年产270万重箱浮法玻璃厂原料车间工艺设计--毕业论文.docx

年产270万重箱浮法玻璃厂原料车间工艺设计

摘要

设计中介绍了一套规模为270万重箱/年浮法玻璃厂原料车间工艺设计，在设计过程中，首先对工艺流程中的配料进行了计算，以及产量及物料平衡计算[2]；然后根据计算的数据，对原料车间进行工艺流程设计。并且重点分析了浮法玻璃的工艺流程和制造优点，整个设计过程通过与目前浮法玻璃生产的主要设计思路对照，采用了国内外先进技术，具有一定的可行性[1]。

关键字：浮法玻璃 配料计算 物料平衡 产量计算 工艺流程

前言：
浮法玻璃是我国尚世纪七十年代末，由洛阳玻璃厂引进英国皇家浮法玻璃生产线[1,2]。浮法玻璃常用的原材料有：石英砂、长石、石灰石、白云石、纯碱、芒硝、碳粉、铁粉、氧化钴[3]。按照一定的比例和顺序加入搅拌机内进行一定时间的干湿混合后，进入窑头，经投料机推入熔窑。熔窑将配合料熔化成玻璃液，熔融的玻璃液从池窑中连续通入保护气体（N2及H2）的锡槽中并漂浮在密度相对大的锡液表面上，在重力和表面张力的作用下，玻璃液在锡液面上铺开、摊平、形成上下表面平整、硬化、冷却后被引上过渡辊台。辊台的辊子转动，把玻璃带拉处锡槽进入退火窑，经退火、切裁，就得到平板玻璃产品[5]。
浮法与其他成型方法比较，其优点是：适合于高效率制造优质平板玻璃，如没有波筋、厚度均匀、上下表面平整、相互平行；生产线的规模不受成形方法的限制，单位产品的能耗低；成品利用率高[4]；易于科学化管理和实现全线机械化、自动化，劳动生产率高；连续作业周期可长达几年，有利于稳定地生产[6]；可为在线生产一些新品种提供适合的条件。大吨位低单位产品能耗和小吨位高产品价值是今后平板玻璃熔窑的发展方向，没有地缘优势，产品技术特点，小吨位、高耗能的普通浮法玻璃将在市场上没有立足之地[1,5]。
在技术领域，采用中国浮法玻璃技术建设的生产线，技术装备与实物质量已达到国际先进水平。通过对原料配料称量，熔窑、锡槽、退火窑三大热工设备及自动控制系统成套软件的一系列科技攻关，进而对各关键技术进行系统集成和工程转化，形成了具有自主知识产权并全面达到国际先进水平的新一代中国浮法玻璃技术[7,8]。
目前国际玻璃新技术均向能源、材料、环保、信息、生物等五大领域发展。在材料方面，主要指玻璃原片的生产向大片、薄片、厚片、白片四个方向发展。在研发新技术方面，通过对玻璃产品进行表面和内在改性处理，使其具备强度、节能、隔热、耐火、安全、阳光控制、隔声、自洁、环保等优异功能[9]。
正文
第一章 设计说明
1.1设计依据
产品方案：浮法平板玻璃
生产规模：270万重箱
浮法工艺优点多，例如建设快，质量好，产量高，成本低，品种多所以为进一步提高产品质量和产量，并且节约成本，我们将使用浮法工艺来生产玻璃。
玻璃组成的设计原则：
1) 设计的玻璃最够满足给定的性能要求
2) 设计的玻璃组成易于形成玻璃，析晶倾向小
3) 设计的玻璃组成能够适合一定的熔制，成型，退火，加工等生产工艺条件
4) 设计的玻璃组成应当价格低廉，原料易于获得
1.2 成分作用
本次设计是钠钙硅浮法玻璃的设计，其主要成分二氧化硅（SiO2），氧化钠(Na2O)，氧化钙(CaO)，氧化镁(MgO)，氧化铝(Al2O3)，氧化铁(Fe2O3)等。
（1）SiO2 SiO2 是形成玻璃的最主要成分，也是构成玻璃的基础，为玻璃形成体。它赋予了玻璃一系列优良性能，如透明度，机械强度，透紫外光性，化学稳定性和热稳定性等。玻璃液的粘度、热稳性和化学稳定性均随含量增高的增加而提高；密度和热膨胀系数随含量的增加而降低。缺点是熔点高、粘度大，使玻璃熔化、澄清和均化困难，能耗增加，一般在控制在71%~73%。
（2）Al2O3 少量的Al2O3在玻璃中为四面体结构，起到补网的作用，也可以提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，称网络中间体。太多了会使玻璃的熔化速度减慢和会使澄清时间延长，也不利于均化，而且对玻璃液在锡槽中摊平抛光也不利。一般控制在0.1%~1.6%。
（3）Fe2O3 钠钙硅玻璃中的Fe一般以Fe2+和Fe3+状态存在，均有颜色，因此在玻璃中Fe是杂质，引入Fe会使玻璃产生颜色，降低玻璃的透明度和白度，因此玻璃中Fe的含量应尽量的低，一般控制在0.07~0.21%。
（4）CaO 是玻璃网络外体，在一定范围内能加速玻璃的熔化和澄清过程，并提高玻璃化稳性。高温时降低玻璃粘度，低温时增加玻璃液粘度，亦可调整玻璃的料性，提高玻璃的硬化速度。但玻璃中CaO的含量不宜太大，如大于10%，则玻璃易产生结晶。一般在7.7%~10.0%。
（5）MgO MgO能提高玻璃的化学稳定性和机械强度，并能减低玻璃的析晶倾向，与CaO一样为网络外体。生产中MgO对玻璃液的粘度有复杂的作用，当温度高于1200℃时，会使玻璃的粘度降低，而在1200~900℃之间，又有使玻璃液的粘度增加的倾向，低于900℃反而使玻璃的粘度下降，因此，玻璃中MgO含量不宜太大，一般控制在4.0%左右。
（6）R2O 这里主要是Na2O和K2O，Na2O在玻璃结构中主要起断网作用为网络外体，可以大幅降低玻璃液的粘度，降低玻璃的熔化温度，增加玻璃的流动性，是良好的助熔剂。但过多的Na2O会降低玻璃的化学稳定性、热稳定性及机械强度，还容易使玻璃析碱、发霉，并使生产成本增加。K2O和Na2O一样为网络外体，起助熔作用。K2O代替Na2O具有“双碱”效应，提高玻璃化学稳定性，减少玻璃的析晶，改善玻璃的析晶倾向。在浮法玻璃生产中引入K2O主要是它能降低玻璃表面张力，有利于玻璃液在锡槽中摊平和抛光，获得高质量的玻璃表面并改善玻璃的光泽。R2O的含量一般在13.4%~14.6%。
第二章 配料计算
2.1配料计算的相关参数

1、某玻璃成分（%）
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
SO3
72.10
1.60
0.18
7.70
4.05
14.20
0.08
2、原料化学成分（%）
名称
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
Na2SO4
C
硅砂
91.60
4.21
0.29
0.52
0.17
3.21

砂岩
98.76
0.56
0.10
0.14
0.02
0.19

白云石
4.00
0.40
0.19
31.00
21.20

石灰石
2.60
0.40
0.13
54.00
0.94

纯碱

57.91

芒硝

42.79
99.03

煤粉

87.15
3、原料含水率及加工损失率
名称
原料含水率（%）
原料加工损失率（%）
硅砂
2
3
砂岩
1
2
白云石
1
2
石灰石
1
2
纯碱
1
5
芒硝
2
2
煤粉
2
3
4、工艺参数
指标名称
取值
纯碱挥散率（%）
3
芒硝含率（%）
5
煤粉含率（%）
4
总成品率（%）
80
碎玻璃损失率（%）
0.5
玻璃液密度（t/m3）
2.5
年工作日（d/a）
345
拉引速度（m/h）
3mm
670-730
4mm
470-530
5mm
360-440
6mm
250-350
原板有效宽度（m）
270万重箱4.2
2.2配料计算
根据原料成分表进行计算
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
SO3
72.10
1.60
0.18
7.70
4.05
14.20
0.08
1. 硅砂与砂岩的计算
先满足SiO2与Al2O3
>> A=sym([0.9160 0.9876;0.0421 0.0056])
b=sym([72.10;1.60])
X1=A\b
硅砂：29410000/911209=32.275kg
砂岩：39245250/911209=43.069kg

用量（Kg）
Mg0（Kg）
CaO（Kg）
Na2O（Kg）
硅砂
32.275
0.05486
0.1678
1.036
砂岩
43.069
0.00861
0.0602
0.0828
合计
75.344
0.06347
0.228
1.1188

2. 白云石与石灰石的计算
再满足CaO与MgO
剩余CaO=7.70-0.228=7.4720Kg
剩余MgO=4.05-0.06347=3.9865kg
A=sym([0.31 0.54;0.212 0.0094])
b=sym([7.4720;3.9865])
X1=A\b
白云石： 18.666Kg
石灰石： 3.1215kg

用量（Kg）
Si02(kg)
Al203(kg)
白云石
18.666
0.7466
0.07466
石灰石
3.1215
0.08116
0.012486
合计
21.7875
0.82776
0.087146

3. 纯碱和芒硝的计算
满足Na2O的量
剩余Na2O的量为=14.20-1.1188=13.0812
芒硝的含量=5*13.0812/42.79=1.5285
芒硝引入的Na2O的量为：1.5285*0.4279=0.6540Kg
纯碱的含量=（13.0812-0.6540）/0.5791=21.4595Kg
4. 校正纯碱用量和挥散量
校正后的纯碱用量：（14.20-1.1188-0.6540）/0.5791=21.4595Kg
挥散量：0.6637Kg
5. 校正硅砂与砂岩的含量
A=sym([0.9160 0.9876;0.0421 0.0056])
b=sym([71.2722; 1.5129])
X1=A\b
硅砂的校正用量为：30.0429Kg
砂岩的校正用量为：44.3022Kg
6. 煤粉的用量=0.04*1.5285*0.9903/0.8715=0.0695Kg

7. 上述计算结果汇集成原料配料表
原料名称
100kg玻璃液所需各原料量（kg）
各原料配比
各原料引入氧化物量（kg）

SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
硅砂
30.043
0.252
27.519
1.265
0.087
0.156
0.051
0.964
砂岩
44.302
0.372
43.416
0.248
0.044
0.062
0.009
0.084
白云石
18.666
0.157
0.747
0.075
0.035
5.786
3.957
0.000
石灰石
3.122
0.026
0.067
0.012
0.004
1.686
0.029
0.000
纯碱
21.460
0.180
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
12.427
芒硝
1.529
0.013
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.657
煤粉
0.070
0.001
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
合计
119.190
1.000
71.750
1.600
0.171
7.690
4.046
14.133
8.玻璃获得率：n=100/119.19=83.9%
第三章.玻璃产量计算
3.1各类类厚度的取值
3mm
670
4mm
470
5mm
360
6mm
250

1）产品任务表
各类产品厚度
比例
年产重量箱数（万）
年产（万m2）数
3mm
30
81
542.7
4mm
20
54
253.8
5mm
30
81
291.6
6mm
20
54
135
合计
1
270
1205.1

2）完成各类产品所需要生产天数表

完成各类产品所需的天数
工作日比例
3mm
97.11
0.29
4mm
66.96
0.20
5mm
100.45
0.30
6mm
66.96
0.20
合计
331.48
1

331．48天<345天，员工能在规定时间内完成任务。
3）各类产品实际生产天数和实际生产量

各类产品实际生产天数（天）
实际生产量（万m2）
重量箱（万）
3mm
100.05
540.56
80.68
4mm
69
261.52
55.64
5mm
103.5
317.16
83.46
6mm
69
173.88
69.662
4）产量汇总
产品厚度(mm)
3
4
5
6
年总数
年产(万m2)
540.56
261.52
317.16
173.88
1293.12

年产重量箱（万）
80.68
55.64
83.46
69.662
289.442

产量计算汇总后，实际年总重箱数为289.442万，与设计任务书270万相当，故所取的指标是恰当的。
第四章．物料衡算
4.1熔化需要的玻璃液量=（年实际重箱数*玻璃密度*重箱体积）/总成品率
=（289.442*2.5*0.002*10）/0.8=18.09万t

4.2 生成碎玻璃量=熔化玻璃液量*（1-总成品率）

=18.09*0.2=3.618万t

4.3 碎玻璃回窑量=生产碎玻璃量*（1-碎玻璃损失率）
=3.618*0.995=3.599万t

4.4 配合料熔成的玻璃液量=熔化需要玻璃液量-碎玻璃回窑量
=18.09-3.599=14.491万t

4.5 粉料配合料干基用量=需用粉料配合料熔成的玻璃液量/玻璃获得率

=14.491/0.839=17.27万t
4.6 各原料用量。
某种原料干基用量=粉料配合料干基用量*某种原料配比
某种原料湿基用量=某种干原料/(1-原料含水率)
某种原料实际加工量（湿基）=某种原料湿基用量/(1-原料加工损失率)

4.7 计算结果汇总表
物料名称
原料配比（%）
原料用量（干基）

原料含水率（%）
原料用量（湿基）

加工损失率（%）
原料实际加工量

万t
万t/d

万t
万t/d

万t
万t/d
硅砂
0.252
4.352
0.0126
2
4.4408
0.0129
3
4.5781
0.01327
砂岩
0.372
6.424
0.0186
1
6.4889
0.0188
2
6.6213
0.0192
白云石
0.157
2.711
0.0079
1
2.7384
0.0079
2
2.7943
0.0081
石灰石
0.026
0.4490
0.0013
1
0.4535
0.0013
2
0.4628
0.00134
纯碱
0.180
3.1086
0.0090
1
3.1400
0.0091
5
3.3053
0.00958
芒硝
0.013
0.2245
0.0007
2
0.2290
0.0007
2
0.2337
0.006773
煤粉
0.001
0.0173
0.00005
2
0.01765
0.00005
3
0.0182
0.000052
配合料总量
1.000
17.2864

0.05015

17.50825

0.0507

18.0137

0.058315

碎玻璃

3.599
0.01043

3.599
0.01043

3.599
0.01043
混合料总量

20.8854

0.06058

21.10725

0.06113

21.6127

0.068745

第五章 工艺流程
5.1 原料的破碎与粉碎
破碎与粉碎主要是根据原料的硬度、块度和需要粉碎的程度选择加工方法和加工设备。
玻璃工厂中，石灰石、白云石、长石等块状通常用颚式破碎机进行破碎，然后用锤式破碎机进行粉碎，从而制得粒度符合要求的粉状原料。砂岩、石英岩的硬度较大，用量也多，为了减少破碎时物料对机械设备的磨损，正常情况下应对其煅烧。由于纯碱和芒硝易结块，所以通常用锤式破碎机或笼形碾进行粉碎。
5.2破碎和粉碎的设备选型为：
1) LF600型笼形辗：生产能力：1~3t/h 物料最大粒度：´100mm 主轴转速：400r/min 功率：5.5kw 外形尺寸：1200mm´1450mm´882mm 机重：0.6t
2) PG630´300辗式破碎机： 最大进料尺寸：10~25mm 出料 粒度：0~10mm 生产率：2~8t/h 辗子转速：80r/min 机重：4.85t 电机功率：15kw
3）PE250´400颚式破碎机：进料口尺寸：400mm´250mm 最大进料粒度：210mm 产量：5~20t/d 排料口调整范围：20~60mm 外形尺寸：1450mm´1315mm´1296mm 电机功率：15kw
4）PC800´600锤式破碎机： 给料粒度：300mm 出料粒度：30mm 产量：25~50t/h 功率：55kw 机重：2t
5.3 原料的筛分
各种块状原料经粉碎必须进行筛分，将杂质和大颗粒部分分离出去，使物料具有适宜的颗粒组成以保证配合料混合均匀和避免分层，不同的原料有不同的粒度要求，配合料中各原料应有一定的粒度比，难熔化的原料其粒度应适当细些。
原料的筛分一般只控制原料粒度的上限，对于小颗粒部分则不作分离，原料的粒度一般用通过的筛孔数表示，一般要求如下：石英砂，通常只通过36~49孔/cm2的筛。因为在选用石英砂使，对其颗粒组成已进行分析，到厂后过筛的目的并不是对其粒度进行控制，而是为了除去杂草、石块、泥块等外来夹杂物。
砂岩、石英砂、长石，通过81孔/cm2的筛。 纯碱、芒硝、石灰石、白云石，通过孔/cm2的筛。 设备选型： 2000mm´900mm机动筛和´1100´2000mm六角筛
5.4 原料的称量与机械混合
称量原料是重要的一个过程。称量必须做到准确无误，否则会使玻璃的成分改变，这不仅会给玻璃的熔制和成型带来一系列困难，而且还会影响制品的性能，造成制品的各种缺陷。
随着玻璃厂自动化水平的不断提高，电子计算机在配料生产线上的应用，自动电子秤的不断完善和精度的不断提高，目前大型玻璃厂广泛采用电子秤作为主要称量设备。
称量的设备选型为XSP006 型配料秤，XSP006配料秤的规格性能如下：
最大称量：60Kg
最小分度值：0.1kg
允许误差：0.15
秤斗容积：0.14m3
单机外形尺寸：850*400*1400
电源电压：220v
气源气压:(5-6)*105pa
计量周期:2min
机重：0.4t
各种粉粒原料在外力作用下运动速度和方向不断改变，使各组分粒子得以均匀分布的操作即为混合的作用机理。混合的目的是为了给玻璃的熔制提供均匀的配合料。而且如果混合的不够完全，则玻璃制品中会出现条纹，气泡及结石等缺陷。根据每日混合配合料的总质量，及其加水量的多少，即可。
5.5 工艺流程图

参考文献

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[2] 杨保泉．玻璃厂工艺设计概论[M]．武汉工业大学出版社，1989
[3] 赵彦钊．玻璃工艺学[M]．化学工业出版社，2013
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[5] 宋晓岚．无机材料工厂工艺设计概论[M]．冶金工业出版社，2009
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[8] 武丽华，陈福，李慧琴等编著.玻璃熔窑耐火材料.北京:化学工业出版社，2009
[9]徐德龙，谢峻林编著.材料工程基础.武汉:武汉理工大学出版社，2008