玻璃原料、熔化及窑炉

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1、一 玻璃的原料简介 1 玻璃主要氧化物组成及其作用 二氧化硅 SO2 玻璃的主要形成氧化物 起骨架的作用 提高玻璃的机械强度 化学稳定性 热稳定性 透明度和粘度 熔化温度高 使玻璃熔化困难并可能引起析晶 硅砂成分及粒度要求 SiO2 主要由硅砂 石英砂 引入 硅砂 硅砂要求不含200目超细粉 原料粒径小 玻璃的熔化速率快 但生产中硅砂却不能有200目超细粉 因为 1 粒径小 颗粒比表面积大 颗粒之间的静电吸附效应较强 造成配合料易结团而不利于熔化 2 颗粒小 玻璃熔融反应速度加快 发泡变得激烈 但产生的大量微小气泡却不易排除 使玻璃液澄清困难 3 细颗粒级物料在窑内受热气流的冲击后飞散 易改变

2、配合料组成 飞料随废气排出时 会堵塞蓄热室格子砖体 4 熔化过程中细粒级先被熔化 粗粒将成为浮渣 结石及波筋残留在窑内或玻璃上 造成玻璃外观缺陷 影响产品质量 5 原料颗粒过细 在输送 配料 熔化过程中产生的粉尘飞扬 影响工人身体健康 同时污染环境 氧化钠 降低玻璃熔化温度 良好的助熔剂 降低玻璃粘度 增加玻璃的流动性 改善玻璃的析晶性能 降低玻璃的机械强度 化学稳定性 热稳定性 在潮湿的环境下易使玻璃发霉 含量不可过高 Na2O主要由纯碱及芒硝引入 纯碱 芒硝 对纯碱 芒硝成分及粒度的要求 重质纯碱 轻质纯碱 密度为500 600kg m3重质纯碱 密度为1000 1200kg m3重碱相比

3、轻碱孔隙少 吸湿性小 导热性好 采用重质碱制成的配合料熔化速度快 重质碱密度大 能减少配合料中纯碱的飞扬 减轻对熔窑耐火材料的侵蚀及对环境的污染 重质碱吸湿性小 故结块和分层的倾向小 提高了组成的稳定性 有助于获得较高均匀度的配合料 玻璃工业一般采用重质纯碱 芒硝含率对玻璃的质量的影响 芒硝含率 芒硝引入的Na2O 芒硝引入的Na2O 纯碱引入的Na2O 100 芒硝含率一般在3 5 芒硝含率过低 玻璃不好熔化 易出现浮渣 夹杂物等缺陷 芒硝含率过高 易使玻璃发霉 易生成芒硝水 造成玻璃中出现芒硝泡 同时加速窑体的侵蚀 碳粉含率对生产的影响 碳粉含率 碳粉含C量 芒硝Na2SO4量 100 碳

4、粉是还原剂 能有效降低芒硝的分解温度 促使Na2SO4在低温下快速分解还原 碳粉的理论含量为4 2 实际生产中由于其它条件的变化 实际用量一般在3 5 之间 碳粉的含量不足 使Na2SO4分解不完全 分解温度升高 对熔化质量产生不良影响 碳粉的含量过高 会使玻璃中的Fe2O3还原而变成棕黄色 影响玻璃的外观质量 氧化钙 氧化镁 CaO 提高玻璃的机械强度 硬度和化学稳定性 高温降低玻璃的粘度利于熔化和澄清 低温增加玻璃的粘度提高硬化速度 但CaO含量过高易使玻璃析晶 使玻璃发脆 降低玻璃的热稳定性 MgO作用与CaO相似 但能克服CaO析晶能力强的特点 加宽作业温度范围 利于玻璃成型 白云石主

5、要引入CaO MgO 石灰石主要引入CaO 白云石 石灰石 石灰石 对白云石 石灰石成分及粒度的要求 氧化铝 Al2O3 能提高玻璃的化学稳定性和机械强度 降低玻璃的析晶倾向和热膨胀系数 改善玻璃的热稳定性 并可减少对耐火材料的侵蚀 但Al2O3所需的熔化温度较高 因此其含量一般较低 Al2O3主要由长石引进 长石 对长石成分及粒度的要求 各种原料的质量控制要求 原料中的化学成分稳定 原料中的粒度分布合理 无杂质 原料中的水分在允许范围内 外包装无污染 破损 原料粒度合理分布的好处 原料粒度组成合理 可使原料化学成份波动降到最低限度 原料粒度组成合理 配合料混合均匀度可达最佳状态 原料粒度组成

6、合理 可提高玻璃熔化率 碎玻璃的作用 及其加入量 碎玻璃可减少原料的使用量 降低原料成本 碎玻璃的熔化温度低于粉料 可以加速玻璃的熔制过程 降低玻璃熔制的热耗 从而降低生产成本 碎玻璃掺入率 碎玻璃用量 生料干基用量 碎玻璃用量 100 一般控制在10 25 要求加入要均匀 块度适中 不掺杂物 玻玻璃的密度对生产的指导意义 SiO2 Al2O3 降低玻璃的密度MgO CaO 增加玻璃的密度Na2O 增加玻璃的密度玻璃的密度与玻璃的各组份有着密切关系 玻璃密度的高 低反映了玻璃成分的变化情况 为配合料的质量检验提供了可靠依据 通过玻璃密度的变化 可以对熔化温度的高 低提供参考 如玻璃密度上升 熔

7、化温度可按下限控制 如玻璃密度下降 熔化温度可按上限控制 浮法玻璃成分 就浮法玻璃而言 对成分的要求可以概括如下 高钙 中镁 低铝 微铁 少碱 2 玻璃的配合料制备 配合料制备工艺流程 配合料的外观质量判断 水分检查 看配合料的干 湿度 有无料蛋 质量的检查 是否有砖头 铁块或其他有害杂物 配合料是否均匀 颗粒度是否合乎规定的标准 配合料料进入窑后 看熔化的快慢及配合料料本身的变化情况 配合料的相关质量因素 配合料的质量指标 化学成份 水份 颗粒度 混合均匀度 温度等 配合料成份准确 原料成份稳定 化验结果正确 原料水份准确 称量的精确 配合料的水份一般控制在4 5 温度要求在35 4 以上

8、配合料混合均匀度 含碱均方差 0 3 二 玻璃的燃料简介 1 重油 重油又称燃料油 呈暗黑色液体 主要是以原油加工过程中的常压油 减压渣油 裂化渣油 裂化柴油和催化柴油等为原料调合而成 重油的主要成分及特点 1 重油特点 分子量大 粘度高 2 重油的比重 0 82 0 95g cm3 热值约10 000 11 000kcal kg左右3 成分主要是碳氢化合物 约0 1 4 的硫及微量的无机化合物 4 完全燃烧1KG重油需约13 20Nm3的空气量 需要0 83Nm3雾化气量 2 天然气 1 天然气主要成分为CH4 占约80 98 2 燃点低 着火温度一般在660 680 左右 3 爆炸极限为4

9、 15 较H2 CO等安全 4 燃烧速度慢 火焰长 易发飘 5 密度较空气轻 易集中在窑炉上部 6 与重油相比较 热值较低 7 完全燃烧1Nm3天然气所需实际空气量约9 8 10Nm3 火焰气氛种类 火焰气氛三类 氧化焰 中性焰 还原焰 空气过剩系数 燃料燃烧时空气中参与燃烧反应的氧气量与理论需要量之间的比值 氧化焰 空气过剩系数 1 火焰明亮 中性焰 空气过剩系数 1 火焰较明亮 还原焰 空气过剩系数 1 火焰较浑暗 火焰调节的基本准则 保证火焰五度 温度 长度 角度 刚度 亮度 1 不允许燃烧的火焰与的耐火材料接触 2 火焰的位置要正确 不能过高过低 3 火焰的调节要确保助燃风和燃料能充分

10、混合 4 火焰的长度及覆盖面应调节合适 生产过程中换火 1 生产过程中 通过助燃风一侧的蓄热室 把所蓄热量传递给助燃空气 但是随着时间的推移所传递的热量会越来越少 热效率会下降 2 与此同时 通过废气一侧的蓄热室 不断地积蓄废气所传给的热量 随着时间的推移逐渐使蓄热室格子砖的温度上升 时间一长有可能超出其耐火度 3 因此 每隔一段时间蓄热室需要进行换火 浮法窑换火时间一般采用20分钟 三 玻璃的熔化简介 玻璃的熔制 玻璃熔制 将合格的配合料经过高温加热熔融 形成透明 纯净 均匀并适合于成型玻璃液的过程 玻璃的熔制包括一系列物理化学的现象和反应 这些现象和反应的结果 使各种配合料变成了复杂的熔融

11、物即玻璃液 玻璃的熔制过程大致可分为五个阶段 硅酸盐的形成 玻璃液的形成 玻璃液的澄清 玻璃液的均化 玻璃液的冷却 玻璃的熔制过程 1 硅酸盐的形成阶段 在这个阶段中 配合料中各组份由于加热 会发生排除水份 盐类分解 多晶转变 生成复盐 生成硅酸盐 生成抵共熔混合物和熔化等变化 在这阶段结束后 配合料变成了由硅酸盐和游离二氧化硅组成的半熔融不透明蜂窝状的烧结物 这一阶段在800 900 结束 2 玻璃液的形成阶段 此阶段温度继续升高 硅酸盐和石英颗粒被完全熔融 到这一阶段结束时 应该没有了未起反应的配合料颗粒 成为含有大量可见气泡的 在温度和化学成份上不均匀的半透明玻璃液 这就是玻璃形成的阶段

12、 玻璃液形成阶段的速度 玻璃形成阶段的速度实际上取决于石英砂粒的熔解速度 石英砂粒的熔解过程分为两步 首先在砂粒表面发生熔解 而后熔解的SiO2自砂粒表面的熔融层向外扩散 从上述讨论可以看出 影响石英砂熔解速度的主要因素是熔制温度 玻璃成分和砂粒的大小 3 玻璃液的澄清 玻璃液形成阶段结束时 整个熔融体包含有许多气泡 其中直径小于0 3毫米的叫小气泡 继续加温 降低粘度 从玻璃液中除去可见的气体夹杂物的过程 称为玻璃液的澄清 它是玻璃熔制过程中的重要阶段 澄清机理 1 玻璃液中气泡的来源 2 玻璃液中气体的存在形式 3 澄清过程 4 加速澄清的措施 1 玻璃液中气体的来源 配合料中的水份蒸发形

13、成的气体 原料颗粒中夹杂的空气 原料熔解过程中产生的气体 主要是盐类分解 耐火材料中夹杂的气体 2 玻璃液中气体的存在形式 封闭在可见气泡中的气体 它含有多种气体 每个气泡中所含气体的种类及数量也不尽相同 溶解于玻璃液中的不可见气体 与玻璃组份形成化学结合的不可见气体 吸附在玻璃表面的气体 3 澄清过程 澄清过程就是使气泡中的气体与玻璃液中物理溶解和化学结合的气体之间建立平衡 使可见气泡逸出玻璃液的表面而排出以及小气泡在冷却过程中被溶解吸收乃至消失 澄清温度 玻璃液中可见气泡溶解于玻璃液内而消失 主要发生在降温的过程里 一般气体在玻璃液中的溶解度随温度降低而增大 气泡直径越大 玻璃液粘度越小

14、则气泡上升速度越快 实际生产中要设法提高澄清温度 以降低玻璃液粘度 促使气泡快速排除 一般控制粘度接近102泊的温度作为澄清温度 4 提高澄清的措施 提高澄清温度 加入澄清剂 慢速降温有利于气泡溶解于玻璃液中 澄清剂 芒硝是玻璃生产中最常用的一种澄清剂 它的分解温度很高 超过1200 在澄清阶段充分发挥澄清作用 Na2SO4 Na2O SO2 O2 4 玻璃液的均化 均化的过程就是使整个玻璃液长时间处于高温下 由于扩散和对流作用 使玻璃的化学组成和温度均匀一致 消除夹杂的不均体 玻璃液均化的动力 玻璃中分子扩散运动作用 玻璃液对流作用 玻璃液中气泡上升而起的搅拌作用 提高玻璃液均化措施 提高熔

15、制温度延长熔制时间进行机械搅拌利用鼓泡翻腾 采取均化措施目的是增加玻璃液对流 加强扩散作用 使玻璃液均匀良好 5 玻璃液的冷却 玻璃液的冷却是熔制过程的最后阶段 其目的是为了将玻璃液的粘度提高到成型所需的范围 玻璃液的冷却必须均匀 不能破坏均化的成果 玻璃液的冷却方式 一般采取自然冷却 主要依靠玻璃液面以及池壁池底向外均匀的热辐射来进行冷却 稀释风冷却方式 浮法玻璃生产由于熔化量大单靠自然冷却方式冷却速度太慢 可以使用稀释风冷却方式冷却 但风不能直接吹玻璃液面 空间水包冷却方式 总结 1 硅酸盐形成阶段 配合料中各种原料在高温下相互反应 生成烧结状态的硅酸盐及其熔融物 其中含有大量石英砂粒 气

16、泡和条纹 2 玻璃形成阶段 熔融物中石英砂粒完全熔解 形成透明的玻璃液 但含有气泡和条纹 3 澄清阶段 气泡逸出液面或溶解于玻璃液中 但还有条纹 温度也不均匀 4 均化阶段 通过玻璃液的扩散 对流和搅拌作用 消除了条纹和热不均匀性 但此时玻璃液粘度太小 尚不适合成型要求 5 冷却阶段高温玻璃液经过合理的冷却 达到成型所要求的粘度 玻璃熔化操作 玻璃熔化操作四小稳 温度稳压力稳液面稳料堆 泡界线稳 生产概念 1 料堆 窑内漂浮在玻璃上面的未熔化的生料 2 泡界线 窑内热点附近泡沫区边缘与熔化好的玻璃液之间整齐 明晰的分界线 3 热点 熔化温度曲线上的最高温度点 重要的熔化工艺指标 1 窑压 要求微正压 2 温度 主要控制投料口 热点 澄清部 冷却部和流道温度 3 投料速度4 料堆和泡界线位置 根据玻璃品种 颜色 配合料组成 熔化量等决定5 液面高度 液面高度由液面自控系统控制 控制精度可达到 0 1mm 液面位置一经设定 不得随意调整 影响泡界线的主要因素 能造成泡界线位置 形状发生变化的因素较多 最主要的因素如下 1 熔化温度变化 燃料热值变化 燃料量的变化 风火配比变化等 2 拉引量