книги из ГПНТБ / Волгина, Ю. М. Теплотехническое оборудование стекольных заводов учебник

При выработке трубок из обычного стекла темпера­ тура струи стекломассы, стекающей на мундштук, 1120—1060° С, а из термостойкого стекла— 1270— 1240° С. Чем больше диаметр трубки, тем ниже темпера­ тура струи стекломассы. Производительность одной ма­ шины составляет 10—12 т стекломассы в сутки.

§ 41. Механизированная выработка стеклянных труб

Стеклянные трубы применяют в различных отраслях промышленности в основном для сооружения трубопро­ водов. Трубы, изготовленные из стекол специальных со­ ставов, обладают высокой химической и термической устойчивостью и могут быть использованы для транспор­ тирования жидкостей и сыпучих материалов в химиче­ ской и пищевой промышленности.

Стеклянные трубы, в зависимости от их назначения, изготовляют из обычного известковонатриевого стекла типа оконного, боросиликатного малощелочного стекла

ималощелочного безборного силикатного стекла 13в. На наших заводах трубы вырабатывают в основном

из термостойкого стекла 1 Зв, имеющего состав (в %): Si02 — 63,5; А120з — 15,5; СаО — 13; MgO — 4; Na20 — 2; F — 2. В состав этого стекла не входит дорогое и дефи­ цитное сырье, что позволяет использовать его для мас­ совой выработки стеклянных труб.

Стеклянные трубы вырабатывают различными мето­ дами. Наибольшее применение имеют способы непрерыв­ ного формования: горизонтальное вытягивание, верти­ кальное вытягивание — лодочное и безлодочное.

Способом горизонтального вытягивания (см. рис. 71) можно изготовлять толстостенные трубы диаметром до 50 мм. Для вертикального лодочного вытягивания труб диаметром до 100 мм и более толщиной 8—10 мм применяют установки, подобные описанной выше (см. рис. 70). В случае вытягивания толстостенных труб высоту шахты машины увеличивают для лучшего отжи­ га и скорость вытягивания снижают до 20—25 м/ч.

Для выработки толстостенных стеклянных труб ши­ рокого ассортимента (d=50-—200 мм) используют спо­ соб безлодочного вертикального вытягивания со свобод­ ной поверхности стекломассы. Для производства стек­ лянных труб из стекла 1 Зв этим способом применяют

182

ванные печи непрерывного действия, имеющие неболь­ шую студочную часть, так как выработка труб и изде­ лий из этого стекла производится при достаточно высо­ ких температурах.

Существуют ванные печи с одной, двумя и тремя вы­ работанными камерами для вертикального вытягива­ ния труб. На рис. 72 изображена ванная печь с попереч­ ным направлением пламени, отапливаемая природным

Рис. 72. Ванная печь с поперечным направлением пламени для произ­ водства стеклянных труб

183

газом с двумя выработочными камерами вертикального вытягивания труб и одной камерой для ручной выработ­ ки фасонных частей для труб (переходы, отводы).

Верхний ряд стен бассейна печи на высоту 600 мм выкладывают из плавленых кварцевых брусьев, нижний

боточной камеры с ма­ шиной для вертикального вытягивания труб со свобод­ ной поверхности стекломассы. Стекломасса из студочной части ванной печи поступает по перешейку в выработочную камеру 1, имеющую круглую форму. Внут­

184

ренний диаметр камеры 2600 мм, глубина 450 мм, уменьшающаяся к центру камеры до 300 мм. В центре дна камеры расположено отверстие, в которое вставле­ на специальная втулка 2. Через втулку проходит шамот­ ный мундштук 3 длиной 1175 мм и диаметром 330 мм. Сверху на мундштуке установлена шамотная кониче­ ская насадка 4, размером которой определяется диаметр формуемых труб. Мундштук имеет вертикальный канал, через который проходит металлическая труба 5 диамет­ ром, равным внутреннему диаметру вытягиваемых труб, через которую подается воздух в полость вытягиваемой стеклянной трубы. К концу воздухоподводящей трубы приварена шайба 6 из жароупорной стали, образующая кольцо 7, которое препятствует попаданию стекломассы внутрь мундштука при формовании трубы. Над мунд­ штуком по его центру установлен кольцевой водяной хо­ лодильник 8, который служит для охлаждения луковицы

итрубы в процессе формования.

Всводе выработочной камеры имеется центральное отверстие 9 диаметром 500—800 мм (в зависимости от диаметра вытягиваемых труб), через которое вытягива­ емая труба направляется из камеры в шахту машины. Через это же отверстие при пуске или остановке маши­ ны опускают или извлекают кольцевой холодильник.

Камеру отапливают природным газом с помощью

тангенциально расположенных семи — десяти горе­ лок 10. Такое расположение горелок образует по пери­ метру камеры замкнутое кольцо продуктов горения, ко­ торое равномерно прогревает стекломассу, поступающую на формование.

Над центральным отверстием в своде камеры распо­ ложена машина для вертикального вытягивания труб 11. Между рабочей камерой и шахтой машины установлен металлический изолированный асбестом термостат 12, который служит для размещения в нем холодильника во время ремонта машины и разогрева стекломассы.

Машина для вертикального вытягивания труб пред­ ставляет собой шахту сечением 1100X750 мм и высотой 7800 мм, состоящую из шести равных по высоте секций, скрепленных между собой болтами. По всей высоте шах­ ты смонтировано 12 пар асбестовых валиков диаметром 125 мм, с помощью которых вытягиваемая труба пода­ ется вверх. На выходе из шахты труба разрезается на определенные размеры и специальным устройством по-

185

дается на горизонтальный рольганг, а затем в туннель­ ную отжигательную печь.

Рис. 74. Схема установки для производства стеклянных труб методом непрерывной вальцовки

параметрах формования составляет 9—10 т стекломас­ сы в сутки.

Для изготовления стеклянных труб диаметром 250— 300 мм и выше применяют и метод непрерывной валь­ цовки (рис. 74). При выработке труб этим методом стек­ ломасса из студочной части ванной печи поступает в фи­ дер 1 и через очко 2 в носовой части непрерывной струей льется на формующий вал 3, вращающийся вокруг сво­ ей оси. Количество стекломассы, подаваемой на форму­ ющий вал, регулируется плунжером 4. Струя стекломас­ сы, поступившая на вал, развальцовывается тремя роли­ ками 5 в трубу, внутренний диаметр которой равен диа­ метру формующего вала, а толщина стенки — зазору между валом и вальцующим роликом. Вальцующий ро­ лик и два прокатных ролика свободно вращаются на своих осях под действием трения, возникающего между роликом и наружной поверхностью формуемой трубы. По достижении заданного размера отформованная тру­ ба непрерывно сдвигается с вала отжимным роликом и с помощью съемных роликов направляется в отжига­ тельную печь 6.

Трубы, изготовленные методом непрерывной валь­ цовки, характеризуются точными геометрическими раз­ мерами, что является преимуществом этого метода. Ос­

187

новной недостаток метода непрерывной вальцовки—* низкая производительность (6—8 м/ч) и пониженная прозрачность вырабатываемых труб.

Г л а в а IX

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ВАННЫХ ПЕЧЕЙ

Расчет стекловаренной печи заключается в определе­ нии размеров рабочей камеры (варочного бассейна, студочной и выработочной частей), расхода топлива и раз­ меров вспомогательных элементов печи (горелок, реге­ нераторов или рекуператоров, каналов, клапанов и дымовой трубы).

Обычно при проектировании стекловаренной печи за­ даются производительность печи, состав стекла, вид и ассортимент вырабатываемых изделий, вид применяе­ мого топлива и режим работы.

В ванных печах непрерывного действия зоны варки и осветления составляют варочную часть бассейна, а зо­ ны студки выделены в самостоятельную часть бассей­ на, в той или иной степени изолированную от варочной части. К студочной части примыкают машинные каналы или отдельные машинные камеры при выработке листо­ вого или трубного стекла, а также фидеры-питатели при выработке штучного стекла. Иногда стекломасса в ма­ шины подается непосредственно из варочной части.

В производстве штучного и трубного стекла приме­ няют печи с протоком и пламенным пространством, раз­ деленным экраном или совершенно самостоятельными пламенными пространствами для варочной и вырабо­ точной частей. В производстве листового стекла вароч­ ный бассейн печи неглубоко отделен (по стекломассе) лодками или холодильниками от самостоятельной раз­ витой студочной части, а пламенное пространство раз­ делено экраном.

Максимальная температура в варочной части печи лимитируется стойкостью кладки. Распределение темпе­ ратур в рабочей камере печи зависит от состава шихты и стекломассы и вида применяемого топлива.

После выбора типа и конструкции печи определяют отдельные ее размеры, составляют эскиз печи и обосно­

188

вывают распределение температур. Затем составляют тепловые балансы отдельных частей печи и определяют расход топлива.

Определение размеров рабочей камеры ванных печей непрерывного действия для существующих конструкций и режимов работы обычно основывается на практичес­ ких данных, обеспечивающих желательные удельные съемы стекломассы.

Площадь варочной части бассейна FB, м2 определяют по допустимому удельному съему стекломассы с 1 м2 зеркала стекломассы по формуле

где С и ^ ц — заданная суточная производительность в кг/сутки и до­ пустимый удельный съем стекломассы в кг/(м2-сутки).

Значение gB для обычных конструкций печей и тем­ ператур кладки варочной части 1400—1550°С составля­

1200 кг/(м2-сутки) (более высокие значения |тв относят­ ся к содовой шихте, а низкие — к чисто сульфатной). Для ванных печей периодического действия удельный съем стекломассы с 1 м2 зеркала примерно в 3—6 раз ниже.

Допустимый удельный съем стекломассы может быть увеличен при повышении температуры в печи, увеличе­ нии количества загружаемого боя стекла, улучшении ка­

189

чества огнеупорных материалов и способов регулирова­ ния потоков стекломассы.

Площадь зеркала варочной части должна быть до­ статочна для восприятия количества тепла, необходимо­ го для провара стекломассы. Это тепло в основном вос­ принимается верхней поверхностью шихты.

Поверхностная плотность теплового потока ф, Вт/м2, передаваемого в пламенном пространстве варочной час­ ти печи поверхности шихты, в зависимости от темпера­ туры tcp примерно следующее:

Количество тепла; передаваемого от конвекционного потока стекломассы, поступающего из зоны осветления через ее нижнюю поверхность, составляет 10—20% все­ го тепла.

После определения площади варочной части бассей­ на решают вопрос о соотношении ее длины и ширины. Между длиной и шириной бассейна не существует ка­ кой-либо зависимости, и они определяются конструктив­ ными данными, обеспечивающими постоянное поддер­ жание заданного температурного режима по длине печи.

Соотношение длины и ширины варочной части бас­ сейна печей с поперечным направлением пламени колеб­ лется в пределах от 1,5: 1 до 3,5: 1, так как в этой ча­ сти бассейна необходимо располагать большое количе­ ство горелок, в печах с подковообразным направлением пламени от 1,5:1 до 2:1. При большем соотношении требуется длинное помещение, усложняется обслужива­ ние, возрастают потери тепла в окружающую среду и увеличивается поверхность соприкосновения стекло­ массы со стенами бассейна. В печах прямого нагрева от­

обычных конструкций желательно, чтобы длина факела была не меньше 4 м, так как такой факел обеспечивает полноту сгорания и достаточную равномерность распре­ деления температур по его длине.

190

В печах с поперечным направлением пламени ширина варочного бассейна составляет 4—10 м, с подковообраз­ ным 2—7 м, чаще 3—5 м. В печах с продольным на­ правлением пламени ширина обогреваемой части со­ ставляет 2—5 м, а длина 3—7 м. В печах прямого на­ грева ширина обычно не превышает 2,6—3 м.

Глубина варочного бассейна печи зависит от свойств стекломассы и огнеупорных материалов, применяемых для кладки бассейна, а также от технологических усло­ вий работы. При малой глубине бассейна дно сильно изнашивается. Поэтому при высоком качестве огнеупо­ ров дна допустима меньшая глубина бассейна, чем при плохом. Глубина бассейна уменьшается с понижением прозрачности и увеличением вязкости стекломассы.

Варочные бассейны печей для листового стекла име­ ют глубину 1,2—1,5 м, печей с протоком для бесцветно­ го стекла— 0,7—1,2 м. При варке малопрозрачных и вязких сортов стекла глубина бассейна уменьшается до 0,5—0,7 м и более. Глубина бассейна печей периоди­ ческого действия для прозрачного стекла 0,6—0,7 м и меньше.

Размеры пламенного пространства определяются размерами бассейна и расположением факела пламени. Свод и стены должны быть достаточно удалены от фа­ кела во избежание преждевременного износа. В печах с поперечным направлением пламени высота пламенно­ го пространства составляет 1,3—2 м.

Размеры студочной и выработочной частей печи опре­ деляют по практическим данным с учетом конкретных требований к конструктивному оформлению.

В печах с поперечным направлением пламени для механизированной выработки листового стекла с лодка­ ми за студочную часть принимают всю неотапливаемую часть печи за варочным бассейном, включая площадь машинного канала до мостов. Площадь зеркала студоч­ ной части составляет 75—200% площади зеркала вароч­ ного бассейна. Полное разделение газового пространст­ ва между варочным бассейном и студочной частью с помощью плоского подвесного свода или другого уст­ ройства уменьшает количество тепла, передаваемого из варочной части в студочную, что позволяет принимать площадь зеркала студочной части минимальной даже при больших удельных съемах стекломассы.

В проточных печах с разделением пламенного прост­

191