材料工藝課程論文

1、浮玻璃工藝研究【摘要】本文主要介紹的是浮法玻璃的生產(chǎn)工藝。浮法玻璃生產(chǎn)系統(tǒng)是在錫液上漂浮連續(xù)成型的較大型玻璃生產(chǎn)系統(tǒng)。一個浮法玻璃廠的主要系統(tǒng)主要分為原料配料系統(tǒng)、熔窯系統(tǒng)、錫槽系統(tǒng)、退火窯系統(tǒng)等?！娟P(guān)鍵詞】 浮法玻璃； 配料 ；融化； 錫槽 ；退火。引言我們知道,浮法玻璃工藝是利用熔融玻璃液連續(xù)流到并漂浮在比重大的金屬錫液面上,玻璃液在高溫一下借助于金屬錫液和玻璃液的表面張力、玻璃液與金屬錫 液的界面張力以及玻璃重力的共同作用,使玻璃液在錫液面上鋪開、攤平,形成 上下表面平整、無波筋以及相互平行的玻璃帶,玻璃帶在錫槽內(nèi)逐漸冷卻降溫 硬化后脫離錫液面,經(jīng)玻璃退火冊斷冊邊切裁,就能得到用浮法工藝

2、生產(chǎn)出的平 板玻璃產(chǎn)品。一般的生產(chǎn)流程分四個系統(tǒng)。分別為配料系統(tǒng)、融化系統(tǒng)、成型切割、退火系統(tǒng)。配料系統(tǒng)退火系統(tǒng)成型切割融化系統(tǒng)一、 配料系統(tǒng)1.1玻璃成分玻璃的成分包括SiO2 、Al2O3 、CaO、MgO 、Na2O和K2O。由于一些原料有其特殊之處，所以在各個工序中都要對其加以克服才能順利而又合理的制作出合乎要求的玻璃。由于SiO2的熔點過高，大約在1710，所以就要加入適量的CaO和K2O來降低熔點，而這兩種原料都相對比較貴，容易提高制作成本，就適量加一些Al2O3，還有其他的一些原料加入，都有其中的用意，每一種原料的加入都是有原因的。1.2玻璃原料主要有：石英砂、石灰石、長石、純堿

3、、硼酸等。輔助原料：著色劑 金屬氧化物。助熔劑：螢石 CaF2 。澄清劑：碳。1.3配料方案按照浮法玻璃生產(chǎn)線的工藝要求，配料現(xiàn)場需要石英砂、長石、石灰石、白云石、純堿、芒硝、碳粉、鐵粉、碎玻璃等九種主要原材料的供應(yīng)倉。原料從砂礦運來工廠首先分產(chǎn)地分批次在均化庫里均化。均化后按照計算配比稱量，由混合機(jī)混合后由投料機(jī)將配料和碎玻璃投入熔窯。二、融化系統(tǒng)中國的浮法玻璃熔窯多以重油為燃料，其次是燃天然氣，在八十年末也建成了燃焦?fàn)t煤氣和全電熔的浮法熔窯。地處中國西南的四川省境內(nèi)，天然氣資源豐富，廣泛用于工業(yè)與民用各個方面。在四川省原來已有燃天然氣的較大規(guī)模的雙線平拉熔窯和九機(jī)引上熔窯。由于燃天然氣的污

4、染小所以本文以燃天然氣的熔窯作介紹，以下簡稱“自貢浮法熔窯”。是由秦皇玻璃工業(yè)研究設(shè)計院設(shè)計的。原料在熔窯內(nèi)熔化，形成玻璃液。熔窯是玻璃工廠的心臟。熔窯熱點區(qū)的最高溫度可達(dá)1600或更高。熔窯的熔化量目前可達(dá)700900t/d，窯齡在68年以上。熔窯從前往后，分別是投料池，熔化部（熔窯的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)包括大碹、碹碴、胸墻、池壁、池底、鋼結(jié)構(gòu)），卡脖、冷卻部。小爐和蓄熱室是熔窯結(jié)構(gòu)的重要組成部分。小爐是使氣體或液體燃料流和助燃空氣流各自以一定合適的速度噴向熔窯空間，邊混合，邊燃燒的裝置。蓄熱室是一種熱回收裝置。另外，煙道和煙囪是熔窯的排氣系統(tǒng)。圖一、浮法玻璃熔窯平面圖1、投料口 2、熔化部 3、小

5、爐 5、流料口 6、蓄熱池配合料在熔窯中熔成玻璃的過程，需要大量的熱量。其燃料主要采用高熱值燃料重油和天然氣。還有發(fā)生爐煤氣。燃燒器的設(shè)計選型及其布置安裝方式，不僅直接影響玻璃的熔化效率，對節(jié)能和操作維修都有直接關(guān)系。利用人工控制和自動控制手段，維持合理的熔化溫度曲線，保證有穩(wěn)定的溫度、穩(wěn)定的窯壓、穩(wěn)定的液面和穩(wěn)定的泡界限是熔化操作的重要任務(wù)。目前，國內(nèi)的浮法熔窯大都采用DCS控制系統(tǒng)（一般都是與錫槽、退火窯等共用一套熱端DC S系統(tǒng)），按照最佳作業(yè)條件對熔化中多因素的變化的全過程實行自動控制和監(jiān)視。其組態(tài)軟件有和力時、貝利、霍尼韋爾等公司的產(chǎn)品。另裝備工業(yè)電視系統(tǒng)，用以觀察窯內(nèi)火焰形狀和變化

6、以及配合料熔化情況。2.1投料口采用單投料池，取投料池的池寬為熔化部池寬的80 。熔化部池寬Bm=9500mm，所以投料池寬為Bt=950080%=7600mm，取投料池長度為Lt=2300mm?？刹捎脙膳_壟式投料機(jī)。 其工作原理如圖二所示。圖二前臉墻采用L型吊墻，吊墻鼻區(qū)端部采用對開式可移動水冷門，以最大限度地減少投料口處的潺火。這樣不但有節(jié)能效果，而且對減少粉塵飛揚改善窯頭環(huán)境有明顯作用。在兩臺投料機(jī)中間沿窯縱向中心線裝有插入窯內(nèi)的導(dǎo)料大水管，以減少偏料造成的對池壁的沖刷。L型吊墻兩側(cè)及頂部結(jié)構(gòu)為前臉翼墻。在兩側(cè)前臉翼墻上各開有觀察孔，從窯頭可以很方便地觀察到窯內(nèi)火焰情況及窯內(nèi)構(gòu)造情況。投

7、料口池壁拐角磚沖刷嚴(yán)重，為延長窯齡在投料口拐角處設(shè)置冷卻水包。2.2 熔化部熔化部是體現(xiàn)熔窯熔化能力的主要部位。自貢浮法熔窯標(biāo)稱熔化能力為330td，要求可述350td。并考慮遠(yuǎn)期還有地大的可能。首先確定池寬，美國TECO公司根據(jù)多年熔窯設(shè)計實踐經(jīng)驗總結(jié)出了確定熔化部池寬的經(jīng)驗公式。將其轉(zhuǎn)化為公制后如公式。、式中：B 所求熔化部池寬(mm)P熔窯日熔化能力。據(jù)此公式可以求出對于330350td的燃油熔窯其熔化部池寬為：88009000mm。燃天然氣熔窯與燃油熔窯相比在同等熔化能力時，燃天然氣熔窯要增加熔化面積7%左右。池長基本不變時，池寬就要增加。本熔窯取熔化部池寬B=9500mm。其次確定池

8、長，在確定熔化部池長尺寸時，主要考慮了以下三點：其一是采用較大的預(yù)熔區(qū)，即較大的1 小爐中心線至前池壁之間的距離，這樣可將1 小爐的燃料分配比適當(dāng)加大，以提高1 小爐處的作業(yè)溫度，充分發(fā)揮L型吊墻的作用，加強(qiáng)配合料的預(yù)熔；其二是在滿足小爐安裝尺寸的前提下盡量減少小爐中心線間的距離，以便使熔化醫(yī)的火焰分布更均勻合理；其三是采用較大的澄清區(qū)長度使玻璃液內(nèi)的氣泡在較高的溫度下最大限度地逸出，密度更加均勻，以獲得更好的玻璃液進(jìn)入冷卻部。自貢浮法熔窯的1 小爐中心線至前池壁的距離La=3500mm，五對小爐，小爐中心線間距Lp=3150mm，5號小爐中心線至后池壁距離Lz=13300mm，熔化部池長 L

9、m=29400mm。圖三、熔化部剖面結(jié)構(gòu)本熔窯的小爐口寬度分別為1號、2號1900mm，3號、4號、5號1800mm。熔化區(qū)火焰覆蓋率為53% ，澄清區(qū)比率為418%。全窯為淺池平底結(jié)構(gòu)，池深Hg=1220mm。2.3卡脖對浮法玻璃熔窯來說，卡脖尺寸與熔窯規(guī)模并不是成比例地變化。一般地說，卡脖的寬度和長度尺寸可在40005000mm 范圍內(nèi)選取。選取時要考慮卡脖處的設(shè)備布置情況，本熔窯取卡脖寬B4400mm，卡脖長L4800mm?？ú遍L度適當(dāng)加長是由于垂直式玻璃液攪拌器平臺要適當(dāng)加大，以便于更換和維修攪拌器。卡脖處裝有對插式沉入玻璃液大水管和垂直式玻璃液攪拌器?？ú表敒榘劢Y(jié)構(gòu)。為使熔化部與冷

10、卻部空間最大限度地分隔開，以減少熔化部溫度、窯壓、氣氛等對冷卻部的影響(特別是換向前后更為突出)，在卡脖處裝有吊掛式分隔擋墻。擋墻底部離池壁頂在冷態(tài)時只有20mm 間隙烤窯后基本貼合。擋墻頂部與卡脖碹頂取平。這樣熔化部與冷卻部之聞只有玻璃液面與擋墻底部之間大約30 40mm的一條縫。從而實現(xiàn)了良好的分隔。這種分隔擋墻既經(jīng)濟(jì)又實用。2.4冷卻部冷卻部池寬一般為卡脖寬度的二倍，如果太寬使冷卻部兩邊拐角容易產(chǎn)生死角，冷卻結(jié)晶，影響玻璃液質(zhì)量；太窄會使玻璃液前進(jìn)流速太快，不利于冷卻。本熔窯取冷卻部池寬Bw=8500mm，池長Lw=1200mm。冷卻部面積比率為0.3m2td。冷卻部前山墻結(jié)構(gòu)形式與熔化

11、部后山墻相同，承重矮碹尺寸也一致。冷卻部后山墻為承重平碹支撐垂直墻結(jié)構(gòu)，冷卻部裝有冷卻風(fēng)微調(diào)和天然氣加熱微調(diào)兩種微調(diào)措旖。2.5小爐小爐結(jié)構(gòu)在總結(jié)國內(nèi)傳統(tǒng)做法和引進(jìn)美國TOLEDO 小爐做法的基礎(chǔ)上做了較大的改進(jìn)。小爐底板傾斜段減短，水平段加長，這樣可以減少許多磚型。小爐碹的水平段和傾斜段交界處不設(shè)斷開縫，此處的一環(huán)小爐碹磚為水平與斜坡組合式。小爐碹磚大小頭尺寸計算方法也做了較大改進(jìn)，使計算出的碹磚小頭尺寸組合后各處磚縫都均勻緊密合攏，既不上張嘴也不下張嘴。小爐伸縮縫設(shè)在小爐尾部接近蓄熱室墻處，伸縮縫尺寸根據(jù)小爐長度自身膨脹量和松大碹拉條時引起小爐的平移量綜合確定。本窯取此膨脹縫尺寸為：Sp=

12、70mm。小爐鋼結(jié)構(gòu)也做了較大改進(jìn)，小爐底板為并排槽鋼與角鋼組合式。這樣制做方便又占用空間小。小爐脖適當(dāng)加長。這樣做近期便于小爐下部空間各種設(shè)葩的安裝和人員操作，遠(yuǎn)期可以為改造時適當(dāng)加寬熔化部池寬留有余地。圖四、小爐結(jié)構(gòu)圖2.6蓄熱池蓄熱室通道采用全連通箱形結(jié)構(gòu)，通道內(nèi)寬Rb=3800mm，通道內(nèi)長Rl=178400mm，爐條碹以下有分隔墻，爐條碹以上全連通。格子磚為堿性耐火材料，格子體總高Gh=8500mm，格孔尺寸dd=165165mm。單側(cè)格子體蓄熱面積Ag=5700m ，爐條碹相對每個小爐為單跨形式，爐條碹中心角a=110，為圓弧形碹，碹磚品種單一，弧形碹的上部用普形磚找平，其上為格子

13、磚。爐條碹以上蓄熱室墻厚Rt=578mm，爐條碹以上蓄熱室外側(cè)墻與低氣孔粘土磚格子體相對應(yīng)部位留有吹掃孔，以便吹掃格子體。全連通式蓄熱室，內(nèi)外側(cè)墻長度達(dá)20m左右，高度15m 以上，這樣又長叉高的墻只是外傭有鋼立柱約束，內(nèi)傭無支撐，再加上墻的內(nèi)外表面溫差很大，很容易向內(nèi)鼓起變形導(dǎo)至破壞。為此，在蓄熱室墻的中上段采用了錨拉結(jié)構(gòu)。錨拉結(jié)構(gòu)為兩種形式并用：一是錨拉鋼板，二是錨拉桿。錨拉鋼板用來保持每兩根立柱之間墻體的平直；錨拉桿用來保持每段墻體與鋼立柱貼在一起，防止蓄熱室墻大面積內(nèi)傾倒塌。蓄熱室內(nèi)外側(cè)墻面部與蓄熱室碹交界處為脫開形式，冷態(tài)時墻頂與碹腳之間留有75mm 間隙。蓄熱室碹的鋼碹碴用牛腿支撐

14、在蓄熱室立柱上。蓄熱室內(nèi)外側(cè)墻在烤窯時要向上膨脹升高，一般可升高5060mm，這樣蓄熱室的墻和碹總是分離互不影響。為保證蓄熱室磚墻與鋼立柱之間始終緊密貼合，采用不松蓄熱室拉條的形式。其做法是：支撐蓄熱室碹的鋼碹碴與立柱之間在水平方向留適當(dāng)間隙，此間隙由水平頂絲控制，烤窯時通過橙頂絲減小此間隙來調(diào)節(jié)蓄熱室碹的膨脹。三、退火系統(tǒng)璃退火的目的是消除玻璃制品中的殘余內(nèi)應(yīng)力和光學(xué)不均勻性，以及穩(wěn)定玻璃內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。內(nèi)應(yīng)力，是由不均勻的冷卻條件所產(chǎn)生的。將玻璃置于退火溫度下，進(jìn)行熱處理和采取適宜的冷卻制度，這種內(nèi)應(yīng)力可以減少或消除。玻璃的成形過程中經(jīng)受了劇烈的溫度變化和形狀變化，這種變化在玻璃中留下了熱應(yīng)力

15、。這種熱應(yīng)力會降低玻璃制品的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。如果直接冷卻，很可能在冷卻過程中或以后的存放、運輸和使用過程中自行破裂（俗稱玻璃的冷爆）。為了消除冷爆現(xiàn)象，玻璃制品在成形后必須進(jìn)行退火。退火就是在某一溫度范圍內(nèi)保溫或緩慢降溫一段時間以消除或減少玻璃中熱應(yīng)力到允許值。玻璃退火過程如下：1.加熱階段：玻璃表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，速度可以較快。如果玻璃制品厚度的一半為acm，則加熱速度為20/a230/a2/min，如果是光學(xué)玻璃則應(yīng)5/a2 。2.保溫階段：消除應(yīng)力的關(guān)鍵階段，一般把比退火上限溫度低2030作為退火溫度。保溫時間可按70a2120a2進(jìn)行計算，或者按應(yīng)力容許值n進(jìn)行計算，計算公式如公式如下所示

16、：3.慢冷階段：慢冷的目的在于避免在冷卻過程中因玻璃中溫度梯度過大而重新產(chǎn)生過大的永久應(yīng)力。慢冷的終了溫度應(yīng)低于應(yīng)變點，慢冷速度如公式如下所示：4.快冷階段：因處于應(yīng)變點以下，不產(chǎn)生永久應(yīng)力，只要暫時應(yīng)力不超過機(jī)械強(qiáng)度，冷卻速度可以盡量快。5.最大冷卻速度為： hc=65a2 ，一般技術(shù)玻璃采用該值的1520%，有的玻璃冷卻速度控制為：hc=2a2。四、錫槽及玻璃成型4.1 錫槽簡介錫槽（如圖3.1）是浮法玻璃生產(chǎn)最關(guān)鍵的熱工設(shè)備。它是盛有錫液的矩形或前寬后窄中間收縮的喇叭型槽子。因為錫液在高溫下極易氧化，所以錫槽空間必須充滿防止錫液氧化的保護(hù)氣體（氮氫混合氣），并保持微正壓；同時，必須采取嚴(yán)

17、格的密封措施和不斷補充新鮮的保護(hù)氣體。錫槽不能用普通燃料加熱，而只能用電加熱。錫槽的可調(diào)性是指錫槽的縱向和橫向的溫度調(diào)節(jié)、玻璃液流量、保護(hù)氣體用量及其配比、以及玻璃帶在錫槽中的形狀和尺寸的控制等等。圖五4.2 玻璃成型過程1150左右的玻璃液，通過熔窯與錫槽相連接的流道、流槽，流入熔融的錫液面上，在自身重力、表面張力以及拉引力的作用下，玻璃液攤開成為玻璃帶，在錫槽中完成拋光與拉薄，在錫槽末端的玻璃帶已冷卻到600左右，輥道的拉引把即將硬化的玻璃帶引出錫槽，通過過渡輥臺進(jìn)入退火窯。圖六、浮法玻璃成型過程4.3 浮法成型的特點及機(jī)理玻璃的浮法成型原理是玻璃液從池窯連續(xù)流入并浮在有還原氣氛保護(hù)的錫液上；由于各物相界面張力和應(yīng)力的綜合作用，攤成厚度均勻，上下兩表面平行，平整和火拋光的玻璃帶，經(jīng)冷卻硬化后脫離錫液，再經(jīng)退火，切割而得浮法玻璃。浮法生產(chǎn)的成型過程是在錫槽中進(jìn)行的。高溫（1050）錫液面上的玻璃液，再沒有外力作用下，其所受重力和表面張力達(dá)到平衡時，玻璃帶的厚度有一個固定植，成為平衡厚度，數(shù)值約為67mm。因為玻璃的表面張力隨玻璃液的溫度而變化，所以平衡厚度也隨具體條件的不同有所差異。實際上由于外加縱向拉力，此值略小。欲使玻璃帶厚度薄于或厚于平衡厚度，應(yīng)采取相應(yīng)措施。如生產(chǎn)浮法玻璃時采用機(jī)械拉邊法，即在錫