玻璃熔化操作与控制.ppt

玻璃熔化操作与控制 玻璃的熔化 合格配合料经高温加热形成均匀的 无缺陷的并符合成型要求的玻璃液的过程称为玻璃的熔制过程 从加热配合料直到熔成玻璃液 常分为五个阶段 硅酸盐形成阶段 玻璃形成阶段 玻璃液的澄清阶段 均化阶段 玻璃液的冷却阶段 玻璃熔制的五个阶段互不相同但又彼此关联 例如 在硅酸盐形成阶段中有玻璃形成过程 在澄清阶段中又包含有玻璃液的均化 配合料加热时的各种过程 玻璃熔制的五个阶段 1 硅酸盐形成阶段配合料进入熔窑后 在800 1000 温度范围内发生一系列物理的 化学的和物理化学的反应 这个阶段结束时 大部分气态产物从配合料中逸出 配合料最后变成由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物 2 玻璃液形成阶段当温度升到1200 时 烧结物中的低共熔物开始熔化 出现了一些熔融体 同时硅酸盐与未反应的石英砂颗粒反应 相互熔解 伴随着温度的继续升高 硅酸盐和石英砂颗粒完全熔解与熔融体中 成为含有大量可见气泡 条纹 在温度和化学组分上不够均匀的透明玻璃液 3 玻璃液澄清阶段随着温度继续升高 达到1400 1500 时 玻璃液的黏度约为10Pa s 玻璃液在形成阶段的可见气泡和熔解气体 由于温度升高 体积增大 玻璃液黏度的降低而逸出 4 玻璃液均化阶段玻璃液长时间处于高温 并在对流 扩散 熔解等作用下 玻璃液中的条纹逐渐消除 化学组成和温度逐渐趋向均匀 此阶段结束时的温度略低于澄清温度 5 玻璃液冷却阶段将澄清和均化后的玻璃液逐渐降温 使玻璃液具有成型所需的黏度 浮法玻璃冷却结束的温度在1100 1050 左右 影响玻璃熔制过程的因素 在玻璃生产中 燃料耗量 熔窑生产率 窑的侵蚀 产品的产质量 产品成本这些与玻璃熔制过程的状况密切相关 影响玻璃熔制过程的主要因素 1 玻璃成分玻璃成分对玻璃熔制速度有很大的影响 例如玻璃中SiO2 Al203含量提高时 其熔制速度就减慢 当玻璃中Na2O K20增加时 其熔制速度就加快 2 配合料的物理状态 1 原料的选择 当同一玻璃成分采用不同原料时 它将在不同程度上影响配合料的分层 如重碱与轻碱 熔化温度 铝氧粉Al203的熔点为2050 钾长石为1170 等 2 原料的颗粒组成 其中影响最大的是石英的颗粒度 其次是白云石 石灰石 长石的颗粒度这是由于它具有较高的熔化温度和小的扩散速度 石英颗粒愈小 反应时间愈短 玻璃生成速度越快 颗粒过小 0 06mm的颗粒可以结团成为大颗粒 反而不易溶解 而且会造成投料时的粉尘飞扬 3 熔窑的温度制度熔窑的熔制温度是最重要的因素 温度越高 硅酸盐反应越强烈 石英颗粒的溶解与扩散越快 玻璃液的去泡和均化也越容易 试验表明 在1450 1500 范围内 每升高1 可使熔化能力增加1 1500 1550 范围内 每升高1 可使熔化能力增加0 7 因此 提高熔窑温度是强化玻璃熔融 提高熔窑生产率的最有效措施 但必须注意 随着温度的升高 耐火材料的侵蚀将加快 燃料耗量也将大幅度提高 4 熔窑气氛和压力制度在熔制颜色玻璃时要保持一定的气氛 比如生产海水兰时为了避免氧化铜还原成金属铜 须保持氧化气氛 窑内压力要保持微正压或者零压 5 投料方式采用薄层投料 是配合料和火焰接触面积尽量增大 通过辐射得到更多热量 通过热传导加速热分解过程 同时玻璃液表面温度高 粘度小 对气泡的排出也比较有利 6 机械搅拌与鼓泡在窑池内进行机械搅拌或鼓泡是提高玻璃液澄清速度和均化速度的有效措施 玻璃熔窑的作用是把合格的配合料熔制成无气泡 条纹 析晶的透明玻璃液 并使其冷却到所需的成型温度 所以玻璃熔窑是生产玻璃的重要热工设备 它与制品的产质量 成本 能耗等有密切关系 玻璃熔窑 熔窑工作过程 浮法生产用横焰窑工作原理图 平面图 横截面图 配合料由投料口进入熔化部 由窑的一侧的小炉喷焰加热 火焰把热量传给配合料 熔化与澄清后的玻璃液进入冷却部 经流槽口进入锡槽 燃烧后的废气进入另一侧的小炉 经蓄热室 烟道 烟囱排出 熔窑构成 一 熔制部分包括 投料口 熔化部 卡脖 冷却部 二 燃料燃烧部分包括 小炉 喷枪 三 余热回收部分包括 蓄热室或换热器 四 排烟供气部分包括 分支烟道 支烟道 总烟道以及分支烟道闸板 总烟道闸板 空气交换器 助燃风机 风管等 耐火材料的选用 常见配置方案 火焰空间 大碹 胸墙 硅砖 池壁 电熔锆刚玉砖 电熔莫来石砖 粘土砖 或整块电熔锆刚玉砖 池底 粘土砖 或保温砖 粘土砖 锆质捣打料 刚玉砖 小炉口 电熔锆刚玉砖 蓄热室 硅砖 粘土砖 高铝砖 碱性耐火材料 烟道 粘土砖 窑用耐火材料 熔窑用耐火材料在长期使用中 要经受高温 火焰 碱性飞料 玻璃液等的物理化学侵蚀作用 因而玻璃窑用耐火材料除应具备一般工业炉用耐火材料的基本性质外 还必须满足玻璃熔制工艺上的特殊要求 1 有足够高的耐火度 2 有相当高的高温力学强度 3 高温体积稳定性好 4 抗玻璃液 碱性飞料 火焰的侵蚀能力强 此外 还有对玻璃液不产生污染 热稳定性好以及对尺寸公差 价格等的要求 耐火材料按其耐火度可分为1580 1770 的普通耐火制品 1770 2000 的高耐火制品 2000 的特高耐火制品 按其化学成分可分为 SiO2系 Al2O3 SiO2 A1203 SiO2 ZrO2系 MgO系等 以下介绍玻璃熔窑常用的耐火材料 1 硅氧质耐火材料 SiO2系 1 硅砖 是以SiO2为主体的耐火材料 它是由纯度高 结晶细密的石英质岩石与少量石灰乳混合后经煅烧而成 其中熟料是废硅砖粉 耐火度达1690 以上 荷重软化温度 1665 其成分范围是 SiO294 98 Ca01 5 3 5 Al2O30 2 2 Fe2O30 3 3 0 R2O0 O 5 硅砖的主要耐火矿相是鳞石英和方石英 少量未转化的残余石英 此外还有极少量的玻璃相 硅砖中各种不同变体的晶型转化都伴随有体积的变化 最大的热膨胀发生在300 以下 因此 在烤窑时须特别注意 在700 以上一般不会对硅砖砌体造成破坏 硅砖的热稳定性较差 850 的硅砖在水中急冷而不破坏的次数只有1 2次 硅砖是酸性耐火材料 有良好的抗酸性渣性能 但对碱性组分的耐蚀能力差 抗玻璃液的冲刷能力也差 由于硅砖的荷重软化温度高 抗玻璃液中R2O的能力差 所以它适用于砌筑各种碹体 山墙 冷却部胸墙等 不适宜砌筑与玻璃液相接触的池壁等 2 硅酸铝质耐火材料 Al2O3 Si02系 1 粘土砖 是由耐火粘土为主要原料制成的耐火砖 Al2O3的含量在30 46 主晶相是莫来石与部分SiO2晶体 以方石英为主 并有相当数量的玻璃相 耐火度可达1580 1750 但荷重软化温度只有1300 1450 因此 允许的使用温度也相应降低 一般为1300 以下 它主要用于熔窑温度较低的部位 如池底砖 熔化部和冷却部最下层的池壁砖 大梁砖 蓄热室下部的墙 炉条碹 格子砖下部 烟道碹等 2 高铝砖 它以高铝矾土为原料 在1500 下烧制而成 随Al2O3的增加 又可分为硅线石制品 莫来石制品 莫来石 刚玉制品 刚玉 莫来石制品以及刚玉制品 随Al2O3含量不同 其主晶相也不相同 Al2O3含量低时以莫来石晶相为主 含量高时以刚玉晶相为主 其中均含有少量的玻璃相 高铝砖的耐火度 1770 荷重软化温度 1500 抗玻璃液侵蚀的能力都比粘土砖高 因此 它主要用于温度较高的承重部位 如蓄热室的间隔墙和侧墙 蓄热室的半圆碹等 3 电熔耐火材料 Al2O3 ZrO2 Si02系 把耐火材料的原料放在电弧炉中进行熔化 再浇注成型 缓慢冷却而成 其特点是结构致密 气孔率低 容积密度大 力学强度高 荷重软化温度高 耐蚀性能优良 1 电熔锆莫来石砖 又称黑铁砖 它是最早的电熔耐火材料 2 电熔锆刚玉砖 又称白铁砖 其主要晶相为紧密共存的刚玉 Al2O3 和斜锆石 Zr02 玻璃相的含量很少 这种砖的最大特点是组织稳定而致密 抗玻璃液侵蚀的性能强 是目前抗玻璃液侵蚀最佳的材料 电熔锆刚玉砖成分范围为 Al2O347 51 ZrO230 43 Si0210 18 一般把电熔锆刚玉砖中按ZrO2含量分为33 36 41 等若干级 电熔锆刚玉砖荷重软化温度 1650主要用于熔窑投料池 池壁 流道 喷嘴砖 下间隙砖等与玻璃液相接触的部位 4 碱性耐火材料 MgO系 目前在玻璃窑上使用的碱性耐火材料有 镁砖 镁硅砖 镁铬砖 铬镁砖等 直接结合镁砖是以高纯烧结镁砂为原料制成 MgO的含量为95 以上 按生产工艺不同 镁砖可分为烧结镁砖和不烧结镁砖 前者以烧结镁砂为原料 加入含亚硫酸盐的纸浆废液作结合剂 在1600 1700 下烧成 其主矿相为方镁石 含少量玻璃相 不烧结镁砖是在烧结镁砂中加入矿化剂和低温结合剂 经加压成型 干燥而成制品 镁砖的耐火度 2000 砖荷重软化温度 1650 抗碱性能强 抗酸能力差 热导率大 使用寿命长 它主要用于蓄热室上部的格子体和蓄热室墙的上半部 2 熔窑保温加强窑体保温 减少窑体的热散失是降低单位热耗的有效措施 蓄热式熔窑保温前后的热损失如图 由上例可知 采用熔窑保温措施后可降低热耗约26 一 温度制度合理的燃料分配比例化料区62 泡沫区17 镜面区21 因窑而异 热点红外温度一般在1550 1600 熔窑作业制度 液流分为生产流和热对流两种 概念 液面附近的气压要求 零压微正压 正压过大 燃料燃烧困难而降低熔化部温度 泡界线模糊 冷却部温度上升 耐火材料损坏加快 负压 冷空气入窑降低火焰温度 影响传热 影响澄清和均化测压点 大碹内表面 或近液面处 二 窑压 概念 熔化好的与没有熔化好的玻璃液之间的分界线 是生产流与热对流达到平衡的结果 影响因素 投料量与拉引量 料堆宽度与厚度 热点与投料口温度差 温度制度 配合料熔化难易程度等 三 泡界线 1 要求 做到投料量与玻璃拉引量相适应 保持稳定 2 投料 1 要求A 投料量与玻璃拉引量适应 B 料堆薄而小 不跑偏 C 振动小 落差小 2 投料设备毯式投料机 四 液面 3 液面监控设备 1 铁钩 2 液面镜 液面镜摄像式测量法 玻璃缺陷 缺陷种类 气泡 条纹 结石一 气泡种类 1 一次气泡 2 二次气泡 原溶解于玻璃液中的气体由于温度增高而引起溶解度的下降 所以析出了极细小的 分布均匀的 数量极多的气泡 3 空气泡 粉料颗粒间的空气在高温熔化时未能及时排除 4 耐火材料气泡 耐火材料本身有一定的气孔率 当与玻璃液接触后 因毛细管作用 玻璃液进入缝隙而将气体挤出而成气泡 5 铁泡 铁中的碳氧化成CO及CO2而形成气泡 由铁器引起的气泡在其周界上往往伴随有褐色的玻璃膜 6 水泡 概念 玻璃中存在的 与主体玻璃成分 性能不同的部分 条纹 条状 纤维状节瘤 块状 片状 颗粒状 条纹与节瘤 2 产生原因 1 玻璃液化学成分不均匀 熔化不均匀 熔制制度不稳定 2 窑旋液滴引起条纹和节瘤 3 耐火材料被侵蚀 4 结石熔化 5 气氛 还原气氛使表面张力增大20 熔体中心表面张力较小的部分翻到表面 结石 一 配合料结石 配合料中未熔化的颗粒1 特征 大多为石英颗粒 色泽呈白色 棱角模糊 表面常有沟槽 周围有一层SiO2含量较高的无色圈 边缘往往会出现方石英和鳞石英的晶体 2 原因 配合料结石的产生不仅与配合料的制备质量有关 也与熔制的加料方式 熔制温度的高低与波动等有关 扫描电镜下的结石 二 耐火材料结石 1 概念 当耐火材料受到侵蚀剥落 或在高温下玻璃液与耐火材料相互作用后有些碎屑就可能夹杂到玻璃制品中而形成耐火