毕业设计论文（退火窑）.doc

毕 业 论 文 第 I 页 摘 要 在本设计中 详细阐述了浮法工艺退火窑初步设计 其中有退火窑的产生 发展和 国内外的现状 并做了相应的比较 同时还对退火窑的结构分区和各分区的工艺计算进行了相应的描述 结构分区部分 主要是针对退火窑每个分区的结构 以及每个分区内的加热 冷却装置的布置进行讨论 工艺计算部分则是分别对退火窑的 7 个区进行单独的长度计算 然后得到其总长 再根 据玻璃原板宽度的生产要求确定退火窑的内外宽度 关键词 浮法玻璃 退火窑 永久应力 暂时应力 毕 业 论 文 第 II 页 Abstract In this design has elaborated the preliminary design of the annealing kiln of the float glass including the selection of annealing kiln development and the current situation at home and abroad and the corresponding comparisons Also on the structure of annealing kiln district and the district s calculation of the corresponding description Outline some of the major structural against annealing kiln each divisional structure and each of the district heating The layout of the cooling devices for discussion Technology is part of calculation were right annealing kiln s seven separate areas on the length and then to be its chief Based on the glass plate width of the original production requirements to determine the internal and external annealing kiln s width Key words Float glass Annealing kiln Permanent stress Temporary stress 毕 业 论 文 第 III 页 目 录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 目目 录录 III 第第 1 章章 总总 论论 1 1 1 浮法玻璃退火理论的发展 1 1 1 1 60 70 年代浮法玻璃退火理论 1 1 1 2 80 年代浮法玻璃退火理论 2 1 1 3 90 年代浮法玻璃退火理论 3 1 2 20 世纪 90 年代 CUND 公司与 STEIN 公司浮法玻璃退火窑性能比较 4 1 2 1 电器控制系统 5 1 2 2 电加热系统 6 1 2 3 冷却风系统 6 1 3 我国浮法玻璃退火技术发展状况 7 1 4 浮法玻璃退火存在的问题 7 1 5 浮法玻璃退火技术的发展方向 8 1 5 1 科学的设计 8 1 5 2 科学的制造 9 1 5 3 科学的运行 9 第第 2 章章 工艺设计的指导思想及设计的依据工艺设计的指导思想及设计的依据 10 2 1 指导思想 10 2 2 设计依据 10 第第 3 章章 浮法玻璃退火窑的设计与计算浮法玻璃退火窑的设计与计算 11 3 1 退火工艺的计算说明 11 3 1 1 预退火区 A 区 11 3 1 2 退火区 B 区 12 3 1 3 后退火区 C 区 13 3 1 4 直接热风冷却区 Ret 区 13 毕 业 论 文 第 IV 页 3 1 5 直接冷风冷却区 F 区 14 3 2 浮法玻璃退火窑结构概述 15 3 2 1 A 区结构 16 3 2 2 B 区结构 16 3 2 3 C 区结构 16 3 2 4 D 区结构 17 3 2 5 Ret 区结构 17 3 2 6 E 区结构 18 3 2 7 F 区结构 18 3 3 退火窑的辊道 18 3 4 退火窑的冷却系统 20 3 5 360T D浮法玻璃退火窑计算 21 3 5 1 计算依据 条件及要求 21 3 5 2 设计计算 22 3 6 浮法玻璃退火窑结构设计 25 3 6 1 工艺说明 25 3 6 2 浮法玻璃退火窑的结构 25 3 7 退火窑的辊道设计 27 3 8 技术指标 27 3 8 1 主要技术指标 27 3 8 2 退火温度制度 28 第第 4 章章 浮法玻璃退火窑在设计中需要注意的问题及解决办法浮法玻璃退火窑在设计中需要注意的问题及解决办法 29 4 1 壳体的保温及密封 29 4 2 电加热布置 29 第第 5 章章 浮法玻璃退火窑设计中的改进设想浮法玻璃退火窑设计中的改进设想 31 结结 论论 32 致致 谢谢 33 参参 考考 文文 献献 34 附录附录 1 I 附录附录 2 II 毕 业 论 文 第 V 页 附录附录 3 III 毕 业 论 文 第 1 页 第 1 章 总 论 退火窑作为浮法玻璃生产线三大热工设备之一 在浮法玻璃生产中起到举足轻重的作 用 退火的质量将直接影响玻璃的质量及成品率 特别对于生产用于汽车 制镜等方面 的深加工玻璃 退火窑的作用尤其重要 自从英国人发明了浮法工艺生产平板玻璃后 浮法玻璃退火也成为广大玻璃科技工 作者的研究课题 在这方面研究开发较早的国外公司主要以比利时 CUND 公司为代表 其他公司如法国 STEIN 公司也进行了这方面的研究工作 近年来我国浮法线的数量不断增加 已达到130多条生产线 可以说目前我国的浮法 玻璃生产技术已达到较成熟的水平 并向着生产超薄和超厚玻璃的方向发展 从我国浮 法玻璃生产实践看 因为退火窑性能不良而影响生产的情况有两种情况 一是退火不良 影响正常的产品质量与品种 二是增加品种和产量 但退火窑性能上不能满足要求 科 学解决这两个问题也是退火窑今后发展方向 9 所以做关于浮法玻璃退火窑方面的设计是很有意义的 下面是对浮法玻璃退火的一 些认识 1 1 浮法玻璃退火理论的发展 自从英国人Pilkington 发明了浮法工艺生产平板玻璃后 浮法玻璃的退火也成为广大 玻璃科技工作者的研究课题 在这方面研究开发较早的国外公司主要以比利时CNUD 公 司为代表 其它公司如法国STEIN 安东尼公司等也进行这方面的研究工作 1 1 1 60 70 年代浮法玻璃退火理论 浮法工艺的特点是拉引速度快 厚度变化范围大 玻璃技术工作者提出了适应浮法工 艺的退火理论 其主要思想为 1 玻璃在锡槽成型后离开锡槽的温度约为600 玻璃板能被冷端操作者接受的 毕 业 论 文 第 2 页 温度为70 左右 在这个温度区间 玻璃经历了从塑性体到弹性体的变化过程 大约在 480 的温度是这种变化的转折点 2 玻璃退火主要解决两个问题 a 残余应力值要合适 太小易碎 太大不易切裁 b 暂时应力分布均匀 否则 在冷却过程中玻璃板面易出现物理缺陷 甚至炸裂 在高于480 温度时玻璃 通过变形吸收温度差形成永久应力 在低于480 时 玻璃温度达到室温时 暂时应力也 随之消失 3 玻璃板在一定的温度范围内可以快速冷却 特别是200 以下 可以最大限度 地冷却玻璃板 4 考虑到玻璃板平整度对温度差的敏感性 在高温区用间接换热方式对其降温 低温区用冷风直接冷却 且这些冷却强度能够控制 8 1 1 2 80 年代浮法玻璃退火理论 通过若干年的实践 解决浮法玻璃的退火已不成问题 但降低退火窑的成本 提高 其运行效率已成为该技术领域的目标 1976年CNUD公司宣布该公司已成功地对退火窑的 冷却系统进行了有效的改造 其内容为将玻璃板在380 220 的温度区间内的冷却方 式由原来的间接冷却改为由热风循环直接冷却 这种工艺的最大优点就是可以将退火窑 缩短 增加操作灵活性 而热风并不另外增加热源 而是用玻璃散发的热量 该公司将 这种区域起名为Ret Revolution 区 70 年代末 法国STEIN公司开始生产浮法玻璃退火 窑设备 从此打破了几乎是CNUD公司独霸的市场 STEIN公司主要以生产钢铁行业热处 理成套设备为主 具有一定的实力 该公司研究玻璃退火窑考虑了玻璃退火特性的同时 较明显的结合有钢铁热处理设备及工艺技术的特点 主要表现在以下几个方面 1 在玻璃的退火区玻璃板上部用热风循环间接冷却玻璃板 玻璃板的温差由风温 毕 业 论 文 第 3 页 来调节 玻璃板下部的温差由管道的风量来调节 2 冷却器全部为圆管 而且在退火后区玻璃板上下的冷却器都为一层 3 在热风循环直板冷却区后端设有1 个热风排泄烟囱 前端装有一个隧道压力控 制系统 以调控烤窑及生产时退火窑的热工状态 4 保温壳体采用外死内活的结构形式 装拆灵活 易维修 5 电加热器放在壳体外部 易于维修 玻璃板下没有任何加热设备 80 年代初期 CNUD STEIN 公司产品均打入我国玻璃行业 两家产品均满足了洛 阳浮法的工艺要求 由于两家产品工艺技术措施不完全相同 在我国浮法玻璃行业实际 上也形成了两种对操作习惯的不同认识 1 1 3 90 年代浮法玻璃退火理论 进入90 年代 玻璃制造商更加注重新技术的开发 而新技术新装备的开发首先取决 于新的理论的产生 过去 人们普遍认为玻璃退火点到应变点的温度区间内是退火的重 要区域 这一点已被实践证明 作为两种工艺的代表 CNUD 和STEIN公司只是做法 上不同 前者用冷风逆流间接冷却玻璃 后者用热风逆流循环冷却玻璃 而在退火前区 玻璃温度在600 550 范围内 两种工艺在认识与装备上几乎达到一致 即 在这个温 度区间内 由于玻璃的塑性性能较好 可以用冷风顺流间接换热方式冷却玻璃板 在这 个区域内 如果采用逆风方式冷却玻璃板 则开始由于50 的风温与550 玻璃温度差较 大 换热效率较高 玻璃本身感到的降温速度是由大到小 结束时 由于两者温差较小 换热效率就较低 而从玻璃本身产生残余应力的机理上看 600 的玻璃粘度比500 的 大 也就是玻璃在高温时吸收温差的能力比低温时的大 550 相对600 更易产生残余 应力 因而更需要缓慢冷却玻璃板 如果在这个区域 采用顺风间接冷却玻璃板 则开 始冷却时 由于玻璃板与风温差较大 换热速度较大 冷却结束时 由于玻璃与风温差 较小 换热速度较小 玻璃本身感到的降温速率是由大到小 这样就满足了玻璃退火合 毕 业 论 文 第 4 页 理控制残余应力的要求 另外CNUD公司在纵向退火工艺上有新的调整 80 年代500t d 退火窑 C区长度设计12m或9m RET区设计成Ret1 和Ret2 共长7 2 2 14 4m 而90 年代则把C 区设计成15m长 Ret区不分Ret1和Ret2区 共长9m 10 1 2 20 世纪 90 年代 CUND 公司与 STEIN 公司浮法玻璃退火窑性能比 较 进入 20 世纪 90 年代 玻璃制造商更加注重新技术的开发 而新技术新装备的开发 首先取决于新的理论的产生 过去 人们普遍认为玻璃退火点到应变点的温度区间内是 退火的重要区域 这一点以被实践证明 作为两种工艺的代表 CNUD 和 STEIN 公司 只是做法上不同 前者用冷逆流间接冷却玻璃 后者用热风逆流循环冷却玻璃 而在退 火前区 玻璃温度在 600 550 范围内 两种工艺在认识和装备上几乎达到一致 即在 这个温度区间内 由于玻璃的塑性性能较好 可以用冷风顺流间接方式冷却玻璃板 在 这个区域内 如果逆流方式冷却玻璃板 则开始由于 50 的风温与 550 玻璃温度差较大 热换效率较高 玻璃本身感到的降温速度是由大到小 结束时 由于两者温差较小 600 500 100 换热效率就较低 而从玻璃本身产生的残余应力的机理上看 600 的玻璃 的黏度比 500 的小 也就是玻璃在高温时吸收温差的能力比低温时的大 550 相对 600 更易产生残余应力 因而更需要缓慢冷却玻璃板 如果在这个区域 采用顺风间接 冷却玻璃板 则开始冷却时 由于玻璃板与风温差较大 600 50 550 换热速度较大 冷却结束时 由于玻璃板与风温差 550 500 50 较小 玻璃板本身感到的降温速率是 由大到小 这样就满足了玻璃退火合理控制残余应力的要求 另外 CNUD 公司在纵向 退火工艺上有新的调整 20 世纪 80 年代 500t d 退火窑 C 区长度设计成 12m 或 9m RET 区设计成 Ret1和 Ret2区 共长 7 2 2 14 4m 而 20 世纪 90 年代则把 C 区设 计成 15m 长 RET 区不分成 Ret1和 Ret2 共长 9m CNUD 和 STEIN 公司的 500t d 退火 毕 业 论 文 第 5 页 窑性能 几种纵向退火工艺布置见表 1 1 2 由两个公司的 500t d 退火窑比较可知 退火窑的温控 加热器等性能相互接近 具 体分析如下 表 1 1 20 世纪 90 年代 CNUD 和 STEIN 公司 500t d 浮法玻璃退火窑性能比较 内容CNUDSTEIN 产量 t d 50050 板厚 mm2 192 19 总长度 mm9985097750 A 区 mm1490515000 B 区 mm2700024000 C 区 mm1500015000 E 区 mm3300900 D 区 mm900015900 E2 区 mm36001800 F 区 mm90016200 F2 区 mm90009000 F3 区 mm90000 残余应力 nm cm 2637 风机功率 KW375202 电加热器功率 KW1920495 500 4 84 直径 304 8mm 500 4 82 直径 305mm 550 84 84 直径 304 8mm 600 83 132 直径 216mm 600 85 139 直径 304 8mm 500 136 180 直径 180mm 辊子间距 600 139 184 直径 203 2mm 冷却器形状30mm 70mm 矩形管直径 102mm 圆管 A600 550 度冷风顺流间接换热600 545 度冷风顺流间接换热 B550 480 度冷风逆流间接换热545 480 度冷风循环逆流间接换热 C480 380 度冷风逆流间接换热480 290 度冷风逆流间接换热 E380 370 度封闭式自然换热封闭式自然换热 D370 220 度热风循环直接冷却390 245 度热风循环直接冷却 E2220 200 度敞开自然冷却换热245 240 度敞开自然冷却换热 F200 140 度冷风直接换热240 105 度冷风直接换热 F2140 100 度冷风直接换热 热交换形式 F3100 70 度冷风直接换热 A 区板上边部往复移动电加热器有有 窑内压力不控制控制 C 区电加热器有无 A 区板下电加热器有无 安装在地面上不需要地坑可以可以 毕 业 论 文 第 6 页 1 2 1 电器控制系统 CNUD 退火窑除仍保留抽屉及加热箱加热元件 在 A 区两侧靠近板上部位 每节每 侧增加两个可调加热器 直接辐射加热以补偿玻璃板边部损失的热量 STEIN 退火窑的控制与 CNUD 接近 恒流量变温度控制 操作复杂 退火反映滞后 已改为恒温度变流量 每个控制区根据热电偶测定的温度 自动调节电动蝶阀的开度 以控制各区的空气流量 B 区板上为热风循环 有一回路控制交换器进风口的空气温度 以保证风温恒定 A B C 区板下热电偶仅用于检测 不参与控制 3 1 2 2 电加热系统 CNUD 退火窑除仍保留抽屉及加热箱加热元件 在 A 区两侧靠近板上部位 每节每 侧增加两个可调加热器 直接辐射加热以补偿玻璃板边部损失的热量 STEIN 退火窑电加热由壳体外均移至壳体内 A B 区玻璃带边部上方采用铠装的加 热元件 这些加热元件在宽度方向的位置可以手动调节 以适应较窄和较宽的的玻璃带 A 区板下安装有螺线形加热部件 在加热功率方面 STEIN 退火窑比 CNUD 退火窑低一些 STEIN 电加热直接辐射给 玻璃板 热效率高 具有可调性 适宜生产薄 厚玻璃及宽 窄玻璃的需要 16 1 2 3 冷却风系统 两公司退火窑的 A 区均为冷风顺流间接辐射冷却玻璃板 从锡槽过来的玻璃板正处 于可塑性状态 直接接触交换器内冷风时 温差大 冷却快 缩短了冷却长度 另外 随着玻璃板温度的降低 临近退火上限温度 550 交换器内的温度以较高 此时 处 于残余应力消除区的玻璃带 因温差小 冷却慢 适宜应力的消除 15 STEIN 在 B 区仍然采用热风循环 使退火曲线及平面应力更趋理想 CUND 退火窑 直接放置在楼板上 而且板下由侧部进风 自动或手控风量 STEIN 退火窑 热风循环区由一个改为两个区 且第二区由壳体封闭区改为敞开区 毕 业 论 文 第 7 页 用大量的热风直接吹玻璃板 在玻璃板周围形成热风气流包围 提高冷却强度 并取消 热风循环区与强制冷风区间的过渡区 1 3 我国浮法玻璃退火技术发展状况 我国洛阳浮法玻璃退火技术经历了几个阶段 1 全电砖结构式退火窑 采用国外 20 世纪 70 年代退火理论 将退火窑设计成砖结构隧道式 窑内装有电加 热器和冷却器 这样形式的退火窑最大特点是造价低 但存在窑密封保温不好 操作不 灵活 维修不方便 玻璃板不能太宽等缺点 2 全钢全电退火窑 传统冷风系统 退火窑采用 20 世纪 70 年代国外浮法玻璃退火理论 全钢结构 窑内装有电加热器 和风冷却器 其特点是造价相对较高 但窑密封性能好 易操作 易维修 3 全钢全电退火窑 新型冷风工艺 20 世纪 80 年代初期 通过生产实践和引进 CUND 产品 我国自行设计出了全钢全 电浮法退火窑 其原理与结构基本上与 CUND 公司 20 世纪 70 年代末及 80 年代初的产品 相同 直到 90 年代初期 我国浮法玻璃行业用的几乎都是这种产品 4 全电全钢退火窑 热风工艺 1996 年 11 月我国第一台热风工艺全钢全电退火窑投入运行 这台设备吸收了 STEIN 公司 20 世纪 80 年代初期的产品性能 综上所述 到目前为止 我国浮法玻璃制造行业 的全电砖结构退火窑 全电全钢传统冷风工艺退火窑 全电全钢新型冷风工艺退火窑 全电全钢热风工艺退火窑共存 各个工厂也都总结摸索出一套适应这些设备的造作运行 办法 从而促进了行业的技术进步 4 毕 业 论 文 第 8 页 1 4 浮法玻璃退火存在的问题 从设计与生产实践看 我国浮法退火技术领域尚存在一些值得重视的问题 1 设计基本上是参照CNUD STEIN 两大公司80 年代初的工艺技术进行设计的 但 只做到了宏观方面的相似 微观环节并没有达到技术要求 如 玻璃板平面辐射传热性能 保温材料的热性能与安装的关系 环境温度对玻璃板热交换的影响等 2 国内的情况是设计部门将设计图交给建设单位 由建设单位选择制造厂家进行制 造 验收检验不到位 运行后往往才发现许多部位达不到设计要求 在国外主体非标制 造总装及性能测试都在承担设计的公司完成 因此 产品最终使用性能都能达到设计 要求 3 标准设备选型 退火窑上使用的风机 蝶阀一般都是标准设备选型 建设单位对 这些设备的重要性往往认识不足 造成设备选型不合格 从实际运行看 风机压力 风 量不足 蝶阀精度不够都是较常见的影响玻璃温度调节精度的因素 4 材料质量不过关 从国产退火窑实际运行看 新投产的退火窑其电加热元件 壳 体隔热材料的性能还说得过去 当使用一段时间后人们会奇怪地发现 加热元件发热量 下降 壳体的散热量增加 这说明这些材料的性能还是不稳定的 影响退火窑热工制度 的稳定 5 生产运行 性能良好的退火窑取决于设计 制造 选型 操作等各个环节的合理 先进及相互间的有机配合 但国产退火窑往往在这几个方面是脱节的 操作人员甚至包 括有关技术人员对已经运行的退火窑的工作原理操作方法 产品常见问题的处理方法都 没有完全掌握 这就很难发挥出设备的性能 1 5 浮法玻璃退火技术的发展方向 从我国浮法玻璃生产实践看 因为退火窑性能不良而影响生产的情况有两种 第一 毕 业 论 文 第 9 页 退火不良影响正常的产品质量与品种 第二 增加品种和产量但退火窑性能上不能满足 科学的解决这两个问题也就是退火技术今后的发展方向 17 1 5 1 科学的设计 科学先进合理的设计是退火窑具备优良性能的前提 目前需要设计解决的问题有如下 几点 1 运用90 年代最新的退火理论进行退火窑方案设计 2 目前国内300t d 500t d 退火窑C 区长度均为12m 生产中反映出C 区玻璃温 度降不下来 应增加C 区长度 改善玻璃板的热交换条件 3 玻璃板在退火过程中边部最易出问题 如纵炸 横炸 波浪边等都是从边部产生 的 但国产退火窑 包括80 年代初期进口的退火窑 除了装有固定的横向分区冷却器与加 热器外 没有其它调节板边温度的手段 特别是板宽有变化时更易出问题 因此 退火 窑A 区边部应设计往复移动式电加热器 根据板边状况 随时进行调整 4 利用冷修机会 对尚在运行的国产退火窑 包括 80 年代初期进口的退火窑 A 区 的热工过程进行改造 如 将逆流改为顺流 这种改造可以减少残余应力 5 7 可 以增加 5 左右的产量 且投资很少 1 5 2 科学的制造 对退火窑的非标准设备及标准设备进行科学的制造与选型 使其均达到设计要求 这是确保退火窑性能的重要方面 1 5 3 科学的运行 科学的运行包括设备的安装 调试和操作三个方面 工作人员应直接参与退火窑的安 装和调试 熟悉设备的组成及运行原理 这对于生产操作和维修是很重要的 从设计者 的意图看 退火窑除了具备正常运转的性能外 还具备处理生产中各种产品质量问题的 手段 因此 一个合格的操作人员要具备正常运行操作和处理产品质量问题的能力 必 毕 业 论 文 第 10 页 须完成下列工作 1 熟悉设备结构 性能 2 会在电脑上进行通讯操作 3 明白各种浮法玻璃退火原理 4 熟悉产品在退火窑内退火热工过程 5 熟悉各种退火质量问题产生的原因和对退火窑进行的相应调整 6 建立整套的退火窑操作规程 毕 业 论 文 第 11 页 第 2 章 工艺设计的指导思想及设计的依据 2 1 指导思想 设计中遵循合理利用资源 力求采用先进的生产工艺 考虑可持续发展及工厂扩建 问题的原则 从而降低成本 此外 在经济条件和技术力量允许的情况下尽量使用当前 国内外最先进的技术设备 因为设计所采用的技术设备先进与否 直接决定着企业的技 术水平 同时 如何尽快适应 充分利用新技术 新工艺是衡量一个工厂先进与否的重 要标志 从而完成本设计 2 2 设计依据 根据指导教师下达的毕业设计任务书 结合上课所学知识 图书馆查阅资料和参考 某些现有生产单位的实际情况及相关资料进行设计 毕 业 论 文 第 12 页 第 3 章 浮法玻璃退火窑的设计与计算 3 1 退火工艺的计算说明 退火温度确定之后 还要确定退火的工艺制度 也就是确定退火分区 玻璃退火分区 是为玻璃在退火窑中 根据不同情况和要求进行退火 以便分区加以控制 以达到玻璃 退火质量的目的 实际上 玻璃退火过程也是玻璃冷却过程 但要根据玻璃的不同厚度 及不同要求 控制其冷却速度 使经退火后的玻璃中的残余应力符合要求 同时 玻璃 在退火中产生的暂时应力 不能过大 否则回引起玻璃在退火窑中炸裂 因此 玻璃在 退火窑中 按退火工艺分为加热均热预冷区 又称预退火去 重要冷却区 又称退火区 冷却区 又称后退火区 和急速冷却区 急速冷却区又分为直接热风和直接冷风冷却 区 现将以上 5 个区段的作用及其长度计算分述如下 3 1 1 预退火区 A 区 在正常生产情况下 玻璃带从锡槽拉引出来经过过度辊台 进入退火窑的温度一般 为 59010 此温度高于玻璃的最高退火温度 是可以不用再加热的 但由于玻璃带从 锡槽出来经过过渡辊台时 玻璃带的上下表面和带中与带边往往存在着温度差 有时甚 至还比较大 为使玻璃带进入退火区创造良好的温度场条件 提高玻璃的退火质量 必 须适当加热 尤其是边部 同时 使玻璃带通过此区 逐步预先均匀的冷却到玻璃的最 高退火温度 对某一厚度的玻璃带 在此区可以用比在退火区快 50 的速度进行冷却 根据统计数据 对 6mm 厚玻璃来计算此区的长度 可按式计算 3 1 V CA max A T 600 L 式中 LA A 区长度 m Tmax 玻璃的最高退火温度 毕 业 论 文 第 13 页 V 6mm 玻璃的拉因速度 m min CA 6mm 玻璃字此区允许的冷却速度 min 3 1 2 退火区 B 区 所谓退火区是指 玻璃在退火的过程中最关键的区域 因为经退火后的玻璃中的永 久应力的大小及其分布状况 主要决定于玻璃在此区的冷却速度和温度的分布情况 所 以必须正确地确定其冷却速度 精心地进行退火 以保证玻璃的退火质量 玻璃在退火过程中 既会产生暂时应力 也会产生永久应力 在玻璃完全冷却到室 温后出现 只要冷却速度大于零 则暂时的热弹应力 即暂时应力 在任何温度下都会 产生 而永久应力的产生 是由于在高温下玻璃中热弹应力松弛的结果 热弹应力松弛 的部分越大 则冷却后的玻璃中的永久内应力就越大 退火理论表明 玻璃中的永久应 力等于退火中松弛掉的应力的总和 但符号相反 玻璃只有在低于退火下限温度下冷却 永久应力才不会产生 因为此时玻璃的黏度已经增大 热弹应力实际上不可能松弛 7 在退火区域中 玻璃的内应力的产生决定于两个因素 首先是玻璃的冷却速度 其 次是玻璃在退火区域中冷却过程热弹应力的松弛速度 根据 Adams 和 Williamson 对玻璃 字退火区域中的退火研究认为 应力松弛速度与应力的平方成正比 即 3 2 2 Ap dt dP 而应力 p 的大小 当玻璃的化学成分一定时 主要取决于冷却速度 所以在退火区 域内玻璃中的热弹应力的松弛速度归根到底也与冷却速度有关 因此为了获得永久内应 力较小的玻璃 必须正确的确定和控制玻璃在退火区域内的冷却速度 目前 实际上不可能准确的计算出玻璃在退火区域中冷却时热弹应力松弛并在室温 下转变成永久内应力的那一部分应力 因此 在计算中可考虑产生的永久内应力的最大 值 即相当于玻璃中热弹应力的完全松弛 若按 6mm 玻璃来计算 则退火区的长度 LB为 毕 业 论 文 第 14 页 3 3 V C t LB 式中 LB 退火区长度 m 玻璃退火的上 下限温度之差 对于浮法玻璃 t 70 80 t C 6mm 玻璃在退火区允许的冷却速度 min 3 4 2 0 18s n C 光程差 nm cm 0 n S 玻璃厚度的一半 mm V 6mm 玻璃的拉引速度 m min 3 1 3 后退火区 C 区 亦称后退火区为在玻璃退火区域以下 即在玻璃退火的下限温度以下的冷却 可以 以较快的速度进行 但冷却速度也不能太快 玻璃在低于下限温度进行冷却所产生的内 应力为暂时应力 暂时应力沿板厚度方向分布与永久应力相反 其最大的张应力在板的 表面 如冷却速度太快 则会引起暂时应力过大而使玻璃破裂 一般暂时应力不得大于 玻璃破坏强度的 1 4 根据生产实践经验和理论计算 玻璃在 C 区的冷却速度 对于同一厚度的玻璃 可 以用比其在退火区大 1 5 左右的速度进行冷却 只要玻璃板的上下表面和横向的温度差不 太大 是不会引起玻璃炸裂的 这样 根据玻璃带在此区的温度降 大约为 100 t t 按与 B 区长度相同的公式来计算此区的长度 Lc m 只是式中的冷却速度 C 比其在退火 区大 1 5 倍 则 3 5 V C t LC 5 2 式中 C V 见式 3 3 毕 业 论 文 第 15 页 3 1 4 直接热风冷却区 Ret 区 玻璃带在退火窑中的退火过程 是有控制的冷却过程 它是已对流和辐射的方式 把自身的热量传递给其周围的介质和壳体 而使玻璃自身逐步冷却下来 玻璃带从后退 火区出来时的温度大约为 370 380 这时 其综合给热系数 对流给热系数和辐射给 热系数之和 由于玻璃温度已经较低 而大大减少 这是国内过去和现在几条老式的退 火窑的玻璃带在后退火区 C 区 后温度降低太慢 玻璃出退火窑时温度偏高的原因 为了使玻璃的热量能散发出来 根据牛顿提出的公式 3 6 FttQ 介玻 当降低而又要使 Q 增大或保持不变 F 一定时 只有使 t 玻 t 介 的温差加大 也就是使 t 介降低 t 玻 t 介 160 度为宜 但又不能用室温空气直接冷却玻璃 以免 玻璃冷却温度过大 而引起炸裂 因此 采取控制循环热风的温度 对玻璃带进行直接 吹风对流冷却 以使玻璃能以比其在后退火区稍大或相同的冷却速度进行对流冷却 使 玻璃带的表面温度由 370 380 降到 220 240 则此去的长度 LRet m 为 3 7 V C L t 3 160 Re 式中的 C V 见式 3 3 通常此区又分为两下节 即 Ret1和 Ret2区 退火窑在此区之后 就没有壳体了 一般有一过渡的自然冷却段 其长度约 3m 左右 再后面就是直接冷风冷却区 3 1 5 直接冷风冷却区 F 区 玻璃带经过直接热风冷却区 使玻璃带表面温度降低到 230 以下 为了使玻璃带在 此区能比前区 Ret 区 大 10 或相同的速度进行冷却 必须进一步加大玻璃带与介质的 温度差 使 t200 以使玻璃的热量能散发出去 因此可以使用室温空气直接喷吹强制 毕 业 论 文 第 16 页 对流冷却 玻璃带在此区的后半部 由于玻璃的温度以降低到约 100 玻璃表面和室温 的温度差以大大减小 单位时间内的散热量也随之降低 这就意味着玻璃带的冷却速度 不可能太快 根据实践经验和理论计算 玻璃在此区后半部的冷却速度 大约只能达到 前半部的 1 2 2 3 所以通常 F 区又分为 F1 和 F2 区 其长度 LF1和 LF2也分别用以下公式 进行计算 3 8 V C t LF 3 1 1 3 9 V C t LF 25 1 2 2 式中 C V 见式 3 3 和 根据实际来定 一般 2 1 t 2 t 1 t 2 t 3 2 浮法玻璃退火窑结构概述 浮法玻璃退火窑结构 目前国内外主要有两种形式 一种是砖结构退火窑 另一种 是钢结构退火窑 由于浮法玻璃是连续生产的 对玻璃表面平整度要求很高 所以 退 火窑均采用隧道式辊道退火窑 玻璃带由辊道支撑 并随着辊道的转动前进 砖结构退火窑窑体主要由耐火砖砌筑而成 窑内设置加热 冷却装置 在施工现场 砌筑安装 安装周期较长 密封性较差 自动化控制水平较低 所以目前很少采用 钢结构退火窑的窑体主要由内外两层金属壳体构成 中间填充保温棉 这种退火窑 一般均在机械厂制造 在施工现场安装就位 为了便于运输和吊装 整个退火窑分为若 干节每节长度 3m 左右 由于钢结构退火窑的密封绝热性能好 热惯性好 操作简单 控制容易 故有取代 砖结构退火窑的趋势 为了保证浮法玻璃的退火要求 上述两种退火窑均分为若干区 按玻璃的退火要求 每个区的温度不同 区与区之间有挡帘分隔 在窑体两侧 辊道的上面设有观察孔 下 毕 业 论 文 第 17 页 面设有碎玻璃清扫门 窑体内宽根据被退火玻璃的宽度而定 一般退火窑的内宽比玻璃 带的宽度大 600 700mm 为便于退火窑的操作和事故处理 玻璃带上下均留有足够的空 间 一般玻璃带至顶部的距离为 300 600mm 辊子下表面至窑膛的距离为 150 250mm 退火窑总长和各区长度的计算将在下文进行计算 3 2 1 A 区结构 A区即预退火区 其作用是使从锡槽中出来的600 左右的玻璃带均匀降温至玻璃最 高退火温度 一般为550度左右 该区由若干节组成 每节结构基本相同 内壳用耐热不锈钢板 外壳为普通钢板 中间填充保温棉 由于内壳温度较高 故结构处理上要留有足够的膨胀余地 该区上下 布置有辐射冷却器和电加热装置 辊子轴头密封效果的好坏 对玻璃退火质量有明显的影响 为了加强密封 同时 又 考虑于检修辊子 轴头密封采用活动结构 中间用岩棉或硅酸铝纤维棉毡等保温材料填 充 轴头密封需在辊子安装完毕后进行安装 11 窑内电加热器置于辐射冷却器和玻璃带之间 为了防止玻璃落入下部电加热器内 一般在下部电加热器上覆盖一层不锈钢丝网 冷却器在横向分成几组 每组由若干根小 风管组成 冷却风量分组控制 3 2 2 B 区结构 B 区即退火区 它的作用是将已处于高退火温度的玻璃带 以一定的冷却速度进行冷 却 从而使玻璃内的永久应力控制在允许的范围内 B 区结构跟 A 区结构基本相同 即 B 区也是由若干节组成 每节均有加热和冷却装 置 不同点主要是加热器的形状不同 因为玻璃带经过 A 区后温度基本均匀 为达到所 需的温度制度 只需通过电加热对玻璃带摆布进行温度调节 因而 B 区采用遍布电加热 器 布置在上面的两个边部 12 毕 业 论 文 第 18 页 3 2 3 C 区结构 C 区即后退火区 其作用是使 B 区出来的低于低退火温度的玻璃带以较快冷却速度 进行冷却 因在该区内 玻璃只产生暂时应力 不产生永久应力 C 区结构与 A B 区有所不同 首先 由于此时的玻璃带温度已不是很高 没有必要 用耐热不锈钢材料 故 C 区顶部和两侧墙均可采用普通钢板制造 壳体仍分为内外两层 中间填充保温棉 为了散热的需要和节省材料 保温层材料可以适当件薄 其次 为使 玻璃带尽快降温 缩短窑长 通常该区的冷却强度较大 主要是通过加大冷却风量和增 大冷却器面积来实现 另外 该区由于使用普通钢材 其表面黑度比不锈钢要大好几倍 这样也有利于强化散热 在次为了控制玻璃板边的温度 C 区的两个边部仍设有电加热器 只是功率比 B 区小些 该区冷却器由于窑宽的限制 不可能做的很宽 为要增大传热效果 一般是采用多 成冷却器的办法来实现 但由于传热效果并不是跟冷却器的层数增加成正比 古决定冷 却器的层数 还要考虑得到他的经济性和实用性 通常上部冷却器为 3 层 下部冷却器 为 2 层 具体确定还是需要通过该区的热平衡计算 3 2 4 D 区结构 D 区即过渡区 它介于 C 区和 RET 区之间 起连接作用 其结构形式为一封闭结构 窑内既无加热也没有冷却装置 窑体只用一层钢板进行密封 但不作保温处理 3 2 5 Ret 区结构 Ret 区即热风循环冷却区 它是利用窑内的热空气 配以一定量的新鲜室温空气 通 过风机将一定温度的热空气重新喷吹在玻璃带上 利用其强制对流使玻璃带快速冷却 由于使用的冷却介质是热空气 与玻璃带的温差不是很大 故正常生产时不回引起玻璃 板的炸裂 该区为一独立的封闭体 窑体用普通钢板制造 玻璃带上部的冷却风喷嘴横向分为 毕 业 论 文 第 19 页 五组 每组可单独控制其冷却风量 玻璃带下部不再分区 冷却风从两个边部送入冷却 风管 可通过翻板阀分别控制每边的进风量 以上各区均为封闭结构 玻璃带不直接与车间内的冷空气接触 3 2 6 E 区结构 E 区即自然冷却区 从该去开始 玻璃带直接暴露在空气中 利用其自然对流使玻璃 带得到冷却 该区除辊道外无其他任何设备 只是在封闭区与急冷区之间起一过渡作用 3 2 7 F 区结构 F 区即强制冷却区 该区是用车间室温空气直接喷吹到玻璃带表面上 利用其强制对 流使玻 璃带快速冷却 该区结构与 Ret 区的内部结构基本相同 其不同点是 F 区为敞开结构 且冷却风量也 比 Ret 区大 该区上下的冷却风嘴 上部冷却风量横向分区控制 下部只控制左右两边的 进风量 横向不再分区 1 3 3 退火窑的辊道 1 作用及组成 a 作用 退火辊道及其传动装置的作用主要是运送从锡槽出来的玻璃带 在退火窑内进行徐 冷退火 并与退火窑内拉边机相配合 按产品板厚要求 连续平稳地拉引锡槽内的玻璃 带 b 组成 退火窑辊道及其传动装置 是由平板排列的辊子 辊子支撑轴承及其支架 传动辊 毕 业 论 文 第 20 页 子旋转机构及退火窑辊道总传动站组成 此外还包括 由总传动站带动的 退火窑前面 的过渡辊台和出退火窑后到横向掰断为止的一段输送辊道 13 2 退火窑辊道的主要技术性能 退火窑辊道的主要技术性能 要根据生产 板宽和板厚来确定 一般变化在以下分 为内 a 退火窑辊道运行速度 60 1500m h b 退火窑辊子的有效长度 2800 4400mm c 退火窑辊子的直径 160 305mm d 退火窑辊子的间距 高温区 450 500mm 低温区 500 600mm e 退火窑的长度 包括敞开的急冷区 80 120m 3 退火窑辊道的结构 a 辊子 辊子是退火窑的主要部件 前部高温区及退火窑前的 3 5 根过渡辊子 一般是离心 铸件的不锈钢管 两端焊上轴头 精密加工而成 过渡辊子的表面光洁度要达到镜面光 洁度要求 b 辊子材料 退火窑前的过渡辊子和高温区的辊子 一般采用 Cr25Ni20的高合金耐热钢离心铸造成 钢管焊上轴头制成 中低温区段采用 1Cr18Ni9Ti 等不锈钢离心铸造管制成 有的退火窑为 节省造价 在退火窑前的过渡辊子和 450 以上的高温区采用 Cr25Ni20材料 而在 450 280 的范围区段内采用 1Cr18Ni9Ti或 Cr5Mo 等低合金耐热钢管制造 在 280 以下 至常温段则采用一般低碳钢管制造 c 辊子直径 辊子直径根据生产的玻璃板宽的不同而有些差异 一般生产 3500 4200mm 板宽时 毕 业 论 文 第 21 页 过渡辊和前半部分辊子直径为 305mm 中后部辊子直径为 216mm 生产 2400 2800mm 板宽时 一般前半部采用辊子直径为 260mm 中后部辊子直径为 200 150mm 之间 d 辊子间距 一般前部分高温区为 450mm 或 500mm 中后部为 500mm 或 600mm 退火窑辊子的安装精度要保证玻璃带不跑偏 即温度直线运动 为此对其安装精度 有如下较高的要求 辊子对纵向轴向的垂直度 不大于 0 3mm 辊子间的平行度 不大 于 0 2mm 辊子上母线的不平度 不大于 0 2mm 玻璃带在退火窑全长的跑偏量 不大于 15mm 1 3 4 退火窑的冷却系统 在生产中为了使玻璃带在退火窑中 按照制定的温度制度进行退火 除了局部地方 需要加热 都必须加强冷却 尤其在退火区域一后的 C Ret F 三个区 因为玻璃带在 退火区以后 为了加快冷却 势必会散发大量的热量 而这时的玻璃带温度已经过低 其给热能力亦随之减小 因此 仅是自然冷却是不行的 为了使玻璃带的温度能散发出 来必须使玻璃带与其空间介质温度差加大 特别是在拉引速度快 产量大的情况下 加 强冷却是玻璃进行退火和冷却的不可缺少的措施 通常 进行强制冷却有两种方式 直接冷却和间接冷却 直接冷却又分为两种情况 一是向玻璃带上下表面直接喷吹循环热风冷却 以加强对流换热 这种冷却方式 可在 玻璃带玻璃带的温度低于 380 时进行 即在 C 区以后的 Ret 区进行 值得注意的是 循 环热风与该去的始端的玻璃表面的温度差不能大于 160 以免引起玻璃带内外层温度过大 产生的暂时应力过大而引起玻璃板的炸裂 另一种是当玻璃带竟循环热风直接吹风冷却 到 230 以下 为了进一步加大玻璃与介质的温度差 加快玻璃带的冷却 可用室温空气 毕 业 论 文 第 22 页 直接喷吹玻璃带 间接冷却 是冷却风在管子中 与玻璃带移动方向逆向流动 进行热交换 即所谓 辐射冷却器的冷却方式 借此气流带走玻璃带散发出来的热量 使玻璃带按照确定的冷 却速度进行冷却 这种冷却方式通常用于 A B C 三区 就其进风方式又分为三种情况 1 冷风送入式 用普通风机 将室温空气压送入布置在退火窑辊道上下的冷却器中 经热交换的热 空气由冷却器的热端自然排出 这种送风方式的优点是可以选用普通风机 价格便宜易 于购置 2 冷风吸入式 用耐高温的风机 将冷却中经换热的热空气抽吸排出 冷空气从冷却器的冷端自然 吸入 比利时的 CUND 公司设计的退火窑就是这种方式 我国近年来开发研究设计的也 是这种方式 3 热风循环式 用高温风机将冷却器中经热交换后的热空气吸出 一部分排放走 一部分热风与吸 入的新鲜冷空气掺和 新鲜空气的掺和量 按温度要求通过蝶阀制动控制 然后被送入 冷却器中 法国 STEIN 公司设计的退火窑属于这种形式 14 从玻璃退火的要求和效果看 这三种间接冷却方式 以第三种最为理想 因为这种 冷却情况 使玻璃带冷却更接近理论的线性退火 但对温度自控要求较高 即在这个温 度区间内 由于玻璃的塑性性能较好 可以用冷风顺流间接方式冷却玻璃板 在这个区 域内 如果逆流方式冷却玻璃板 则开始由于 50 50 为进入冷却器时的温度 的风 温与 550 玻璃温度差较大 热换效率较高 玻璃本身感到的降温速度是由大到小 结束 时 由于两者温差较小 600 500 100 500 为风从冷却器中出来的温度 换热效率 毕 业 论 文 第 23 页 就较低 而从玻璃本身产生的残余应力的机理上看 600 的玻璃的黏度比 500 的小 也就是玻璃在高温时吸收温差的能力比低温时的大 550 相对 600 更易产生残余应力 因而更需要缓慢冷却玻璃板 如果在这个区域 采用顺风间接冷却玻璃板 则开始冷却 时 由于玻璃板与风温差较大 600 50 550 换热速度较大 冷却结束时 由于玻璃 板与风温差 550 500 50 较小 玻璃板本身感到的降温速率是由大到小 这样就满足 了玻璃退火合理控制残余应力的要求 第一种第二种方式 从其结构形式来看基本相同 但使用效果看 第二种比第一种好 但是一次性投资较大 因此在设计中要根据实际情 况和建设资金 综合研究决定采用何种方式较为适宜和合理 7 3 5 360t d 浮法玻璃退火窑计算 退火窑的设计计算是根据计划任务书规定的生产规格及工艺生产要求进行 3 5 1 计算依据 条件及要求 1 为了进行设计计算 如下为设计的依据 条件及要求 a 退火窑的生产能力为 360t d b 玻璃带的原板宽度为 3 5m c 6mm 厚的玻璃带的拉引速度为 360m h 6m min d 对于 6mm 厚的玻璃退火后的永久应力不得大于 30nm cm e 玻璃的化学成分 表 3 1 玻璃的化学成分表 SiO2Al2O3CaOMgONa2OFe2O3 72 01 58 44 014 00 1 f 玻璃带进入退火窑时的温度为 600 10 g 玻璃带离开退火窑时的温度不大于 70 h 退火窑能满足 3 12mm 厚玻璃退火要求 毕 业 论 文 第 24 页 i 退火窑采用电加热和辐射及强制对流冷却 j 退火窑温度要求自动调节和控制 2 退火窑设计计算的主要任务是确定 a 玻璃退火上 下限的温度 b 退火窑的温度制度和工艺分区 c 各工艺区的长度和总长度 3 5 2 设计计算 1 退火上 下限的温度的确定 根据阿达姆斯 adams 和威廉姆逊 williamson 法来确定该浮法玻璃板的退 火上 下限温度 为 3 10 1 2 max lg M MA t 对于浮法玻璃来说