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1、浮法玻璃熔化工艺,胡文斌：,浮法玻璃熔化工艺,一、玻璃熔窑的结构与耐火材料二、熔化工艺基础知识三、熔化制度控制与操作四、熔化的故障与处理五、熔化缺陷的识别与控制,一、玻璃熔窑的结构与耐火材料,熔窑；是用耐火材料砌成的熔制玻璃的热工设备，其作用是把合格的配合料制成无气泡、无条纹、无析晶的透明玻璃液，并使其冷却到成型所需的温度,料仓,L吊墙,胸墙,大碹,喷火口,矮碹,吊墙,后山墙,投料机,池底,铺面砖,流道,熔化部,冷却部,卡脖,熔窑的立面图,斜坡碹,池壁,池底,底烟道,支烟道,分支烟道,炉条碹,大碹,小炉碹,托板,格子体,喷火口,熔窑胸墙池壁结构,大碹,挂钩砖,下间隙砖,上池壁,下池壁,池底,垛
2、砖,基础,主梁,次梁,立柱,下巴掌铁,胸墙,上巴掌铁,碹角,拉条,上间隙转,面砖,煤气窑小炉结构,小炉碹,空水平道,空上升道,空蓄热室,小炉后墙,舌头碹,风火隔墙,斜坡碹,平碹,煤上升道,煤上倾角,煤蓄热室,前墙,煤下倾角,小炉底板,煤气窑换火结构,为了避免熔窑局部温度及格子体上部温度过高，减少窑体耐火材料的烧损，减小两侧温差必须定期对窑炉的火焰方向进行换向。由于窑炉结构和使用燃料的不同换火的方式也会有所不同。1、煤气窑炉换火换火时要先换煤气再换空气，因为如果先换空气就会使一部分煤气被吸入空气蓄热室及烟道，造成空气与煤气相遇，当煤气与空气的浓度达到一定比例时会发生爆炸的危险。,中间烟道,煤气,
3、废气,常用耐火材料的性质及使用,1、硅砖,硅砖是玻璃窑炉上较常用的耐火材料，是单一氧化物组成的酸性耐火材料，热稳定性好，在650以下抗热冲击性极差。因此烤窑时，在650以下要缓慢升温。硅砖的耐火度不是很高，但荷重软化温度高，可承受很高的压力，适用于高温下长期使用。,性质；,使用部位；,承重的墙体及碹体部位，如；胸墙、大碹。,常用耐火材料的性质及使用,2、粘土砖,粘土砖是偏酸性的耐火材料，随着砖中氧化铝含量的增加，其酸性逐渐减弱。它的导热系数和热膨胀率是所有耐火材料中最低的，其耐火度很高(15801770)但荷重软化温度低，粘土砖的抗热振性较好，波动范围大，一般均大于10次，在玻璃窑炉中用作池底
4、大砖。,性质；,使用部位；池底,常用耐火材料的性质及使用,3、高铝耐火材料,性质；,使用部位；,高温和易侵蚀部位的墙体及碹体如；池壁、小炉喷火口。,高铝砖是指含Al2O346%以上的铝硅酸质或纯氧化铝质的烧结制品。一般高铝砖含Al2O380%以下，含Al2O3在80%以上的称为刚玉砖。高铝砖呈中性，它的真密度、耐火度、热膨胀率、荷重软化温度都随Al2O3含量的增加而提高，导热系数随温度升高而降低。刚玉砖按生产方法有烧结法和电熔烧铸法两种。烧结刚玉砖耐火度可达2000，使用可达1800，但其热膨胀性大，与气孔率相同的莫来石质耐火材料比较，其抗热冲击性差。,现基本已被刚玉砖替代,以氧化镁为主成分以
5、方镁石为主晶相的耐火材料统称为碱性耐火材料。它的导热系数大，使用寿命长，体积密度大，气孔率较低；热膨胀系数随温度上升而直线增加，是各种耐火材料中最大的，使用中应注意留足够的膨胀缝。在40160时长时间与水蒸汽接触会发生水合作用，这会使砖体结构松散而损坏，所以贮存时要保持干燥。,4、碱性耐火材料(含镁耐火材料),常用耐火材料的性质及使用,普通镁砖 含MgO91%左右，直接结合镁砖 含MgO95%上，镁硅砖 含SiO25%11%，。镁铬砖，含Cr2O38%20%。镁橄榄石砖镁铝砖 富含Al2O3的材料，。镁钙砖 含CaO6%10%。,性质；,使用部位；蓄热室格子砖，,常用耐火材料的性质及使用,5、
6、电熔耐火材料,电熔耐火材料是将精确配好的混合料在电弧炉中熔融，然后在砂型模中浇注成形后再进行机械加工。与烧结耐火材料比较，它具有结构致密、气孔率很低、体积密度大、机械强度和高温结构强度高、耐玻璃液侵蚀性强等特点。,性质；,使用部位；,高温及易侵蚀部位，如；前几对小炉胸墙、舌头碹、池壁。,主要品种有；电熔莫来石砖、电熔锆刚玉砖、电熔铬锆刚玉砖、电熔石英砖、电熔刚玉砖等。,比高铝砖要好,常用耐火材料的性质及使用,6、轻质耐火材料,轻质耐火材料可以隔热，属于隔热材料，能减少窑体散热、节约能源，还可以减轻窑体质量，降低窑炉造价。,作用；,使用部位；,墙体及碹顶外部部位，如；大碹外、胸墙外、池壁外。,按
7、照使用温度分为低温型(小于900)，如硅藻土砖；中温型(9001200)，如硅酸钙、轻质黏土砖、硅酸铝纤维；高温型(1200以上)，如轻质高铝砖、氧化铝空心球。按照密度分为次轻质(1.01.3g/cm3)、轻质(0.41.0g/cm3)和超轻质(0.4g/cm3以下)。,各部位常用耐火材料的选择,二、熔化工艺基础知识,料仓,泡界线,泡沫区,料层,冷却区,卡脖水管,搅拌,稀释风,配合料在此温度范围发生一系列物理的、化学的和物理化学的反应，如受热、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进行的固相反应。很快形成一层薄薄的熔体，它的厚度仅几毫米，在重力的作用下往下流入到配合料缝
8、隙中，同时配合料内部会放出大量的气泡快速上升将熔体穿透并将熔融层与配合料推开，此种现象会不停的往返发生。之后形成由硅酸盐及游离二氧化硅组成的不透明烧结物，其形成速度取决于配合料的性质和加料方式温度。,（一）玻璃的熔制过程,1、硅酸盐形成阶段8001000,玻璃液,水分,料堆,熔体薄膜,气体,随着温度的不断升高，硅酸盐和石英砂颗粒完全溶解于熔融体中，形成含有大量可见气泡，条纹，在温度上和化学上不均匀的透明玻璃液，在此过程中由于石英砂的溶解和扩散速度比各种硅酸盐的溶解和扩散速度要慢的多，玻璃的形成速度实际上取决于石英砂的溶扩过程，而扩散速度又比溶解速度要慢的多，所以玻璃的形成速度最终还要看石英砂的
9、扩散速度。此阶段与上一阶段很难划分，在上一阶段尚未结束时，玻璃形成阶段已经开始。,（一）玻璃的熔制过程,2、玻璃形成阶段1000-1300,玻璃液,水分,条纹,可见气泡,气体,随着温度的继续升高，玻璃液的黏度降低约为10Pa.s，玻璃液中的可见气泡，溶解气泡，体积不断增大，而逸出玻璃液进入熔窑气氛当中，这些大量的气体和水分的损失的质量可能占配合料质量的15%-18%。这也就是说同等质量的配合料不可能生产出同等质量的玻璃的原因。通常玻璃的熔成率为83%。玻璃的澄清温度大多在熔化部的尾端前1米处测量，一般不低于1390-1420。,（一）玻璃的熔制过程,3、澄清阶段1400-1500,水分,条纹,
10、粘度不均,气体,温度不均,当玻璃液长时间处于高温下，由于对流、扩散、溶解等作用，玻璃液中的条纹逐渐消除，化学组成和温度逐渐趋向均一。此阶段结束时的温度略低于澄清温度。玻璃液的均化过程早在玻璃液形成阶段时已经开始，然而主要的还是在澄清后期进行。它与澄清过程混在一起，没有明显的界限，可以看作一面澄清，一面均化，且澄清加速了均化的进程，均化的结束在澄清之后，并一直延续到冷却阶段。此外，搅拌是提高均匀性的一个很好的方法。,（一）玻璃的熔制过程,4、玻璃液均化阶段,温度均匀,粘度均匀,整体温度高不适合成型,将澄清和均化了的玻璃液均匀降温，使玻璃液具有成型所需的黏度在冷却阶段应不破坏玻璃液的质量。浮法玻璃
11、冷却阶段结束的温度在11001050左右。,（一）玻璃的熔制过程,5、玻璃液冷却阶段,温度、粘度均匀,整体温度降至适合成型,稀释风冷却,自然冷却,熔制；将合格的配合料经过高温和热熔融形成透明、纯净、均匀并适合于成型的玻璃液的过程称为玻璃熔制。熔化率；每平方米熔化面积上每昼夜熔化的玻璃液量。熔化面积；从投料池末端到最末一对小炉中心线一米处的熔化部的部分面积。,(2)原料的性质 原料的性质及其种类的选择对熔制影响很大，如硅砂颗粒大小、形状及所含杂质的难熔性；配合料气体含率，所含气体的化学组成；为引入同一氧化物而达到最有利于熔制的矿物及化工原料的合理选择等，都影响着玻璃熔制速度和熔化质量。,（二）玻
12、璃熔制影响因素,(1)配合料化学组成 它对玻璃熔制速度具有决定性的影响，配合料的化学组成不同所需的熔化温度就不相同，配合料中碱金属氧化物含量等对SiO2和Al2O3总量比值越高，则配合料越容易熔化。,(4)加料方式 我国浮法玻璃生产企业多数采用薄层加料的方式，即料层的厚度控制在50150mm左右。上层的配合料由辐射和对流获得热量，下层则由玻璃液面通过热传导取得热量，薄层投料使配合料中各组分容易保持分布均匀，使硅酸盐形成和玻璃液形成速度加快。而且由于料层薄，有利于气泡的排除，也缩短了澄清所需的时间。,（二）玻璃熔制影响因素,(3)配合料的调制 包括配合料的均匀性、含水量、碎玻璃用量的控制等。是否
13、混合均匀对玻璃质量和熔制速度有极大关系，因此，应尽可能的将配合料混合均匀，并注意在输送和储存过程中不受到较大振动以免引起分层现象。,(6)窑内压力、气氛、玻璃液面以及泡界线是否稳定。熔化的“四小稳”直接影响到玻璃熔制的质量，只有控制四稳，才能生产优质合格的玻璃。,（二）玻璃熔制影响因素,(5)熔制的温度制度 熔制温度决定玻璃的熔化速度，温度越高，硅酸盐生成反应越剧烈，配合料颗粒熔解越快，玻璃液形成速度也越快。在温度14001500范围内，熔化温度每提高1，熔化率就会增加2%。因此，提高熔化温度是强化玻璃熔制、增加熔窑产能的有效措施。,三、熔化制度控制与操作,1、温度作业制度,温度曲线；是一条沿
14、窑长方向的由几个温度测定点的温度值连成的折线，反应的是窑炉上部空间的温度，而不是玻璃液的温度。一般测量小炉挂钩砖的温度。,双高热负荷点曲线，即在配合料区投入较多的燃料，强制熔化。增大热点燃料量，强化玻璃的澄清和均化。适当减少泡沫区的燃料量，形成两个热障，有利于料堆和泡界线的稳定。,山形曲线，热点明显、玻璃液对流强烈、泡界线清晰稳定，因此，应用较多。特别适合小型窑炉使用,桥形曲线，热点不明显，向投料口的对流弱，泡界线模糊，容易产生跑料现象，目前应用较少。,各种曲线的特点,1.各种曲线的分类,影响窑压的因素；1.烟囱抽力的大小 2.温度高低的影响 3.阻力的大小 4.废气量的大小,窑压是熔化工艺的
15、重要参数，必须要求窑内的压力能保持稳定和微正压，对生产高质量的玻璃起到重要的作用。不同规模窑炉的生产过程中，窑压参数的确定，跟窑内压力的测量方式和测量位置有关。,2、压力作业制度,计算机,取压点,旋转闸板,大闸板,1.温度高低的影响2.投料速度的影响3.化料速度的影响4.拉引量的影响,泡界线 投料机的推力，投料回流，物流的熔化作用，三者相互作用并平衡时。物料的前沿就会固定在某一个位置消失并与纯净的玻璃液之间形成一条整齐明晰的分界线。,3、泡界线稳定作业制度,影响泡界线稳定的因素；,投料回流,料机推力,生产回流,热点,料山区,泡沫区,泡界线；在玻璃行业中是一个非常重要的受控点，其形状、位置、厚薄
16、、清晰度是反应熔化作业好坏的重要标志，质量好的泡界线形状应向外突出，相对对称，位置应较稳定以利稳定各部位的液流稳定，清凉整齐，线外镜面区干净无沫子，泡沫区应有一定的厚度。生产中要严格控制投料，稳定拉引量，合理稳定的控制风火配比，控制稳定的温度及温度梯度，有利于稳定泡界线。,3.1 泡界线控制要求,投料回流,生产回流,液面正常生产中，玻璃液面的稳定不但能保证产品质量，而且也有利于延长窑炉的使用寿命。因此，玻璃液面的控制是熔化工艺控制中的一个重要指标，也是玻璃窑炉的“四小稳”之一。玻璃液面的高低是以投入配合料的数量来控制的，投入熔窑的配合料量和成型取用的玻璃液量相平衡时，液面就能保持不变。,4、液
17、面稳定作业制度,参照物,图像采集,倒影,料机,计算机,1、热点以前的为弱还原气氛，燃烧产物检测为a1，以保证与芒硝预先混合的碳粉不被烧掉，以利以后阶段芒硝的高温充分分解。2、热点区为还原气氛或中性气氛，燃烧产物检测为a=1不能使该区为氧化焰，否则会形成大量的致密泡沫层，不利于玻璃的澄清和均化。3、热点后为氧化气氛，燃烧产物检测为a1这样不仅可以将微气泡中少量SO2.SO3.O2吸收，而且可以将未排出的极少量的CO2.CO转化为CO2而被吸收，(CO2在玻璃中的溶解度远远大于CO)之后多余的O2可以使多余的碳粉烧尽而不会使玻璃着色。,5、熔制的气氛制度,空气过剩系数：燃料在实际燃烧中为防止不完全
18、燃烧而造成的燃料损失常常,料仓堵料；(1)料仓堵料:因配合料水分过高或温度过低容易造成料仓堵料。处理方法是将料仓排空，取出堵料。(2)下料不均:主要原因是由于熟料分配不均或投料机调整料层的料板有问题，应及时与原料或设备维修部门联系解决。,投料机运转正常跑空车?(1)投料机闸板掉落:配合维修工修理，提起闸板。(2)料块或异物堵车:如配合料水份过大，屯积时间过长造成块料堵车或料仓混入异物造成堵车，要尽快疏通堵料。(3)如检查处理时间较长，不能维持正常液面时，可与成型联系适当降速，降低拉引量。,四、熔化的故障与处理,1.投料故障,大闸板钢丝绳断落事故烟道上的大闸板是调节和控制熔窑内的压力大小的主要设
19、备，如果钢丝绳段落，没有及时处理就会直接影响到窑内压力和烟气的排放，甚至影响玻璃的质量。废气交换器闸板断落时，就会影响到换火，处理不当会导致窑内温度过高，横向温差过大，甚至烧坏摄像仪，因此发生此事故时必须及时正确处理。处理原则；降低拉引量、降低风火、避免设备的烧损、窑的后期要特别观察是否漏液、及时排除故障并解除,四、熔化的故障与处理,2.设备故障,玻璃断板事故（1）时间短时降低投料速度，严格控制液面。（2）时间长时停止投料，根据处理时间长短决定是否退出投料机（3）根据时间长短决定是否采取调整风火量等相应措施（4）调整的原则：保证配合料完全熔化、熔窑各部分不要过热、冷却部玻璃液不能过冷的基础上调
20、整窑内温度和压力;不烧损冷却风喷嘴为度减少冷却部微调风量。,四、熔化的故障与处理,3.关联故障,停电（时间较长）处理的注意事项。（1）较长时间停电导致气、风全停，窑压控制失灵，此时应迅速打手动，人工手摇落大闸板，以保持窑压，减慢降温速度;（2）检查是否断水，如断水，参照停水处理程序处理。如停电时间很长，则有必要拉出卡脖水包及搅拌器并对窑体保温。（3）应注意巡回检查池壁，防止跑玻璃液并做好应急措施。（4）切断所有运转设备电闸及风机闸板，防止突然来电造成新的事故。（5）来电后首先将窑内火焰恢复正常，然后依次打开助燃风机、保窑风机、投料机（池壁风机要缓慢增加风量）。（6）有计划的提高温度保证熔化质量
21、。,四、熔化的故障与处理,4.特殊故障,停水事故处理的注意事项（1）停水时，根据持续时间决定是否拉出大水管、搅拌器。（2）适当抬高前脸水包，并尽量使水包下的料层厚一些，短时间内不会有危险。（3）对其他供水设备采取保护措施。（4）来水后，将大水管、搅拌器等水包投入使用。,四、熔化的故障与处理,4.特殊故障,1.熔窑热修时，熔化工要给予积极的配合，2.必要时一定要挂牌警示并有专人负责，热修完毕后必须经负责人确认后方可投入运营。3.热修时要严格按照热修程序有序换火，专人负责，单线联系不许找人替代，如需替代必须由当事人双方予以确认。,四、熔化的故障与处理,5.热修配合,（1）澄清泡也称为一次气泡，玻璃
22、液的澄清是除去玻璃液内的可见气泡的过程，但是这种气体的释放有很快的上升速度，这样在上升尾流中又带动小气泡上升，而这种小气泡需要经过很长一段时间后才能达到表面，因此总会有一些没有被消除的气泡残留在玻璃液中便形成澄清泡。这种气泡的释放可以通过化学途径在澄清剂的作用下实现，或通过物理途径在鼓泡器的作用下完成。澄清泡的直径一般都较小。,（2）二次气泡也称为重沸泡，该类泡是由于物理的原因(热重沸、机械重沸)和化学的原因导致气体溶解度发生变化，从而使溶于玻璃液中的气体重新析出而形成的气泡。解决的方式是尽可能避免或减少玻璃在澄清后的温度和机械作用的波动。,五、熔化缺陷的识别与控制,（3）芒硝泡 一般为长形的、内部带有发亮芒硝沉淀物的气体类夹杂物。主要原因是原料中含有的芒硝分解不彻底造成的。解决的措施是稳定熔化温度制度、适当增加配合料中碳粉的比例以及调整1#小炉为还原气氛。,（4）耐火材料形成的杂质泡由耐火材料孔洞中气体排出形成的泡，气体接近空气成分。该类泡位置复杂，大小、形状没有规律性，但是一般来说越往后区泡径较大，规律性逐渐变强，显微镜下泡壁有液珠的痕迹。解决措施是提高耐火材料的质量，操作上尽可能稳定熔窑的作业制度。进行气泡气体成分分析，判断气泡产生的位置和具体来源，给出具体的解决措施。,五、熔化缺陷的识别与控制,Thank You!,
