浮法玻璃退火窑A、B、C三区空间温度的理论计算.doc

浮法玻璃退火窑A、B、C三区空间温度的理论计算，陈正树(中国新型建材工业杭州设计研究院，浙江杭州310003)摘要：本文根据玻璃工艺和传热学理论，及生产实践经验推导浮法玻璃逼火窑A、B、C三区空间温度的计算公式，避免投产初期摸索着进行碱少玻璃破损和企业经济损失。 关Il堋：浮法玻璃退火窑；A、B、C三区空间温度；l前言众所周知，我国自改革开放以来，玻璃工业有了很大的发展。剃20年底，我国自行设计 已建成投产的浮法玻璃生产线已有60多条，正在建设的还有20多条。其三太热工设备之一遇火窑，除少数几条从国外引进外，绝大多敦条退火窑都是在清化吸收基础上自行设计制 造，可以说基本实现了国产化，使玻璃的退火质量和成品率有了较大的提离。但由于受当时资 金和认识的限制引进的只是装备硬件，而没有引进生产操作技术软件，所以不论是引进的还 是自行设计的退火窑，在建成投产初期或在生产中改变品种时，都需各自摸索合适的空间温 良，才适应生产。玻璃退火进程其实质是如何按玻璃退火工艺要求控制玻璃带的冷却进程即按玻璃不 同厚度控制其冷却速度。因此如何了解和掌握玻璃带在各区退火冷却过程的温度变化是十 分必要和重要的。大家都知道要想测量在退火窑辊道上运行的玻璃带的十分匿难的。除非 在遇火窑内玻璃带上下方设置多台红外测温仪。但由于红外测温仪价格较商，所以一般只用 一台怍枚核用，其他多点通常只能用热电假铡量玻璃带上下空问温度。不言而喻，空间温度t|要比其相应的玻璃表面温度k低，但低多少度才符合各区玻璃退 火的冷却要求，不得而知。因此在生产中尤其是建成投产初期，只好参考老线摸索着进行，致 踺每条浮法线在建成投产韧期，都发生玻璃退火质量不好，和玻璃破捐事高的情况。在减少引 拉量生产薄或厚玻璃过程中，同样发生上述情况，给玻璃企业带来不少经济损失。 怍者鉴于上述情况根据玻璃工艺和传热理论及生产实践经验，试图研究分析玻璃带表面和炉膛空间的温度相互关系及变化规律，推导A、B、C三区炉膛空同温度k的计算公式，以供一67生产企业在确定A、B、C三区的空间温度t|作参考，以求尽量缩短达到正常生产的时间，避免或减少企业的经济损失。2玻璃带在退火窑A、B、C三区的传热过程和温度变化玻璃带在退火窑中退火冷却过程既要符合玻璃退火工艺要求又与传热密切相关，而其 传热涉及传导、对流和辐射是十分复杂的过翟。对玻璃带本身来讲在退火冷却过程，其表面 温度随时间而变，羼不稳定态的传导传热。由于玻璃带的厚度比其宽度和长度小得多。可以认为其热流仅向厚度方向传递，属一维传热其导热镦分方程式为旦=a里。此微分方程式无法 用直接积分的方法求解。但可以用边值条件来求解，经十分复杂的运算得到玻璃带沿厚度方 向各点的温度随时同T和冷却速度c的变化关系式为t=b一“+圭(s2一y2)。式中to为初始温度，C为冷却速度min，r为时间rain，a为导温系数mrain。S为玻璃带的厚度之半y为沿厚度之半上下的任意点。带中心y=0，带表面y=So因此，玻璃带上下表面的温一 1 1度为t衰=tf】一tT，带中心温度t中=torr+老S2玻璃带断面的平均温度t均=专tdy=去窍协一cr+考(s，一尹)dy=tocr+圭s2。这就是玻璃带在冷却过程的表面、中心及各点随时间4 变化的关系式。其中心与表面的温度差为t=圭s2，lip与导温系数a成反比，而与冷却速度c 和玻璃带的厚度之半的平方成正比。为保证玻璃退火质量，当生产的玻璃厚度增加时必须按 允许应力值计算其冷却速度，并严格控制。上述是玻璃本身的传热过程和温度随时同的变化，也就是玻璃带在退火冷却过程中，其热量从内往外流这些热量由玻璃带表面以辐射和对流方式传递给炉膛空间，当然也传递给辊 道，炉膛内壁及玻璃带上下方的辐射冷却器，其热量少部分由辊子轴头和炉膛的顶、底及两侧 壁向车间散发，其大部分热量由玻璃带上下方的冷却器中的空气与管壁进行强制对流带走，睫 踱璃带得以有控制的冷却。不言而喻玻璃带在冷却过程热量减少，与玻璃带的温度降低直接相关，而温度降低的幅 赏，即拎却速度必须符合玻璃带在各区的退火要求，因此及时了解和掌握玻璃带的温度，对遢 火好玻璃是至美重要的。3 A、B、C三区的空间温度k的计算公式的推导上述诸多传热过程的关键传热有二。一是玻璃带内外层存在温度差，而使热量以f专导方 式从内往外流。其实质是玻璃带受到冷却使温度降低热量减少过程。二是玻璃带表面与炉膛 空间存在着温度差，而使玻璃带上下两个表面，以辐射和对流方式将热量传递给空间。根据能 量恒守定则，这两种传热过程的热量应相等，则可列出如下的热平衡方程式：q=(“ctt2电)G=n(kt。)2F KJrain1)上式左边(qCl一t2c2)G为玻璃带在一身钟内由于受到冷却而减少的热量，即由于玻璃带一6 g一内外存在温度差，以传导方式从内往外流的热量。右边n(ku)2F为玻璃带上下表面与空 间存在温度差以辐射和对流方式传递给空间的热量。公式(1)中的tl和t2为玻璃带在一分钟前后的温度(it2)=t为玻璃带在一分钟内 温度降低的度数，即玻璃带的冷却速度Cmln。ct和岛为与玻璃温度tl、t2相对应的比热傀，它是玻璃温度的函数，即随温度变化，但变化不大，可令el=q=。G为玻璃拉引量kgrain，G=pWVE。p为玻璃的密度(th13)也随玻璃的温度变化也变化不大，令p=245tm3=245103 kgh，；w为玻璃带的宽度m；V为玻璃带的拉引速度mmin；E为玻璃带的厚度m；a为玻璃带在某一温度时的综合换热系数(a=嘲+叼)Klm?mine；k为玻璃 带的表面温度；t。为与k相对应的炉膛空间温度，2代表玻璃带上下两个表面；F为玻璃带 一面的散热面积n12，F=WV。这样公式(1)可改写成：cCppWVE=a(kt)2wV，胃9t。=tg一1225103qaCE=tg一1225x103KCE(2)式中K=G为玻璃的热工参数；E为玻璃带厚度，因与103相乘则可以以m表示；C为玻璃带在ABC三区允许的冷却速度rain。公式(2)中只有热工参数K是未知效，它是玻璃温度的函数可根据玻璃工艺和传热学理 论，先计算G和a。束得。不过计算十分麻烦为便于计算应用，作者经计算求得，在不同温度 时的G和a。(a=ac+吨)，从而得到不同温度时的K=q向。经绘图后发现K与k成有规 律的曲线变化。这就可以运用数学知识经运算得到玻璃的热工参散K与玻璃置度tI的关系 式是：K=2145106t202958102t+116(3)-从公式(3)可以看出，空间t与其相应的玻璃带表面温度k之差为t=1225103KC E，其大小随玻璃的热工参数K，冷却速度C和玻璃带的厚度E而变化。对浮法玻璃，在相同温 度下，K值不变则t的太小主要决定于C和E。以前往往由老线工人协助新线投产，将老线 成熟的空间温度参数用于新线，而发生玻璃退火质量不好，玻璃破损严重，其原周就在于虽然 玻璃带的厚度相同。而因拉引量和带宽不同拉引速度不一样致使玲却速度不同的缘故。所 以必须根据每条生产线的拉引量，带宽及A、B、C三区的长度，根据玻璃带在A、B、C三区允许 的冷却速度来确定各区的空间温度tI。对一条特定的退火窑当拉引量和带宽不变因冷却 遵度与玻璃厚度成比例变化。则其空间温度t。可不变。如拉引量变化，即使是厚度不变，其冷 却速度也不一样，也必须词整空间温度。总之，不譬是新线还是老线，都要根据拉引速度，来计 算其冷却速度，然后确定A、B、C三区的空间温度以适应玻璃退火要求，确保玻璃遇火质量。4举例计算 、某公司400 td浮法玻璃退火窑，其A区长度为1080 mB区长度为210 m，C区为12m。玻璃带宽度为345m，玻璃的密度以245tm3计尉5 rlrl玻璃的拉引速度为v52 6573 mmin。试计算A、B、C三区空间温度tI列表于下：一69-寰1、 区别指标ABC1玻璃带进出口温度，600、545 5454 4803踟2玻璃冷却遮度，商n3347420345547753热电偶测点处(距区末2m)的555 486397玻璃温度，4热工参敷K筐 017900Z29l 032375玻璃带厚度nm55 5=3971225h=555一l_225X tt=4861255 X6热电偶潮点处的空间置度O323754775501790X 334745 02291加3455h，=597一1086=55536 7=518=486286=457C2昭一般在A、B、C三区玻璃带上下方各安装35支热电偶插入深度以距玻璃带100 mm左右为宜。为保证玻璃退火质量玻璃带横向温度差应3，玻璃带上下温度差3C。 这里要指出，在生产中发现不管是引进的还是我国自行设计、制造的遇火窑C区玻璃带下空间温度较高，有时甚至离出几十度当然玻璃带下表面的温度也比上表面温度高。致使沿 玻璃带断面的应力公布(暂时应力)不对称而向一面馆移。由于暂时应力的张应力在外层，压 直力在内层而玻璃的抗张强度要比抗压强度几乎低十倍。所以容易引起破裂。这是在生产 中玻璃带往往在C区破裂的主要原因之一。造成这种情况的原因有二一是玻