平板玻璃锡槽工段工艺设计.docx

1、平板玻璃锡槽工段工艺设计第一章 绪论自1959年Pilkington兄弟发明了浮法技术以来到现在，世界有三大浮法技术：英国Pilkington浮法技术，美国Pittsburgh浮法技术和中国“洛阳浮法”。自1959年2月，英国Pilkington玻璃兄弟有限公司宣布浮法工艺成功以来，浮法玻璃技术得到迅速推广。截止2003年底，全世界已有36个国家和地区（不包括中国内地）建成了140多条浮法玻璃生产线，总产量达到3亿吨左右，并占到平板玻璃总量的80以上。目前，国外一些大公司掌握了较为先进的玻璃制造技术，可以生产出0.525mm之间各种厚度的浮法玻璃，其玻璃熔窑拉引规模也在1501000t/d之间

2、不等。我国“洛阳浮法”自诞生以来，我国玻璃工业进入了一个快速发展时期。浮法玻璃技术被迅速推广，已有80余条生产线，其日引量一般为300700吨，原板厚度为1.125mm，总生产能力达到2.13亿重箱/年。由于玻璃产量日益扩大，再加上玻璃多元化的发展，玻璃的价格越来越低，质量方面也要求越来越好。我国玻璃厂技术水平不高，产品比较单一，质量普遍不高，在市场上处于不利的位置。因此，我们迫切需要提高自己的技术水平，扩大规模，完善管理制度，向多元化高质量方面发展。本设计主要针对熔窑方面进行深入分析，综合目前国内外的先进技术，对熔窑的结构，熔化制度，采用的设备进行全面的阐述。燃料问题是目前玻璃行业一个关键性

3、的问题，在油价日益上涨的今天，如何有效的利用能源，做好节能工作，是非常重要的。在本设计中，主要通过改善熔窑的结构：1.前期预熔；2.保温措施；3.油充分燃烧；4.热交换，提高能源利用率。 总之，今后玻璃工作者的工作目标应致力于将常规技术和先进技术结合起来，实现浮法玻璃生产的新突破，并且在新产品开发、功能化、环境保护等诸多方面加大技术研究力度，以促进玻璃工业的快速发展。第二章 浮法玻璃设计说明2.1工艺流程图2.2 浮法玻璃化学成分浮法玻璃化学成分是在普通平板玻璃的基础上设计出来的，是由钠钙硅玻璃组成演变而来的。根据Na2O-CaO- SiO2系统相图确定该系统中能够形成玻璃的组成范围：12%1

4、8%Na2O，6%16%CaO，68%82% SiO2,但在使用玻璃组成中该系统的组成范围为:12%15%Na2O,8%12CaO,69%73% SiO2。在这个三元系统玻璃组成中，容易形成两种析晶组成，失透石（Na2OCaOSiO2）和硅灰石（CaOSiO2），在生产实践中当引入MgO和Al2O3时，不仅玻璃的析晶能得到改善，而且热稳定性和化学稳定性均得到改善，因而形成了普通平板玻璃化学组成（见表2-1）。表中Fe2O3为原料杂志所致，并非设计数值，而是限制数值；而SO3主要由澄清剂芒硝引入。表2-1 平板玻璃化学成分化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O SO3

5、普通玻璃 7173 1.52.0 0.2 6.06.5 4.5 15 0.3浮法玻璃71.572.5 1.0 0.1 8.09 4.0 1414.5 0.32.3浮法玻璃生产主要原料主要原料是形成玻璃结构的主体原料，它们决定着玻璃的基本物理、化学性能。这些原料经熔融、反应后即生成硅酸盐构成玻璃液的主体。主要原料有石英砂、白云石、石灰石、长石、纯碱等，这些原料一般是以粉料进厂。硅砂：质量合格硅砂由汽车运输进厂，经桥式起重抓半机抓送到砂库贮存。由起重抓斗机抓送入硅砂中间仓，仓下的电振给料机将硅砂送入电振筛筛分。筛上物装袋运走（极少），筛下硅砂经胶带输送机、提升机送入秤量排库仓使用。天然硅砂也叫石英

6、砂。优质石英砂的主要成分为SiO2（含量在90%以上）。下式为长石分解风化出石英的简单反应式：Na2OAl2O36SiO2Na2CO3+Al2O32SiO22H2O+4SiO2 （长石） （高岭石） （石英）石灰石：主要成分是CaCO3，约占配合料总量的3.7%，主要引入玻璃成分中的CaO。石灰石是自然界分布很普遍的一种沉积岩，密度2.7g/cm3，莫氏硬度为3，主要造岩矿物是方解石。外观多呈灰色、淡黄色和淡红色，其颜色与氧化铁含量有关。当玻璃成分要求氧化铁含量极严格时，可用方解石代替。石灰石粉料生产一般采用干法加工。白云石：主要成分是CaCO3和MgCO3，约占配合料总量的14.8%，它主要

7、引入玻璃成分中的 CaO和MgO 。浮法玻璃配合料中引入的CaO原料主要有白云石、石灰石、方解石和白垩等，由于需要引入MgO，所以又以白云石为主。白云石粉料生产一般为干法加工。白云石矿一般为白色或淡灰色，含铁杂质多时，呈黄色或褐色。浮法玻璃对白云石的要求很严格。纯碱：纯碱为重质纯碱。袋装火车运输进厂。人工装车，翻半车运到纯碱上料仓口。人工拆包倒料。提升机运送到六角筛筛分。筛下纯碱进入纯碱秤量排库仓使用。纯碱是一种化工原料，其主要成分是Na2CO3，引入玻璃中的Na2O。纯碱熔点低，化学性质活泼，是玻璃生产过程中的助熔剂。纯碱分为结晶纯碱（Na2CO310H2O）和煅烧纯碱（Na2CO3），玻璃

8、工业采用煅烧纯碱。煅烧纯碱为白色粉状物，易溶于水，易吸收水分潮解、结块，需要储存于干燥仓库中。纯碱价格在浮法玻璃原料中最高，是影响玻璃成本的主要因素之一。芒硝：袋装火车运输进厂。人工卸货，叉车运入硝库起重机码垛。使用时人工装车，翻斗车送到料仓口人工拆包倒料。提升机送入六角筛筛分，筛上物为结块硝进入笼型碾粉碎再经提升机运送到六角筛筛分，筛下芒硝入芒硝秤量排库仓使用。配合料生产即各种粉秤量混合。称量排库仓的各种粉料经电振给料机定量加入秤量斗，由减量法电子秤精确秤量按顺序放入秤量胶带输送机送入混合机混合，定量加水，加蒸气混合成均匀的配合料，放入配合料胶带输送机往窑头料仓。碎玻璃秤量仓与减量法电子秤设

9、置在配合料胶带输送机上面，当配合料运送中经过其下面时，电振给料机将秤量好的碎玻璃定量准确地辅加在配合料表面上一起进入窑料仓。配合料生产系统全部控制在计算机程序指令中准确运行。表2-2 实际生产中各种原料的控制粒度范围原料名称粒度范围/mm质量百分比/%含水率/%硅砂0.710到收货时硅砂水分50.710.505.00.500.10691.00.1064尾砂0.710到收货时尾砂水分50.710.504.00.500.10678.00.10618.0白云石2.00粉料含水率0.52.00.10691.00.1068.0石灰石2.00粉料含水率0.52.00.10691.00.1068.0纯碱1.

10、182含水率0.70.18752.4辅助原料辅助原料的用量少，主要用于改善玻璃的熔化、澄清和成型性能或使产品具有某些特殊性能，是玻璃获得某些必要的性能和加速熔制过程的原料。根据作用不同，分为澄清剂、着色剂、脱色剂、氧化剂、还原剂、助熔剂等。2.4.1 澄清剂往配合料或玻璃熔体中加入一种高温时本身能汽化或分解放出气体，以促进排除玻璃液中气泡的物质，称为澄清剂。浮法玻璃常用的澄清剂有三氧化锑、硝酸盐、硫酸盐、氟化物、二氧化铈等。2.4.2 着色剂凡能使玻璃着色的物质称为着色剂。着色剂的作用是使玻璃对光线产生选择性吸收，呈现一定的颜色。根据着色剂在玻璃中呈现的状态不同，分为离子着色剂、胶体着色剂和硫

11、硒化物着色剂三类。浮法玻璃常用的离子着色剂，即过渡金属元素和稀土金属元素的化合物。实际生产中，可根据玻璃颜色的需要，添加不同的着色剂。2.4.3 脱色剂高质量的浮法玻璃，具有良好的透明度。对浮法玻璃透明度危害最大的是微量的铁，其次是铬、钒和钛等。这些杂质主要来自玻璃原料中含有铁、铬、钛、钒等化合物和有机物的有害杂质，此外还可以通过耐火材料、燃料和熔制操作工具等途径进入玻璃。因此浮法玻璃的脱色主要是减弱和中和铁的着色作用。脱色的方法主要有化学脱色和物理脱色两种。采用脱色的方法不能从根本上消除着色源，尤其浮法玻璃成型是在弱还原气氛中进行，在熔制过程采用的化学脱色作用，在成型过程中全部消失。因此，浮

12、法玻璃生产主要通过严格控制氧化铁含量来达到生产透明度高的玻璃产品。2.4.4 还原剂目前使用的还原剂主要以碳粉为主，其次还有石油焦。碳粉的主要成分是C，它能降低Na2SO4的分解温度。碳粉的用量尽管很小，但其作用非常重要。还原剂的用量，按理论计算是Na2SO4质量的4.22%，但考虑到还原剂在未与Na2SO4反应前的燃烧损失，以与熔炉气氛的不同性质，根据实际情况进行调整，实际为4%6%，有时甚至6.5%以上。2.4.5 碎玻璃碎玻璃又称孰料，是玻璃生产不可缺少的一种原料，具有特殊的性质，且在原料总用量中占15%30%的比例或更高，碎玻璃加入后可提高熔化率，有助于澄清和均化。配合料的熔融主要是S

13、iO2的熔融，随着碎玻璃用量的增加，配合料的熔融时间相应缩短，熔化速度提高。当碎玻璃加入量合适时，碎玻璃的助熔作用是玻璃熔体粘度降低，缩短澄清和均化时间。当熔制一些不能加入澄清剂，且能在还原条件下熔制的颜色玻璃时，碎玻璃的用量可以适当提高。一般浮法玻璃配合料中碎玻璃加入量为20%左右。碎玻璃的用量以配合料熔成的玻璃量来计算，公式如下：碎玻璃用量（%）=碎玻璃量/碎玻璃量+配合料量（1副）玻璃获得率100%碎玻璃的使用量以自产自用为原则，一般情况下，不得低于18%，生产镜级玻璃，碎玻璃使用量不得低于20%。为保证碎玻璃用量的稳定性，生产厂家应根据生产实际需要，对碎玻璃比例进行调整。第三章 浮法玻

14、璃配料计算3.1玻璃的设计成分本设计玻璃成分见下表表3-1 玻璃的成分（）成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOR2OSO3总计配比72.001.000.108.404.0014.300.201003.2 各种原料的化学成分本设计使用的原料化学成分见下表表2 各原料的化学成分（）原料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2ONa2SO4C硅砂98.750.680.080.060.03尾砂71.8715.320.150.3120.354.122.71白云石0.530.150.1132.56石灰石1.220.080.1455.610.36纯碱57.26芒硝43.6556.31煤粉

15、82.123.3配料的工艺参数与所设数据纯碱灰散率： 1.6 玻璃获得率： 82碎玻璃掺入率： 25 芒硝含率： 3.0碳粉含率： 4.5 计算基础：100kg玻璃液计算精度： 0.0013.4具体计算方法1）纯碱和芒硝用量计算，设芒硝引入量为x kg，根据芒硝含率得 （x0.4365）/14.30=3% 则由芒硝引入的Na2O质量为 纯碱用量： 2）煤粉用量 设煤粉用量为x kg，根据煤粉含率得 （x0.8212）/（0.9830.999）=4.5% x=0.054（kg）注意：设芒硝中Na2SO4含量为z则； 3）硅砂与尾砂用量的计算 设硅砂用量为x kg 尾砂用量为y kg，则 解得 由

16、硅砂和尾砂引入的各氧化物的量见表 3-3 表3-3 由硅砂和尾砂引入的各氧化物的量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O 硅砂 69.541 0.479 0.056 0.042 0.021 尾砂 2.459 0.521 0.005 0.011 0.141 0.093 4）白云石和石灰石用量计算 设白云石为x kg，石灰石用量为y kg，则 解得 由白云石和石灰石引入的各氧化物的量见表3-4 原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 白云石 0.103 0.029 0.021 6.346 3.966 石灰石 0.044 0.003 0.005 2.00

17、1 0.0135）校正纯碱用量和挥散量 设纯碱用量为x kg，挥散量为y kg，尾砂引入的K2O也归入纯碱，则 6）校正硅砂和尾砂用量 设硅砂用量为x kg，尾砂用量为y kg，则 得 7）把上述计算结果汇总成原料用量表 见表3-5-1与3-5-2原料用量百分比%SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOR2OSO3硅砂70.42457.7469.5440.4790.0560.0420.021尾砂3.2132.632.3090.4890.0050.0100.219白云石19.48915.980.1030.0290.0216.3463.966石灰石3.5992.950.0440.0030.0052

18、.0010.013纯碱23.81619.5313.859芒硝0.9830.810.4290.554煤粉0.0540.04合计121.96510072.01.00.0878.3994.014.5070.5548）各原料用量见下表原料含水率(%)损失率(%)湿基(t/d)日进厂量(t/d)年进厂量(t/a)硅砂51319.089322.312117644尾砂0.50.513.87713.9475091白云石0.30.584.14784.57530868石灰石0.50.515.56515.6435710纯碱0.50.5104.736105.26238421芒硝0.50.54.2744.2951568

19、煤粉0.50.50.2110.21277总计541.899546.246199379注（1）年式作日按365天计； （2）日熔化量700t;第四章 玻璃的熔制玻璃的熔制是玻璃制造最重要的过程之一。玻璃的熔制是指加热过程中粉体变成玻璃体，从而能用它来开成玻璃制品。绝大多数的玻璃缺陷是由于玻璃制造过程中的疏忽和缺陷造成的，所以对玻璃的熔制过程应特别注意。玻璃熔制过程是一个很复杂的过程，它有一系例的物理、化学和物理化学的变化。熔窑包括熔化部、澄清部、冷却部和卡脖等几个重要部位，熔窑寿命差的三四年一次冷修，好的可达到八年，有的可到十年。根据所烧燃料的不同，可分重油窑和煤气窑。煤气窑比重油窑结构复杂，侵

20、蚀也更严重，不过燃料价格相对便宜。本设计600吨级浮法熔窑为六对小炉横火焰池窑。以重油为燃料。重油热值40486KJ/公斤油。玻璃耗热量7326KJ/公斤玻璃液。重油耗量96.64吨/天，耗重油量35273.6吨/年。重油加温用蒸气和电加热两种形式。重油燃烧用压缩空气作雾化介质。重油经铁路专线油罐车运输进厂到卸油位。卸油由卸油槽、卸油沟重油流入地下零位油罐。经立式油泵将重油入贮油罐，贮油罐容量为2000立方为重油。共计三座，一座贮油罐卸油；一座贮油贮满后脱水；一座贮油罐脱水后使用。贮油罐贮灌重油后，脱水指标升温脱水。定时将罐内油脱出的水放入油水分离池。罐内脱出的水带有部分重油，加温分离后将油水

21、分离池上部的油送回地下零位油罐集中送往贮油罐。油水分离池油层下的水送入油水汽浮分离器进一步蒸气扰拌升温使水中的油全部优发离浮起送回油水分离池回收入罐使用。将不含油的水排放入废水排出系统。贮油罐内的重油经脱水排水后使重油含水量达到控制指标要求标准。重油经过滤、油泵加热器，厂区送油管路、窑头蒸汽加热器、电加热器，各小炉油耗燃烧熔化玻璃液。回油稳压回油管路设在蒸汽加热器前。回油送加贮油罐。燃油系统的油流量、压力、粘度、温度；雾化介质流量、压力；助燃风窑流量压力；废气量排出压力、温度；燃油火焰换向所有的指标参数经中火控制程序控制执行。4.1 熔化部熔化部是对玻璃原料进行加热，使它发生各种物理化学变化，

22、最后产生玻璃液的部位，由于采用火焰表面加热的熔化方式，熔化部分分为上下两部分，上部称火焰空间，下部称窑池。熔化部包括L吊墙、胸墙、池壁、耳池、大碹、蓄热室和后山墙等。原料由混合料仓卸料，通过毯式喂料机进入熔窑入口。株洲浮法玻璃采用正面投料，加料口设在窑炉纵轴的前端，由冷却水包和上部挡墙组成。投料池是突出于窑池外面和池窑相通的矩形小池。传统的投料口宽是熔窑池宽的85左右，投料池的池壁上平面与池窑的上平面相齐，投料池池壁使用的耐火材料与熔化部池壁材料相同。在实际生产中，投料池受侵蚀和机械磨损共同作用，是池窑中最容易损毁的部位之一。现代浮法熔窑很多已采用与熔化部等宽的加料池，使得料层更薄，并能防止偏

23、料，更避免了因拐角砖损毁带来的热修麻烦。原料进入熔化池后，由横火焰进行加热，火焰从小炉喷出。首先，助燃空气通过蓄热室，助燃空气通过空气蓄热室预热，重油则通过水蒸汽使之雾化，用喷嘴喷出，形成一千多度的火焰。喷出火焰的好坏直接影响融化效率，火焰应该比较宽，不能发飘，也不能太长，太长，容易烧到对面的池壁，使池壁损坏严重。火焰发飘则烧到碹顶，造成危险。一般有七个小炉，1#6#小炉安三个油嘴，7#小炉安两个油嘴。它们一般采用底烧式，油嘴平行，其中心距400500mm，离玻璃液面200mm左右。小炉底安装系统具有适应性好，容易与熔窑结构组合；易于进退，维修问题少，以与与可收缩式系统相比，操作费用低。火焰从

24、熔窑一边喷出，另一边则排出废气，十几分钟换向一次。其中替换是有排烟供气系统控制的。空气蓄热室起蓄热能力的是格子砖，下层是粘土格子砖，中间是镁铬格子砖，上层是纯镁格子砖，由筒子砖搭建而成。当空气从一边进入时进行预热，则烟气从另一端对格子砖加热。L吊墙是熔窑的关键部位，它不但影响熔化质量的好坏，还对投料机的正常投料影响很大，它主要由垂直墙区、吊杆，下鼻区和冷水门组成，冷水门防止火焰烧到投料机，引起原料在投料机上结块。原料进入熔池后，在前胸墙下鼻区进行预热后，进行各种物理化学反应：水分的蒸发，MgCO3、CaCO3的分解与相互反应，再进入小炉区，有：Na2SO4C Na2S2CO2CaCO3SiO2

25、 CaSiO3CO2MgCO3SiO2 MgSiO3CO2CaSiO3MgSiO3 CaSiO3MgSiO3等一系列的化学反应与晶型转化。其中加入了芒硝和C粉，加芒硝作澄清剂，消除玻璃液中的气泡，但温度过高，则可能产生芒硝水，对耐火材料有很严重的侵蚀，所以加入C粉，与降低芒硝的分解温度。在熔窑里，玻璃液的深度为1.2米，玻璃液上表面的温度比下表面的温度高很多，使玻璃形成上下对流，对流过大，不利于玻璃的熔化，也对池壁侵蚀严重。4.2 澄清部澄清部有耳池，玻璃液经熔化后，虽然空间温度下降，但玻璃液温度不断上升，由于粘度的减小，玻璃液中的小气泡上升并排出。耳池是两个熔窑突出来的部位，由于它温度比较低

26、，使玻璃液向耳池横向流动，使玻璃液温度分布均匀，有利于澄清。4.3 冷却部冷却部由侧墙、前山墙和后山墙组成，胸墙上通有吸风管，降低玻璃液的温度，保证玻璃液的温度在流入锡槽时在1100到1000之间。冷却部关键是控制窑压，窑压的波动直接影响了玻璃的厚薄均匀程度。在澄清池的前山墙部位有一道卡脖，卡脖上有一对搅拌机和水包，水包是用来挡渣的。前山墙部位是用来防止熔化部的火焰与气氛进入冷却部。由于当熔化段换火时，产生的窑压变化很大，如果与冷却部直通，造成流道处玻璃液流量不稳，使玻璃液左右摆动，会造成相当大的影响。同时对池壁的冲刷，使耐火材料侵蚀更严重。玻璃液也是影响成型工段的重要因素，玻璃液面针对不同的

27、窑有不同的高度要求，测量玻璃液面的仪器是图象分析玻璃液位计。由于熔窑是高温环境下，所以有一些设备要进行冷却，而另一部分要保温。冷却设备有风冷和水冷，对熔化段的钢结构用冷却水包，如搅拌机、固定钢结构、吊墙。而对玻璃液面处的池壁用风冷。原料熔化形成玻璃液后，在冷却部冷却到1100多度后进入流道，在这个过程中，稀释风机起到了重要的作用，它不但保证了冷却部窑压，还控制了流入流道的玻璃液的温度。4.4 熔窑主要控制指标四小稳：液面稳、温度稳、窑压稳和泡界线稳，如何解决这几个问题，从设计方面的主要措施为：1）选用一台大型斜毯式投料机，该投料机料层薄，投料覆盖面大，有利于配合料的预熔和熔化质量的提高。此外，

28、投料口采用密封装置，可以提高投料池玻璃液的温度并减少两侧的温差，改善配合料的分布，使窑内工况稳定。加快配合料的熔化速度，减少粉尘，并可降低投料池周围的环境温度，从而改善工人的工作环境，提高工作效率。2）以重油为原料，采用底烧式喷枪。1#6#小炉三支喷枪，7#小炉二支喷枪，每对小炉的重油流量采用定值控制，其准确、灵活而可靠的调节功能，为熔窑稳定和合理的温度制度提供了保证。3）烟道采用中央烟道结构形式，即助燃风和废气均采用分支烟道换向，每对小炉的助燃风量与每对小炉的重油流量进行比例调节，以保证每个小炉的燃料有合适的助燃空气，保证完全燃烧。换向期间，助燃风量加大1020，吹扫窑炉。废气采用支烟道换向

29、。每个支烟道设手动调节闸板，以控制废气流量，总烟道设等双翼调节闸板自动控制窑压，窑压调节精度为0.5Pa。冷却部胸墙处设有窑压检测装置，并通过冷却部微调风量的调节与胸墙手动滑门的调整来人工控制冷却部窑压。4.5余热回收部分包括蓄热室、换热器和余热锅炉等。余热可用于加热重油和冬季取暖，也可用于余热发电。第五章 浮法玻璃成型过程与对锡槽的要求5.1浮法玻璃成型工艺过程池窑中熔化好的玻璃液，在1100左右的温度下，沿流道口流入锡槽，由于玻璃的密度只有锡液密度的1/3左右（见表5-1），因而漂浮在锡液面上，并在其流动过程中形成厚度均匀的玻璃原板。玻璃冷却到600620时，被过渡辊台抬起，在输送辊道的牵引力作用下，离开锡槽，进入退火窑退火，制成浮法玻璃。表5-1 玻璃的锡的密度温度/密度/（g/cm3）玻璃锡室温2