日产450吨平板玻璃熔化车间的工艺设计(2)

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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。

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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； 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

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时间分别在3～4min和28～29min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、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10-6～10-7cm/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 01 02 03 04 05 阶段 硅酸盐类氧化物的分解 玻璃液的形成 玻璃液的澄清 玻璃液的均化 玻璃液的冷却 温度范围/℃ 800~1000 1200 1400~1500 1500~1350 1350~1100

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(1100～1050℃)，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

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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。从比利时人艾米尔·弗克于1902年顺利地进行了有槽垂直引上法的试验(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：

（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，玻璃液带

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的重力是由锡液来支承的，拉引力主要用于克服玻璃液的粘滞力:浮法玻璃的整个成形过程是在密闭的锡槽中进行，只是在玻璃带冷却硬化后，山光洁平滑的辊子(过渡辊台)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360～460 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。

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