年产80万重箱钙镁铝硅玻璃的工艺设计word.docx
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年产80万重箱钙镁铝硅玻璃的工艺设计word
无机非金属材料工厂设计课程设计（论文）
设计（论文）题目
年产80万重箱钙镁铝硅玻璃工艺设计
学院名称材料与化学化工学院
专业名称材料科学与工程（非金属方向）
学生姓名
学生学号
任课教师
设计（论文）成绩
教务处制
2015年6月25日
填写说明
1、专业名称填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；
2、格式要求：
格式要求：
1用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。
2打印排版：
正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下2.54cm，左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。
字符间距为默认值（缩放100%，间距：
标准）；页码用小五号字底端居中。
3具体要求：
题目（二号黑体居中）；
摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）；
关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体）；
正文部分采用三级标题；
第1章××（小二号黑体居中，段前0.5行）
1.1×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）
1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）
参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T7714－2005）》。
目录
一、设计任务书2
1.1设计题目2
1.2设计依据2
1.3设计内容及要求3
1.3.1设计性质3
1.3.2工艺设计的内容3
1.3.2设计原则3
1.3.3主要工艺技术指标3
二、工艺设计4
2.1前言4
2.2物料衡算6
2.2.1物料衡算的目的6
2.2.2工艺设备选型计算的依据6
2.2.3工艺参数选择6
2.2.4配料计算8
2.3系统工艺流程的确定10
2.3.1原料破碎10
2.3.2工艺流程图12
2.4设备选型13
2.4.1选型原则13
2.4.2设备简介13
2.4.3原料处理14
2.5结束语16
参考文献16
一、设计任务书
1.1设计题目
年产80万重箱钙镁铝硅玻璃的工艺设计。
1.2设计依据
玻璃化学成分见表1
表1玻璃化学成分表
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Na2O
60.5
21.4
8.7
5.8
0.8
原料化学成分分别见表2
表2原料化学成分表
硅石粉
硅砂
白云石
纯碱
芒硝
石灰石
长石
SiO2
99.35
91.6
4
2.6
56.31
Al2O3
0.34
4.21
0.4
0.4
40.16
CaO
0.15
0.52
31
54
0.98
MgO
0.1
0.17
21.2
0.94
1.5
Na2O
3.21
57.91
42.79
Fe2O3
0.05
0.29
0.19
0.13
1.05
损失量
2
1
0.4
0.5
0.4
0.4
1
含水量
3
3
0.2
1
0.6
0.2
0.5
1.3设计内容及要求
1.3.1设计性质
初步扩大设计
1.3.2工艺设计的内容
（1）配方的设计和计算；
（2）工艺流程的选择及论证；
（3）主要工艺指标确定；
（4）物料衡算；
（5）设备选型及衡算。
1.3.2设计原则
（1）保证产品质量，提高产品档次；
（2）节约投资，保证经济效益；
（3）节约能源；
（4）注意改善工人工作条件，降低工人劳动强度；
（5）设计过程中严格执行国家方针、政策、标准和规范。
1.3.3主要工艺技术指标
主要工艺技术指标如表3所示。
表3主要工艺技术指标
序号
指标名称
单位
指标
备注
1
玻璃获得率
％
85
2
芒硝含率
％
4
3
碎玻璃掺入量
％
20
注：
计算基础100Kg玻璃液计算精度0.01
二、工艺设计
2.1前言
英国Pilkington兄弟在20世纪50年代浮法玻璃生产技术的发明付出了坚持不懈的努力，自1953年开始到1959年取得了成功耗时7年，投入了400万英镑。
同时美国的Ford公司也为浮法玻璃的成功做出了很多贡献，但是Ford公司递交专利申请书时比Pilkington兄弟晚了几个月，而让Pilkington兄弟独享了此项殊荣。
浮法玻璃因熔融玻璃液漂浮在熔融锡表面成型为平板玻璃而得名。
这种生产方法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：
由于成型是在熔融金属表面进行，因此可以获得双面火抛光的优质镜面，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；同时，采取该讲法可以生产出厚度在0.5~25mm之间的多种品种、规格的玻璃，以满足不同用途的需要；另外浮法工艺还可以在线生产各种本体着色玻璃和镀膜玻璃，大大丰富平板玻璃的范畴，扩大了玻璃在各个领域的应用。
因此，随着浮法玻璃生产工艺的出现和不断发展。
使得其它的生产工艺逐渐被淘汰，只有Colburgh法与之并存[1]。
除了英国Pilkington公司的浮法技术之外，还有美国Pittsburgh技术比较有名。
1975年，美国Pittsburgh平板玻璃公司宣布，他们在Pilkington的工艺基础上采用把玻璃液流道和流槽相结合的宽玻璃液输送系统，使流入锡槽的玻璃液带宽度与成品玻璃的宽度相近，这样可以缩短玻璃液在锡液面上的横向摊平和展薄时间，使玻璃具有更好的内在质量和横向平直性。
自1959年2月浮法玻璃生产成功以来，浮法玻璃得到迅速的推广。
截至2003年，全世界已有36个国家和地区建成了140多条浮法玻璃生产线，总量达到3亿吨左右，并占到平板玻璃总量的80%以上，目前国外一些大公司掌握了较为先进的玻璃制造技术，可以生产出0.5~25mm之间各种厚度的浮法玻璃，其玻璃熔窖拉引规模也在150~100t/d之间不等。
当今世界的玻璃市场上，玻璃与玻璃加工业主要由5家玻璃公司所垄断，其总生产能力占全球玻璃生产能力的70%以上，仅日本旭硝子一家公司的市场占有率就达到了21%，英国皮尔金顿公司为12%，美国PPG11%。
我国浮法玻璃生产工艺从1965年开始实验，到1971年生产性试验线建成投产并取得成功，用了近7年的时间。
在试验线投产时只能生产6mm厚的玻璃，到1972年，能够比较稳定的生产出4~9mm玻璃，并试拉了3mm玻璃；1978年，对试验线时行了熔窑该烧重油、扩大生产能力的改建；1980年，国内仅有的一条试验线已能的生产出3~10mm厚度的浮法玻璃；1981年4月，试验线采取的生产技术通过国家级技术鉴定，获国家银质发明奖。
由于该生产试验线是在原洛阳玻璃厂试验成功的，故命名为中国“洛阳浮法玻璃工艺技术”（简称“洛阳浮法”）。
自“洛阳浮法”诞生以来，我国玻璃工业进入了一个快速发展时期。
浮法玻璃技术被迅速推广，一批采用“洛阳浮法”技术的浮法玻璃生产线陆续建成，目前我国已成为世界上生产规模最大的平板玻璃生产国。
截至2009年底，我国已建成投产的浮法玻璃生产线有125条，而采用“洛阳浮法”技术的生产线多达八十余条，其日拉引量一般为400~900t，原板厚度1.1~25mm，总生产能力达到3.13亿重箱/年。
目前，我国玻璃工业先后在日熔化量、玻璃技术装备、节能降耗、环境保护、多功能玻璃开发以及超薄、超厚品种形制方面都取得了重大突破，一些先进技术与国外的差距也正逐步缩小，我国浮法工艺技术从20世纪80年代已开始身发展中国家出口。
与发达国家相比，我国玻璃企业规模一般比较小，并且技术水准参差不齐。
目前，我国有大大小小的玻璃企业几百家，但普遍存在着规模小、整体水平不高、结构单一的特点，并且地域分布不均衡，经济发达地区数量多、规模大、技术也较为先进，代表着我国浮法技术发展的新水平。
目前，国内比较大的几家玻璃企业市场占有率仍然较低，最大的玻璃集团年销售额仅2~3亿美元，与国外大公司相比差距很大。
今后玻璃发展的目标是将常规的和特殊的技术进步结合起来，实现浮法玻璃生产技术、装备的新突破，并在新产品开发、功能化、环保等多方面加大技术研究力度，以促进玻璃工业可持续发展。
2.2物料衡算
2.2.1物料衡算的目的
计算各种原料的需要量以及从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物料量，作为工厂原料需要量，运输量，工艺设备选型计算的依据
2.2.2工艺设备选型计算的依据
根据玻璃组成和所用的化学组成来进行配料计算。
在计算中。
应该认为在加热的过程中全部分解逸出，而分解后的氧化物则全部转入玻璃组成中去。
随着对制品质量要求不断的提高，必须考虑会影响玻璃组成的各种因素。
例如，耐火材料的侵蚀，原料的飞料损失以及玻璃的组成等。
因而在配料计算时，应对某些组成作适当的增件和修正，以保证设计组成尽如期望而实现。
2.2.3工艺参数选择
（1）芒硝含率
芒硝含率是指由芒硝引入的Na2O与芒硝和纯碱引入的Na2O总质量之比，即：
根据工艺技术指标要求：
芒硝含率=4%。
（2）碎玻璃掺入量
碎玻璃掺入率指配合料中碎玻璃用量与配合料总量之比，即：
根据工艺技术指标要求：
碎玻璃掺入量=20%。
表1玻璃化学成分表
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Na2O
60.5
21.4
8.7
5.8
0.8
表2原料化学成分表
硅石粉
硅砂
白云石
纯碱
芒硝
石灰石
长石
SiO2
99.35
91.6
4
2.6
56.31
Al2O3
0.34
4.21
0.4
0.4
40.16
CaO
0.15
0.52
31
54
0.98
MgO
0.1
0.17
21.2
0.94
1.5
Na2O
3.21
57.91
42.79
Fe2O3
0.05
0.29
0.19
0.13
1.05
损失量
2
1
0.4
0.5
0.4
0.4
1
含水量
3
3
0.2
1
0.6
0.2
0.5
表3主要工艺技术指标表
序号
指标名称
单位
指标
备注
1
玻璃获得率
％
85
2
芒硝含率
％
4
3
碎玻璃掺入量
％
20
注：
计算基础100Kg玻璃液计算精度0.01
2.2.4配料计算
以100Kg玻璃液为基础进行配料计算。
（1）纯碱和芒硝的用量（引入Na2O0.8Kg）
设纯碱和芒硝的用量分别为A和B，单位Kg，则：
解得:
芒硝A=0.07Kg
纯碱B=1.33Kg
（2）白云石用量C（引入MgO5.8CaO8.7）、长石用量D（引入Al2O321.4）、硅石粉E（引入SiO260.5）、石灰石F（引入CaO）
解得:
（3）配料汇总
以100Kg玻璃液为基准的配料如表4所示。
表4100Kg玻璃液配料表
原料
用量
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Na2O
Fe2O3
损失量
含水量
纯碱
1.33
0.00
0.00
0.00
0.00
0.77
0.00
0.01
0.01
芒硝
0.07
0.00
0.00
0.00
0.00
0.03
0.00
0.00
0.00
白云石
23.42
0.94
0.09
7.26
4.97
0.00
0.04
0.09
0.05
长石
52.79
29.73
21.20
0.52
0.79
0.00
0.55
0.53
0.26
硅石粉
29.99
29.80
0.10
0.04
0.03
0.00
0.01
0.60
0.90
石灰石
1.62
0.04
0.01
0.87
0.02
0.00
0.00
0.01
0.00
合计
109.22
60.50
21.40
8.70
5.80
0.80
0.62
1.23
1.23
（4）实际生产配料
玻璃获得率为：
设碎玻璃的掺入量为G，原料总量为H，单位Kg，则：
解得：
年产80万重箱，即：
碎玻璃量：
干基原料总量：
各原料原料总量的百分率：
各原料占原料总量的百分率见5
原料
纯碱
芒硝
白云石
长石
硅石粉
石灰石
合计
用量
1.33
0.07
23.42
52.79
29.99
1.62
109.22
百分率
0.01
0.00
0.21
0.48
0.27
0.01
1.00
干基原料各原料用量：
各原料水分含量及损失量见表6
原料
纯碱
芒硝
白云石
长石
硅石粉
石灰石
合计
损失量
0.50
0.40
0.40
1.00
2.00
0.40
4.70
含水量
1.00
0.60
0.20
0.50
3.00
0.20
5.50
湿基原料各用量：
需求原料各用量：
得到下表：
80万重箱玻璃需要的原料如表7所示。
表780万重箱玻璃需要的原料表（单位：
万Kg）
原料
纯碱
芒硝
白云石
长石
硅石粉
石灰石
碎玻璃
合计
干基
41.79
2.20
735.92
1658.81
942.37
50.90
858.00
4290.00
湿基
42.21
2.21
737.40
1667.15
971.52
51.01
858.00
4329.49
需求
42.43
2.22
740.36
1684.07
991.97
51.21
858.00
4370.27
2.3系统工艺流程的确定
选择工艺流程，首先要保证产品的质量要求，在满足产品质量要求的前提下，尽量简化流程，缩短生产周期。
工艺流程的选择还应充分体现技术上的先进性和可靠性。
要注意吸收类似工厂在实践中所积累的丰富经验。
选用新设备、新技术、新工艺时要充分检查，反复认证，认真核实。
确定工艺流程的依据：
（1）原料的组成和性质；
（2）产品品种及质量要求；
（3）工厂规模及技术装备水平；
（4）建厂地区气候条件；
（5）半工业加工试验。
2.3.1原料破碎
原料的破碎及筛分在工厂属于初级加工过程。
进入工厂的天然矿物原料，一般具有较大的块度（如石灰石、石膏、砂岩等），需进行破碎，以适应下一道工序对物料粒度的要求。
破碎系统的选择依据：
（1）物料的性质；
（2）物料的粒度，包括进料粒度、出料粒度、破碎系统地破碎比等。
破碎系统选型时，主要考虑下列各项因素：
（1）由全厂主机平衡计算确定的破碎车间要求小时产量，是破碎机选择的依据，可据此确定规格和台数。
（2）物料的物理性质，包括硬度、块度、杂质含量与形状。
根据各原料的特点，选择以下方法来处理各种原料。
（1）硅石粉：
直接购买外面的合格粉料，不用粉碎，进入料仓；
（2）白云石：
购买块状，回来经过破碎和粉磨，筛分后进入料仓；
（3）纯碱：
购买的有粉料和块状的，块状的经过颚破，筛分后进入料仓；
（4）芒硝：
购买的块状的回来经过笼形碾破碎后筛分进入料仓；
（5）石灰石：
当石灰石中含有较多的黏性夹缝土（裂隙土）时，采用破碎兼烘干流程（想破碎机通入热气），用锤式、反击式破碎机，对于片状石灰石，选用旋回式破碎机；
（6）长石：
选用长石破碎机；
（7）碎玻璃：
由本厂所得，经破碎后，洗涤，风干进入料仓。
2.3.2工艺流程图
图1浮法玻璃生产工艺流程图
2.4设备选型
设备选型应考虑的因素：
（1）满足生产工艺要求；
（2）机械化和自动化水平；
（3）设备性能良好；
（4）管理、维修方便，工艺布置合理；
（5）节约能源；
（6）适用场合及设备来源；
（7）技术经济比较。
2.4.1选型原则
（1）选出的设备应满足既定的生产能力要求并适应工艺操作的特点；
（2）设备的型式，数量应适应玻璃厂的生产规模及当地的自然地理条件；
（3）设备要便于操作，工作可靠，并最大限度地节省投资及经营费用，并注意的安全，密封，便于收尘；
（4）尽量采用已成批生产的技术上先进成熟的设备。
2.4.2设备简介
（1）粉碎机械
主要有颚式破碎机，对辊破碎机，笼形碾，反击式破碎机几种。
1）颚式破碎机
优点：
构造简单，管理和修理方便，工作安全可靠，适用范围广。
2）对辊破碎机
优点：
结构简单，机体不高，紧凑轻便，造价低廉，工作可靠，调整粉碎度方便，能粉碎粘湿物料。
3）笼形碾
优点：
构造简单轻便，对物料湿度变化反应较小。
4）反击式破碎机
优点：
结构简单，制造维修方便，工作时无显著不平衡振动，无需笨重的基础，效率高，生产能力大，电耗低，磨损少，产品粒度均匀。
（2）筛分机械
主要有六角筛，单层振动筛。
（3）称量设备
电子配料称。
（4）混合机械
强制混合机。
（5）起重运输机械
皮带输送机，斗式提升机。
（6）加料机械
电磁振动给料机。
2.4.3原料处理
（1）硅砂和精砂的筛分
熔制玻璃用硅砂的颗粒直径应在0.15-0.8mm之间，其中0.25-0.5mm的颗粒应不少于50％，0.1mm以下的不超过5％。
一般工厂所购买的硅砂和精砂已经破碎好的砂粒。
只要经过筛分就可以满足生产要求。
故应采用单层振动筛。
（2）石灰石与白云石的破碎
根据原料用量表，石灰石与白云石的破碎总量约96t，在物料的破碎中一般粗碎将物料破碎到100mm左右，中碎将物料破碎到30mm左右，细碎将物料破碎到3mm左右。
根据破碎要求和破碎机的生产能力选择适合的破碎设备，所以根据石灰石和白云石的破碎特征，可采用以下破碎流程：
石灰石（白云石）→颚式破碎机→斗式提升机→反击式破碎机→斗式提升机→对辊破碎机→三层筛
（3）芒硝与纯碱的破碎
笼式粉碎机又称笼型碾，粉碎含水量8-11％以下％、尺寸在25-90mm之间的松软用量，由于芒硝的易潮解，结成块状，所以需要破碎，再进行筛分。
其流程为：
纯碱（芒硝）→料斗→笼形碾→斗式提升机→六角筛
（4）碎玻璃的破碎
碎玻璃在破碎前需洗涤避免杂质影响玻璃的性质。
碎玻璃的来源有两种，本厂与外购，本厂的碎玻璃是不合格的玻璃直接进入鄂式破碎机而来，故不需处理。
而外购来的碎玻璃清洁程度与尺寸大小不一，需经过鄂式破碎机进行粉碎，然后经过洗涤得到生产所需的碎玻璃。
其生产流程如下：
外购碎玻璃→颚式破碎机→洗涤→风干→中间仓→原料车间
（5）除铁
从料仓取得的称量好的各种原料，在混合前必需除铁，以免影响玻璃的性质。
一般采用电磁除铁即可。
（6）原料混合
对于一般吨位的混合可采用强制式混合机。
利用旋转的搅拌叶片使固定容器内的物料进行混合。
一般讲，其混合强度较大，而且大大降低了物料对混合的影响。
由于每天混合物490多吨，所以采用两台强制式混合机交替进行破碎。
在破碎时要同时加水和气。
表6设备选型汇总表
2.5结束语
通过这次设计，我学到了很多，深刻理解了将所学与实际生产相结合的重要性。
在设计过程中，我运用了计算机程序进行物料平衡计算，能够学以致用使我感到很快乐，也认识到了多学习的重要性。
另外，在设计过程中，我了解到了一些调整物料配比以满足实际生产的方法，受益匪浅。
最后，感谢老师在设计工作中给予的指导和帮助！
参考文献
[1]林宗寿主编．无机非金属材料工学[M]．武汉工业大学出版社，1998．
[2]张战营主编．浮法玻璃生产技术与设备[M]．化学工业出版社，2005．
[3]樊德琴主编．玻璃工业热工设备及热工测量[M]．武汉工业大学出版社，1990．
[4]陈国平主编．玻璃的配料与熔制[M]．中化学工业出版社，2007．
[5]陈国平主编．玻璃工业热工设备[M]．化学工业出版社，2007．
[6]陈正树等编．浮法玻璃[M]．武汉工业大学出版社，1997．
[7]刘晓存主编.无机非金属材料工厂工艺设计概论[M].中国建材工业出版社，2008.
[8]田英良，孙诗兵主编.新编玻璃工艺学[M].中国轻工业出版社，2011.
学生学习心得
学生（签名）：
年月日
诚信承诺
本人郑重声明所呈交的课程报告是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除了文中特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。
与我一同工作的同学对本文研究所做的贡献均已在报告中作了明确的说明并表示谢意。
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