一種玻璃飛行熔化的製造方法

2023-05-27 18:03:01 1

專利名稱：一種玻璃飛行熔化的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種玻璃飛行熔化的製造方法，所述的玻璃製造方法可用於平板玻璃、瓶罐 玻璃、玻璃光纖、電子玻璃以及一些特種玻璃的製造生產。二、 背景技術近年來，世界玻璃工業發展十分快速，玻璃年產量己高達上億噸。隨著科學技術的發展 和人們生活水平的日益提高，玻璃及其加工製品應用領域不斷擴大，廣泛應用於建築、交通 運輸、裝飾裝修、電子信息、太陽能利用及其他新興工業，在國民經濟建設中發揮著至關重 要的作用。玻璃工業屬於典型的資源、能源高消耗型產業。在玻璃製造過程中，用於玻璃熔 化的能耗佔整個工業總能耗的75%，能源成本佔總成本的30%以上。因此，玻璃熔化是玻璃生 產節能降耗環節中的重中之重。至今140多年，眾多玻璃生產廠家和科研人員在優化爐窯設 計、原料預熱、燃料和助燃劑的選擇、電爐助熔、負壓澄清、延長爐窯壽命等方面做了很多 工作，也取得了一定的效果。但總的來說，這些改進沒有從根本上改變傳統的玻璃熔化工藝， 沒有推動玻璃工業的大步前進。玻璃生產主要包括熔化和成型兩大工藝。目前各種大規模生 產用玻璃熔化池窯都是在19世紀60年代德國西門子兄弟研製的蓄熱式連續熔化池窯基礎上 改進的。其生產工藝為配合好的原料在熔窯的一端成堆加入，主要利用料堆上方燃料燃燒 產生的火焰輻射加熱，經過高溫熔解、澄清、均化等過程形成均勻的、無氣泡、無結石的玻 璃液，然後再經過成型，退火等工序得到合格玻璃產品。該熔化工藝存在的缺點是熔制時 間長(20-70 h)、爐窯熱效率低(25%-40%)、單位能耗大(5800-8000kJ/kg玻璃液)、汙染 重(C02、 N(X等煙氣和粉塵)。玻璃熔制過程涉及到一系列複雜的物理、化學、物理化學的現象和反應，其中主要包括 矽酸鹽的形成、玻璃形成、玻璃液的澄清、均化和冷卻五個階段。傳統玻璃熔化工藝能耗高 的根本原因在於Si02熔解難、熔化時間長、熱利用效率低、澄清均質慢。三、 發明內容本發明為了解決上述問題，其目的在於提供一種玻璃飛行熔化的製造方法。所述玻璃制 造方法是將配合好的玻璃原料首先製備成粒度較小的球形顆粒，再從高溫火焰中心噴射入熔 化池，使原料在飛行瞬間熔融成玻璃液並釋放出分解氣體，以大幅縮短玻璃製造時間節省能 耗降低煙氣及粉塵排放。此外，該方法所用的裝置將簡化現有的爐窯結構，減少設備投資和佔地面積。本發明按以下技術方案實施 圖l本發明玻璃飛行熔化窯結構圖。(1) 將玻璃原料粉碎至粒度小於200目，按所需的玻璃成分進行稱量配比，配合好的 物料加入到固液比為1 5的水或乙醇分散劑中，以100-600r/min的速率攪拌混合，然後 將混合好的液狀物料在150-300°C的溫度下製成粒度小於0. 5mm的球狀顆粒；(2) 將上述得到的球狀顆粒在餵料機和傳輸氣流的作用下從玻璃飛行熔化窯噴嘴入口以 20g/min 100kg/min的速率噴射進入熔化池內，使配合料裡面各種鹽類在1800 10000°C 的高溫熱源中分解釋放出氣體，並使物料在飛翔下降瞬間熔融成玻璃液；(3) 熔融的玻璃液在機械攪拌漿的作用下澄清、均化後進行成型、退火工序以得到合格 的玻璃產品。本技術和現有技術相比具有以下優點① 單顆粒在高溫飛行瞬間完成了鹽類的分解、矽酸鹽和玻璃的形成以及局部均質等反應；② 各種鹽類分解所產生的氣體不進入玻璃溶液，大大減輕了澄清工序的負擔；③ 顆粒熔化過程主要採用傳導和輻射加熱，改變了傳統工藝僅靠火焰輻射加熱的方式， 提高了熱傳遞效率，大幅縮短了玻璃熔化時間，節省了能量消耗，降低了環境汙染和運行成本， 提高了產能和產品質量； 方便更換玻璃產品成分和少量化玻璃生產。所述玻璃飛行熔化窯的結構本申請人已在申請號為200820081589.2的中國專利申請中 公開，其包括物料入口l,噴嘴2，熔化池3，高溫熱源4，輔助熱源5，玻璃液排放口7，玻璃液擋板 8,初級玻璃液出口9，澄清池IO，攪拌漿ll,玻璃液出口 12。噴嘴2安裝在熔化池3的上部中心線 位置，輔助熱源5安裝在熔化池的兩側玻璃液上方位置，玻璃液排放口7位於熔化池的底部，初 級玻璃液出口9位於熔化池3和澄清池10之間，攪拌漿11安裝在澄清池10的底部，沿澄清池的 長度方向均勻分布。圖l是本發明玻璃飛行熔化窯結構圖。四

:圖l是本發明玻璃飛行熔化窯結構圖，圖中l是物料入口， 2是噴嘴，3是熔化 池，4是高溫熱源，5是輔助熱源，7是玻璃液排放口， 8是玻璃液擋板，9是初級玻璃液出 口， IO是澄清池，ll是攪拌漿，12是玻璃液出口。五具體實施方式
實施例1 :將粒度小於0. lmm質量比為61%的石英砂(Si02)， 23. 3%的純鹼(Na2C03)， 14. 9%40.8%的芒硝(Na2S04)粉碎至粒度小於300目合計稱量100kg，加入到 乙醇濃度為0. 5 mol/L，固液比為3的乙醇溶液中攪拌，混合好的配合料利用液泵將其噴射入 噴霧乾燥設備內在200°C的高溫下製成平均粒度為51nm的球狀顆粒。將得到的球形原料經過餵料機以100 g/min的速率噴射入氧氣-丙烷燃燒的玻璃飛行熔化 窯內,噴嘴口瞬間溫度為500(TC以上，在噴嘴下方0. 5m距離處設置水冷收集器以收集玻璃粉 末進行產品性能檢測。具體工藝參數如下爐子燃燒功率38kW，助燃氧氣速率120L/min，燃料 丙烷(C3H8)速率30L/min，餵料速度100g/min，顆粒空氣載流速率30L/min。分析結果表明， 球形原料在氧氣-丙垸燃燒爐內飛行瞬間熔化成晶瑩通明的玻璃液體，原料瞬間分解率為98%， 鈉鈣矽玻璃的熔化率為95%。將得到的玻璃進行感應耦合等離子體質譜分析，其質量組成為 72. 5%Si02， 15, 8%Na20， 11.7%CaO。實施例2:原料配比與例1相同，粉碎至粒度小於250目篩後合計稱量lOOkg，加入到固液 比為2的蒸餾水中攪拌，充分混合好的配合料利用液泵將其壓入圓盤制粒機內，在25(TC的 高溫下製成平均粒度為78nm的球狀顆粒。將得到的球形原料經過餵料機以20g/min的速度噴入射頻感應等離子體中，噴嘴口瞬間 溫度為8000°C以上,在噴嘴下方0. 4m距離處設置水冷收集器以收集玻璃粉末進行產品性能檢 測。具體工藝參數如下電源功率20kW，頻率4MHz，氬氣等離子氣流2L/min，餵料速度20g/min， 氬氣輸送氣流6L/min。結果表明，球形原料在射頻感應熔化爐內飛行瞬間全部熔化成鈉鈣矽 玻璃，原料中各種鹽類的分解率及熔化率為100%。熔化後的玻璃成分質量組成為74.4n/。Si02， 13. 3%Na20， 12.4%CaO。實施例3:將粒度小於0. lmm質量比為41. 2%的石英砂(Si02)， 22. 4%的硼酸(跳)，8. 4% 的氧化鋁(A1A)， 27. 1%的碳酸鋇(BaCO》和0. 9%的三氧化二銻(Sb203)粉碎至粒度小於 350目後合計稱量100kg，加入到固液比為3的乙醇溶液中攪拌，混合好的配合料利用液泵將 其噴射入噴霧千燥設備內在200°C的高溫下製成平均粒度為80nm的球狀顆粒。將得到的球形原料經過餵料機以70g/min的速度噴入12相交流電弧中，在噴嘴下方lm 距離處設置水冷收集器以收集玻璃粉末進行產品性能檢測。具體實驗參數如下電源功率46kW, 輸出電壓190V，輸出電流280A，餵料速度70mg/min，氬氣輸送氣流20L/min。取製備的玻璃 粉末100mg倒入白金坩堝中，然後放入箱式電阻爐中加熱到1650oC並保溫2h，待其冷卻後取出。將少許玻璃樣品研磨後進行成分分析，得到玻璃成分的質量組成為50%Si02， 12.9%B203，10%A1203， 26.2%BaO，0.9%Sb2O3。以上結果表明，球形無鹼原料在全部熔化成鋁硼酸鹽玻璃， 原料中鹽類的分解率為100%，熔化後的玻璃中無大氣泡存在。權利要求
1、一種玻璃飛行熔化的製造方法，其特徵在於其按以下技術方案實施，(1)將玻璃原料粉碎至粒度小於200目，按所需的玻璃成分進行稱量配比，配合好的物料加入到固液比為1～5的水或乙醇分散劑中，以100-600r/min的速率攪拌混合，然後將混合好的液狀物料在150-300℃的溫度下製成粒度小於0.5mm的球狀顆粒；(2)將上述得到的球狀顆粒在餵料機和傳輸氣流的作用下從玻璃飛行熔化窯噴嘴入口以20g/min～100kg/min的速率噴射進入熔化池內，使配合料裡面各種鹽類在1800～10000℃的高溫熱源中分解釋放出氣體，並使物料在飛翔下降瞬間熔融成玻璃液；(3)熔融的玻璃液在機械攪拌漿的作用下澄清、均化後進行成型、退火工序，得到玻璃產品。
2、 根據權利要求1所述的玻璃飛行熔化的製造方法，其特徵在於所述的玻璃原料為質 量比為61%的石英砂，23.3%的純鹼，14.9%的石灰石和0.8%的芒硝粉碎至粒度小於300目合 計稱量100kg，加入到濃度為0. 5 mol/L，固液比為3的乙醇溶液中攪拌，混合好的配合料利 用液泵將其噴射入噴霧乾燥設備內在200°C的高溫下製成平均粒度為51nm的球狀顆粒；將得 到的球形原料經過餵料機以100 g/min的速率噴射入氧氣-丙烷燃燒的玻璃飛行熔化窯內,噴 嘴口瞬間溫度為500(TC以上，在噴嘴下方0.5m距離處設置水冷收集器以收集玻璃粉末進行 產品性能檢測，具體工藝參數為爐子燃燒功率38kW，助燃氧氣速率120L/min，燃料丙烷速率 30L/min,顆粒空氣載流速率30L/min。
3、 根據權利要求1所述的玻璃飛行熔化的製造方法，其特徵在於所述的玻璃原料為質 量比41.2%的石英砂，22.4%的硼酸，8.4%的氧化鋁，27. 1%的碳酸鋇和0. 9%的三氧化二銻粉 碎至粒度小於350目後合計稱量100kg，加入到固液比為3的乙醇溶液中攪拌，混合好的配 合料利用液泵將其噴射入噴霧乾燥設備內在200°C的高溫下製成平均粒度為80pm的球狀顆 粒，將得到的球形原料經過餵料機以70g/min的速度噴入12相交流電弧中，在噴嘴下方lm 距離處設置水冷收集器以收集玻璃粉末進行產品性能檢測，工藝參數如為電源功率46kW，輸 出電壓190V，輸出電流280A，餵料速度70mg/min,氬氣輸送氣流20L/min。
全文摘要
本發明涉及一種玻璃飛行熔化的製造方法，所述的玻璃製造方法可用於平板玻璃、瓶罐玻璃、玻璃光纖、電子玻璃以及一些特種玻璃的製造生產。將配合好的玻璃原料首先製備成粒度小於0.5mm的球狀顆粒，再從玻璃飛行熔化窯噴嘴入口處以20g/min～100kg/min的速率噴射進入熔化池內，使配合料裡面各種鹽類在1800～10000℃的高溫熱源中分解，並使物料在飛翔下降瞬間熔融成玻璃液，並釋放出分解氣體，大幅縮短玻璃製造時間，節省能耗，降低煙氣及粉塵排放。此外，該方法所用的玻璃飛行熔化窯將簡化現有的爐窯結構，減少設備投資和佔地面積。
文檔編號C03B5/16GK101323499SQ200810058720
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月25日 優先權日2008年7月25日
發明者劉大春, 姚耀春, 徐寶強, 戴永年, 易惠華, 斌 楊, 博 秦, 馬文會 申請人:昆明理工大學