日產(chǎn)450噸平板玻璃熔化車間的工藝設計

1、河北理工大學本科生畢業(yè)設計說明書題 目： 日產(chǎn)450噸平板玻璃熔化車間的工藝設計 英文題目: the Process Design of 450t/d-FlatGlass Melting Workshop 學 院： 材料學院 專 業(yè)： 材料化學 班 級： xxxx 姓 名： xxxxx 學 號： xxxxxx 指導教師： xxxxxx 2010年 06 月 10 日摘 要玻璃是現(xiàn)代社會廣泛應用的基礎材料之一。從摩天大樓玻璃幕墻、建筑物室內(nèi)采光、汽車風擋、玻璃器皿、包裝材料，到電視機計算機顯示屏、光學器件、無機功能材料等高科技產(chǎn)品，沒有玻璃材料是不可想象的。因此可以說，玻璃已成為繼鋼鐵、水泥、陶

2、瓷之后的又一大產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。就平板玻璃而言，浮法玻璃生產(chǎn)工藝是目前國際上比較先進的工藝之一。本文就浮法玻璃的生產(chǎn)工藝、熔化車間的工藝布置、生產(chǎn)設備選型、原料配方計算、熔窯結(jié)構(gòu)參數(shù)計算以及熔窯合理操作與簡單維護等方面作了詳細的研究。此外，本論文還對玻璃工廠廠址的選擇原則以及全廠車間的布置也作了一簡單的介紹，以供參考。關鍵詞： 熔窯；浮法玻璃；熱修；玻璃熔制；AbstractGlass is widely applied in our modern society, and it has been one of the basic materials. For the skyscrape

3、rs glass curtain wall, indoor day-lighting of buildings, the windshield, the glassware, the packaging materials, the set computer screen, optics, the inorganic functional materials high-tech product, it is unthinkable without glass materials. So we can say that, glass has become a new industry after

4、 the industries Steel, cement and ceramics. Front view of glass is wide. As to flat glass, float glass production process is one of the advanced processes in the world. This paper make a great study of the float glass production process, processing set-up of melting workshop, type selection of produ

5、ction equipment, the formula calculation of ingredients, the parameter calculation of melting furnace structure, and the operation and protection of melting furnace. Besides, the paper tells us the principle on point-selecting of a glass factory and the arrangement of the whole workshop. Just for re

6、ference .Key Words：Melting Furnace; Float Glass; Hot Repair; Glass Melting Process;目錄引言1第一章 緒論21.1 玻璃的熔制21.1.1 硅酸鹽的形成21.1.2 玻璃液的形成21.1.3 玻璃液的澄清31.1.4 玻璃液的均化31.1.5 玻璃液的冷卻31.2 浮法工藝41.2.1 浮法工藝的特點41.2.2 浮法工藝前景61.2.3 浮法玻璃新技術(shù)、新產(chǎn)品的發(fā)展趨勢6第二章 工藝設計方案72.1 綜述72.2 車間工藝布置的要求7廠房布置的要求7設備布置82.3熔化車間的工藝布置82.3.1 熔化工段的布置

7、8熔化主窯的結(jié)構(gòu)10熔化部的結(jié)構(gòu)11熔化部的保溫結(jié)構(gòu)122.4 冷卻部結(jié)構(gòu)設計132.5 工廠的選址原則13第三章 工藝設計計算153.1 原料配方的計算153.1.1 玻璃成分153.1.2 計算步驟163.2 熔化車間的計算203.2.1 熔化部及冷卻部面積計算21第四章 熔制車間生產(chǎn)制度234.1 綜述234.2 玻璃熔制工藝技術(shù)指標244.3 主要設備的操作指標244.3.1 投料機的操作方法244.3.2 火焰換向的操作254.3.3 助燃風機的操作方法254.4 重要操作的規(guī)定254.5 熔窯的維護與熱修274.5.1 熔窯的日常維護274.5.2 熔窯熱補操作274.5.3 熔窯

8、的熱修274.6 煤交機的維護29第五章 設計總結(jié)評價30參考文獻31謝辭32引言浮法玻璃生產(chǎn)工藝是目前平板玻璃生產(chǎn)中最先進的工藝。浮法玻璃熔窯是浮法生產(chǎn)中重要的熱工設備，玻璃從配合料到可供成型的玻璃液，整個變化過程都在此完成，其能耗，占全廠總能耗的70%以上。玻璃熔窯的作用就是給成型部提供質(zhì)量良好的玻璃液，以使其后的生產(chǎn)能夠順利地進行。熔窯作業(yè)好壞直接影響玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量和成木。大型浮法玻璃熔窯的建造投資很大，高達數(shù)億元，而且生產(chǎn)過程中維護費用也十分巨大。因此，加強對浮法玻璃熔窯的科學研究，提高玻璃熔窯設計水平，改進熔窯結(jié)構(gòu)和作業(yè)條件，對降低玻璃生產(chǎn)成木、提高玻璃質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的意義

9、。玻璃的熔制就是在苛刻的高溫條件下，把石粉類的配合料熔融為高溫澄清均勻的玻璃液。其過程涉及燃燒、高溫配合料化學反應、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和動量傳遞等過程。熔制過程既具有工程熱物理研究范圍的通性，又具有復雜的高溫反應過程特殊性。在熔制過程中，玻璃液流動過程在促進熱量傳遞和質(zhì)量傳遞上起著重要作用，合理的流動形態(tài)可以提高玻璃的熔化速率，從而降低玻璃的生產(chǎn)成本。 一個工廠是否能夠生存下去就在于它的生產(chǎn)成本是否低廉、產(chǎn)品價格是否合理、是否能夠能他人之不能、公司產(chǎn)品的質(zhì)量是否可靠、管理制度是否合理等等。然而，這一切都取決于其所采用的生產(chǎn)工藝是否先進、車間的布置以及設備的選型是否符合要求、生產(chǎn)操作是否合理等。

10、本文對此逐一作了系統(tǒng)的研究。第一章 緒論1.1 玻璃的熔制玻璃的生產(chǎn)主要包括原料配方的設計、原料的預混、配合料的制備、配合料的投放、玻璃的熔制、玻璃的成型、玻璃的冷端處理等工序。玻璃的熔制就是在苛刻的高溫條件下，把石粉類的配合料在高溫下熔融為澄清、均勻的玻璃液的過程，是玻璃制造過程中的主要過程之一。過程涉及燃燒、高溫配合料化學反應、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和動量傳遞等過程。熔制速度和熔制的合理性對玻璃的產(chǎn)量、質(zhì)量、合格率、生產(chǎn)成本、燃料消耗和吃藥壽命等的影響很大。玻璃的熔制包括一系列的物理化學的反應過程，一般可分為以下五個階段，即：一、硅酸鹽的形成；二、玻璃液的形成；三、玻璃液的澄清；四、玻璃液的均

11、化；五、玻璃液的冷卻；1.1.1 硅酸鹽的形成此階段屬于配合料層的高溫反應階段。在此階段，會發(fā)生一系列的物理的、化學的反應，如粉料受熱、水分蒸發(fā)、鹽類分解、多晶轉(zhuǎn)變組分熔化以及石英砂與其他組分之間所進行的固相反應。這個階段結(jié)束時，大部分氣態(tài)產(chǎn)物從配合料中逸出，配合料最后變成有硅酸鹽和二氧化硅組成的不透明燒結(jié)物，同時，共熔體開始生成，石英顆粒逐漸溶解，最后初步形成玻璃液。硅酸鹽的形成速度取決于配合料的性質(zhì)和加料方式。1.1.2 玻璃液的形成 在實際生產(chǎn)中，配合料的熔化過程中玻璃形成階段實際上是與硅酸鹽的形成同時進行的。只是此階段屬于玻璃的進一步熔化階段，在高溫及自然對流、強制對流的綜合作用下，殘

12、余的石英顆粒在玻璃體中完全熔融。此時玻璃液中還剩有氣泡和條紋。需要注意的是，硅酸鹽的形成只需要很短的時間，而玻璃的形成則需要較長的時間。假如從硅酸鹽形成開始到玻璃形成結(jié)束需要32min左右，那么硅酸鹽的形成與玻璃的形成所需的時間分別在34min和2829min左右。1.1.3 玻璃液的澄清玻璃液的澄清澄清過程就是消除玻璃液中氣泡的過程。在此階段，玻璃液中的澄清劑在適當?shù)臏囟葪l件下開始分解，釋放出氣體并向玻璃液中的小氣泡內(nèi)擴散，從而促進氣泡長大并逸出。影響玻璃液澄清的因素主要有：配合料中的氣體率、澄清溫度、窯壓等?？梢酝ㄟ^延長澄清時間、提高澄清溫度、玻璃液沸騰攪拌、鼓泡、加澄清劑等方法來加速澄清

13、。1.1.4 玻璃液的均化玻璃液的均化目的是要達到化學均一性和熱均一性。它與上一個階段并沒有一個明顯的界限，它是對玻璃液所進行的再次均化作用。包括自然均化和強制均化兩種方式。自然均化主要是利用玻璃液內(nèi)部的對流作用來對自身進行均化，即通過玻璃液中不均勻體的溶解核擴散作用來達到均化的效果，但效果并不顯著。由于在靜止的玻璃液中不均勻體的擴散速度是非常緩慢的，他們的擴散速度只有10-610-7cm/s.這使得自然均化不但用時過長，還會降低玻璃的生產(chǎn)效率；強制均化是通過對玻璃液進行強制攪拌或通過鼓泡來使其在外加力的作用下進行均化，效果十分顯著。 目前，大多數(shù)廠家都采用強制均化的方法來對玻璃液進行均化。

14、1.1.5 玻璃液的冷卻表1-1 玻璃的熔化制度序號階段溫度范圍/01硅酸鹽類氧化物的分解800100002玻璃液的形成120003玻璃液的澄清1400150004玻璃液的均化1500135005玻璃液的冷卻13501100即便是澄清均化很好的玻璃液也不能馬上成型制成制品，這是因為不同制品的成型溫度不盡相同或者是要求玻璃液的黏度不同。在此階段，玻璃液被冷卻至成型所需的溫度(11001050)，一般情況下是采取吹冷卻風的方式。需要注意的是，玻璃液的冷卻風直接與玻璃液接觸，因此必須保證風的純凈度，以免對玻璃液的質(zhì)量產(chǎn)生影響，造成不必要的損失。1.2 浮法工藝浮法玻璃成型工藝較其他成型工藝都有了很大

15、的進步，使平板玻璃的生產(chǎn)有了一個質(zhì)的飛躍。平板玻璃浮法新工藝的發(fā)明，被譽為玻璃工業(yè)的一次革命。浮法玻璃的問世，也對玻璃生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)生了深遠影響。 平板玻璃的成型歷史，早在公元5世紀時就己經(jīng)開始。從比利時人艾米爾·弗克于1902年順利地進行了有槽垂直引上法的試驗(平板玻璃通過受壓的耐火槽子磚槽口擠壓、拉引垂直向上成形)，于1913年投入工業(yè)生產(chǎn)(又稱弗克法)，直到英國皮爾金頓兄弟有限公司于1959年宣布浮法玻璃工藝生產(chǎn)技術(shù)成功，1963年開始出售浮法技術(shù)專利，其間共經(jīng)歷了50年。這期間，美國人柯爾木于1908年發(fā)明了水平拉引法(玻璃帶首先通過玻璃液由表而向上接引后，再通過轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)向水平拉

16、引。此法又稱柯爾本法、利比歐文思法等)。美國匹茲堡平板玻璃公司于1925年發(fā)明了無槽垂直引上法(玻璃帶自玻璃液由表而垂直向上拉引。又稱匹茲堡法)。弗克法在人類歷史上首次通過機械成型直接生產(chǎn)平板玻璃，但制得的平板玻璃表而有波筋和條紋等缺陷，產(chǎn)量還不高?？聽柋痉ǜ纳屏似桨宀ＡУ拿尜|(zhì)量，提高了產(chǎn)量，但設備復雜。匹茲堡法則進一步改善了表面質(zhì)量。1971年日本旭玻璃公司使用一對可反向旋轉(zhuǎn)的輥代替有槽法中的槽子磚(又稱旭法，對輥法)，顯著改善了玻璃質(zhì)量。質(zhì)量優(yōu)于匹茲堡法，產(chǎn)量高于弗克法。雖然如此，在浮法發(fā)明前，表面平整的磨光玻璃仍靠壓延玻璃(玻璃液流經(jīng)上、下壓輥壓制成玻璃帶)或其它平板玻璃經(jīng)機械研磨、拋光

17、來生產(chǎn)。而平板玻璃的研磨與拋光，是一個消耗很大的機械加工過程。浮法玻璃的出現(xiàn)，則使得平整平板玻璃的生產(chǎn)，免去了機械加工過程，產(chǎn)量高于其它各法。綜上所述，平板玻璃的50年，每一種新法的出現(xiàn).都是對舊法存在問題改進的結(jié)果.是一種創(chuàng)新。無槽法、平拉法對有槽法是如此，對輥法對有槽法也是如此，浮法對其它各法則更是如此。1.2.1 浮法工藝的特點浮法玻璃生產(chǎn)工藝，玻璃液由于重力的作用，會在在高溫熔融的錫液表面進行自然攤平、展薄、成型。其特點主要有以下幾點：（1）玻璃成形利用了玻璃自身的重力。由于浮法玻璃是水平拉制成形，玻璃液帶的重力是由錫液來支承的，拉引力主要用于克服玻璃液的粘滯力:浮法玻璃的整個成形過程

18、是在密閉的錫槽中進行，只是在玻璃帶冷卻硬化后，山光潔平滑的輥子(過渡輥臺)將玻璃帶托起拉出錫槽，而且玻璃帶同輥子是線接觸，因此，完全避免了上述的缺陷，而能保持在錫槽中獲得拋光表面的質(zhì)量。（2）可以充分發(fā)揮玻璃表面張力的作用。玻璃的表面張力是使玻璃獲得自然拋光、表面平整的主要因素。傳統(tǒng)成型工藝中，為了使玻璃垂自引上成功，必須使玻璃的粘度在短時間內(nèi)急速增加，即要求成形溫度從940左右迅速下降到600以下，此時，玻璃帶粘度己經(jīng)很大，表面張力己不起作用。浮法成型工藝中，山于玻璃的重力是山錫液來承托的，兩者之間的摩擦力甚微，錫槽長達50 m，玻璃的溫度下降較慢，還.丁以根據(jù)成形要求加以調(diào)整，玻璃液在拋光

19、區(qū)的溫度接近1000 ,粘度小，因此，玻璃的表面張力就能起主導作用，使玻璃得以自然拋光、表面平整而無波筋和線道等缺陷。（3）玻璃帶橫向溫度均勻。為保證玻璃的成形質(zhì)量，配合料和玻璃的熔化質(zhì)量是先決條件。此外，使玻璃帶橫向溫度差小，粘度均勻，是成形時玻璃帶橫向厚度均勻的重要因素。用傳統(tǒng)法生產(chǎn)玻璃時，山于其自身固有的原因，很難達到整個板面溫度均勻，板中和板邊的溫差經(jīng)常在500以上，如玻璃板的寬度再加大后，橫向溫度均勻特別困難。而浮法玻璃成形是在較長的、分成多個工藝區(qū)的錫槽中來完成的，在生產(chǎn)中.可以根據(jù)玻璃成形的工藝要求，各區(qū)的縱向和橫向溫度，通過采取邊部加熱或冷卻、錫液循環(huán)等措施，進行自動調(diào)節(jié)控制，

20、使縱向溫度符合成形溫度制度要求，橫向溫度差小于100。這樣，為玻璃帶橫向厚度均勻和玻璃拋光質(zhì)量創(chuàng)造了有利的條件，也不會因玻璃帶的寬度加大而使調(diào)節(jié)控制增加困難。（4）可以實現(xiàn)超薄和超厚玻璃的高效生產(chǎn)。由于浮法工藝是水平拉制的，使浮法比傳統(tǒng)法較容易地生產(chǎn)超薄和超厚的玻璃。目前國內(nèi)、外企業(yè)都可以采用浮法工藝來穩(wěn)定地生產(chǎn)出0.5 mm的平板玻璃。浮法玻璃的拉引速度的變化幅度范圍很大，如生產(chǎn)6 mm玻璃時，一般拉引速度可以為120 m/h，有時也可以達到360460 m/h,且其成型質(zhì)量也不會因速度加快而受影響。這就為浮法生產(chǎn)線優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、降耗造了充分和必要的條件。 此外，浮法玻璃生產(chǎn)方法避免了玻璃結(jié)晶

21、缺陷，可以在線生產(chǎn)鍍膜玻璃，并實現(xiàn)切、裝機械化自動化，可以比較容易地生產(chǎn)出超大片玻璃等，至于其他特點在此不再一一列舉。1.2.2 浮法工藝前景浮法工藝是一項比較先進的新興技術(shù)，近幾十年的時間里已經(jīng)有了很大的發(fā)展，目前這項技術(shù)正趨于成熟，但還有很多方面需要改善與不斷提高，例如，成本方面這項技術(shù)較其他玻璃生產(chǎn)技術(shù)要高出許多。窯體建設與維修、錫槽的建設投資與維護等都需要大量資金，整條生產(chǎn)線的前期投資是相當大的，就本文所設計的生產(chǎn)車間而言，總投資將達到3個億左右。但是不可否認的是，采用浮法工藝進行玻璃生產(chǎn)所帶來的利潤也是十分可觀的。相信在未來的幾十年里浮法工藝將會取代其他工藝方法而成為平板玻璃生產(chǎn)的主

22、要方式。1.2.3 浮法玻璃新技術(shù)、新產(chǎn)品的發(fā)展趨勢（1）浮法玻璃新技術(shù)發(fā)展趨勢在未來的幾十年里，浮法玻璃技術(shù)將朝向超薄技術(shù)、在線鍍膜技術(shù)、退火窯輥道技術(shù)、一窯多線技術(shù)、玻璃工業(yè)中的計算機模擬技術(shù)、節(jié)能工藝技術(shù)、環(huán)保技術(shù)等等方向發(fā)展。（2）浮法玻璃的新品種目前浮法玻璃的新品種的研制方向有：利用太陽能發(fā)電的平板玻璃、電致變色玻璃、光致變色玻璃、自潔凈玻璃、信息產(chǎn)業(yè)玻璃、計算機硬盤用玻璃基板、折光玻璃、防靜電和抗電磁波干擾玻璃、天線玻璃、蓄光玻璃、防盜玻璃等。 第二章 工藝設計方案2.1 綜述本文主要對平板玻璃生產(chǎn)工藝（即浮法工藝）的熔制車間作的設計。玻璃生產(chǎn)的熔制車間包括熔化部、澄清部、冷卻部以

23、及蓄熱室、小爐等輔助配置，它與原料車間燃料車間成型車間退火車間密切相關。熔化車間設計的是否合理將直接影響玻璃的正常生產(chǎn)，而且對玻璃成品的質(zhì)量提高影響也是十分明顯的。2.2 車間工藝布置的要求車間工藝布置是工藝設計的重要組成部分，它的任務是確定車間的廠房布置和設備布置。在車間廠房布置時，應充分注意：廠房的整體結(jié)構(gòu)應盡量小巧、占地面積占總體土建面積的比例應適中（太大表示廠區(qū)建筑分布太過密集，將對防火、衛(wèi)生、生產(chǎn)經(jīng)營管理以及運輸?shù)仍斐刹焕挠绊?；太小則表示廠區(qū)建筑物分布太疏，這樣一來既浪費用地，又會增加車間之間的管道和運輸線路、綠化美化設施的建設費用和管理費用，增加總投資），以降低造價；熔制車間設計

24、時應盡量做到可以自然調(diào)節(jié)氣流變換，降低車間溫度，并且不會對車間設備的維修造成障礙。工藝布置的基本原則是要做到經(jīng)濟、合理、實用、生產(chǎn)流程順暢、結(jié)構(gòu)緊湊，并力爭縮短成品和半成品間的運輸距離。同時還應考慮設備安裝、操作和檢修的方便等方面。2.2.1廠房布置的要求廠房的布置主要是指兩個方面，即平面布置和立面布置。平面布置主要是確定廠房的面積和柱網(wǎng)的布置（跨度、柱距等）。廠房的總面積應滿足以下幾個要求：設備本身和生產(chǎn)操作所需的面積；設備安裝和檢修所需的面積；生產(chǎn)管理和生活用室所需的面積（如辦公室、更衣室、浴室、廁所等）；各種通道走廊所需的面積（巡檢及日常作業(yè)用）。一般的，用于維修車輛進出的門、路應大于車

25、輛正常尺寸的二倍左右，立面布置級廠房的空間布置，主要是確定廠房的總高度以及各重要位置的標高。頂梁的高度應不低于窯體上表面以上4.5m，走廊通道的凈空高應不小于2.0m。對于高溫車間廠房除考慮頂部高度外還應加開排熱天窗和側(cè)窗等，以保證正常通風散熱。2.2.2設備布置設備布置就是要把車間內(nèi)的各種設備按照工藝流程加以定位。設備布置主要取決于生產(chǎn)流程和設備安裝、操作、檢修的需要，同時也要考慮其他專業(yè)隊車間工藝布置的要求。重型設備以及運轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生較大陣雨動的設備，如助燃風機、各冷卻風機等應盡可能布置在廠房的地面，實在不能布置在地面的，其支架也要與廠房的結(jié)構(gòu)立柱分開，以減少廠房的荷載和振動。另外，兩臺重型

26、機器之間的距離也不能離得太近，不能相互影響運轉(zhuǎn)與維修，同時要考慮工作人員操作、檢修的要求和通行的便利。在設備上方所設的吊鉤應考慮到檢修時所吊起的高度，一般最低要求是能使器件吊離設備，并且在橫向位移時不受阻礙。此時，廠方高度隨起重裝置要求而定，但一般不小于設備上表面以上2.0m。壓縮空氣的管道應該預留一定的傾斜度，以利于冷凝水的排出，順其流向的管道斜度取0.3%，逆氣流向的管道斜度取0.5%，在管道最低點設排液閥門。2.3熔化車間的工藝布置在進行車間工藝布置時，一般根據(jù)該車間在總廠平面布置中的相對位置、車間生產(chǎn)流程、進出料的方向和運輸方式、主要設備和附屬設備的型號與尺寸等來確定車間的工藝布置和廠

27、房的總尺寸。在本小節(jié)中主要以工廠的熔制車間為中心，來說明車間布置的一些要求。熔化車間是高溫作業(yè)和連續(xù)不停地生產(chǎn)的車間，這是它的最主要的特點；其廠房的特點是高空間性和多層次性。雖然說平板玻璃的成型方法各不相同，但是其熔化窯的結(jié)構(gòu)和具體要求卻都有很多相似之處。因此，熔制車間的工藝布置實質(zhì)上就是以玻璃廠的熔化池窯為核心來考慮工藝布置的。熔制車間從區(qū)域上劃分，首先要考慮窯頭和投料平臺、窯底、熔化二層三部分組成的熔化工段的布置，然后才是成型部分的布置，即錫槽進口端的布置。需要考慮的具體因素主要有：熔窯冷修操作的需要、熔窯熱修操作的需要、工藝設備進行布置檢修的需要、生產(chǎn)操作的需要、熔窯擴大生產(chǎn)進行改造的可

28、能等。除此之外，還要滿足構(gòu)筑系數(shù)和建筑模數(shù)等的要求。2.3.1 熔化工段的布置玻璃生產(chǎn)的熔化工段包括投料部位、熔化部、澄清部、冷卻部以及蓄熱室、小爐等輔助部位。熔化車間設計的是否合理將直接影響玻璃的正常生產(chǎn)，而且對玻璃成品的質(zhì)量提高影響也是十分明顯的，因此，熔化工段的工藝布置應當給予足夠的重視。浮法玻璃熔窯的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖2-1 玻璃熔窯縱剖圖熔窯熱修操作的需要熔窯在生產(chǎn)周期內(nèi)由于是長時期處于高溫的連續(xù)操作中，配合料粉塵以及玻璃液的侵蝕使得熔窯的各部位會有不同程度的損壞，因此必須在不影響或是極少影響正常生產(chǎn)的情況下，進行對熔窯的熱修和維護工作。具體要考慮到：（1）底層蓄熱室對蓄熱室的熱

29、修操作所需的空間在蓄熱室壁以外4000mm左右（即蓄熱室外墻壁到廠房車間內(nèi)墻壁之間的距離），這樣的空間足以滿足拆修蓄熱室格子體時各種工具所需要的操作空間、布置冷卻風機、運輸和堆放磚體的通道所需的空間，能夠使工作人員進行正常的熱修操作。（2）小爐熔化工段二層最長修的部位，主要是對小爐舌頭、胸墻、小爐斜坡碹、小爐隔墻、小路后墻等的熱修。這些熱修操作的寬度應為據(jù)小路后墻5500mm，距蓄熱室后墻3500mm。（3）涼臺的布置熔化二層在小路的兩側(cè)應布置涼臺。熱修的操作一般都在100左右的溫度下，經(jīng)受高溫輻射的情況下進行的。因此，工作人員必須在經(jīng)過510分鐘的操作后盡心休息，此涼臺的設置就可以為工作人員

30、提供一個休息和納涼的場所。熔窯冷修操作的需要在熔窯?；鹄湫薜臅r候，為了爭取時間，縮短冷修期，熔窯的拆修工作必須安排的緊湊。一般都是拆、運、修交錯進行，因此熔窯兩側(cè)就一定要有足夠的寬度來進行操作。按以往的經(jīng)驗來說，一般拆修蓄熱室的操作寬度為35004000mm，拆修小爐的操作寬度為41005000mm。2.3.2熔化主窯的結(jié)構(gòu)熔化主窯的設計是一項非常艱巨的任務，需要考慮到每一個細節(jié)，它在生產(chǎn)線投產(chǎn)以后將連續(xù)高溫作業(yè)一個或幾個窯期，因此必須保證窯體的主要部位能夠耐得住火焰、玻璃液、以及高溫粉塵的侵蝕，這就要求窯體的耐火材料的選材要符合要求。以下是對主窯各部位結(jié)構(gòu)的具體設計。（1）投料機投料機有螺旋

31、式、壟式、輥筒式、往復式、電磁振動式、斜毯式等樣式。本次設計的窯爐選用斜毯式投料機，其特點是：將碎玻璃和配合料混在一起加入玻璃熔窯中，采用連續(xù)式加料，料層薄而均勻，覆蓋玻璃液面積大。斜毯式投料機也是目前國內(nèi)許多企業(yè)普遍采用的投料機。（2）前臉墻前臉墻是橫跨在投料池上方的擋焰結(jié)構(gòu)。為了不影響下方配合料進入窯內(nèi)，特采用L型吊墻形式進行安裝。內(nèi)側(cè)的耐火磚均采用掛鉤磚拖底、其余小型耐火磚順次平鋪碼砌的方式構(gòu)筑，并在外側(cè)下鼻區(qū)部位加裝冷卻水包以防止熔窯內(nèi)高溫氣流對吊墻鋼結(jié)構(gòu)造成破壞。前臉墻的作用是阻止窯內(nèi)氣體向外逸出、保證窯內(nèi)微正壓、減輕由熱輻射引起的熱耗損、防止熱氣流對投料機的正面燒蝕等。（3）熔化部

32、熔化部是進行配合料熔化和玻璃液澄清、均化的場所。由于是采用橫火火焰進行表面加熱的熔化方式，對熔化部的描述又可分為上下兩部分，即上部分的火焰空間和下部分的窯池（又可以稱為熔化池）。（4）火焰空間火焰空間就是由胸墻、大碹、前臉墻和后山墻組成的空間，形式上類似于家用爐子的爐膛。在火焰空間內(nèi)充有來自熱源供給部分的熾熱火焰氣體，其主要作用是在此空間內(nèi)火焰氣體將自身熱量傳給配合料、玻璃液、窯墻（胸墻和前后臉墻）以及大碹頂（又稱窯頂），使配合料熔化。這部分應能滿足燃料完全燃燒所需條件，保證能夠提供玻璃液澄清所需的熱量。（5）窯池此窯池非彼瑤池，它是配合料進行高溫熔化、形成玻璃液、以及玻璃液進行澄清、均化的主

33、要場所。窯池由池壁和池底兩部分構(gòu)成。池壁磚和池底磚均為大塊整塊的耐火磚，窯池形狀呈長方形（也有正方形窯池的）。窯池內(nèi)部的玻璃液所產(chǎn)生的橫向壓力由池壁頂絲直接來承受，池壁頂絲固定在立柱（工字鋼材料）上，立柱底座固定在次梁上，并通過扁鋼傳給主梁，主梁將窯體的總重量傳給樓下的水泥立柱。這樣，整個窯池的重量最終的荷載者是熔化池窯樓下的水泥立柱（具體結(jié)構(gòu)見附圖）。窯池前端與投料池相連，后端與卡脖池相連。其具體尺寸的確定方法可參見下一章節(jié)的關于熔化車間的有關計算。（6）投料池投料池是突出于窯池外面并且和窯池相通的矩形小池。本次設計的投料池與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，寬度設計的與窯池主體寬度相等，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中投料池寬度

34、略窄，約為窯池寬度的85%左右。采用這種結(jié)構(gòu)使得玻璃配合料料層展開得更均勻更薄，并能防止料堆的偏斜，因為料堆再投入料池以后的整體受力是均勻的。投料池池壁耐火材料與窯池池壁的相同，兩者上平面平齊；本次設計對投料池的長度作了適當?shù)恼{(diào)整，約是原來長度的1.4倍。這種結(jié)構(gòu)有利于配合料的預熔化，可減少飛料和飛料對熔窯的胸墻與側(cè)墻的侵蝕，在一定程度上延長了窯的使用年限（窯齡）。需要注意的是，投料池部分的池壁外側(cè)是不需要保溫的，而熔化池部分則需要進行嚴格的保溫，以避免熱量造成不必要的損失。其原因是：投料池部分沒有太高的溫度，因此不需要進行保溫操作。2.3.3熔化部的結(jié)構(gòu)（1）吊墻吊墻是一種擋火裝置，分U型J

35、型和L型等，通過千斤頂可以調(diào)節(jié)其下沿距料層的高度，也可以進行移動。吊墻除擋火作用外還有保溫功能，并配有冷卻水包和冷卻風機等輔助設備。輔助設備的作用主要是保護吊墻，使其避免因高溫軟化而導致的強度減弱現(xiàn)象的發(fā)生。另外水包還具有刮平料堆凸起部分、使料堆更加平整而薄的作用。在進行吊墻安裝的過程中一定要注意，任何干結(jié)構(gòu)部分都不得正面接受火焰的攻擊，否則很難保證其結(jié)構(gòu)強度。正確的做法是將掛鉤磚依次掛在吊墻的內(nèi)側(cè)，擋住火焰與鋼碹接觸的路徑，然后再自下而上順次碼砌其他耐火剛玉磚。（2）胸墻胸墻獨立安裝于池壁之上，并由下巴掌鐵（角鋼結(jié)構(gòu)）和胸墻托板支撐的擋火結(jié)構(gòu)。其胸墻托板由下巴掌鐵托住，在胸墻底部設掛鉤磚，以

36、保護鋼結(jié)構(gòu)不接受窯內(nèi)火焰的正面燒蝕。但考慮到掛鉤磚壓在胸墻下部更換困難，故在其前部另設活動護頭磚以保護之。這樣，在進行胸墻熱修時只需更換護頭磚即可，從而可大大減少工作強度。胸墻的材質(zhì)一般是硅質(zhì)耐火材料，本次設計也選擇了硅質(zhì)耐火材料。其厚度為450mm。（9）大碹大碹又稱作碹頂，常用的大碹結(jié)構(gòu)主要有平碹和拱碹兩類。其中平碹又可稱為吊平碹，它散熱面積較小，需要用大量鐵件將其吊起，耗材耗資均較嚴重。因此本次設計采用拱碹結(jié)構(gòu)，股跨比為1/10(即f=1/10s)，這種結(jié)構(gòu)的大碹稱為傾斜碹。大碹的作用主要是反射氣體燃料燃燒所產(chǎn)生的輻射熱，使料堆充分受熱。選擇傾斜碹可以在很大程度上利用反射作用來反射燃料燃

37、燒所釋放的輻射熱量。（10）鋼結(jié)構(gòu)窯體在砌筑過程中需要用一種由鋼板、鋼條、鋼絲等組成的結(jié)構(gòu)來進行加固，這樣的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)上稱作鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)可使窯墻避免因加熱膨脹引起的過度變形，使窯體具有較好的強度；同時，鋼結(jié)構(gòu)在某些部位的中還起到支撐作用，例如胸墻部位的巴掌鐵、托板鐵，大碹的支撐部位碹腳（又稱為鋼碹碴），池底部位的扁鋼、大梁、立柱等等。鋼結(jié)構(gòu)在一定程度上使窯體的各主體部分（指池壁、胸墻、碹頂?shù)龋┫鄬Κ毩?，這使得在對窯體進行熱修時較為方便。例如在更換池壁磚和胸墻磚的時候，可在不觸動其他部位的情況下而直接進行熱修操作。鋼結(jié)構(gòu)的設計在車間的設計過程中是一項非常重要的工程，本次設計對其給予了充分的重視。

38、本窯在選用鋼板時均選用810mm厚的工字鋼，鋼絲選用的直徑范圍為1824mm。在施工過程中加固鋼結(jié)構(gòu)須距窯體結(jié)構(gòu)一定距離，一般在6mm左右，以避免耐火磚因過度膨脹造成的破損。2.3.4熔化部的保溫結(jié)構(gòu)為了減少玻璃熔窯的散熱損失、充分利用能源、減少生產(chǎn)成本，還需要對窯體各部位進行保溫。像熔窯大碹這樣散熱面積大并且需留有脹縫、孔洞的結(jié)構(gòu)，是保溫考慮的重點部位，本人對其保溫結(jié)構(gòu)進行了深入的研究。首先在大碹硅磚（大碹的主體結(jié)構(gòu)）的外表面鋪設一層厚為2.4mm的石英砂作為過渡層，然后依次是114mm厚的輕質(zhì)硅磚、3mm厚的耐火密封涂料、114mm厚的輕質(zhì)黏土磚、3mm厚的耐火密封涂料、50mm厚的硅酸鋁

39、陶瓷纖維氈、0.5mm厚的薄鋁板。經(jīng)試驗可知，這樣的結(jié)構(gòu)可對大碹進行效果較好的保溫，并且可以減輕或消除窯內(nèi)氣氛中堿蒸氣冷凝對磚的腐蝕，在很大程度上延長了大碹的使用壽命。 2.4 冷卻部結(jié)構(gòu)設計冷卻部是將經(jīng)熔化、澄清后的玻璃液進一步均化和冷卻的部位。在此部位，高溫澄清的玻璃液冷卻至成型所需的溫度，然后玻璃液在流入錫槽等成型部位。冷卻部的作用就是為成型退火等工段提供合格質(zhì)量的玻璃液，使生產(chǎn)線正常運作。 冷卻部的溫度相對于熔化部而言，下降了將近300，因此，它對耐火材料的耐火強度要求就相對降低了。具體的選材情況以及保溫措施可參見熔化窯的結(jié)構(gòu)。2.5 工廠的選址原則圖2-2 玻璃生產(chǎn)工藝流程圖廠址的選

40、擇要貫徹既有合理的工業(yè)布局，又要節(jié)約用地和有利生產(chǎn)方面的原則。根據(jù)當?shù)氐馁Y源、燃料提供、電力、水源、交通運輸、工程地質(zhì)、生產(chǎn)協(xié)作、產(chǎn)品銷售等建設條件，通過認真地綜合分析和技術(shù)經(jīng)濟比較，做出一個合理的選廠報告。針對平板玻璃廠生產(chǎn)的特點，總結(jié)了在選廠時的幾點意見，以供參考：（1）平板玻璃廠應盡量靠近產(chǎn)品的主要銷售地區(qū)；（2）玻璃廠必須具有可靠的供電條件；（3）玻璃廠必須具備良好的運輸條件；（4）必須具備良好的水源供應條件；（5）工廠廠址必須具備優(yōu)良的工程地質(zhì)條件；總之，在選擇廠址時要考慮到產(chǎn)品的產(chǎn)和銷兩大方面，然后再綜合考慮，得出一個比較合理的建廠方案。第三章 工藝設計計算3.1 原料配方的計算原

41、料配方的計算主要是指配合料的計算，它是以玻璃的組成和原料的化學成分為基礎的。首先計算出100玻璃所需要的各種原料的用量，然后再計算出每副配合料中，即500或1000玻璃配合料中各種原料的用量。如果玻璃是以摩爾分數(shù)或分子比表示的，則應將摩爾分數(shù)或分子比首先算為質(zhì)量分數(shù)的組成。在精確計算時，應補足各組成氧化物的揮發(fā)損失、原料在加料時的飛揚損失以及調(diào)整溶入玻璃中的耐火材料對玻璃成分的改變等。計算配合料時，通常有預算法和聯(lián)立方程法，但比較實用的是采用聯(lián)立方程法和比例計算相結(jié)合的方法。列聯(lián)立方程式時先以適當?shù)奈粗獢?shù)表示各種原料的用量，再按照各種原料所引入玻璃中的氧化物與玻璃組成氧化物的含量關系，列出方程

42、式，求解未知數(shù)。各種的n222222222222223.1.1 玻璃成分表3-1 玻璃成分（設計參考值） 單位：wt%（質(zhì)量分數(shù)）SiO2Fe2O3SO3Al2O3CaOMgONa2O總計72.50.10.21.67.94.014.0100計算其配合料的配方：選用砂巖引入SiO2，長石引入Al2O3，白云石引入MgO，石灰石引入CaO，純堿引入Na2O。采用芒硝作為澄清劑，螢石作為助熔劑。各種原料的化學成分見下表：表3-2 原料化學組成 單位：wt%（質(zhì)量分數(shù)）原料名稱原料化學組成（wt%）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2ONa2SO4C含水量砂巖長石白云石石灰石純堿螢石芒硝煤粉

43、98.3066.0913.81.2018.040.200.200.100.070.120.8230.4255.0059.500.3921.4014.2958.1541.4795.0385110.30.80.514.23.1.2 計算步驟假設原料均為干燥狀態(tài)，即在進行計算時不考慮水分的影響。計算原則：先進行復雜原料的計算，在以單一的純料進行調(diào)配。（1）計算砂巖與長石的用量 設砂巖的用量為x，長石的用量為y，按照玻璃組成中SiO2與Al2O3的含量列出聯(lián)立方程式。SiO2：0.9830x 0.6609y = 72.5Al2O3：0.0120x 0.1804y = 1.6解方程得：x = 70.69

44、4，y = 4.149即熔制100玻璃需要砂巖70.694，需要長石4.149（注意：由砂巖引入的Fe2O3含量為70.694×0.002=0.142）（2）計算由長石引入的CaO、Na2O、MgO與 Fe2O3的用量 Na2O ： 4.149×0.1429=0.593CaO ： 4.149×0.0082=0.034Fe2O3 ： 4.149×0.0020=0.008MgO ： 4.149×0.0039=0.016（3）計算白云石的用量 白云石引入的MgO的量為4.00.016=3.984白云石中MgO的含量為21.4%，因此白云石的用量為3.

45、984÷0.214=18.617同時，引入的CaO的量為18.617×0.3042=5.663（4）計算石灰石的用量 石灰石引入CaO的量為7.90.0345.663=2.203石灰石中CaO的含量為55%，因此石灰石的用量為2.203÷0.55=4.005（5）計算芒硝的用量 芒硝含率：由芒硝引入玻璃中的氧化鈉和純堿向玻璃中引入的氧化鈉總量的百分比?？捎孟率奖硎久⑾鹾?芒硝含率隨熔化溫度、火焰氣氛及玻璃澄清質(zhì)量而定。一般情況下，無色透明浮法玻璃生產(chǎn)芒硝含率控制在2.5%3.0%之間。這里取3.0%進行計算。設芒硝引入量為x，根據(jù)芒硝含率計算公式可得解方程，得

46、x=1.013，即芒硝的用量為1.013。（6）計算純堿的用量 純堿引入的Na2O量為14.0×（13%）0.593=12.987純堿中含有Na2O的量為58.15%，所以純堿的用量為12.987÷0.5815=22.334（7）計算煤粉的用量 炭粉含率：由碳粉引入到配合料中的固定碳與由芒硝引入的Na2SO4的比值，可用下式表示按照反應式計算，炭粉含率理論值為4.2%，當芒硝用量確定后，炭粉的實際用量與本身的顆粒組成、易燃性、組成配合料的各種原料的COD值、熔窯1#2#小爐溫度及火焰性質(zhì)等有很大關系。浮法玻璃生產(chǎn)用炭粉含率一般在3%5%之間，這里取4.7%來進行計算。設煤粉

47、的用量為x，根據(jù)煤粉含率公式可得解方程，得 x=0.053 即煤粉的用量為0.053。根據(jù)以上計算結(jié)果，特將熔制100玻璃時各種原料的用量匯總于下表：表3-3 玻璃配方表（每生產(chǎn)100玻璃時）原料用量/砂巖長石白云石石灰石芒硝純堿煤粉70.9644.1493.9844.0051.01322.3340.053總計106.502（8）計算輔助原料的用量以及揮發(fā)分的損失 以螢石作為助熔劑時，計算螢石的用量。引入的氟按配合了得0.5%計算：所以螢石的用量為106.502×0.0103=1.097螢石中含的量為CaO59.5%，因此由螢石引入的CaO量為1.097×59.5%=0.6

48、53相應的，可算出此部分所對應的石灰石的用量0.653÷55%=1.187因此，石灰石的實際用量應為4.0051.187=2.818考慮到Na2O的揮發(fā)損失：一般Na2O的損失量為自身重量的3.2%左右，則最后應補充Na2O的量為14.0×0.032=0.448故純堿的補充量為0.448÷58.15%=0.770，于是可算出純堿的實際用量22.3340.770=23.104根據(jù)以上計算，熔制100玻璃的實際原料用量修正如下表所示：表3-4 玻璃配方修正表（每生產(chǎn)100玻璃時）原料用量/砂巖長石白云石石灰石芒硝純堿煤粉螢石70.9644.1493.9842.8181

49、.01323.1040.0531.097總計107.182（9）計算配合料的氣孔率 配合料氣孔率計算式為玻璃的產(chǎn)率為如果每次配合料的用量為500，碎玻璃（熟料）的用量為20%，碎玻璃中Na2O的揮發(fā)損失不計，則碎玻璃的用量計算式為500×20%=100（）粉料（配合料）的用量為500-100=400（）放大倍數(shù)=500配合料中各原料的粉料用量=熔制100玻璃中各原料用量×放大倍數(shù)。于是，每副配合料中各原料的用量為：表3-5 玻璃配方干基用量表（每生產(chǎn)100玻璃時）原料用量/放大后用量/砂巖長石白云石石灰石芒硝純堿煤粉螢石70.9644.1493.9842.8181.0132

50、3.1040.0531.097264.83715.48414.86810.517 3.781 86.224 0.198 4.094 總計107.182400.003 原料中均含有一定量的水分，我們可以用下式來計算濕基的用量：計算結(jié)果見下表。表3-6 玻璃配合料的濕基配比原料熔制100時干基用量/原料含水量/%熔制500配合料時粉料的用量干基用量/濕基用量/砂巖70.9641.0264.837267.512長石4.1491.015.48415.640白云石3.9840.314.86814.913石灰石2.8180.810.51710.602芒硝1.0134.23.7813.947純堿23.104

51、0.586.22486.657煤粉0.0530.1980.198螢石1.0971.04.0944.135總計107.182400.003403.604由于配合料中含水量要求為5%，因此應計算混合料的加水量，其計算式為算得加水量為因此，最后算得加水量為17.452。3.2 熔化車間的計算3.2.1 熔化部及冷卻部面積計算玻璃熔窯是玻璃工廠的心臟，她對設計是否合理將直接影響玻璃的產(chǎn)量、質(zhì)量和燃料消耗量以及榮耀的使用壽命。對浮法玻璃熔窯設計來講，在確定的生產(chǎn)規(guī)模下，為確保玻璃液的熔化質(zhì)量和達到復發(fā)成型溫度要求，關鍵是要正確合理的計算以確定熔化區(qū)的面積、澄清區(qū)面積和冷卻區(qū)面積。玻璃熔窯屬于連續(xù)生產(chǎn)的工

52、業(yè)窯爐，連續(xù)性長，物料是液狀的，前后溫差大。在玻璃熔窯內(nèi)部存在著強烈的熱對流，其程度將直接關系到澄清冷卻等工序。如果只知道生產(chǎn)量，而不去精心合理的計算對流量，是很難計算熔化部和冷卻部的面積的。在確定各部的尺寸時要做到在施工過程中不砍磚、不錯縫，因為耐火磚一旦被切割將大大降低其強度，從而影響窯爐的使用壽命。因此，在計算出各部的尺寸后要根據(jù)標準耐火磚的尺寸（230×114×65mm）對計算結(jié)果進行圓整，以避免出現(xiàn)砍磚和錯縫的情況。（1）熔化面積 熔化面積指熔窯的有效熔化部分，通常為投料池后到末對小爐中心線以外1m這一區(qū)域的面積。計算式為 式中：熔化量 t/d 熔化率t/用上式來

53、計算熔化部面積需要正確選取熔化率，然后才能準確的計算出熔化部的面積。規(guī)定500t/d的熔窯熔化率為2.350 t/，400t/d的熔窯熔化率為2.004t/。本文設計的熔窯為450t/d，其熔窯熔化率為2.025 t/，因此可確定熔窯的熔化面積為 450÷2.025=222.2至于熔化區(qū)的寬度，根據(jù)國內(nèi)浮法熔窯的統(tǒng)計資料顯示，它與熔化量之間有如下關系：注：這是1991年從外國引進熔窯設計技術(shù)時的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，但目前為止，還不能準確的給出熔化率與熔化量之間的關系，對于如何正確選取熔化率還不能做到心中有數(shù)。因此只能是根據(jù)前人的經(jīng)驗得出一個比較合理的設計方案。=0.85×10-2+7

54、.125 由此可以算出熔化區(qū)的寬度 =0.85×10-2×450+7.125=11.000 熔化區(qū)長度 =222.2÷11.000=20.200 （2）冷卻部面積 冷卻部面積是指卡脖后到柳葉刀前這部分的面積，其作用是將在熔化部熔化好并經(jīng)充分澄清的玻璃液冷卻到成型溫度。這部分面積太大或太小都會使玻璃液溫度偏高或偏低而影響成型，甚者將無法成型。過去曾用冷卻部面積與熔化部面積的比值來確定冷卻部的面積，這是可以參考的。也可用比較科學的方法來進行計算，即采用熱平衡來計算確定。但有時會因為玻璃熔窯中存在著熱對流，而且對流量很大，因此，在只知道生產(chǎn)量而不知道對流量的情況下是無法

55、進行計算的?，F(xiàn)將本次設計中經(jīng)過計算和圓整之后的數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢罕?3-7 熔窯結(jié)構(gòu)的主要尺寸與技術(shù)指標部位或項目浮法熔窯部位或項目浮法熔窯熔化部長/mm熔化部寬/mm投料池長/mm1#小爐中心線距前臉墻/mm投料池寬/mm冷卻部長/mm冷卻部寬/mm38600110001800195011000135008500末對小爐中心線距卡脖/mm卡脖長/mm卡脖寬/mm熔化面積/m2熔化部池深/mm冷卻部池深/mm熔化率1400050003500222.2120012002.025注：熔化部、冷卻部以及卡脖等處的池壁上沿是平齊的，但熔化部的池深要大一些，這與不動層的深度有關。具體詳見楊永宏主編的浮法玻璃榮耀的設計計算：13-15頁。第四章 熔制車間生產(chǎn)制度4.1 綜述熔