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1、成都理工大学 硕士学位论文 浮法玻璃退火窑的研究与设计 姓名：罗漪菁 申请学位级别：硕士 专业：测试计量技术及仪器 指导教师：李丽 20090501 摘 要 I 浮法玻璃退火窑的研究与设计浮法玻璃退火窑的研究与设计 作者简介：罗漪菁，女，1984年 7月生，师从成都理工大学李丽教授，2009 年 6 月毕业于成都理工大学测试计量技术及仪器专业，获得工学硕士学位。 摘摘 要要 浮法玻璃及其制品广泛应用于建筑、交通、运输以及各经济部门，其产量和 用途在各种玻璃制品中占有突出的地位。浮法玻璃生产线主要分为熔窑、锡槽、 退火窑及冷端设备。在浮法玻璃生产的三大热工过程中，退火质量的好坏直接影 响玻璃的切
2、裁、运输、深加工以及日常使用的安全性。退火的目的是消除玻璃带 中的残余应力和光学不均匀性，稳定玻璃内部结构，保证玻璃制品的机械强度、 热稳定性以及其它各种性质。 随着浮法玻璃市场竞争的日趋激烈， “多品种、多规格、优质高产”日渐成 为企业提高竞争力的有效手段，越来越多的企业尝试生产超厚或超薄玻璃，但退 火过程中往往会出现玻璃板炸裂、劈边、切割困难等问题，致使总成品率低。退 火窑不能适应玻璃品种变化时的生产，尤其是生产厚玻璃时，退火质量差、炸裂 严重。比如在投产初期生产 10mm、12mm 厚板玻璃时，出现严重的横刀切割质 量问题，横炸、纵炸、掉边现象严重，虽经专家现场指导调试，按照给定的各退
3、火温度曲线进行调整，仍无济于事，造成很大的经济损失。 这些现象与退火窑的设计有紧密的联系，如果退火窑设计不合理，确定的工 艺参数不恰当，温度控制不好，会影响玻璃的退火质量，使玻璃在窑中发生炸裂 或在切割时破裂，严重时甚至几小时几天生产不出成品玻璃，造成严重的经济损 失，尤其是以前老式的退火窑。虽然浮法玻璃生产企业及退火窑设备制造商在如 何提高退火窑技术性能、满足玻璃生产工艺要求方面不断进行探索和研究，但还 欠完善，在实际生产中仍发现一些问题，需要分析研究，加以改进和创新。因此 深入开展这方面的工作具有重要的现实意义。 本文针对退火窑在实际生产中出现的问题，对其产生原因作详细的分析，指 出了原设
4、计存在的不足， 在全面的理论分析和生产实践的基础上对退火窑提出改 造方案。通过对国际两大公司浮法工艺的学习与研究，探索出一套全新合理的退 火工艺，将热风工艺的应力优化控制思路引入到冷风窑型结构中，保证壳体的保 温和密封性能，实现退火温度曲线的最佳控制。 借鉴国内外退火窑的设计经验和先进技术，采用二维工程绘图软件 PICAD 设计一座日生产能力为 140 t/d 的浮法玻璃退火窑。本设计采用热风循环全钢结 成都理工大学硕士学位论文 II 构隧道式退火窑， 由退火段及冷却段两部分组成， 退火段分为 3 个区， 分别为 A、 B、C 区，退火段的传热原理为：辐射热交换。玻璃与冷却风之间的热交换是通
5、过位于玻璃带上方及下方的热交换器来实现。冷却段分为 D 区和 F 区，冷却段 的热工原理为：强制对流热交换。D 区采用热风强制对流热交换，F 区采用冷风 直接强制对流热交换。 本文在设计退火窑时具有以下特点：从工艺和生产的角度去设计退火窑，使 这套设备精良可靠，实现退火窑的各项功能，使玻璃板得到可控制的冷却；采用 多层复合保温材料和严格的填充工艺，保证退火窑壳体的保温和密封性能优良； 根据退火工艺要求，合理配置电加热装置，选用合理的风系统设计，可随时调整 热风循环温度，保证玻璃在重要退火区域内缓慢降温，实现全自动控制。 作为浮法玻璃生产线三大热工设备之一的退火窑， 一方面是消除玻璃永久应 力，
6、另一方面将玻璃板输送至冷端。输送辊道发生故障会直接影响玻璃输送及其 在退火窑内各区的停留时间及温度控制，造成玻璃炸裂、破碎及划伤。退火窑辊 道是由一系列辊子组成的，其性能的优劣，将直接影响浮法玻璃原板的表面光洁 度和平整度，决定了辊道传动的平稳性，最终影响玻璃产品的成品率。辊子的恶 劣工作环境要求辊体材料各项性能的安全系数要相应提高， 选用合适的辊材既可 以提高玻璃质量，又可以适当降低成本。要得到不同辊材在实际生产中的工作情 况，其周期是冗长的。在机械工程中，有限元分析被广泛地应用在结构、振动和 传热问题上。本文把有限元技术应用到浮法玻璃退火窑辊道的研究设计中，它是 提高设计质量、优化产品结构
7、、节省昂贵试验费用的一种有效途径，有很大的现 实意义。本文利用三维设计软件 SolidWorks 建立辊道的实体模型，并运用内嵌 于 SolidWorks 的有限元分析软件 COSMOSXpress 和 COSMOSWorks 考察不同材 料和结构形式的辊子在热力场作用下的工作性能， 为辊道的设计提供有价值的数 据参考，获得修正和优化所需的信息。 本文设计的 140 t/d 浮法玻璃退火窑在投产后运行良好，经实际生产证明， 结构设计合理，温度控制曲线达到了设计要求，玻璃板得到了可控制的冷却。在 生产 2.819 mm 厚度的浮法玻璃中， 日拉引量超过 140 吨， 退火后的玻璃平整光 滑，厚度
8、非常均匀，成品率也达到了 96%以上，真正实现了优质高产。 关键词：浮法玻璃 退火窑 退火工艺 壳体 辊道 Abstract III Study and Design of Float Glass Annealing lehr Introduction of the author: LUO Yijing, female, was born in July, 1984 whose tutor was Professor LIli. She graduated from Chengdu University of Technology in Measuring and Test Technique
9、 multiple layers insulating materials is used for the lehr with strict filling process to ensure the best insulation and sealing for casing of the lehr; according to the requirements of process to assemble the electric heating elements reasonably, reasonable design of air system for the lehr, temper
10、ature of the hot air circulation can be regulated at any time to ensure the ribbon at the important annealing area can be cooled slowly, the lehr can be controlled by automatic. As one of three major thermal equipments of float glass production line, annealing lehr should eliminate the pernament str
11、ess of the glass on one side and transport the glass to cold end on another side. If roll table is out of commission, stay time and temperature control of glass in each zone will be badly affected, causing crack or scratch. Roll table consists of a series of rollers whose quality directly affect the
12、 surface smoothness of the ribbon. The safety factors of properties of rollers should be high Abstract V because of poor working conditions. However, it takes a long time to get the working condition of rollers. In mechanical engineering, FEA (finite element analysis) is widely used in study of stru
13、cture, vibration and heat transmission. In this text, FEA is used in the design of roll table of annealing lehr which is effective way to improve the design, optimize structure and save test cost. The model of roll table is established by 3D Designing Software Solidworks. The working performance of
14、rollers with different materials and structures are analyzed by Finite Element Analysis Software COSMOSWorks, which is embedded in Solidworks, to get data for the design of roll table as well as the necessary information for modification and optimization. 140 t/d annealing lehr runs well after being
15、 put into production. The actual production proves that the structure is designed reasonably, temperature control curve reaches the design requirements, the glass ribbon is cooled under the control. When producing float glass with the thickness of 2.819 mm, daily pulling-rate reach above 140 tons ad
16、n glass is flat and smooth. The rate of finsihed products reach above 96%, realizing high quality and high yield. Keywords: Float glass Annealing lehr Annealing process Casing Roll table 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的人员对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：罗漪菁 09 年 6 月 2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 成都理工大学 有关保留、 使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和 借阅。本人授权 成都理工大学 可以将
