Производство листового стекла флоат-способом

SiO2	Al2O3	CaO	TiO2	Na2O	Fe2O3	п.п.п.
99,6	0,12	0,066	0,47	0,02	0,06	0,41

 

Мел – мягкая осадочная  порода белого цвета, иногда слегка окрашенная примесями. Мел Белгородского месторождения, со следующим химическим составом по ОСТ 21-10, масс.%:

CaO	MgO	Fe2O3	Al2O3	SiO2
54,08	0,28	0,08	0,22	2,84

 

Доломит – природный двойной карбонат кальция и магния, горная порода, в которой кроме основного вещества содержится примеси (SiO_2, Al₂O₃, Fe₂O₃). Доломит Мелехово - Федотовское месторождения, город Ковров Владимирской обл., со следующим химическим составом по ГОСТ 23673-79, масс.%:

CaO	MgO	Fe2O3	Al2O3	SiO2
31,0	19,5	0,08	0,9	2,0

 

Оксид алюминия вводится техническим  глиноземом, поступающим с Волконского  алюминиевого завода, г. Санкт - Петербург, марка «ГО», имеющим химический состав по ГОСТ 13451-77 , мас. %: 

SiO2	Al2O3	Fe2O3	R2O
0,5	98	0,1	0,6

 

Сода представляет собой белый  пылевидный порошок низкой насыпной плотности. Она хорошо растворяется в воде  и при этом выделяет теплоту. Легко расслаивается в шихте, а также при транспортировке и загрузке в печь сильно распыляется. В связи с этим соду уплотняют. Применяют на заводах в основном два способа уплотнения: механическое уплотнение и перекристаллизацию. Поступает с Волконского алюминиевого завода, г. Санкт – Петербург, имеющая химический состав, по ГОСТ 5100 - 85, мас. %: Na₂CO₃ – 93,5%.

Сульфат натрия в стеклоделии используется для осветления стекломассы, а также для частичной замены соды при введении оксида натрия. Сульфат натрия, поступающий с Балаковского завода искусственного волокна, г. Балаково Саратовской обл., имеющий химический состав по ГОСТ 6318, мас. %:

Na2SO4	MgSO4	NaCl	SiO2
99,5	0,05	0,05	0,1

 

 

 

6.2 Расчет шихты

 

Шихтой называют однородную смесь предварительно подготовленных и отвешенных по заданному рецепту сырьевых материалов.

Необходимо рассчитать шихту для варки листового стекла следующего химического состава (мас.%):

SiO2	Al2O3	Cao	MgO	Na2O
72,0	2,0	9,0	3,8	13,2

Шихту рассчитываем по заданному  составу стекла с учетом химического состава сырьевых материалов. При расчете принимаем, что сырьевые материалы входящие в шихту, при варке стекла разлагаются, причем в стекло переходят только малолетучие оксиды, а влага и газы удаляются.[10]

Оксид натрия вводится в  шихты двумя сырьевыми материалами: содой и сульфатом. С содой вводится 80%, а с сульфатом 20% Na₂O от общего его содержания в шихте.

Химический состав сырьевых материалов представлен в табл. 7.

Таблица 7

Химический состав сырьевых материалов

Сырьевые материалы	Содержание материалов в шихте, мас.ч.	Содержание оксидов, масс.%
		SiO2	Al2O3	CaO	MgO	Na2O	Fe2O3
Кварцевый песок	X1	99,6	0,12	0,066	-	0,02	0,06
Сода	X2	-	-	-	-	54,69	-
Сульфат	X3	0,1	-	-	0,017	43,47	-
Доломит	X4	2,0	0,9	31,0	19,5	-	0,08
Мел	X5	2,54	0,22	54,05	0,28	-	0,08
Глинозём	X6	0,5	95	-	-	0,6	0,1

Для заданного состава  стекла система уравнений будит  иметь следующий вид:

99,6х₁+0х₂+0,1х₃+2х₄+2,54х₅+0,5х₆=72,0

0,12х₁+0х₂+0х₃+0,9х₄+0,22х₅+0,8х₆=2,0

0,066х₁+0х₂+0х₃+31х₄+54,05х₅+0х₆=9,0

0х₁+0х₂+0,017₃+19,5х₄+0,28х₅+0х₆=3,8

0,02х₁+54,69х₂+0х₃+0х₄+0х₅+0,6х₆=13,2

0х₁+0х₂+43,47₃+0х₄+0х₅+0х₆=2,68

Рассмотрим систему  линейных уравнений методом Гаусса на ЭВМ по программе Shihta.

Решив систему уравнений, в состав шихты на 100 г стекломассы необходимо ввести:

х₁=71,762; х₄=18,38;

х₂=19,562; х₅=5,277;

х₃= 6,179; х₆=1,159;            Sх_i=122,322

С учетом потерь соды на улетучивание (3,2 масс.%) её содержание в шихте составит:

19,562∙1,032=20,188 мас.ч.

Определяем содержание сульфата с учётом его улетучивания 5%:

6,179∙0,05=6,458 мас.ч.

Определяем содержание оксидов, вводимых в стекло с сырьевыми  материалами (мас.%):

С песком: SiO₂=71,762∙0,996=71,471;

Al₂O₃=71,762∙0,0012=0,087;

CaO=71,762∙0,00066=0,048;

MgO=0;

Na₂O=71,762∙0,002=0,015;

Fe₂O₃=71,762∙0,0006=0,044;

С содой: Na₂O=19,562∙0,5469=10,698;

Fe₂O₃=0;

С сульфатом:SiO₂=18,38∙0,02=0,368;

Al₂O₃=18,38∙0,009=0,165;

CaO=18,38∙0,31=5,698;

MgO=18,38∙0,195=3,584;

Na₂O=0;

Fe₂O₃=18,38∙0,0008=0,015;

С мелом: SiO₂=5,277∙0,0284=0,1498;

Al₂O₃=5,277∙0,0022=0,012;

CaO=5,277∙0,5408=2,854;

MgO=5,277∙0,0028=0,015;

Na₂O=0;

Fe₂O₃=5,277∙0,0008=4,222∙10^-3;

С глинозёмом:        SiO₂=1,159∙0,005=5,795∙10^-3;

Al₂O₃=1,159∙0,98=1,136;

CaO=0;

MgO=0;

Na₂O=1,159∙0,006=6,954∙10^-3;         Fe₂O₃=1,159∙0,001=1,159∙10^-3;

Результаты расчета  шихты для данного состава  стекла сводим в табл.8.

Для восстановления сульфата натрия потребуется 6% угля от всего  количества сульфата:

Таблица 8

Результаты расчёта  шихты для стекла

Сырьевые  материалы	Содержание материалов в шихте, мас.ч.	Переходят в стекло оксиды, масс.%												Итого в шихте, мас.ч.
		SiO2		Al2O3		CaO		MgO		Na2O		Fe2O3
песок	71,762	71,471		0,087		0,048		-		0,015		0,044		71,621
Сода	20,188	-		-		-		-		10,698		-		10,698
Сульфат	6,488	6,179∙10-3		-		-		1,1∙10-3		2,68		-		2,687
Доломит	18,38	0,368		0,165		5,698		3,584		-		0,015		9,814
Мел	5,277	0,1498		0,012		2,854		0,015		-		4,22∙10-3		3,03
Глинозём	1,159	5,79∙10-3		1,136		-		-		6,95∙10-3		1,15∙10-3		1,15
Итого:		72,001		2		9		3,8		13,199		0,064		100
Заданный состав стекла
			72		2		9		3,8		13,2		-		-

«Выход стекла» из шихты – это то количество стекла, которое получается из 100 кг шихты и определяется по уравнению:

124,674 кг – 100 кг

       100 кг  – х

       х=80,21 кг.

Угар шихты – это  количество газообразных летучих компонентов шихты, удаляющиеся при варки, которое составляют: 100 – 80,21 = 19,79 кг.

 

6.3 Выбор и описание  технологии приготовления шихты.

 

На качество стекольной шихты большое влияние оказывает  подготовка сырьевых материалов, включающая основные технологические операции: измельчение, растаривание, разрыхление, сушку, классификацию и обогащение. Качество сырьевых материалов для выпуска листового полированного стекла и их состав чрезвычайно велики[10].

По характеру обработки, проводимой в составном цехе стекольных заводов, материалы можно разделить на природные - песок, доломит, мел, известняк, сульфат натрия и др. и на продукты химической промышленности - сода, сурик, цинковые белила и др.

Природные материалы  поступают на завод, как правило, в необработанном виде (без предварительного измельчения и обогащения), где их подвергают специальной обработке.

Для песка применяют промывку в гидромеханических классификаторах; химическое обезжелезивание реагентами; оттирка пленки гидроокислов железа в мешалках; флотооттирка — сочетание флотации, промывки и оттирки; магнитная сепарация в магнитных сепараторах; сушка в сушильных барабанах, классификация на барабанных многогранных (сита-бурат) или вибрационных грохотах.

Доломит и мел подвергают дроблению в щековых дробилках, а затем сушке (в том числе и мел перед дроблением) в сушильных барабанах при температуре Т ≤ 4000 °С. Доломит и мел после сушки измельчают в молотковых дробилках или шаровых мельницах. Одновременная сушка и помол материалов с размером кусков до 20 • 10^-3 м осуществляться в аэромобильных мельницах с последующим контрольным просевом готового продукта[10].

Первичное дробление  сульфата натрия производится на валковых дробилках, сушка — в сушильных барабанах при Т ≤ 7000 °С,измельчение - в молотковой дробилке с последующим контрольным просевом.

Сода и обработанный сульфат после растаривания на специальных  растаривающих машинах просеиваются и поступают в бункер для хранения.

Стекольный бой после  предварительной сортировки подвергается мойке в специальных боемойках или грохотах в струе воды, после дробления в молотковой дробилке готовый бой отправляют в бункер хранения.

Для транспортировки  сырьевых материалов используют различные  транспортные средства: ленточные и  вибрационные транспортеры, ковшовые элеваторы, шнеки, питатели различных конструкций и др. Для транспортировки порошкообразных материалов используют пневмотранспорт.

Продукты химической промышленности обычно доставляют на заводы полностью подготовленными для ввода в шихту. Огромное значение имеет их точное дозирование по массе, а так же обеспечение гомогенности шихты при смешивании компонентов.

На стекольных заводах  для отвешивания сырьевых материалом и добавок используют стационарные или подвижные автоматические (или полуавтоматические) весы. Весы, транспортные средства и смесители связаны системой автоматики, обеспечивающей их синхронную работу. Допустимые отклонения по заданному составу шихты не должны превышать 0,5-1%[10].

Для смешивания шихты  используют тарельчатые смесители, в которых материал через приемную воронку загружается на вращающуюся чашу-тарель. Смешивание материалов осуществляется за счет одновременного вращения чаши-тарели и установленных эксцентрично оси смесителя лопастей или катков, имеющих индивидуальный привод. Процесс автоматизирован.

К числу технологических  способов повышения качества стекольной шихты, а следовательно, направлений по созданию и совершенствованию специального оборудования следует отнести: тонкий помол шихты и ее компонентов; увлажнение шихты водой, щелочными растворами или ПАВ; уплотнение шихты различными способами: гранулированием, компактированием или предварительным спеканием (фриттование) [10].

Выбор указанных способов повышения качества шихты обусловлен предъявляемыми требованиями:

• отсутствие расслоения (сегрегации) в процессе хранения и транспортировки;

• минимальное агрегирование и слеживание;
• наличие минимального количества пылящих фракций;
• отсутствие фракций более 2 • 10^-3 м;
• влагосодержание не более 3-5% [11].

Установлено, что измельчение частиц песка до размера 100 • 10^-6 м ускоряет процессы стеклообразования, повышает однородность шихты и уменьшает ее склонность к сегрегации. Более тонкое измельчение зерен песка приводит к ее агрегированию и ухудшению стеклообразования.

Проведенные исследования [10] показывают, что тонкое измельчение всей шихты является эффективным средством повышения производительности варки стекла, а скорость этого процесса возрастает с увеличением дисперсности шихты.

Перспективным направлением активации реакционных свойств кварцевого песка является обеспечение зернам микродефектной структуры, которые в процессе нагрева в печи раскрываются и увеличивают количество контактирующих поверхностей между реагирующими компонентами шихты.