ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ ВАРКИ СТЕКЛА

Стекломассу для всех видов промышленных стекол, вырабатываемых механическими способами, получают в непрерывно действующих стекловаренных ванных пе­чах. Стекломассу для некоторых видов технических, специальных и цветных стекол варят в периодически действующих (ванных и горшковых) печах. В печах пе­риодического действия варка и выработка стекломассы разделяются во времени: в разогретый горшок или ван­ну засыпают шихту и бой стекла, затем стекломассу проваривают, охлаждают и вырабатывают. При непре­рывном процессе в один конец бассейна ванной печи постоянно загружают шихту и бой, а на другом его кон­це вырабатывают изделия. Здесь все стадии технологи­ческого процесса происходят в одно и то же время.

От качества конструкции и работы стекловаренных печей зависит количество и качество вырабатываемого стекла. Они являются прежде всего технологическими установками, но вместе с тем и сложными тепловыми агрегатами с пламенным, электрическим или комбини­рованным пламенно-электрическим обогревом. Поэтому работу стекловаренных печей оценивают по технологи­ческим и теплотехническим показателям, а именно: по производительности (общей и удельной), расходу теп­лоты на варку стекла и коэффициенту полезного дейст­вия (КПД).

Общая производительность печи равна количеству тонн стекломассы (или годной продукции), получаемой за 1 сут. Удельная производительность (называемая также удельным съемом стекломассы) измеряется отно­шением суточной производительности к площади бас­сейна печи и выражается в кг/(м2-сут).

Коэффициентом полезного действия печи называют отношение количества теплоты, затраченной на варку стекла, к общему расходу теплоты на печь. В пламен­ных печах топливо расходуется главным образом на нагревание кладки печи и компенсацию разных потерь теплоты. Расход теплоты в ванных печах можно при­близительно распределить следующим образом (в %):

Расход теплоты на варку стекла (КПД) .... 17—30 Потери теплоты через ограждающие поверхности

Кладки печи...................................................................... 40—53

Потери теплоты с дымовыми газами............................... 30

В горшковых печах и периодических ваннах потери теплоты через кладку относительно еще больше: КПД горшковых печей составляет 6—8 %, а периодических ванн — 12—15 % • Самый высокий КПД —до 70% — достигнут в электрических ванных печах.

7.1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Работа каждой стекловаренной печи протекает по определенному заданному режиму, от которого зависят производительность и срок службы печи, расход топли­ва и качество стекла. Режим печей складывается из тех­нологического, теплового и газового режимов.

Технологический режим печи характеризуется видом вырабатываемых изделий, химическими составами стек­ла и шихты, способами загрузки в печь шихты и боя, способом выработки изделий, общей и удельной произ­водительностью печи.

Главные параметры теплового режима любых стек­ловаренных печей: общий расход топлива, его распре­деление по зонам печи или во времени (для периодичес­ких печей), а также температуры стекломассы и кладки печи. Количество теплоты, подводимой в печь, зависит от расходов топлива и воздуха для его сжигания, от удельной теплоты сгорания топлива, теплоты нагрева воздуха в регенераторах и от температуры пламенных газов, развиваемой при горении топлива. Вносимая в печь теплота в большой мере зависит также от полноты сгорания топлива, которая, в свою очередь, определяет­ся соотношением топлива и воздуха и качеством их смешивания.

Расход теплоты, необходимый для получения стек­ломассы, зависит от состава стекла и шихты, влажно­сти шихты и ее соотношения с боем стекла. Данные требуемого расхода теплоты при силикатообразовании приведены в табл. 7.1.

Расход теплоты на образование конечных продуктов (силикатов) меньше, чем на термическое разложение солей, так как силикатообразование протекает с неболь­шим выделением теплоты. Расход теплоты на растворе­ние зерен Si02 (стеклообразование) и на расплавление боя стекла принимают одинаковыми (~349 кДж/кг). В среднем расход теплоты на варку 1 кг расплава лис­тового или оконного стекла в зависимости от содержа­ния в шихте сульфата натрия составляет 2730— 2900 кДж/кг.

Наряду с общим расходом теплоты к параметрам теплового режима печи относят также расход теплоты по зонам печи или (в периодических печах) по перио­дам варки. В ванных печах непрерывного действия с по-

Перечным направлением пламени наибольший зональ­ный расход теплоты устанавливают в зонах провара шихты и осветления расплава; в последней зоне стекло­масса должна иметь наивысшую температуру и наи­меньшую вязкость для быстрейшего освобождения от пузырей. После зоны осветления расход газа по длине печи постепенно снижают, а затем полностью выключа­ют газ в зоне интенсивной студки стекломассы.

К параметрам газового режима ванных печей отно­сят давление газов и состав газовой среды печи. Давле­ние газов в полости печи создается в результате запол­нения ее объема продуктами горения топлива и газами шихты. Давление газов определяется объемом продук­тов горения в печи в каждый данный момент времени. При известном объеме печного пространства оно зави­сит, следовательно, от расходов топлива и воздуха (а при отоплении печей природным газом и жидким топли­вом — практически только от расхода воздуха, а также от условий тяги, т. е. от скорости эвакуации продуктов горения. Давление возрастает по высоте печного пространства. В режиме печи задают необходимое дав­ление на уровне поверхности стекломассы, поддерживая его с помощью разрежения, создаваемого дымовой тру­бой или дымососом; разрежение требуется тем больше, чем больше гидравлическое сопротивление дымового тракта. По мере старения печи в регенераторах накап­ливаются пыль шихты и образующиеся из нее шлаки; это вызывает рост гидравлических сопротивлений. По­этому, как правило, в конце кампании печи поддержи­вают более высокое разрежение дымовой трубы, чем в начале.

Давление газов в полости печи — один из важней­ших параметров режима, так как от его величины зави­сят скорость и равномерность нагревания и охлаждения поверхностного слоя стекломассы в бассейне ванной печи (на глубину до 100—150 мм от поверхности).

Химический состав газовой среды печи зависит от вида топлива, его соотношения с воздухом, а также от состава шихты и герметичности огнеупорной кладки всех элементов печи.

Достичь идеально полного сжигания топлива в пе­чах обычно не удается, и в составе продуктов горения можно одновременно обнаружить СОг, СО и свободный кислород. При содержании СО 0,3—0,4 % (по объему) среда печи — восстановительная, при отсутствии СО и при содержании 02 менее 2 % — нейтральная, а при более высоком содержании 02 — окислительная. Испа­рение влаги из шихты и горение компонентов топлива, содержащих водород, ведут к переходу в атмосферу пе­чи водяного пара. В зоне, где происходит провар шихты, газовая среда печи обогащается С02, сернистым газом и кислородом. Недостаточная герметичность кладки пе­чи вызывает серьезное нарушение заданного состава среды вследствие образующихся подсосов воздуха, вно­сящего в атмосферу печи избыток кислорода и азота. Газовый режим печи (и особенно химический состав атмосферы) оказывает большое влияние на реакции, протекающие в шихте и стекломассе.