年产3000吨高硼硅玻璃电熔窑炉的设计

窑炉课程设计说明书题目：年产3000吨高硼硅玻璃电熔窑炉的设计

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一、设计任务及原始资料 (3)

1.1 设计题目： (3)

1.2 设计技术指标、参数： (3)

二、窑型选择 (4)

三、窑体主要尺寸选择 (5)

3.1 熔化池面积 (5)

3.2熔化池的长度和宽的 (6)

3.3 熔化池的深度 (7)

四、电极材料的选择及插入方式 (8)

4.1 电极材料的选择 (8)

4.2 电极尺寸的选择 (9)

4.3 电极插入方式选择 (10)

4.2 电极连接方式选择 (11)

五、耐火材料的选择与计算 (12)

5.1耐火材料的选择 (12)

5.2耐火材料的计算 (13)

六、窑炉电工热工计算 (14)

6.1玻璃熔化热计算 (14)

6.2 玻璃耗电量计算 (15)

6.3玻璃热效率计算 (15)

七、小结 (16)

参考文献 (16)

玻璃电熔技术是目前国际上最先进的熔制工艺，是玻璃生产企业提高产品质量，降低能耗，从根本上消除环境污染的十分有效的途径。对于15t/d以下的小型玻璃熔窑来说，在电力充足和电价适中的地区，用电熔工艺来生产各类玻璃制品的综合经济效益是很理想的；在电价较高的地区，对于彩色玻璃、乳浊玻璃、硼硅酸盐玻璃、铅玻璃、高挥发组分玻璃或特种玻璃生产也是合算的。

过去我国小型电熔窑的应用一直进展不太大，主要原因有两条：首先是人们普遍认为电熔的价格昂贵，熔制成本高，忽视了电熔可带来的整体效益；其次，以往引进的国外电熔窑由于包含大量的技术费用，选材过于讲究，因而投资很大，一座熔化面积不到2m2，日产量4吨的小型电熔窑，少则二三百万元，多则近千万，对于生产一般玻璃制品来说，是难以接受的。即使引进了也往往因为折旧费用过高而被迫停用。我们设计的电熔窑，以我国的国情为基础，根据产品特点确定适当的窑龄，着重考虑综合经济效益，大量采用国产优质材料，在满足产品质量要求的前提下，大大降低了电熔窑的造价。以上述规模的电熔窑为例，包括电极和全套电熔自动控温装置在内的设备投资只需约100万元，每次冷修费用也不过十余万元，为玻璃全电熔技术的广泛应用创造了条件。

玻璃熔窑有如下优点：没有废气，防止空气污染；降低挥发性配合料组分

的挥发；玻璃均匀；降低因结石造成的产品损失；在节假日停产后恢复生产的困难较少；熔窑大修较快；在整个窑期内可始终保持满负荷的出料量；占地面积小；二氧化碳的回收；热量散失减少；玻璃质量好、效率高、成本低；建设投资少；全电熔窑易于调节控制，操作范围广，热工制度比池炉稳定。

总之，在环保要求严格、电价低兼、玻璃熔化困难、玻璃质量要求高、生产规模小时可考虑全电熔窑。

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一、设计任务及原始资料

1.1设计题目：年产3000吨高硼硅玻璃电熔窑炉的设计1.2设计技术指标、参数：

1、坯料的化学组成（%）：

2.熔窑生产能力： G=3000/300=10t/d；

3.熔化率：k=1500kg/(ｍ2･d)；

4.k系数：K=0.3；

5.玻璃熔化温度：t=1450 ℃；

6.玻璃液密度：ρ=2.4 t/ｍ3；

7．窑炉长宽比：L/B=1~1.5；

二、窑型选择

我国熔制硼硅酸盐玻璃的电熔窑大多为小型窑，冷顶电熔窑与火焰窑相比具有节能、提高质量、降低成本等显著的优越性。

（1）小型电熔窑有较好的经济性，以日产2.0吨的高硼硅玻璃球窑为例,从燃料和硼挥发两顶进行比较如表1

表1

(2)玻璃质量好，在火焰池窑中由于窑温、窑压、气氛和产量等工艺条件发生变化，都要引起硼的挥发率的变化，使玻璃不均匀。同时火焰窑和热顶电熔窑，硼的挥发严重腐蚀了上部结构，不但缩短了窑炉的寿命，而且碹滴落入玻璃窑内，影响了玻璃质量。冷顶电熔窑完全可以避免上述弊病，获得高质量的玻璃。

本窑炉产量为10t/d。选用小型电窑。

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三、窑体主要尺寸的确定

3.1 熔化池面积

在确定电熔窑主要尺寸之前，首先要知道所熔制的玻璃成分和窑的日熔化量，电熔窑的熔化率取决于玻璃的种类、电熔窑的大小。玻璃电熔窑的热量是通过所熔化的玻璃的整个体积引入的，应以每天、每立米的体积熔化量来确定电熔窑的结构。表2是现有的一些全电熔窑的面积熔化率。

表2 5

由于配合料的熔化过程仍在窑池表面进行。因此，熔窑的融化池面积让可以用下式计算：

F熔 =G/K

式中：G ——熔窑的生产能力，kg/d;

K ——熔化率，kg/(ｍ2･d)。

则：F熔=10/1.5=6.67（ｍ2）。

3.2熔化池的长度与宽度

L/B越大，投入窑炉的玻璃原料从熔化到完成澄清，其间的玻璃“行程”越长，也越有利于熔化和澄清。早期设计的单元窑熔他是很长的，日产量在8—50t/d，（L/B）5—4。随着单元窑配合料微粉化及熔制工艺和鼓泡技术的发展与成熟，以及窑体耐火材料的质量提高和采用保温技术等措施，使熔池长宽比在3左右，也同样可以获得满意的玻璃质量。

为了提高熔窑的热效率，熔窑的散热比表面积应比较小，熔化池的长度L和宽度B之比，应符合下面条件：

L/B=1~1.5

取L/B=1

则：L=2.58 ｍ,B= 2.58 ｍ。

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3.3熔化池的深度

电熔窑的深度H取决于在其中连续进行熔化、澄清和冷却三个层次的厚度。很明显，玻璃的熔化率将影响各个层次的厚度，而不同组分的玻璃的熔化率是由配合料的熔透速度和玻璃液完全排除气泡在高温区逗留时间决定的。因此，电熔窑窑深（或高度）H，可由下列经验公式计算：

H=0.1+h1+h2+h3

式中：0.1——通常控制的配合料层高度，m；

H1——配合料与熔体接触面到上排电极上边缘的距离，m；

H2——高温区的高度，m；

H3——下排电极下边缘至窑底得距离，m。

配合料与熔体接触面到上排电极上边缘的距离，可以按下式计算

H1=kb=0.3*成对电极之间的距离=0.3*1.38=0.414 m

H2=0.84*k/ρ=0.525 m

H3=1.1 m

则：H=0.1+h1+h2+h3=0.1+0.414+0.525+1.1=2.1 m