玻璃课程设计.docx
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玻璃课程设计
课程设计
题目年产120万重箱浮法玻璃厂原料车间工艺设计
摘要
设计中介绍了一套规模为120万重箱/年浮法玻璃厂原料车间工艺设计，在设计过程中，原料方面，对工艺流程中的配料进行了计算；简单介绍了我国对于浮法玻璃工艺的研究、浮法玻璃工艺优点和成型过程。
整个设计过程参照目前浮法玻璃生产的主要设计思路，采用国内外先进技术，进行全自动化生产，反映了目前浮法生的较高水平。
关键词：
浮法玻璃；熔窑工段；设备选型；工艺计算。
前言
浮法玻璃因熔融玻璃液漂浮在熔融的锡液表面成型为平板玻璃而得名。
这种生产方法由于无需克服玻璃本身重力，可使玻璃原板板面宽度加大，拉引速度大大提高，产量和生产规模增大；由于玻璃成型是在熔融锡液表面进行，因此可以获得双面抛光的优质镜面，其表面平整度、平行度可以与机械磨光玻璃相媲美，而机械性能和化学稳定性又优于机械磨光玻璃；到目前为止，采用该方法可以生产出厚度在0.3～25mm之间多种品种、规格的优质浮法玻璃，以满足不同用途的需求；另外，浮法工艺还可以在线生产多种颜色玻璃和Low-E玻璃，大大丰富了平板玻璃的范畴，扩大了平板玻璃在各个领域的应用。
中国玻璃工作者自从在洛阳研制出中国浮法后，浮法玻璃在中国迅速得到了发展。
经过我国玻璃工作者的不断努力，我国先后在熔窑日熔化量、玻璃生产技术装备、节能降耗、环境保护、多功能玻璃开发以及超薄、超厚品种研制与产业化等方面取得了重大突破。
据统计，至2009年末我国日熔化能力500t以上熔窑占浮法玻璃总熔化能力的75.4%,600t以上占54.48%,700t以上占28.83%。
600t以上熔窑占浮法玻璃总熔化能力比重首次超过50%,成为我国浮法玻璃主力窑型。
浮法玻璃生产线规模结构的提高,提高了我国浮法玻璃生产的能源利用效率,降低了污染物和二氧化碳排放水平。
从产能上看,700t以上36条的能力占28.83%,600～620t的42条能力占25.65%,500～550t的40条能力占20.92%,400～480t的38条能力占16.51%,400t以下26条能力占8.08%。
大吨位低单位产品能耗和小吨位高产品价值是今后平板玻璃熔窑的发展方向,没有地缘优势,产品无技术特点,小吨位、高能耗的普通浮法玻璃将在市场上没有立足之地。
在技术领域,采用中国浮法玻璃技术建设的生产线,技术装备与实物质量已达到国际先进水平。
通过对原料配料称量,熔窑、锡槽、退火窑三大热工设备及自动控制系统成套软件的一系列科技攻关,进而对各关键技术进行系统集成和工程转化,形成了具有自主知识产权并全面达到国际先进水平的新一代中国浮法玻璃技术。
还有像我国自主开发的余热发电技术与装备、烟气脱硫技术与装备、石英尾砂提纯及综合利用技术,全氧燃烧技术与装备也逐渐应用到到浮法熔窑。
目前国际玻璃新技术均向能源、材料、环保、信息、生物等五大领域发展。
在材料方面，主要指玻璃原片的生产向大片、薄片、厚片、白片四个方向发展。
在研发新技术方面，通过对玻璃产品进行表面和内在改性处理，使其更具备强度、节能、隔热、耐火、安全、阳光控制、隔声、自洁、环保等优异功能。
第一章设计说明
1.1设计依据
产品方案：
浮法平板玻璃；
生产规模：
120万重箱；
浮法工艺优点多例如建设快，质量好，产量高，成本低，品种多等。
所以为进一步提高产品质量和产量，节约成本，我们将使用浮法工艺来生产玻璃！
玻璃组成的设计原则：
1）设计的玻璃组成能够满足给定的性能要求
2）设计的玻璃组成易于形成玻璃，析晶倾向小
3）设计的玻璃组成能够适合一定的熔制，成型，退火，加工等生产工艺条件
4）设计的玻璃组成应当价格低廉，原料易于获得
SiO2：
硅砂，硅石粉
降低玻璃热膨胀系数，提高热稳定性、化学稳定性、软化温度、硬性机械强度
AL2O3：
硅砂，白云石
降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性和热稳定性、机械强度、硬度和折射率
Fe2O3：
硅砂，石灰石
属于杂质，少量可以引起玻璃着色
CaO：
石灰石，白云石
能增加的化学稳定性，在高温时能够降低玻璃的粘度，有利于玻璃的澄清和融化，在温度降低时，玻璃的粘度增加，成型后必须立刻进行退火，否则易炸裂
MgO：
白云石
可以改善玻璃的成型性能，降低结晶倾向和结晶速度，增加玻璃的高温粘度，提高玻璃的化学稳定性和机械强度
Na2O：
纯碱，芒硝
可以降低玻璃的粘度，使玻璃易于融化，有利于降低溶质温度，节约能源的作用，是最好的助熔剂。
碎玻璃
可以节约原料，加速玻璃熔制过程，节约能耗，提高融化率，有利于澄清和均化，改善成型性能，而且保管简便
第二章配料计算
2.1与配料计算的相关参数
①纯碱飞散率
②芒硝含率
③炭粉含率
④玻璃获得率
指标名称
取值
纯碱挥散率（%）
3
芒硝含率（%）
5
煤粉含率（%）
4
总成品率（%）
80
碎玻璃损失率（%）
0.5
玻璃液密度（t/m3）
2.5
年工作日（d/a）
345
拉引速度（m/h）
3mm
670
4mm
470
5mm
380
6mm
250
原板有效宽度（m）
120万重箱
2.0
玻璃成分（%）
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
SO3
72.10
1.60
0.18
7.70
4.05
14.20
0.08
原料化学成分（%）
名称
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
Na2SO4
C
硅砂
91.60
4.21
0.29
0.52
0.17
3.21
砂岩
98.76
0.56
0.10
0.14
0.02
0.19
白云石
4.00
0.40
0.19
31.00
21.20
石灰石
2.60
0.40
0.13
54.00
0.94
纯碱
57.91
芒硝
42.79
99.03
煤粉
87.15
原料含水率及加工损失率
名称
原料含水率（%）
原料加工损失率（%）
硅砂
2
3
砂岩
1
2
白云石
1
2
石灰石
1
2
纯碱
1
5
芒硝
2
2
煤粉
2
3
2.2配料计算
根据原料成分表进行计算：
玻璃获得率80%芒硝含率5%
碎玻璃掺入量20%计算基础100Kg玻璃液
精度0.01
1.纯碱和芒硝的用量
芒硝（A）：
42.79%A／14.20=5%
解得A=1.659266184
则有芒硝引入RO的量为:
0.71746
纯碱（B）：
B=（14.20-0.71746A）/0.5791
B=22.465
2.硅砂与硅石粉的用量，分别设为M和N
0.9160M+0.9876N=72.10
0.0421M+0.0056N=1.60
解得M=32.2758
N=43.06943
用量（kg）
MgO
CaO
Na2O
硅砂
32.2758
0.054869
0.167834
1.03605318
砂岩
43.06943
0.00861389
0.0602972
0.081392
3.白云石和石灰石的用量，分别设为a和b
0.31a+0.54b=7.70-0.222703=7.477297
0.212a+0.0094b=4.05-0.068911=3.981089
解得a=18.6392b=3.146562
用量（kg）
SiO2
AL2O3
白云石
18.6392
0.745568
0.0745568
石灰石
3.146562
0.0818106
0.0125862
4.校正纯碱用量和挥散量设纯碱用量x，挥散量ｙ
0.5791x=14.20-1.03605-0.08183-0.71746x=21.35151
y/y+21.35151=0.03y=0.6604
5.对硅砂和硅石粉用量的校正，分别设为x和y
0.9160x+0.976y=72.10-0.745568-0.0818106=71.2726214
0.0421x+0.0056y=1.60-0.0745568-0.0125862=1.512857
解得x=30.04171
Y=44.30379
6.炭粉用量设炭粉用量x，则
0.8715x/（1.6593*0.9903）=0.04x=0.07542
7.把上述计算结果汇总成原料用料表
原料名称
100kg玻璃液所需各原料量（kg）
各原料配比（%）
各原料引入氧化物量（kg）
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
硅砂
30.04
25.20
27.52
1.26
0.087
0.156
0.051
0.964
砂岩
44.30
37.16
43.75
0.248
0.044
0.062
0.009
0.084
白云石
18.64
15.64
0.746
0.074
0.035
5.78
3.95
石灰石
3.15
2.64
0.082
0.013
0.004
1.70
0.030
纯碱
21.35
17.91
12.36
芒硝
1.66
1.39
0.717
煤粉
0.075
0.063
合计
119.215
100.003
72.098
1.595
0.17
7.698
4.04
14.125
8.玻璃获得率为100.003/119.215=83.88%
2.3玻璃成品产量计算
（1）产品任务见表2-7。
（2）完成各类产品各需要生产天数见表2-8。
（3）各种厚度玻璃全年平均生产天数见表2-9。
（4）计算产量见表2-10。
（5）产量汇总见表2-11。
表2-7产品任务表
各类产品厚度
比例（%）
年产重量箱数
年产m2数
3mm
30
360000
2400000
4mm
20
240000
1200000
5mm
30
360000
1440000
6mm
20
240000
800000
表2-8完成各类产品所需生产天数工作日比例
3mm
2400000/（24×2×0.8×670）=93.28
0.2705
4mm
1200000/（24×2×0.8×470）=66.49
0.1945
5mm
1440000/（24×2×0.8×380）=98.68
0.2887
6mm
800000/（24×2×0.8×250）=83.33
0.2438
93.28+66.49+98.68+83.33=341.78＜345，所以能完成生产任务
表2-9各类产品生产天数
2mm
94.15
3mm
67.1
5mm
99.6
6mm
84.12
表2-10产量表重量箱
3mm
94.15×24×670×2×0.8=2422291.2m2）
363343.68
4mm
67.1×24×470×2×0.8=1211020.8（m2）
242204.16
5mm
99.6×24×380×2×0.8=1453363.2（m2）
363340.16
6mm
84.12×24×250×2×0.8=807552（m2）
242265.6
表2-11产量汇总
产品厚度（mm）
3
4
5
6
年总数
年产（m2）
2422291.2
1211020.8
1453363.2
807552
5894227
年产重量箱
363343.68
242204.16
363340.16
242265.6
1211154.24
产量计算汇总后，实际年产总重箱数为1211154.24重箱，与设计任务书国定的年产量120万重箱相当，故所取各指标值是恰当的。
2.4物料衡算
（1）熔化需要玻璃液量=（年实际重箱数×玻璃密度×重箱玻璃体积）/总成品率
=（1211154.24×2.5×0.002×10）/0.8
=75697.14t/a（或219.41t/d）
（2）生成碎玻璃量=熔化需要玻璃液量×（1-总成品率）
=75697.14×（1-0.8）
=15139.43t/a
（3）碎玻璃回窑量=生成碎玻璃量×（1-碎玻璃损失率）
=15139.43×（1-0.005）
=15063.73t/a
（4）配合料熔成的玻璃液量=熔化需要玻璃液量-碎玻璃回窑量
=75697.14-15063.73=60633.41t/a
（5）粉料配合料干基用量=需用粉料配合料熔成的玻璃液量/玻璃获得率
=60633.41/0.84
=72182.63t/a
（6）各原料用量。
某种原料干基用量（t/a或t/d）=粉料配合料干基需用量×某种原料配比
某种原料湿基用量（t/a或t/d）=某种原料干基用量/（1-原料含水率）
某种原料实际加工量（湿基，t/a或t/d）=某种原料湿基用量/（1-原料加工损失率）
计算结果汇总如表2-12所示
物料名称
原料配比（%）
原料用量（干基）
原料含水率（%）
原料用量（湿基）
加工损失率（%）
原料实际加工量
t/a
t/d
t/a
t/d
t/a
硅砂
25.2
18190.02276
52.72
2
18561.24
53.79
3
19135.29
砂岩
37.16
26823.06531
77.74
1
27094.00
78.52
2
27646.93
白云石
15.64
11289.36333
32.72
1
11403.39
33.05
2
11636.11
石灰石
2.64
1905.621432
5.52
1
1924.87
5.57
2
1964.15
纯碱
17.91
12927.90903
37.47
1
13058.49
37.84
5
13745.77
芒硝
1.39
1003.338557
2.9
2
1023.81
2.95
2
1044.7
煤粉
0.063
45.4750569
0.13
2
46.4
0.13
3
47.83
配合料总量
100.003
72184.79548
209.2
—
73112.2
211.85
—
75220.78
碎玻璃
—
15063.73
43.66
—
15063.7
43.66
—
15063.73
混合料总量
—
87248.52548
252.86
—
88175.9
255.51
—
90284.51
第三章工艺流程
3.1 原料的破碎与粉碎
原料的破碎与粉碎主要是根据原料的硬度、块度和需要粉碎的程度选择加工方法和加工设备
在浮法玻璃工厂中，石灰石、白云石、长石等块状无聊通常用颚式破碎机进行破碎，然后用锤式破碎机进行粉碎，从而制得粒度符合要求的粉状原料。
砂岩、石英岩的硬度较大，用量也多，为了减少破碎时物料对机械设备的磨损，正常情况下应对其煅烧。
但是考虑到燃料的耗用和生产费用的增加，采用颚式破碎机与湿轮碾机配合使用，进而直接破碎和粉碎砂岩或石英岩。
由于纯碱和芒硝易结块，所以通常用锤式破碎机或笼形碾进行粉碎。
萤石由于含有粘土，故其杂质质量较多，在破碎前应先用水进行冲洗，干燥后直接破碎。
破碎和粉碎的设备选型为：
PE250400颚式破碎机：
进料口尺寸：
400mm250mm 最大进料粒度：
210mm 产量：
5~20t/d 排料口调整范围：
20~60mm 外形尺寸：
1450mm1315mm1296mm 电机功率：
15kw
2PG630300辗式破碎机：
最大进料尺寸：
10~25mm 出料粒度：
0~10mm 生产率：
2~8t/h 辗子转速：
80r/min 机重：
4.85t 电机功率：
15kw
PC800600锤式破碎机：
给料粒度：
300mm 出料粒度：
30mm 产量：
25~50t/h 功率：
55kw 机重：
2t LF600型笼形辗：
生产能力：
1~3t/h
物料最大粒度：
100mm 主轴转速：
400r/min 功率：
5.5kw
外形尺寸：
1200mm1450mm882mm 机重：
0.6t
3.2 原料的筛分
各种块状原料经粉碎必须进行筛分，将杂质和大颗粒部分分离出去，使物料具有适宜的颗粒组成以保证配合料混合均匀和避免分层，不同的原料有不同的粒度要求，配合料中各原料应有一定的粒度比，难熔化的原料其粒度应适当细些。
原料的筛分一般只控制原料粒度的上限，对于小颗粒部分则不作分离，原料的粒度一般用通过的筛孔数表示，一般要求如下：
石英砂，通常只通过36~49孔/cm2的筛。
因为在选用石英砂使，对其颗粒组成已进行分析，到厂后过筛的目的并不是对其粒度进行控制，而是为了除去杂草、石块、泥块等外来夹杂物。
砂岩、石英砂、长石，通过81孔/cm2的筛。
纯碱、芒硝、石灰石、白云石，通过孔/cm2的筛。
设备选型：
2000mm900mm机动筛和11002000mm六角筛
3.3原料称量及混合机械
各种粉粒原料在外力作用下运动速度和方向不断改变，使各组分粒子得以均匀分布的操作即为混合的作用机理。
混合的目的是为了给玻璃的熔制提供均匀的配合料。
而且如果混合的不够完全，则玻璃制品中会出现条纹，气泡及结石等缺陷。
根据每日混合配合料的总质量，及其加水量的多少，即可。
3．4工艺流程图
参考文献
[1]林宗寿主编.无机非金属材料学[M]．武汉工业大学出版社，1998
[2]杨保泉．玻璃厂工艺设计概论[M]．武汉工业大学出版社，1989
[3]赵彦钊．玻璃工艺学[M]．化学工业出版社，2013
[4]陈正树等编.浮法玻璃[M].武汉工业大学出版社,1997
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