玻璃工艺流程设计样本

玻璃工艺流程设计
2.1 配合料的质量要求
保证配合料的质量, 是加速玻璃熔制和提高玻璃质量, 防止产生缺陷的基本措施, 对于配合料的主要要求如下:
1、具有正确性和稳定性
配合料必须能保证熔制成的玻璃成分正确和稳定。

为此必须使原料的化学成分、水分、颗粒度等达到要求并保持稳定。

而且要正确计算配方, 根据原料成分和水分的变化, 随时对配方进行调整。

同时要经常校正料称, 务求称量准确。

2、合理的颗粒级配
构成配合料的的各种原料均有一定的颗粒度, 它直接影响配合料的均匀度、配合料的熔制速度、玻璃液的均化质量。

经过实验室分层试验, 得出不同粒度( 粒径比) 对分层程度的影响( 见图2- 1) 。

图2-1表明, 纯碱和硅砂两种物料混合物的平均粒径比为0.8时, 可获得混合物最小程度的分层。

当纯碱和硅砂两种物料混合物的平均粒径比大于或小于0.8时, 标准偏差随之增大, 粒径比偏离0.8越远, 分层越严重。

图2-1 不同粒度( 粒径比) 对分层程度的影响在整个熔制过程中, 影响硅酸盐形成速度和玻璃形成速度的主要因素之一是原料的颗粒度, 而是玻璃形成速度主要取决于石英砂粒的熔化与扩散。

从热力
学、 动力学的观点看: 当反应物的颗粒度减少时, 该反应物的等温等压位也增
加即该物质的饱和蒸汽压、 溶解度、 化学反应活度也增加, 而且反应物的面积
增大, 因此小颗粒的原料比大颗粒的原料更容易加速硅酸盐和玻璃的形成、 玻
璃均化速度也提高。

当然过细原料的引入, 也会造成杂质含量增加、 澄清难度
加大的不利影响。

3、 具有一定的水分
用一定量的水, 或含有湿润剂(减少水的表面张力的物质如食盐)的水, 湿
润石英原料(硅砂、 砂岩、 石英岩), 使水在石英原料颗粒的表面上, 形成水膜。

这层水膜, 能够溶解纯碱和芒硝达5%, 有助于加速熔化。

同时, 原料的颗粒表面
湿润后粘附性增加, 配合料易于混合均匀, 不易分层。

加水湿润, 还能够减少混
合和输送配合料以及往炉中加料时的分层与粉料飞扬, 有利于工人的键康, 并
能减少熔制的飞料损失(减少5%)。

4、 具有一定气体率
为了使玻璃液易于澄清和均化, 配合料中必须含有一部分能受热分解放出
气体的原料, 如碳酸盐、 硝酸盐、 硫酸盐、 硼酸盐、 氢氧化铝等。

配合料
逸出的气体量与配合料重量之比, 称为气体率。

气体率( %) =配合料
逸出气体量×100 对钠-钙硅酸盐玻璃来说, 其气体率为15%～20%。

气体率过高会引起玻璃起泡,
过低则又使玻璃”发滞”, 不易澄清。

硼硅酸盐玻璃的气体率一般为9%～15%。

5、 必须混合均匀
配合料在化学物理性质上, 必须均匀一致。

如果混合不均匀, 则纯碱等易熔
物较多之处熔化速度快, 难熔物较多之处, 熔化就比较困难, 甚至会残留未熔
化的石英颗粒使熔化时间延长。

这样就破坏了玻璃的均匀性, 并易产生结石、 条
纹、 气泡等缺陷, 而且易熔物较多之处与池壁或坩埚壁接触时, 易侵蚀耐火材
料, 也造成玻璃不均匀。

因此必须保证配合料充分均匀混合。

6、一定的配合料的氧化还原态势( Redox数)
以前对玻璃熔制过程中氧化还原态势的控制, 经常只注意到窑炉内燃烧气氛的氧化还原性, 而忽略了窑炉中配合料的氧化态势, 但后者常常会起到很重要的作用。

因此有必要对氧化还原态势同时进行控制。

这种控制称为Redox( reducing & oxidizing potential) 数控制。

2.2 配合料制备的工艺流程
玻璃配合料是将原料进行破碎、粉碎、筛分, 而后进行称量、混合后制成的。

1、原料加工处理工艺流程
原料加工处理工艺流程采用多系统流程。

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。

多系统原料加工处理工艺流程如下:
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图2-2 玻璃配合料制备的工艺流程
2、原料的干燥
湿的白垩、石灰石、白云石, 精选的石英砂和湿轮碾粉碎的砂岩或石英岩、长石, 为了便于过筛入粉料仓储存和进行干法配料, 必须将它们加以干燥。

用湿轮碾粉碎的砂岩和长石, 脱水后大约含水分为15%～20%左右, 干燥后其水分为0.2%以下。

可采用离心脱水, 蒸汽加热, 回转干燥筒、热风炉干燥等进行干燥。

芒硝的水分超过18%～19%时会结块和粘附在粉碎机械与筛网上, 因此也应进行干燥, 芒硝的干燥方法有三种:
( 1) 在高温下(650～700℃)采用回转干燥筒进行干燥。

( 2) 在较低温度下(300～400℃)采用隧道式干燥器或热风炉干燥器进行干燥。

( 3) 混入8%～10%的纯碱, 吸收芒硝中的水分, 使之便于粉碎和过筛。

3、 原料的破碎和粉碎
1、 原料的破碎与粉碎
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, 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。

煅烧的砂岩(或石英砂)虽然便于粉碎加工, 可是要耗用燃料, 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, 对人健康不利。

因此, 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。

长石和萤石也可用湿轮碾粉碎的。

萤石因含粘土杂质多, 在破碎前, 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。

2、 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, 一般只经过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, 经过81孔/㎝2筛。

纯碱、芒硝、石灰石、白云石经过64孔/㎝2筛。

玻璃工厂常见的过筛设备, 有六角筛(旋转筛), 振动筛和摇动筛。

也可使用风力离心器进行颗粒分级的。

4、原料的除铁
为了保证玻璃的含铁量符合规定要求, 对于原料的除铁处理是十分必要的。

除铁的方法很多, 一般分为物理除铁法和化学除铁法:
物理除铁法包括筛分、淘洗、水力分离、超声波浮选和磁选等。

筛分、淘洗和水力分离与超声波除铁, 主要除去石英砂中含铁较多的粘土杂质、含铁的重矿物以及原料的表面含铁层。

浮选法是利用矿物颗粒表面湿润性的不同, 在浮选剂作用下, 通入空气, 使空气与浮选剂所形成的泡沫吸附在有害杂质的表面, 从而将有害杂质漂浮分离除去。

磁选法是利用磁性, 把各种原料中含铁矿物和机械铁除去, 由于含铁矿物如菱铁矿、磁铁矿、赤铁矿、氢氧化铁和机械铁等都具有大小不同的磁性, 选用不同强度的磁场, 就可将它们吸引除去。

一般采用滚轮磁选机(装在皮带运输机的末端), 悬挂式电磁铁 (装在皮带运输机上面)、振动磁选机(粉料经磁铁落下)等。

它们的磁场强度为4000高斯至 0高斯。

化学除铁法, 分湿法和干法两种, 主要用于除去石英原料中的铁化合物。

湿
法一般用盐酸和硫酸的溶液或草酸溶液浸洗。

有人认为用氢氟酸与次亚硝酸钠溶液浸洗, 效果更好一些。

干法则在700℃以上的高温下, 通入氯化氢气体, 使原
料中的铁变为三氯化铁(FeCl
3
)而挥发除去。

2.4配合料的输送
1、粉状原料的输送与料仓分层(离析)
一般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, 能够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2-3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。