Шихта и ее расчет

Для оценки работы составного цеха в целом по данным текущего контроля шихты рассчитывают величины среднеквадратичных отклонений от заданного состава шихты по каждому из ее составляющих за длительный период времени, а затем выводят среднеквадратичное отклонение, характеризующее постоянство состава шихты. Недопустимы односторонние по знаку многочасовые отклонения от заданных значений компонентов шихты. Допустимые отклонения в составе шихты связаны с их продолжительностью и должны уменьшаться со временем.

Наиболее прогрессивным методом контроля шихты является рентгеноспектральный анализ [10], резко снизивший время на проведение одного анализа. Метод рентгеноспектрального анализа основан на том факте, что при взаимодействии электронов или фотонов с веществом атомы последнего переводятся из нормального состояния, обладающего минимальной энергией, в возбужденное или ионизированное состояние с большей энергией. При возвращении атома в нормальное состояние избыток энергии выделяется главным образом в форме энергии излучения, длины волн спектральных линий которого определяются атомным номером элемента и занимают область 0,002 – 45 нм. Интенсивность спектральных линий характеристического спектра, в которых имеются идентичные переходы, пропорциональна числу атомов, а следовательно, концентрации соответствующего элемента. По градуировочным графикам зависимости интенсивности излучения от концентрации компонента шихты, полученным на реперных образцах, определяют концентрации компонентов шихты исследуемых составов.

1.6. Методы активизации шихты

Использование активированной шихты в производстве стекла позволяет снизить расходы на ее плавление, повысить производительность стекловаренных печей, уменьшить потери шихты на стадии загрузки, снизить летучесть компонентов шихты в процессе варки, повысить качество стекла.

Среди эффективных методов активизации шихты, развивающихся в последние годы, выделяется уплотнение с получением гранул и брикетов.

Уплотнение шихты может происходить в период смешения ее в смесителях при замене одного из компонентов шихты, находящегося в твердой фазе, на раствор [11 – 13].

11

Гранулирование шихты при смешивании можно провести при замене 50 % карбоната натрия на раствор NaOH. В Японии NaOH является отходом производства пластмасс. В шихтах, содержащих СаО (известь), также образутся NaOH в результате одновременного протекания в увлажненной шихте процессов гашения извести и реакции взаимодействия Са(ОН)2 с карбонатом натрия. В ГОСНИИ стекла разработана технология приготовления каустифицированной шихты [13]. Вместо СаО в шихту вводят обожженный доломит. Варка такой шихты начинается при температурах на 100 °C меньше, чем при варке обычной шихты, а остаточные зерна кварца полностью растворяются в силикатном расплаве при температурах

1100 – 1200 °С.

Новым направлением в приготовлении шихты является химическая активация, при которой на стадии приготовления шихты начинается силикатообразование. Это метод золь-гель, метод соосаждения [3], отличающиеся повышенной чистотой компонентов шихты и, следовательно, наиболее полным соответствием заданному химическому составу.

Для приготовления гидротермальной шихты в качестве сырья применяют опалкристобалитовые породы (диатомит, трепел, опоку и др.). Отсутствие кристаллической фазы позволяет вести процесс варки при более низких температурах [11].

К основному оборудованию для уплотнения стекольных шихт относятся смеситель, устройство для уплотнения (тарель, пресс, экструдер и др.), конвейер, классификатор, сушилка. Обязательными в установке уплотнения являются системы пылеулавливания, включающие местные отсосы или внешнюю аэрацию. В установке по уплотнению шихты (рис. 5) в тарельчатом (барабанном, роторном) грануляторе подача компонентов шихты из бункеров 1 в смеситель 3 осуществляется с помощью дозаторов и бункерных весов 2. Контейнер 9 со связующим снабжен подогревателем 7. Связующее через дозатор 6 по трубопроводу 10 поступает в форсунку 11, установленную над гранулятором 12. Некоторая часть связующего по отводу 4 с контрольным клапаном 5 поступает в смеситель 3. Сжатый воздух для распыления раствора подводят по трубопроводу 8. Компоненты шихты конвейером 16 направляются к гранулятору. В гранулятор направляется вода через форсунку 15. Конвейером 14 готовые гранулы направляются в ленточную сушилку 13, а затем на упаковку.

12

В установке по компактированию шихты на прессе с гладкими валками (рис. 6) исходная шихта поступает в промежуточный бункер 1 с вибратором 3 и предохранительной сеткой от попадания в загрузочный бункер пресса инородных предметов. Из бункера 1 шихта дозатором 2 подается в загрузочный бункер с подпрессователем 4. Образующая плитка и россыпь (часть неуплотненной шихты) поступают на ленточный конвейер 6 и элеватором 9 транспортируются на вибрационный двухситовый грохот 8. За время пребывания плиток на ленте конвейера 6 они охлаждаются и упрочняются.

Рис. 5. Технологическая схема уплотнения стекольной шихты методом окатывания

Рис. 6. Схема установки для компактирования стекольной шихты

13

На грохоте 8 плитки разделяются на крупную и товарную фракции и просыпь. Односитовый грохот делит компактированную шихту на две фракции – плитки и просыпь. Этот вариант является наиболее распространенным для производства массовых видов стекол. Просыпь возвращается на повторное компактирование в пресс 5. Готовый продукт ленточным конвейером 7 подается в бункер-накопитель 10 с шибером 11, из которого компактированная шихта транспортируется к месту загрузки в стекловаренную печь или отправляется на склад. Кран-балка 12 предусмотрен для проведения ремонтных работ оборудования.

Одним из перспективных методов уплотнения стекольных шихт яв-

ляется ее компактирование на валковых прессах. При этом снижается пы-

ление на стадиях транспортировки шихты и варки ее в печах и уменьшается улетучивание вредных компонентов из стекломассы с отходящими газами в атмосферу.

Повышение эффективности способов приготовления порошковой шихты и образования уплотненной шихты достигается рациональным использованием сырья и материалов и их дополнительной обработкой, применением централизованных баз по подготовке и обогащению сырья.

В последнее время проблеме механоактивации сырья и шихты уделяется достаточное внимание [11, 12]. Под механоактивацией тел понимают существенное повышение реакционной способности веществ при помоле в агрегатах высокоинтенсивного действия. Этот эффект является следствием нарушения в процессе измельчения структуры веществ, возрастания ее дефектности, возникновения аморфных метастабильных состояний и аккумуляции измельченными материалами подводимой к ним механической энергии, переходящей впоследствии во внутреннюю энергию вещества. Механоактивированные материалы могут аккумулировать до 10 % затраченной на помол энергии. Применение механоактивированного (тонкомолотого) сырья потребует использования высокоэффективного размольного оборудования и соответствующих ему систем очистки, так как технология отличается повышенными выбросами при работе оборудования. Процесс измельчения проводят в газоструйных и аэробильных мельницах, дезинтеграторах. Конструкция струйной мельницы производительностью 1 – 2 т/ч приведена на рис. 7 [6].

14

Исходный кварцевый песок из бункера 3 по трубам питания 2 подается в смесительные камеры 9 инжекторных узлов 13 и, смешиваясь с высокоскоростным рабочим газом (холодный или горячий режим), текущим из сопел 12, ускоряется в процессе движения в разгонных трубах 10. Ускоренные газом частицы попадают в помольную камеру 11 – в зону встречи струй и измельчения. Измельченные частицы выносятся газом в классификатор 4, где за счет центробежных сил классифицируются на фракции. Крупные частицы по трубам возврата 14 возвращаются в инжекторные узлы 13, готовый продукт выносится в пылеосадительные аппараты (циклоны 5 и 6, газопромыватель или рукавный фильтр 8), а отработанный воздух выбрасывается в атмосферу вентилятором 7.

Рис. 7. Установка для измельчения кварцевого песка на струйной мельнице

Для стекольной промышленности наибольший интерес представляет механоактивированный кварцевый песок, характеризующийся высокой химической инертностью и тугоплавкостью. Исследования показали, что использование сжатого воздуха давлением 0,4 МПа при помоле песка в струйной мельнице приводит к увеличению удельной его поверхности более чем в 3 раза, частицы песка имеют угловатую форму и размер менее 40 мкм (фракция составляет 90 %). Подтверждена дефектность и наличие внутренних пор в частицах песка, которые приводят к повышению его реакционной способности и увеличению скорости протекания процессов силикатообразования.

Характеристики различных видов активированных шихт приведены в табл. 1.

15

17

Таким образом, для введения в стекло 72,5 % SiO2 потребуется навеска песка, равная 73,23 кг. Кроме SiO2 в состав песка входят примеси СаО, МgO и Al2O3. Поэтому рассчитаем количество этих оксидов, вносимых с песком (решением соответствующих пропорций). Для определения оксида кальция

100 частей песка (по массе) – 0,4 % СаО, 73,23 частей песка (по массе) – х % СаО:

Количество СаО, вносимое посредством песка, составит 0,29 %. Аналогично определяем содержание МgО и Аl2О3:

Расчет количества доломита

Через доломит в состав стекла вводят два оксида : СаО и МgО. Расчет начинают с определения массы доломита, необходимого для введения МgО, недостающий СаО вводят через мел или известняк. Согласно заданному составу в стекло необходимо ввести 3,5 % МgO. Однако следует учесть, что 0,07 % МgО войдет в стекло с песком, следовательно, через доломит следует ввести 3,5 – 0,07 = 3,43 % МgО. Количество доломита рассчитывают составлением пропорции:

100частей доломита (по массе) содержит 21,3 % МgО,

хчастей – 3,43 % МgО:

Следовательно, для введения 3,43 % МgО необходимо взять 16,1 части доломита.

19

Определяем количество СаО, которое войдет в стекло вместе с 16,1 части доломита (по массе). Для этого составляем пропорцию:

100 частей доломита (по массе) – 31,5 % СаО, 16,1 части доломита (по массе) – х % СаО:

Таким образом, вместе с доломитом войдет 5,07 % СаО.

Расчет количество мела

Согласно заданному составу в стекло необходимо ввести 8,0 % СаО. Однако в состав стекла 0,29 % СаО уже вошло с песком и 5,07 % СаО – с доломитом. Таким образом, через мел необходимо ввести 8,0 – (0,29 + + 5,07) = 2,64 % СаО. Определяем содержание мела, необходимое для введения 2,64 % СаО:

100частей мела (по массе) содержат 54,90 % СаO,

хчастей мела (по масе) – 72,5 % СаO:

Количество мела составит 4,81 части по массе.

Расчет количества глинозема

Согласно заданному составу в стекло следует ввести 1,5 % Аl 2О3. С песком вошло 0,37 % Аl2О3, значит, через глинозем необходимо ввести 1,5 – 0,37 = 1,13 % Аl2О3. Учитывая, что в глиноземе содержится 100 % Аl2О3, следует взять 1,13 части глинозема по массе.

Расчет количества соды

В стекло необходимо ввести 14 % Nа2О. В соде содержится 57,8 % Nа2O. Для определения потребного количества соды составляем пропорцию:

100 части соды (по массе) – 57,8 % Nа2О,

х частей соды (по массе) – 14,5 % Nа2О:

20