玻璃工艺流程设计.docx
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玻璃工艺流程设计
玻璃工艺流程设计
2.1配合料的质量要求
保证配合料的质量，是加速玻璃熔制和提高玻璃质量，防止产生缺陷的基本措施，对于配合料的主要要求如下：
1、具有正确性和稳定性
配合料必须能保证熔制成的玻璃成分正确和稳定。
为此必须使原料的化学成分、水分、颗粒度等达到要求并保持稳定。
并且要正确计算配方，根据原料成分和水分的变化，随时对配方进行调整。
同时要经常校正料称，务求称量准确。
2、合理的颗粒级配
构成配合料的的各种原料均有一定的颗粒度，它直接影响配合料的均匀度、配合料的熔制速度、玻璃液的均化质量。
通过实验室分层试验，得出不同粒度（粒径比）对分层程度的影响（见图2-1）。
图2-1表明，纯碱和硅砂两种物料混合物的平均粒径比为0.8时，可获得混合物最小程度的分层。
当纯碱和硅砂两种物料混合物的平均粒径比大于或小于0.8时，标准偏差随之增大，粒径比偏离0.8越远，分层越严重。
图2-1不同粒度（粒径比）对分层程度的影响
在整个熔制过程中，影响硅酸盐形成速度和玻璃形成速度的主要因素之一是原料的颗粒度，而是玻璃形成速度主要取决于石英砂粒的熔化与扩散。
从热力学、动力学的观点看：
当反应物的颗粒度减少时，该反应物的等温等压位也增加即该物质的饱和蒸汽压、溶解度、化学反应活度也增加，并且反应物的面积增大，因此小颗粒的原料比大颗粒的原料更容易加速硅酸盐和玻璃的形成、玻璃均化速度也提高。
当然过细原料的引入，也会造成杂质含量增加、澄清难度加大的不利影响。
3、具有一定的水分
用一定量的水，或含有湿润剂（减少水的表面张力的物质如食盐）的水，湿润石英原料（硅砂、砂岩、石英岩），使水在石英原料颗粒的表面上，形成水膜。
这层水膜，可以溶解纯碱和芒硝达5%，有助于加速熔化。
同时，原料的颗粒表面湿润后粘附性增加，配合料易于混合均匀，不易分层。
加水湿润，还可以减少混合和输送配合料以及往炉中加料时的分层与粉料飞扬，有利于工人的键康，并能减少熔制的飞料损失（减少5%）。
4、具有一定气体率
为了使玻璃液易于澄清和均化，配合料中必须含有一部分能受热分解放出气体的原料，如碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、硼酸盐、氢氧化铝等。
配合料逸出的气体量与配合料重量之比，称为气体率。
气体率（%）=
×100
对钠-钙硅酸盐玻璃来说，其气体率为15%～20%。
气体率过高会引起玻璃起泡，过低则又使玻璃“发滞”，不易澄清。
硼硅酸盐玻璃的气体率一般为9%～15%。
5、必须混合均匀
配合料在化学物理性质上，必须均匀一致。
如果混合不均匀，则纯碱等易熔物较多之处熔化速度快，难熔物较多之处，熔化就比较困难，甚至会残留未熔化的石英颗粒使熔化时间延长。
这样就破坏了玻璃的均匀性，并易产生结石、条纹、气泡等缺陷，而且易熔物较多之处与池壁或坩埚壁接触时，易侵蚀耐火材料，也造成玻璃不均匀。
因此必须保证配合料充分均匀混合。
6、一定的配合料的氧化还原态势（Redox数）
以前对玻璃熔制过程中氧化还原态势的控制，经常只注意到窑炉内燃烧气氛的氧化还原性，而忽略了窑炉中配合料的氧化态势，但后者常常会起到很重要的作用。
因此有必要对氧化还原态势同时进行控制。
这种控制称为Redox（reducing&oxidizingpotential）数控制。
2.2配合料制备的工艺流程
玻璃配合料是将原料进行破碎、粉碎、筛分，而后进行称量、混合后制成的。
1、原料加工处理工艺流程
原料加工处理工艺流程采用多系统流程。
多系统流程是每种原料各有一套破碎、粉碎、过筛的系统。
这种流程适用于大、中型玻璃工厂。
多系统原料加工处理工艺流程如下：
砂岩硅砂菱镁石白云石萤石纯碱芒硝煤粉碎玻璃
↓↓↓↓↓↓↓↓↓
煅烧选矿粗碎粗碎水洗拆包拆包筛分洗涤
↓↓↓↓↓↓↓∣↓
水冷干燥粉碎粉碎粗碎粉碎粉碎∣破碎
↓↓↓↓↓↓↓∣∣
粗碎筛分筛分筛分粉碎筛分筛分∣∣
↓∣∣∣∣↓∣∣∣
粉碎∣∣∣∣筛分∣∣∣
↓∣∣∣∣∣∣∣∣
筛分∣∣∣∣∣∣∣∣
↓↓↓↓↓↓↓↓↓
粉库粉库粉库粉库粉库粉库粉库粉库粉库
↓∣∣∣∣↓∣∣∣
↓↓↓
称量称量称量
∣↓∣
∣混合∣
↓↓↓
水→混合←————————————————————
↓
输送
↓
窑头料仓
↓
投料机
图2-2玻璃配合料制备的工艺流程
2、原料的干燥
湿的白垩、石灰石、白云石，精选的石英砂和湿轮碾粉碎的砂岩或石英岩、长石，为了便于过筛入粉料仓储存和进行干法配料，必须将它们加以干燥。
用湿轮碾粉碎的砂岩和长石，脱水后大约含水分为15%～20%左右，干燥后其水分为0.2%以下。
可采用离心脱水，蒸汽加热，回转干燥筒、热风炉干燥等进行干燥。
芒硝的水分超过18%～19%时会结块和粘附在粉碎机械与筛网上，所以也应进行干燥，芒硝的干燥方法有三种：
（1）在高温下（650～700℃）采用回转干燥筒进行干燥。
（2）在较低温度下（300～400℃）采用隧道式干燥器或热风炉干燥器进行干燥。
（3）混入8%～10%的纯碱，吸收芒硝中的水分，使之便于粉碎和过筛。
3、原料的破碎和粉碎
1、原料的破碎与粉碎
原料的破碎与粉碎，主要根据料块的大小，原料的硬度和需要粉碎的程度等来选择加工处理方法与相应的机械设备。
砂岩或石英岩是玻璃原料中硬度高、用量大的一种原料，为了减小粗碎时它们对于机械设备的磨损，降低机械铁的引入，在砂岩粗碎之前将它预先在1000℃温度以上进行煅烧。
这是由于砂岩或石英岩的主要矿物组成是石英，而石英有多种变体，随着温度的变化会发生晶形转变。
在晶形转变时伴随着体积的突然变化，因此在砂岩或石英岩的内部产生许多裂纹，提高了破碎率，减少了机械磨损。
在煅烧砂岩中主要的晶形转变为（标出了转变温度和体积变化）：
β石英
α石英
α石英
α方石英
β方石英
α方石英
α鳞石英
β鳞石英
γ鳞石英
煅烧后的砂岩（或石英岩），用鄂式破碎机与反击式破碎机。
煅烧的砂岩（或石英砂）虽然便于粉碎加工，但是要耗用燃料，生产费用增加，工艺流程多，工艺布置不紧凑。
而且小块的砂岩不好锻烧，矿石不能充分利用。
同时砂岩煅烧后质地分散，在运输过程申易于剥落颗粒，硅尘量增加，对人健康不利。
因此，采用鄂式破碎机与对辊破碎机或反击式破碎机，或项式破碎机与湿轮碾配合，直接粉碎砂岩或石英岩。
石灰石、白云石、长石、萤石用鄂式破碎机进行破碎，然后用锤式破碎机进行粉碎。
长石和萤石也可用湿轮碾粉碎的。
萤石因含粘土杂质多，在破碎前，先用水冲洗。
纯碱结块时用笼形碾或锤式破碎机粉碎。
芒硝也用笼形碾或锤式破碎机粉碎。
2、原料的过筛
石英砂和各种原料粉碎后，必须经过过筛，将杂质和大颗粒部分分离，便其具有一定的颗粒组成以保证配合料均匀混合和避免分层。
不同原料要求的颗粒不同，过筛时所采用的筛网也不相同。
过筛只能控制原料粒度的上限，对于小颗粒部分则不能分离出来。
原料的颗粒大小是根据原料的比重，原料在配合料中的数量以及给定的熔化温度等来考虑的。
一般如下：
硅砂，通常只通过36～49孔/㎝2的筛。
因为在选用硅砂时，对其颗粒组成已进行分析，到厂后过筛的目的并不是对其颗粒进行控制，而是为了除去杂草、石块、泥块等外来杂质。
砂岩、石英岩、长石，通过81孔/㎝2筛。
纯碱、芒硝、石灰石、白云石通过64孔/㎝2筛。
玻璃工厂常用的过筛设备，有六角筛（旋转筛），振动筛和摇动筛。
也可使用风力离心器进行颗粒分级的。
4、原料的除铁
为了保证玻璃的含铁量符合规定要求，对于原料的除铁处理是十分必要的。
除铁的方法很多，一般分为物理除铁法和化学除铁法:
物理除铁法包括筛分、淘洗、水力分离、超声波浮选和磁选等。
筛分、淘洗和水力分离与超声波除铁，主要除去石英砂中含铁较多的粘土杂质、含铁的重矿物以及原料的表面含铁层。
浮选法是利用矿物颗粒表面湿润性的不同，在浮选剂作用下，通入空气，使空气与浮选剂所形成的泡沫吸附在有害杂质的表面，从而将有害杂质漂浮分离除去。
磁选法是利用磁性，把各种原料中含铁矿物和机械铁除去，由于含铁矿物如菱铁矿、磁铁矿、赤铁矿、氢氧化铁和机械铁等都具有大小不同的磁性，选用不同强度的磁场，就可将它们吸引除去。
一般采用滚轮磁选机（装在皮带运输机的末端），悬挂式电磁铁（装在皮带运输机上面）、振动磁选机（粉料经磁铁落下）等。
它们的磁场强度为4000高斯至20000高斯。
化学除铁法，分湿法和干法两种，主要用于除去石英原料中的铁化合物。
湿法一般用盐酸和硫酸的溶液或草酸溶液浸洗。
有人认为用氢氟酸与次亚硝酸钠溶液浸洗，效果更好一些。
干法则在700℃以上的高温下，通入氯化氢气体，使原料中的铁变为三氯化铁（FeCl3）而挥发除去。
2.4配合料的输送
1、粉状原料的输送与料仓分层（离析）
通常加工粉碎过筛后的粉状原料，输送入料仓，供制备配合料使用。
布置紧凑的车间，可以尽量利用原料本身的重量由溜管将过筛后的粉料直接送入料仓。
不能利用溜管的，用皮带运输机，斗式提升机等机械运输设备以及气力输送设备进行输送入仓。
料仓用钢板或钢筋混凝土制成。
各种粉状原料多采用圆筒状料仓，亦有采用四角柱状的。
对于原料的水分要特别注意，以防止原料在仓中结块和冬季冻结。
对于纯碱、芒硝等易于吸收大气中水分的原料，也要防止它们吸水。
硼酸在较高温度下会失去结晶水甚至失去B2O3。
因之热蒸汽管道，不宜接近硼酸料仓。
中心加料和中心卸料的粉料仓，会发生颗粒分层（离析）现象，如图2-3所示。
当加料时，原料在加料口自由下落，细颗粒部分很快地穿过粗颗粒空隙下落，并集中在料堆顶部，形成一个以细颗粒为中心的锥体，而大颗粒部分，由于粒度大，具有较高的能量，将围绕细颗粒位于锥形体外面，靠近仓壁。
当卸料时中心细颗粒部分先行放出。
直至在仓内形成凹形倒锥体时，粗颗粒部分才开始放出。
这样，在料仓放料的前一阶段，放出的料是小于平均粒度的细颗粒部分，而在后一阶段则是大于平均粒度的粗颗粒部分，结果使加入混料机中的各种原料，颗粒不匹配。
在混合后发生分层，从而影响熔炉的操作或玻璃的熔制质量。
图2-3料仓原料颗粒分层情况
如果原料粗细颗粒间杂质的含量不等，则料仓分层将会影响到玻璃的化学组成，使它发生偏离。
原料的颗粒形状，表面性质，对料仓分层都有一定影响，但最主要的因素是原料的颗粒度差别，其次是原料的比重差别。
由于粉状原料的颗粒度和比重都具有一定的范围，存在着一定的差别，因而料仓分层实际上是不可避免的，只有小心地使它减少。
采用多个加料口和卸料口，可以减少原料细颗粒部分在料仓的中心形成锥体，也就是减少了料仓的分层程度。
此外，采用隔板，或采用便于卸料的其他加料设备（如回转加料器，中央管孔加料器等），也可以减少料仓的分层。
每隔1小时在各种原料的粉料仓下和混合的配合料中取出一定重量（通常为100g）的粉料和配合料，用单一筛号（譬如30孔/㎝2，或40孔/㎝2的筛）进行筛分析（配合料需先用20孔/㎝2的筛筛去碎玻璃）可以求出各个料仓分层和配合料分层的特性曲线，从而考虑它们之间的共同关系，研究减少分层的办法。
2、配料料仓的布置
配料料仓的布置选择排仓（排式料仓）形式。
排仓是将各种料仓及下部称量系统之轴线设在一个平面上（见图2-4）。
图2-4排仓布置
各种粉料可以分别采用皮带机、提升机、正（负）压空气输送机、脉冲输送机等送到料仓，料仓口设置振动给料机，也可采用设置可调式电机振动给料机、螺旋输送机卸料。
排仓基本上是每个料仓都设置一独立的称量系统和输送系统，生产能力较大，维修方便，即使个别系统发生故障一时无法修复正常，还可以利用旁路系统来保证整个配料工序的继续运转。
缺点是占地面积多，投资高，设备利用率不足，解决集中治理粉尘有困难。
碎玻璃可按容积或称量后均匀撒到输送配合料的皮带表面上。
2.5玻璃制备工艺流图
砂岩硅砂菱镁石白云石萤石纯碱芒硝煤粉碎玻璃
↓
称量、混合
↓
输送←————————∣
↓∣
窑头料仓∣
↓∣
投料机∣
↓∣
燃料→横火焰熔窑熔化电磁振动给料机
↓↑
流液道闸阀电子秤
↓↑
氢气站→锡槽成型窑头碎玻璃仓
↓↑
过渡辊台提升机
↓↑
退火窑电磁振动给料机
↓↑
玻璃应力仪冷端碎玻璃仓
↓↑
横切、纵切碎玻璃皮带机
↓↑
掰边机→玻璃边搅碎机——∣
↓∣
落板装置→锤式破碎机———∣
↓
装箱
↓
叉车入库
图2-5玻璃制备工艺流程图
2.6配合料的称量
对于配合料称量的要求是：
既快速又准确。
如果称量错误就会使配合料或玻璃液报废。
对称量的精确度要求，一般为1/500（精确称量时，要求为1/1000）。
称量时最好一人过称一人复称，以免发生差错。
多采用自动称，其称量方法，采用分别称量。
分别称置法就是在每个粉料仓下面，各设一称，原料称量后分别卸到皮带输送机上送入混合机中迸行混合。
这种称量法，适用于排式料仓。
对于每种粉料，由于原料用量不同，可以选定适当称量范围的秤，称量误差较小。
但设备投资多。
目前多采用电磁振动给料器往自动秤的料斗内加料，或卸料，由自动控制系统迸行控制。
在加料时，有快档及慢档两档速度。
当接近达到规定重量时，用慢档慢慢给料以减小给料误差。
电动秤采用电子式。
机电式是在杠杆秤的基础上用电子仪表迸行数字显示和自动控制，一般体积大，杠杆系统复杂，维修麻烦。
电子式自动秤则克服了机电式自动秤的上述缺点，它结构简单，体积小，重量轻，安装使用方便，测量可靠，适于远距离控制。
它的称量元件是传感器。
当称量时，传感器受重力作用，使机械量转换为电量，经过放大、平衡，显示出数字，同时通过比较器与定值点的给定信号比较，进行自动控制。
通常，称量误差往往是称量设备没有调节好而造成的，因此应当对称量设备，定期地用标准砝码进行校正，并经常维修，保持正常。
2.7配合料的混合
配合料混合的均匀度不仅与混合设备的结构和性能有关，而且与原料的物理性质，如比重，平均颗粒组成，表面性质，静电荷，休止角等有关。
在工艺上，与配合料的加料量，原料的加料顺序，加水量及加水方式，混合时间以及是否加入碎玻璃等都有很大关系。
配合料的加料量与混合设备的容积有关，一般为设备容积的30%～50%。
加料顺序，不尽相同，但均是先加石英原料。
在加入石英原料的同时，用定量喷水器，喷水湿润，然后或按长石，石灰石，白云石，纯碱和澄清剂，脱色剂等顺序，或按纯碱长石，石灰石，小原料的顺序进行加料。
后一顺序，可使石英原料表面溶解一部分纯碱对熔制更为有利。
碎玻璃对配合料的混合均匀度有不良影响。
一般在配合料混合终了将近卸料时再行加入。
配合料的混合时间，根据混合设备的不同，为2～8min，盘式混合机混合时间较短，而转动式混合机混合时间较长。
2.8配合料的输送与贮存
配合料的输送与贮存，既要保证生产的连续性和均衡性，也要考虑避免分层结块和飞料。
为了避免或减少配合料在输送过程中的分层和飞料现象，配料车间，应尽量靠近熔制车间，以减少配合料的输送距离，同时要尽量减小配合料从混合机中卸料与向窑头料仓卸料的落差。
在输送过程申，注意避免震动和选用适当的输送设备。
输送配合料的设备采用单元料罐多用单轨电葫芦作垂直和水平输送，不但运行平稳，而且还可以作为贮放原料的容器，分层少。
单元料罐，多为圆形（也有方形的），其容积与所用混合机相同。
单元料罐的底部有一个可以启闭的卸料门，由中心铁杆的上下移动加以控制。
当卸料时，将铁杆下降，卸料门即行打开。
单元料罐在卸料时也会引起分层和飞料现象，因此卸料的落差要尽量减小。
单元料罐有时用电瓶车结合电葫芦进行运输。
对于电瓶车道路，也要注意平稳，以减少料罐在车上发生震动。
配合料的贮存，以保证熔炉的连续生产为前提，贮存时间不宜过长，以免配合料中的水分减少，配合料产生分层、飞料和结块现象，一般不超过8h。
配合料的贮存设备可以采用窑头料仓和单元料罐和料箱等。
2.9成型过程工艺控制
1、熔化典型的熔窑为有六个蓄热室的横火焰熔窑，大约有25米宽62米的，每天的生产能力为500吨。
熔窑的主要部分是熔化池/澄清池,工作池,蓄热室和,和小炉，如图2-6所示，由特种耐火材料建成，外框有钢结构。
配合料由加料机送到熔窑的熔化池中，熔化池靠天然气喷枪加热到1650度。
熔融的玻璃从熔化池经澄清池流到卡脖区域，搅拌均匀。
然后流入工作部，慢慢冷却降至大约1100度，使其在达锡槽之前达到正确的黏度。
图2-6:
典型的熔窑截面图
2成形和镀膜将澄清好的玻璃液成型成玻璃板的过程是一个按材料的自然倾向机械操纵的过程，这种材料的自然厚度为6.88毫米厚。
玻璃液从熔窑通过流道区域涌出，由一个叫做闸板的可调节门控制其流量，闸板深进玻璃液±0.15毫米左右。
它浮在熔融的锡液之上-因此叫做浮法玻璃。
玻璃和锡互相不起反应，而且可以分离开；它们在分子形式上相互抵制的特性使玻璃极其光滑。
锡槽是一个密封在受控的氮和氢气氛的单元。
它包括支撑钢，顶罩壳和底壳，耐火材料，锡和加热元件，还原气氛，温度传感器，计算机工艺控制系统，大约8米宽，60米长，生产线速度可达25米/每分钟。
锡槽载有近200吨纯锡，平均温度为800℃。
当玻璃在锡槽入口的末端形成一个薄层，称为玻璃板，两边各一系列的可调拉边机进行操作。
操作人员用控制程序设定退火窑和拉边机的速度。
玻璃板的厚度可在0.55到25毫米之间。
上部分区加热原件用来控制玻璃温度。
随着玻璃板连续不断地流经锡槽，玻璃板的温度会逐渐下降，使玻璃变的平坦平行。
这时玻璃已准备冷却。
图2-7:
锡槽横截面
图2-8:
玻璃在熔融锡液上摊成薄层，与锡液保持分离，成型成板状。
靠吊挂的加热元件提供热，靠拉边机的速度和角度控制玻璃的宽度和厚度。
3退火当成型的玻璃离开锡槽时玻璃的温度为600度。
如果玻璃板放在大气中冷却，玻璃表面会比玻璃内部冷却的快，这样就会造成表面严重压缩，使玻璃板产生有害的内应力玻璃在成型前后的受热过程也是内应力形成的过程。
因此通过控制热量使玻璃温度逐渐降到周围环境温度——即退火，是很必要的。
实际上，退火是在一个大约6米宽120米长预先设置好温度梯度的退火窑（见图7）中进行。
退火窑中包括电控加热元件和风机，以保持玻璃板横向温度的分布持续稳定。
退火过程的最终结果是将玻璃小心地冷却到常温而没有带来暂时应力或永久应力
图2-9退火窑截面图
4切割和包装
经退火窑冷却好的玻璃板通过与退火窑驱动系统相连接的辊道输送到切割区域。
玻璃通过在线检测系统以排除任何缺陷，用金刚石切割轮切割，去除玻璃边缘（边料回收为碎玻璃）。
然后切割成客户所需要的尺寸。
玻璃表面撒上粉末介质，使玻璃板可以堆积存放而避免沾在一起或划伤。
然后靠人工或自动机器将无瑕疵玻璃板分成垛进行包装，转移到仓库储存。
图2-10:
玻璃板出了退火窑之后，玻璃板完全成型好，移动到冷却区继续降低温
度。
图2-11:
玻璃通过自动切割机，在长度切割之前按预先设计切割宽度。
计算机自动调节切刀以满足预先设计好不同尺寸的玻璃板的特定尺寸。
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