年产250万吨浮法玻璃生产线锡槽毕业设计.doc

装订线 毕业设计（论文）报告纸设计总说明本设计介绍了浮法玻璃的发展历程，浮法玻璃在当今世界及我国的基本现状以及浮法玻璃成型工艺的主要特点，并展望了浮法玻璃工艺的发展趋势。概述了浮法玻璃厂建设中需要注意的环保安全问题，简要分析了锡槽缺陷。根据调查分析国内外浮法玻璃技术的发展现状和展望浮法玻璃技术的前景以及及熔制工艺的最新进展，进行图们江年产250万重箱浮法玻璃生产线锡槽进口端，锡槽主体结构设计，并进行总工艺设计，玻璃成分设计，性质设计。根据实际生产线图纸，通过相关计算，完成了浮法玻璃生产线联合车间锡槽进口端，锡槽主体的平面结构设计，立面结构设计等。最终完成包括工艺设计图纸以及本设计说明书。本设计的主要工作是根据查阅一些浮法玻璃生产线的技术指标、工艺参数，并结合网上检索得到的资料数据，进行浮法玻璃的工艺计算、玻璃生产线锡槽主体及进口端的工艺流程设计。在锡槽设计中，主要进行了锡槽的结构设计及相关数据计算，并简要分析了锡槽的缺陷，即氧化物硫化物对玻璃的污染，最后对玻璃厂的环保措施进行了简要的分析和设计。 关键词：浮法玻璃工艺，锡槽设计，锡槽缺陷分析第 III 页 共 58 页DESIGN EXPLANATIONThe main work of this design is based on a number of technical indicators inspection of float glass production lines , process parameters , combined with data retrieved data online , and conduct process design process calculation float glass , glass production lines imported tin bath and body side . In the tin bath design, mainly for the structural design of the tin bath and the related data is calculated , and a brief analysis of the defect tin bath , namely oxide sulfide contamination of the glass, the last glass of environmental protection measures for a brief analysis and designs.Key Words: float glass，Tin bath design，Defect Analysis tin bath目录第1章 设计资料11.1 引言11.2 浮法玻璃工艺基本情况及其生产概述21.2.1 国际浮法玻璃发展概况及现状21.2.2 国内浮法玻璃生产概况41.2.3 浮法玻璃与普通玻璃区别及其工艺特点61.3 浮法玻璃生产工艺流程图91.4 浮法玻璃锡槽技术进展以及生产技术的发展趋势101.4.1浮法玻璃锡槽技术的进展101.4.2 浮法玻璃生产技术的发展趋势14第2章 设计部分182.1 场址选择及建厂标准182.2 总工艺计算202.2.1 主要工艺指标的基本数据202.2.2 玻璃成分设计222.2.3 玻璃配合料的计算262.2.4 玻璃性质的计算282.3 锡槽的理论及结构设计312.3.1 锡槽概述312.3.2浮法玻璃成型过程及对锡槽的要求322.3.3 锡槽尺寸的计算372.3.4 锡槽结构设计422.4 锡槽的缺陷分析492.4.1 锡污染所造成的缺陷种类492.4.2 氧、硫的来源及污染机理492.4.3 污染物的控制50第3章 环境保护及安全措施523.1 废水处理523.2 废气的综合治理523.3 废渣的综合治理523.4 噪音的控制52参考文献54谢 辞55第1章 设计资料1.1 引言玻璃，在当今社会中，不论是从民用生活或者建筑生产角度来讲，都已经成为现阶段世界工业生产中应用广泛的一项产品。从实验室的试管、烧杯、烧瓶，到化工厂的管道、塔柱设备；从体温计、注射器，到X射线管、荧光屏、红外灯、紫外灯；从揭开星空之谜的天文望远镜，到识破微生物行踪的显微镜；从耐热玻璃到防弹、防辐射玻璃；从玻璃纤维到光导纤维；还有许多许多特种玻璃、电光玻璃、声光玻璃、变色玻璃、微孔玻璃等等，可以说，离开了玻璃，现代科学技术的发展是不能设想的。作为一种支撑当今工业发展不可或缺的一项产品，玻璃的发现及生产历史却并不年轻。玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固而得，约公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃装饰品和简单玻璃器皿，当时只有有色玻璃。约公元前1000年前，中国制造出无色玻璃。公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。公元一世纪初，古罗马人把原料放在窑里熔炼，温度大大提高了，熔制的玻璃液已从不透明变成透明的。他们用吹管把玻璃液吹制成各种形状的玻璃制品，如美丽精巧的药瓶，风格别致的酒杯和宝石般的装饰品。18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃；1668年，人们开始用压制法生产平板玻璃，1880年，英国人发明了压延法平板玻璃工艺。2 0世纪初，比利时人发明了垂直引上法玻璃工艺，接着，美国人又发明了平拉法玻璃工艺。西门子池式玻璃熔窑的诞生，为平板玻璃工业向大工业发展奠定了基础。现代建筑业和汽车业的发展为平板玻璃工业的发展提供了机遇。1 959年英国人阿拉斯泰尔皮尔金顿爵士发明的浮法玻璃工艺揭开了平板玻璃工业现代史的序幕，此后，随着玻璃生产的工业化和规模化，各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现代，玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。 随着玻璃技术的不断提高与创新,浮法工艺已成为我国平板玻璃生产的主导技术,截至2010年年底,我国已建成运营浮法玻璃生产线215条,新增浮法线34条,浮法玻璃生产能力7.6亿重量箱,其中浮法玻璃与优质普通玻璃产量比重接近90%,目前中国已成为世界上名副其实的最大的玻璃体。中国是世界上平板玻璃最大的生产国和消费国，随着我国工业建设的飞速发展，平板玻璃的市场需求量与日俱增，尤其是优质浮法玻璃。浮法生产的成型过程是在通入保护气体的锡槽中完成的。浮法玻璃应用广泛，分为着色玻璃、浮法银镜、浮法玻璃/汽车挡风级、浮法玻璃/各类深加工级、浮法玻璃/扫描仪级、浮法玻璃/镀膜级、浮法玻璃/制镜级。其中超白浮法玻璃具有广泛的用途及广阔的市场前景，主要应用在高档建筑、高档玻璃加工和太阳能光电幕墙领域以及高档玻璃家具、装饰用玻璃、仿水晶制品、灯具玻璃、精密电子行业、特种建筑等。浮法玻璃属于钠钙硅酸盐玻璃，具有光的透明性和一定的强度、硬度，其表面平整度可以与机械磨光相媲美。浮法玻璃广泛应用于建筑、汽车等领域，已经成为一种基本的生产资料。目前，国际上平板玻璃工业中最先进的生产技术就是浮法工艺。1.2 浮法玻璃工艺基本情况及其生产概述1.2.1 国际浮法玻璃发展概况及现状早在上个世纪初，也就是1902年，美国的希奇柯克和黑尔就提出了使玻璃漂浮在熔融金属表面，进行热处理的方法，但由于当时没有连续水平成型方法而未能实现1940年，英国皮尔金顿公司在实验室对平板玻璃的浮法成型工艺作了探索性研究。1951年根据皮尔金顿和比凯尔塔夫二人提出的设想开始了研究，1953年他俩申请了英国专利，1957年第一条浮法工艺生产线建成，1959年才宣布浮法工艺成功并获得专利权。浮法工艺生产方法的产生是平板玻璃工业发展史上的一次革命性的飞跃，是玻璃工业发展的一个里程碑。浮法生产工艺刚一诞生，就以其无比的优越性迅速风靡全世界，60年代它在全世界得到了推广，到70年代陆续取代了玻璃的三种生产方式。世界各国靠购买英国皮尔金顿公司的浮法专利建成的浮法生产线现在已有百余条，浮法玻璃占全世界平板玻璃总产量的三分之二强。英美等国几乎全部采用浮法生产平板玻璃。早期的浮法是将玻璃液压成玻璃带，经过锡槽再次加热，上表面火抛光，下表面由熔融锡抛光，经退火，最后切割成玻璃板。玻璃液漂浮在熔融的锡液上，借助于锡的熔点低、比重大，与玻璃液和保护气体之间的表面张力大，纯锡对玻璃不浸润等特性，将玻璃摊平抛光。但是，使用的锡即使很纯，在使用中也会被硫、氧污染，生成氧化锡、氧化亚锡和硫化亚锡等。当时只能生产以5.6 mm为主的浮法玻璃，而特厚、特薄、特宽和在线镀膜及喷涂等品种的工艺，还尚未形成或尚不成熟。60年代，基本解决了玻璃带在锡槽被污染的问题，并实现了用电浮法制取改性玻璃。70年代初期前后，成功拉制2 mm厚的玻璃浮法玻璃工艺实现了全生产线的自动控制。80年代，PPG公司获得了浮法玻璃双向展薄工艺的专利权，使拉薄水平达到了最高层次。日本率先制得0.55 mm的浮法超薄玻璃，使浮法可生产厚度拓展到0.5550 mm的新水平。80年代末到90年代初，浮法玻璃工艺冷端实现了联网控制，最佳切裁确保获得最高的经济效益。从60年代初开始一些先进国家开始购买英国皮尔金顿公司的浮法玻璃专利技术，用这种先进的工艺淘汰垂直引上法和平拉法玻璃工艺。随着浮法玻璃生产线的增多，单线的生产规模也不断增大。1 965年，比利时格拉维伯尔公司在本土建了一条生产能力为700t/d的浮法玻璃生产线。随后，德国又先后建了两条600t/d的浮法玻璃生产线。到1970年底，国外浮法玻璃生产线的总数已经达到21条，其中生产能力为600t/d以上的有4条。经过60年代的实践检验，浮法玻璃工艺显示了其无与伦比的优越性。从70年代中期开始，受“镜面幕墙”建筑艺术的驱动，建筑玻璃的需求与日俱增。世界范围内汽车市场的快速发展，汽车玻璃的需求量成倍增长，从而使平板玻璃市场迅速扩大。美、法、德、日本等国的玻璃生产企业纷纷建设浮法玻璃生产线，平板玻璃工业出现了世界性的蓬勃发展局面。从1971年到1980年，国外新建浮法玻璃生产线多达64条，其中生产能力为600t/d以上的浮法线就有19条。到80年代初期，世界先进国家已用浮法玻璃工艺代替了几乎垂直引上法和大部分平拉法玻璃工艺。从1981年至1990年，国外共建浮法玻璃生产线约6 9条，其中生产能力在600t/d以上的有9条，新建大型浮法玻璃生产线的数目明显少于80年代，但最大生产能力已达到每条8501000t/d。世界进入90年代以后，西方国家先后发生程度不同的经济衰退，建筑业和汽车业出现了萧条，平板玻璃工业的发展受到了很大的影响。严峻的市场状况迫使大型玻璃企业集团在提高产品质量、最大限度地降低生产成本的同时，加大在平板玻璃生产和加工方面的科研投入（研究与开发的经费一般为营业额的5 12），不断开发新工艺、新产品，以满足用户的需求，拓宽平板玻璃的应用领域，保持自己原有的市场份额。从1999年末开始，世界平板玻璃市场已出现供过于求的迹象，2001年世界平板玻璃的需求量约为3150万吨左右，占总产量的95%，大约有160万吨的库存。2001年世界平板玻璃产量约3310万吨。其中，西欧占27%，约894万吨；东欧占5%，约165万吨；北美占23%，约761万吨；中国占30.8%，约1020万吨（2.04亿重量箱）；日本占11%，约364万吨；非洲及中东地区占3%，约99万吨。至2001年末，世界各地区已建成投产的浮法玻璃生产线约280条，其中亚洲约130条，欧洲79条，北美洲56条，南美洲10条，非洲和大洋洲5条。280条浮法线日熔化总能力约为13万吨，全年产量可达3600万吨以上。当前，在国际市场上，玻璃与玻璃加工业被五大玻璃公司所垄断，五大公司玻璃生产能力占世界总量的61%，其中日本旭硝子公司占18%，英国皮尔金顿公司占12%，美国PPG公司占11%，法国圣哥班公司占11%，美国加迪安公司占9%。浮法生产线最大玻璃带宽度为4.5米；可生产透明玻璃和着色玻璃，着色玻璃有本体着色和表面着色。少数生产线可生产在线镀膜玻璃，如比利时格拉威伯尔公司已在线生产硬膜低辐射玻璃。一些公司和单位正在研究开发新的产品，如光、电和磁控变色玻璃、自洁玻璃、平板显示器玻璃、光电转换玻璃等。浮法玻璃的质量，可分制镜级、汽车级和建筑级，制镜级要求最高。国外大多数生产厂均建立了严格的质量控制系统，把各项生产参数稳定在最佳状况。优质浮法玻璃已在控制0.2毫米以下的缺陷，正在向无缺陷努力。1.2.2 国内浮法玻璃生产概况1982年以后，中国浮法线中国的浮法工艺技术的发展，基本经历了四个阶段：（1）19631967年实验室试验阶段，由于当时受到国际势力的排挤，坚定了自力更生搞出自己的浮法的决心，先从选择金属，保护气氛和玻璃组成等基本物化因素开始，正式进行研究。（2）19671971年半工业试验阶段，在株洲将压延玻璃生产线改为浮法，进行半工业试验。（3）19711981年工业试验阶段，在洛阳玻璃厂将压延生产线改为浮法，进行工业性试验，经历十年时间，四次改造，1981年通过国家级鉴定，命名为“中国洛阳浮法玻璃工艺”。（4）1981年以后，进入推广应用和发展提高阶段。中国平板玻璃历年产量，从1949年的4.55万吨增加到2001年的1018万吨，增长了223.7倍，年均增长19.5万吨，折390万重箱。中国平板玻璃产量，1949年仅占世界总产量的1.7，2000年达到27.7，平均每年攀升0.5个百分点。1985年以后，在中国平板玻璃产量构成中，浮法玻璃的比例开始明显增加，非浮法玻璃所占分额下降。1995年以后浮法玻璃产量急剧上升，非浮法的总产量直线下降。但是，19901995年问，非浮法产量的增长大于浮法，非浮法玻璃增长4378万重箱，而浮法只增长了3269万重箱，使浮法玻璃所占比例出现反常，上升大缓。1995年后浮法玻璃比重又快速上升，但19992000年非浮法的产量又有所抬头。2000年，中国平板玻璃总产量18352万重箱，其中69条浮法线年产13400万重箱占73.0；50条宽板平拉生产线年产1500万重箱，占8.2；23条压延生产线，年产670万重箱占3.7；其他如垂直引上、小平拉等，年产2782重箱，占据15.1。玻璃行业作为参与国民经济发展的行业，目前正处于从玻璃大国向玻璃强国转变的成长阶段，正经历着行业进行产业结构调整、产品优化升级的机遇。2011年末我国拥有浮法玻璃生产线265条，产能超过世界总产能的50%，连续23年居世界第一位。玻璃工业作为一个原材料的生产和加工部门，处于工业产业链的中间位置，它的发展与国家的基础建设以及工业发展的速度关联性很强。2009年，次贷危机引发的全球性金融危机对国内外的经济增长造成不利影响，增速普遍下降。在经济环境变化较大的影响下，我国玻璃行业遭遇了较大的困难和挑战，但是经过所有企业，尤其是民营企业的积极努力，因而使其占GDP比重上升至2011年的1.22%，行业在国民经济中的地位是比较稳定的。目前我国的玻璃生产企业数量众多，产能发展迅速，已经成为社会经济发展不可或缺的力量，为国民经济的发展，尤其是房地产行业的发展做出贡献。2011年，我国玻璃及玻璃制品制造业实现工业销售产值5750.38亿元，同比增长25.83%，增速较前3季度下降3.60个百分点。12月末，我国玻璃及玻璃制品制造业资产总计为4976.35亿元，同比增长15.22%；企业数为4819个，比上年同期增加了359个；从业人员年均人数为109.12万人，同比增长5.99%。下面主要从对国民经济贡献角度、工业化水平提高角度、相关行业影响角度、节能减排角度、产业结构调整角度以及参与国际竞争角度分析玻璃行业对国民经济的作用和贡献。 玻璃行业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志，对国民经济有着重要的作用和贡献。2010年玻璃及玻璃制品制造业累计实现产品销售收入4779.06亿元，同比增长35.80%。年末，我国玻璃及玻璃制品制造业资产总计为4662.52 亿元，同比增长19.69%；企业数为4672 个，比上年同期增加了360 个；从业人员年均人数为96.85 万人，同比增长11.83%。玻璃行业作为一个原材料工业，处于工业的中间部门，上下游行业众多，包括：纯碱、石英矿、重油、天然气、建筑业、房地产、汽车、交通运输、电子、家电等行业。玻璃行业涉及的产品多、行业广，其发展具有较高的联动性。正是因为玻璃行业的重要性，使其成为国内十大产业调整振兴规划之一。玻璃行业是能源消耗大户，约占全国总能耗的15-20%；是物耗大户，玻璃生产要消耗大量的石英矿产资源；是污染物排放大户，玻璃深加工行业预处理工序产生的废水中含有大量的玻璃硅粉以及少量的硅粉、金刚砂砾、切割煤油、清洗剂和柠檬酸。从这个意义上来说，玻璃行业节能减排任务的完成情况对我国节能减排整体任务的完成有重要的作用。目前，我国处于工业化的中后期，新型工业化的发展道路也已提出。2009年，在保增长的各项政策措施中，更加注重推进产业结构调整，实现可持续发展。玻璃行业作为工业中的支柱性行业，面临产能过剩，低端产能较多的问题。所以在十大产业调整和振兴规划中，提出抑制平板玻璃行业产能过剩和重复，引导产业健康发展的思路，对于玻璃行业的产业结构调整是政策的重要关注点。可以说，玻璃行业产业结构调整的效果对于整个工业化结构调整具有重要的作用。从2006年至2008年连续三年中国是世界出口玻璃数量最多的国家；中国进出口玻璃结构差异较大，进口高附加值玻璃比例高，出口中低档玻璃比例高；国产玻璃国内市场占有率逐年提高；我国玻璃产业受国际金融危机的冲击影响较大，2009年以来出口玻璃数量和出口金额大幅度下降，进口玻璃数量和金额减少，我国玻璃产业国际竞争力受到削弱。目前，我国玻璃行业与国外玻璃企业的竞争主要是争夺国内外高附加值玻璃产品市场，中国玻璃行业处于由大向强转变的重要时期。1.2.3 浮法玻璃与普通玻璃区别及其工艺特点普通平板玻璃与浮法玻璃都是平板玻璃。只是生产工艺、品质上不同。普通平板玻璃是用石英砂岩粉、硅砂、钾化石、纯碱、芒硝等原料，按一定比例配制，经熔窑高温熔融，通过垂直引上法或平拉法、压延法生产出来的透明无色的平板玻璃。普通平板玻璃按外观质量分为特选品、一等品、二等品三类。按厚度分为2、3、4、5、6mm五种。浮法玻璃是用海沙、石英砂岩粉、纯碱、白云石等原料，按一定比例配制，经熔窑高温熔融，玻璃液从池窑连续流至并浮在金属液面上，摊成厚度均匀平整、经火抛光的玻璃带，冷却硬化后脱离金属液，再经退火切割而成的透明无色平板玻璃。玻璃表面特别平整光滑、厚度非常均匀，光学畸变很小的特点。浮法玻璃按外观质量分为优等品、一级品、合格品三类。按厚度分为3、4、5、6、8、10、12、15、19mm九种。普通平板玻璃外观质量等级是根据波筋、气泡、划伤、砂粒、疙瘩、线道等缺陷多少而判定。浮法玻璃外观质量等级是根据光学变形、气泡、夹杂物、划伤、线道、雾斑等缺陷多少来判的。普通玻璃，翠绿色，易碎，透明度不高，雨淋暴晒下易老化变形。浮法玻璃，透明浮法玻璃是玻璃膏经控制闸门进入锡槽，由于地心引力及本身表面张力作用浮于熔融锡表面上后，再进入徐冷槽，使玻璃两面平滑均匀，波纹消失而制成。暗绿色，表面平滑无波纹，透视性佳，具有一定韧性。浮法玻璃与普通玻璃的生产工艺不同，优点是表面坚硬，光滑、平整，浮法玻璃侧面看颜色与一般的玻璃不同，发白，反光后物体不失真，而一般的有水纹型的变形。 作为一种被世界各国广泛采用并得到大力推广的新型玻璃生产工艺，它具有许多优点：（1）玻璃表面质量好，可以达到机械磨光玻璃，即镜面玻璃的水平。玻璃表面受机械损伤少，强度较大。（2）拉引速度极高，很难准确估计它的最高极限。浮法生产因不受玻璃任何性能的限制，可以将产量提高到熔窑的熔化能力所允许的最大限度。拉引速度快，产量高。（3）浮法玻璃具有高温快速成型和玻璃析晶倾向小的特点。故可以采用高钙低碱成分，适应快速硬化的要求，可以减少纯碱的使用量，降低成本，也改善了玻璃化学稳定性。（4）产品品种规格不断扩大。玻璃厚度和宽度变化范围很大，易于调节以适应市场需要，因而切裁率，成品利用率都很高；玻璃品种以发展了可以生产吸热玻璃，热反射玻璃，彩色玻璃等。（5）可实现熔窑的大型化，每昼夜合格玻璃液的产量可在1000吨以上，并可进行完全自动化的连续生产，大幅度降低单位产品的能耗量；劳动条件好，生产率很高，产品成本不断下降。连续作业周期可以长达几年，有利于更稳定的生产。操作比较简单，依赖技艺性较少，操作人员交易培训。当然，浮法工艺也由它与生俱来难以克服的缺点。在玻璃熔化窑中，高温玻璃液上表面处于还原性气氛中，下表面与锡液接触。这样的环境使得玻璃将与泄露的空气，硫化物以及锡蒸汽发生反应，导致许多杂质的生成。再加上玻璃液锡液气氛三相系统的表面张力和重力可能未曾充分起作用，因此造成了浮法玻璃的缺陷。除了与引上法、平拉法等完全共同的缺陷如气泡、结石、线道、波筋等，玻璃成品的外观上也有其特征缺陷，这是人们过去在所熟悉的引上法、平拉法等生产中所未遇见的。（1）雾点：指浮法玻璃下表面的开口微气泡，直径只有几微米，但当数量多时可达每平方厘米几十万个，透过此种玻璃观看景物模糊不清，好像一层云雾遮挡一样，严重时玻璃本身好像磨砂毛玻璃而不透明。其成因是锡液中原来溶解的气体(如H2等)，当平衡条件破坏后，这些气体释出，被夹持在玻璃带和锡液界面之间，如果玻璃带温度仍较高，即软化状态，气体在玻璃下表面留下痕迹，就成为较小的开口气泡即雾点。（2）沾锡：指浮法玻璃下表面附着肉眼可见的金属锡，小的直径不足1mm，大的可成线状带状、甚至片状。它们与玻璃附着的界面呈现银白色金属光泽，像镜子一样，严重时每平方米玻璃表面沾的锡可以克计。虽然这些锡可以剥去，但玻璃表面往往残留有轻微痕迹，而且不胜其烦。沾锡的玻璃属于废品。（3）锡点：指掉落到玻璃带上表面含锡的固态或液态物，通常是SnS、SnO2或Sn。锡点虽小，但能使直径约510 mm的周围玻璃表面产生严重的光学歪曲，所以又称“光畸变点”，它使得玻璃成品成为废品。（4）加工虹彩：指浮法玻璃进行热加工（如风钢化或热弯等）时，玻璃下表面（成形时与锡液接触的表面）呈现彩光，显微镜下观察是玻璃表面有微皱纹。由于表面微皱纹对光线干涉，反射时呈现彩色，严重时甚至可使玻璃表面粗糙发毛而不透明。有人认为，这是因为是锡液受氧严重污染后，SnO渗透到玻璃下表面内，当玻璃板在氧化气氛中被再加热时，SnO吸收氧进一步氧化成SnO2，体积膨胀，使玻璃表面形成皱纹。曾有试验发现，含SnO很少的浮法玻璃，即使加热到明显软化温度也不形成皱纹。（5）表面黄褐色：指玻璃表面有时呈现的黄褐色或琥珀色，通常下表面观察时分辨不出来，有经验者通过断面从玻璃内部观看玻璃表面，而且角度要合适才可以观察到。如果黄褐色严重，则从下面观察多片码在一起的玻璃时，也很易于观察到呈现很不悦目的黄褐色。初步认为它与玻璃中的硫含量、硫的存在状态以及锡槽中的还原环境有关。（6）成形不完善的缺陷，包括小波纹和厚度不均。（7）在锡槽出口端产生的缺陷，包括划伤或擦伤、玻璃带热弯曲等等。1.3 浮法玻璃生产工艺流程图图1-1 浮法玻璃生产工艺流程图 浮法玻璃生产工艺流程如图1-1所示1.4 浮法玻璃锡槽技术进展以及生产技术的发展趋势1.4.1浮法玻璃锡槽技术的进展 锡槽是浮法玻璃生产的核心热工设备，国内外都对其严格保密，因此技术进展轨迹也各不相同。回顾进展历程，理解最新进展，对进一步发展我国浮法技术水平、引进吸收国外真正高水平的浮法技术，将起积极的作用。 A.槽底耐火材料的演变 锡槽底砖是用于砌筑锡槽槽体内衬的特殊耐火材料，对其的质量要求着重在尺寸精度、高弹性、低发泡性及低渗透性等方面，对于耐压强度等一些常规的指标则无特殊要求。 目前衡量底砖发泡倾向的指标为氢扩散度，一般认为氢扩散度小于150mmH2O即可防止冒泡。透气度则用于判断底砖抗Na2O的渗透能力，从一个侧面间接判断抗霞石化的能力，透气度越小，抗Na2O渗透能力越好。高弹性可防止砖体水平断裂上浮，常用应变率指标恒量弹性-即砖体通过变形释放内应力的能力。 （1）国内底砖的进展 80年代中期之前，由于早期株洲初步探索试验锡槽漏锡的教训，我国设计的几座锡槽特别强调槽底的密封。当时的洛阳一线、南宁一线、通辽一线、洛阳二线均采用在槽底钢壳内现场捣打大块耐热混凝土的做法，混凝土块与块之间的膨胀缝夹石棉板，缝上部用水玻璃砂浆灌封。此种槽底含有大量水分，槽内温度波动时会大量冒泡，气泡上浮冲击并破坏柔软的玻璃带。槽底中的水分被烘烤升华之后，留下许多贯通气孔，锡槽保护气很容易渗透，也易引起冒泡。洛阳二线因冒泡问题被迫于1986年进行小冷修，首次尝试用粘土砖更换高温区10米左右的混凝土槽底获成功，之后国内开始大量采用粘土砖槽底。 开始时锡槽底砖直接从熔窑专用的底砖中挑选，这些砖基本满足当时的浮法技术要求，但应变率指标不合要求，砖体弹性很差，必须预留足够大的砖缝，以防止砖体相互挤压受损。这种“大砖缝”的做法一直沿用至今。 “大砖缝”保证了槽底的安全性，但牺牲了锡槽高温区锡液的温度均匀性。锡液温度的均匀性对于生产优质薄玻璃是极其关键的。大砖缝中贯通到钢壳的锡液成为优良的热导体，在承托玻璃的锡液中形成“冷筋”，最终作用到玻璃上加重了表面变形。采用应变率较大的底砖，能预留较小的砖缝，升温后砖之间相互挤紧，将渗下的锡液量减少到最低程度，有利于锡液中的热均匀。应变率较大的底砖，其砖体弹性较好，受热膨胀产生的较高挤压应力能通过变形得到部分释放，避免了应力蓄积引起砖体断裂浮起。 目前国内已有多家专业槽底砖生产厂家，产品的氢扩散度和透气度指标优于国外产品，因此基本没有冒泡和霞石化剥落的问题。但国内底砖生产厂只是通过降低气孔率的办法来获取低氢扩散度和低透气度的产品，生产工艺与其他粘土质产品大同小异，并没有真正掌握锡槽砖的生产技术。 由于国内锡槽设计上一直沿用大砖缝的做法，没有对砖材应变率指标提出要求，故底砖生产厂并未刻意控制此指标，生产的底砖在应变率指标方面存在较大差距，无法适应现代浮法的技术要求。应变率与氢扩散度、透气度二指标存在逆向相关关糸，如不考虑前者，后二者是很容易控制的。同时控制三个指标与只控制二个指标，在砖材生产技术上是完全不一样的。 （2）国外槽底砖的进展过程 从浮法工艺诞生之日起，国外锡槽就一直使用粘土砖槽底。1970年之前，所用的粘土砖的氧化铝含量约25%左右，并富含1.5%的碱金属氧化物。此种砖在吸收从玻璃扩散出的钠后，在砖表面形成含Na2O 20%的低共熔物，其低共熔点为732oC。在锡槽作业温度下，砖表面产生大量液相共熔物，它们呈 “小蝌蚪”状上浮粘在玻璃上形成缺陷。 因此19701980年之间，将砖中铝含量增加到38%40%，砖吸收20%左右的Na2O之后，Na2O-Al2O3-SiO2糸统的低共熔点上升为760，大大减少了液相量，很好地解决了“小蝌蚪”问题。但又出现了新问题，这种砖的玻璃相含量高达30%，应变率较低，脆性大、易断裂，导致了多起在砖厚方向的断裂事故，砖上半部分约7英寸厚上浮，俗称 “7英寸效应”。 继而在19801990年期间，采用降低碱金属氧化物含量、提高氧化铝含量的办法，将砖体中玻璃相含量降低到15%。这种砖氧化铝含量在4346%左右，虽然通过降低砖中的玻璃相增加了弹性，但这种砖的抗渗透性能力较差，钠扩散入砖体形成霞石类产物，反应产物因体积膨胀，出现卷曲剥落的问题。 1990年之后，国外开发出了同时具备低氢扩散度、低透气度和高应变率的锡槽专用底砖，很好地满足了现代浮法工艺对底砖的要求。这种底砖含有合适的玻璃相，在底砖表面形成阻碍钠进一步扩散的阻挡层，不会出现霞石化问题。这种砖又兼具较高的应变率，虽然在作业温度下砖体相互挤压，仍不会发生“7英寸效应”。 B.锡槽顶盖结构的演变浮法成型工艺要求严格的热均匀性，拱形顶盖对热辐射有聚焦效应，无法满足锡槽横向温度分布的要求，所以国内外不约而同地采用吊平顶结构。 （1）国内顶盖结构的发展 国内最早的洛阳一线、南宁一线、通辽一线的锡槽结构比较简单，顶盖上没有钢制密封罩，必须靠耐火材料顶盖本身密封。所以当时使用大块的耐热钢筋混凝土预制块，吊挂组合在支承钢梁上，预制块之间用砂浆灌缝，形成比较严密的锡槽顶盖。 为了改善整个锡槽的密闭性，1985年投产的洛阳二线锡槽首先采用钢制大密封罩，但顶盖仍采用耐热钢筋混凝土预制块。这种结构被随后新建的大多数浮法线所采用。就这样，耐热钢筋混凝土预制块渐渐成为中国浮法的特点之一。 耐热混凝土预制块吊平顶结构最大优点在于造价低、底部平整、易吹扫、安装容易。缺点在于形状复杂、预埋件多、笨重、电加热器布臵灵活性差、容易开裂、寿命只有一个窑期。 80年代后期发展出了组合式锡槽顶盖，结合了耐热混凝土顶盖与烧成砖顶盖的优点，将顶盖分成支承模块与加热模块二部分。支承模块仍采用耐热钢筋混凝土预制块，预制块形状得到简化、尺寸较小、不易开裂、可反复使用几个窑期。加热模块用莫来石烧成砖制成，电加热元件安装在此模块上。国内目前的锡槽许多采用组合式锡槽顶盖。 （2）国外顶盖结构发展技术 国外一直采用硅线石质烧成砖与保温砖的组合模块，各种模块拼装成锡槽吊顶，吊顶外有钢制密封罩密闭整个锡槽顶盖。 1990年代初期之前，采用的硅线石砖形状复杂、砖型繁多、尺寸较小、精度要求高，组装后的平顶其下表面是波浪形的，锡槽内的挥发物易冷凝聚集在波谷，需要频繁吹扫以防止冷凝物滴落污染玻璃带。 1990年代中后期，根据对锡槽顶盖结构与玻璃锡滴缺陷之间关糸的最新认识，国外对顶盖结构进行了重新设计。新老顶盖之间的最大区别，在于内表面改用了平面结构，避免了旧式波浪型结构的缺点。新型顶盖能更好地发挥热端气氛导流技术的作用，大大减轻了锡滴危害。 C.槽内硫及氧污染物的控制 国内外早期的锡槽均采用过煤气及半燃烧煤气作为锡槽保护气体，这些气体纯度很低，含有大量污染物。当时的槽内污染主要来自保护气体本身。 现代锡槽全部改用高纯氮氢混合气作为保护气体，气体纯度己非常高。锡槽内的污染物主要是氧和硫。 氧的来源主要归结于密封不严引起的空气渗透。而硫则主要来自玻璃液本身。 （1）氧污染的控制 氧在锡液中的溶解度随温度而变。高温时氧的溶解度大，低温时氧溶解度急剧减小，所以锡槽出口端的锡液表面易生成氧化锡浮渣，如不及时清除，很容易导致玻璃沾锡。锡槽高温区的过量氧会引起氧化亚锡挥发，冷凝在顶盖上，最终落在玻璃带上形成缺陷，但与硫污染相比，这并不是主要的。玻璃下表面渗锡量也与氧有关，过量的渗锡易产生钢化彩虹。 控制氧污染的根本措施在于加强锡槽的密封性，尽量减少外部空气进入锡槽。锡槽的密封主要包括三个方面: 进口端、出口端、以及两侧边封，其中出口端的密封是最关键的。 锡槽出口端通过过渡辊台与退火窑联结。过渡辊及传动完全是退火窑的延伸，而过渡辊台壳体(渣箱)则与锡槽连成一体，同一装臵的不同部分分别附属于不同的热工设备，其热状态经常处于矛盾之中，所以几乎每条生产线在投产时均会在此处出问题，在高温环境下，往往只解决传动问题，根本无瑕顾及密封问题。因此，沾锡一直是氧污染引起的最令人头痛的问题。 解决氧污染问题的最新思路是将锡槽尾端与过渡辊台作为一个糸统，统一考虑热变形、密封、槽体几何形状及锡液流态等因素之间的协调关系。组织好热变形是要保证各机构高温下仍然能维持其基本功能。密封主要靠保持机构功能与合理选用材料二个方面，缺一不可。组织好热变形与良好密封二者共同起作用，就能尽量减少外部空气进入锡槽。对于难免泄漏进的少量氧生成的污染物，可借助合理的锡液流动及时从玻璃板下清除。槽体几何形状是要保证锡液自然流动的有序性，使污染物不蓄积在玻璃板下面。在同样的密封条件下，有些锡槽，如某地一座进口锡槽，对沾锡特别敏感，其原因就是不合理的槽体几何尺寸，紊乱的自然锡液流使污染物累积在玻璃板下方。采用直线电机加强有益的锡液流，被证明是一种非常有效的清除污染物的方法，但必须以有序的自然液流作为基础。根据锡槽尾部槽体的不同尺寸，设计最优化的诱导式扒渣耳池，己成为最新的氧污染控制技术。 （2）硫污染的控制 芒硝(硫酸钠)是玻璃有效的澄清剂，在浮法配合料中占较大比例，所以硫主要由玻璃液本身带进锡槽。硫从流进锡槽的玻璃液中挥发及溶解在锡液中。纯锡的蒸气压很小，但受硫污染的锡的挥发性很大，形成的硫化物蒸气冷凝在顶盖上，被氢还原成金属锡滴落到玻璃上形成缺陷。进入锡槽的硫的数量是无法控制的，减少污染的传统办法是定期吹扫顶盖。最新的技术主要采取加大保护气体用量、分比例供氢、并加上高温区导流排空技术，形成向上游的逆向气氛流，将污染物迅速排出。 在保护气体中加入氢气的目的是消耗漏进的氧，所以氢只对控制氧污染起作用。氢对控制硫污染起到的是反面作用，因此对硫污染而言，氢比例越低越好。这就要求在锡槽的不同区域，针对各区域的首要污染物，采用不同比例供氢。 增加保护气体供给量，是为运用高温区导流排空技术创造条件。理想的导流技术应该连续排空、排气量至少为总供气量的15%、同时须保持槽内压力至少达到40 Pa，并借助在线露点仪实时监测尾部槽内气氛露点。 D.总结 我国是少有的从头开始研究开发浮法技术的国家，长期的原理性探索培养了一批对浮法技术有全面深刻理解的专业技术人员。国内浮法的技术水平己有巨大长进，最高水平已接近国外先进水平，差距主要体现在技术管理、生产管理、质量管理的水平及体糸上。1.4.2 浮法玻璃生产技术的发展趋势 浮法玻璃的生产技术现在已经日趋成熟，而不论眼观国内还是放眼国际，节能减排已经成为全球范围内共同关注的课题。我国浮法玻璃工业总体上看资源、能源消耗高，综合利用水平低。各项经济技术指标落后于国际先进水平。平板玻璃能耗偏高，平均单耗为7800千焦/公斤玻璃液，比国外1999平均水平高20%，比国外1999先进水平高32%，比国外1999最好水平高53%。根据据国内外经验，浮法玻璃生产技术在节能减排方面主要研究和发展方向如下： (1)消化和吸收国外先进的熔窑设计经验，优化结构设计是降低浮法玻璃热耗的根本途径；熔窑合理保温以及采取电助熔、池底鼓泡、助燃空气预热等措施是降低热耗的有效手段。 (2)余热发电技术。利用玻璃熔窑废气余热，通过增设高效余热锅炉及配套的凝气式汽轮发电机组进行发电，可大量回收熔窑废气余热，达到节约能源、降低热耗、提高企业经济效益、减少大气污染物的排放既减少温室效应的目的。(3)烟气脱硫除尘技术。该技术的开发与应用，可使玻璃工厂污染物的排放达到现行国家标准对玻璃工厂污染物排放的要求。(4)全氧燃烧技术。该技术的开发与应用，可以大大降低能耗和废气排放量。全氧燃烧是采用纯度大于等于92%的氧气参与燃烧，由于燃烧系统的改变，助燃空气不在需要预热和换火，整个全氧燃烧窑炉取消了蓄热室、小炉和换火系统，如同单元窑。由于全氧燃烧的熔窑无需“传统换火工艺”，使得玻璃熔化更加稳定。采用纯度大于等于92%的氧气作为助燃介质，对节约能源、改善环境效果十分显著，能耗可降低12.5%-22%，废气排放量减少60%以上，废气中NOx下降了70%以上，烟尘也降低50%以上。 (5)富氧燃烧技术。通常把含氧量大于20.9%的空气叫做富氧空气。富氧燃烧技术是以氧量大于21%的富氧空气作为助燃气体的的一种高效强化燃烧技术。其特点是不论是助燃空气还是燃烧废气，体积都有所减少。燃烧反应速度加快，火焰温度提高，有效提高的熔窑的热效率，熔化率增加，玻璃液单位热耗降低；烟气产生量及NOx生成量降低，粉尘污染物大大降低。1.5 浮法玻璃的新技术、新产品简介 开发浮法玻璃的新技术、新产品是当代经济发展的迫切需要。采用我国浮法玻璃技术建成的浮法玻璃生产线，品种从普通厚度扩展到超薄（0.55mm1.3mm）、超厚（15mm25mm），开发了在线镀膜玻璃（阳光膜和Low-E膜）、自洁、超白、本体着色、微晶、防火玻璃等新品种，但在太阳能电池玻璃、在线镀膜玻璃、高档汽车玻璃、显示器玻璃、功能玻璃等方面与国外相比还有很大差距，难以满足当代经济发展对玻璃新技术、新产品的需要。以下重点介绍几种发展前景非常乐观的浮法玻璃新技术、新产品。A 太阳能电池玻璃 太阳能电池玻璃的发展和太阳能电池行业的发展密不可分，近几年来我国太阳能电池行业每年以40%-60%的速度增长，国外也以每年30%-50%的速度增长，是目前世界上比IT产业发展更为迅速的产业。我国太阳能电池玻璃的生产也从无到有、从小到大、实现了跨越式发展，成为了我国玻璃制造行业的一颗新星。 B 在线低辐射镀膜玻璃（简称Low-E玻璃） 在线镀膜是指在浮法玻璃生产线特定的部位（锡槽、退火窑）上，采用化学气相沉积或喷涂工艺进行镀膜的一种镀膜玻璃产品。目前国内外普遍采用的是化学气相沉积镀膜工艺。在线镀膜玻璃产品主要有：热反射玻璃、低辐射玻璃、薄膜太阳能电池用导电膜玻璃、自洁玻璃、减反射玻璃等。其中薄膜太阳能电池用导电膜玻璃我国尚属空白，国际上只有日本板硝子独家拥有该技术；低辐射玻璃目前国内已研制成功，但尚需进一步改进和提高；热反射玻璃国内技术比较成熟，但由于低辐射镀膜玻璃的出现，加之该产品时常出现“光污染”之争议，已逐渐被低辐射镀膜玻璃所取代。 浮法在线低辐射镀膜玻璃生产工艺为化学气相沉积法（CVD法），在浮法玻璃生产线的锡槽内，玻璃带温度在600-650度高温状态下，将特定的金属或金属氧化物材料制成的气相材料均匀地沉积在玻璃表面上，通过热处理使金属或金属氧化物材料与玻璃更加牢固的结合在一起，形成在线低辐射镀膜玻璃产品。 C 薄膜太阳能电池用导电膜玻璃(简称TCO玻璃) 薄膜太阳能电池用导电膜玻璃，简称TCO（Transparent conducsing oxide）玻璃,即透明导电氧化物镀膜玻璃。主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。 透明导电氧化物镀膜最早出现在20世纪初，1907年Badeker首次首次制备出CdO透明导电膜,从此引发了透明导电膜的开发与应用。1950年前后出现了SnO2基和In2O3基薄膜。ZnO基薄膜的研究始于20世纪80年代。 TCO玻璃首先被用于平板显示器中，现在ITO类型的导电膜玻璃仍是平板显示器行业的主流玻璃电极产品。近几年，晶体硅材料的价格仍大幅上涨极大地推动了薄膜太阳能电池的发展，目前薄膜太阳能电池占世界光伏市场的分额已超过10%，光伏用TCO玻璃作为电池钱点击的必要构件，市场需求迅速增长，成为了一个灸手可热的高科技镀膜玻璃产品。 D 等离子显示器玻璃（简称PDP玻璃）等离子体显示器是目前公认的实现大屏幕壁挂电视最有希望的器件。目前，与平板显示技术竞争大尺寸市场的显示技术似乎还没有出现。随着彩色等离子体显示器分辨率的提高和屏幕尺寸的增大，对彩色PDP显示器用基板玻璃的要求也越来越高。从彩色PDP的制造工艺过程看，组成彩色PDP的前、后玻璃基板均要经过多次一系列不同的高温烘烤、烧结，通常这些温度在300600之间。因此，彩色PDP 基板玻璃的热稳定性对PDP的性能质量起着非常重要的作用。过去，大部分PDP研究开发单位所用的玻璃基板为浮法钠钙玻璃，也有用改进了热性能的钠钙玻璃如旭硝子的Asahi玻璃，这些玻璃的显著优点是价格便宜，经不太大的改进后能批量生产，而且与已开发出的彩色PDP所用材料匹配。但是，这些玻璃的共同缺点是应变点低、热稳定性差。 E 超吸热汽车玻璃 浮法玻璃的应用，一般建筑占70%，汽车占20%，其他领域占10%。因此，浮法玻璃新技术、新产品的发展与日新月异的汽车工业发展密切相关。总体来说，汽车玻璃主要考虑的是安全因素。但随着经济的发展、人们生活水平的提高、科技的进步及市场竞争等综和因素的作用，目前的汽车玻璃已不仅仅是单纯的安全玻璃了，特别是在当今节能环保的大趋势下，汽车玻璃的发展主要朝着两个方向，其一是功能化的汽车玻璃，其二就是增强安全性能的汽车玻璃。功能化汽车玻璃的研究是在现有汽车玻璃的基础上，增加节能隔热、防紫外线、憎水、电视接收、全球定位系统（GPS）接收等功能，使汽车整体更具人性化，增加乘坐的舒适性和实用性。这类产品有热反射前风挡夹层玻璃、超吸热玻璃、增水玻璃、HUD显示玻璃、隔音玻璃、电（光）致变色玻璃、天线玻璃等。 多年来，汽车的侧窗和后窗都是单片钢化玻璃。虽然钢化玻璃属于安全玻璃范畴，但对于汽车使用者而言仍具有很多缺点，如钢化玻璃受到冲击时破碎颗粒仍然可能伤害乘客；钢化玻璃的易碎性，给窃贼可乘之机；单片的钢化玻璃对交通、噪音、风噪、紫外线的隔绝欠佳，增加行车能耗。在这样的情况下，诸如电加热除霜雾玻璃、热增强夹层玻璃、防盗报警玻璃、防弹汽车玻璃、防伪玻璃、隐私玻璃等能增强安全性能的汽车玻璃就陆续出现在人们的视野中。第2章 设计部分2.1 场址选择及建厂标准 A 场址选择 本次设计计划在图们江建厂，进行图们江年产250万重箱浮法玻璃生产线锡槽进口端，锡槽主体结构设计，进行总工艺设计，玻璃成分设计，性质设计。根据实际生产线图纸，通过相关计算，完成浮法玻璃生产线联合车间锡槽进口端，锡槽主体的平面结构设计，立面结构设计等。图们江发源于长白山主峰东麓，全长约516公里，其中上游501公里为中朝界河，在珲春市防川村的“土字碑”国界处东南出境，之后下游15公里为俄朝界河，最终注入日本海，与日本的西海岸相望。图们江地区就是泛指图们江流域所辐射到的中、朝、俄三国交界地区，处于东北亚六国日本、韩国、朝鲜、俄罗斯、