В стекловаренной печи при высокой температуре в шихте происходят различные процессы и разнообразные превращения. При сравнительно низких температурах (около 400˚ С) между мат-ми шихты нач-ся хим. реакции, ведущие к образованию силикатов. По мере дальнейшего нагревания шихта превращается в расплав различных солей. Образовавшиеся силикаты и остатки непрореагировавших компонентов спекаются в плотную массу. Это первая стадия варки стекла – силикатообразование (температурный режим – 800-900° С).

При последующем повышении темп-ры силикаты расплавляются и растворяются одни в других. Образуется пенистый и непрозрачный расплав, пронизанный частицами мат-лов шихты и пузырьками газов, выделяющихся во время реакций.

Постепенно твёрдые остатки шихты растворяются в расплаве, пена исчезает, образуется прозрачная стекломасса. Это вторая стадия стекловарения – стеклообразование (1150-1200° С).

Полученная стекломасса содержит в себе газообразные вкл-я различных размеров и неоднородна по хим. составу. Поэтому она ещё непригодна для выработки изделий.

Процесс удаления из стекломассы пузырей (дегазация) называется осветлением (1400-1500° С). Заключается в выделении газообразных включений из стекломассы при дальнейшем её нагреве за счёт снижения вязкости последней. Для ускорения процесса через стекломассу могут пропускать сжатый воздух или пары воды (барботирование), добавлять осветлители. Принцип ускорения процесса в том, чтобы насытить стекломассу крупными газообразными включениями. Такие пузыри сравнительно легко поднимаются к поверхности. При этом они захватывают по пути мелкие пузыри, которые самостоятельно поднимаются очень медленно или не поднимаются вовсе по причине довольно высокой вязкости стекломассы.

Процесс выравнивания хим. состава стекломассы называется гомогенизацией . Представляет собой длительную выдержку стекломассы при высоких температурах (около 1500° С). При этом в результате диффузии расплава стекломасса становится химически однородной.

Полученная однородная стекломасса охлаждается до вязкости, необходимой для формования из неё изделий (около 1200° С). Процесс называется студкой.

Таким образом, в процессе варки стекла можно условно выделить пять основных этапов: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизация и студка. На практике только первая и последняя стадии протекают в разное время и в разных местах ванной печи. Вторая, третья четвёртая стадии начинаются практически одновременно. Для варки стекла используют горшковые и ванные печи. Последние могут быть периодического и непрерывного принципа действия.

6. Окраска стекла, обесцвечивание стекла, прозрачность стекла

Окраску стекла осуществляют введением в него оксидов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов. Так, золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином соотв-но. Серебро в коллоидном состоянии окрашивает стекло в желтый цвет. Хорошим красителем является селен. В коллоидном состоянии он окрашивает стекло в розовый цвет, а в виде соединения CdS·3CdSe – в красный. Такое стекло называют селеновым рубином. При окраске оксидами металлов цвет стекла зависит от его состава и от количества оксида-красителя. Например, оксид кобальта (II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших – фиолетово-синее с красноватым оттенком. Оксид меди (II) в натрий-кальциевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом – зеленый. Оксид марганца (П) в натрий-кальциевом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а в калиево-цинковом – сине-фиолетовую. Оксид свинца (II) усиливает цвет стекла и придает цвету яркие оттенки. Бутылочное стекло низкого сорта, как правило, имеет окраску, которая зависит от присутствия в нем ионов Fe 2+ и Fe 3+ . Стекольное сырье трудно очищается от железа и поэтому в дешевых сортах оно всегда присутствует. Поскольку в стекле одновременно содержатся как ионы Fe 2+ , так и ионы Fe 3+ , они и придают стеклу зеленоватую окраску (бутылочный цвет).Существуют хим. и физ-е способы обесцвечивания стекла. В химическом способе стремятся все содержащееся железо перевести в Fe 3+ . Для этого в шихту вводят окислители – нитраты щелочных металлов, диоксид церия СеO 2 , а также оксид мышьяка (III) As 2 O 3 и оксид сурьмы (III) Sb 2 O 3 . Хим. обесцвеченное стекло лишь слегка окрашено (за счет ионов Fe 3+) в желтовато-зеленоватый цвет, но обладает хорошим светопропусканием. При физ. обесцвечивании в состав стекла вводят «красители», т.е. ионы, которые окрашивают его в дополнительные тона к окраске, создаваемой ионами железа, – это оксиды никеля, кобальта, редкоземельных элементов, а также селен. Диоксид марганца MnO 2 обладает св-ми как хим., так и физ-го обесцвечивания. В результате двойного поглощения света стекло становится бесцветным, но его светопропускание понижается. Таким образом, следует различать светопрозрачные и обесцвеченные стекла, поскольку эти понятия различны.Следует также отметить, что окрашенное стекло иногда предохраняет содержимое бутылок от нежелательного фотохим-го воздействия. Поэтому окраску бутылочного стекла иногда специально усиливают.Одним из важнейших св-в стекла является прозрачность . Однако в ряде случаев стеклу специально придают непрозрачность путем его «глушения». В-ва, способствующие помутнению стекла, называют глушителями. Глушение происходит вследствие распределения по всей массе стекла мельчайших кристаллических частиц. Они представляют нерастворившиеся частицы глушителя или частицы, выделившиеся из жидкой массы при охлаждении стекла. В настоящее время для этой цели применяют криолит Na 3 , плавиковый шпат CaF 2 и другие фторидные соединения. Сильно заглушенное стекло (белого цвета) называют молочным. Для его изготовления чаще всего используют криолит. Молочное стекло используют главным образом для изготовления осветительной арматуры.

Требуемая производительность печи достигается соблюдением установленных технол. и теплового режимов и необх-мым текущим обслуживанием печи.

Стекловар. печи явл. сложными теплотехнич. агрегатами, состоящими из узлов с разными режимами работы. Осн. частью печи явл. раб. камера и поэтому режим работы всех остальных узлов подчиняется режиму работы раб. камеры.

Каждая печь имеет свой тепловой и технологич. режимы, кот. зависят от типа печи, ее размеров и производительности, состава стекла и шихты, от вида источника тепла, а для пламенных печей от вида топлива и др.

Основными видами стекловаренных печей в настоящее время являются горшковые, в которых процессы стекловарения протекают последовательно во времени в одной и той же емкости, и ванные печи непрерывного действия, в которых процессы варки происходят в отдельных частях печи. Наибольшее применение в производстве стекла находят ванные печи непрерывного действия как более производительные, экономичные и механизированные. Горшковые печи применяются при варке оптического, технического и других специальных видов стекла в небольших количествах.

Работа печей разного типа хар-ся производ-ю, кпд и расходом тепла на варку стекла. КПД печей, %: горшковые – 6-8; ванные периодические – 15; непрерывные ванные – 17-28; электрические – 60.

Производительность современных печей достигает 400 т ст. в сутки и более. Эл-кие печи – 80 т/сут.

Наиболее эффективны по доле полезно затраченного тепла на варку ст. электрические печи. Но их распространение сдерживается высокой стоимостью электроэнергии по сравнению со стоимостью природного газа и др. топлива.

Самыми неэкономичными явл. горшковые печи.

Работа печи хар-ся режимом, кот. зав. от расхода тепла, давления и состава газов. В зав-ти от Т по отдельным зонам печи устанавливают расход топлива. Ур-нь Т определяют разностью приход-расход тепла: чем >эта разность, тем выше Т печи.

1. Стекловаренные печи: назначение, общая классификация, показатели эффективности работы.

Процесс получения из шихты годной к выработке стекломассы происх-ит в стекловар. печах, обеспеч. необх. температурные условия и тепловые потоки к материалам.

Печи делятся: 1) Стекловаренная; 2)Отжигательная и 3) Специального назначения (Печи закалки, вспенивания).

Стекловар. печь – осн. теплотехнич. агрегат в технологии стекла. Сущ. много конструкций и типов печей, кот. имеют общ. признаки.

Стекловар. печи по назначению дел. на: печи для пр-ва тарного, листового, сортового стекол.

По принципу действия: 1) Периодического действия – все стадии стекловарения: силикатаобразования, стеклообразования, осветления, гомогенизация, студка – протекают в одном объеме печи, но в разные промежутки времени. Периодические бывают: ванные, горшковые. 2) Непрерывного действия – все стадии стекловарения происх. одновременно, но в разных объемах печи (ванные печи).

По типу топлива, кот. исп-ся для обогрева печи: 1) Печи на жидком топливе; 2) На газообразном; 3)Электрич. печи.

По способу подачи топлива: 1) С поперечным направление пламени; 2) С подковообразным; 3) С продольным направлением пламени.

По способу исп-ния тепла отходящих газов: 1) Регенеративные (теплообменник периодич. дейсвия); 2) Рекуперативные (теплообменник непрерывного действия – труба в тубе); 3) Печи прямого нагрева (тепло никак не исп-ся).

По конструкции: 1) Проточные; 2) С общим бассейном и т.д.

По производительности: 1) Печи малой мощности (производительность до 15 т в сутки); 2) Средней мощности (15-100); 3) Большой мощности (больше 100).

Теловой баланс:

Приходные статьи: хим. и физ. теплота топлива, физ. теплота воздуха, идущего на горение.

Расходные статьи: 1) Затраты тепла на стекловарение (полезно затраченное тепло); 2)Потери тепла в окр. среду через кладку печи; 3) С выбивающимися дымовыми газами; 4)Излучение через открытое отверстие печи; 5) С отходящими дымовыми газами.

Показатели эф-сти работы печи:

1)ТКПД – тепловой КПД. Расчет: 1 способ – по хим. теплоте топлива (μ = Q стекловар./Q топлива); 2 способ – по фактически затраченному теплу (μ = Q

стекловар./Q факт.).

2)Удельный расход тепла – опр-ся как отношение фактически подведенного тепла к производительности. (Q уд. = Q факт./P, кДж/кг)

Самый большой ТКПД у электрич. печей (до 75%) (нет потерь с отходящими газами)

Горшковые печи: типы, назначение, устройство и конструктивные особенности.

ГП преимущественно исп-ся для варки спец. стекол (технич., оптич., цветн. стекла). В таких печах готовиться небольшое кол-во стекломассы и => возник. возм-сть тщательно их подготовить.

ГП дел-ся: 1)С верхними; 2) С нижними; 3) Комбинир. способ. подвода топлива.

ГП - печи период. действия. В раб. камеру устан. от 1 до 16 горшков. Варка в горшках.

Многогоршковые печи – 10-16 горшков; для варки цветн. стеклол.

1;2-ух ГП - для варки оптич. и технич. стекол.

ГП с верхним подводом пламени – для варки стекол (высокотемпературной)с непродолжительной выработкой (тугоплавкие стекла).

ГП с нижним подводом пламени – для легкоплавких стекол, кот. требуют продолжит. режимов выработки (оптич. и сортов. стекла).

ГП с комбинир. подводом пламени – для варки тугоплавких стекол, кот. требуют длительной выдержки (при варке работает верхн. печь, а при выработке – нижняя печь).

Конструкции ГП:

раб. камера печи,

свод печи

стекловар. горшок

1. кадиевая горелка

   воздушн. регенератор

   канал для отбора дым. газов

   колодец для сбора стекломассы

9,10- металлич. обвязка

11- дополнит. каналы для отбора дым. газов

Раб. камера ГП по форме м.б.: круглой, прямоуг. или овальной.

Нижн. часть раб. камеры – окружка. В окружке напротив горшков есть окна для вставки или вынятия горшков. Эти окна м.б. заложены кирпичом или закрыты заслонками. В заслонке есть окна для обслуж. горшков – загрузка шихты, выраб. стекломассы. Между окнами есть стенки и наз. простенками. Свод м. опираться на простенки или выполняться подвесным, как в ванной печи. Место, где устан-ся горшки печи наз. стойлом. Стены раб. камеры выпол-ся с небольшим наклоном во внутрь, что позвол. обеспеч. равномер. прогрев горшка. Под печи выпол-ся из шамотных огнеупоров или дел-ся из глиняно-песчаных масс. Окружка дел-ся из шамот. огнеупоров., а верхн. часть раб. камеры и свод из динаса. Регенераторы вып-ют из шамотн. огнеупоров, т.к. высокая темп-ра достиг-ся только при варке стекла. Обвязка – для компенсации напряжений, кот. возник. в кладке при тепловом расшир-нии огнеупоров и для поддерж. всей конструкции. Нижн. обвязка монтируется в кладку печи, а вверху стягивается металлич. связями 10.

Шквара – стекломасса, кот. стекает в колодцы.

Кадиевая горелка – для подачи газо-возд. смеси в раб. камеру печи; для отбора из печи дым. газов; для сбора шквара.

Реализован нижний подвод пламени.

Недостаток: 1) Пламя бьет вверх, => сокращ-ся срок службы печи, за счет жестких условий работы свода и сокр-ся срок службы горшков; 2) Неравномер. прогрев по сечению горшка.

Преимущество: 1) Равномер. прогрев горшка по высоте; 2) Для кажд. горшка м. создать свой опр-ый темп-ный режим.

Двухгоршковая прямоуг. регенератив. печь

В такой печи, чтоб обеспечить равномерный обогрев раб. камеры печи, ширина лета горелок д. соотв-вать ширине раб. камеры печи; пламя не д.б. направлено не на горелки, не на свод печи, тогда обеспеч-ся надежная работа печи.

Раб. камера – прямоугольник (1). 2 – регенераторы.

Недостаток: 1) неравномер. прогрев горшков по высоте.

Холодный под таких печей может приводить к кристаллизации (замерзанию) стекломассы.

Недостаток решается: под печи делают массивным.

Большинство современн. ГП – рекуперативные.

Рекуперативная ГП :

Эта конструкция позвол. делать дно не массивным, а теплым и => застывание стекломассы т.о. можно предупредить!

Рекуператив. ГП по технико-экон. показателям превосходит регенеративные ГП. Они хорошо регулируются, => примен. для варки высокач. стекол.

Щелевая горелка:

Она расположена в поде печи.

Для обогрева ГП применяют газ или жид. топливо (мазут). Для сжигания мазута исп-ся капельники, т.е. мазут капают на горячую кладку и далее пары поступают в горелку.

Особенности конструкции: 1) Для регенератив. печей на 1 м2 пода печи д. приходиться ~15-20 м2 пов-ти насадки регенератора; 2) Для рекуперативн. печей уд. пов-ть насадки д.б. 15-20 м2 пов-ти нагрева на 1м3 объема печи.

Процессы варки стекла в горшковых стекловаренных печах. Технико-экономические показатели и эксплуатация горшковых печей. Стекловаренные горшки.

В горшковых печах м. исп-ть круглые и овальные горшки. Лучше исп-ть овальные, т.к. лучше исп-ся площадь пода.

Если исп-ть круглые горшки, то большая часть их пов-сти обращена наружу – к окружке, что ухудшает теплообмен.

Горшки бывают низкие и высокие. Высокие применяются, если стекломасса обладает хорошей теплопрозрачностью. Низкие и широкие – если теплопрозрачность не высокая.

В ГП выделяют температурные режимы работы: нагрев, варка стекла, студка, выработка.

Температурный график работы печи:

В ГП загрузку шихты ведут в печи разогретой до высоких тем-тур. Загрузка шихты и боя осущ. порциями. Шихту загружают на стеклобой. Загрузка осущ. так, чтоб шихта не касалась стенок горшка, т.к. она очень активна. После провара одной порции шихты (оплавления) загружают след. порцию. Итак наваривают стекломассу, пока горшок не будет полным. Затем идет осветление и гомогенизация. Для гомоген-ции исп-ся мешалки. Далее студка (III). Выработка (IV). Вырабатывается только 60-70 % стекломассы.

Первую варку в новом горшке ведут только на стеклобое (у ГП), => повыш-ся срок службы горшков. Если печь многогоршковая, а срок службы горшка ограничен (4 месяца), горшки приходится менять на работающей печи. Для этого горшок нагревают в печах до 900 градусов, а саму печь пристуживают до 1100 градусов и уже горячий горшок ставят в печь.

Горшки изгот-ют из шамотных огнеупоров методов набивки в металл. или гипсовые формы. Бывают кварцевые и др. горшки.

Технико-экон. пок-ли ГП

КПД < 5%, ГП применяются при пр-ве сортового, оптич. стекла, уд. расход тепла – 30 000-75 000 кДж/кг, производительность – 800-1300 кг/за цикл работы печи.

Преимущества ГП: 1) Высокое кач-во подготавливаемой стекломассы; 2) Можно часто менять состав или цвет стекла.

Недостатки: 1) Высокий уд. расход тепла на варку стекла; 2) Низкая производительность.

Ванные печи периодического действия: назначение, конструктивные особенности, принцип действия.

Такие печи исп-ся для варки стекломассы высокого кач-ва небольших объемов.

В отличие от ГП, в ВП варка стекломассы осущ-ся в нижней части раб. камеры печи – бассейне. Т.к. стены бассейна снаружи охлаждаются воздухом, то срок службы бассейна по срав-нию с ГП будет больше. Глубина бассейна опр-ся составом вырабатываемого стекла и может находиться в пределах 700-300 м.

Режим работы ВП анлогичен ГП, т.е. есть те же темп-ные режимы (нагрев, варка стекла, студка, выработка) и один цикл работы печи.

свод печи

пламенное пространство

выработочное окно

1. канал для слива стекломассы

   канал для отбора дым. газов

2. рекуператор

   стены пламенного пространства

Как и в ГП стекломасса полностью не вырабатывается (только 60-70%). Для смены ассортимента в конструкция таких печей предусм. систему слива стекломассы. Если надо слить стеломассу, то канал разогревают и она выливается.

Хар-ки печи: производительность – 480-3500 кг стекломассы в сутки, уд. расход тепла на варку – 11000-27000 кДж/кг.

Шихту в ВП загружают шуфлей.

К атегория:

Шлифование и полирование стекла

Варка стекла и стекловаренные печи

Стадии варки. Варка стекла - это протекающий при высоких температурах процесс превращения сыпучей шихты в расплав стекломассы, который при охлаждении становится готовым стеклом; процесс протекает в стекловаренных печах. Условно процесс варки разделяют на пять стадий: силикатообразова-ние, стеклообразование, осветление, усреднение или гомогенизация состава, охлаждение.

Силикатообразование - начальная стадия варки, во время которой в результате физических и химических процессов, в твердом состоянии образуются сложные силикатные соединения. Протекает эта стадия при температурах 800…1000 °С.

Сырьевые материалы (компоненты шихты) при прохождении этой стадии претерпевают ряд превращений: влага испаряется; гидраты, соли, низшие оксиды разлагаются и теряют летучие соединения; кремнезем меняет свое кристаллическое строение. Кроме того, на этой стадии выделяется большое количество углекислого газа С02. Этот газ в виде пузырей поднимается на поверхность вязкого расплава, где пузыри лопаются, поэтому поверхность такого расплава выглядит как бы кипящей (отсюда и происхождение термина - варка стекла). На этой стадии образуется неоднородная частично остеклованная масса, пронизанная большим числом пузырей и содержащая множество непроваренных зерен песка.

Стеклообразование - вторая стадия варки, во время которой происходит физический процесс растворения зерен избыточного песка в расплаве силикатов и стеклобоя. На этой стадии заканчиваются все химические реакции. В результате взаимодействия между гидратами, карбонатами, сульфатами окончательно формируются сложные силикаты; зерна кварца полностью растворяются и переходят в расплав. Температура 500…1400 °С на этой стадии недостаточна для плавления кварцевого песка, поэтому он не плавится, а растворяется; стекломасса становится относительно однородной и прозрачной без непроваренных частиц шихты.

В результате подъема температуры увеличивается подвижность атомов и молекул, составляющих стекломассу, что ведет к ускорению взаимного растворения кремнезема и силикатов. Благодаря этому выравнивается концентрация растворов силикатов на различных участках. Все эти превращения сопровождаются выделением большого количества газообразных продуктов. Вязкость расплава еще достаточно высока, поэтому газообразные продукты не успевают улетучиваться, и стекломасса бывает насыщена большим количеством пузырей.

В результате на второй стадии образуется неоднородная стекловидная масса, пронизанная большим количеством мелких газовых пузырьков, но уже не содержащая включений непроваренных зерен песка.

Осветление - третья стадия варки стекла. Она характеризуется тем, что происходит удаление газовых включений в виде видимых пузырей и в результате между стекломассой (жидкой фазой) и газами, растворенными в ней (газовая фаза), устанавливается равновесие. Из всех стадий процесса варки осветление и следующая за ней стадия усреднение (гомогенизация) - наиболее ответственные и сложные. Качество стекломассы зависит от того, насколько полно и интенсивно проходят эти стадии.

В расплаве стекломассы находятся газы, образовавшиеся в результате разложения и взаимодействия компонентов шихты; газы, механически внесенные вместе с шихтой; летучие вещества, специально введенные в шихту; газы, попадающие в расплав из атмосферы. Наибольшее количество газов заносится в стек- ‘ ломассу с сырьевыми материалами. При осветлении удаляются только видимые пузыри. Часть газов остается в стекломассе, растворяясь в ней. Они невидимы глазом, а поэтому не искажают оптических характеристик стекла. Чтобы эти невидимые газообразные включения не могли перейти в видимые пузыри и тем самым испортить стекло, в процессе осветления устанавливают равновесие между газами, растворенными в стекломассе и заключенными в пузырях, создавая в печи определенные условия.

Осветление происходит следующим образом: крупные пузы-ри поднимаются к поверхности и лопаются. По законам физики внутри крупных пузырей давление ниже, чем внутри более мелких. Поднимаясь более легко к поверхности, крупные пузыри по пути всасывают содержимое более мелких пузырей, в результате стекломасса осветляется. Совсем мелкие пузырьки растворяются в расплаве.

Углекислота, парциальное давление которой невысоко, стремясь выровнять свое давление, переходит в образовавшиеся от разложения осветлителя пузырьки. Они укрупняются, подъемная сила их увеличивается, вследствие чего они поднимаются к поверхности и лопаются. Газ, содержащийся в них, переходит в атмосферу печи. В свою очередь, газы, образующиеся при разложении осветлителя, переходят в мелкие пузырьки углекислого газа, укрупняют их, чем способствуют их подъему и тем самым осветлению стекломассы.

Усреднение (гомогенизация) состава - четвертая стадия процесса стекловарения - характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от пузырей, свилей и становится однородной. Несмотря на то, что в печь поступает однородная, хорошо перемешанная шихта, физические и химические процессы протекают в шихте между ее компонентами неоднородно, поэтому и состав стекломассы в различных участках печи оказывается неоднородным. При повышенных температурах составляющие части стекломассы находятся в непрерывном естественном движении, поэтому локальные порции стекломассы различного состава вытягиваются в направлении движения, образуя переплетенные жгуты, нити, которые называются свилями. Если такое стекло резко охладить, то из-за различия в показателях преломления граница раздела между участками с разным химическим составом становится видимой невооруженным глазом. Свиль, таким образом, является пороком стекла, ухудшающим эстетический вид изделия.

Гомогенизация осуществляется в основном за счет интенсивного движения (диффузии) веществ, составляющих стекломассу. Чем выше температура варки и, как следствие, ниже вязкость расплава стекла, тем лучше условия диффузии, и, наоборот, диффузия в вязкой среде, при пониженных температурах, протекает медленно и до конца варки не заканчивается. Поэтому при гомогенизации температура стекломассы играет решающую роль.

Значительно ускоряет гомогенизацию выделение пузырей. Поднимаясь к поверхности, они растягивают пограничные пленки стекла разного состава в тончайшие нити с сильно развитой Удельной поверхностью и облегчают взаимную диффузию стекломассы соседних участков. Таким образом, процесс усреднения стекла тесно переплетается с осветлением. При варке стекла в промышленных печах стадии осветления и гомогенизации протекают одновременно в одинаковых условиях, поэтому зону ос. ветления невозможно отделить от зоны гомогенизации.

Важное значение для получения однородной стекломассы имеет ее искусственное перемешивание. При варке хрустальных стекол используют керамические мешалки.

Для получения однородной массы при гомогенизации большое значение имеет однородность и тонкость помола шихты. Оказывает влияние на однородность стекломассы и бой стекла загружаемый с шихтой в печь. Обычно бой стекла несколько отличается по химическому составу от основного стекла, так как в процессе предыдущей варки он теряет часть летучих компонентов, обогащается растворенными газами и пр. Поэтому, бой стекла измельчают и равномерно распределяют в шихте.

После осветления и гомогенизации стекломасса по своему качеству полностью отвечает предъявляемым к ней требованиям, однако из-за высокой температуры расплава и низкой вязкости формировать его невозможно. Поэтому задача заключительной стадии стекловарения - подготовить стекломассу к формированию.

Охлаждение - пятая, заключительная стадия процесса стекловарения. Она характеризуется тем, что температуру стекломассы понижают для создания вязкости, позволяющей формовать из нее изделия. Температура стекломассы на этой стадии поддерживается около 1200 °С.

Стекломассу охлаждают плавно и постепенно - при резком охлаждении может нарушиться равновесие между жидкой и газовой фазой, что приведет к новому образованию газовых включений в виде мельчайших пузырьков (вторичной мошки). Освободить стекломассу от подобных газовых включений трудно из-за ее повышенной вязкости. Чтобы избежать появления пороков стекла на заключительной стадии, необходимо строго придерживаться установленного режима давления газовой атмосферы печи и понижения температуры.

Стекловаренные печи. Стекловаренная печь - это теплотехнический агрегат периодического или непрерывного действия, в котором варят стекло и готовят его к формованию. Печи обогревают либо газом, либо электричеством. По режиму работы печи бывают периодического (горшковые) или непрерывного (ванные) действия. В некоторых случаях применяют ванные печи периодического действия.

Работу печи характеризуют такие показатели, как производительность (съем стекломассы в единицу времени, т/сут; удельный съем, кг/м2 в сутки), коэффициент полезного действия и расход теплоты на одну варку или единицу количества стекла. Коэффициент полезного действия (КПД ) печей периодического действия невысок (): горшковых - 6…8, ванных - 10… 15, непрерывных ванных печей-17…28. Наиболее эффективны электрические печи - КПД 50-70 , однако более высо-

я стоимость электроэнергии по сравнению со стоимостью присного газа или жидкого топлива сдерживает широкое применение электрических печей.

Для варки стекол художественного назначения, отработки новых видов стекол, проведения экспериментальных работ и выработки высокохудожественных изделий используют гор ш ковы е печи, в которых одновременно варят в огнеупорных тиглях (горшках) стекломассу разных составов или цветов. Недостатки этих печей - низкий КПД , ручная засыпка горшков, необходимость замены лопнувших тиглей на ходу, повышенный расход топлива и т. д. В производстве сортовых изделий высокого качества из цветного и свинецсодержащего (хрустального) стекла применяют многогоршковые регенеративные печи с нижним подводом теплоты. Такие печи имеют до 16 горшков полезной вместимостью 300…500 кг и КПД до 8%.

Горшки, как правило, бывают круглые, реже овальные; в поперечном вертикальном сечении в форме усеченного конуса, реже цилиндра. Размеры горшка подбирают в соответствии с размером вырабатываемого изделия.

Шихта в стекловаренном горшке получает теплоту главным образом за счет излучения от свода печи и частично за счет теплопроводности через стенки горшка. Поэтому для горшковых печей особое значение имеет высота свода печи: чем ниже свод, тем интенсивнее прогреваются горшки и находящаяся в нем шихта.

Отличительная особенность варки стекла в горшковых печах- периодичность всех технологических процессов, которые чередуются в строгой последовательности: разогрев печи после выработки изделий, засыпка шихты и стеклобоя, варка стекла, студка стекломассы и выработка стеклоизделий.

Перед тем как использовать горшки для варки, их обжигают и постепенно, плавно вываривают до температуры 1500… 1540 °С.

Шихту и бой стекла в соотношении 50: 50 загружают в прогретые горшки в несколько приемов: сначала бой, потом шихту, причем последующие порции подают после того, как оплавились порции, загруженные ранее. После провара последней порции температуру в печи поднимают до максимальной и проводят осветление и гомогенизацию, которые могут продолжаться до 6 ч. Для интенсификации этих процессов применяют бурление стекломассы, для чего при помощи металлического стержня в стекломассу вносят кусок замоченной древесины. Под действием высоких температур из дерева бурно выделяется влага и продукты горения, что приводит стекломассу в интенсивное движение, способствуя ее перемешиванию и осветлению от газовых пузырей. Этот же эффект достигается при бурлении сжатым в°здухом, который вводят в стекломассу под давлением. После т°го как закончена варка, стекломассу охлаждают до температур рабочей вязкости, а затем начинают выработку стеклоизделий.

Обычно цикл работы горшковой печи длится одни сутки ежедневно повторяясь в течение года, иногда более - до остановки печи на ремонт.

Рис. 1. Горшковая печь с нижним подводом пламени: 1 - нижняя часть стены (окружка), 2 - рабочие окна, 3 - свод, 4 - рабочая камера, 5 - под регенератор, 7 - отверстия для обслуживания горшков, 8 - стекловаренные горшки, 9 - горелочные отверстия (кади), 10 - отверстия для загрузки горшков

Рассмотрим устройство горшковой печи. Главный элемент печи - рабочая камера, в которой устанавливают необходимое для работы количество горшков. В верхней части боковых стен расположены рабочие окна. В окружке против каждого горшка есть отверстие через которое обслуживают горшки. Для загрузки от выемки горшков в окружке и над ней сделано отверстие, которое во время работы закрывают плитами. К Промежуточное положение между горшковыми и ванными ечами занимают секционные печи. Их применяют в основном при производстве художественных изделий. Так же, как и в горшковых, в секционных печах можно варить стекломассу нескольких составов или цветов - по числу секций, представляющих собой примыкающие один к другому «карманы», выполненные из огнеупорного кирпича и имеющие общее пламенное пространство.

Ванные печи непрерывного действия - более совершенные и производительные теплотехнические агрегаты, они наиболее распространены в стекольной промышленности. При варке стекла в ванных печах все стадии стекловарения протекают одновременно и непрерывно. Это позволяет максимально механизировать и автоматизировать весь процесс, начиная от засыпки шихты и кончая выработкой стеклоизделий.

Главная часть печи - бассейн (ванна), выложенный из огнеупорных брусьев, поэтому печи называются ванными. Варочная часть бассейна (ванны) обычно имеет прямоугольную конфигурацию в плане. С одного торца ванны через загрузочный карман непрерывно автоматически загружается в печь шихта, доставляемая в контейнерах. Уровнемеры регистрируют уровень зеркала стекломассы. Если он поднимается выше заданного предела, то загрузчик шихты автоматически отключается. По мере выработки уровень стекломассы понижается, срабатывает система автоматического включения загрузчика и в ванну поступает новая порция шихты. В производстве сортовой посуды преимущественно применяют ванные печи с протоком, который располагается ниже уровня дна варочной чести. Из протока отбирают лучше проваренную и более охлажденную стекломассу.

Различные стадии стекловарения протекают одновременно в разных зонах печи. Оптимальные температуры в зонах варки 1420 °С, осветления - 1430, выработки - 1260 °С.

При варке стекол в ванной печи постоянно поддерживают окислительный характер газовой среды, в варочной части над зеркалом стекломассы устанавливают нейтральное давление атмосферы, а в выработочной части - слабоположительное. Производительность печи 6… 12 т стекломассы в 1 сут, удельный съем стекла в зависимости от интенсивности выработки 450 кг/м2 в 1 сут. Печь может отапливаться как природным газом, так и жидким топливом.

Одним из недостатков печей, обогреваемых газом, в том, что Улетучивание оксидов свинца приводит к обеднению ими поверхностных слоев стекломассы и загрязнению окружающее среды. В электрических печах в качестве источников теплоту устанавливают пристенные блочные оксидно-оловянные элект. роды. Процесс стекловарения осуществляется в вертикальном потоке под слоем холодной шихты сверху вниз. Наличие над расплавленной стекломассой холодного слоя шихты уменьшает улетучивание оксидов свинца, способствует получению однород. ной стекломассы.

При работе такой печи нет потерь теплоты с отходящими дымовыми газами. Удельные затраты энергии для получения 1 кг стекла меньше, чем в пламенных ванных печах. Кроме того, электропечи с электродами на основе диоксида олова Sn02 не оказывают никакого красящего действия на стекломассу.

Цветные стекла можно варить одновременно с бесцветным. Для этого на одном участке одновременно располагают ванную печь для варки бесцветного стекла и возле нее печи-спутники для варки цветного.

1.Назначение печи.

В данном курсовом проекте будет рассмотрена ванная печь непрерывного действия. Тип печи-регенеративная,проточная с подковообразным направлением пламени. Конструктивно печь имеет варочный и выработочный бассейн, соединенные между собой по стекломассе протоком.

Для загрузки шихты и стеклобоя печь оборудована двумя герметизированными загрузочными карманами,расположенными по ее боковым сторонам.

Варочный бассейн печи отапливается природным газом. Для отопления варочного бассейна, печь оборудована шестью горелками, расположенными с торцевой стены ванной печи, противоположной ее выработочной части.

Удаление дымовых газов из варочного бассейна стекловаренной печи осуществляется через систему дымовых каналов, оснащенных дымовоздушными клапанами, отсечным, поворотным шиберами и металлической дымовой трубой при помощи основного и резервного дымососов ДН-9У.

Для использования тепла отходящих дымовых газов, печь оборудована регенераторами с насадкой типа «Лихте» с ячейками 170х170.

Тепло отходящих газов используется также в котле-утилизаторе.

Производительность печи-70 тонн в сутки.Вырабатываемый ассортимент-бутылка из темнозеленого стекла.

2.Обоснование производительности.

Тип печи-регенеративная, проточная с подковообразным направлением пламени. Производительность печи-70 тонн в сутки. Форма и размеры выработочного бассейна приняты конструктивно из условия размещения одной машинолинии АЛ-118-2 (восьми секционная, двух-капельная). Автомат обслуживается одной бригадой из трех человек в смену(два машиниста и один наладчик стеклоформующей машины). Всего смены три. Вырабатываемый ассортимент- бутылка из темнозеленого стекла. Масса бутылки- 340 грамм. Количество резов составляет-80(в минуту). Коэффициент использования стекломассы (КИС)-0,95.

Данная стекловаренная печь предусматривает эффективную тепловую изоляцию стен и днабассейна,стен пламенного пространства, горелок, сводов варочного, выработочного бассейнов, горелок и регенераторов, что заметно увеличит производительность стеклотары на данном участке производства.

3.Выбор удельного съема и расчет основных геометрических размеров печи.

Химический состав стекла:

SiO 2 -72 %

Fe 2 O 3 +AL 2 O 3 -2,3 %

Na 2 O +К 2 О-14%

CaO+MgO-11,5%

SO 3 -0 ,2 %

Максимальная температура варки-1500˚ C

В температурном интервале от 23 до 1500˚С вязкость стекол изменяется на 18 порядков. В твердом состоянии вязкость составляет примерно 10 19 Па с, в расплавленном состоянии-10 Па с. Температурный ход вязкости показан на рисунке. При низких температурах вязкость меняется незначительно. Наиболее резкое снижение вязкости происходит в интервале 10 15 -10 7 Пас.

Кривая температурного хода вязкости.

Определяем основные размеры рабочей камеры.

Площадь варочной части печи, м 2 :

F=G* 10 3 /g ;

Где G -производительность печи, кг/сутки;

g -удельный съем стекломассы с зеркала варочной

части, кг/(м 2 *сут).

Принимаем g =1381 кг/(м 2 *сут.).

Тогда F =70000/1381=50,68 м 2 .

Длина варочной части для печи с подковообразным направлением пламени рассчитывается из соотношения

L:B=1,2:1

L * B =50,68

1,2*х*х=50,68

х2=50,68:1,2

х=6,5м (ширина B )

6,5*1,2=7,8 м (длина L )

Соотношение длины и ширины L / B =7,8/6,5=1,2

Ширина пламенного пространства на 120 мм больше ширины бассейна, т.е. 6,5+0,12=6,62 м

Высота подъема свода f =6,62/8=0,83 м.

Длина пламенного пространства 7,8+0,2=8 м.

Глубина бассейна: студочного мм, варочного мм.

Площадь студочной части при температуре варки 1500С принята равной площади варочной части: F ст= 50,68м 2 .

Ширина студочной части составляет 80% ширины варочной части: 6,5*0,8=5,2 м. Принимаем ширину загрузочных карманов (6,5-0,9)/2=2,8 м, где 0,9 м – ширина разделительной стенки. Длина загрузочного кармана 1 м.

4.Обоснование распределения температур в печи.

Термический процесс, в результате которого смесь разнородных компонентов образует однородный расплав, называется стекловарением.

Сыпучую или гранулированную шихту нагревают в ванной печи, в результате чего она превращается в жидкую стекломассу, претерпевая сложные физико-химические взаимодействия компонентов, происходящие на протяжении значительного температурного интервала.

Различают пять этапов стекловарения: силикатообразование, стеклообразование, осветление (дегазация), гомогенизация (усреднение), студка (охлаждение).

Отдельные стадии процесса стекловарения следуют в определенной последовательности по длине печи и требуют создания необходимого температурного режима газовой среды, который должен быть строго неизменным во времени. Распределение температур по длине и ширине ванной печи зависит от свойств стекла и условий варки. При варке темнозеленого стекла температура в начале зоны варки (у загрузочного кармана) 1400-1420˚С, так как в этой части бассейна печи происходят нагрев, расплавление и провар шихты, т. е. завершение стадий силикатообразования, стеклообразования и частичное осветление стекломассы. Температура стекломассы у загрузочного кармана 1200-1250˚С. В зоне осветления температура газовой среды поддерживается максимальной-1500˚С, так как при такой температуре вязкость стекломассы снижается, происходит интенсивное осветление и завершается гомогенизация. В зоне студки температура газовой среды плавно понижается до 1240˚С, что приводит к увеличению вязкости стекломассы. В зоне выработки температурный режим устанавливается в зависимости от требований, необходимых для нормальной выработки стекломассы и формования из нее стеклоизделий.

Для установления стационарного температурного режима газовой среды в печи необходимо регулировать количество и соотношение топлива и воздуха, подаваемого в печь, тщательно их смешивать и своевременно отводить отходящие дымовые газы.

Возможность установления определенного температурного режима предусматривается конструкцией ванной печи.

На изменение температурного режима оказывает влияние давление газов в рабочей камере печи. Повышение давления до определенных пределов способствует более равномерному прогреву отдельных частей печи, так как объем рабочей камеры максимально заполняется пламенем. Создание разряжения в печи приводит к уменьшению распространения пламени и присосу холодного воздуха через отверстия. Это ухудшает равномерность распределения температур и вызывает понижение температур в тех участках печи, куда проникает холодный воздух.

Температурный режим печи зависит также и от температуры факела пламени и ее распределения по длине факела. Температура факела регулируется подачей воздуха.

5.Расчет горения топлива, действительной температуры факела и минимальной температуры подогрева воздуха.

Теплоту сгорания топлива определяют по его составу:

Q н =358CH 4 +637C 2 H 6 +912C 3 H 8 +1186C 4 H 10 ;

Q н=358*93,2+637*0,7+912*0,6+1186*0,6=35200 кДж/м 3

Уравнения реакций горения составных частей топлива:

CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O+Q;

C 2 H 6 +3,5О 2 =2СО 2 +3Н 2 О+ Q ;

C 3 H 8 +5O 2 =3CO 2 +4H 2 O+Q;

C 4 H 10 +6,5O 2 =4CO 2 +5H 2 O+Q.

Коэффициент избытка воздуха L =1,1.

Расчет горения сводим в таблицу:

О 2Т иО 2Д -расход кислорода соответственно теоретический и действительный, при L =1,1; N 2Д - действительный объем азота из воздуха; V L -действительный расход воздуха для горения 1 м 3 газа; V Д -объем продуктов горения на 1 м 3 газа.

Объемный состав продуктов горения, %:

CO2=0,993*100/11,28=8,80

H2O=1,939*100/11,28=17,20

N 2=8,144*100/11,28=72,23

O 2=0,2*100/11,28=1,77

_________________________

Сумма-100

Определим расход топлива:

Составим тепловой баланс варочной части печи.

Приходная часть