Технология варки стекла в стекловаренных печах непрерывного действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

РЕФЕРАТ

ТЕХНОЛОГИЯ ВАРКИ СТЕКЛА В СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

СОДЕРЖАНИЕ

1. Приготовление шихты

2. Питание стекловаренных печей шихтой и стеклобоем

3. Процесс варки

4. Процессы в пламенном пространстве

5. Процессы в бассейне печи

6. Нарушение процесса стекловарения и методы их устранения

7. Используемая литература

технология варка стекло печь

1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ

Основными условиями получения правильно приготовленной шихты являются: применение обогащенных и подготовленных материалов: точная дозировка сырьевых материалов, по заранее рассчитанному рецепту шихты: тщательное перемешивание сырьевых материалов до полной однородности: подача и загрузка шихты, исключающая возможность ее расслаивания.

Основное требование к шихте- высокая степень однородности, что облегчает процесс стекловарения и исключает ряд пороков в готовом стекле. Для обеспечения однородности шихты важное значение имеют ее влажность и зерновой состав сырьевых материалов. Зерна сырьевых материалов должны иметь определенный размер, т. к. от этого зависит равномерность их растворения и возможное расслоение шихты. При одинаковой крупности зерен компонентов шихта расслаивается тем больше, чем крупнее зерна. Влага в небольшом количестве благоприятно влияет на однородность шихты. Воду подают непосредственно в смеситель или увлажняют песок при взвешивании. Влажность должна в пределах 3-5%.

2. ПИТАНИЕ СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ ШИХТОЙ И СТЕКЛОБОЕМ

Загрузка шихты и стеклобоя в стекловаренную печь должна производиться механическими загрузчиками, сблокированными с автоматическими уравнемерами, что обеспечивает поддержание постоянного уровня стекломассы в ванной печи и постоянной картограммы зеркала стекломассы. Соотношение шихты, обратного и покупного стеклобоя в бункерах всех установленных на печи загрузчиков. Загрузочные карманы должны быть герметичными. Важно чтобы загрузка в печь была тонкослойной, в ванной печи не должны наблюдаться кучи шихты. Нормальными считаются такие условия механической загрузки, когда загрузчики работают не менее 75% времени. Загрузка шихты механическая или кучами вызывает колебания уровня стекломассы, в результате чего усиливаются разрушения огнеупоров и загрязнение стекломассы. При периодической загрузке крупными порциями (высокими кучами) в печь засасывается холодный воздух, который нарушает установившийся температурный режим: периодические термические толчки разрушительно действуют на огнеупоры ванны. Процесс стекловарения в куче шихты протекает медленно и завершается лишь при длительном пребывании кучи в бассейне, при этом способе создаются весьма неблагоприятные условия теплопередачи верхнего слоя шихты. Внутренние части кучи не получают тепла ни конвекцией, ни излучением. Тонкое распределение шихты на поверхности зеркала варочной части ванной печи изменяет тепловой режим частиц шихты в процессе плавления. Частицы шихты получают тепло конвекцией и излучением сверху и теплопроводностью снизу. Каждая отдельная частица шихты энергично поглощает тепло, необходимое для завершения стеклообразования: процессы диссоциации протекают легко и быстро. При тонком распределении шихты на поверхности стекломассы возрастает не только скорость силикатообразования, но и скорость осветления, т.к. для удаления газов из тонкого, поверхностного, наиболее горячего слоя требуется в десятки, раз меньше времени, чем из глубинных, более холодных слоев.

3. ПРОЦЕСС ВАРКИ

Варка стекла является процессом, включающим сложные физические, физико-химические и химические явления особенности его протеканияпрактически полностью определяют качество стекла. Процесс формования предъявляет к стекломассе ряд требований, выполнение которых в значительной мере определяется характером процесса варки, его продолжительностью, уровнем температур и качеством огнеупорных материалов.

Процесс варки, конечной целью которого является получение стекла, можно подразделить на следующие стадии: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизация, студка.

В реальном процессе варки указанные стадии не обязательно точно следуют друг за другом, они накладываются и частично протекают параллельно.

1-я стадия - силикатообразование- характеризуется тем, что к концу ее основные химические реакции в твердом состоянии между компонентами шихты закончены, в шихте не остается отдельных составляющих ее компонентов ( песка, соды, сульфата и т.д.), большинство газообразных из шихты улетучивается. Для обычных натрийкальцеваемых стекол эта стадия заканчивается при температуре 800-900 °С.

2-я стадия - стеклообразование - характеризуется тем, что к ее концу масса становиться прозрачной, т.е. в ней отсутствуют непроваренные частицы шихты, однако она пронизана большим количеством пузырей и свилей, т.е. неоднородна. Для обычных стекол эта стадия завершается при температуре 1150-1200 °С.

3-я стадия - осветление(дегазация) - характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от видимых газовых включений, и тем, что устанавливается равновесие состояние между стекломассой (жидкая фаза) и газами, остающимися в самой стекломассе(газовая фаза). Температура 1400-1500°С.

4-я стадия - гомогенизация - характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от свилей и становится однородной. Для обычных стекол эта стадия может быть завершена при температурах более низких, чем это необходимо для завершения этапа осветления.

5-я стадия - студка - характеризуется тем, что температура стекломассы снижается на 200-300 °С для создания необходимой рабочей вязкости.

4. ПРОЦЕССЫ В ПЛАМЕННОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Процессы в пламенном пространстве и в варочном бассейне стекловаренной печи тесно связаны между собой. Для поддержания стабильных условий варки газовая атмосфера в печи должна быть постоянна. Изменение состава или давления печных газов, на первый взгляд не имеющие большого значения, могут оказать существенное влияние на качество стекла.

При пламенном отоплении тепло в стекловаренную печь поступает от факела к поверхности стекломассы, к стенам и своду, а так же от стен и от свода к поверхности стекломассы. Хотя факел и характеризуется самой высокой температурой в печи, ее величина не одинакова по длине факела. Вследствие этого необходимо проводить его настройку, обеспечивающую оптимальные условия теплопередачи.

Высокая скорость распространения факела приводит к значительному пылению шихты, воздействующему на элементы верхнего строения и регенераторы. По аналогии с распределением температур пламенного пространства в печи должна поддерживаться строго определенная газовая атмосфера.

Отрицательное воздействие на нее оказывают подсосы холодного воздуха. Для их предотвращения печь должна использоваться при слабо положительном давлении. Пламя должно быть слабо окислительным или нейтральным, а в районе расположения шихты и пены - слабо восстановительным. При выходе из трубы дым должен быть бесцветным. Длина факела в пламенном пространстве должна быть равна 2/3 ширины бассейна. Перелеты пламени не допускаются. Пламя должно быть настильным и хорошо омывать поверхность шихты и стекломассы в зоне варки.

Контроль газовой атмосферы осуществляется путем проведения анализа дымовых газов, отбор которых производят в горелках отходящей стороны, непосредственно за влетом горелки по центру потока дымовых газов. Состав газовой среды в печи характеризуется величиной коэффициента избытка воздуха. Природный газ в зоне варки должен сжигаться с коэффициентом избытка воздуха = 1,05-1,2% ( при этом значении обеспечивается максимальная температура факела), а на горелках в районе чистого зеркала 1,25-1,3%.

Давление в газовом пространстве влияет так же на расположение факела и распределение температур по верхнему строению.

При избыточном давлении имеет место перерасход топлива, при отрицательном давлении (разряжении) - подсосы холодного воздуха с последующим переохлаждением.

Кроме того, изменение давления в газовом пространстве приводит к нарушению потоков стекломассы в бассейне в следствии изменения положения факела, что вызывает ухудшение качества стекла. Регулировка давления в пламенном пространстве печи осуществляют изменением степени открытия шибера дымовой трубы.

5. ПРОЦЕССЫ В БАССЕЙНЕ ВАННОЙ ПЕЧИ

Процессы в бассейне определяются потоками стекломассы, основной причиной которых является распределение температур по длине, ширине, глубине бассейна. На температуру стекломассы по краям бассейна заметно влияют боковые стены, через которые теряется значительное количество тепла. Стекломасса вблизи стен становится холоднее, ее плотность увеличивается и она, опускаясь вдоль стен, затем по дну возвращается к центру бассейна.

Измерения показывают, что наиболее резкие перепады имеют место на участках бассейна, расположенных под факелом. При переводах направления пламени температура поверхности стекломасс на этих участках снижается быстрее, чем во внутренних слоях.

Температурное поле по стекломассе в бассейне можно считать стационарным лишь в том случае если печь работает в установившемся режиме, имеющем место при стабильных показателях расхода топлива, загрузки шихты и выработки стекла. Стекловаренные печи с установившемся режимом работы характеризуются длительным сроком службы при хорошем качестве вырабатываемого стекла.

Т.о. в бассейне печи возникают продольные и поперечные потоки стекломассы, направленные на поверхности от горячих к холодным участкам бассейна. По продольной оси, примерно в центре варочного бассейна располагается максимум температур(рис.1). От максимума стекломасса по поверхности растекается в разные стороны, а на ее место снизу поступают свежие порции горячей стекломассы. Указанный максимум температур назван Гельгофом квельпунктом. Сами потоки являются конвекционными, они наиболее значительны из всех потоков печи. Постоянная выработка стекла в рабочей части печи формирует так называемый выработочный поток стекломассы. Последний на участке бассейна до квельпункта противодействует конвекционному потоку, направленному в сторону загрузочного кармана. При этом воздействие квельпункта оказывается на столько мощным, что через него стекломасса с выработочным потоком практически не перетекает. Тем самым квельпункт выполняет роль термической преграды. Потоки стекломассы способствуют её интенсивному перемешиванию. Без потоков усреднение, осветление стекломассы протекало бы гораздо медленнее.

Выбор, наладка и контроль тепловых режимов печей и питателей стеклоформующих машин определяются следующими положениями:

1) оптимальная норма расхода топлива при заданной производительности печи определяется по положению границ зоны варки;

2) при изменении нагрузки печи следует регулировать расход топлива;

3) наладка и контроль теплового режима печи должны быть направлены на обеспечение и поддержание необходимого распределения температур по оси;

4) расход топлива по сторонам должен быть одинаков;

5) тепловой режим питателей должен обеспечивать заданную температуру в чашах без вторичного подогрева.

При постоянной производительности печи расход газа должен быть постоянным. Колебания температуры не должны превышать ± 10°С,если в зоне варки колебания температур возрастают до ± 20°С и более, того нормализация режима работы печи и обеспечение заданного предела колебания температур должны производится не путём изменения расхода газа в зоне варки, а совершенствованием процесса сжигания топлива, гидравлического режима и режима загрузки. Должны быть исключены перекосы границ варки, строго стабилизировано соотношение шихты и стеклобоя, обеспечена равномерная загрузка боя по всем бункерам загрузчиков, устранены температурные перекосы нагрева насадок регенераторов. Колебания температуры в выработочном бассейне не должны превышать ± 5°С.

6. НАРУШЕНИЯ ПРОЦЕССА СТЕКЛОВАРЕНИЯ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Продвижение границ варки дальше обычных может быть вызвано неправильным составом шихты, снижением температуры в зоне варки, отклонением от заданной температурной кривой, нарушением распределения расхода газа и воздуха по горелкам печи, изменением давления газов в печи, а также повышенной загрузкой шихты.

При ухудшении проб стекла или появлении в стекле следов непровара необходимо принять следующие меры:

1) провести ситовой анализ шихты и всех сырьевых материалов;

2) сделать полный анализ шихты с проверкой влажности;

3) проверить систему увлажнения шихты;

4) проверить режим питания печи шихтой и боем, границы шихты и пены и картограмму зеркала стекломассы;

5) проверить работу приборов КИПиА, температуру в зоне варки и правильность распределения расхода газа по горелкам;

6) проверить давление в пламенном пространстве печи;

7) проверить съём стекломассы;

Не допускается появление свободного щелока в зоне варки, за пределами куч шихты. При его обнаружении необходимо проверить и привести в норму следующие показатели:

1) количество восстановителя в шихте;

2) количество подаваемого в печь воздуха;

3) температуру в зоне варки;

4) давление газов в полости печи.

Появление свободного щелока можно устранить его созданием восстановительной атмосферы в газовом пространстве печи.

При появлении в печи чрезмерной пены следует проверить и привести в норму следующие параметры:

1) влажность шихты;

2) количество восстановителя в шихте;

3) тепловой и газовый режим печи;

4) расход топлива и воздуха;

5) давление в полости печи.

В аварийном случае, при резком замедлении проварка шихты или падении температуры ниже 1 400°С,засыпку шихты необходимо прекратить и перейти на питание печи одним боем, не допуская снижения уровня стекломассы.

При появлении пузырей и мошки в пробах стекла необходимо проверить и привести в норму следующие показатели:

1) положение границ зоны варки и съём стекломассы;

2) расход топлива и воздуха по длине варочного бассейна при отоплении печи природным газом или мазутом, а также температурный режим при отоплении генераторным газом;

3) давление газовой среды.

При закраске стекломассы, связанной с некачественной шихтой, необходимо проверить и привести в норму следующие параметры:

1) количество восстановителя в шихте;

2) содержание органических примесей и красителей в сырьевых материалах и шихте;

3) газовый режим печи.

Для устранения закрашивания стекломассы, связанного с восстановительным характером пламени, следует увеличить до нормы количество воздуха, обратив особое внимание на ликвидацию коптящего пламени в горелках над зоной чистого зеркала.

При появлении поверхностной закраски, вызываемой неправильным направлением факела, необходимо проверить чистоту, правильность установки и сохранность горелочных камней, муфелей и газовых сопел, а в случае необходимости произвести их замену.

Основными причинами массового появления газовых включений в стекломассе являются низкая температура варки, повышенное давление печной атмосферы и повышенное парциальное давление некоторых газов, которые переходят из атмосферы печи в стекломассу. Важнейшей мерой исключения этих причин служит строгое соблюдение заданных температурного, гидравлического и газового режимов варки стекла.

Нельзя допускать попадания в выработочную часть печи или питатель металлических или чугунных предметов, длительно выделяющих в стекломассу крупные пузыри. Появление пузырей от железа носит местный характер, они располагаются, как правило, в виде цепочки или полосы мошки с пузырями. Стекло в этих местах имеет обычно желтоватую или бурую окраску. Во избежание этих явлений следует внимательно осматривать и очищать бассейн печи и каналы питателей перед наваркой, тщательно следить за чистотой подаваемых в печь шихты и боя, применять высококачественные металлы для погружаемых в стекло металлических частей формующих приспособлений.

Появление термически и механически непрочных изделий, свилей и шлиров в них свидетельствует о нарушениях физической и химической однородности стекломассы. Основными причинами этих пороков в стекломассе изделиях являются:

1) нарушение технологического процесса приготовления шихты или стекловарения;

2) недостаточная гомогенизация стекломассы;

3) попадание в стекломассу инородных предметов;

4) разъедание стекломассой огнеупоров;

5) попадание в стекломассу капель расплавленных огнеупоров со свода печи;

6) изменение теплопрозрачности стекломассы определяется по изменению цвета стекла.

Используемая литература

1. И.И.Китайгородский и другие ”Технология стекла”.

2. О. Ферворнер, К. Берндт “Огнеупорные материалы для стекловаренных печей”.

3. Правила эксплуатации стеклотарных заводов.

Размещено на Allbest.ru