玻璃的制备工艺设计

玻璃的制备工艺设计

1 原料

（1）原料的选择

（2）工艺流程

合理的选择和确定原料加工处理的工艺流程，是保证生产顺利进行和原料质量的关键之一。选择和确定工艺流程时应根据原料的性质，加工处理数量来选用恰当的机械设备。要尽量实现自动化，技术上既要先进可靠，经济上又要节约合理，流程要顺，不应有逆流和交叉现象。设备布置要紧凑，能充分利用原料本身的重量，进行运输。原料加工处理的工艺流程可分单系统、多系统与混合系统三种。

单系统流程，是各种矿物原料共同使用一个破碎、粉碎、过筛系统。它的没备投资少，设备利用率高，但容易发生原料混杂，每种原料加工处理后，整个设备系统都要进行清扫。这种工艺流程适用于小型玻璃工厂。

多系统流程是每种原料各有一套破碎、粉碎、过筛的系统。这种流程适用于大、中型玻璃工厂。

混合系统是用量较多的原料单独为一个加工处理系统。用量小的性质相近的原料，如白云石与石灰石，长石与萤石，共用一个加工处理系统。

多系统原料加工处理工艺流程如下:

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3、原料的破碎和粉碎

原料的破碎与粉碎，主要根据料块的大小，原料的硬度和需要粉碎的程度等来选择加工处理方法与相应的机械设备。

砂岩或石英岩是玻璃原料中硬度高、用量大的一种原料，为了减小粗碎时它们对于机械设备的磨损，降低机械铁的引入，有些工厂在砂岩粗碎之前将它预先在1000℃温度以上进行煅烧。这是由于砂岩或石英岩的主要矿物组成是石英，而石英有多种变体，随着温度的变化会发生晶形转变。在晶形转变时伴随着体积的突然变化，因此在砂岩或石英岩的内部产生许多裂纹，提高了破碎率，减少了机械磨损。

在煅烧砂岩中主要的晶形转变为(标出了转变温度和体积变化)：

β石英 %82.0573±℃

α石英

α石英%

82.014701000±℃～α方石英%8.2270180±℃～β方石英 α方石英℃＞1300α鳞石英%2.0163±℃

β鳞石英%2.0117±℃

γ鳞石英

煅烧后的砂岩(或石英岩)，用鄂式破碎机与反击式破碎机，或笼形碾进行破碎与粉碎。 煅烧的砂岩(或石英砂)虽然便于粉碎加工，但是要耗用燃料，生产费用增加，工艺流程多，工艺布置不紧凑。而且小块的砂岩不好锻烧，矿石不能充分利用。同时砂岩煅烧后质地分散，在运输过程申易于剥落颗粒，硅尘量增加，对工人健康不利。因此，不少工厂采用鄂式破碎机与对辊破碎机或反击式破碎机，或项式破碎机与湿轮碾配合，直接粉碎砂岩或石英岩。

石灰石、白云石、长石、萤石通常用鄂式破碎机进行破碎，然后用锤式破碎机进行粉碎。长石和萤石也有来用湿轮碾粉碎的。萤石因含粘土杂质多，在破碎前，往往先用水冲洗。

纯碱结块时用笼形碾或锤式破碎机粉碎。芒硝也用笼形碾或锤式破碎机粉碎。

原料的过筛

石英砂和各种原料粉碎后，必须经过过筛，将杂质和大颗粒部分分离，便其具有一定的颗粒组成以保证配合料均匀混合和避免分层。不同原料要求的颗粒不同，过筛时所采用的筛网也不相同。

过筛只能控制原料粒度的上限，对于小颗粒部分则不能分离出来。原料的颗粒大小是根据原料的比重，原料在配合料中的数量以及给定的熔化温度等来考虑的。一般如下，

硅砂，通常只通过36～49孔/㎝2的筛。因为在选用硅砂时，对其颗粒组成已进行分析，到厂后过筛的目的并不是对其颗粒进行控制，而是为了除去杂草、石块、泥块等外来杂质。

砂岩、石英岩、长石，通过81孔/㎝2筛。

纯碱、芒硝、石灰石、白云石通过64孔/㎝2筛。玻璃工厂常用的过筛设备，有六角筛(旋转筛)，振动筛和摇动筛。也有使用风力离心器进行颗粒分级的。

4、粉状原料的输送与料仓分层(离析)

通常加工粉碎过筛后的粉状原料，输送入料仓，供制备配合料使用。布置紧凑的车间，可以尽量利用原料本身的重量由溜管将过筛后的粉料直接送入料仓。不能利用溜管的，用皮带运输机，斗式提升机等机械运输设备以及气力输送设备进行输送入仓。

料仓用钢板或钢筋混凝土制成。各种粉状原料多采用圆筒状料仓，亦有采用四角柱状的。对于原料的水分要特别注意，以防止原料在仓中结块和冬季冻结。对于纯碱、芒硝等易于吸收大气中水分的原料，也要防止它们吸水。硼酸在较高温度下会失去结晶水甚至失去B 2O 3。因之热蒸汽管道，不宜接近硼酸料仓。

中心加料和中心卸料的粉料仓，会发生颗粒分层 (离析)现象，如图11-5所示。当加料时，

原料在加料口自由下落，细颗粒部分很快地穿过粗颗粒空隙下落，并集中在料堆顶部，形成一个以细颗粒为中心的锥体，而大颗粒部分，由于粒度大，具有较高的能量，将围绕细颗粒位于锥形体外面，靠近仓壁。当卸料时中心细颗粒部分先行放出。直至在仓内形成凹形倒锥体时，粗颗粒部分才开始放出。这样，在料仓放料的前一阶段，放出的料是小于平均粒度的细颗粒部分，而在后一阶段则是大于平均粒度的粗颗粒部分，结果使加入混料机中的各种原料，颗粒不匹配。在混合后发生分层，从而影响熔炉的操作或玻璃的熔制质量。

图11-5 料仓原料颗粒分层情况

如果原料粗细颗粒间杂质的含量不等，则料仓分层将会影响到玻璃的化学组成，使它发生偏离。

原料的颗粒形状，表面性质，对料仓分层都有一定影响，但最主要的因素是原料的颗粒度差别，其次是原料的比重差别。由于粉状原料的颗粒度和比重都具有一定的范围，存在着一定的差别，因而料仓分层实际上是不可避免的，只有小心地使它减少。采用多个加料口和卸料口，可以减少原料细颗粒部分在料仓的中心形成锥体，也就是减少了料仓的分层程度。此外，采用隔板，或采用便于卸料的其他加料设备(如回转加料器，中央管孔加料器等)，也可以减少料仓的分层。每隔1小时在各种原料的粉料仓下和混合的配合料中取出一定重量(通常为100g)的粉料和配合料，用单一筛号(譬如30孔/㎝2，或40孔/㎝2的筛)进行筛分析(配合料需先用20孔/㎝2的筛筛去碎玻璃)可以求出各个料仓分层和配合料分层的特性曲线，从而考虑它们之间的共同关系，研究减少分层的办法。

5、配合料的粒化

将配合料进行压块和成球，是解决配合料分层和飞料现象的有效办法。配合料在输送和贮存过程中的分层、飞料，特别是往熔炉中投料时纯碱等的飞料会侵蚀耐火材料和蓄热室的格子砖，影响玻璃成分和熔制质量以及污染大气。配合料在压块和成球后，可以避免上述现象的产生，而且由于配合料中各原料的颗粒接触紧密，导热性增加，固相反应速度加快，组份氧化物的挥发损失减小，特别是可以采用细粉状原料，能缩短熔化时间，有人试验可缩短熔化时间30%～40%。同时能够提高玻璃的熔制质量，使玻璃中的结石和气泡减少，增加玻璃产量，提高熔化率30%～40%。但是也有人持不同的看法，认为不能节省燃料，未经预烧的粒化料也不能降低烟囱的污染。

采用盘式粒化机是比较经济的玻璃成球方法。其工艺过程是先按一般方法制成均匀的配合料，再将配合料在专门的盘式成球(粒化)盘上，边下料边添加粘结剂，边滚动而制成10～20mm的小球。然后在干燥设备中烘干使球具有一定的运输及贮存强度，一般要求耐压166.7×104Pa(约17kg/cm2)以上。其工艺流程大致如下: