Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Шихта и ее расчет

.pdf
Скачиваний:
477
Добавлен:
11.02.2016
Размер:
915 Кб
Скачать
☆

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

Таблица 1

Основные характеристики различных видов активированных шихт

 

 

Размеры

 

Проч-

Насыпная

 

 

Ускоре-

Произ-

 

Получае-

Влаж-

 

 

води-

Метод

частиц

ность

масса

Эффект при стек-

Свя-

ние

тель-

мый ма-

шихты

ность,

гранул,

материа-

процес-

обработки шихты

териал

(гранул),

%

кг/гран.

ла,

ловарении

зующее

са варки,

ность

 

 

мм

 

 

кг/м3

 

 

%

линий,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т/ч

 

Сыпучая

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Увлажнение раство-

 

 

 

 

Ускорение процес-

 

 

В соот-

рами компонентов

шихта

 

 

 

 

са варки. Снижение

 

 

ветствии

шихты (растворы соды,

 

 

 

 

 

летучести компо-

 

 

с по-

азотнокислых солей,

 

 

 

 

 

нентов шихты

 

 

требно-

гидроксида натрия) и

 

 

 

 

 

и степени

 

 

стью

ПВА, включая эмуль-

 

 

 

 

1100 –

расслоения

 

 

произ-

сию мазута

То же

0,1 – 0,5

4 – 6

–

1300

 

–

5 – 10

водства

2. Измельчение компо-

10 мкм –

До 4

 

1100 –

Ускорение процес-

 

 

 

нентов шихты

Гранулы

0,1 мм

 

–

1300

са варки

–

5 – 20

0,5

3. Гидротермальный

Диаметр

 

 

 

Ускорение процес-

 

 

 

метод получения сте-

цилинд-

10 мм,

 

 

 

са варки. Снижение

 

 

 

кольной шихты

рической

длина

 

 

 

температуры варки

 

 

 

 

формы

10 – 20 мм

8 – 13

20 – 40

1000 –

на 100 – 150 0С.

–

30 – 60

5

 

 

 

 

 

1100

Улучшение одно-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

родности стекло-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

массы. Ликвидация

 

 

 

 

Гранулы

 

 

 

 

расслоения шихты

 

 

 

4. Гранулирование

 

 

 

 

Ускорение процес-

Водный

 

 

с помощью NaOH

сфериче-

 

 

 

 

сов силикато- и

раствор

 

 

с вводом его в количе-

ские, ци-

 

 

 

 

стеклообразования

50 %-

 

 

стве 50 % от общего

линдри-

 

 

20 –

 

 

ный

 

 

содержания щелочи

ческие

5 – 20

2 – 3

100

То же

 

NaOH

20 – 35

6 – 12

5. Гранулирование

Гранулы

Диаметр

 

 

Около

Ускорение процес-

Силикат

 

 

с помощью связующих

сфериче-

2 – 20

8 – 10

2 – 20

1000

са варки шихты в

натрия,

20 – 30

1,15

 

ские

 

 

 

 

1,1 – 1,3 раза. Сни-

гидроксид

 

 

 

 

 

 

 

 

жение летучести

кальция,

 

 

 

 

 

 

 

 

компонентов ших-

каолин,

 

 

 

 

 

 

 

 

ты и ликвидация

органиче-

 

 

 

 

 

 

 

 

расслоения

ские веще-

 

 

 

Гранулы

 

 

 

 

 

ства

 

 

6. Метод

 

 

 

1100 –

Ускорение процес-

Обожжен-

 

 

каустификации

 

2 – 20

4 – 5

9 – 25

1200

са варки шихты в

ный доло-

20 – 30

1 – 1,5

шихты ГИС

Пластины

 

 

 

 

1,3 раза

мит

 

 

7. Вальцевание шихты

15х35

4 –

6 – 18

Плотность

Ускорение процес-

Влага

15 – 20

5 – 80

 

толщиной

 

5,5

 

пластин

са варки шихты.

шихты

 

 

 

3 – 50 мм

 

 

 

1700 –

Ликвидация рас-

 

 

 

 

Сыпучий

 

 

 

1900

слоения

 

 

 

8. Получение шихты по

Около

-

-

500 – 700

Снижение темпера-

–

Темпе-

Опыт-

методу Ереванского

материал

0,1

 

 

 

туры варки на 150 –

–

ратура

ные

института камня и си-

гранулы

 

 

 

820 – 950

200 0 С

 

варки

линии

ликатов

 

3 – 10

20 –

20 –

 

 

 

200…

 

 

 

 

25

40

 

 

 

3000 С

 

17

2. РАСЧЕТ РЕЦЕПТА ШИХТЫ

Шихту рассчитывают на основе химического состава стекла и сырьевых материалов на 100 кг стекломассы. Применяют два метода расчета шихты: составление пропорций и уравнений. При малокомпонентном составе стекла и сырья, содержащего незначительные концентрации примесей, составляют пропорции, по которым находят требуемое количество сырья. Второй метод используют при расчетах многокомпонентных шихт из природных материалов [14 – 15].

2.1. Расчет состава (рецепта) шихты методом пропорций

Задание. Рассчитать рецепт шихты для варки стекла следующего хи-

мического состава, мас. %: SiO2 – 72,5, Al2O3 – 1,5, CaO – 8,0, MgO – 3,5, Na2O – 14,5 – из сырьевых материалов, химический состав которых приведен в табл. 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

Химический состав сырьевых материалов, мас. %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сырьевые

 

SiO2

Al2 O3

CaO

MgO

Na2 O

Потери при про-

материалы

 

каливании (п.п.п.)

 

1.

Песок

 

 

 

 

 

 

 

 

кварцевый

 

99,0

0,5

0,4

0,1

–

–

 

2.

Доломит

 

–

–

31,5

21,3

–

47,2

 

3.

Мел

 

–

–

54,9

–

–

45,1

 

4.

Сода

 

–

–

–

–

57,8

42,2

 

5.

Глинозем

 

–

100

–

–

–

–

 

Расчет количества песка

Определяем массу песка для введения в состав стекла 72,5 % SiO2. Для этого составляем пропорцию:

100 частей песка (по массе) содержат 99,0 части SiO2, х частей песка (по массе) содержат 72,5 части SiO2:

х =

100 72,5

----------------- = 73,23 частей по массе.

 

99,0

18

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:

73,23

0,4

х = ----------------

= 0,29 %.

100

 

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

 

73,23 0,1

МgО =

------------------ = 0,07 %,

 

100

 

73,23 0,5

Аl2О3 =

------------------- = 0,37 %.

 

100

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:

х =

100 3,43

---------------- = 16, 1 частей по массе.

 

21,3

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:

 

16,1 31,5

х =

--------------------- = 5,07 частей по массе.

 

100

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:

х =

100 2,64

----------------- = 4,81 части по массе.

 

54,9

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:

х =

100 14,5

----------------- = 25,09 части по массе.

 

57,8

20