热工设备玻璃部分-第二章玻璃池窑

玻璃：由熔融物冷却硬化而得的非晶态固体物质第二章玻璃池窑原料的制备玻璃液熔制玻璃产品的成型玻璃制品的退火在玻璃窑内完成玻璃生产过程将玻璃配合料在合理温度制度下熔融成液相，并将其均化、澄清，使其成为透明的液体。玻璃窑的结构很复杂，这里只以浮法横焰窑为例见图所示。分为熔化部分、热源部分、余热利用、排烟供气部分。西南科技大学材料学院无机非金属材料热工设备—玻璃部分马蹄焰玻璃池窑（日用玻璃）§2-1熔制部分：组成有投料口、熔化部、冷却部分、分隔装置：1.投料口A作用：将玻璃配合料送入窑内并接受来自窑内的部分热量将表面部分物料熔融。B形式正面式：特点：可使配合料在熔化区池表面上均匀布，但易造成跑料现象。侧面式：特点：克服正面式的缺点，但会造成布料不均习玻璃熔化时的重要部位，其作用是将玻璃配合料加热熔化使之成为玻璃液。C结构组成投料池：突出于窑池外和池窑相通的矩形小池，上平面与窑池上平面平行。上挡墙：又称前脸墙处于投料池与池窑连接处的上方形状为L形。作用投料池：用来集中配合料，摊平配合料并与使配合预热到一定的温度。前脸墙：阻挡火焰不外溢，降低投料口的环境温度。投料口D:设备：要求：连续薄层投料、加速熔化、扩大投料面积、尽量避免扬尘能自动控制常用设备：弧毯式投料机、倾斜式投料机（图2.4）一、投料口1、结构：包括投料池本身及其上面的前脸墙1）投料池：突出于窑池外和池窑相通的矩形小池，上平面与窑池上平面平行。作用：用来集中配合料，摊平配合料并与使配合预热到一定的温度，起预熔作用，使入窑的料堆表面熔融，可减少窑内粉料飞扬。2）前脸墙：处于投料池与池窑连接处的上方，形状为L形。作用：保证将配合料和碎玻璃送入窑内；阻挡窑内热气体不外溢及向外的热辐射损失，从而保护投料机不受高温的烧蚀，降低投料口的环境温度。一、投料口2、常用设备：毯式投料机、倾斜式投料机要求：连续薄层投料、加速熔化、扩大投料面积、尽量避免扬尘能自动控制。3、料池基本尺寸:料池基本尺寸应与选用投料机的类型相适应。投料池基本尺寸:1）、投料池的宽度:横焰窑投料池的宽度取决于每台投料机宽度和所用投料机台数。希望在投料池宽度上布满投料机，使配合料在窑池横向上分布均匀，以防玻璃液溢出。国内加料池宽度一般占窑池宽度的60％--75％，这主要是受前脸墙结构的限制。投料池宽度大，前脸碹跨度也大，这导致前脸碹下的弓形面积也大，遮挡弓形面积较困难。近年来浮法玻璃熔窑已广泛使用毯式加料机，其前脸墙是L型吊碹，投料池宽占窑池宽可达90%以上，这样能减轻投料池与窑池衔接转角处的蚀损；配合料预熔面积大，配合料入窑后熔化面积也大，有利于提高熔化率。投料池基本尺寸:举例：若窑池宽为11.6米，某厂设计的毯式投料机的宽度为2.6米，计算投料池宽度？计算：选4台×2.7米（每台投料机中心距）＋0.3＝11.1米投料池宽度为11.1米，窑池宽为11.6米，投料池宽占窑池宽达95.68％。有利于提高熔化率。投料池基本尺寸:2）、投料池的长度:考虑加料机的推料行程外，还要留出一段距离，使前脸墙水管不受加料机推力的影响，并使料堆表面受热预熔，以减轻窑内飞料。浮法玻璃熔窑一般为1.8—2.4米。3）、横焰窑加料池深度：一般与窑池深度相同，有时为了提高玻璃液质量减少死角，在投料池前墙下部砌成斜坡形。浮法玻璃池窑采用的是正面投料侧面投料前脸墙结构前脸墙是熔化部火焰空间的前部端墙。前脸墙由二层至四层前脸碹和砌在碹上的找平砖构成，以堵挡熔窑前端投料口处的火焰。前脸墙与大碹之间一般留有胀缝。前脸碹碹股下的弓形开口还要加挡火墙阻挡火焰喷出，以节约燃料，保护投料机和减少投料口附近的粉尘和高温。前脸碹下的挡火墙（也称投料口挡火墙）受到高温火焰的烧损和粉料的侵蚀，容易损坏。因此，设计一个既耐用又便于热修的挡火墙结构是很重要的。我国平板窑采用的几种前脸墙结构普通碹结构（在玻璃行业将“拱”称为碹）普通碹外加碹结构变形碹结构（鱼肚子结构）L型吊墙结构（窑池宽度大于7米以上）为了观察窑内两边的熔化及火焰情况，在前脸墙两边开有看火孔，在两侧的胸墙上。前脸墙2.熔化部上空间(火焰空间）下空间（窑池）胸墙：大碹：提供熔化玻璃所需要的热量供给空间池壁池底构成配合料熔化成玻璃液并进行澄清的空间所以窑池分为熔化带和澄清带两部分，以泡界线为界。泡界线之前为熔化带，泡界线之后为澄清带，泡界线：未熔化好的、有许多泡沫的不透明的玻璃液与熔化好的、透明的玻璃液之间的分界线。作用是进行配合料熔化和玻璃液澄清、均化耳池：布置在平板玻璃两侧、与窑池相同、向外突出的长方形或正方形小池耳池处玻璃液温度较低，其处玻璃液横向流动加强，对玻璃液流能够起到调节和澄清作用配合料料堆熔化过程泡界线的形成注意：桥形温度曲线温度梯度小，玻璃液向投料口的对流弱，易产生“跑料”现象，同时泡界线模糊不整齐。山型温度曲线能够符合泡界线的要求，较易达到稳定作业目的，被大部分玻璃工厂采用火焰空间概念：处在玻璃液面以上、充满火焰的空间。组成：胸墙、大碹、前脸墙、后山墙支承：大碹、胸墙、窑池分别独立开孔：观察孔、测压孔、测温孔A、熔化部窑池的基本尺寸熔化部窑池基本尺寸包括：长度、宽度、熔化面积、深度。熔化部的尺寸应符合所规定的该窑熔化能力，以求配合料在窑池中有足够的逗留时间来进行熔化、澄清、均化等。熔化率的确定玻璃池窑每平方米熔化面积，每昼夜所熔化的玻璃液量称为熔化率。单位是：吨/（㎡·天），一般用“K”表示。玻璃池窑熔化率的大小与许多因素有关：配合料的熔化温度、燃料种类和特性、耐火材质量、对玻璃质量的要求、池窑规模和结构、玻璃液颜色、配合料颗粒度、投料方法、是否采用了强化熔融的措施（如池底鼓泡、玻璃液搅拌及电辅助加热等）、余热利用及窑体保温等。因此熔化率是一项综合性技术指标，也是一项重要的技术经济指标，它反映了池窑单位熔化面积的熔化能力（即熔化强度）和熔制作业水平。根据我国目前的生产条件和管理水平确定。熔化率取得太高难以保证玻璃质量；同时由于熔化温度的提高，从而缩短窑炉使用寿命（使用周期缩短）；操作管理也较困难。熔化率取得太低不能充分发挥熔窑潜力，不经济，造成浪费，所以确定熔化率时要从实际出发，全面考虑，力求取得最好的经济效果。熔化率是熔窑的一项重要技术经济指标，它反映出单位熔化面积熔化能力的大小，同时又是一项综合性的指标，可以反映整个熔化作业的水平。选取原则为——平均、先进，还要留有余地下表列出了我国目前的熔化率经验数据。（1）熔化面积确定首先按国家规定，熔化面积的算法必须一致，以便各种玻璃池窑的熔化率进行比较。对于平板池窑熔化面积，是从前脸墙算到末对小炉中心线后一米处。这是指火焰能够覆盖的熔化部的部分面积。熔化部面积是指熔化部长×宽的面积。熔化部的面积应计算至卡脖前为止。当熔窑的生产规模确定以后，其熔化面积就可以由熔化率算出。根据公式：F熔=G/K（㎡）式中：G——为窑池的生产能力，即每昼夜能熔化好的玻璃液量，吨/天；K——熔化率，即每平方米熔化面积上每昼夜熔化的玻璃液量，吨/（㎡·天）。（2）、熔化区的宽度应该让火焰充分燃烧，大型浮法窑达10以上。一般都是随窑的的规模增大而增加。如果窑池太宽：造成沿窑池宽度上温度分布不均匀；窑碹的横推力增大，影响窑碹的结构强度；火焰空间分隔设备安置较困难。如果窑池宽度太小：火焰容易烧到对面的小炉和蓄热室，使它们过早损坏，而窑池内的配合料却因火焰未能充分燃烧而熔化缓慢，甚至熔化不好。根据文献及统计资料和生产工艺要求有如下计算宽度的公式：B=0.0075×G＋6.75其中：G—为窑池的生产能力，即每昼夜能熔化好的玻璃液量，吨/天；（3）熔化区的长度L熔=F熔/B熔（m）对于具体的玻璃池窑，熔化区的长度应包括以下几个部分：前脸墙与第一对小炉中心线的间距；小炉之间的间距；最末一对小炉中心线外另加1米的距离a:前脸墙与第一对小炉中心的间距，影响到前脸墙和第一对小炉及蓄热室的蚀损程度。浮法玻璃熔窑3.5—4.0米，相应地将第1、2号小炉的助燃风、燃料适当开大，温度提高30-50℃，热点适当往前移，使配合料一入窑就接受高温熔化；同时也提高了第1、2号小炉和蓄热室的利用率。b:小炉之间的距离，要考虑热修方便和具有一定的火焰覆盖面积，一般小炉侧墙外间距是0.9-1.2米，小炉中心距离要看小炉口宽度及小炉侧墙厚度而定，插入式结构的小炉中心距达3.5米。c:最末一对小炉中心线外另加1米的距离L熔=δ1﹢δ2（n-1）﹢1（m）（4）、熔化区的长度与熔化部的宽度之间也有一定的比例关系，即：L熔=κB熔（m）κ—为熔化区的长宽比，有6--8对小炉时，κ=2.5---3.5注意：上述三式的计算结果之间会有出入，设计时需要适当的调整。（5）熔化部澄清区长度的计算国内一般以最末一对小炉中心线外1米的处到卡脖拐角处的距离为澄清区的长度，它和熔化区的长度共同构成熔化部的长度。最末一对小炉中心线外1米到卡脖拐角处的距离，平板玻璃池窑要考虑安设大水管、耳池、测温孔等,大型浮法窑长达10--15米以上。这段距离加长后有利于玻璃液的澄清和均化。（6）、在确定池窑的熔化部长度与宽度后，还要考虑池底砖的规格，池底排砖情况适当调整。往往要经过反复核算才能确定。（7）、熔化部窑池深度窑池的深度应该尽量减轻池底砖对玻璃质量的影响。如果池越深，底部玻璃液温度越低，流动性差，形成一个相对不动层，当温度往高波动时，底层未熔透的玻璃液被带到成型部，影响玻璃质量。而且池愈深建筑费用愈高。因而希望池浅一些为好。现在多采用浅池结构，即各处窑池深度为1.2米，这有利于澄清。也减薄池底处玻璃液的不动层，可节能。（8）、窑池的承重池壁：下部一、二层采用质量较好的粘土砖，上部三、四层采用电熔莫来石砖（俗称黑铁砖）和电熔锆刚玉砖（俗称白铁砖）砌筑。砌筑池壁砖时应尽可能减少横缝。砖材要预排，竖缝要错开。生产时为了减慢侵蚀，通常对池壁砖液面线附近进行吹风冷却或水幕冷却。为了防止在玻璃液的压力下造成池壁砖外移，在两侧工字钢立柱上通过顶丝与槽钢顶固池壁。池底：池底要承受全部玻璃液的重力，为了有足够的结构强度和延长使用寿命，池底砖均用大型粘土砖砌筑。一般大型池窑多采用厚300毫米、宽400毫米、长1000-1100毫米规格的粘土砖，采用干砌法。铺设池底砖时纵向和横向砖缝贯穿，以便受热膨胀时池底砖可以得到一定程度的自由膨胀和移动。池底四周用顶丝顶牢。由于窑池底层玻璃液温度较低，粘度较高、流动性差，所以池底砖一般可用十几年。若在池底砖上覆盖一层100毫米厚的锆刚玉砖，可延长使用寿命。窑池的承重如图所示。窑池建筑在由窑下大柱支承的架梁上，整个窑池的重力和其中所容纳的玻璃液重力均由窑底大柱承担。窑下大柱可以用砖柱、混凝土立柱、钢立柱和钢管内注混凝土柱等几种。立柱顶面铺有钢板。钢板上面架设沿窑长方向的工字钢主梁。主梁上面安放工字钢次梁，次梁与主梁垂直。次梁间距依据池底砖尺寸而定，一般为500毫米以内。每块池底砖下面一般放两根次梁，次梁应躲开窑底的砖缝。熔窑两侧工宇钢立柱安装在次梁的两端部，因此次梁的位置还必须与立柱相适应。在次梁上面铺设扁钢，方向与其垂直。每块池底砖下面一般放两根扁钢。B、熔化部上部结构的基本尺寸1)、上部结构的组成上部结构由胸墙、大碹、前脸墙和后山墙组成。在玻璃液面以上，由胸墙、大碹、前脸墙和后山墙所包围的充满火焰的空间叫作熔化部的火焰空间，也称上部空间。火焰空间的容积大小与窑的规模、燃料种类、燃料消耗量大小有关。窑愈大，燃料消耗量愈大，燃烧所需的空间愈大，火焰空间的尺寸则愈大。当采用重油为燃料时，由于重油在窑内的燃烧与煤气的燃烧不同，重油的雾化，油滴的蒸发、热分解、扩散、混合及燃烧等过程都是在火焰空间内进行的。因此，就必须有足够的燃烧空间，以保证油雾完全燃烧，所以从燃烧的角度来讲，燃油池窑的火焰空间要比烧煤气的池窑稍大一些。火焰空间的宽度和