浮法玻璃生产工艺

平顶山工业职业技术学院

毕业设计（论文）答辩委员会记录

于 2011 年 6 月 10 日

进行了毕业设计（论文）答辩。

设计题目： 浮法玻璃生产工艺

专题（论文）题目： 浮法玻璃生产工艺

指导老师： 王 键

答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。

答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ，

， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语

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毕业设计（论文）及答辩评语：

摘要

本文主要介绍的是浮法玻璃的生产工艺。浮法玻璃生产系统是在锡液上漂浮连续成型的较大型玻璃生产系统。一个浮法玻璃厂的主要系统主要分为原料配料系统、熔窑系统、锡槽系统、退火窑系统等。玻璃的形成过程是：将原料经配料系统按照一定的比例将各原料配好后经过熔窑融化为玻璃液，将玻璃液流入到盛满锡液的锡槽中让其自动抛光成型，成型好的玻璃还应经过退火窑，将玻璃的温度和其应力值控制在正常范围内。本文中在配料系统中主要讲的是配料系统的总体方案和硬件的实现，在配料系统中称和混合机的作用是将各原料按正确比例混合，它们也是配料系统的主要设备；在熔窑中介绍的是以燃天然气为燃料的熔窑各个部分的功能、作用和特点以及玻璃的熔化过程；在玻璃的成型控制中主要讲述的是玻璃的成型条件和机理，以及玻璃的厚度如何控制，厚度的控制主要是由拉边机实现的；在玻璃的退火中主要介绍的是如何退火以及退火的目的和重要性。

关键词：浮法玻璃、配料、熔窑、锡槽、退火窑

目录

前言 . .......................................................................................................................................... 1

第一章 配料系统 ................................................................................................................. 3

1.1 原料制备 ...................................................................................................................... 3

1.2 配料系统的总体方案及硬件实现 .............................................................................. 3

1.3 软件设计方案 .............................................................................................................. 5

第二章 玻璃的熔窑 ............................................................................................................ 9

2.1 投料口 .......................................................................................................................... 9

2.2 熔化部 ........................................................................................................................ 10

2.3 卡脖 ............................................................................................................................ 12

2.4 冷却部 ........................................................................................................................ 13

2.5 小 炉 .......................................................................................................................... 13

2.6 蓄热室 ........................................................................................................................ 14

2.7 玻璃的熔化 ................................................................................................................ 14

第三章 锡槽及玻璃成型控制 . ....................................................................................... 16

3.1 锡槽简介 .................................................................................................................... 16

3.2 锡槽中的保护气体 .................................................................................................... 16

3.3 玻璃成型过程 ............................................................................................................ 17

3.4 浮法成型的特点及机理 ............................................................................................ 17

3.5 浮法成型的几种缺陷 ................................................................................................ 18

3.6 玻璃的抛光 ................................................................................................................ 18

第四章 退火窑 . ................................................................................................................... 20

4.1 玻璃退火的目的和概念 ............................................................................................ 20

4.2 玻璃退火的过程 ........................................................................................................ 21 总结 . ........................................................................................................................................ 23 致谢 . ........................................................................................................................................ 24 参考文献 ............................................................................................................................... 25

前言

浮法玻璃（如图1）是我国上世纪70年代末，由洛阳玻璃厂率先引进英国皇家浮法玻璃生产线。浮法玻璃常用的原材料有：石英砂、长石、石灰石、白云石、纯碱、芒硝、碳粉、铁粉、氧化钴。按照一定的比例和顺序加入搅拌机内进行一定时间的干湿混后，进入窑头，经投料机推入熔窑。熔窑将配合料熔化成玻璃液，熔融的玻璃液从池窑中连续流入通入保护气体（N 2及H 2）的锡槽中并漂浮在密度相对大的锡液表面上，在重力和表面张力的作用下 ，玻璃液在锡液面上铺开、摊平、形成上下表面平整、硬化、冷却后被引上过渡辊台。辊台的辊子转动 ，把玻璃带拉出锡槽进入退火窑，经退火、切裁，

就得到平板玻璃产品 。

图1 生产出的浮法玻璃

浮法与其他成型方法比较， 其优点是 ： 适合于高效率制造优质平板玻璃 ， 如没有波筋 、 厚度均匀、上下表面平整 、互相平行 ；生产线的规模不受成形方法的限制 ，单位产品的能耗低 ； 成品利用率高； 易于科学化管理和实现全线机械化 、自动化 ，劳动生产率高；连续作业周期可长达几年，有利于稳定地生产 ；可为在线生产一些新品种提供适合条件，如电浮法反射玻璃 、退火时喷涂膜玻璃、冷端表面处理等 。普通平板玻璃与浮法玻璃有的不同点：

1. 普通平板玻璃与浮法玻璃都是平板玻璃。只是生产工艺、品质上不同。普通平板玻璃是用石英砂岩粉、硅砂、钾化石、纯碱、芒硝等原料，按一定比例配制，经熔窑高

温熔融，通过垂直引上法或平拉法、压延法生产出来的透明无色的平板玻璃。普通平板玻璃按外观质量分为特选品、一等品、二等品三类。按厚度分为2、3、4、5、6mm 五种。

2. 浮法玻璃是用海沙、石英砂岩粉、纯碱、白云石等原料，按一定比例配制，经熔窑高温熔融，玻璃液从池窑连续流至并浮在金属液面上，摊成厚度均匀平整、经火抛光的玻璃带，冷却硬化后脱离金属液，再经退火切割而成的透明无色平板玻璃。玻璃表面特别平整光滑、厚度非常均匀，光学畸变很小的特点。浮法玻璃按外观质量分为优等品、一级品、合格品三类。按厚度分为3、4、5、6、8、10、12mm 七种。

3. 普通平板玻璃外观质量等级是根据波筋、气泡、划伤、砂粒、疙瘩、线道等缺陷多少而判定。浮法玻璃外观质量等级是根据光学变形、气泡、夹杂物、划伤、线道、雾斑等缺陷多少来判的。随着建筑、汽车、装饰装修、家具、信息产业技术等行业的发展和人们对生活空间环境要求的提高，安全玻璃、节能中空玻璃等功能性加工产品得到广泛应用。平板玻璃的供求格局和消费结构正在发生变化。玻璃行业的发展与国民经济的许多行业都存在着联系，玻璃行业对推动整个国民经济的发展都起着积极作用。因此“十一五”规划中也对玻璃产业的发展提出了具体要求。也颁布了各项法律法规来规范玻璃行业的健康发展。在新的形势下，玻璃工业必须按照科学发展观的要求，转变增长方式，有效调整产业结构，才能促进行业健康发展。

第一章 配料系统

1.1 原料制备

1.1.1 玻璃成分

玻璃的成分包括SiO 2 、Al 2O 3 、CaO 、MgO 、Na 2O 和K 2O 。由于一些原料有其特殊之处，所以在各个工序中都要对其加以克服才能顺利而又合理的制作出合乎要求的玻璃。由于SiO 2的熔点过高，大约在1710℃，所以就要加入适量的CaO 和K 2O 来降低熔点，而这两种原料都相对比较贵，容易提高制作成本，就适量加一些Al 2O 3，还有其他的一些原料加入，都有其中的用意，每一种原料的加入都是有原因的。

1.1.2 玻璃原料

主要有：石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。

图1.1 石灰石 图1.2 石英砂 图1.3 纯碱

辅助原料：着色剂 金属氧化物。

助熔剂：萤石 CaF 2 。

澄清剂：碳。

1.2 配料系统的总体方案及硬件实现

1.2.1 总体方案

按照浮法玻璃生产线的工艺要求，配料现场需要石英砂、长石、石灰石、白云石、纯碱、芒硝、碳粉、铁粉、碎玻璃等九种主要原材料的供应仓。本系统分上料系统和配料系统，上料系统主要负债各种原料的供应，包括进料仓，上料斗提，料仓，称。配料

系统包括集料皮带，混合机，皮带。这两个系统各由一个S7－414－3 PLC来分别控制。由于配料现场工作时灰尘较大，并考虑到设备散热以及原料设备分布广泛等因素，将主要控制设备放在隔离的中央控制室内（简称中控室），各控制现场设备接入本地控制单元，再通过现场总线同中控室的控制设备通信。根据客户需求以及控制需求，玻璃配料

系统的系统设计如图1.4所示。

图1.4 玻璃配料系统的系统设计

1.2.2 硬件系统实现

WinCC 服务器/客户机：WinCC 服务器和客户机基于PC 机，CPU 为PIII －750E ，内存512M ，硬盘80G 。服务器安装Windows 2000 Server，客户机安装Windows 2000 Professional 版。另外，服务器和客户机都安装西门子WinCC5.0 软件。在标准和强大的Sybase SQL Anywhere 数据库中，保存了所有组态的表格，同时所有的过程数据也是利用该数据库进行归档操作。WinCC 服务器/客户机和工程师工作站通过以太网联入中央交换机中，和PLC 的以太网模块进行数据操作。

PLC 系统：鉴于该控制系统的复杂型以及实时性的要求，PLC 选择西门子S7－400 系统。上料和配料PLC 的配置一样。其部分硬件组态如图1.5所示配料PLC 和上料PLC 各通过一块以太网模块CP443－1 来连接到中央以太网交换机。WinCC 服务器和客户机通过TCP/IP 协议包来读写S7－400 里面的变量和数据。

图 1.5 ＰＬＣ系统硬件组态图

称重系统：称重系统采用劳特普利森公司 (Lahti Precision 原为Raute Precision)公司的WB －950，该产品为迎合工业配料与称重领域分批配料过程的快速及精确要求而开发的。此系列的控制器具有独立执行配料及控制必要的所有功能。它们可以作为标准独立控制器使用或作为集成系统的组件使用。对于每一个称重系统来说，需要WB950 主板外，为了参数下载和故障诊断，配置一块RS232 串口接口模块板WBI －232－A －1 和一块RS485 串口接口模块WBI －485－A －1。为了控制仓和称，配置2 块PXI －1920N 数字I/O 单元。称重系统通过PROFIBUS 总线连接到主PLC ，用来传输配方数据，重量的设定值、实际值，水份数据等等，配置一块PROFIBUS 接口板WBM －PROD －A －1。

碎玻璃及硅砂堆场：考虑成本和热端拉熔量的需要，在冷端玻璃后加工阶段出现的边角料以及破碎的玻璃，经过破碎处理后，经皮带进入碎玻璃仓和备用仓，经过碎玻璃称后，由皮带传送铺放在混合料后进入窑头。碎玻璃系统有6 条皮带，为了检修方便，每条皮带都可以在本地启停，或者由远程中控室的主PLC 控制。碎玻璃系统存在大量的玻璃灰，为了工人的健康和环境需要，还必须设置除尘系统。该系统选用西门子S7－315 来进行控制，并通过PROFIBUS 现场总线和主PLC 通信。原料区域的配料当中70％左右是硅砂，硅砂的用量大；硅砂中的水含量需要严格控制，外购的硅砂需要风干一段时间才可以进入配料，所以设置单独的硅砂堆场是必须的。硅砂系统由硅砂上料系统、斗提、布料小车、耙砂机、振动筛以及传输皮带组成，该控制系统也采用S7－315 来进行本地控制，一个DP 口通过PROFIBUS 现场总线连接中控室的主PLC 。另外一个DP 口连接OP3文本显示器，用来显示故障以及设置各传输皮带的启停延时时间等。

1.3 软件设计方案

软件系统主要涉及 WinCC 组态系统，配料PLC 控制系统，上料PLC 控制系统，

硅砂堆场控制系统，碎玻璃循环系统。如前所述，硅砂堆场和碎玻璃循环系统主要控制运输皮带，斗提，小车，耙砂机等数字逻辑信号。上料系统也主要是控制各皮带和斗提以及保持仓的料位，鉴于篇幅限制，不在此赘述。下面主要针对PLC 配料控制系统进行分析。配料系统主要控制各种原料的称WB －950 称重系统，混合机系统。下面分别进行论述。

1.3.1 称的状态流程

原料称（如图1.6）是按照 WinCC 服务器或者客户机的用户命令来进行给料排料控制

的。用户需要设定每一个任务是由多少批混合料组成以及这些批次的配方由那些原料组成。当用户设定这些主要参数后，配方中需要用到的称就按照配方数据自动进行工作。

图1.6 原料秤

在一个任务启动后，激活的称会检查用户配方，如果配方没有问题，就进行下一步的组件检查。如果有问题，则进入挂起状态，并报错提醒用户处理。组件检查主要是检查下料门电磁阀、排料门电磁阀、粗给精给的电机等是否处于准备工作状态。如果没有准备好，则进入维修状态，并报警提醒用户处理。如果组件处于准备工作状态，则根据PLC 的控制命令，进行进给控制（包括粗给和精给）或者排料控制。

1.3.2 G补偿算法

称在长期运行的情况下，实际值和给定值之间不可避免的存在偏差。G 补偿算法就是尽量的减少这种偏差。它的思想是当偏差出现在当前的这批料方，那么对下一次的目标值进行调整。补偿目标计算公式根据称量的计数值（n ）来确定：

n=1 CT (1) =

T ⨯100 (1.1) 100-M

T , ⨯100n>1 CT (n ) = （1.2） 100-M

T , =T +GCF ⨯∑delta （1.3） 但是，

CT (n ) -CT (n -1) ≤GCLimit （1.4）

其中：

n 为称量计数值；T 是定义在配方中的目标值（dry target）；CT （n ）为计算出来的目标值；M 为水份；GCF 为材料的G 补偿校正因子；GCLimit 为GC 极限值，它避免计算目标值的快速改变。Σdelta 是称量过程中的累积的真实偏差，在称量完成后它按照公式1.5所示来进行更新：

∑delta =∑delta +[T -D ⨯100-M ] (1.5) 100

其中D 为称量的纯料值。

1.3.3 混合机控制系统

混合机在配料系统中是非常关键的设备，所以该系统中配备了一个冗余混合机，确保在一台混合机发生故障的情况下，该备用混合机在下一副料中投入使用。如图1.7所示。

整个混合机机体放置在一个30t 量程的重力称下，其它装置都是通过软连接和机体相连。在得到混合机启动命令后，混合机首先进行机体自检。如果不正常，产生设备故障报警。如果机体自检正常，则进行称重。如果重量（除去称体自重）为负，产生传感器故障报警。如果有残留料，进行排空程序。如果称为空，则进入称重准备阶段。接着，加料到目标值后，进行干混合，再按照上面称重系统计算的湿度值进行加水，湿混合设定时间后，排空，由传送带送至窑头，完成一个批次的配料操作。

图1.7 混合机工作过程

第二章 玻璃的熔窑

中国的浮法玻璃熔窑多以重油为燃料，其次是燃天然气，在八十年末也建成了燃焦炉煤气和全电熔的浮法熔窑。地处中国西南的四川省境内，天然气资源丰富，广泛用于工业与民用各个方面。在四川省原来已有燃天然气的较大规模的双线平拉熔窑和九机引上熔窑。由于燃天然气的污染小所以本文以燃天然气的熔窑作介绍，以下简称“自贡浮法熔窑”。是由秦皇玻璃工业研究设计院设计的。

原料在熔窑内熔化，形成玻璃液。熔窑是玻璃工厂的心脏。熔窑热点区的最高温度可达1600℃或更高。熔窑的熔化量目前可达700~900t/d，窑龄在6~8年以上。熔窑从前往后，分别是投料池，熔化部（熔窑的关键，其结构包括大碹、碹碴、胸墙、池壁、池底、钢结构），卡脖、冷却部。小炉和蓄热室是熔窑结构的重要组成部分。小炉是使气体或液体燃料流和助燃空气流各自以一定合适的速度喷向熔窑空间，边混合，边燃烧的装置。蓄热室是一种热回收装置。另外，烟道和烟囱是熔窑的排气系统。

配合料在熔窑中熔成玻璃的过程，需要大量的热量。其燃料主要采用高热值燃料—重油和天然气。还有发生炉煤气。燃烧器的设计选型及其布置安装方式，不仅直接影响玻璃的熔化效率，对节能和操作维修都有直接关系。

利用人工控制和自动控制手段，维持合理的熔化温度曲线，保证有稳定的温度、稳定的窑压、稳定的液面和稳定的泡界限是熔化操作的重要任务。目前，国内的浮法熔窑大都采用DCS 控制系统（一般都是与锡槽、退火窑等共用一套热端DC S系统），按照最佳作业条件对熔化中多因素的变化的全过程实行自动控制和监视。其组态软件有和力时、贝利、霍尼韦尔等公司的产品。另装备工业电视系统，用以观察窑内火焰形状和变化以及配合料熔化情况。

2.1 投料口

采用单投料池，取投料池的池宽为熔化部池宽的80 。熔化部池宽B m =9500mm，所以投料池宽为B t =9500×80%=7600mm，取投料池长度为L t =2300mm。可采用两台垄式投料机。 其工作原理如图2.1所示。

图2.1 垄式投料既工作过程

前脸墙采用L 型吊墙，吊墙鼻区端部采用对开式可移动水冷门，以最大限度地减少投料口处的潺火。这样不但有节能效果，而且对减少粉尘飞扬改善窑头环境有明显作用。在两台投料机中间沿窑纵向中心线装有插入窑内的导料大水管，以减少偏料造成的对池壁的冲刷。L 型吊墙两侧及顶部结构为前脸翼墙。在两侧前脸翼墙上各开有观察孔，从窑头可以很方便地观察到窑内火焰情况及窑内构造情况。投料口池壁拐角砖冲刷严重，为延长窑龄在投料口拐角处设置冷却水包。

2.2 熔化部

熔化部是体现熔窑熔化能力的主要部位。自贡浮法熔窑标称熔化能力为330t ／d ，要求可述350t ／d 。并考虑远期还有地大的可能。首先确定池宽，美国TECO 公司根据多年熔窑设计实践经验总结出了确定熔化部池宽的经验公式。将其转化为公制后如公式

2.1所示：

Bm =9500⨯2. 5

、P 400 （２.1） 式中：B —— 所求熔化部池宽(mm)P——熔窑日熔化能力。

据此公式可以求出对于330~350t／d 的燃油熔窑其熔化部池宽为：8800~9000mm。燃天然气熔窑与燃油熔窑相比．在同等熔化能力时，燃天然气熔窑要增加熔化面积7%左右。池长基本不变时，池宽就要增加。本熔窑取熔化部池宽B=9500mm。

其次确定池长，在确定熔化部池长尺寸时，主要考虑了以下三点：其一是采用较大的预熔区，即较大的1 小炉中心线至前池壁之间的距离，这样可将1 小炉的燃料分配

比适当加大，以提高1 小炉处的作业温度，充分发挥L 型吊墙的作用，加强配合料的预熔；其二是在满足小炉安装尺寸的前提下尽量减少小炉中心线间的距离，以便使熔化医的火焰分布更均匀合理；其三是采用较大的澄清区长度．使玻璃液内的气泡在较高的温度下最大限度地逸出，密度更加均匀，以获得更好的玻璃液进入冷却部。自贡浮法熔窑的1 小炉中心线至前池壁的距离L a =3500mm，五对小炉，小炉中心线间距L p =3150mm，5号小炉中心线至后池壁距离L z =13300mm，熔化部池长 L m =29400mm。

本熔窑的小炉口宽度分别为1号、2号1900mm ，3号、4号、5号1800mm 。熔化区火焰覆盖率为53% ，澄清区比率为41．8%。全窑为浅池平底结构，池深H g =1220mm。

2.2.1 弛底结构

池底砖结构自下至上依次为：1 50mm厚池底垛砖；300mm 厚池底大砖；25mm 厚捣打层；75mm 厚铺面砖(热点前烧结AZS ，热点后电熔AZS) 。池底大砖沿窑纵向每四块砖集中留20mm 宽膨胀缝，膨胀缝有压缝砖；池底大砖沿窑横向分散留缝，缝宽为砖宽的5%左右。捣打层为池底大砖的找平层，捣打料经高温烧结后与粘土大砖结为一体，铺面砖可在捣打层上滑动。

2.2.2 池壁结构

熔化部池壁砖的横向砖缝特别容易受玻璃液侵蚀，因此近年来各国新建玻璃熔窑的熔化部池壁砖结构多采用“立砌排砖”的形式。池壁砖在高度方向上不分层，为整块倾斜浇铸33号电熔AZS 大砖，砖厚250mm 。砌筑时砖的缩孔在池壁下部朝窑外侧。池壁的竖向砖缝比起横向砖缝受玻璃液侵蚀要轻一些，但是，如果竖向砖缝较大，也容易造成池壁侵蚀。所以砌筑池壁时纵向池壁砖之间不留膨胀缝，并且池壁砖之间的接触面必须经过磨光。同时在两侧池壁的端头装有顶紧装置，以便使池壁砖尽量顶紧(烤窑时要适当松动顶丝) 砖鲤密接并不是为了防止玻璃液流出来，而主要是为了减少玻璃对池壁砖的侵蚀 横向池壁砖受玻璃液侵独较轻，因此横向池壁砖均为分散留缝，缝宽为砖宽的7~8%。熔化部两侧池壁砖顶部吹风处高600mm 范围内不保温，当池壁冲刷到一定程度后，可在此高度范围冈从外面贴砖，以延长窑龄。两侧池壁的中下部进行保温，保温层为150mm 厚粘土砖和50mm 厚无石棉硅钙板。

2.2.3 胸墙结构

胸墙采用新型结构形式，不设上下间隙砖，挂钩砖与池壁砖顶面之间冷态时留20～25mm 间隙，烤窑后此间隙一般只剩10～15mm ，可用锆质泥浆从窑外密封，胸墙的横断面为上端向窑内倾斜并且顶面有错台的形式。这样既解决了钢碹碴牛腿的安装位置又

使胸墙与大碹脚错台咬合为一体。这种结构形式的优点在于：其一是当烤窑松拉条时胸墙顶部要跟随碹脚砖一起向窑外侧倾斜，由于钢结构立柱的约束作用，胸墙向窑外倾斜是允许的，不会出现有上间隙砖时胸墙内倾倒塌的情况}其二是胸墙顶部非常严密不漏风不透火，使熔化部上部空间具有良好的气密性，防止硷蒸气冷凝在缝隙内温度较低的地方，造成砖块过早蚀损，并减少砖块蚀损滴落的熔渣对玻璃液的污染。由于采用燃天然气喷抢，枪管直径比燃油喷抢大了好多，喷嘴砖高度尺寸增加100mm 。同时燃天然气的火焰漂动对大碹不利，所以胸墙高度要适当高一些，取熔化部胸墙高H m =1700mm。熔化区胸墙主体砖为300mm 厚电熔AZS 砖，外加轻质粘土保温砖；澄清区胸墙为380mm 厚优质硅砖。

2.2.4 大碹结构

熔化部大碹采用52°中心角，使碹顶尽量压低，利于热量反射给玻璃液。大碹的主体砖为450mm 厚优质硅砖。大碹的碹脚砖为三层箭头砖组合形式，碹脚砖的倾斜面一面与钢碹碴贴合，一面是大碹中心角的斜面。碹脚砖的下面与胸墙砖顶面错台相配咬为一体。大碹约每5m 分为一节，留梭形膨胀缝，缝宽60~80mm。大碹顶用轻质硅砖保温。

2.2.5 后山墙结构

熔化部后山墙采用承重矮碹支撑垂直墙结构。矮碹股跨比为：1／12，中心角为38度，碹长800mm 。山墙厚450mm ，在熔化部内侧取平，矮碹长出的部分为卡脖碹的一部分。从矮碹的两侧碹脚顶部开始向上在整个垂直墙高度上留错口膨胀缝，缝宽约40mm ，以便使承重矮碹的碹脚受水平推力集中，保持矮碹安全稳定。在烤窑升温时，必须随温度升高逐步缓慢地松山墙两侧立柱上与矮碹碹脚相对的顶丝。每侧顶丝大约要松出20~30mm，此处的顶丝松动必须格外小心，既不能不敢橙，也不能橙得太快。后山墙两侧装有工业电视连续监视窑内火焰情况。

2.2.6 液位池和掏渣孔

在熔化部尾部两侧分别设有液位池和掏渣孔。液位池只是作为测量液位之甩，与传统的耳池作甩不一样，结构形式也不一样，是个只有600mm 深的浅池。液位池处在澄清区尾部，此处玻璃液已经比较平静，并且此处对投料量的反应也比较敏感，液位池设在此处比较合适。液位池后是掏渣孔，此孔也可用做烤窑时插入烤窑喷枪之甩。

2.3 卡脖

对浮法玻璃熔窑来说，卡脖尺寸与熔窑规模并不是成比例地变化。一般地说，卡脖的宽度和长度尺寸可在4000～5000mm 范围内选取。选取时要考虑卡脖处的设备布置情况，本熔窑取卡脖宽B ―4400mm ，卡脖长L ―4800mm 。卡脖长度适当加长是由于垂直式玻璃液搅拌器平台要适当加大，以便于更换和维修搅拌器。

卡脖处装有对插式沉入玻璃液大水管和垂直式玻璃液搅拌器。卡脖顶为矮碹结构。为使熔化部与冷却部空间最大限度地分隔开，以减少熔化部温度、窑压、气氛等对冷却部的影响(特别是换向前后更为突出) ，在卡脖处装有吊挂式分隔挡墙。挡墙底部离池壁顶在冷态时只有20mm 间隙．烤窑后基本贴合。挡墙顶部与卡脖碹顶取平。这样熔化部与冷却部之闻只有玻璃液面与挡墙底部之间大约30～ 40mm 的一条缝。从而实现了良好的分隔。这种分隔挡墙既经济又实用。

2.4 冷却部

冷却部池宽一般为卡脖宽度的二倍，如果太宽使冷却部两边拐角容易产生死角，冷却结晶，影响玻璃液质量；太窄会使玻璃液前进流速太快，不利于冷却。本熔窑取冷却部池宽B w =8500mm，池长L w =1200mm。冷却部面积比率为0.3m 2／t ×d 。冷却部前山墙结构形式与熔化部后山墙相同，承重矮碹尺寸也一致。冷却部后山墙为承重平碹支撑垂直墙结构，冷却部装有冷却风微调和天然气加热微调两种微调措旖。

2.5 小 炉

小炉结构在总结国内传统做法和引进美国TOLEDO 小炉做法的基础上做了较大的改进。

小炉底板倾斜段减短，水平段加长，这样可以减少许多砖型。小炉碹的水平段和倾斜段交界处不设断开缝，此处的一环小炉碹砖为水平与斜坡组合式。小炉碹砖大小头尺寸计算方法也做了较大改进，使计算出的碹砖小头尺寸组合后各处砖缝都均匀紧密合拢，既不上张嘴也不下张嘴。

小炉伸缩缝设在小炉尾部接近蓄热室墙处，伸缩缝尺寸根据小炉长度自身膨胀量和松大碹拉条时引起小炉的平移量综合确定。本窑取此膨胀缝尺寸为：S p =70mm。

小炉钢结构也做了较大改进，小炉底板为并排槽钢与角钢组合式。这样制做方便又占用空间小。

小炉脖适当加长。这样做近期便于小炉下部空间各种设葩的安装和人员操作，远期可以为改造时适当加宽熔化部池宽留有余地。

2.6 蓄热室

蓄热室通道采用全连通箱形结构，通道内宽R b =3800mm，通道内长R l =178400mm，炉条碹以下有分隔墙，炉条碹以上全连通。格子砖为碱性耐火材料，格子体总高G h =8500mm，格孔尺寸d ×d=165×165mm 。单侧格子体蓄热面积A g =5700m ，炉条碹相对每个小炉为单跨形式，炉条碹中心角a=110°，为圆弧形碹，碹砖品种单一，弧形碹的上部用普形砖找平，其上为格子砖。

炉条碹以上蓄热室墙厚R t =578mm，炉条碹以上蓄热室外侧墙与低气孔粘土砖格子体相对应部位留有吹扫孔，以便吹扫格子体。

全连通式蓄热室，内外侧墙长度达20m 左右，高度15m 以上，这样又长叉高的墙只是外佣有钢立柱约束，内佣无支撑，再加上墙的内外表面温差很大，很容易向内鼓起变形导至破坏。为此，在蓄热室墙的中上段采用了锚拉结构。锚拉结构为两种形式并用：一是锚拉钢板，二是锚拉杆。锚拉钢板用来保持每两根立柱之间墙体的平直；锚拉杆用来保持每段墙体与钢立柱贴在一起，防止蓄热室墙大面积内倾倒塌。

蓄热室内外侧墙面部与蓄热室碹交界处为脱开形式，冷态时墙顶与碹脚之间留有75mm 间隙。蓄热室碹的钢碹碴用牛腿支撑在蓄热室立柱上。蓄热室内外侧墙在烤窑时要向上膨胀升高，一般可升高50～60mm ，这样蓄热室的墙和碹总是分离互不影响。

为保证蓄热室砖墙与钢立柱之间始终紧密贴合，采用不松蓄热室拉条的形式。其做法是：支撑蓄热室碹的钢碹碴与立柱之间在水平方向留适当间隙，此间隙由水平顶丝控制，烤窑时通过橙顶丝减小此间隙来调节蓄热室碹的膨胀。

2.7 玻璃的熔化

玻璃熔化的五个阶段在实际生产中是难以完全分开的，有时甚至是同步发生的。

2.7.1 原料的熔化

玻璃的熔化过程是一个很复杂的物理、化学过程。大体上可分为：烧结物的形成、玻璃液的形成、玻璃液的澄清、玻璃液的均化和玻璃液的冷却五个阶段。烧结体的形成：质量合乎要求的配合料加入玻璃窑炉中，在高温作用下，发生一系列物理、化学反应，形成不透明烧结物。对于普通钠-钙硅酸盐水泥来说，这一阶段结束后配合料转变为硅酸盐和残余石英颗粒组成的烧结体。

2.7.2 玻璃液的形成

玻璃液的形成不透明烧结体经进一步加热，未完全熔化的配合料残余颗粒溶解，烧

结体开始熔融、扩散，并最终由不透明烧结体变为透明玻璃液。但此时的玻璃液含有大量气泡，且玻璃液的成分很不均匀。

2.7.3 玻璃液的澄清

玻璃液的澄清是指气体夹杂物从玻璃液中消除的过程。对玻璃配合料的气体率、玻璃的得率的计算可知玻璃熔化过程中，放出的气体的量约为配合料质量的15%～20%。

2.7.4 玻璃的均化

均化过程是为了消除玻璃液中条纹和其他化学组成与玻璃液组成的不均匀体，从而获得化学组成均匀一致的玻璃液。均化过程就是不均匀体在玻璃液中的溶解，扩散过程。由于扩散速度明显低于溶解速度，故均化过程的快慢取决于不均匀体的扩散速度的大小。不均匀体与玻璃液组成间的浓度差是不均匀体溶解和扩散的源动力。熔窑不同部位玻璃液的浓度差引起的自然对流也有助于不均匀体的扩散。除此之外，搅拌、鼓泡等辅助措施引起的玻璃液的强制对流也促进了不均匀体的溶解和扩散。

第三章 锡槽及玻璃成型控制

3.1 锡槽简介

锡槽（如图3.1）是浮法玻璃生产最关键的热工设备。它是盛有锡液的矩形或前宽后窄中间收缩的喇叭型槽子。因为锡液在高温下极易氧化，所以锡槽空间必须充满防止锡液氧化的保护气体（氮氢混合气），并保持微正压；同时，必须采取严格的密封措施

和不断补充新鲜的保护气体。锡槽不能用普通燃料加热，而只能用电加热。锡槽的可调性是指锡槽的纵向和横向的温度调节、玻璃液流量、保护气体用量及其配比、以及玻璃带在锡槽中的形状和尺寸的控制等等。

图3.1 锡槽

3.2 锡槽中的保护气体

锡槽中的保护气体作用是：防止锡的氧化以保持玻璃的抛光度，减少产生虹彩、沾锡、光学畸变等缺陷，减少锡的损失等。

锡槽中的保护气体一般由N 2和H 2组成。

H 2和N 2在锡槽各部分的分布情况如表3.1所示：

表3.1 H2和N2在锡槽各部分的分布情况

3.3 玻璃成型过程

1150℃左右的玻璃液，通过熔窑与锡槽相连接的流道、流槽，流入熔融的锡液面上，在自身重力、表面张力以及拉引力的作用下，玻璃液摊开成为玻璃带，在锡槽中完成抛光与拉薄，在锡槽末端的玻璃带已冷却到600℃左右，辊道的拉引把即将硬化的玻璃带

1-玻璃液2-流槽3-闸板4-碹顶5-玻璃带6-锡液7-槽底8-保护气体管道9-过渡辊台

图3.1 浮法玻璃成型的过程

3.4 浮法成型的特点及机理

3.4.1 浮法成型的特点

● 成型时不需克服玻璃自身的重力；

● 可以充分发挥玻璃表面张力的作用；

● 玻璃带横向温度均匀；

● 可以比较容易地生产特薄和特厚的玻璃；

● 成型过程中温度降落慢、拉引速度快；

● 避免了玻璃结晶缺陷、作业周期长；

● 板宽加大比较容易；

● 可以在线生产镀膜玻璃；

● 容易实现切装机械化自动化；

● 可以比较容易地生产特大片玻璃；

3.4.2 浮法成型的机理

玻璃的浮法成型原理是玻璃液从池窑连续流入并浮在有还原气氛保护的锡液上；由于各物相界面张力和应力的综合作用，摊成厚度均匀，上下两表面平行，平整和火抛光

的玻璃带，经冷却硬化后脱离锡液，再经退火，切割而得浮法玻璃。浮法生产的成型过程是在锡槽中进行的。

高温（1050℃）锡液面上的玻璃液，再没有外力作用下，其所受重力和表面张力达到平衡时，玻璃带的厚度有一个固定植，成为平衡厚度，数值约为6～7mm 。因为玻璃的表面张力随玻璃液的温度而变化，所以平衡厚度也随具体条件的不同有所差异。实际上由于外加纵向拉力，此值略小。欲使玻璃带厚度薄于或厚于平衡厚度，应采取相应措施。如生产浮法玻璃时采用机械拉边法，即在锡槽中段玻璃带的两边放置若干横向拉边器，拉边其主要起横向拉边作用和阻止退火窑辊子的纵向拉力传递到高温区的玻璃带上，以减少其横向收缩，当提高拉引速度后，玻璃带逐渐被拉薄，宽度也有所减少。而生产浮法厚玻璃时则在锡槽高温区两侧设置石墨挡边器，以阻止玻璃液摊薄。

3.5 浮法成型的几种缺陷

沾锡：Sn 2+对金属锡的粘附力，通常沾锡呈细粒的点状，严重时则呈片状。

“斑点”（或光畸变点）：玻璃表面的微笑凹陷，其形状呈平滑的圆形。这种斑点缺陷损害了玻璃的光学质量，使观察到的物象发生畸变。产生的原因：SnO 和SnS 蒸汽的聚集冷凝。

“小波纹”：玻璃表面的微细不平整缺陷。产生的原因有：高温区温度不均匀和锡液中的氧被氧化为氧化锡。锡液中的氧被氧化为氧化锡，体积局部膨胀而产生应力，当玻璃温度低时，应力来不及消失，在玻璃的继续冷却过程中产生不均匀收缩，从而促进了小波纹的形成。

3.6 玻璃的抛光

一般的抛光是指对物件进行机械加工，使它的表面变得十分光滑，而浮法玻璃的抛光过程主要是依赖于玻璃液表面张力的作用——一种内力的作用实现的。

优质的熔融玻璃液由熔窑末端经流液道和流槽，然后进入锡槽。此时，玻璃液温度约为1050℃，相应的粘度为1000Pa.s ，玻璃液在重力和表面张力共同作用下，逐渐摊开展平，约经1min ，便能形成表面平整、光洁如镜的玻璃带。此时，如果无其它外力作用，对钠钙硅玻璃而言，其最终厚度约为7mm ，称为浮法玻璃的平衡厚度。如果有其它外力作用，则可根据施加于玻璃带上力的方向及其大小的不同，获得需要厚度的浮法玻璃。一般采用机械拉边法，在玻璃带适当位置设置若干对拉边机（拉边机如图3.2所示），对玻璃带两边施加横向拉力，同时适当加快玻璃带拉引速度把玻璃拉薄。拉制玻璃越薄，使用的拉边机台数越多（关系如表3.2）。玻璃带需在锡槽内冷却到600℃左右，

才能离开锡槽，进入过渡辊台和退火窑。

图3.2 拉边机

第四章 退火窑

4.1 玻璃退火的目的和概念

玻璃退火的目的是消除玻璃制品中的残余内应力和光学不均匀性，以及稳定玻璃内部的结构。内应力，是由不均匀的冷却条件所产生的。将玻璃置于退火温度下，进行热处理和采取适宜的冷却制度，这种内应力可以减少或消除。

玻璃的成形过程中经受了剧烈的温度变化和形状变化，这种变化在玻璃中留下了热应力。这种热应力会降低玻璃制品的强度和热稳定性。如果直接冷却，很可能在冷却过程中或以后的存放、运输和使用过程中自行破裂（俗称玻璃的冷爆）。为了消除冷爆现象，玻璃制品在成形后必须进行退火。退火就是在某一温度范围内保温或缓慢降温一段时间以消除或减少玻璃中热应力到允许值。

退火温度：为了消除玻璃中的永久应力，必须把玻璃加热到低于玻璃转变温度Tg 附近某一温度进行保温均热，以消除玻璃各部分的温度梯度，使应力松弛，这个选定的保温均热温度称玻璃的退火温度 。

退火下限温度和退火上限温度：经过3min 能消除95％的应力的保温温度为退火上限温度；经3min 只能消除5％的应力的温度为退火下限温度。

退火温度范围：550~570℃。

目前国内外的退火窑，主要是砖结构和钢结构退火窑。而且均采用隧道式辊道退火窑，玻璃带由辊道支承，并随着辊道的转动前进。窑内设置加热、冷却装置。

退火窑的工艺分区为加热均热预退火区（A 区）；重要冷却区（B 区）；冷却区（后退火区，C 区）；过渡区（D 区）；热风循环强制对流冷却区（Ret 区）；自然冷却区（E 区）；室温风强制对流冷却区（F 区）。

图4.1 退火窑

退火窑各点温度均采用双支热电偶进行测量，这是为了避免测量显示干扰控制而设置的。A 、B 、C 区的温度控制系统设置有加热和冷却两种功能，这与一般温度调节系统有所差别。D 、E 区既无加热也无冷却装置。Ret 区是利用窑内的热空气，配以一定量的新鲜室温空气，通过风机将一定温度的热空气重新喷吹在玻璃带上。F 区是利用车间内的室温空气，通过控制冷却风量直接喷吹在玻璃带上。

退火窑辊道及其传动装置的作用主要是运送玻璃带，在退火窑内进行徐徐退火，并与锡槽内拉边机等设备相配合。按产品板厚要求，连续平稳地拉引锡槽内的玻璃带。目前的传动控制系统一般都是采用交流变频调速的最新技术来实现的。

4.2 玻璃退火的过程

1. 加热阶段：玻璃表面产生压应力，速度可以较快。如果玻璃制品厚度的一半为acm ，则加热速度为20/a2～30/a2℃/min，如果是光学玻璃则应

2. 保温阶段：消除应力的关键阶段，一般把比退火上限温度低20～30℃作为退火温度。保温时间可按70a 2～120a 2进行计算，或者按应力容许值△n 进行计算，计算公式如公式4.1所示：

a 2

（4.1） T =52∆n

图4.2 退火温度曲线

3. 慢冷阶段：慢冷的目的在于避免在冷却过程中因玻璃中温度梯度过大而重新产生过大的永久应力。慢冷的终了温度应低于应变点，慢冷速度如公式4.2所示：

h f =h 0(1+∆t ) （4.2） 300

4. 快冷阶段：因处于应变点以下，不产生永久应力，只要暂时应力不超过机械强度，

冷却速度可以尽量快。

5. 最大冷却速度为： h c =65／a 2 ，一般技术玻璃采用该值的15～20%，有的玻璃冷却速度控制为：h c =2／a 2。

总结

本文主要介绍了浮法玻璃的工艺。对于在配料系统中提出了一种配料系统的解决方案、在熔窑系统中由于燃天然气的熔窑比燃重油的熔窑在同等条件下的污染小很多且是以后的发展方向，所以本文在熔窑系统里介绍的是燃天然气的熔窑系统、在玻璃的成型系统中主要介绍的是玻璃的成型过程、在玻璃退火窑的系统中主要介绍的是玻璃退火的过程。

在这篇论文的写作过程中我了解了浮法玻璃的生产工艺流程以及各主要系统的作用。在写完这篇论文后我感觉浮法玻璃是以后玻璃原片的主要发展方向，它以它众多的的优点将会给社会带来更好的玻璃建筑材料；中国浮法玻璃的熔窑系统将会以燃重油为主发展到以燃天然气为主，因为天燃气是可再生能源以及它对环境的污染要远远小于燃重油的熔窑。

写完这篇论文后我感觉，要想做好事情必须要用持之以恒的耐心；在做之前要做好充分的准备做到“不打无把握之仗”；最重要的是要想做好一件事情是离不开朋友的帮助的，这篇论文的完成就得到了老师、许多同学和厂里领导的帮助！

致谢

这篇论文是在恩师王键老师的无私帮助和耐心指导下完成的，在这篇论文写作过程中我感受到了王键老师渊博的知识和一丝不苟的治学态度，对此我由衷的敬佩，值得我学习！在这个过程中我的收获不光是论文的完成，最重要的是在这个过程中我感觉我成熟、进步了不少！这篇论文虽经过了王老师、同学和厂里领导的指导与帮助，但是这毕竟是我第一次写论文，难免会对老师、同学的意见没有理解透彻，对厂里领导的讲解有所误解，这就造成了论文会有所纰漏和不妥之处，敬请老师的指出！在此衷心感谢老师和同学帮助，有了他们的帮助我才能顺利的完成了学业！

在此再一次衷心的感谢平顶山工业职业技术学院自动化与信息工程系的王键老师和对口班的同学们对我无私的帮助以及厂领导与同事给我做的认真讲解！

感谢父母对我学业的支持！

参考文献

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