Технология производства листового стекла (стр. 9 из 16)

Для определения площади сегмента применяем упрощенную формулу

F_сегм. =2/3bf,

где b-длина хорды;

f-стрела подъема свода, равная 1,02м.

Тогда

F_сегм.= F1=2/3*7,02*1,2 =5,76м²;

Минимальный срок эксплуатации печи[7] – не менее 5 лет. Стекловаренная печь должна быть выполнена:

-с применением рациональной кладки печи из высококачественных огнеупоров: а) дно печи - многошамотные брусья, на которые уложена бакоровая плитка; б) стены бассейна, сыпочная арка, влеты горелок – бакор; в) подвесные стены, свод печи, верхняя часть рубашек регенераторов – динас; г) насадки регенераторов – нижние 6 рядов шамотные, затем 16-18 рядов периклазо-хромитовые и 5-6 рядов периклазо-шпинелидные огнеупоры.

-с изоляцией поверхности варочного бассейна печи;

-с применением средств интенсификации процессов стекловарения, нижний подвод газогорелочных устройств с позонной регулировкой;

-с применением рациональной конструкции студочного бассейна (пережим, холодильник, заглубленный в стекломассу).

Конструкция печи делится на верхнее и нижнее строение. К верхнему строению относятся – бассейн с подвесными стенами и сводом, т.е. варочный бассейн, студочный бассейн, пережим и загрузочный карман. Для разделения варочного и студочного бассейна в качестве разделительного устройства применяют протоки, пережим, холодильники. На печах ОсОО «Интергласс» применяют пережим и холодильники. В наших печах глубина варочного бассейна более 1,5 м не применяется:

-ЛТФ-1 : глубина 1450мм, ширина 9800мм, длина 60200мм;

от 5-ой горелки до пережима 9050мм, длина 44680мм.

К нижнему строению относятся – регенераторы, подрегенеративные камеры, борова, шиберная система, переводные клапаны, каналы для отвода отходящих газов, фундамент и колонны. Регенераторы – камеры для уменьшения потерь тепла, т.е. горячие отходящие газы, проходя через регенератор нагревают кирпичную кладку, которая в свою очередь после перевода пламени отдает тепло проходящему через регенератор воздуху.

Горелки – устройства для приема и смешивания топлива и воздуха и подачи смеси в пламенное пространство и организации факела, а также связывающие элементы между верхним и нижним строениями. На наших печах по 6 пар горелок. Для равномерного нагрева шихты и стекломассы делают перевод пламени с одной стороны на другую :

-на ЛТФ-1,2 через 20 мин

Печь отапливается природным газом.

На наших печах расход газа по зонам следующий:

-на ЛТФ-1 Iзона – 1750+50 нм³/ч; IIзона – 2150+50 нм³/ч; III зона – 200+30 нм³/ч; общий расход 4240+50 нм³/ч.

Стекловаренная печь оснащена автоматизированной системой управления и контроля.

Варка стекла начинается с загрузки шихты и стеклобоя в стекловаренную печь через загрузочный карман с помощью роторных (ЛТФ-1,2,6) и стольного типа (ЛТФ-4) загрузчиков. Содержание боя составляет 15 – 35%. По мере продвижения вдоль стекловаренной печи под действием высоких температур в шихте происходят различные процессы.

Процесс стекловарения состоит из пяти стадий:

1. силикатообразование;

2. стеклообразование;

3. осветление;

4. гомогенизация;

5. студка.

Силикатообразование – на этом этапе образуются силикаты и другие промежуточные соединения, появляется жидкая фаза за счет плавления эвтектических смесей и солей. Шихта в период нагревания претерпевает изменения. Из нее испаряется влага, обезвоживаются гидраты, разлагаются некоторые соли. Сульфат натрия и кремнезем переходят в другие кристаллические модификации. В процессе полиморфных превращений зерна кварца увеличиваются в объеме и растрескиваются. При температуре 300-400^оС начинают взаимодействовать между собой карбонаты и сульфаты образуются промежуточные сложные соединения и жидкие эвтектики. При дальнейшем повышении температур вступают в реакцию песок и глиноземистые материалы, образующие с солями различные силикаты. Одновременно образуется жидкая фаза, с появлением которой протекание реакций резко ускоряется. Возникшие в шихте силикаты и не прореагировавшие компоненты вместе с жидкой фазой образуют к концу этапа плотную спекшуюся массу. Этап завершается при 950 – 1150^оС – для стекол обычного состава.

На стадии стеклообразования происходит растворение зерен кварцевого песка в силикатном расплаве и одновременно взаимное растворение силикатов друг в друге. Этот процесс имеет двойную природу – химическую и физико-химическую. Зерна песка растворяются в расплаве с образованием силикатов щелочных материалов, но реакция замедляется из-за накапливания продуктов реакции (силикатов) вокруг зерна кварца. Освобождение зерна кварца от силикатов происходит медленно вследствие движения потоков масс и диффузионных процессов. Скорость стеклообразования зависит от вязкости расплава и поверхностного натяжения. Высокая вязкость затрудняет диффузию, а при увеличении поверхностного натяжения ухудшается смачиваемость зерен песка. На растворение зерен кварца оказывают влияние гранулометрический состав, форма зерен, содержание в зернах кварца примесей. К концу процесса стеклообразования, завершающегося при температурах 1200 – 1250^оС, стекломасса становится прозрачной, в ней отсутствуют не проваренные частицы, однако содержится большое количество пузырей и свилей.

Процесс стеклообразования протекает медленнее, чем силикатообразование и составляет 60 – 70% общего времени, затраченного на процесс стекловарения. Скорость процесса стеклообразования зависит от состава стекла и температуры варки.

Осветление -характеризуется выделением из расплава газов, пересыщающих стекломассу после завершения процессов стеклообразования, и протекает при максимальной температуре варки 1560 – 1600^оС. Практически на ОсОО «Интергласс» максимальная температура по верхнему строению печи: на ЛТФ1,2 1560^оС, на ЛТФ-4 1540^оС. Главный источник газов – шихта, в которой газы находятся в химически связанном виде и в виде гидратной влаги. При протекании реакций силикато- и стеклообразования газы выделяются в атмосферу печи, однако часть пузырьков самых разных размеров остается в расплаве. Скорость освобождения стекломассы от пузырей определяется вязкостью стекломассы, размером пузырей, давлением газов в пузырьках. Когда в стекломассе остаются только крупные пузыри температуру постепенно снижают, чтобы прекратить образование новых пузырей, а крупные пузыри выходят из стекломассы и при более низкой температуре. К концу этой стадии стекломасса освобождается от видимых газовых включений.

Гомогенизация – на этом этапе происходит усреднение расплава по составу, он становится химически однородным. Гомогенизация и осветление протекают одновременно при одних и тех же температурах. Гомогенизации способствуют выделяющиеся из стекломассы газовые пузыри, повышение температуры и связанные с этим понижение вязкости, повышение скорости диффузии и массообмена.

Студка – это завершающий этап стекловарения. На данном этапе происходит подготовка стекломассы к формованию, для чего равномерно снижают температуру на 300 – 400^оС и добиваются необходимой для выработки вязкости стекла.

Главное условие во время охлаждения – непрерывное медленное снижение температуры без изменения состава и давления газовой среды. Нарушение этого условия может вызвать сдвиг установившегося равновесия газов и образование так называемой вторичной мошки.

Схема процесса варки стекла представлена на рис. 1

В стекломассе, находящейся в ванной печи, существуют различные конвекционные потоки. Основные два цикла конвекционных потоков – сыпочный и выработочный, которые направлены по продольной оси бассейна.

Внутри сыпочного цикла стекломасса движется сначала по верху от зоны максимальных температур к загрузочной части печи, тормозя продвижение шихты и варочной пены в сторону выработки и отдавая им часть своего тепла, затем опускается вниз и движется в обратном направлении к зоне максимальных температур, где снова поднимается кверху и замыкает цикл. Внутри выработочного цикла стекломасса движется также, но уже в противоположную сторону – к выработке. Часть стекломассы вырабатывается, а остальная часть опускается вниз и движется обратно в варочную часть печи к зоне максимальных температур, где поднимается кверху и замыкает выработочный цикл.

Вертикальная граница раздела этих циклов в зоне максимальных температур называется квельпунктом.

Процесс гомогенизации стекломассы протекает одновременно с процессами стеклообразования и осветления при высоких температурах. Чем полнее протекают диффузионные процессы в силикатном расплаве на стадиях стеклообразования и осветления, тем однороднее получается стекломасса, а поскольку для заданного состава стекла скорость диффузии определяется уровнем температур и вязкости, решающим фактором обеспечения химической однородности стекломассы, является повышение температур варки. После окончания процесса осветления, протекающего при максимальных температурах, процесс химической гомогенизации продолжается и при последующем понижении температуры, но менее интенсивно и постепенно затухает.

В конце варочного бассейна температура стекломассы достигает 1390 – 1400^оС. Для интенсификации процесса студки стекломассы на пережиме печи используют заградительное устройство типа холодильник, который погружают в стекломассу на глубину до 450 мм, что в свою очередь, позволяет снизить температуру.

По мере продвижения стекломассы к выработке происходит постепенное ее охлаждение. Понижение температуры стекломассы определяется конструкцией студочного бассейна и закладывается при разработке проекта печи.

Для подготовки стекломассы к выработке, выравнивания термической однородности стекломассы применяют вдувание воздуха в подсводовое пространство студочной части печи, что позволяет снизить колебания температуры стекломассы.