玻璃原料、熔化及窑炉

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完全熔融,到这一阶段结束时,应该没有了
未起反应的配合料颗粒,成为含有大量可见
气泡的、在温度和化学成份上不均匀的半透
明玻璃液,这就是玻璃形成的阶段 。
玻璃液形成阶段的速度
玻璃形成阶段的速度实际上取决于石英砂粒的熔
解速度。石英砂粒的熔解过程分为两步,首先在 砂粒表面发生熔解,而后熔解的SiO2自砂粒表面 的熔融层向外扩散。 从上述讨论可以看出,影响石英砂熔解速度的主 要因素是熔制温度、玻璃成分和砂粒的大小 。
(1)玻璃液中气体的来源

配合料中的水份蒸发形成的气体;
原料颗粒中夹杂的空气;

原料熔解过程中产生的气体(主要是盐
类分解);

耐火材料中夹杂的气体。
(2)玻璃液中气体的存在形式

封闭在可见气泡中的气体,它含有多种气 体,每个气泡中所含气体的种类及数量也 不尽相同。

溶解于玻璃液中的不可见气体;
1、硅酸盐的形成阶段
在这个阶段中,配合料中各组份由于加热,会发 生排除水份、盐类分解、多晶转变、生成复盐、 生成硅酸盐、生成抵共熔混合物和熔化等变化 。 在这阶段结束后,配合料变成了由硅酸盐和游离 二氧化硅组成的半熔融不透明蜂窝状的烧结物。 这一阶段在800~900℃结束。
2、玻璃液的形成阶段
此阶段温度继续升高,硅酸盐和石英颗粒被
原料粒径小,玻璃的熔化速率快,但生产中硅砂却不能有200目超细粉, 因为: 1、粒径小,颗粒比表面积大,颗粒之间的静电吸附效应较强,造成配合料 易结团而不利于熔化; 2、颗粒小,玻璃熔融反应速度加快,发泡变得激烈,但产生的大量微小气 泡却不易排除,使玻璃液澄清困难。 3、细颗粒级物料在窑内受热气流的冲击后飞散,易改变配合料组成,飞料 随废气排出时,会堵塞蓄热室格子砖体。 4、熔化过程中细粒级先被熔化,粗粒将成为浮渣、结石及波筋残留在窑内 或玻璃上,造成玻璃外观缺陷,影响产品质量。 5、原料颗粒过细,在输送,配料,熔化过程中产生的粉尘飞扬,影响工人 身体健康,同时污染环境。
一.玻璃的原料简介
1.玻璃主要氧化物组成及其作用
二氧化硅
• •

SO2:玻璃的主要形成氧化物,起骨架的作用。 提高玻璃的机械强度、化学稳定性、热稳定性、 透明度和粘度。 熔化温度高,使玻璃熔化困难并可能引起析晶。
硅砂成分及粒度要求
SiO2:主要由硅砂(石英砂) 引入。
硅砂
硅砂要求不含200目超细粉
3、玻璃液的澄清
玻璃液形成阶段结束时,整个熔融体包含有许多
气泡(其中直径小于0.3毫米的叫小气泡),继续
加温,降低粘度,从玻璃液中除去可见的气体夹杂
物的过程,称为玻璃液的澄清。它是玻璃熔制过程
中的重要阶段。
澄清机理
(1)玻璃液中气泡的来源; (2)玻璃液中气体的存在形式; (3)澄清过程; (4)加速澄清的措施;
保证火焰五度:温度,长度,角度,刚度,亮度。 1、不允许燃烧的火焰与的耐火材料接触。 2、火焰的位臵要正确,不能过高过低。 3、火焰的调节要确保助燃风和燃料能充分混合。 4、火焰的长度及覆盖面应调节合适。
生产过程中换火



1、生产过程中,通过助燃风一侧的蓄热室,把所蓄 热量传递给助燃空气,但是随着时间的推移所传递 的热量会越来越少,热效率会下降。 2、与此同时,通过废气一侧的蓄热室,不断地积蓄 废气所传给的热量,随着时间的推移逐渐使蓄热室 格子砖的温度上升,时间一长有可能超出其耐火度。 3、因此,每隔一段时间蓄热室需要进行换火。浮法 窑换火时间一般采用20分钟。
(4)提高澄清的措施

提高澄清温度。 加入澄清剂。 慢速降温有利于气泡溶解于玻璃液中。
澄清剂
芒硝是玻璃生产中最常用的一种澄清剂,它 的分解温度很高,超过1200℃,在澄清阶段 充分发挥澄清作用。 Na2SO4----Na2O+SO2↑ +O2 ↑
4、玻璃液的均化
均化的过程就是使整个玻璃液长时间处于高温下
碎玻璃的作用,及其加入量



碎玻璃可减少原料的使用量,降低原料成本;碎玻 璃的熔化温度低于粉料,可以加速玻璃的熔制过程, 降低玻璃熔制的热耗,从而降低生产成本。 碎玻璃掺入率= 碎玻璃用量/(生料干基用量+碎玻璃 用量)×100% 一般控制在10~25%,要求加入要均匀,块度适中, 不掺杂物。
玻玻璃的密度对生产的指导意义



SiO2、Al2O3:降低玻璃的密度 MgO、CaO:增加玻璃的密度 Na2O:增加玻璃的密度 玻璃的密度与玻璃的各组份有着密切关系,玻璃密 度的高、低反映了玻璃成分的变化情况,为配合料 的质量检验提供了可靠依据。通过玻璃密度的变化, 可以对熔化温度的高、低提供参考。如玻璃密度上 升,熔化温度可按下限控制;如玻璃密度下降,熔 化温度可按上限控制。
三.玻璃的熔化简介
玻璃的熔制


玻璃熔制:将合格的配合料经过高温加热熔 融,形成透明、纯净、均匀并适合于成型玻 璃液的过程。 玻璃的熔制包括一系列物理化学的现象和反 应; 这些现象和反应的结果,使各种配合料变 成了复杂的熔融物即玻璃液。
玻璃的熔制过程
玻璃的熔制过程大致可分为五个阶段: 硅酸盐的形成→玻璃液的形成→玻璃液的澄 清→玻璃液的均化→玻璃液的冷却。

重油又称燃料油,呈暗黑色液体,主要是以原油加 工过程中的常压油,减压渣油、裂化渣油、裂化柴 油和催化柴油等为原料调合而成。
重油的主要成分及特点




1.重油特点:分子量大、粘度高。 2.重油的比重:0.82~0.95g/cm3,热值约 10,000~11,000kcal/kg左右 3.成分主要是碳氢化合物,约0.1~4%的硫及微量 的无机化合物。 4. 完全燃烧1KG重油需约13.20Nm3的空气量,需要 0.83 Nm3雾化气量。
玻璃熔化操作
玻璃熔化操作四小稳: 温度稳 压力稳 液面稳 料堆,泡界线稳





碳粉含率= 碳粉含C量/芒硝Na2SO4量×100% 碳粉是还原剂,能有效降低芒硝的分解温度,促使 Na2SO4在低温下快速分解还原。 碳粉的理论含量为4.2%,实际生产中由于其它条件 的变化,实际用量一般在3~5%之间。 碳粉的含量不足,使Na2SO4分解不完全,分解温度 升高,对熔化质量产生不良影响。 碳粉的含量过高,会使玻璃中的Fe2O3还原而变成棕 黄色,影响玻璃的外观质量。
用稀释风冷却方式冷却,但风不能直接吹玻 璃液面。

空间水包冷却方式。


(1)硅酸盐形成阶段:配合料中各种原料在高温下相互反 应,生成烧结状态的硅酸盐及其熔融物,其中含有大量石英 砂粒、气泡和条纹。 (2)玻璃形成阶段:熔融物中石英砂粒完全熔解,形成透 明的玻璃液,但含有气泡和条纹。 (3)澄清阶段:气泡逸出液面或溶解于玻璃液中,但还有 条纹,温度也不均匀。 (4)均化阶段:通过玻璃液的扩散、对流和搅拌作用,消 除了条纹和热不均匀性。但此时玻璃液粘度太小,尚不适 合成型要求。 (5)冷却阶段高温玻璃液经过合理的冷却,达到成型所要 求的粘度。
氧化钙,氧化镁:
CaO:提高玻璃的机械强度、硬度和化学稳定 性,高温降低玻璃的粘度利于熔化和澄清,低 温增加玻璃的粘度提高硬化速度。但CaO含量 过高易使玻璃析晶,使玻璃发脆,降低玻璃的 热稳定性。 MgO作用与CaO相似,但能克服CaO析晶能力强 的特点,加宽作业温度范围,利于玻璃成型。 白云石主要引入CaO、MgO;石灰石主要引入 CaO。
5、玻璃液的冷却
玻璃液的冷却是熔制过程的最后阶段。其目 的是为了将玻璃液的粘度提高到成型所需的 范围 。 玻璃液的冷却必须均匀,不能破坏均化的成 果。
玻璃液的冷却方式

一般采取自然冷却,主要依靠玻璃液面以及
池壁池底向外均匀的热辐射来进行冷却。

稀释风冷却方式,浮法玻璃生产由于熔化量
大单靠自然冷却方式冷却速度太慢,可以使
各种原料的质量控制要求
原料中的化学成分稳定。 原料中的粒度分布合理、无杂质。 原料中的水分在允许范围内。 外包装无污染、破损。
原料粒度合理分布的好处



原料粒度组成合理,可使原料化学成份波动降到最 低限度。 原料粒度组成合理,配合料混合均匀度可达最佳状 态。 原料粒度组成合理,可提高玻璃熔化率。
浮法玻璃成分

就浮法玻璃而言,对成分的要求可以概括如下: 高钙,中镁,低铝,微铁,少碱。
2.玻璃的配合料制备
配合料制备工艺流程
配合料的外观质量判断



水分检查:看配合料的干、湿度,有无料蛋。 质量的检查:是否有砖头,铁块或其他有害杂物。 配合料是否均匀:颗粒度是否合乎规定的标准。 配合料料进入窑后,看熔化的快慢及配合料料本身 的变化情况。
石灰石
Baidu Nhomakorabea
白云石
石灰石
对白云石、石灰石成分及粒度的要求
氧化铝
Al2O3:能提高玻璃的化学稳定性和机械强度, 降低玻璃的析晶倾向和热膨胀系数,改善玻璃 的热稳定性,并可减少对耐火材料的侵蚀。但 Al2O3所需的熔化温度较高,因此其含量一般 较低。 Al2O3主要由长石引进。

长石
对长石成分及粒度的要求

氧化钠

• •
降低玻璃熔化温度,良好的助熔剂,降低玻璃粘度, 增加玻璃的流动性,改善玻璃的析晶性能。 降低玻璃的机械强度、化学稳定性、热稳定性。 在潮湿的环境下易使玻璃发霉,含量不可过高。 Na2O主要由纯碱及芒硝引入。
纯碱
芒硝
对纯碱、芒硝成分及粒度的要求
重质纯碱
轻质纯碱:密度为500-600kg/m3 重质纯碱:密度为1000-1200kg/m3 重碱相比轻碱孔隙少、吸湿性小、导热性好。采用重 质碱制成的配合料熔化速度快,重质碱密度大,能 减少配合料中纯碱的飞扬,减轻对熔窑耐火材料的 侵蚀及对环境的污染。重质碱吸湿性小,故结块和 分层的倾向小,提高了组成的稳定性,有助于获得 较高均匀度的配合料。 玻璃工业一般采用重质纯碱。
火焰气氛种类



火焰气氛三类:氧化焰、中性焰、还原焰。 空气过剩系数:燃料燃烧时空气中参与燃烧反应的 氧气量与理论需要量之间的比值。 氧化焰:空气过剩系数α>1,火焰明亮。 中性焰:空气过剩系数α=1,火焰较明亮。 还原焰:空气过剩系数α<1,火焰较浑暗。
火焰调节的基本准则



配合料的相关质量因素




配合料的质量指标:化学成份、水份、颗粒度、混 合均匀度、温度等。 配合料成份准确:原料成份稳定、化验结果正确、 原料水份准确、称量的精确。 配合料的水份一般控制在4~5%,温度要求在35.4℃ 以上。 配合料混合均匀度:含碱均方差≤0.3。
二.玻璃的燃料简介
1.重油
2.天然气




1.天然气主要成分为CH4,占约80%~98%。 2.燃点低,着火温度一般在660℃~680℃左右。 3.爆炸极限为4%~15%,较H2、CO等安全。 4.燃烧速度慢,火焰长,易发飘。 5.密度较空气轻,易集中在窑炉上部。 6.与重油相比较,热值较低。 7. 完全燃烧1Nm3天然气所需实际空气量约9.8~10 Nm3 。
与玻璃组份形成化学结合的不可见气体;

吸附在玻璃表面的气体。
(3)澄清过程
澄清过程就是使气泡中的气体与玻璃液中物理溶解
和化学结合的气体之间建立平衡,使可见气泡逸
出玻璃液的表面而排出以及小气泡在冷却过程中
被溶解吸收乃至消失。
澄清温度
玻璃液中可见气泡溶解于玻璃液内而消失,主要 发生在降温的过程里。一般气体在玻璃液中的溶 解度随温度降低而增大。 气泡直径越大, 玻璃液粘度越小,则气泡上升速 度越快。实际生产中要设法提高澄清温度,以降 低玻璃液粘度,促使气泡快速排除,一般控制粘 度接近102泊的温度作为澄清温度。
芒硝含率对玻璃的质量的影响



芒硝含率= 芒硝引入的Na2O /(芒硝引入的Na2O+纯 碱引入的Na2O)×100% 芒硝含率一般在3~5%。 芒硝含率过低,玻璃不好熔化,易出现浮渣、夹杂 物等缺陷。 芒硝含率过高,易使玻璃发霉,易生成芒硝水,造 成玻璃中出现芒硝泡,同时加速窑体的侵蚀。
碳粉含率对生产的影响
,由于扩散和对流作用,使玻璃的化 学组成和温 度均匀一致,消除夹杂的不均体。
玻璃液均化的动力

玻璃中分子扩散运动作用;

玻璃液对流作用;
玻璃液中气泡上升而起的搅拌作用 。

提高玻璃液均化措施


提高熔制温度 延长熔制时间 进行机械搅拌 利用鼓泡翻腾 采取均化措施目的是增加玻璃液对流, 加强扩散作用,使玻璃液均匀良好。
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