900td平板玻璃熔窑工段工艺设计艺设计.docx
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900td平板玻璃熔窑工段工艺设计艺设计
摘要
设计介绍了一套规模为900t/d浮法玻璃生产线的工艺流程，在设计过程中，原料方面，对工艺流程中的配料进行了计算；熔化工段方面，参照国内外的资料和经验，对窑的各部位的尺寸、热量平衡和设备选型进行了计算；分析了环境保护重要性及环保措施参考实习工厂资料，在运用相关工艺布局的基础下，绘制了料仓、熔窑、锡槽、成品库为主的厂区平面图，具体对熔窑的结构进行了全面的了解，绘制了熔窑的平面图和剖面图，还有卡脖结构图，整个设计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。
Abstract
Thedesignintroducedthetechnicalprocessof900t/dfloatglassproductionline.Duringtheplanning,fortherawmaterial,thecomputationofmaterialhasbeenmade;andforthemeltsection,themeltingkilnvariousspotssize,Theheatbalanceandthechooseoftheequipmenthavebeencalculatedwithreferencetothedomesticandforeignmaterialsandtheexperience,theenvironmentalprotectionimportanceandenvironmentalprotectionmeasurehavebeenanalyzed.Withreferencetofactorydate,underthetechnologyarrangementcorrelationknowledgefoundation,thefactoryhorizontalplanaboutthestorage,themeltingkiln,thetintroughandproductstoragehasbeenfinished.Themeltingkilnstructurehasbeenconcretelyintroduced,thehorizontalplanandthesectionaldrawingofthemeltingkiln,smallmouthcompositionandcardneckstructuredrawinghavebeendrawup.Theentiredesignconsultedthemaindesignmentalityofpresentfloatglassproduction;tookthedomesticandforeignadvancedtechnologies;carriedontheentireautomatedproduction;reflectedatpresentfloatsproductiontocomparethehighlevel.
keywords:
floatglass;meltingsection;chooseoftheequipment;processcalculation.
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。
第一章浮法玻璃工艺方案的选择与论证
1.1平板玻璃工艺方案
平板玻璃规模化生产直到18世纪才真正出现。
在18世纪生产平板玻璃的方法主要有两种：
一是冠形制板法二是圆筒法。
后来进一步改进出现了Sieverts法，1903处发明了Lubers法，到20世纪后出现了很多很好的生产平板玻璃的方法。
1.1.1有曹垂直引上法
其形成特点是利用槽子砖成型，由于静压力作用，玻璃液从槽口向上涌出形成板根，板根处玻璃液受引上机石棉辊拉引继续上升，并经受水冷却器急冷，逐渐硬化形成玻璃原板，进入引上机膛退火。
原板经切割而成原片。
玻璃性质、板根成形、边子成形、原板拉伸力是影响玻璃成形的决定性因素。
其缺点是由于使用槽子砖，玻璃板的波筋、线道等缺陷难以根除，光学畸变较重，产量低。
1.1.2垂直引上法
利用引砖成形，玻璃带通过设置在玻璃液面经上的一对水平冷却器冷却后被引上拉引。
表层玻璃一方面抵抗重力减少厚度，另一方面被引上进一步冷却到最后固化，过到一定厚度和宽度，继续引上，引砖是无槽垂直引上的重要形成设备，有挡热，分流和稳定板根的作用。
形成板根的玻璃液由表面流的玻璃自由汇合被引上进入板根。
玻璃液的温度和对流还有引上室的气流波动对原板形成有极大影响。
其缺点是生产操作难，玻璃厚度差的大，不易生产小于2mm的薄玻璃。
1.1.3压延玻璃
它是利用水平连续压延法，能大量生产。
从玻璃熔窑末端流液口连续地流出玻璃液，通过用水冷却的上下一对辊子之间，没冷却的玻璃液被压延辊压成一定厚度的玻璃板，随两辊回转玻璃板被向前拉引，经输送辊道进入退火窑，冷到室温。
其缺点是玻璃的厚度的均匀性不好，不易生产薄玻璃。
1.1.4水平拉制法
它是在玻璃熔窑末端设置浅引上室，玻璃带在引上室中有表面被拉引，经水冷却辊冷却，黏度增加，玻璃被连续拉引成带状玻璃板垂直上升到60cm左右高的位置，在此经加热软化的玻璃板借助转向辊将玻璃弯成不平方向，送进退火窑。
这种方法生产的质量好，产量高。
其缺点是由于形成室结构复杂，不易控制。
1.2浮法玻璃工艺及其产品的优点
1.质量好，由于玻璃液是在锡槽中抛光，具有很好的抛光效果，也不会因为机械磨光引起的玻璃缺陷。
2.产量大，浮法玻璃采用全自动，不需要庞大的沙子分级和机械磨光设备，成品率高，且采用自动化，规模扩大。
3．品种多，采取这种方法可以生产出厚度在0.5~25mm之间的多种品种、规格的玻璃，以满足不同用途的要求。
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，大大丰富了平板玻璃的范畴，扩大了玻璃在各个领域的应用。
综上，浮法生产是目前世界上最先进的生产技术，到2008年，浮法玻璃占玻璃生产行业的76.7%以上，中国建成的洛阳浮法线有146条，其是拉引量在300~700t，原板厚度为1.1~25mm，总生产能力到3.06亿箱/年。
1.3浮法玻璃生产工艺流程图
图1.1玻璃生产工艺流程图
第二章设计说明
本设计采用最先进的玻璃生产工艺之浮法玻璃生产技术，积极采用先进的设备和技术，以提高生产质量，提升产量为目标努力使各方面达到世界先进水平。
设计中大量收集目前国内外先进技术，对结构进行改善还为将来生产规模的扩大留有余地。
在收集大量数据的基础上做出合理、科学、先进的设计。
2.1设计依据
产品方案：
浮法平板玻璃；
生产规模：
日熔化量为900t;
工作制度：
52/5/8；
玻璃厚度：
5mm;
玻璃原板宽度：
4000mm；
玻璃净板宽度：
3500mm；
总成品率：
80%；
产品品种：
平板玻璃；
冷修周期：
8年；
玻璃的化学成分见表2.1
表2.1玻璃化学成分表
单位：
%（质量分数）
化学成分
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
R2O
SO3
All
含量
72.0
1.0
0.1
8.5
4.00
14.3
0.1
100
所用各原料的化学成分见表2.2
表2.2各原料的化学成分
单位：
%（质量分数）
原料
含水率
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
N2O
Na2SO3
C
硅砂
白云石
石灰石
纯碱
1.0
0.3
2.0
1.8
98.76
0.69
0.3
0.56
0.15
0.08
0.13
0.07
0.14
31.57
55.4
0.02
20.47
0.2
0.19
57.94
芒硝
4.2
1.10
0.29
0.05
0.5
0.37
41.47
95.03
煤粉
84.11
2.2工厂设计原则
采用先进、可靠的技术措施的装备，确保能生产出满足企业要求的平板玻璃。
以满足浮法线高标准产品质量和品种要求为前提，进行设备选型，既要有效控制投资，又必须确保达到使用要求，确保总体目标和实现。
环境保护、职业安全卫生、节能、消防等方面均要符合国空的相关标准规范、规定。
总体规划的布局合理、道路通畅，方便管理，最大限度利用厂区原有场地和设施。
全面解决工厂生产，厂外运输和各种物料储备的关系。
应该考虑工厂建成后生产潜力的可能和留有工厂发展的余地。
第三章玻璃的化学成分及原料
3.1浮法玻璃化学成分设计的一般原则
玻璃科学为玻璃成分设计提供了重要的理论基础，包括玻璃形成和结构理论，相平衡，成分和性质与结构的关系等方面，但迄今在大部分情况下，理论还只能定性地为玻璃成分设计指出方向，必须反复通过实践调整成分以获得所需性能的玻璃。
一般说来，玻璃成分设计要考虑的主要方面如下。
（1）必须满足使用性质的要求，即依赖于成分和性质与结构的关系。
就目前玻璃科学发展水平而言，主要阐述成分和性质之间的关系，成分和结构间的关系还未能精密确定。
（2）所设计的成分必须能够形成玻璃并具有较小的析晶倾向，因而可以借助于玻璃形成区域图和相图来确定。
（3）必须符合熔制、成型等工艺要求。
浮法玻璃化学成分是由普通平板玻璃基础上设计出来的，是由钠钙硅玻璃组成演变而来的。
根据Na2O-CaO-SiO2系统相图确定该系统中能够形成玻璃的组成范围为：
12%~18%Na2O，6%~16%CaO，68%~82%SiO2，但在实用玻璃组成中该系统的组成范围为：
12%~15%Na2O，8%~12%CaO，69%~73%SiO2。
在这个三元系统玻璃组成中，容易形成两种析晶组成，失透石（Na2O·CaO·SiO2）和硅灰石（CaO·SiO2），在生产实践中当引入MgO和Al2O3时，不仅玻璃的析晶性能得到改善，而且热稳定性和化学稳定性均得到改善，因而形成了普通平板玻璃化学成分（表3.1）。
表中Fe2O3为原料中杂质所致，并非设计数值，而是限制数值；而SO3主要是由澄清剂芒硝引入[3]。
表3.1普通与浮法玻璃化学成分比较
单位：
%
化学成分
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
R2O
SO3
普通玻璃
浮法玻璃
71~73
71.5~72.5
1.5~2
<1.0
<0.2
<0.1
6.0~6.5
8.0~9
4.5
4.0
15
14~14.5
<0.3
<0.3
浮法玻璃化学成分设计时，根据浮法玻璃成型的特点，在普通玻璃化学成分基础上进行了局部调整。
1）由于浮法玻璃拉引速度比垂直引上快得多，在成型中必须采用硬化速度快的“短”性玻璃成分，即调整CaO到8%~9%。
但是CaO含量增加，使玻璃发脆并容易产生硅灰石析晶，因此MgO控制在4%左右，以改善玻璃析晶性能。
2）为了获得优质的玻璃表面质量，将Al2O3的含量降低到1.3%以下，并注意不能影响玻璃的机械强度、热稳定性。
3）Fe2O3是原料中的杂质引入的，它是一种着色剂，因此严格限制在0.1%以内，最好在0.08%以下，以使玻璃有良好的透光率，经调整后浮法玻璃化学成分见上表。
用于制备琧配合料的各种物料，统称为玻璃原料。
根据它们的用量不同，分为主要原料和辅助原料两类。
主要原料指玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如石英砂、白云石、尾砂、纯碱和芒硝等。
辅助原料是使玻璃获得某些必要的性质和加速熔制过程的原料。
它们用量少，但其作用并不是不重要。
根据作用不同，分为澄清剂，脱色剂，氧化剂和还原剂等，对原料质量主要有以下要求：
原料引入的主要成分含量高，杂质含量低，不得超标；原料组成粒度分布合理，以保证配合料均匀度达最佳状态，玻璃熔制质量好；原料中难溶矿物的含量和粒度符合要求，避免玻璃成品上形成固体夹杂物。
3.2配料流程
3.2.1硅砂系统为引入SiO2的原料，SiO2的想对分子质量是60.06，密度是2.4~2.5g·cm-3。
SiO2是玻璃形成骨架的主体，以[SiO4]的结构组成不规则连续网络结构。
它本身就可以开成玻璃，即石英玻璃，引入二氧化硅的作用，是提高玻璃的熔制温度、黏度、化学稳定性、热稳定性、硬度和机械强度，同时它又能降低玻璃的热膨胀系数和密度。
合格的硅砂由汽车运输进厂，入喂料仓，经电磁振动给料机喂料，斗式提升至均化库料堆上放的带卸料小车的带式输送机上，进行均化堆料作业。
用于配料的硅砂，有门式耙料机均化取料，经带式输送机运至1#式提升机，提升入中间仓，有电磁振动给料机喂入平面摇筛进行保护性筛分，筛下物同2#斗式提升机提升，以带式输送机送入粉库贮存，当门式耙料机发生故障时，同轮式装载机代替，经带式输送机运至1#斗式提升机，提升入中间仓进行筛分作业。
3.2.2白云石系统为引入MgO的原料，MgO的相对分子质量是40.32,它在硅酸盐玻璃中是网络外体氧化物。
玻璃中经3.5%以下的MgO代替部分CaO，可使玻璃形成硬化速度变慢，降低玻璃的析晶倾向，提高玻璃的化学稳定性的机械强度。
白云石块料同汽车运输进厂，由抓斗桥式起重机运至喂料仓，通过电磁振动给料机喂入鄂式破碎机进行破碎。
破碎后的物料经斗式提升到中间仓，再由电磁振动给料机喂入锤式破碎机进行细碎，细碎后的物料经斗式提升机升入两台六角筛进行筛分，筛上物返至锤式破碎机细碎，再提升、筛分，筛下的合格物料由斗式提升机升入库顶带式输送机，送入粉库贮存。
3.2.3尾砂系统为引入Al2O3的原料，Al2O3的相对分子量为101.94,密度为3.84g·cm-3。
它属于玻璃的中间体氧化物，能降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、化学稳定性、热稳定性、硬度、机械强度和折射率，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀，并有助于氟化物的乳浊。
利用原有加工系统，合格粉料由斗式提升机提升，然后经过双向闸门和带式输送机送投影仪粉库贮存。
3.2.4石灰石系统为引入CaO的原料，CaO的相对分子量为56.08,密度为2.6~2.8g·cm-3，是玻璃结构网络外氧化物，其主要作用是稳定剂，即增加玻璃的化学稳定性和机械强度。
主要矿物是方解石，是一种微晶或潜晶结构的化学与生物化学沉积岩。
利用原有加工系统，合格粉料由斗式提升机提升，然后经过双向闸门和带式输送机送投影仪粉库贮存。
3.2.5纯碱、芒硝系统为引入R2O的原料，Na2O的相对分子量是62,密度2.27g·cm-3，是玻璃网络外氧化物，可降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是玻璃的良好溶剂。
可增加玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性，化学稳定性和机械强度。
纯碱、芒硝由火车运输进厂，由手推车从袋装原料库运至原料车间倒料处，人工拆袋倒料经斗式提升机提升入立角筛进行筛分，筛上物经笼型碾粉机粉碎再提升、筛分，筛下的合格料由斗式提升机提升入粉库贮存。
3.2.6煤分系统它引入的主要成分是还原C，因为芒硝是主要澄清剂，它在熔窑内高温分解产生O2和SO2，所以使用芒硝里还要使用澄清剂，而煤分就是一个很好的选择。
袋装的煤粉由汽车运输进厂，由手推车从库房运至粉库吊运孔处，经电动葫芦提升至粉库顶，人工拆袋倒料送入粉库贮存。
3.2.7称量混合系统，各种粉料按配比分别采用“减量法”的“增量法”电子秤进行准确称量，通过称量带式输送机运至预定的混合机混合，混合时加适量水蒸汽，以前常加水混合，但加水蒸汽有更多好处，比如混合料不易结团，混合料更为均匀，粒度相差不太大，混合均匀的配合料卸入中间仓，再由配合料带式输送机运至浮法联合车间窑头料仓，之后便进行熔窑的熔化、锡槽的成型、退火窑退炎，经过切裁得到相应规格的成品。
原料工艺有三个关键部位：
原料成分、原料的颗粒大小和原料混合的均匀度，实际生产中各种原料的控制粒度范围见表3.2。
3.3其它辅助原料
1）澄清剂往玻璃配合料或玻璃液中加入一种高温时本身能气化或分解放出气体，以促进排除玻璃液中气泡的物质，称为澄清剂。
浮法玻璃常用的澄清剂有三氧化二锑、硝酸盐、硫酸盐、氟化物、二氧化铈。
表3.2实际生产中各种原料的控制粒度范围
原料
粒度范围
品质百分比%
含水率%
硅砂
≥0.71
0.71~0.50
0.50~0.106
<0.106
0
≤5.0
≥91.0
≤4
到收贷时硅砂水分≤5
白云石
≥2.0
2.0~0.106
<0.106
0
≥92.0
≤8.0
粉料含水率≤0.5
石和石
≥2.0
2.0~0.106
<0.106
0
≥92.0
≤8.0
粉料含水率≤0.5
长石
≥0.63
0.63~0.50
0.50~0.106
<0.106
0
≤4.0
≥78.0
≤18.0
粉料含水率≤0.5
纯碱
≥1.18
≥0.18
≤2
≤75
含水率≤0.7
2着色剂使玻璃着色的物质，称为着色剂。
其作用是使玻璃对光线产生选择性的吸收，呈现一定的颜色。
根据着色剂在玻璃中呈现形态不同，分为离子着色剂、胶态着色剂和硫硒化物着色剂三类。
浮法玻璃常用离子着色剂即过渡金属元素和稀土元素的化合物。
3）脱色剂对浮法玻璃透明度危害最大的是微量的铁，其次是铬、钒、钛。
脱色主要是如何减弱和中和铁的着色作用的问题。
方法主要有物理脱色和化学脱色。
常用的物理脱色剂有二氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化钕。
常用的化学脱色剂有硝酸钠、硝酸钾、三氧化二锑、氧化铈、氧化锰。
4）碎玻璃在玻璃生产和加工和各个环节，总会产生一定量的碎玻璃，如生产中的不合格产品及切裁下来的边子等。
从工艺上看，有利于配合料的熔化，澄清，节能，提高产量，降低成本等。
使用碎玻璃的过程中必须注意几个问题：
二次挥发；二次积累；对某些化学稳定性差的玻璃，由于表面水解造成表面层与内层成分之间的差别，若熔制温度较低或玻璃的对流不大时，在熔制后的玻璃液内部往往留下明显的差别；当玻璃重熔时，热分解会使氧化铁转变为氧化亚铁，同时也影响硒的脱色作用，使玻璃的颜色变坏。
热分解出来的氧，容易扩散到周围的气泡中去，与之一起益处玻璃液外，导致玻璃缺氧，呈还原性制。
对变价元素为基础的颜色玻璃会引起色泽上的变化；在碎玻璃中含有少量的化学结合气体，在重熔时产生相当于二次气泡那样的微小气泡，因此，加入碎玻璃多时就难于澄清；使用外购玻璃时，除要进行清洗、选别、除杂和磁选除铁外，还必须经常取样，进行化学分析，对配合料配方进行调整。
第四章配料计算
4.1于配料计算相关的参数
1）
2）
3）
4）
5）
6）
4.2浮法平板玻璃配料计算
4.2.1设计依据
产品方案：
浮法平板玻璃；
生产规模：
日熔化量为900t;
工作制度：
52/5/8；
玻璃厚度：
5mm;
玻璃原板宽度：
4000mm；
玻璃净板宽度：
3500mm；
总成品率：
80%；
产品品种：
平板玻璃；
冷修周期：
8年；
玻璃化学成分见
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