Производство листового стекла флоат-способом

Использование для этих целей предварительного измельчения материалов в пресс-валковых измельчителях с последующим домолом в струйных мельницах (вихреакустических диспергаторах) при звуковых или сверхзвуковых скоростях обеспечивает зернам более активированную поверхность, чем в вибрационных мельницах. Скорость стекловарения при использовании активированного песка возрастает на 10-30%.

Увлажнение стекольной шихты является эффективным способом устранения ее расслаивания, снижения пыления и потерь с износом отдельных компонентов в ванной печи. Использование щелочных растворов и некоторых поверхностно-активных веществ (ПАВ) не только обеспечивает вышеуказанные факторы, но и способствует ускорению твердофазовых реакции за счет проникания их в микротрещины и обволакивания поверхности частиц. Кроме того, ПАВ снижают поверхностное натяжение увлажняющего раствора и способствуют гомогенизации шихты.                                 

Оптимальная влажность  готовой шихты в зависимости  от ее состава находится в пределах 2-7%. Ввод воды в шихту целесообразно осуществлять за счет предварительного увлажнения песка и дальнейшей гомогенизации смеси.                                      

Уплотнение стекольной шихты обеспечивает однородность гранулометрического состава сформованных материалов, устранение сегрегации отдельных компонентов при транспортировке и загрузке шихты в печь, ускорение процесса стекловарения.                    

Процессы уплотнения, как правило, осуществляются в три  стадии: подготовка шихты (увлажнение), уплотнение (структурообразование) и конвективная обработка (сушка).

На установке для  грануляции методом прессования (рис. 2) [10] под высоким давлением (до 90 т/см) исходная порошковая | шихта поступает в загрузочный бункер 3, затем в винтовой питатель 1 и после смешивания со связующим элеватором 2 направляется в валковый пресс 6 с подпрессовщиком 5 и приводом 4. Прессованная плитка подается в дробилку 7 и после измельчения поступает на классификацию в грохот 8. В грохоте плитка делится на товарную фракцию, раздробленную плитку и мелкую фракцию. Раздробленная плитка крупных размеров снова поступает в дробилку 9 и после измельчения элеватором возвращается на классификацию по размерам.

Рис. 2. Схема уплотнения стекольной шихты методом прессования

 

Товарная фракция поступает на склад или в печь. Нетоварная фракция (мелкий продукт и отсев) через винтовой питатель 1 элеватором 2 возвращается в валковый пресс. В схеме предусматривается возможность подачи жидкого технологического связующего винтовым питателем 1.

Оптимальная влажность гранулируемой стекольной шихты (с использованием в качестве связующего жидкого стекла) составляет 14-17%.

Качественное получение  гранул возможно при достаточной  степени пластичности стекольной шихты (20-25) и удельной поверхности 950 г/см² и более. Это может быть достигнуто при введении пластификаторов (сульфитно-спиртовой барды, гидратной извести, жидкого стекла в растворе и др.).

При использовании гранулированной  стекольной шихты производительность ванной печи возрастает. При сушке гранул их прочность (при остаточной влажности W_ocr = 3%) возрастает в 2—3 раза. Наибольшей прочностью обладают гранулы, полученные при добавлении в шихту в качестве связующего растворимого стекла (4,2-6,2 масс. %).

Применение компактированной стекольной шихты обеспечивает увеличение площади контакта спрессованных частиц, что интенсифицирует твердофазовое спекание и повышает теплопроводность шихты (0,43 Вт/(м • К) вместо 0,3 Вт/(м • К) для сырьевого материала). Давление прессования стекольной шихты в вальцовом прессе может достичь 100 МПа. Оптимальная влажность формования 6-8%. В качестве связующего используются вода, жидкое стекло, пушонка из Са(ОН)₂ или Мп(ОН)₂, известковое молоко и др.     

 

6.4 Особенности процесса  стекловарения

 

Особенностью варки  листовых стекол является то, что она осуществляется в мощных стекловаренных печах, производительность которых достигает 500-600 т/сут, а в отдельных случаях до 1000 т/сут.

Естественно, что этот факт оказывает  серьезное влияние на технологические режимы варки стекла.

В настоящее время в производстве листового стекла используются регенеративные ванные печи непрерывного действия с поперечным направлением пламени. Общая площадь таких печей достигает более 700 м², а площадь варочной части печи более 300 м² при вместимости бассейна до 2500 т стекломассы. Ширина стекловаренных печей большой производительности составляет 10-12 м, глубина варочного бассейна - 1500 мм. Обычно такие печи снабжены 6-8 парами горелок [12].

Конструктивными особенностями  печей листового стекла являются: устройство загрузочной части печи и разделение варочной и студочной частей. Для загрузки шихты и боя в печь в конструкции варочного бассейна предусмотрена загрузочная часть (карман).

Разделительные устройства в печах листового стекла применяют главным образом для интенсификации охлаждения стекломассы, перетекающей из варочной части в студочную часть бассейна.

В печах листового  стекла для разделения варочной и  студочной частей бассейна нашли  применение следующие конструктивные устройства: перешеек по бассейну печи, пониженный свод с неподвижной плоской аркой - разделение по газовому пространству, установка преград по стекломассе в виде бакоровых мостов или трубчатых холодильников, полное перекрытие пространства печи в сочетании с преградой по стекломассе.

Тепловая изоляция стекловаренной печи - одно из наиболее эффективных    технических    мероприятий    по    экономии    топлива.    По расчетным, экспериментальным и производственным данным, тепловая изоляция обеспечивает 10-20 % экономию топлива при эксплуатации стекловаренных печей без существенных капитальных затрат. Тепловая изоляция способствует уменьшению износа огнеупорной кладки и улучшению условий труда обслуживающего персонала вследствие снижения на 100-250°С, температуры наружной поверхности кладки [12].

Процесс варки стекла условно разделяют на пять стадий: силикатообразование, стеклообразования, осветление, гомогенизация, студка.

Схема процессов в  пятикомпонентной шихте состава  листового стекла:

Температура,                                                                                             °С

Начало разложения MgCO₃                                                                   220

Образование Na₂Mg(CO₃)₂                                                            330-350

Интенсивное разложение MgCO₃                                                  350-470

Na₂Mg(CO₃)₂ + MgCO₃ +6SiO₂          Na₂O·2MgO·6Si0₂+3C0₃         400-700

Образование Na₂Са(СОз)₂                                                               500

Na₂Ca(CO₃)₂ +2CaCO₃+6SiO₂            Na₂0·3C0₃·6Si02+4C0₃           550-750

Na₂CO₃+SiO₂         Na₂SiO₃+ CO₂                                                     500

Na₂SiO₃+ SiO₂           Na₂Si₂O₅                                                       600-900

Na₂СОз+Al₂Оз          Na₂ Al₂O₄+ CO₂                                               600

Начало образования Ca Al₂O₄, CaSiO₄, Mg₂SiO₄                             700

Появление жидкой фазы за счет появления эвтектик:

a) Na₂Si₂O₅ - Na₂0·2MgO·6SiO·2Na₂SiO₃                                          710

б) SiO₂ - Na₂0·2MgO·6 SiO₂ - Na₂Si₂O₅                                            740

в) Na₂Si₂O₅+Na₂O·3CaO·6SiO₂       Na₂O·2CaO·3SiO₂ + расплав     760

г) Na₂Ca(CO₃)₂ - Na₂СОз                                                                         780

д) появление перитектики:

2Na₂O·CaO·3 SiO₂·Na₂Si₂O₅        Na₂O·2CaO·3SiO₂+расплав             830

образование СаSiO₃                                                                             1000

растворение кварца и  других фаз в расплаве                              800-1300

Таким образом, в пятикомпонентной шихте установлено: образование  тройных силикатов, более раннее появление жидкой фазы образование  алюминатов натрия и кальция, образование ортосиликатов, положительное влияние Al₂O₃  на ход реакций.

Основной принцип управления печью - поддержание постоянства  параметров технологического процесса варки стекла, что позволяет обеспечить химическую и термическую однородность стекломассы и температуру формования [5].

Параметры: 1. Уровень  стекломассы

                     2. Суточный съем стекломассы

                     3. Соотношение шихта/бой

                     4. Объем загружаемых шихты и боя

                     5. Давление в полости печи

                     6. Разрежение в регенераторах и боровах

                     7.  Температура во всех точках варочного бассейна и студки,

                         выработочной части

                    8. Температура регенераторов

                    9. соотношение топливо / воздух

Так как температурный  режим печи определяется условиями  нагревания стекломассы, то по важности в технологическом процессе ставится тепловой режим, что обусловлено  возможностью измерять расход топлива.

По длине печи допускается  увеличения коэффициента избытка воздуха для обеспечения окислительной газовой среды в зоне открытого зеркала стекломассы.

Вследствие этого средний  коэффициент избытка воздуха (табл. 9) для всей печи оказывается также выше оптимального [13].

Таблица 9

Коэффициент избытка воздуха на отдельных горелках по длине стекловаренных печей

	Коэффициенты избытка  воздуха на горелках							В среднем на всю печь
	1 -й	2-й	3-й	4-й	5-й	6-й	7-й
Рекомендации	1,02-1,05	1,05- 1,07	1,05-1,1	1,1- 1,2	1,2-1,3	1,3-1,35	1,3-1,35	1,2-1,25
Фактические	1,0-1,35	1,0-1,25	1,05-1,25	1,05-1,35	1,3-1,3	1,4-1,8	1,4-2,0	1,2-1,8

 

Обычно атмосферу в  непрерывно действующих стекловаренных печах поддерживают в варочной части - слабовосстановленную, а в зоне осветления и неотапливаемых частях - окислительную.

 

6.5 Выбор способа формования

 

Для формования ленты  стекла на расплаве олова служит флоат-ванна.

Флоат-ванна состоит  из выложенного огнеупорными брусьями бассейна, в котором находится расплавленное олово (глубина 50-100 мм) и свод. Пространство между бассейном и сводом по всей длине флоат-ванны заполнено смесью азота и водорода (защитная атмосфера) [13 ].

Во флоат-ванне поддерживается положительное давление защитной атмосферы, равной 30,5 Па.

При необходимости формовать  ленту толщиной менее равновесной прибегают к следующим мерам: ленту стекла, получаемую по принятой технологии из стекломассы температурой 1050°С и вязкостью 1 кПа·с, охлаждают до температуры 700°С, при которой ее вязкость становится равной 10 МПа·с и лента удерживается бортоформующими роликами. После прохождения этого участка лента вновь нагревается до 850°С, в результате чего вязкость уменьшается до 0,1 МПа·с. При этом несколько повышается скорость вытягивания, лента стекла утоняется, что сопровождается уменьшением ее ширины (сужение ленты происходит на 25-30%).

При формовании стекла толщиной, превышающую равновесную, на некотором расстоянии от стен бассейна на поверхности олова устанавливают графитовые планки-ограничители, которые удерживаются водяными холодильниками. Стекломасса, вытекая из сливного лотка на поверхность олова, и проходя сравнительно небольшой участок, направляется в пространство между ограничителями планками и заполняет его, приобретая необходимую толщину. После прохождения флоат-ванны лента стекла поднимается над оловом и при помощи валиков поступает в отжигательную печь [5].

При выработке стекол флоат-способом протекают сложные  физико-химические процессы взаимодействия между расплавленным стеклом  и оловом в условиях защитной атмосферы.

Во флоат-ванне протекают  следующие реакции:

Между оловом и кислородом;        между оловом и водяными парами

Sn_ж+l/2O₂=SnO_TB                                   Sn+2H₂O=SnO₂+2H₂

Sn_ж +O₂= SnО₂тв                                      Sn+2H₂O=SnO+H₂

Sn_ж +l/2O₂=SnO_2TB

Между водородом и  кислородом; между серой и водородом

Н₂+1/2О₂=Н₂Опар                           S+H₂=H₂Sгаз