一種以發生爐煤氣為燃料製造無鹼玻璃球的方法
2023-12-04 01:37:16 3
專利名稱：一種以發生爐煤氣為燃料製造無鹼玻璃球的方法
技術領域：
本發明涉及無機非金屬材料領域，更進一步涉及玻璃球的製造方法。
二.
背景技術：
生產玻璃纖維的方法有二種，一是池窯拉絲法，二是玻璃球拉絲法。玻璃球拉絲法是先由窯爐法製造玻璃球，再經坩堝法熔融玻璃球，經拉絲製造玻璃纖維。目前，窯爐法生產玻璃球均以天然氣或重油為燃料，燃料成本佔無鹼玻璃球生產成本的50-60％，其它成本佔40-50％，且降低的可能性不大。因此，無鹼玻璃球生產企業為降低生產成本，只能從燃料方面尋找突破口，試圖使用廉價的發生爐煤氣作燃料代替天然氣或重油。自從六十年代，就有以發生爐煤氣作燃料生產無鹼玻璃球的實驗，但均因為產品質量達不到國家標準而告失敗。主要原因是煤氣的熱值比天然氣或重油低，而無鹼玻璃熔點高，致使熔制溫度達不到要求，均化不好，在使用玻璃球拉絲時，常出現斷頭，廢品率高，無法使用。
三.
發明內容
為了降低無鹼玻璃球生產成本，同時獲得符合國家標準的產品，本發明通過改進原料配方，優化工藝參數，成功地以發生爐煤氣為燃料生產出了合格的無鹼玻璃球產品。發明內容如下1.燃料煤的選擇選用熱值大於7000kcal/kg的塊狀煙煤，優選7500kcal/kg以上，要求煤中揮發份含量在28-32％之間，以保證發生爐煤氣熱值在1400kcal/m3以上。
2.原料的規格及組成無鹼玻璃球的性質決定了不能使用鹼金屬含量大的原料，為了降低熔化溫度，儘量不用或少用難熔成份高和單純sio2含量高的原料，依據上述原則，本發明確定的原料規格及組成如下石英砂 sio2＞98％ 1.2-2.2％臘石 Al2O320-21％ 54-55％sio2＜72％硼鎂石 B2O3＞33％17.6-18.6％MgO＜16％石灰石 CaO＞54％ 19.6-20.6％硼酸 H3BO32.1-3.1％螢石 CaF2＞85％ 1.2-2.2％複合澄清劑 0.3-0.4％硝酸銨 NH4NO3＞99％ 0.5-1.5％
以上各組分之和為100％。
在上述配方中，難溶且粘度大的石英砂用量較少，可降低玻璃在熔制時的粘度，利於玻璃液的均化，臘石選擇中含量Al2O3，使sio2/Al2O3比值較高，以符合產品要求，同時要求難熔的臘石顆粒度控制在60目，而易熔的石灰石和硼鎂石則控制在20-30目，這樣使原料中的氣體在進入投料池後，不會很快釋放，而在進入熔融階段初期釋放，有利於玻璃液均化，對於小料螢石、複合澄清劑和硝酸銨則要求二次混合，以避免一次混料不均，影響澄清效果。上述組成的玻璃原料鹼金屬含量小於0.5％，熔點溫度為1595℃。
3.工藝參數及其控制本發明確定的工藝參數如下(1)熔窯液面波動範圍±2mm(2)熔窯壓力17.64±1.96Pa(3)熱點溫度1595±5℃(4)料股溫度1210±10℃(5)球徑19.5±7mm玻璃熔制過程是玻璃球生產中最重要的環節，工藝上要求做到四穩，即熔化溫度穩、熔窯液面穩、窯內壓力穩、窯內火焰氣氛穩。控制方法如下(1)本發明採用毯式落層雙面火根投料方式，要求投料成「八字形」，即料堆自投料口成八字形朝小爐口方向走，當兩個料堆相遇即停止投料，該方式投料均勻，避免了集中投料追液面的情況發生，液面波動不大於5mm，減少了玻璃液對窯壁的腐蝕。
(2)熔化溫度的調節熔化溫度的穩定對無鹼玻璃球生產是一個重要條件，要求火焰清亮，長度為窯長的三分之一，熱點溫度為1595±5℃，通過煙道閘板、煤氣進氣閥、助燃風三部分互動調節，達到穩定窯內溫度的目的。
(3)窯壓控制窯內必須保證一個穩定的微正壓狀態，這對玻璃液中氣體的逸出和澄清起重要作用。如果窯壓小或負壓，那麼外界冷空氣侵入窯內致使窯溫波動，並造成熱能損失。如果窯壓過大，液面上方氣體壓力偏大，致使在澄清過程中，氣泡不能逸出，留在玻璃液中帶入成品，造成成品質量下降。本發明將窯壓控制在17.64±1.96Pa。
(4)複合澄清劑和火焰氣氛本發明使用「氧」型複合澄清劑，其組成如下As2O3＜15％SbO3＞30％
CeO 2-5％以上各組分之和為100％。
該複合澄清劑在氧化氣氛中，在1200-1400℃連續釋放出氧氣，連同玻璃液中的小氣泡一起逸出液面，從而起到了澄清玻璃液的作用。如果在還原氣氛中，該複合澄清劑就不會逸氧，也就無法澄清玻璃液，所以火焰一定要穩定在氧化氣氛中。另一方面，原料中含有少量的Fe2O3，在還原氣氛中，Fe3+還原成Fe2+，而Fe2+可導致玻璃纖維發脆。如果Fe2+過量，還會使鉑坩堝中毒。
(5)鼓泡技術 由於無鹼玻璃在熔制時粘度大，即使加熱到1595℃高溫，窯爐中玻璃液的流動性仍然很差，導致傳熱不均勻。本發明採用的鼓泡技術在窯爐熱點平行線上，每間隔1米，設一個鼓泡點，共三個，用導管吹入壓縮空氣，鼓泡數15-25個/分，氣泡直徑15-20cm。這種技術強制性地改變了玻璃液的流動方式，使玻璃液由原來的層流狀態變為局部渦流，由於渦流核心的急劇混合作用，加快了傳熱速度，使上下層玻璃液溫度縮小並使玻璃液的化學成分更均勻。
上述五方面是以發生爐煤氣為燃料製造無鹼玻璃球的關鍵技術，它們相互影響，相互制約，是不可分割的完整工藝。採用本發明製造無鹼玻璃球，其生產成本比使用重油降低40％，比使用天然氣降低28％，無鹼玻璃球的質量達到了JC557-1994標準。
四.
附圖為本發明的工藝流程圖。
五.
具體實施例方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述。
主要原料包括石英砂、臘石、硼鎂石、石灰石和硼酸，分別以總料量的1.7％、54.5％、18.1％、20.1％、2.6％配料；小料包括螢石、複合澄清劑、硝酸銨分別以總料量的1.7％、0.3％、1％配料並經預混後與主要原料一起混合，然後由供料機送到馬蹄型窯爐中，一次加料500kg，每隔20分鐘加料一次。馬蹄型窯爐融化部面積為35.75M2。選用熱值為7500kcal/kg的塊狀煙煤，由普通煤氣發生爐製造煤氣，煤氣的熱值為14500kcal/m3，煤氣進入煤氣蓄熱室，空氣進入空氣蓄熱室，經預熱後的空氣和煤氣以3∶1的比例進入空煤混合室，然後進入馬蹄型窯爐燃燒，火焰長度為窯長的三分之二，熱點溫度為1595℃，窯壓為17.64Pa，火焰氣氛為氧化氣氛。在窯爐內，玻璃原料逐漸被熔化，在窯長的三分之二處，形成穩定的拋界線和熱點，經空氣鼓泡混合，形成均勻的玻璃液。玻璃液經工作池到餵料池流出形成料股，料股溫度控制在1200℃，工作池及窯爐壁用冷卻水和冷卻風冷卻。料股進入制球機，經剪切、分球、冷卻，退火製成光滑的成品圓玻璃球。球徑19.5±7mm，制球機採用五滾筒制球機，單臺日產量4.5噸。熔化面積為35.75M2的馬蹄型窯爐，採用該工藝日可產無鹼玻璃球18噸，每噸無鹼玻璃球耗煤1.1噸，耗電150kwh，耗水30M3，生產總成本1650元/噸，比以天然氣為燃料降低28％，比以重油為燃料降低40％。產品質量達到了JC557-1994標準，經國家玻璃纖維產品質量監督檢驗中心檢驗，結果如下化學成分 SiO253.88％Al2O314.72％CaO16.43％MgO4.68％B2O38.87％R2O0.50％Fe2O30.34％FeO/Fe2O329物性二次冒泡溫度1057℃均勻性(條紋消失距離)21cm。
權利要求
1.一種以發生爐煤氣為燃料製造無鹼玻璃球的方法，玻璃原料經混合後進入窯爐，在窯爐內玻璃原料被熔化，經工作池冷卻後進入制球機製造出圓形光滑玻璃球，其特徵是熔化玻璃原料的燃料為發生爐煤氣，煤氣的熱值大於1400kcal/m3，煤為熱值大於7000kcal/kg的塊狀煙煤，窯爐內火焰氣氛為氧化氣氛，熱點溫度為1595±5℃，窯壓為17.64±1.96Pa，用壓縮空氣鼓泡均化玻璃液，玻璃原料鹼金屬含量小於0.5％，熔點溫度為1595℃，並含有「氧」型複合澄清劑。
2.根據權利要求1所述的方法，發生爐煤氣所用原料煤的熱值優選7500kcal/kg以上，要求煤中揮發份含量在28-32％之間。
3.根據權利要求1所述的方法，玻璃原料的規格及組成為石英砂 sio2＞98％ 1.7％臘石Al2O320-21％ 54.5％sio2＜72％硼鎂石 B2O3＞33％ 18.1％MgO＜16％石灰石 CaO＞54％20.1％硼酸H3BO32.6％螢石CaF2＞85％ 1.7％複合澄清劑03％硝酸銨 NH4NO3＞99％ 1％以上各組分之和為100％。
4.根據權利要求1或2所述的方法，複合澄清劑的組成為As2O3＜15％SbO3＞30％CeO 2-5％以上各組分之和為100％。
全文摘要
本發明公開了一種以發生爐煤氣為燃料生產無鹼玻璃球的方法。該方法選用熱值大於7000kcal/kg的塊狀煙煤為燃料，製得熱值大於1400kcal/m
文檔編號C03C12/00GK1463937SQ0213520
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月12日 優先權日2002年6月12日
發明者王治國, 王廷會, 賈成現, 李德平, 王業森 申請人:山東華耀玻璃纖維總廠