Производство листового стекла флоат-способом

Между серой и оловом Sn+S=SnS_TB

Основными разработчиками флоат-способа являются фирма «Pilkington» (1959г) и фирма PPG (Pittsburgh Plate Glass) (1975г). Оба варианта флоат-способа основаны на одном и том же принципе «плавающей ленты», согласно которому лента стекло формуется на расплавленном олове, но конструктивно эти варианты различаются.

По варианту фирмы  «Pilkington» (рис.3) слой стекломассы толщиной около 30 см вытекает из канала шириной 100 мм. при помощи нависающего ограничительного блока толщина слоя стекломассы уменьшается до 20-25 мм, нижний ряд питающего канала находится на высоте около 10 см над ванной. Стекломасса выливается на расплав олова в виде кучи, которая постепенно растекается и начинает вытягиваться в ленту рольгангом отжигательной печи. Пока стекло еще не вытянуто, во флоат-ванне достигается равновесная толщина ленты, равной 6,3 мм, при вытягивании толщина стекла может быть доведена до 2 мм. Толщину, превышающую равновесную, можно достигнуть путем увеличения количества подаваемой стекломассы в начало флоат-ванны.

Рис.3. Способ получения флоат-стекла, разработанный фирмой «Пилкингтон».

1 - жидкая стекломасса; 2 - дозирующий  шибер; 3 - сливной лоток; 4 -рестрикторы; 5 - ванна расплава; 6 - расплав олова; 7 - лента стекла; 8- приемные валы шлаковой камеры

 

Согласно варианту фирмы  «Pilkington» , стекломасса выливается на расплав олова по огнеупорному каналу, находящемуся над флоат-ванной [14].

Попытки осуществить  прямую подачу стекломассы на расплав  олова не дали положительных результатов  из-за низкого качества имеющихся  в конце 50-х годов огнеупорных  материалов. На участке, где имел место  контакт между стекломассой, расплавом металла и огнеупорным материалом наблюдалась интенсивная коррозия последнего, что снижало качество продукции.

Другой характерной  особенностью варианта фирмы «Pilkington» является самопроизвольное растекание толстого слоя стекломассы, образующегося в начале флоат-ванны. Из этой утолщенной части начинается вытягивание стеклянной ленты до желаемой толщины, что приводит к возникновению дефектных участков с двух сторон ленты, вызываемых ее сжатием (усадкой, скручиванием). Другой особенностью фирмы «Pilkington» является необходимость циркуляции во флоат-ванне расплавленного олова во избежание окислительных процессов.Одним из важнейших преимуществ флоат-способа перед методом вертикального вытягивания листового стекла (лодочном, безлодочном) является значительно более низкий расход технологического топлива на единицу готовой продукции. Известно, что существует прямая зависимость между размерами стекловаренной печи и удельным расходом топлива, он снижается вследствие относительного уменьшения потерь тепла с наружной поверхности ее корпуса. Таким образом, при увеличении производительности флоат-линии одновременно возрастает производительность труда и снижается удельный расход топлива [14].

Для этого две флоат-линии  размещают параллельно друг другу  у одной стекловаренной печи. При этом возможно увеличение производительности печи до 1000 т/сут для питания стекломассой двух флоат-линий общей производительностью 70 млн. м² листового стекла в год.

Из всего сказанного выше можно сделать вывод, что  флоат-способ вытеснит в недалеком будущем все существующие способы производства листового стекла.

 

 

6.6 Особенности и расчет  режима отжига

 

Приведем расчет режима отжига.

Вычисляем верхнюю температуру  отжига по графику зависимости логарифма вязкости от температуры, находим Тв.о.=T₁₂= 584,15⁰С.

Изделия поступают в  печь отжига после формования. При  этом для закрепления формы они охлаждаются до температуры 450 - 500°С. Для расчета принимаем температуру равную 475°С.

Первым этапом отжига является нагрев до Тв.о.

Рассчитываем скорость на первом этапе отжига и продолжительность нагрева τ₁[15]:

где: а - полутолщина изделия, см.

Тогда

Термообработка при  высшей температуре отжига проводится для релаксации временных и остаточных термических напряжений и выравнивания температур по сечению стенки изделия. Время выдержки на второй стадии при Тв.о.:

τ₂= (70... 120) а², мин;                                    

τ ₂ =120·0.2² =4,8, мин.

Нижнюю температуру  отжига принимаем на 150°С ниже Тв.о  Охлаждение стеклянных изделий в температурном интервале отжига проводится с такой скоростью, чтобы неизбежно возникающие остаточные термические напряжения оказались в допустимых пределах.

Т_НО =584,15-150=434,15⁰С

Скорость ответственного охлаждения на третьем этапе отжига составляет, град/мин:

                    

Скорость быстрого охлаждения, град/мин:

                                  

Общая продолжительность  процесса, мин:

 τ=τ_нагр+τ_выд+τ_{медл.охл}+τ_{уск.охл}

τ=0,42+4,8+3+1,66=9,88 мин

 

По полученным данным строим график температурно-временного режима отжига (рис.4).

Рис. 4. Температурно-временной  режим отжига

Для отжига флоат-стекла применяют печи отжига с принудительной циркуляцией воздуха внутри туннеля  и интенсивным охлаждением ленты стекла ниже температуры 200°С на открытом роликовом конвейере при помощи воздушного душирования.

Печь предназначена  для управления процессом охлаждения стеклоизделий и основная ее задача - устранение внутренних напряжений в стекле, возникших при его формовании[16].

Печь отжига SG/SZZ (рис.5) оснащена системой прямого газового отопления, системой охлаждения и отличается плавным регулированием запуска и остановки агрегата. По желанию печь может быть изготовлена с электрическим отоплением.

Рис. 5 Печь отжига:

а) Входная часть печи отжига; б) Холодный конец печи отжига

 

Входная часть печи содержит опускающуюся заслонку, с помощью которой регулируется входной проем туннеля. На заслонке размещен регулируемый входной ролик с кожухом, препятствующим нежелательному поступлению холодного воздуха от нижней части печи.

Туннель тепловой обработки  состоит из отдельных секций. Каждая секция представляет собой температурно-регулируемую зону. Туннель содержит необходимое количество таких зон длиной по 2,25 м. Каждая зона оснащена системой самостоятельной регулировки подачи воздуха. Воздух проходит по всей длине туннеля печи между изделиями, всасывается рециркуляционными вентиляторами, расположенными в потолке секции, и подается в другой конец печи. Отопление зон осуществляется с помощью автоматических газовых горелок (или электрических отопительных элементов).

Конструкция горелок  отличается низким уровнем шума, как при зажигании, так и при работе. Производительность горелок регулируется в широком диапазоне. Горелки расположены в боковых стенах отдельных секций.

Управление процессом  отопления осуществляется с помощью  микропроцессорного регулирующего устройства, которое контролирует процесс в каждой секции на основании данных, полученных с термоэлементов.

                Для управления процессом охлаждения в зоне предусмотрены заслонки всасывающего и декомпрессионного каналов. Холодный воздух подается через всасывающий канал и при прохождении через рециркуляционный вентилятор смешивается с рециркулированным горячим воздухом. Избыток горячего воздуха уходит через декомпрессионный канал. Управление процессом охлаждения на основании показателей, полученных с термоэлементов, выполняется также с помощью микропроцессорного регулирующего устройства в каждой зоне печи.

Выходная часть печи представляет собой туннель с  заслонкой и с регулируемой высотой открытия кожуха. Система дополнительного охлаждения содержит серию вентиляторов, которые всасывают окружающий воздух, обдувают изделия и тем самым дополнительно охлаждают их после выхода из туннеля печи отжига. Туннель тепловой обработки продолжает съемный конвейер. Первая часть конвейера оборудована отсоединяемым кожухом, следующая содержит систему натяжения транспортной ленты, а в последней части конвейера находится силовая установка транспортной ленты печи, состоящая из коробки передач с электромотором. Контроль диапазона изменения скорости транспортной ленты осуществляется частотным преобразователем. С печью поставляется металлическая транспортная лента из жароустойчивого материала.

Электрическое оборудование печи представляет собой щит управления, кабельную проводку и контрольные приборы на корпусе печи. Газовое оборудование печи сертифицировано Машиностроительным испытательным институтом в Брно.

Общая схема печи отжига представлена на рис. 6

Рис 6.  Общая схема печи отжига

 

Номинальное напряжение 3 фазы, 50 Гц, 230/400 В (3,400 В).

Печь можно адаптировать к индивидуальным условиям.

Конструкторское исполнение, расход энергии и общая длина печи отжига зависят от ассортимента изделий, линии температурного охлаждения и объема выпускаемой продукции.

Особенности работы по проектированию печей отжига и общения с заказчиком:

•  предложения по печи предоставляем на основании конкретных пожеланий заказчика;

•  гибко и быстро реагируем на требования заказчика;

•  отдельные зоны печи работают независимо друг от друга;

•  точная регулировка  рабочих температур;

•   высокий   уровень   адаптации   к   особенностям производства;

•  надежное управление;

•   высокое качество изоляции печей;

•   низкие потери теплоты;

•  совершенная конструкция  печей;

•  безопасная эксплуатация печей;

•   минимальные  требования к обслуживанию печи;

•  высококачественные и легко заменяемые горелки;

•  модульная и одновременно жесткая конструкция;

•   простая и  быстрая установка печи;

•  длительный и эффективный  срок эксплуатации.

7. Обоснование и расчет производительности технологической линии

 

Расчет  производительности   и  числа   стеклоформующих  машин  при производстве листового стекла [9].

Максимальная производительность одной машины в сутки составляет:

M=24·V·b,

где V-скорость вытягивания, м/ч

в- ширина ленты, м

М=24·1380·4=132480 м²/сут

Действительная выработка  одной машины равна

 

где ψ-коэффициент использования машины

φ_l-отходы на машине (без учета отходов на борты),%

φ₂-отходы при резке, %

φ_З-отходы при транспортировке и упаковке, %

 

Определяем число машин

Ni=Q_i/M-T

где Т- нормативное время работы печи в течение года.

Расчетное число машин Ni округляем до ближайшего целого числа Ni =1

Максимальный съем стекломассы  одной машиной в сутки равен

где d- толщина ленты, м

γ-плотность стекла, т/м;

φ₄- отходы на отбортовку, %

V-скорость вытягивания, м/ч

в- ширина ленты стекла, м

Для расчета производительности стекловаренной печи принимаем вариант работы печи с максимально возможным съемом стекломассы, производительность ванной печи равна.

где φ₅-процент отходов стекла при хальмовке

Расчет количества возвратного  боя.

Количество боя стекла рассчитывают по проценту отходов φ_i на каждой операции в соответствии с принятой технологической схемой[9].

Расчет количества отходов ведем по формулам, приведенным в табл.10

Таблица 10

Расчет количества отходов

Операции	Количество отходов
	%	масса, m
Упаковка, транспортировка	φ1
Резка и сортировка	φ2
Формование	φ3
Отбортовка ленты	φ4
Хальмовка	φ5

Q_сут - суточная выработка продукции

 

Q_сут=25,6·10⁶ ·0,002 · 2,484/365 = 348,44 т/сут

 

Общее количество отходов  составит:

Х_о6щ=12,64+9,26+5,64+13,64+1,17=42,35т.

Возвратный бой определяем по формуле:

Х_в6. = (Х_общ-Х₅)100-φ₆/100

 где φ₆-безвозвратные потери φ₆=0,1

Х_в._б. = (42,25-1,17)100-0,1/100=,14 т

Среднесуточное количество навариваемой стекломассы рассчитываем по формуле:

Величина Q_ct.- несколько меньше производительности стекловарение печи, т.е. печь имеет резерв, связанный с неравномерным выпуском продукции по ассортименту [9].

Количество стекломассы, получаемой из шихты определяем по формуле: