 
приводят к появлению дефектов и браку. Выявление пороков стекла, установление причин их появления и принятие мер по нормализации технологического процесса необходимо выполнять экспрессным способом.  
Стабильность технологического процесса в значительной степени 
определяется качеством и стабильностью сырьевых материалов. В настоящее время имеет место тенденция введения в производство менее качественных материалов, характеризующихся меньшей стабильностью состава, что приводит к нарушениям технологического процесса и появлению 
дефектной продукции. От технологических служб стекольных заводов 
требуется внимание к появлению дефектов в стекле, быстрое определение 
их вида, выявление возможных причин образования и принятие мер по 
устранению. В связи с этим учебное пособие для будущих инженеровтехнологов стекольной промышленности становится актуальным. 
В пособии представлена информация о различных видах пороков и 
способах их устранения, приведены общие причины их возникновения как 
на стадии варки стекла, так и выработки. Даны практические рекомендации по определению химической потребности в кислороде сырьевых материалов, контролю химической однородности шихты, оценки качества 
отжига стеклоизделий и петрографическим исследованиям кристаллических включений в стекле. Работа с пособием будет способствовать развитию умения студентов анализировать виды брака в стекле и принимать решения по их устранению.  
 
 

1. ОБЩИЕ ПРИЧИНЫ И ВИДЫ ПОРОКОВ СТЕКЛОМАССЫ  

1.1. Сырьевые материалы как источник пороков стекла 

Первым условием предотвращения появления производственных 
пороков во время варки стекломассы является правильный контроль 
всех поступающих на завод сырьевых материалов. При получении сырья необходим отбор средней пробы и ее испытание в лаборатории с 
целью установления соответствия сырья нормам и техническим условиям по технологическому процессу. 
Большинство сырьевых материалов, используемых в стекольном 
производстве, являются относительно чистыми, однако необходимо 
учитывать следующие моменты. 

Колебание химического состава сырья оказывает непосредственное 

влияние на однородность полученной стекломассы и изделий, из нее изготовленных. Под однородностью понимают сохранение постоянства 
состава в различных участках данной партии сырья, находящейся на 
складе завода, на карьере или на участке карьера, с которого ведется добыча данного сырья. 
Требования к однородности основного стекольного сырья определяются ГОСТом и техническими условиями. Требования к вспомогательному сырью регламентируются правилами технической эксплуатации (ПТЭ). В основе тех и других лежат требования обеспечения постоянства состава стекла в заданных пределах.  
Вклад колебаний состава сырья в колебания состава шихты может 
достигать 80 %. В табл. 1 приведены компоненты сырья, которые служат причиной этих колебаний. 
Таблица 1 
Относительный вклад колебаний оксидов сырья в общую неоднородность 

Сырьевые материалы 
Доля неоднородности в мас. % по оксидам 

SiO2
Al2O3
СаО 
MgO 
Na2O 

Песок 
Доломит 
Известняк 
Полевой шпат 
Сульфат натрия природный 
Сода 

50–78 
10–25 
18–60 
30–50 
53–78 
0 

4–38 
2–6 
1–50 
18–20 
0–1 
0 

0–20 
10–35 
0–37 
1–10 
0 
0 

0–4 
30–38 
0–25 
2–7 
0 
0 

0–6 
0 
0 
0–10 
19–97 
0 

Колебание гранулометрического состава, или же отклонение его от 

установленных пределов, может иметь решающее влияние на плавкость 
шихты, образование шихтных камней, появление неоднородностей (свили), ухудшение осветления и очищения стекломассы (пузыри в стекло

массе), слоистость стекломассы, а в некоторых случаях и на свойства полученной стекломассы (отклонение ее физико-химических свойств от 
нормативных). 

Влажность сырьевых материалов при отклонении от предписан
ных технологическим процессом границ может быть причиной появления в стекломассе пузырей, повышенной улетучиваемости некоторых ее 
компонентов при варке. Основное отрицательное влияние повышенной 
влажности – возможность образования комков при составлении шихты, 
что обусловливает недостаточную однородность шихты, приводящую к 
неоднородности стекломассы и ухудшению процесса варки. Отсутствие 
учета колебаний влажности сырьевых материалов при их взвешивании 
приводит к таким же последствиям, как и колебания в их составе. Изменение влажности сырьевых материалов часто является причиной образования шихтных камней. Необходимо учитывать, что присутствие воды может иметь значительное влияние на протекание гомогенизации 
шихты при ее перемешивании, а в некоторых случаях и на образование 
комков. Использование абсолютно сухих сырьевых материалов не приводит к цели, поскольку шихта, составленная из совершенно сухих материалов, при транспортировании легко расслаивается. Совершенно сухой песок «течет», т. е. вытекает через все отверстия и щели. Лишь 
определенный минимальный процент водосодержания (~1,5 %) препятствует этому неприятному течению песка. Поэтому песок сушат только 
в случае, если он содержит больше воды, чем необходимо. Оптимальная 
влажность песка не должна превышать 4–5 %. 

Загрязнения в сырьевых материалах (например, органические при
меси, пыль и т. д.) могут вызвать образование пузырей, ухудшить 
осветление стекломассы, а в некоторых случаях оказать и отрицательное влияние на окраску стекла (например, желтое окрашивание под 
влиянием органических загрязнений). 

Повышенное содержание красящих оксидов (в особенности оксидов 

железа и титана, а иногда и хрома) вызывает отклонение цветового оттенка 
стекла от нормы, и его колебание приводит к затруднениям при обесцвечивании хрусталя, а также (в некоторых случаях) обусловливает появление 
цветных свилей и непроваренных черных камней небольших размеров. 

Во всех вышеприведенных случаях нарушается процесс варки 

стекла, и часто возникают пороки стекломассы, которые не могут быть 
устранены в течение длительного времени. Загрязнения в сырье могут 
сохраниться от начальных сырьевых материалов, перерабатываемых заводом-поставщиком, могут попасть в них при транспортировании, а 
также при неправильном хранении и обращении с сырьем при приготовлении шихты и переработке его на самом стекольном заводе.  

Можно выделить следующие факторы, определяющие влияние сы
рьевых материалов, содержащихся в шихте, на образование камней: 

1. Температура плавления и температура диссоциации оказывают 

приблизительно одинаковое влияние на образование шихтных камней. 
Чем большей способностью вступать в реакции будут обладать продукты плавления и диссоциации, тем легче они будут переходить в стекломассу и тем меньшей будет склонность к образованию камней и при 
наличии в шихте комков и кусков. 

2. На образование шихтных камней влияет различие вязкости и 

скорости диффузии стекломассы в печи и стекломассы, окружающей 
камни. Материалы, из которых в процессе варки образуется стеклообразная фаза, обладают большей вязкостью и могут образовывать свили 
либо камни. 

3. Растворяющая способность сваренного стекла (готовой стекло
массы) незначительна. В противоположность этому шихта при плавлении в состоянии растворить большие комки и камни. Сухие комки, как 
правило, легче образуют шихтные камни, нежели влажные. 

Сырьевые материалы по их склонности к образованию шихтных 

камней разделяются на четыре группы: 
а) 
материалы, из которых камни не образуются и при значительной 
неоднородности шихты, например бура; 

б) 
материалы, имеющие склонность к образованию камней, главным 
образом в начале процесса варки в присутствии грубых и прочных 
комков, например сода, поташ, сульфат натрия, песок, известняк; 

в) 
материалы со значительной склонностью к образованию камней – 
известняк в твердых кусках, гидрат оксида алюминия, каолин, 
большие зерна песка; 

г) 
материалы, имеющие склонность к образованию «узлов», например 
куски полевого шпата при коротком времени варки. 
Основными причинами образования шихтных камней являются: 

 
недостаток плавней в шихте; 

 
низкая температура варки; 

 
грубый или неоднородный гранулометрический состав песка, известняка и других сырьевых материалов; 

 
недостаточно перемешанная и неоднородная шихта; 
 
недостаточное время варки; 

 
неправильная загрузка шихты. 
Камни из песка. Появление этих камней в основном обусловлено ис
пользованием грубозернистого песка, неполным перемешиванием шихты, 
неисправными ситами, не выдержанным технологическим процессом (неправильный состав шихты, неправильные температурные условия). 

Как только установлено наличие шихтных камней из песка, необходимо 
проконтролировать все вышеперечисленные факторы их появления. 

При образовании из зерен песка свили или при вторичной кристал
лизации кристобалита (при отсутствии первоначального кварца) необходимо исследовать большее число камней. Только таким образом можно 
надежно установить, имеем ли мы дело с шихтными камнями из песка 
или же с SiO2, попавшим со свода печи в виде капель и обломков свода. 

Стандартом концентрация крупных и мелких зерен в обогащенном 

песке ограничена: количество зерен более 0,8 мм – не более 0,5 %, а зерен менее 0,1 мм – не более 5 % (для необогащенного песка соответственно 5 и 15 %). Требования к гранулометрическому составу песков 
представлены в табл. 2. 

Таблица 2 
Требования к гранулометрии песка 

Показатели качества 
Диаметр фракции песка, мм 

менее 0,1
0,1–0,4 
более 0,5 
более 0,75 
более 0,8 

Требования ГОСТа по 
содержанию отдельных 
фракций 

не более
4–8 
93 
не более
5 
не более 
2 
не более 
0,5 

Содержание отдельных 
фракций в необогащенных песках, % 
13 
78 
15 
– 
5 

 
В табл. 3 приведены основные характеристики отечественных кварцевых песков. Среди окрашивающих примесей наиболее распространенным является оксид железа, в той или иной концентрации содержащийся 
в составе всех кремнеземсодержащих сырьевых материалов. 

Таблица 3 
Характеристика отечественных стекольных песков 

Характеристики 
Состав песка, мас. % 

SiO2 
Fe2O3 
TiO2 
Al2O3 
 
примесей

Фактический диапазон содержания 
оксидов 
83,3–99,7 0,02–0,8 0,01–1 0,1–4,0 0,3–16,7 

Фактические колебания оксидов 
1,0 
0,03 
– 
0,35 
– 

Требования ГОСТа по допустимым 
колебаниям оксидов 
0,2 
0,01 
– 
0,10 
– 

Требования к обогащенным пескам 
по допустимым колебаниям оксидов 
0,2 
0,01 
– 
0,10 
– 

Зарубежные требования  
по допустимым колебаниям оксидов 
0,15 
0,01 
– 
0,07 
– 

В зависимости от марки песка доля оксида железа колеблется 

в пределах 0,01–0,25 % по массе. В соответствии со стандартом содержание оксида железа для разных изделий составляет, % по массе: 

Оптическое стекло ................................................ не более 0,01 
Хрусталь (свинцовый и бессвинцовый) ............. 0,010–0,015 
Техническое стекло .............................................. 0,03–0,07 
Оконное стекло ..................................................... 0,05–0,15 
Стеклотара (бутылки, банки) ............................... 0,05–0,25 

 
Тяжелые минералы из песка. Чаще всего приходится сталкиваться 
с хромитом или хромовой шпинелью. Эти минералы проявляются в 
стекле в виде незначительных черных точек (камней), которые иногда 
растягиваются в тонкую коричневато-зеленую свиль (волос). Установить такие камни можно спектрографическим определением хрома и 
петрографически. При обнаружении хромита или же хромовой шпинели 
необходимо провести анализ песка в тяжелых жидкостях. 
Сульфатные камни появляются в том случае, когда сульфат является существенной составной частью шихты. При их обнаружении 
необходимо повысить количество восстановителя в шихте. 
В том случае, если пороки стекла вызваны сырьевыми материалами, речь большей частью идет об их неправильном гранулометрическом 
составе или же о минеральных загрязнениях в них. 
Сырьевые материалы на основе горных пород. В число горных пород, применяемых в качестве сырья, помимо песка могут входить следующие породы: известняки, магнезит, полевые шпаты, фонолиты, базальты, пегматиты, граниты, трахиты, перлиты, диатомиты, опоки, 
нефелиновые сиениты, андезиты и каолины. Камни из полевых шпатов, 
пегматитов и других сырьевых материалов на основе горных пород своим происхождением обычно обязаны неправильной работе составного 
цеха (порваны сита, слишком грубозернистый материал). Для идентификации этих камней необходим петрографический анализ, и в зависимости от установленного вида камня надо наладить подготовку соответствующего материала (при надлежащем температурном режиме варки). 

Их можно разделить на две группы: 
1.  Сырьевые материалы для введения СаО и МgО.  
Это – известняки, доломитизированные известняки, доломиты, а в 

некоторых случаях и магнезиты. Все эти материалы обычно не оказывают влияния на образование шихтных камней, хотя в виде исключения 
такие камни иногда и встречаются. Это происходит при использовании 
слишком грубых зерен известняка, доломита или магнезита, а также когда при составлении шихты и ее хранении образовались комки.  

При неоднородном перемешивании шихты могут образовываться 

камни из известняка или же происходит вторичное выделение волластонита около таких камней. Известняковые и доломитовые камни легко 
определимы: при обливании излома таких камней кислотой (например, 
разбавленной соляной кислотой) они обычно вскипают (удаляется СО2), 
всегда, хотя бы частично, растворяются в соляной кислоте, и раствор дает реакцию на кальций.  

Природные известняки иногда вызывают пороки стекла, связанные 

с изменением окраски за счет слишком большого содержания оксидов 
железа. Контроль содержания железа, в особенности у известняков, является необходимым.  

2.  Сырьевые материалы для введения Al2O3.  
Из горных пород к ним относятся каолин, полевые шпаты, граниты, 

трахиты, нефелиновые сиениты, порфириты и андезиты. Для всех этих 
сырьевых материалов характерна значительно большая опасность образования шихтных камней. Для всех материалов, за исключением относительно легкоплавких фонолитов, существует опасность непровара при 
применении их в виде крупных зерен. В особенности это надо учитывать для пегматитов, гранитов, трахитов, нефелиновых сиенитов, порфиритов и андезитов.  

Температура варки стекол большей частью выше температуры 

плавления натриевых и калиевых полевых шпатов. В том случае, если 
шихтные камни образуются полевыми шпатами, они, как правило, вызваны примесями, обычно содержащимися в полевых шпатах. Чаще всего примесями бывают биотит, гранат, турмалин, авгит, мусковит. Часто 
в качестве примеси присутствует и кварц. Значительное количество 
кварца содержат полевошпатные пегматиты. 

Полевые шпаты иногда могут вызывать затруднения и в виде труд
ноустранимых пузырей. Полевой шпат, содержащий почти все щелочи в 
виде К2О и почти 20 % АL2О3, после расплавления дает значительно более вязкую стекломассу, которая осветляется намного хуже. Этот порок, 
вызываемый некоторыми полевыми шпатами, можно частично устранить (хотя иногда устранить его полностью не удается) введением веществ, в значительной степени снижающих вязкость стекла при температуре его осветления. Такой добавкой может служить плавиковый 
шпат в количестве 1 кг на 100 кг стекломассы. Для этой цели пользуются молотым плавиковым шпатам, добавляя его в шихту. 

Если полевые шпаты слишком крупнозернисты, то они могут, не
смотря на то что температуры плавления их большей частью ниже температуры в печи вопреки своей легкоплавкости, способствовать образованию шихтных камней, чаще всего свили. Последнее объясняется тем, что 

большие и тяжелые куски полевого шпата обычно удерживаются под поверхностью стекломассы, т. е. там, где температура бывает более низкой. 
Иногда аналогичные явления вызываются комками в шихте, которые 
вследствие своей плохой теплопроводности недостаточно прогреваются. 

Почти всегда при образовании такого шихтного камня (правильнее 

сказать, непроварившегося в стекломассе камня из полевого шпата) 
наблюдается его сильное оплавление, а иногда и частичный провар, сопровождающийся на границе раздела вторичной кристаллизацией. Продуктом вторичной кристаллизации часто бывает нефелин, проявляющийся характерным внешним видом, напоминающим штриховку.  

Для предотвращения образования полевошпатовых камней необхо
димо, чтобы полевой шпат был в достаточной степени тонкозернистым 
и по своему зерновому составу соответствовал песку для варки стекла. 
В любом случае полевой шпат не должен содержать зерна более 1 мм. 

Полевой шпат должен быть сухим. Дело в том, что мокрый полевой 

шпат вызывает при варке затруднения и пороки стекломассы – главным образом возникают узлы, свили и пр. Поскольку полевые шпаты в том виде, в 
каком они поставляются на стекольные заводы, никогда не бывают чистыми минералами, а представляют собой горные породы, имеющие помимо 
собственно полевого шпата и другие минеральные включения, содержащие 
железо (слюда, главным образом биотит, далее турмалин, авгит, гранат, пирит, магнетит, иногда гематит и лимонит), их минералогическому составу 
необходимо уделять повышенное внимание и в зависимости от этого делать 
выводы относительно их пригодности для варки стекла. Для белых стекол 
можно применять полевые штаты, содержащие максимально 0,15 % Fе2О3, 
для полубелых стекол допускается содержание Fе2О3 до 0,2 %. 

Каолин в качестве сырьевого материала для введения Аl2O3 в стек
ло применяется в случае, если не хотят одновременно вносить в стекло 
щелочи и двухвалентные металлы. Каолин может часто вызывать пороки процесса варки и пороки стекломассы. Для предотвращения этих пороков необходимо, чтобы каолин был совершенно сухим, 1%-я влажность может вызвать затруднения при перемешивании шихты за счет 
образования комков, которые нельзя разрушить и при весьма продолжительном перемешивании. Эти комки в шихте приводят уже в начальной стадии варки к неоднородному, в отдельных местах повышенному 
содержанию А12О3. В этом случае в стекломассе образуется свиль, а часто в стекле остается и непроварившийся каолин в виде каолиновых 
камней, сопровождаемый в некоторых случаях вторичной кристаллизацией (вплоть до корунда). 

Каолин часто используют в качестве сырья, вносящего А12О3, для 

некоторых боросиликатных стекол. При температуре выше 600 ºС као