材料工艺课程论文

1、浮玻璃工艺研究【摘要】本文主要介绍的是浮法玻璃的生产工艺。浮法玻璃生产系统是在锡液上漂浮连续成型的较大型玻璃生产系统。一个浮法玻璃厂的主要系统主要分为原料配料系统、熔窑系统、锡槽系统、退火窑系统等。【关键词】 浮法玻璃； 配料 ；融化； 锡槽 ；退火。引言我们知道,浮法玻璃工艺是利用熔融玻璃液连续流到并漂浮在比重大的金属锡液面上,玻璃液在高温一下借助于金属锡液和玻璃液的表面张力、玻璃液与金属锡 液的界面张力以及玻璃重力的共同作用,使玻璃液在锡液面上铺开、摊平,形成 上下表面平整、无波筋以及相互平行的玻璃带,玻璃带在锡槽内逐渐冷却降温 硬化后脱离锡液面,经玻璃退火册断册边切裁,就能得到用浮法工艺

2、生产出的平 板玻璃产品。一般的生产流程分四个系统。分别为配料系统、融化系统、成型切割、退火系统。配料系统退火系统成型切割融化系统一、 配料系统1.1玻璃成分玻璃的成分包括SiO2 、Al2O3 、CaO、MgO 、Na2O和K2O。由于一些原料有其特殊之处，所以在各个工序中都要对其加以克服才能顺利而又合理的制作出合乎要求的玻璃。由于SiO2的熔点过高，大约在1710，所以就要加入适量的CaO和K2O来降低熔点，而这两种原料都相对比较贵，容易提高制作成本，就适量加一些Al2O3，还有其他的一些原料加入，都有其中的用意，每一种原料的加入都是有原因的。1.2玻璃原料主要有：石英砂、石灰石、长石、纯碱

3、、硼酸等。辅助原料：着色剂 金属氧化物。助熔剂：萤石 CaF2 。澄清剂：碳。1.3配料方案按照浮法玻璃生产线的工艺要求，配料现场需要石英砂、长石、石灰石、白云石、纯碱、芒硝、碳粉、铁粉、碎玻璃等九种主要原材料的供应仓。原料从砂矿运来工厂首先分产地分批次在均化库里均化。均化后按照计算配比称量，由混合机混合后由投料机将配料和碎玻璃投入熔窑。二、融化系统中国的浮法玻璃熔窑多以重油为燃料，其次是燃天然气，在八十年末也建成了燃焦炉煤气和全电熔的浮法熔窑。地处中国西南的四川省境内，天然气资源丰富，广泛用于工业与民用各个方面。在四川省原来已有燃天然气的较大规模的双线平拉熔窑和九机引上熔窑。由于燃天然气的污

4、染小所以本文以燃天然气的熔窑作介绍，以下简称“自贡浮法熔窑”。是由秦皇玻璃工业研究设计院设计的。原料在熔窑内熔化，形成玻璃液。熔窑是玻璃工厂的心脏。熔窑热点区的最高温度可达1600或更高。熔窑的熔化量目前可达700900t/d，窑龄在68年以上。熔窑从前往后，分别是投料池，熔化部（熔窑的关键，其结构包括大碹、碹碴、胸墙、池壁、池底、钢结构），卡脖、冷却部。小炉和蓄热室是熔窑结构的重要组成部分。小炉是使气体或液体燃料流和助燃空气流各自以一定合适的速度喷向熔窑空间，边混合，边燃烧的装置。蓄热室是一种热回收装置。另外，烟道和烟囱是熔窑的排气系统。图一、浮法玻璃熔窑平面图1、投料口 2、熔化部 3、小

5、炉 5、流料口 6、蓄热池配合料在熔窑中熔成玻璃的过程，需要大量的热量。其燃料主要采用高热值燃料重油和天然气。还有发生炉煤气。燃烧器的设计选型及其布置安装方式，不仅直接影响玻璃的熔化效率，对节能和操作维修都有直接关系。利用人工控制和自动控制手段，维持合理的熔化温度曲线，保证有稳定的温度、稳定的窑压、稳定的液面和稳定的泡界限是熔化操作的重要任务。目前，国内的浮法熔窑大都采用DCS控制系统（一般都是与锡槽、退火窑等共用一套热端DC S系统），按照最佳作业条件对熔化中多因素的变化的全过程实行自动控制和监视。其组态软件有和力时、贝利、霍尼韦尔等公司的产品。另装备工业电视系统，用以观察窑内火焰形状和变化

6、以及配合料熔化情况。2.1投料口采用单投料池，取投料池的池宽为熔化部池宽的80 。熔化部池宽Bm=9500mm，所以投料池宽为Bt=950080%=7600mm，取投料池长度为Lt=2300mm。可采用两台垄式投料机。 其工作原理如图二所示。图二前脸墙采用L型吊墙，吊墙鼻区端部采用对开式可移动水冷门，以最大限度地减少投料口处的潺火。这样不但有节能效果，而且对减少粉尘飞扬改善窑头环境有明显作用。在两台投料机中间沿窑纵向中心线装有插入窑内的导料大水管，以减少偏料造成的对池壁的冲刷。L型吊墙两侧及顶部结构为前脸翼墙。在两侧前脸翼墙上各开有观察孔，从窑头可以很方便地观察到窑内火焰情况及窑内构造情况。投

7、料口池壁拐角砖冲刷严重，为延长窑龄在投料口拐角处设置冷却水包。2.2 熔化部熔化部是体现熔窑熔化能力的主要部位。自贡浮法熔窑标称熔化能力为330td，要求可述350td。并考虑远期还有地大的可能。首先确定池宽，美国TECO公司根据多年熔窑设计实践经验总结出了确定熔化部池宽的经验公式。将其转化为公制后如公式。、式中：B 所求熔化部池宽(mm)P熔窑日熔化能力。据此公式可以求出对于330350td的燃油熔窑其熔化部池宽为：88009000mm。燃天然气熔窑与燃油熔窑相比在同等熔化能力时，燃天然气熔窑要增加熔化面积7%左右。池长基本不变时，池宽就要增加。本熔窑取熔化部池宽B=9500mm。其次确定池

8、长，在确定熔化部池长尺寸时，主要考虑了以下三点：其一是采用较大的预熔区，即较大的1 小炉中心线至前池壁之间的距离，这样可将1 小炉的燃料分配比适当加大，以提高1 小炉处的作业温度，充分发挥L型吊墙的作用，加强配合料的预熔；其二是在满足小炉安装尺寸的前提下尽量减少小炉中心线间的距离，以便使熔化医的火焰分布更均匀合理；其三是采用较大的澄清区长度使玻璃液内的气泡在较高的温度下最大限度地逸出，密度更加均匀，以获得更好的玻璃液进入冷却部。自贡浮法熔窑的1 小炉中心线至前池壁的距离La=3500mm，五对小炉，小炉中心线间距Lp=3150mm，5号小炉中心线至后池壁距离Lz=13300mm，熔化部池长 L

9、m=29400mm。图三、熔化部剖面结构本熔窑的小炉口宽度分别为1号、2号1900mm，3号、4号、5号1800mm。熔化区火焰覆盖率为53% ，澄清区比率为418%。全窑为浅池平底结构，池深Hg=1220mm。2.3卡脖对浮法玻璃熔窑来说，卡脖尺寸与熔窑规模并不是成比例地变化。一般地说，卡脖的宽度和长度尺寸可在40005000mm 范围内选取。选取时要考虑卡脖处的设备布置情况，本熔窑取卡脖宽B4400mm，卡脖长L4800mm。卡脖长度适当加长是由于垂直式玻璃液搅拌器平台要适当加大，以便于更换和维修搅拌器。卡脖处装有对插式沉入玻璃液大水管和垂直式玻璃液搅拌器。卡脖顶为矮碹结构。为使熔化部与冷

10、却部空间最大限度地分隔开，以减少熔化部温度、窑压、气氛等对冷却部的影响(特别是换向前后更为突出)，在卡脖处装有吊挂式分隔挡墙。挡墙底部离池壁顶在冷态时只有20mm 间隙烤窑后基本贴合。挡墙顶部与卡脖碹顶取平。这样熔化部与冷却部之闻只有玻璃液面与挡墙底部之间大约30 40mm的一条缝。从而实现了良好的分隔。这种分隔挡墙既经济又实用。2.4冷却部冷却部池宽一般为卡脖宽度的二倍，如果太宽使冷却部两边拐角容易产生死角，冷却结晶，影响玻璃液质量；太窄会使玻璃液前进流速太快，不利于冷却。本熔窑取冷却部池宽Bw=8500mm，池长Lw=1200mm。冷却部面积比率为0.3m2td。冷却部前山墙结构形式与熔化

11、部后山墙相同，承重矮碹尺寸也一致。冷却部后山墙为承重平碹支撑垂直墙结构，冷却部装有冷却风微调和天然气加热微调两种微调措旖。2.5小炉小炉结构在总结国内传统做法和引进美国TOLEDO 小炉做法的基础上做了较大的改进。小炉底板倾斜段减短，水平段加长，这样可以减少许多砖型。小炉碹的水平段和倾斜段交界处不设断开缝，此处的一环小炉碹砖为水平与斜坡组合式。小炉碹砖大小头尺寸计算方法也做了较大改进，使计算出的碹砖小头尺寸组合后各处砖缝都均匀紧密合拢，既不上张嘴也不下张嘴。小炉伸缩缝设在小炉尾部接近蓄热室墙处，伸缩缝尺寸根据小炉长度自身膨胀量和松大碹拉条时引起小炉的平移量综合确定。本窑取此膨胀缝尺寸为：Sp=

12、70mm。小炉钢结构也做了较大改进，小炉底板为并排槽钢与角钢组合式。这样制做方便又占用空间小。小炉脖适当加长。这样做近期便于小炉下部空间各种设葩的安装和人员操作，远期可以为改造时适当加宽熔化部池宽留有余地。图四、小炉结构图2.6蓄热池蓄热室通道采用全连通箱形结构，通道内宽Rb=3800mm，通道内长Rl=178400mm，炉条碹以下有分隔墙，炉条碹以上全连通。格子砖为碱性耐火材料，格子体总高Gh=8500mm，格孔尺寸dd=165165mm。单侧格子体蓄热面积Ag=5700m ，炉条碹相对每个小炉为单跨形式，炉条碹中心角a=110，为圆弧形碹，碹砖品种单一，弧形碹的上部用普形砖找平，其上为格子

13、砖。炉条碹以上蓄热室墙厚Rt=578mm，炉条碹以上蓄热室外侧墙与低气孔粘土砖格子体相对应部位留有吹扫孔，以便吹扫格子体。全连通式蓄热室，内外侧墙长度达20m左右，高度15m 以上，这样又长叉高的墙只是外佣有钢立柱约束，内佣无支撑，再加上墙的内外表面温差很大，很容易向内鼓起变形导至破坏。为此，在蓄热室墙的中上段采用了锚拉结构。锚拉结构为两种形式并用：一是锚拉钢板，二是锚拉杆。锚拉钢板用来保持每两根立柱之间墙体的平直；锚拉杆用来保持每段墙体与钢立柱贴在一起，防止蓄热室墙大面积内倾倒塌。蓄热室内外侧墙面部与蓄热室碹交界处为脱开形式，冷态时墙顶与碹脚之间留有75mm 间隙。蓄热室碹的钢碹碴用牛腿支撑

14、在蓄热室立柱上。蓄热室内外侧墙在烤窑时要向上膨胀升高，一般可升高5060mm，这样蓄热室的墙和碹总是分离互不影响。为保证蓄热室砖墙与钢立柱之间始终紧密贴合，采用不松蓄热室拉条的形式。其做法是：支撑蓄热室碹的钢碹碴与立柱之间在水平方向留适当间隙，此间隙由水平顶丝控制，烤窑时通过橙顶丝减小此间隙来调节蓄热室碹的膨胀。三、退火系统璃退火的目的是消除玻璃制品中的残余内应力和光学不均匀性，以及稳定玻璃内部的结构。内应力，是由不均匀的冷却条件所产生的。将玻璃置于退火温度下，进行热处理和采取适宜的冷却制度，这种内应力可以减少或消除。玻璃的成形过程中经受了剧烈的温度变化和形状变化，这种变化在玻璃中留下了热应力

15、。这种热应力会降低玻璃制品的强度和热稳定性。如果直接冷却，很可能在冷却过程中或以后的存放、运输和使用过程中自行破裂（俗称玻璃的冷爆）。为了消除冷爆现象，玻璃制品在成形后必须进行退火。退火就是在某一温度范围内保温或缓慢降温一段时间以消除或减少玻璃中热应力到允许值。玻璃退火过程如下：1.加热阶段：玻璃表面产生压应力，速度可以较快。如果玻璃制品厚度的一半为acm，则加热速度为20/a230/a2/min，如果是光学玻璃则应5/a2 。2.保温阶段：消除应力的关键阶段，一般把比退火上限温度低2030作为退火温度。保温时间可按70a2120a2进行计算，或者按应力容许值n进行计算，计算公式如公式如下所示

16、：3.慢冷阶段：慢冷的目的在于避免在冷却过程中因玻璃中温度梯度过大而重新产生过大的永久应力。慢冷的终了温度应低于应变点，慢冷速度如公式如下所示：4.快冷阶段：因处于应变点以下，不产生永久应力，只要暂时应力不超过机械强度，冷却速度可以尽量快。5.最大冷却速度为： hc=65a2 ，一般技术玻璃采用该值的1520%，有的玻璃冷却速度控制为：hc=2a2。四、锡槽及玻璃成型4.1 锡槽简介锡槽（如图3.1）是浮法玻璃生产最关键的热工设备。它是盛有锡液的矩形或前宽后窄中间收缩的喇叭型槽子。因为锡液在高温下极易氧化，所以锡槽空间必须充满防止锡液氧化的保护气体（氮氢混合气），并保持微正压；同时，必须采取严

17、格的密封措施和不断补充新鲜的保护气体。锡槽不能用普通燃料加热，而只能用电加热。锡槽的可调性是指锡槽的纵向和横向的温度调节、玻璃液流量、保护气体用量及其配比、以及玻璃带在锡槽中的形状和尺寸的控制等等。图五4.2 玻璃成型过程1150左右的玻璃液，通过熔窑与锡槽相连接的流道、流槽，流入熔融的锡液面上，在自身重力、表面张力以及拉引力的作用下，玻璃液摊开成为玻璃带，在锡槽中完成抛光与拉薄，在锡槽末端的玻璃带已冷却到600左右，辊道的拉引把即将硬化的玻璃带引出锡槽，通过过渡辊台进入退火窑。图六、浮法玻璃成型过程4.3 浮法成型的特点及机理玻璃的浮法成型原理是玻璃液从池窑连续流入并浮在有还原气氛保护的锡液上；由于各物相界面张力和应力的综合作用，摊成厚度均匀，上下两表面平行，平整和火抛光的玻璃带，经冷却硬化后脱离锡液，再经退火，切割而得浮法玻璃。浮法生产的成型过程是在锡槽中进行的。高温（1050）锡液面上的玻璃液，再没有外力作用下，其所受重力和表面张力达到平衡时，玻璃带的厚度有一个固定植，成为平衡厚度，数值约为67mm。因为玻璃的表面张力随玻璃液的温度而变化，所以平衡厚度也随具体条件的不同有所差异。实际上由于外加纵向拉力，此值略小。欲使玻璃带厚度薄于或厚于平衡厚度，应采取相应措施。如生产浮法玻璃时采用机械拉边法，即在锡