玻璃基础知识

玻璃基础知识
水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料统称为硅酸盐材料。

常用平板玻璃的成分：SiO2约72％，Na2O约13％，CaO约11％，MgO约3％。

各种硅酸盐材料的制作工艺的主要共同点是高温处理（烧结或烧熔），不同点是原料组成和工艺流程存在显著的差别。

工艺流程包括原料处理、成形过程、烧成温度和冷却速度等。

硅酸盐工业能耗高的主要原因：
●管理水平低，能源管理机构不健全，缺少必要的测试、计量和统计手段；
●生产工艺和技术落后
●工业结构和产品结构不合理
●设备（窑炉）材质差
硅酸盐工业节能途径：
●加强能源的科学管理，进行节能技术改造，提高能源利用率，降低单位产品
或产值的能耗
●加强能源检测、计量和统计
●加强余热的回收和利用
在设计管道时，应尽可能地减少管路中局部扩大、收缩和拐弯地次数，避免突然扩大、缩小和急转弯，以减少涡流，降低局部阻力损失。

通常在工业窑炉的烟道或通风管中，当管径较大、管长较小及拐弯较多时，往往局部阻力损失占主要地位；而在较细长的直管中，管道的摩擦阻力损失占主要地位。

风机和泵是硅酸盐工业最常用的流体输送设备。

输送气体的设备称为风机，输送液体的设备称为泵。

离心式风机的主要性能参数有风压H 、风量Q 、轴功率N sh 、有效功率N 、效率η和转速n 。

N
N Q H N H sh
=•==η气体的全压
出口气体的全压－进口的能量单位气体从通风机得到)(
体自下而上流动并自顶部排出。

烟囱的抽力主要取决于三个因素：烟囱的高度、烟气的平均温度和周围空气的温度。

烟囱越高，抽力越大；烟囱高度H 一定时，周围空气的密度a ρ与烟囱中烟气平均密度m ρ的差越大，抽力也越大（也就是说，空气温度和烟气温度差越大，抽力也越大）；天气潮湿时，空气的密度小，烟囱抽力减小；冬季空气温度低、密度大，烟囱抽力大。

3.1~1.1,)(min
max =•-≈∑k p p g h
k H a a m a ρρ 顶部内径πωQ
d 4=，底部内径d D )5.1~3.1(=
Q 为烟气量，ω为烟囱顶部排气速度。

根据燃烧产物中过剩空气系数α的情况，可将燃料燃烧的火焰分为以下三种：
1．氧化焰：1>α，燃烧产物中有过剩的氧气；
2．中性焰：1=α，燃烧产物中有无过剩的氧气，也无CO 、H 2等可燃性气体；
3．还原焰：1<α，燃烧产物中含CO 、H 2等可燃性气体；CO 含量低于2％时称弱还原性气氛，CO 含量在3％～5％时称强还原性气氛。

燃烧计算的内容：①空气需要量的计算；②烟气生产量的计算；③烟气成分的计算；④过剩空气系数的计算；⑤燃烧温度的计算。

影响实际燃烧温度的因素：①燃料完全燃烧的程度；②燃料发热值的高低；③热
损失的大小。

提高实际燃烧温度的途径：①适量的空气供给；②提高燃料和空气的温度；③保证必要的燃烧时间及燃料与空气的充分混合；④选用高发热量的燃料；⑤减少各种热损失；⑥减小烟气的体积。

气体燃料的燃烧过程分为混合（燃料与空气的混合）、着火和燃烧三个阶段。

根据燃料与空气混合的情况不同，气体燃料的燃烧方式可分为三种：长焰燃烧、短焰燃烧及无焰燃烧，对应的燃烧设备分别称为长焰烧嘴、短焰烧嘴和无焰烧嘴。

①长焰燃烧（扩散式燃烧或有焰燃烧）
燃气在烧嘴内完全不与空气混合，燃气喷出后外界空气靠扩散作用与之进行混合和燃烧。

其特点是燃气与空气边混合边燃烧，其长度、宽度和火焰内的温度分布主要取决于燃气和空气的混合条件，如燃气的喷出速度、燃气与空气的相对速度、二者喷出方向的交角及旋流强度。

②短焰燃烧
燃气和一部分空气在烧嘴内预先混合，喷出后进一步与空气混合并燃烧。

这种燃烧方式产生的火焰较短，故称短焰燃烧。

③无焰燃烧
将燃气与空气在烧嘴内完全混合喷出后立即燃烧的方式称为无焰燃烧。

玻璃的熔制过程：①硅酸盐的形成、②玻璃的形成、③玻璃的澄清、④玻璃液的均化、⑤玻璃的冷却。

由于石英砂粒的熔解和扩散速度比其他各种硅酸盐的熔解和扩散速度低得多，所以玻璃形成过程的速度实际上取决于石英砂粒的熔解扩散速度。

为了加快石英砂粒在硅酸盐熔体中的熔解，除了选用颗粒直径比较小、形状带有棱角的石英砂外，还可以通过提高熔化温度、加入一定量的助熔剂来达到。

一般在1150～1450℃的温度范围内，熔化温度每提高50℃，石英砂粒在硅酸盐熔体中的熔化时间就能缩短一半。

玻璃形成阶段结束时，玻璃中还残留许多气泡和条纹。

消除玻璃液中可见气泡的
过程，叫玻璃液的澄清。

消除玻璃液中可见气泡的办法是使气泡漂浮于玻璃液的表面而除去。

气泡向上漂浮的速度取决于气泡的大小和玻璃液的黏度。

气泡越大，上升的速度也越快。

玻璃液的黏度和气泡的上升速度成反比，黏度越大，气泡上升的速度越慢。

因此，降低玻璃液的黏度有利于气泡的排除。

为了加快玻璃的澄清过程，除在配合料中加入某些澄清剂外，一般都采用提高玻璃液温度的措施。

提高玻璃液温度不但可降低玻璃液黏度，且增加了气泡的直径。

大多数玻璃的澄清阶段是在1400～1500℃时完成的，这也往往是玻璃熔制中温度最高的区域。

从澄清过程的情况来看，炉温、炉压、熔制制度、炉气的组成、气泡中气体的性质都对澄清有影响，所以熔制每种玻璃，都必须严格遵守实际规定的操作规程，这是制造高质量玻璃的必要条件。

熔制平板玻璃时，在温度1400～1450℃范围内，熔化温度每提高1℃，熔化率增加2％；在1450～1500℃范围内，熔化温度每提高1℃，熔化率增加0.7％。

因此，提高玻璃的熔化温度以强化玻璃熔制是增加熔窑的生产能力的有效措施。

但温度越高，对耐火材料的侵蚀性也越强烈，其结果是：熔窑的使用寿命缩短；侵蚀后的耐火材料转移到玻璃液中，影响玻璃的质量。

因此，必须根据熔窑的耐火材料的质量，确定合理的熔制温度，才能取得较好的效果。

在玻璃工业中常用的耐火材料有：①硅酸铝耐火材料；②硅质耐火材料；③铬镁质耐火材料；④锆质耐火材料；⑤碳化物耐火材料。

对玻璃熔窑用耐火材料的基本要求如下：
①必须有足够的使用性能，如高温性能、化学稳定性、冷热激变稳定性、体积稳定性和机械强度；
②要有较高的耐火度；
③对玻璃液没有污染或污染极小；
④使用寿命长；
⑤砌在一起的不同材质的耐火材料之间在高温下没有接触反应；
⑥式样和尺寸精确，尽可能少的用量和散热损失；
⑦易损部位用优质材料，其他部位使用一般材料，做到“合理配套，窑龄同步”。

一般来说，在窑池操作过程中必须达到五方面的稳定：
①熔窑火焰温度和温度分布稳定；
②窑压稳定在微正压；
③加料量稳定；
④出料量稳定；
⑤液面稳定。

格子体的特性指标：比表面积f（m2/m3）、填充系数（m3/m3）、通道截面积（m2/m2）。

假设F蓄为格子体的受热面积（m2），F熔为熔化池面积（m2）
已知A＝F蓄/F熔→F蓄＝AF熔
已知k＝F空/F煤（1.5~2.0），F蓄＝F空＋F煤→求出F空，F煤→V空＝F空/f 空，V煤＝F煤/f煤
根据填充系数，可求出V空实，V煤实→格子体几何参数→通道截面积
常用格子体性能指标见下表：。