浮法玻璃原料车间工艺的初步设计说明.docx
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浮法玻璃原料车间工艺的初步设计说明
理工学院
毕业设计（论文）
题目450t/d浮法玻璃原料车间工艺的初步设计
姓名王鹏
系（部）材料科学与工程
专业复合材料加工与应用
指导教师华
2012年5月
450t/d浮法玻璃原料车间工艺的初步设计
摘要
浮法玻璃是现如今生产平板玻璃的广使用方法，并且原料车间又是浮法玻璃生产过程中的最为主要的环节。
本设计是450t/d浮法玻璃原料车间工艺的初步设计，其主要是对浮法玻璃原料车间的设计方案和工艺流程进行阐述。
原料车间的核心任务就是把质量和粒度都符合要求的粉料经破碎、筛分等工艺流程制备成制定玻璃品种生产过程中所需的配合料，并最终送进窑头进行熔制。
该环节过程中的精准配料和生产过程中的稳定运行决定了所生产玻璃质量的优劣。
因此在浮法玻璃原料车间设计中工艺方案的确定和装备设备的选取尤为重要。
对于原料车间的合理化布局，每一部分的紧密衔接都是保证玻璃质量的关键，本设计中主要叙述了现如今玻璃行业的发展情况和存在的问题，原料成分的选取和配比计算，设备选取和经济效益等部分，最后通过手绘和CAD绘图俩种方式对原料车间的整体布局进行了绘制。
整个设计的容完整，结合了生产过程中的实际情况，对实际生产有一定的指导意义。
关键词：
浮法玻璃；原料；工艺流程；平衡计算
450t/dfloatglassrawmaterialsworkshopprocessthepreliminarydesign
ABSTRACT
Floatglassistheproductionofflatglassisnowawiderangeofuse,andworkshopmaterialsisthemostmajorpartofthefloatglassproductionprocess.Thedesignisaprocessofpreliminarydesignofthe450t/dfloatglassworkshopmaterials,whichismainlydescribedthedesignandprocessoffloatglassworkshopmaterials.Thecoretaskoftheworkshopmaterialstomeettherequirementsofqualityandparticlesizepowderbycrushingandscreeningprocesswaspreparedwiththematerialsneededinthedevelopmentofvarietiesofglassproductionprocess,andultimatelysenttothekilnheadmelting.Thelinkintheprocessofpreciseingredientsandproductionprocessesinthestableoperationofthequalityofglassproducedbytheprosandcons.Therefore,theprocessschemeforthedesignofthefloatglassworkshopmaterialsandequipment,equipmentselectionisparticularlyimportant.Rationalizedwithintheworkshopmaterials,eachpartofcloselyco-ordinatedtoensurethatthekeytoglassquality,nowisnowglasssectorsoftheeconomyandtheproblemsaremainlydescribedthedesign,selectionofingredientsandtheratiocalculation,equipmentselectionandeconomicbenefits,partofthelasthand-paintedandCADdrawingtwowaystheoveralllayoutoftheworkshopmaterialsweredrawn.Thecontentsoftheintegrityoftheentiredesign,combinedwiththeactualsituationintheproductionprocess,someguidanceontheactualproduction.
KEYWORDS:
Floatglass;rawmaterials;process;balancecalculation
目 录
前 言
原料是材料生产的基础，其作用主要是根据产品的结构组成和所应具有的相应性能提供合适的化学成分和加工处理过程。
优质适宜的原料是生产高品质产品的前提和保证。
浮法玻璃的原料相对繁多，由于其成因和产状的不同，从而成分组成和物理化学性质不完全一致。
针对所需原料不同的产地，选取标准和质量控制的不同对玻璃质量和性质造成的影响加以阐述。
因此，掌握原料的成分和组成及其产品性能和生产工艺的相互关系，对于合理地选择原料，节约资源，物尽其用极为重要。
玻璃科学的发展，加深了对玻璃的形成和结构理论、相平衡，特别是玻璃的性质和成分依从关系的认识，从而为玻璃成分的设计提供了重要的理论基础。
但要定量地得到合乎预定要求的玻璃成分，必须对拟定的玻璃成分进行反复的调整，以获得所需性能的玻璃。
由于新技术的发展，人们对玻璃材料的性能提出了各种新的要求，而传统的玻璃形成系统已远远不能满足需要。
由此推动了玻璃心系统的研究，新品种玻璃的不断出现，使用于玻璃成分中的元素几乎包括了周期表中的绝大部分，从而提供了各种具有优异性能的结构材料和功能材料。
由此可见，玻璃成分设计是一个十分复杂的问题。
从长远的观点看，特别是随着玻璃成分、结构、性质间依从关系的不断明确，将逐步根据使用的要求设计所需的适宜成分。
此设计是450t/d浮法玻璃原料车间工艺初步设计，主要是依据浮法玻璃需要的性质和工艺性能从而设计玻璃的原料车间以及原料的组成成分，设计出一个低能耗又环保的方案。
[1]
1.1本设计的指导思想和遵循原则
1.1.1设计指导思想
玻璃行业的发展与国民经济的很多行业都存在着联系，同时玻璃行业对推动整个国民经济的发展都起着非常积极重要的作用。
因此，“十二五”规划中也对玻璃行业的发展提出了具体的要求。
同时，也颁布了各项法律来规玻璃行业的健康发展。
在新的形势下，玻璃行业必须按照科学发展观的要求，转变增长方式，有效的调整产业结构，才能促进玻璃行业的健康发展。
1.1.2遵循的原则
玻璃的科学研究，特别是性质和组成依从关系的研究，为玻璃组成的设计提供了重要的理论基础，在实际设计玻璃原料车间时，应遵循如下原则：
（1）根据成分、性质、结构间的关系，就目前玻璃科学发展水平而言，主要是成分和性质的依从关系，使设计的玻璃能满足预定的性能要求。
（2）根据玻璃形成区域图和相图，使所设计的成分能够形成玻璃，并在一般情况下具有较小的析晶倾向。
（3）根据生产条件使设计的原料车间能够符合当前玻璃行业的经济、技术和发展的实际要求。
（4）所设计的玻璃原料车间应当具有低成本、低能耗和降低污染的要求。
根据设计原则，首先就氧化物系统玻璃成分的设计进行讨论，在设计玻璃成分时，必须根据复发玻璃锁要求的物理、化学性质和工艺性能，选择适宜的氧化物系统，以确定决定玻璃主要性质的氧化物。
在此基础上，再引入一些尽量不使玻璃的原有性质变差，而同时能赋予玻璃其他必要性质的氧化物，拟定出玻璃的设计成分。
其次，就浮法玻璃生产所需的原料，针对原料的产地，选取方法，质量控制要求和检测方法采取相应的工艺措施。
最后，针对材料的来源以及原料车间的合理设置，最大限度的节约能源，节约成本和消耗，提高生产效率，从而生产出高质量的平板玻璃。
[2]
第1章浮法玻璃原料的质量要求
1.1原料的质量要求
原料质量优劣是关系到浮法玻璃生产优质高产的至关重要的问题。
玻璃成品上的缺陷，在很大程度上是由原料和原料制备中的弊病造成的。
当前，玻璃行业清楚认识到这点，原料质量低劣，即使采用了先进的浮法成型工艺，也难以成产出优质玻璃。
为此，制定出玻璃生产使用原料的质量规，对原料提出了各种要求。
1.1.1浮法玻璃对原料化学组成的要求
玻璃的熔制成型的整个生产过程中，化学成分都应处于稳定状态，从这一层意义上来讲，各种原料在同一批料中，其化学组成波动要小，在相邻的俩批料间的化学组成更不能打，否则会影响玻璃的均匀性。
即使玻璃夜的温度相同，也会使玻璃的密度、粘度以及颜色等发生变化。
所以必须对原料中各种氧化物的化学组成的波动提出要求，并加以严格控制。
为生产优质浮法玻璃，对各种原料的化学组成，允许波动围如下要求：
（1）硅砂
硅质原料是玻璃最主要的原料，它引入玻璃中的主要成分是SiO2，SiO2在浮法玻璃成分中所占百分比，通常为71%~73%。
如果硅质原料中含SiO2量低，不言而喻，其杂质含量就高。
因此要求，
SiO2
98.5%±0.1%；
Al2O3≤0.2%±0.04%；
Fe2O3≤0.05%±0.001%；
TiO2≤0.01%；
Cr2O3＜0.0002%；
相邻俩批料之间的成分波动围不得超过上述波动围的40%。
（2）长石
SiO2＜70%±0.1%；
Al2O3＞19%±0.2%；
Fe2O3＜0.2%±0.1%；
Na2O+K2O＜10%±0.5%；
（3）白云石
CaO＞30.5%±0.3%；
MgO＞20%±0.3%；
Al2O3＜0.3%±0.1%；
Fe2O3＜0.1%±0.05%；
（4）石灰石
CaO＞54%±0.3%；
MgO＜0.5%±0.3%；
Al2O3＜0.3%±0.1%；
Fe2O3＜0.1%±0.05%；
（5）纯碱
浮法玻璃应采用重碱，
Na2CO3＞99%；
NaCl＜0.1%；
相对密度为1.1~1.3。
（6）芒硝
应采用无水芒硝，
Na2SO3＞95%；
NaCl＜0.3%；
CaSO4＜1%；
碳粉
不宜采用烟道灰
C＞84%；
灰分量小于12%；[3]
1.1.2浮法玻璃对原料粒度组成的要求
（1）原料粒度组成对玻璃熔制的影响
玻璃原料的粒度组成与玻璃熔化的关系及其密切，如果各种原料粒度组成和相互间的粒度级配合理，将显示出许多优点。
原料粒度组成合理，可使原料华学成分波动降到最低限度。
要求原料粒度组成合理，仅控制粒级的上限是远远不够的，还要控制细级别（-120目）含量。
在同一种原料的不同粒级中，特别是细级别中，其化学成分含量差异显著。
细级别含量高，其表面能增大，表面吸附和凝聚效应增大，当原料混合时，发生成团现象。
另外，细级别多，在储存、运输过程中，受到振动和成锥作用的影响，与粗级别间，产生强烈的离析。
这种离析的结果，使得进入熔窑的原料化学成分处于极不稳定状态。
玻璃各种原料，除各自的粒度分布要合理外，他们相互间的粒度分布要合理匹配，才能使配合料分层降低到最小程度，配合料均匀度处于最佳状态。
（2）玻璃用主要原料的粒度要求
在原料粒度分布上，一般要求分散性越小越好，这是主要的趋势。
但还要考虑工厂的经济性，所以不对原料粒度作硬性规定。
1.1.3浮法玻璃对原料中难熔矿物含量的要求
硅质原料、白云石、石灰石、长石等属于天然矿物。
这些天然矿物中含有危害玻璃质量的杂质。
有些属于难熔重矿物（见表1-1）。
由于重矿物在玻璃熔化过程中，难以完全熔化而被残留在玻璃成品上，形成固体夹杂物，通常称之为“结石”。
表2-1天然矿物中常含有的难熔矿物
名称
硅砂
石灰石
白云石
长石
难
熔
矿
物
种
类
硅线石
刚玉
尖晶石
铬铁矿
刚玉
尖晶石
铬铁矿
硅线石
刚玉
锆英石
铬铁矿
尖晶石
绿柱石
蓝晶石
红柱石
锆英石
尖晶石
刚玉
铬铁矿
高岭土
熔化研究证明，重矿物最小粒度若大于40目（0.34mm），形成结石的可能性最大，小于70目（0.21mm），在标准玻璃熔化条件下，其熔化的肯能性极大，在40~70目之间，随熔化条件不同而变化。
[4]
第2章浮法玻璃原料及成分设计
2.1浮法玻璃的原料组成
工业生产用的玻璃配合料，大体由7~12种组分组成。
而配合料的主体则由4~6种组分组成，即由玻璃的主要组成氧化物所组成。
配合料中的其余组成部分，是使玻璃获得某些必要性质和加速熔制过程的原料，其用量少；但作用并非不重要。
2.1.1主要原料
主要原料是形成玻璃结构主体的原料，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。
这些原料目前一般是以粉料进厂。
硅质原料是玻璃制造中最主要和用量最大的原料，约占配合料总量的60%。
它主要引入玻璃成分中的SiO2。
硅质原料的质量对玻璃质量有决定性的影响，可用的硅质原料就其在自然界的存在状态可分为天然硅砂和加工硅砂。
硅砂是配合料中最难熔化的原料，其颗粒的大小、粒度分布，甚至颗粒的形状对于配合料的混匀、分聚、熔化和均化都有重要影响，是评价硅砂质量的重要指标。
最合适的粒度直径围是0.106~0.5mm。
砂粒的形状以棱角形为好，因为棱角形的表面积大，与助熔剂的接触机会多，在混合、运输过程中不易分层。
白云石主要成分是CaCO3和MgCO3，约占配合料总量的14.8%。
它主要引入玻璃成分中的CaO和MgO。
浮法玻璃配合料引入的CaO原料主要有白云石、石灰石、方解石和白垩（CaCO3）等。
由于需要引入MgO，所以又以用白云石为主。
CaO不足部分用石灰石和方解石补充。
白云石粉料生产一般为干法加工。
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，密度为2.7g/cm3，莫氏硬度为3.其主要造岩矿物是方解石。
方解石可替代石灰石。
它比石灰石纯度高得多，但价格也贵得多。
方解石是生产浮法玻璃的优质原料。
石灰石粉料的生产一般采用干法生产。
当玻璃配合料中由硅质原料引入的Al2O3不能满足玻璃成分需要时，一般用长石来补充。
长石中常见伴生矿物是石英和云母，有害杂质是Fe2O3。
产地不同，其化学成分相差很大。
由于混合碱效应和钾能改善玻璃光泽，现在玻璃企业一般侧重于使用钾长石。
长石粉料的生产一般为干法加工。
纯碱是一种化工原料，其主要成分是Na2CO3，引入玻璃成分中的Na2O。
纯碱熔点低，化学性质活泼，是玻璃生产过程中的助熔剂。
玻璃工业采用煅烧纯碱，煅烧纯碱为白色粉状物，易溶于水，极易吸附空气中的水分潮解、结块，需要储存于干燥仓库中。
纯碱价格在浮法玻璃主要原料中最高，是影响玻璃成本的重要因素之一。
芒硝是一种化工原料，主要成分是Na2SO4，理论上含Na2O43.66%、SO356.34%，无色斜方晶体，相对密度为2.68。
引入玻璃成分中的部分Na2O。
她在玻璃熔制过程中的主要作用是促进熔化，加速澄清，是一种有效的澄清剂。
由于芒硝分解温度高于熔点，在熔融时往往形成芒硝溶液，称为芒硝水。
虽然芒硝水有利于石英砂的熔化，但是对耐火材料侵蚀严重，甚至可以在玻璃板上形成白色的芒硝泡。
在还原剂的作用下，其分解温度可以降低，还原剂一般使用煤粉、石油焦等。
为了促进Na2SO4充分分解，应把芒硝于还原剂预先均匀混合，然后加入到配合料中。
在浮法玻璃生产中，芒硝的用量应严格控制不宜超过5%。
因为在锡槽成型过程中，弱还原气氛使硫与锡反应生成SnS，SnS易挥发污染锡槽空间也会在玻璃原板上形成“锡斑”。
2.1.2辅助原料
辅助原料的用量较少，主要以改善玻璃的熔化、澄清和成型性能或使产品具有某些特殊性能，使玻璃获得某些必要的性能和加速熔制过程的原料。
根据作用的不同，分为澄清剂、着色剂、氧化剂、助溶剂等。
如加入萤石作助溶剂，加入三氧化锑作澄清剂，加入碳粉作还原剂，加入硒、铅作着色剂等。
往配合料或玻璃熔体中加入一种高温时本身能气化或分解放出气体，以促进排除玻璃液中气泡的物质，称为澄清剂。
三氧化锑为白色结晶粉末。
它必须与硝酸盐共同使用才能达到最佳效果。
单独作用时，在低温就升华挥发，仅起到鼓泡作用。
如何硝酸盐一起使用，低温时与硝酸盐分解逸出的氧形成五氧化二锑（Sb2O5），五氧化二锑在高温时又分解放出氧，进入到玻璃夜中的气泡中，降低了气泡中的分压，使之能继续吸收气体，体积增大而从玻璃液中排出，促进了玻璃液的澄清。
一般三氧化二锑的用量为0.5%~1%，硝酸盐的用量是氧化锑用量的4~8倍。
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。
根据着色剂在玻璃种呈现的状态不同，分为离子着色剂、胶体着色剂和硫硒着色剂三类。
浮法玻璃常用离子着色剂，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。
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。
这些杂质主要来源是玻璃原料中含有的铁、铬、钛、钒等化合物和有机物的有害杂质。
此外铁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。
脱色方法主要有化学脱色和物理脱色两种。
采用脱色方法并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。
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。
碳粉的用量很小，但其作用非常重要。
还原剂的用量，要根据实际情况进行调整，实际为4%~6%，有时甚至在6.5%以上。
碳粉用量不足，Na2SO4不能被充分分解，会在玻璃液面上产生过量芒硝水，进入成型流，最终会在玻璃板面上出现白色芒硝泡；碳粉过量，可能使玻璃液中的Fe2O3被还原成FeO，使玻璃着成黄色，还会使Fe2O3还原成FeS和生成Fe2O3，与多硫化钠形成棕色的着色团——硫铁化钠，使玻璃着成棕色。
应当引起注意的是，还原剂的用量还依赖于各种原料，尤其是硅砂中的有机物含量（还原性物质）。
如果原料的化学氧需要（COD）值大，则需要酌情减少还原剂的用量，否则会导致澄清效果差，使玻璃产生气泡缺陷。
碎玻璃又称熟料，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（如生产TFT玻璃可达40%），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SiO2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，碎玻璃的助熔作用使玻璃熔体粘度降低，缩短澄清和均化时间。
当熔制一些不能加入澄清剂，且仅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（%）=
（2-1）
2.2浮法玻璃的成分设计
普通浮法玻璃成分是在普通平板玻璃成分基础上根据浮法成型特点设计出来的，是由钠-钙-硅玻璃组成演变而来的。
根据浮法玻璃成型工艺的特点和要求，与普通平板玻璃相比，浮法玻璃成分中Al2O3的含量要适当的减少，一般不应超过2.0%；而CaO和MgO的总含量可以适当增加，等于或略大于12%；Na2O+K2O可以在14%左右；Fe2O3含量国外都控制在0.1%以下，国一般不大于0.15%，高档优质无色浮法玻璃Fe2O3含量不大于0.08%。
2.2.1玻璃生产的特点
（1）玻璃成型的温度比较高。
玻璃液由流槽流入锡槽，温度在1120℃~1150℃；粘度为102Pa·s；经过摊平抛光区，温度在900~1050℃；粘度为102.7~103.2Pa·s；均匀流入的玻璃液在锡槽表面摊平并抛光，在经徐冷区，温度为850~900℃，玻璃液粘度由103.2~104.25Pa·s；然后在拉薄区温度从850℃下降到700℃,粘度由104.25Pa·s增加到105.25Pa·s，在此区域玻璃受力作用伸展变薄，且厚度和宽度按比例减少。
最后进入硬化区，使玻璃硬化，进入退火窑而不变形。
（2）玻璃成型速度快。
一般6mm玻璃拉引速度为120m/h，甚至更高。
（3）玻璃液流流在锡槽锡夜面上后，由于玻璃液表面力，锡液表面力和玻璃锡液表面力共同作用的结果，使玻璃液摊平、伸展、自抛光，从而得到光洁平整、不产生光学畸变的表面。
为此必须在成型温度围，使玻璃保持一定粘度与表面力。
2.2.2浮法玻璃对成分要求
（1）玻璃粘度-温度曲线和表面力要适合浮法成型和自身抛光的需要；同时料性要短，以适合于高速拉引。
浮法玻璃的硬化速度通常以粘度103.2Pa·s冷却到106.65Pa·s，相对应的温度之间的温差表示，即
=t4.2（粘度为104.2泊的温度）~t7.65（粘度为107.65泊的温度）（1泊=0.1Pa·s）的数值，此值通常在260~290℃之间，
值愈小，硬化速度愈快。
（2）玻璃析晶上限温度要低于成型温度。
由于浮法成型阶段温度均化较高，故对玻璃析晶上限温度可以放宽，即玻璃析晶上限温度可以略高。
浮法玻璃允许的析晶上限温度（开始结晶温度）应低于1025℃。
析晶上限温度应比成型温度低25℃以上。
（3）玻璃成型时，不易产生玻筋、条纹等缺陷。
玻璃的化学稳定性要好，不易风化（发霉）。
玻璃的透明度高，可见光透射率达到国际要求以上。
有机械强度高，热稳定性好等特点。
普通浮法玻璃拉引速度比垂直引上快得多，因此在成型中必须采用硬化速度快的短性玻璃成分，即调整CaO含量到8%~9%。
但是随着CaO含量的增加，会使玻璃发脆并容易产生析晶。
因此MgO控制在4%左右，以改善玻璃的析晶性能。
为了得到好的表面质量和减少玻筋，采用低的Al2O3含量；为了增加透光率，降低Fe2O3含量。
浮法玻璃成分的特点是高钙、低铝、中镁、微铁。
一般化学成分组成：
CaO+MgO含量为11%~13%，CaO/MgO为1.5~3.0；Al2O3含量在2.0%以下。
根据Na2O-CaO-SiO2系统相图确定系统中能够形成玻璃的组成围:
12%~18%Na2O；6%~16%CaO；68%~82%SiO2。
但在实际生产中该系统的组成围为12%~14%Na2O；5%~12%CaO；69%~73%SiO2。
在生产实践中当引入MgO和Al2O3时，不仅玻璃的析晶性能得到改善，而且热稳定性和化学稳定性均得到改善。
综上所述，根据国和国外的情况，现提出普通浮法玻璃的化学成分围。
表2-1中Fe2O3为原料中杂质所致，并非设计数值，而是限制数值；SO3主要是由澄清剂芒硝引入。
[5-6,18]
表2-1普通玻璃与浮法玻璃化学成分及其构成（%）
化学成分
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O/K2O
SO3
普通玻璃
71.00~73.00
1.50~
2.00
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