第一三章炉窑分类及玻璃制作

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第一章炉窑定义:是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备。工业炉窑是指在工业生产中用燃料燃烧或电能转换产生的热量,将物料或工件进行冶炼、焙烧、烧结、熔化、加热等工序的热工设备,范围主要为金属和无机材料的煅烧。若按炉窑的工作温度,低温炉(650℃)中温炉(650-1000℃)和高温炉(1000℃)。热处理是:指通过控制加热或冷却的速度使原料工件产生所需要的性能(如硬度或延展性),所以热处理炉的特征是使原料工件产生所需性能的炉窑。退火:是指将金属材料工件按照一定的速度加热到一定的温度、控制一定的时间后,让其按照一定的速度慢慢冷却,改变金属内部组织或品位,以便于加工或获得预期的柔韧性、电性及磁性等。“熔炼”:是用火烧制或用加热等方法使物质熔化,并趋于纯净、坚韧或浓缩。“熔化”是把固体物质加热到一定温度使变成液态的过程。,“焙烧”是对(矿物等)施以灼烧、加热而又不使熔化,去除其中的挥发性组分,以改变其化学组成或物理性质“锻烧”是把物料加热到高温,但不熔化,目的是使产生有用的物理变化和化学变化,以便转化或除去所含不需要的某种物质。第三章玻璃熔制过程:硅酸盐形成阶段、玻璃液形成、玻璃液澄清、玻璃液均化、玻璃液冷却阶段。横焰窑窑内的火焰流动方向是从窑的一侧流向另一侧,与玻璃流动的方向垂直,用蓄热室作为余热回收设备。纵焰窑窑内的火焰流动方向与玻璃流动方向平行,用换热器作为余热回收设备。玻璃池窑按生产过程的连续性分类可分为连续性窑和间歇式窑。连续性窑:玻璃生产的各个阶段是在窑内的不同部位同一时间依次进行的,窑的温度制度是稳定的。间歇式窑:玻璃生产的各个阶段是在窑内的同一部位不同时间依次进行的,窑的温度制度是变动的。玻璃池窑由玻璃熔制、热能供给、排烟供气、余热回收四部分组成,沿长度方向可分熔化部(包括熔化带和澄清带)、冷却部和成型部,耳池是布置在熔窑两侧与窑池相通且凸出于窑池以外的矩形小池,一般成对设置在卡脖前后,其作用是加强玻璃液的横向对流,对玻璃液流起调节作用。锡槽长度的确定锡槽主体包括槽底、锡槽的长度由拉引量、拉引速度、热平衡自动化水平的高低等因素决定。一般来说,拉引量越大,速度越快,玻璃所带走的热量越多,当出口温度一定时,要加大锡槽长度;拉引量越小,速度越慢,玻璃所带走的热量越少,当出口温度一定时,锡槽长度可以缩短。蓄热室工作原理:蓄热室是周期性工作。烟气从熔窑的一侧小炉排出,流经蓄热室时,将热量传给蓄热室内的格子砖,格子砖的温度升高;换向后,空气或煤气流经已被加热过的格子砖进行加热;同时烟气从另一侧小炉排出,加热另一侧蓄热室的格子砖。每隔一定的时间(即一个周期)换向一次,就这样周而复始地进行,所以蓄热室必须成对配置。玻璃池窑的工作原理指玻璃液的流动和热交换。(1)玻璃液的流动玻璃液流动的原因之一是投料机的推力和玻璃成型的拉引力的作用,因而产生的玻璃液流称为成型流。玻璃液流动的另一个主要原因是窑炉内温差的存在。沿窑炉的横向,因池壁向外界环境散热,所以中间温度高,两边温度低;沿窑池的深度方向,因玻璃液是不良导体,上层玻璃液贴近炽热的火焰,所以上层玻璃液温度高于底层玻璃液。玻璃液内部温度差的存在引起了密度差,造成玻璃液的流动。按流动方向可分为纵向流、横向流和回旋流。①纵向流:热点向投料池和成型部的纵向流动。从热点到投料口的温差形成了投料回流,从热点流向投料池的高温玻璃液在料堆下面不断地将热量传给料堆,料堆熔化后密度增大而下沉,汇入从热点回流来的玻璃液中,下沉到某一深度后,又随深层玻璃液流流向热点,这部分玻璃液流到热点后又分为两部分,一部分仍参与到投料回流中,另一部分与从成型部流回来的玻璃液汇合形成成型流。从热点到成型部的温度差形成成型流。在成型设备中,一部分玻璃液成型,而其中大部分由于温度下降而下沉,又流回热点处。在回流的过程中被加热,温度升高,再与新熔成的玻璃液汇合。②横向流沿池窑横向,中间接受火焰热量多,两侧接受火焰热量少。又由于两侧玻璃液接触池壁,向外散热,使玻璃液产生温度差,形成了表层由中心向两侧流动,深层由两侧向中心流动的横向流。③回旋流由于纵向流和横向流相互作用,结果形成了回旋流,玻璃液在流动过程中,在卡脖、耳池、流液洞等处都会产生回旋流。泡界限控制在正常作业下,投料机将料堆向前推进的力和从热点相反方向来的回流建立了平衡。料堆前进速度很慢,料堆的边缘只能移动到某一位置上,从窑池的液面可以看到一条整齐清晰的分界线,这就是泡界限,一侧液面有很多泡沫,一侧象镜子一样明亮。要保持清晰稳定的泡界限,最主要是明确热点。若泡界限与投料口太近,则料层面积小,接受上面热辐射量减小,熔化速度减慢,在投料量不变的情况下,熔化就不充分;若泡界限远移,就会使料堆占据面积加大,虽然料堆上层熔化速度加快,但料堆下层熔化并未跟上,含有未熔化完全的石英砂粒的泡沫区太远,热点模糊,容易跑料。玻璃的退火可分为两个主要过程:一是内应力的减弱和消失,二是防止内应力的重新产生。玻璃的应力玻璃内部因存在温度差而产生的应力称为热应力,热应力可分为暂时应力和永久应力。(1)暂时应力成型后弹性状态的玻璃由于导热性差,在冷却过程中,其内外层之间会产生温度梯度,靠近表面的外层温度较内层温度低,外层有收缩趋势,但温度较高的内层却予以阻止。所以在玻璃冷却时,玻璃的外层受张应力,内层受压应力;反之,在加热时,玻璃外层受压应力,内层受张应力。如果玻璃中的温度梯度消失,玻璃的内外层温度一致,则上述应力随之消失,这种取决于温度梯度的应力称为暂时应力。暂时应力只存在于弹性变形温度范围内,也就是在玻璃应变温度以下存在温度梯度时才产生,它的大小取决于玻璃内的温度梯度和玻璃的膨胀系数。2、永久应力:如果玻璃在较高温度下(塑性状态)冷却,同样,由于它的传热较差,表面温度低,内层温度高,在内外层间产生温度梯度。但在塑性状态下,玻璃内层质点可以作若干位移,内应力由于这种位移而抵消,因而内应力并不产生。玻璃的退火原理:玻璃的退火,就是把具有永久应力的玻璃制品重新加热到玻璃内部质点可以移动的温度,利用质点的位移使应力分散(称为应力松弛)来消除或减弱永久应力。应力松弛速度在很大程度上取决于玻璃温度,温度越高,松弛速度越快。玻璃的退火过程与退火制度玻璃的退火过程分为四个阶段。(1)加热阶段玻璃制品成型后,在高于退火温度时直接送入退火窑进行退火,称为一次退火;制品冷却后,再加热到退火温度进行退火称为二次退火。(2)保温阶段将玻璃保持在退火温度上限附近,以消除玻璃的永久应力,使玻璃的整体温度均匀。(3)慢冷阶段退火区域属于慢冷却阶段,慢冷速度一般为2-10℃/min。4)快冷阶段在退火温度以下,冷却速度一般为15-15℃/min。

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