1、日产吨平板玻璃熔化车间的工艺设计方案河北理工大学本科生毕业设计说明书题 目： 日产450吨平板玻璃熔化车间的工艺设计 英文题目: the Process Design of 450t/d-FlatGlass Melting Workshop学 院： 材料学院 专 业： 材料化学 班 级：xxxx姓 名：xxxxx学 号：xxxxxx指导教师：xxxxxx2018年 06 月 10 日摘 要玻璃是现代社会广泛应用的基础材料之一。从摩天大楼玻璃幕墙、建筑物室内采光、汽车风挡、玻璃器皿、包装材料，到电视机计算机显示屏、光学器件、无机功能材料等高科技产品，没有玻璃材料是不可想象的。因此可以说，玻璃已成
2、为继钢铁、水泥、陶瓷之后的又一大产业，发展前景十分广阔。就平板玻璃而言，浮法玻璃生产工艺是目前国际上比较先进的工艺之一。本文就浮法玻璃的生产工艺、熔化车间的工艺布置、生产设备选型、原料配方计算、熔窑结构参数计算以及熔窑合理操作与简单维护等方面作了详细的研究。此外，本论文还对玻璃工厂厂址的选择原则以及全厂车间的布置也作了一简单的介绍，以供参考。关键词： 熔窑；浮法玻璃；热修；玻璃熔制；AbstractGlass is widely applied in our modern society, and it has been one of the basic materials.For the s
3、kyscrapers 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 indust
4、ry after the industries Steel, cement and ceramics. Front view of glass is wide. As to flat glass, float glass production process isone 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 o
5、f production 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
6、 for reference .Key Words：Melting Furnace。 Float Glass。 Hot Repair。 Glass Melting Process。引言1第一章绪论21.1 玻璃的熔制21.1.1 硅酸盐的形成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 玻璃液的冷却31.2 浮法工艺41.2.1 浮法工艺的特点41.2.2 浮法工艺前景61.2.3 浮法玻璃新技术、新产品的发展趋势6第二章工艺设计方案72.1 综述72.2 车间工艺布置的要求72.2.1厂房布置的要求72.2.2设备布置82.3熔化车间的工艺布置8
7、2.3.1 熔化工段的布置82.3.2熔化主窑的结构102.3.3熔化部的结构112.3.4熔化部的保温结构122.4 冷却部结构设计132.5 工厂的选址原则13第三章工艺设计计算153.1 原料配方的计算153.1.1 玻璃成分153.1.2 计算步骤163.2 熔化车间的计算203.2.1 熔化部及冷却部面积计算21第四章熔制车间生产制度234.1 综述234.2 玻璃熔制工艺技术指标244.3 主要设备的操作指标244.3.1 投料机的操作方法244.3.2 火焰换向的操作254.3.3 助燃风机的操作方法254.4 重要操作的规定254.5 熔窑的维护与热修274.5.1 熔窑的日常
8、维护274.5.2 熔窑热补操作274.5.3 熔窑的热修274.6 煤交机的维护29第五章设计总结评价30参考文献31谢辞32引言浮法玻璃生产工艺是目前平板玻璃生产中最先进的工艺。浮法玻璃熔窑是浮法生产中重要的热工设备，玻璃从配合料到可供成型的玻璃液，整个变化过程都在此完成，其能耗，占全厂总能耗的70%以上。玻璃熔窑的作用就是给成型部提供质量良好的玻璃液，以使其后的生产能够顺利地进行。熔窑作业好坏直接影响玻璃产品的质量和成木。大型浮法玻璃熔窑的建造投资很大，高达数亿元，而且生产过程中维护费用也十分巨大。因此，加强对浮法玻璃熔窑的科学研究，提高玻璃熔窑设计水平，改进熔窑结构和作业条件，对降低玻
9、璃生产成木、提高玻璃质量、节约能源等都有重要的意义。玻璃的熔制就是在苛刻的高温条件下，把石粉类的配合料熔融为高温澄清均匀的玻璃液。其过程涉及燃烧、高温配合料化学反应、热量传递、质量传递和动量传递等过程。熔制过程既具有工程热物理研究范围的通性，又具有复杂的高温反应过程特殊性。在熔制过程中，玻璃液流动过程在促进热量传递和质量传递上起着重要作用，合理的流动形态可以提高玻璃的熔化速率，从而降低玻璃的生产成本。 一个工厂是否能够生存下去就在于它的生产成本是否低廉、产品价格是否合理、是否能够能他人之不能、公司产品的质量是否可靠、管理制度是否合理等等。然而，这一切都取决于其所采用的生产工艺是否先进、车间的布
10、置以及设备的选型是否符合要求、生产操作是否合理等。本文对此逐一作了系统的研究。第一章 绪论1.1 玻璃的熔制玻璃的生产主要包括原料配方的设计、原料的预混、配合料的制备、配合料的投放、玻璃的熔制、玻璃的成型、玻璃的冷端处理等工序。玻璃的熔制就是在苛刻的高温条件下，把石粉类的配合料在高温下熔融为澄清、均匀的玻璃液的过程，是玻璃制造过程中的主要过程之一。过程涉及燃烧、高温配合料化学反应、热量传递、质量传递和动量传递等过程。熔制速度和熔制的合理性对玻璃的产量、质量、合格率、生产成本、燃料消耗和吃药寿命等的影响很大。玻璃的熔制包括一系列的物理化学的反应过程，一般可分为以下五个阶段，即：一、硅酸盐的形成；
11、二、玻璃液的形成；三、玻璃液的澄清；四、玻璃液的均化；五、玻璃液的冷却；1.1.1 硅酸盐的形成此阶段属于配合料层的高温反应阶段。在此阶段，会发生一系列的物理的、化学的反应，如粉料受热、水分蒸发、盐类分解、多晶转变组分熔化以及石英砂与其他组分之间所进行的固相反应。这个阶段结束时，大部分气态产物从配合料中逸出，配合料最后变成有硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物，同时，共熔体开始生成，石英颗粒逐渐溶解，最后初步形成玻璃液。硅酸盐的形成速度取决于配合料的性质和加料方式。1.1.2 玻璃液的形成在实际生产中，配合料的熔化过程中玻璃形成阶段实际上是与硅酸盐的形成同时进行的。只是此阶段属于玻璃的进一步熔化
12、阶段，在高温及自然对流、强制对流的综合作用下，残余的石英颗粒在玻璃体中完全熔融。此时玻璃液中还剩有气泡和条纹。需要注意的是，硅酸盐的形成只需要很短的时间，而玻璃的形成则需要较长的时间。假如从硅酸盐形成开始到玻璃形成结束需要32min左右，那么硅酸盐的形成与玻璃的形成所需的时间分别在34min和2829min左右。1.1.3 玻璃液的澄清玻璃液的澄清澄清过程就是消除玻璃液中气泡的过程。在此阶段，玻璃液中的澄清剂在适当的温度条件下开始分解，释放出气体并向玻璃液中的小气泡内扩散，从而促进气泡长大并逸出。影响玻璃液澄清的因素主要有：配合料中的气体率、澄清温度、窑压等。可以通过延长澄清时间、提高澄清温度
13、、玻璃液沸腾搅拌、鼓泡、加澄清剂等方法来加速澄清。1.1.4 玻璃液的均化玻璃液的均化目的是要达到化学均一性和热均一性。它与上一个阶段并没有一个明显的界限，它是对玻璃液所进行的再次均化作用。包括自然均化和强制均化两种方式。自然均化主要是利用玻璃液内部的对流作用来对自身进行均化，即通过玻璃液中不均匀体的溶解核扩散作用来达到均化的效果，但效果并不显著。由于在静止的玻璃液中不均匀体的扩散速度是非常缓慢的，他们的扩散速度只有10-610-7cm/s.这使得自然均化不但用时过长，还会降低玻璃的生产效率；强制均化是通过对玻璃液进行强制搅拌或通过鼓泡来使其在外加力的作用下进行均化，效果十分显著。 目前，大多
14、数厂家都采用强制均化的方法来对玻璃液进行均化。 1.1.5 玻璃液的冷却表1-1 玻璃的熔化制度序号阶段温度范围/01硅酸盐类氧化物的分解800100002玻璃液的形成120003玻璃液的澄清1400150004玻璃液的均化1500135005玻璃液的冷却13501100即便是澄清均化很好的玻璃液也不能马上成型制成制品，这是因为不同制品的成型温度不尽相同或者是要求玻璃液的黏度不同。在此阶段，玻璃液被冷却至成型所需的温度(11001050，一般情况下是采取吹冷却风的方式。需要注意的是，玻璃液的冷却风直接与玻璃液接触，因此必须保证风的纯净度，以免对玻璃液的质量产生影响，造成不必要的损失。1.2 浮
15、法工艺浮法玻璃成型工艺较其他成型工艺都有了很大的进步，使平板玻璃的生产有了一个质的飞跃。平板玻璃浮法新工艺的发明，被誉为玻璃工业的一次革命。浮法玻璃的问世，也对玻璃生产技术产生了深远影响。 平板玻璃的成型历史，早在公元5世纪时就己经开始。从比利时人艾M尔弗克于1902年顺利地进行了有槽垂直引上法的实验(平板玻璃通过受压的耐火槽子砖槽口挤压、拉引垂直向上成形，于1913年投入工业生产(又称弗克法，直到英国皮尔金顿兄弟有限公司于1959年宣布浮法玻璃工艺生产技术成功，1963年开始出售浮法技术专利，其间共经历了50年。这期间，美国人柯尔木于1908年发明了水平拉引法(玻璃带首先通过玻璃液由表而向上
16、接引后，再通过转向辊转向水平拉引。此法又称柯尔本法、利比欧文思法等。美国匹兹堡平板玻璃公司于1925年发明了无槽垂直引上法(玻璃带自玻璃液由表而垂直向上拉引。又称匹兹堡法。弗克法在人类历史上首次通过机械成型直接生产平板玻璃，但制得的平板玻璃表而有波筋和条纹等缺陷，产量还不高。柯尔本法改善了平板玻璃的面质量，提高了产量，但设备复杂。匹兹堡法则进一步改善了表面质量。1971年日本旭玻璃公司使用一对可反向旋转的辊代替有槽法中的槽子砖(又称旭法，对辊法，显著改善了玻璃质量。质量优于匹兹堡法，产量高于弗克法。虽然如此，在浮法发明前，表面平整的磨光玻璃仍靠压延玻璃(玻璃液流经上、下压辊压制成玻璃带或其它平
17、板玻璃经机械研磨、抛光来生产。而平板玻璃的研磨与抛光，是一个消耗很大的机械加工过程。浮法玻璃的出现，则使得平整平板玻璃的生产，免去了机械加工过程，产量高于其它各法。综上所述，平板玻璃的50年，每一种新法的出现.都是对旧法存在问题改进的结果.是一种创新。无槽法、平拉法对有槽法是如此，对辊法对有槽法也是如此，浮法对其它各法则更是如此。1.2.1 浮法工艺的特点浮法玻璃生产工艺，玻璃液由于重力的作用，会在在高温熔融的锡液表面进行自然摊平、展薄、成型。其特点主要有以下几点：将玻璃带托起拉出锡槽，而且玻璃带同辊子是线接触，因此，完全避免了上述的缺陷，而能保持在锡槽中获得抛光表面的质量。2）可以充分发挥玻
18、璃表面张力的作用。玻璃的表面张力是使玻璃获得自然抛光、表面平整的主要因素。传统成型工艺中，为了使玻璃垂自引上成功，必须使玻璃的粘度在短时间内急速增加，即要求成形温度从940左右迅速下降到600以下，此时，玻璃带粘度己经很大，表面张力己不起作用。浮法成型工艺中，山于玻璃的重力是山锡液来承托的，两者之间的摩擦力甚微，锡槽长达50 m，玻璃的温度下降较慢，还.丁以根据成形要求加以调整，玻璃液在抛光区的温度接近1000 ,粘度小，因此，玻璃的表面张力就能起主导作用，使玻璃得以自然抛光、表面平整而无波筋和线道等缺陷。3）玻璃带横向温度均匀。为保证玻璃的成形质量，配合料和玻璃的熔化质量是先决条件。此外，使
19、玻璃带横向温度差小，粘度均匀，是成形时玻璃带横向厚度均匀的重要因素。用传统法生产玻璃时，山于其自身固有的原因，很难达到整个板面温度均匀，板中和板边的温差经常在500以上，如玻璃板的宽度再加大后，横向温度均匀特别困难。而浮法玻璃成形是在较长的、分成多个工艺区的锡槽中来完成的，在生产中.可以根据玻璃成形的工艺要求，各区的纵向和横向温度，通过采取边部加热或冷却、锡液循环等措施，进行自动调节控制，使纵向温度符合成形温度制度要求，横向温度差小于100。这样，为玻璃带横向厚度均匀和玻璃抛光质量创造了有利的条件，也不会因玻璃带的宽度加大而使调节控制增加困难。4）可以实现超薄和超厚玻璃的高效生产。由于浮法工艺
20、是水平拉制的，使浮法比传统法较容易地生产超薄和超厚的玻璃。目前国内、外企业都可以采用浮法工艺来稳定地生产出0.5 mm的平板玻璃。浮法玻璃的拉引速度的变化幅度范围很大，如生产6 mm玻璃时，一般拉引速度可以为120 m/h，有时也可以达到360460 m/h,且其成型质量也不会因速度加快而受影响。这就为浮法生产线优质、高产、降耗造了充分和必要的条件。此外，浮法玻璃生产方法避免了玻璃结晶缺陷，可以在线生产镀膜玻璃，并实现切、装机械化自动化，可以比较容易地生产出超大片玻璃等，至于其他特点在此不再一一列举。1.2.2 浮法工艺前景浮法工艺是一项比较先进的新兴技术，近几十年的时间里已经有了很大的发展，
21、目前这项技术正趋于成熟，但还有很多方面需要改善与不断提高，例如，成本方面这项技术较其他玻璃生产技术要高出许多。窑体建设与维修、锡槽的建设投资与维护等都需要大量资金，整条生产线的前期投资是相当大的，就本文所设计的生产车间而言，总投资将达到3个亿左右。但是不可否认的是，采用浮法工艺进行玻璃生产所带来的利润也是十分可观的。相信在未来的几十年里浮法工艺将会取代其他工艺方法而成为平板玻璃生产的主要方式。1.2.3 浮法玻璃新技术、新产品的发展趋势1）浮法玻璃新技术发展趋势在未来的几十年里，浮法玻璃技术将朝向超薄技术、在线镀膜技术、退火窑辊道技术、一窑多线技术、玻璃工业中的计算机模拟技术、节能工艺技术、环
22、保技术等等方向发展。2）浮法玻璃的新品种目前浮法玻璃的新品种的研制方向有：利用太阳能发电的平板玻璃、电致变色玻璃、光致变色玻璃、自洁净玻璃、信息产业玻璃、计算机硬盘用玻璃基板、折光玻璃、防静电和抗电磁波干扰玻璃、天线玻璃、蓄光玻璃、防盗玻璃等。 第二章 工艺设计方案2.1 综述本文主要对平板玻璃生产工艺即浮法工艺）的熔制车间作的设计。玻璃生产的熔制车间包括熔化部、澄清部、冷却部以及蓄热室、小炉等辅助配置，它与原料车间燃料车间成型车间退火车间密切相关。熔化车间设计的是否合理将直接影响玻璃的正常生产，而且对玻璃成品的质量提高影响也是十分明显的。2.2 车间工艺布置的要求车间工艺布置是工艺设计的重要
23、组成部分，它的任务是确定车间的厂房布置和设备布置。在车间厂房布置时，应充分注意：厂房的整体结构应尽量小巧、占地面积占总体土建面积的比例应适中太大表示厂区建筑分布太过密集，将对防火、卫生、生产经营管理以及运输等造成不利的影响；太小则表示厂区建筑物分布太疏，这样一来既浪费用地，又会增加车间之间的管道和运输线路、绿化美化设施的建设费用和管理费用，增加总投资），以降低造价；熔制车间设计时应尽量做到可以自然调节气流变换，降低车间温度，并且不会对车间设备的维修造成障碍。工艺布置的基本原则是要做到经济、合理、实用、生产流程顺畅、结构紧凑，并力争缩短成品和半成品间的运输距离。同时还应考虑设备安装、操作和检修的
24、方便等方面。2.2.1厂房布置的要求厂房的布置主要是指两个方面，即平面布置和立面布置。平面布置主要是确定厂房的面积和柱网的布置跨度、柱距等）。厂房的总面积应满足以下几个要求：设备本身和生产操作所需的面积；设备安装和检修所需的面积；生产管理和生活用室所需的面积如办公室、更衣室、浴室、厕所等）；各种通道走廊所需的面积巡检及日常作业用）。一般的，用于维修车辆进出的门、路应大于车辆正常尺寸的二倍左右，立面布置级厂房的空间布置，主要是确定厂房的总高度以及各重要位置的标高。顶梁的高度应不低于窑体上表面以上4.5m，走廊通道的净空高应不小于2.0m。对于高温车间厂房除考虑顶部高度外还应加开排热天窗和侧窗等，
25、以保证正常通风散热。2.2.2设备布置设备布置就是要把车间内的各种设备按照工艺流程加以定位。设备布置主要取决于生产流程和设备安装、操作、检修的需要，同时也要考虑其他专业队车间工艺布置的要求。重型设备以及运转中会产生较大阵雨动的设备，如助燃风机、各冷却风机等应尽可能布置在厂房的地面，实在不能布置在地面的，其支架也要与厂房的结构立柱分开，以减少厂房的荷载和振动。另外，两台重型机器之间的距离也不能离得太近，不能相互影响运转与维修，同时要考虑工作人员操作、检修的要求和通行的便利。在设备上方所设的吊钩应考虑到检修时所吊起的高度，一般最低要求是能使器件吊离设备，并且在横向位移时不受阻碍。此时，厂方高度随起
26、重装置要求而定，但一般不小于设备上表面以上2.0m。压缩空气的管道应该预留一定的倾斜度，以利于冷凝水的排出，顺其流向的管道斜度取0.3%，逆气流向的管道斜度取0.5%，在管道最低点设排液阀门。2.3熔化车间的工艺布置在进行车间工艺布置时，一般根据该车间在总厂平面布置中的相对位置、车间生产流程、进出料的方向和运输方式、主要设备和附属设备的型号与尺寸等来确定车间的工艺布置和厂房的总尺寸。在本小节中主要以工厂的熔制车间为中心，来说明车间布置的一些要求。熔化车间是高温作业和连续不停地生产的车间，这是它的最主要的特点；其厂房的特点是高空间性和多层次性。虽然说平板玻璃的成型方法各不相同，但是其熔化窑的结构
27、和具体要求却都有很多相似之处。因此，熔制车间的工艺布置实质上就是以玻璃厂的熔化池窑为核心来考虑工艺布置的。熔制车间从区域上划分，首先要考虑窑头和投料平台、窑底、熔化二层三部分组成的熔化工段的布置，然后才是成型部分的布置，即锡槽进口端的布置。需要考虑的具体因素主要有：熔窑冷修操作的需要、熔窑热修操作的需要、工艺设备进行布置检修的需要、生产操作的需要、熔窑扩大生产进行改造的可能等。除此之外，还要满足构筑系数和建筑模数等的要求。2.3.1 熔化工段的布置玻璃生产的熔化工段包括投料部位、熔化部、澄清部、冷却部以及蓄热室、小炉等辅助部位。熔化车间设计的是否合理将直接影响玻璃的正常生产，而且对玻璃成品的质
28、量提高影响也是十分明显的，因此，熔化工段的工艺布置应当给予足够的重视。浮法玻璃熔窑的基本结构如下图所示：图2-1 玻璃熔窑纵剖图熔窑热修操作的需要熔窑在生产周期内由于是长时期处于高温的连续操作中，配合料粉尘以及玻璃液的侵蚀使得熔窑的各部位会有不同程度的损坏，因此必须在不影响或是极少影响正常生产的情况下，进行对熔窑的热修和维护工作。具体要考虑到：1）底层蓄热室对蓄热室的热修操作所需的空间在蓄热室壁以外4000mm左右即蓄热室外墙壁到厂房车间内墙壁之间的距离），这样的空间足以满足拆修蓄热室格子体时各种工具所需要的操作空间、布置冷却风机、运输和堆放砖体的通道所需的空间，能够使工作人员进行正常的热修操
29、作。2）小炉熔化工段二层最长修的部位，主要是对小炉舌头、胸墙、小炉斜坡碹、小炉隔墙、小路后墙等的热修。这些热修操作的宽度应为据小路后墙5500mm，距蓄热室后墙3500mm。3）凉台的布置熔化二层在小路的两侧应布置凉台。热修的操作一般都在100左右的温度下，经受高温辐射的情况下进行的。因此，工作人员必须在经过510分钟的操作后尽心休息，此凉台的设置就可以为工作人员提供一个休息和纳凉的场所。熔窑冷修操作的需要在熔窑停火冷修的时候，为了争取时间，缩短冷修期，熔窑的拆修工作必须安排的紧凑。一般都是拆、运、修交错进行，因此熔窑两侧就一定要有足够的宽度来进行操作。按以往的经验来说，一般拆修蓄热室的操作宽
30、度为35004000mm，拆修小炉的操作宽度为41005000mm。2.3.2熔化主窑的结构熔化主窑的设计是一项非常艰巨的任务，需要考虑到每一个细节，它在生产线投产以后将连续高温作业一个或几个窑期，因此必须保证窑体的主要部位能够耐得住火焰、玻璃液、以及高温粉尘的侵蚀，这就要求窑体的耐火材料的选材要符合要求。以下是对主窑各部位结构的具体设计。1）投料机投料机有螺旋式、垄式、辊筒式、往复式、电磁振动式、斜毯式等样式。本次设计的窑炉选用斜毯式投料机，其特点是：将碎玻璃和配合料混在一起加入玻璃熔窑中，采用连续式加料，料层薄而均匀，覆盖玻璃液面积大。斜毯式投料机也是目前国内许多企业普遍采用的投料机。2）
31、前脸墙前脸墙是横跨在投料池上方的挡焰结构。为了不影响下方配合料进入窑内，特采用L型吊墙形式进行安装。内侧的耐火砖均采用挂钩砖拖底、其余小型耐火砖顺次平铺码砌的方式构筑，并在外侧下鼻区部位加装冷却水包以防止熔窑内高温气流对吊墙钢结构造成破坏。前脸墙的作用是阻止窑内气体向外逸出、保证窑内微正压、减轻由热辐射引起的热耗损、防止热气流对投料机的正面烧蚀等。3）熔化部熔化部是进行配合料熔化和玻璃液澄清、均化的场所。由于是采用横火火焰进行表面加热的熔化方式，对熔化部的描述又可分为上下两部分，即上部分的火焰空间和下部分的窑池又可以称为熔化池）。4）火焰空间火焰空间就是由胸墙、大碹、前脸墙和后山墙组成的空间，形式上类似于家用炉子的炉膛。在火焰空间内充有来自热源供给部分的炽热火焰气体，其主要作用是在此空间内火焰气体将自身热量传给配合料、玻璃液、窑墙胸墙和前后脸墙）以及大碹顶又称窑顶），使配合料熔化。这部分应能满足燃料完全燃烧所需条件，保证能够提供玻璃液澄清所需的热量。5）窑池此窑池非彼瑶池，它是配合料进行高温熔化、形成玻璃液、以及玻璃液进
