Файл: Волгина, Ю. М. Теплотехническое оборудование стекольных заводов учебник.pdf

При варке стекла в горшковых печах все стадии про­ цесса стекловарения (силикатообразование, стеклообразование, осветление или дегазация и студка) осуществ­ ляются последовательно одна за другой в каждом

горшке.

Температурный режим варки стекла в горшковых пе­ чах должен быть построен таким образом, чтобы первые

Рис. 20. Кривая температурного режима горшковой печи для варки сортового стекла

стадии процесса стекловарения протекали интенсивно. Для этого необходимо плотно закрывать все окна и ме­ ста, через которые может засасываться холодный воз­ дух, и подводить максимально допустимое для данной печи количество тепла. При замедлении темпа варки стекла на первых ее стадиях, когда в шихте протекают эндотермические реакции, она не проваривается в до­ статочной мере. При этом уменьшается интенсивность выделения продуктов разложения компонентов шихты. Стекломасса делается вязкой, пузыри не могут через нее пройти, поэтому стадия осветления затягивается.

Перед началом варки стекла печь и находящиеся в ней горшки разогревают до температуры 1350—1400° С. Новый горшок загружают только одним боем стекла без шихты, в результате плавления которого на внутренней поверхности горшка образуется защитный слой глазу­ ри, предохраняющий его в дальнейшем от разрушитель­ ного действия щелочей, содержащихся в шихте.

На рис. 20 представлена кривая температурного ре­ жима горшковой печи для варки сортового стекла, в ко­ торой один цикл стекловарения продолжается 24 ч. В каждом цикле стекловарения горшки загружают ис­ ходным материалом четыре раза. Сначала засыпают только бой стекла, который проваривается при темпе­ ратуре 1400—1420° С в течение 2 ч, затем через каждые 2—4 ч 3 раза загружают шихту (песок, соду и другие компоненты) с некоторой добавкой боя стекла, и стекло­ варение продолжается уже при 1450—1470° С. Пример­ но через 5 ч после начала цикла стекловарения произ­ водят первое бурление стекломассы. Бурление может осуществляться газом, паром или погружением на дно горшка куска влажного дерева. Под воздействием выде­ ляющейся из дерева влаги стекломасса приходит в дви­ жение, перемешивается и приобретает однородность. При бурлении крупные пузыри паров, образовавшиеся внутри стекломассы из внесенной в нее влаги, встреча­ ются с мелкими газовыми пузырями, выделившимися в результате силикатообразования, и выносят их на по­ верхность (на зеркале стекломассы появляется пена). Таким образом, искусственно создаваемые крупные пу­ зыри паров являются побудителями перемешивания стекломассы и ускоряют удаление из нее мелких газо­ вых пузырей химического происхождения. После второй и третьей засыпок шихты в конце периода варки прак­ тикуется второе бурление.

Перед первым и вторым бурлением стекломассы температуру в рабочей камере печи несколько снижа­ ют, так как при бурлении очень жидкой стекломассы интенсивно образуется пена и стекломасса, не вмеща­ ясь в горшке, может стекать через его край на под печи. После второго бурления температуру в печи поднима­ ют до максимальной —1500° С, при которой в течение 2— 3 ч протекает период осветления. За периодом осветле­ ния следует период студки, продолжающийся около 2 ч,

68

в течение которых вследствие резкого сокращения по­ дачи топлива температура в печи снижается до 1260° С. Эта температура поддерживается в течение всего даль­ нейшего периода выработки стекломассы (около 8 ч). Примерно за час до окончания этого периода подачу топлива в печь постепенно увеличивают и температура в рабочей камере и регенераторах или рекуператорах начинает повышаться. В это же время увеличивают раз­ режение в печи подъемом шибера у дымовой трубы. При достижении в рабочей камере печи температуры, соответствующей началу периода варки, вышеописан­ ный цикл стекловарения повторяется.

Температурный режим варки стекла и температур­ ный максимум устанавливают для каждого состава стекла с учетом его химического состава, легкоплавко­ сти и агрессивности по отношению к огнеупорам. Так, при варке хрусталя или некоторых оптических стекол

свинцовой стекломассы с огнеупорным материалом сте­ нок горшков и появляется свиль, которая портит стек­ ломассу. При варке тугоплавких стекол, наоборот, обыч­ ные температуры варки (1480—1500° С) оказываются недостаточными.

Состав газовой среды и давление газов в печи под­ держивают в зависимости от состава стекла и требова­ ний, предъявляемых к стекловарению (окислительная, восстановительная и нейтральная среда). Окислитель­ ный режим достигается при сжигании топлива с повы­ шенным избытком воздуха, когда пламя топливного факела прозрачное, без видимых частиц углерода. Вос­ становительный режим получают при сжигании топлива с недостатком воздуха, и тогда пламя содержит части­ цы несгоревшего углерода.

Свинцовые и некоторые специальные стекла варят при окислительной среде, а большая часть цветных сте­ кол требует восстановительной среды. Одновременная варка в многогоршковых печах цветных и специальных стекол, различных по химическому составу и своим осо­ бенностям, нецелесообразна и даже вредна, так как ус­ ловия, необходимые для одного стекла, задерживают и ухудшают варку другого.

69

В горшковых печах обычно поддерживают избыточ­ ное давление газов 5—15 Па (0,5—1,5 мм вод. ст.), что­ бы не допустить снижения температуры, так как при раз­ режении засасываемый в печь воздух понижает темпера­ туру в рабочей камере.

В горшковых печах тепло, излучаемое от факела и кладки, передается шихте и стекломассе через откры­ тую поверхность горшков, а также через их боковые стенки. Температура стекломассы в горшках неравно­ мерна в горизонтальном сечении, так как стенка горш­ ка, обращенная в сторону кладки печи, имеет более низкую температуру, чем стенка, обращенная внутрь пе­ чи. В результате неравномерного нагрева стекломассы у стенок горшка возникают конвекционные потоки стек­ ломассы, которые опускаются у более холодных стенок и поднимаются у более горячих. Движение конвекцион­ ных потоков в какой-то степени усредняет температуру стекломассы в горшке.

При эксплуатации горшковых печей необходимо строго поддерживать заданный температурный режим и не допускать чрезмерного повышения температуры в пе­ риод варки и понижения в период выработки изделий. Нарушение температурного режима приводит к более быстрому изнашиванию горшков, горелок и насадок регенераторов. При частичном выходе из строя этих эле­ ментов производят горячий (без значительного охлаж­ дения) ремонт печи, который обычно совмещают со сме­ ной горшков. Горячий ремонт горшковой печи заключа­ ется в смене горелочных брусьев, заделке изъеденных участков пода и частичной смене насадок регенерато­ ров. При хорошем качестве огнеупорных материалов и нормальной эксплуатации печь может работать без хо­ лодного ремонта 1,5—2 года.

При остановке печи на холодный ремонт полностью меняют все изношенные элементы. После завершения холодного ремонта или по окончании строительства но­ вой печи ее разогревают (выводят) по определенному температурному графику. Полная длительность вывод­ ки 4—5 суток. Скорость выводки больших горшковых печей составляет при температурах 200—480, 480—815 и 815—1100° С соответственно 12, 10 и 20°С/ч. Горшки вставляют в печь при температуре в рабочей камере 1100° С и после этого повышают ее до температуры, тре­ буемой для варки.

70

Для горшковых печей овальной (эллипсоидной) фор­ мы, состоящей из двух полуокружностей, соединенных прямоугольником, диаметр полуокружностей (ширина камеры) на уровне верха горшков D в м составляет:

где L — длина прямой части пода печи на уровне верха горшков в м.

Для определения других размеров рабочей камеры горшковых печей основываются на следующих практи­ ческих данных:

1) в печах с нижним направлением пламени рассто­ яние от внешнего края горшка до края горелки (ка­ ди) — не менее 200—300 мм;

2)расстояние от внешнего края горшка до внутрен­ ней поверхности стены с выработочными окнами — не более 50 мм, до противоположных стен в 1- и 2-горшко- вых печах 200—400 мм;

3)расстояние между двумя соседними горшками (на

уровне верха горшков), устанавливаемых вручную,— 50—150 мм, расстояние между противоположными горш­ ками в 4—6-горшковых печах 200—1000 мм;

4) высота от пода рабочей камеры до основания выработочного окна — не менее высоты горшка;

5)высота рабочих окон 300—400 мм; высота газо­ вого пространства над горшками в самой высокой точ­ ке равна приблизительно наружной высоте горшка. Об­ щая высота рабочей камеры горшковых печей от пода печи до замка свода колеблется в пределах 1,2—1,7 м;

6)уклон пода от центра печи к периферии (стенам)

25—30 мм на 1 м длины; 7) наклон стен (окружки) к центру печи ~85°.

Теплотехнический расчет горшковых печей заключа­ ется в определении расхода топлива методом теплового баланса, причем тепловые балансы составляют отдель­ но для пяти периодов работы печи: нагрева, варки, ос­ ветления, студки и выработки. Продолжительность все­ го цикла стекловарения и каждого периода зависит от состава стекла. Для составления теплового баланса пе­ риодов стекловарения должны быть известны вид топли­ ва, размеры рабочей камеры печи и горшков, продол­

72