太阳能高硼硅玻璃管生产工艺培训资料模板.doc
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1、太阳能高硼硅玻璃管生产工艺培训资料山东泰和光能9月16日目 录一、玻璃基础知识1.玻璃定义玻璃是在熔融时能形成连续网络结构氧化物(如氧化硅、氧化硼、氧化磷等),其熔融体在冷却过程中黏度逐步增大并硬化而不结晶硅酸盐无机非金属材料。2.玻璃性质玻璃和结晶状态不一样,它质点排列仅在短距离内呈规则性,超出一定距离,排列规则性逐步消失而形成无规则性,所以,玻璃含有各向同性,即在不一样方向上含有相同性质。(1)光学性质玻璃光学性质关键从折射率,色散率,反射率和透过率四个方面考量。a 折射率当光从一个介质进入到另一个介质时,在两种介质界面处,一部分光进入到另一个介质中,而且改变了原来传输方向,这种现象称为光
2、折射。折射率是物质光学性质中最基础性质。对透明玻璃,尤其是光学玻璃,折射率是玻璃使用过程中最关键物理性质。b 色散率多列波在媒质中传输,它们频率不一样,传输速度亦不一样,这种现象叫色散。对于光波,复合光经过三棱镜等分光器被分解为多种单色光现象,叫做光色散。不一样波长光线玻璃含有不一样折射率,将折射率对波长作图,可得玻璃色散曲线。c 反射率当光从一个介质射入另一个介质时,在两种介质界面上,一部分光被反射回原来介质中,这种现象叫做光反射。镜面反射率取决于反射光线介质折射率及入射角。反射又分为镜面放射和漫反射。当一束平行入射光线射到粗糙表面时,因面上凹凸不平,造成反射光线向不一样方向无规则反射,这种
3、现象叫做漫反射。漫发射光是指从光源发出光进入样品内部,经过数次反射,折射,散射及吸收后返回样品表面光。漫反射测量在提取样品组成和结构信息方面更为直接可靠。d 透过率强度为I0光束经过玻璃,强度降为I,它们比值I0/I称为透过率。透过率高说明玻璃透光性能很好。(2)热学性质通常来讲,材料热学性质关键包含:热容、热膨胀、导热性、热稳定性等。玻璃热容随温度上升而增加。在转变温度 (Tg)以下,热容增加不显著;温度升至Tg以上时,热容快速增加;熔融态玻璃热容伴随温度上升而急剧增加。玻璃热胀系数关键由玻璃化学组成决定,Na2O和K2O显著地提升热胀系数;石英玻璃热胀系数最小;增加SiO2 含量可取得低热
4、胀系数玻璃。玻璃是热不良导体,当玻璃忽然遇冷时,常常因收缩差异引发体积效应造成局部或表面张应力,致使玻璃破裂。能经受急剧温度改变而不破裂性能称为玻璃热稳定性,它关键取决于玻璃热胀系数、弹性模量和强度。钠钙玻璃热胀系数大,耐急冷急热能力差;硼硅酸盐玻璃热胀系数小,耐急冷急热能力强,称为耐热玻璃;热胀系数最低石英玻璃,热稳定性最好。(3)电学性质在室温下玻璃是电绝缘体,当玻璃被加热时,其导电性能随温度升高而显著增强.熔融状态下玻璃完全变成了导电体。玻璃电熔是将电流经过电极引入玻璃液中,通电后两电极间玻璃液在交流电作用下产生焦耳热,从而达成熔化和调温目标。玻璃导电性和温度有一定相关性,在生产玻璃需要
5、温度很高,用热电偶测量困难时可采取测量玻璃液导电率方法来控制玻璃液温度。3.高硼硅玻璃高硼硅3.3玻璃是玻璃一个,其成份中SiO280%,B2O312%,平均线热膨胀系数(20-300度)为=(3.30.1)10-6k-1,由此得名。高硼硅3.3玻璃特点是:一级抗水解性能:耐水性能:在98度时耐水性为一级,在121度时耐水性为二级;化学稳定性高:耐碱性能:A2级,耐酸性能Na20100gm-2;耐高温冲击:能够耐受230度高温冲击而不会炸裂;玻璃机械性能好,耐用,耐冲击;太阳照射累计100小时后,其太阳透射比不会下降。 二、工艺步骤玻璃制造工艺分为熔融法和非熔融法。熔融法是传统制造方法。工艺步
6、骤为:原料预加工、配合料制备、熔制、成型、退火和后加工,即得成品。工业化生产一般玻璃多用熔融法。对于不一样形状玻璃制品,常见玻璃成型方法有吹制法、压制法、拉引法、浇筑法、压延法等。玻璃后加工分为冷加工、热加工和化学处理三大类。冷加工包含研磨抛光、切割、喷砂、钻孔。热加工包含烧口、火抛光、火切割、火钻孔、真空成型和玻璃灯工。硼硅3.3玻璃管含有熔化温度高、易挥发、易分层、易分相等特殊性,通常生产工艺方法为:配合料混合均匀后加送入电熔窑内,熔化好玻璃液经流液洞进入上升道、料道,玻璃液在料道经溢流排泄掉表层废料,将均化好、满足成型温度玻璃液供给供料机,再经匀料筒、吹气杆、料碗、端头进入真空跑道、保温
7、跑道、激光检测、水平拉管机成型,然后经分选机、梳理机分拣合格玻璃管,最终经人工包装后,运输入库。工艺步骤图以下:玻璃熔制温度约1600度配合料熔窑流液洞水淬上升道玻璃液输送,形成可供成型温度温度约1300度溢流供料道供料机料碗端头真空、保温跑道水平拉管机质量检测废品分选机梳理机不合格品检验、包装合格品运输入库切断机拉管机保温跑道真空跑道供料道电熔窑玻璃管生产简图三、关键原材料及要求生产高硼硅3.3玻璃关键原材料有:石英砂,五水硼砂,硼酸,食盐,氢氧化铝,碎玻璃。1石英砂石英砂又称硅砂,引入二氧化硅原料。关键由SiO2(质优者可达99%以上)组成,并含少许Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na
8、2O、TiO2和Fe2O3等。其中,Fe2O3是有害成份,它能使玻璃着色而降低透明度。一些石英砂还含有CrO3,它是一个着色能力比Fe2O3强30-50倍着色剂,使玻璃着成绿色。TiO2使玻璃着成黄色。所以,在制造无色玻璃制品时,应控制这些氧化物含量。SiO2是形成玻璃最关键成份,它以硅氧四面体Si04结构组成不规则连续网络结构,从而形成玻璃骨架,所以又称为玻璃形成体氧化物。SiO2本身就可形成玻璃,即石英玻璃。引入二氧化硅能够提升玻璃熔制温度、黏度、化学稳定性、热稳定性、硬度和机械强度,但同时又能降低玻璃热胀系数和密度。SiO2缺点是熔点高、黏度大,造成玻璃熔化、澄清和均化困难,能耗增加。石
9、英砂颗粒组成和颗粒大小对原料制备、玻璃熔制、相关键影响,所以是评价其质量关键指标。在同一份石英砂中颗粒大小不一样,其铁、铝氧化物含量也不相同,粒度越小其铁铝含量越高。SiO2相对分子量60.06,密度2.42.5g/m3。石英砂技术要求化学成份 SiO299 Fe2O30.04粒度范围 32150目 150目以下超细粉10% 32目以上0%2五水硼砂五水硼砂是引入B2O3和导电Na+原料。B203也是玻璃形成氧化物,它以硼氧三角体BO3和硼氧四面体B04为结构组元,在硼硅酸玻璃中和硅氧四面体共同组成结构网络。B2O3能降低玻璃热胀系数,提升玻璃热稳定性、化学稳定性和力学性能,增加玻璃折射率,改
10、善玻璃光泽,B2O3还起助熔剂作用,降低玻璃熔融温度,加速玻璃澄清和降低玻璃结晶能力。B2O3常随水蒸气挥发,当B2O3引人量过高时,会造成玻璃熔体黏度降低、玻璃热胀系数增大和硬度降低等,发生反常现象。对硼砂质量要求:B2O335%,Fe3O20.01%,SO42-99%,Fe3O20.01%,SO42-0.2%。4食盐高硼硅玻璃熔化温度高,难于澄清,采取传统澄清剂,澄清效果不显著。现在普遍采取氯化钠作为澄清剂,氯化钠沸点为1 413 。在更高温度下,氯化钠便会从玻璃液扩散到残余气泡内,使之膨胀,从而上升溢出玻璃液。5氢氧化铝是提供氧化铝关键原料。A1203能提升玻璃黏度,降低玻璃结晶倾向,提
11、升玻璃化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率,减轻玻璃对耐火材料侵蚀,并有利于氟化物乳浊。所以,绝大多数玻璃中全部引人1%-3.5%Al203,通常不超出8%-10%。6碎玻璃碎玻璃在使用过程中又称孰料,生产中对玻璃用应对生产工艺制度影响很大,在配合料中加入碎玻璃能够使熔化进行得较为顺利,也能够降低气泡率。碎玻璃加入可降低生产成本和能源消耗,增加熔出率,消除废渣公害和改善生态环境。电熔窑正常运行时,碎玻璃量控制在30%左右。碎玻璃应经过挑选,清洗后破碎成20mm左右小块。碎玻璃百分比过大,使玻璃含铁量增加,影响玻璃质量。四、关键生产设备高硼硅玻璃管生产关键设备有冷顶电熔窑,料道,供料机,
12、真空跑道、保温跑道,拉管机,切断设备,分选机,梳理机等。1.电熔窑电熔窑全部是指冷顶电熔窑。高硼硅玻璃生产采取冷顶电熔炉熔制,配合料在电熔窑中熔化成玻璃液,然后拉制成玻璃管。冷顶电熔炉为全电能运行,在整个熔化池表面有着连续分布均匀配合料复盖层。全电熔窑采取“冷顶”式垂直熔制工艺。整个熔化池玻璃液表面覆盖着配合料层,阻挡了熔体向窑顶热辐射,使窑炉上部空间温度降到150以下。同时配合料中大部分挥发成份在覆盖层中冷凝回流至玻璃,而熔制过程中放出CO2等气体很轻易穿过覆盖层进入空间。配合料层下玻璃熔体慢慢地往下流入电极区,玻璃在此区内完全熔化后,开始澄清,再流向熔化池下部,完成澄清匀化过程。熔制好玻璃
13、经流液洞、上升道和供料道进入工作池。电熔窑由炉体、加热电极、电控系统等组成。炉体上半部为融化部,混合料在此熔化成玻璃液,均化澄清部在电熔窑下部,熔化玻璃液在此均化、澄清,形成能够成型玻璃液。全电窑熔化硼硅玻璃料层温度曲线分布开启电极主熔底插电极均化澄清部熔化部电熔窑流液洞上升道供料道冷顶电熔窑示意图砌窑材料电熔窑采取无缩孔电熔耐火材料,而且儿个砖面全部经加工磨平,使砖缝十分严密。通常在耐火材料厂进行预拼装,经检验合格后发给用户。用在电熔窑中耐火材料,必需考虑其电阻率,要和所熔制玻璃相比较。当然,在熔制钠钙玻璃和其它软玻璃时,这是不成问题。但在熔制像E玻璃一类硬玻璃时必需尤其小心谨慎,以免出现电
14、流流向砖块而不经过玻璃,一旦这么,将造成耐火材料提前受蚀损坏。电熔窑耐火材料选择关键考虑耐火材料侵蚀性和电阻特征。耐火材料侵蚀速度通常随温度按指数规律增加,并和时间成线性关系。在靠近液面线、电极四面(尤其是电极上方),流液洞和盖砖蚀损速率比液面下整个砖面侵蚀速率高五倍,玻璃液流也会极大地提升侵蚀速率。对于电熔窑来说,耐蚀性尤其关键,因为这些窑熔化温度很高,而且玻璃液流速度快。砌筑电熔窑耐火材料须用电熔锆刚玉砖、电熔铬锆刚玉砖、电熔刚玉砖、电熔石英砖。使用最为广泛电熔锆刚玉砖是含ZrO233%41%电熔锆刚玉砖,该材料耐蚀性好,产生小气泡倾向小,而且不会渗出玻璃相。ZrO2含量为33%电熔锆刚玉
15、砖称为33#锆刚玉砖(AZS-33#),含有良好抗玻璃侵蚀性能,玻璃相渗出温度高,气泡指数低、不污染玻璃液,是显像管玻璃、平板玻璃、仪器玻璃和日用瓶罐玻璃窑熔化部池壁、胸墙、小炉、池底铺面等关键部位筑炉材料。ZrO2含量为41%电熔锆刚玉砖称为41#锆刚玉砖(AZS-41#),它含有最高抗玻璃侵蚀性能和杰出对玻璃液低污染性能。适适用于玻璃熔窑中对耐侵蚀性能要求尤其高部位,如全电熔窑、流液洞、加料口拐角砖等。耐火材料钻孔电极砖质量要求较严。利用人工晶体钻头在一般125摇臂钻上(要加工一个连接卡头)钻一个稍大于电极套且向上倾斜5。孔。上倾目标是利于冷却水在电极套中循环和不形成集流而排出,预防冷却水
16、在保护套中停顿,以降低水垢形成。钻孔时,将电极砖固定在一个和钻床工作台面呈5。角特制台面上。此台面又固定在钻床工作台面上,以防位移和旋转。采取手控进刀法切削钻孔,因为电极砖含有较高硬度,故采取研磨性切削。为了克服钻进过程中发烧使钻头退火而损坏,和让研磨中出现砖屑顺利排出,必需在钻进时随同钻头不间断地向钻孔中进水,且因为电极砖砖屑远大于水,伴随钻人量加大,沉积将逐步增加,而影响钻削速度,为此每进34mm就抬起钻头让水将钻下粉末冲净再行入钻。电极孔资料图片电极现在电熔窑可供选择电极材料有石墨,铂,氧化锡,钼和纯铁。高硼硅玻璃生产常见钼电极加热玻璃液。(1)电极选择标准电熔窑发展和适宜电极材料开发和
17、发展有很大关系。对电极材料提出要求以下:在不考虑氧气分压和电流负载情况下,能承受温度为1700.最少在800时不会被空气氧化。含有和金属相当电导率.在1700以下含有足够机械强度。含有足够耐急冷急热性.和玻璃液润湿性能好。不污染玻璃,在多种介质中结构稳定。耐玻璃液冲刷侵蚀作用强。本身含杂质极少,不和耐火材料起作用,使用寿命长。膨胀系数低,和玻璃接触电阻率低,价格廉价。符合上述全部要求电极材料现在还未找到,而且可能永远也找不到。所以,不得不降低要求,依据应用场所和在这些应用场所中存在技术和经济条件,选择不一样电极材料。电熔电极材料研究,在玻璃电熔工艺研究中是很关键课题。生产高硼硅玻璃管电熔窑采取
18、是钼电极。(2)钼电极特点钼基础上能满足上述要求,适用范围广,除了铅玻璃以外,能用于熔化大多数玻璃,如难熔玻璃,粘度大玻璃,挥发组分高玻璃等,钼对其它玻璃组分全部是稳定。钼电极突出优点是:能被玻璃液浸润,所以接触电阻小,电极表面能够承受较高电流密度,约13A/cm2。电极热损失低。不易使玻璃着色。钼电极缺点是:钼电极在空气中受热时轻易氧化,600时产生MoO3,该氧化物对钼电极毫无保护作用。钼电极生产过程有两种方法:一是先把钼粉液压成形后烧结,经过锻打和热处理,以形成抗形变晶粒结构。另一个方法是粉末冶金法,锻打并挤压钼材质量比粉末冶金好。钼电极是金属电极,能够做成板,棒,球等多种形状。现在,钼
19、电极通常制成棒状电极,常见棒状电极直径在3250mm之间,棒状电极有加粗趋势,直径可做到100mm。可提供棒状电极长度在12m之间。提供电极可带有平端连接螺纹,采取螺纹,有很大优点,电极能够被推入。当然,必需注意,螺纹接头电阻不宜过大。无杂质精亲密削标准螺纹符合这一要求。为了便于旋入电极,可使用少许润滑剂,但必需是不含铅润滑剂。(3)钼电极部署在使用中有三种基础类型:侧墙插入型,池底插入型,顶部插入型。不管电极电流方向怎样,80%能量全部释放在相当10倍电极直径范围内,在能量如此集中情况下,正确选择电极部署方法就显得相当关键。最理想电极部署,应确保电极对玻璃液影响最小,能量在玻璃液中均匀分配。
20、电极部署和电流密度、热量输出、玻璃液流相关,对玻璃液质量,电极侵蚀和使用寿命有影响。电极部署还应该考虑耐火材料质量和安装维修条件。电极部署有水平棒状电极、垂直棒状电极、顶插电极等。 水平棒状电极下图是水平侧墙棒状电极。冷却水管把水送到钼电极和大气接触地方,该出温度低于3000C,以免钼氧化。水平侧墙棒电极 底插垂直棒状钼电极由底部插入垂直棒状电极,安装在电极套内,在电极周围提供了一个冷却套,以确保电极暴露于空气中部分温度低于安全值。底部安装对于电极部署来说几乎没有什么限制。而且全部电极在电流负载上达成一个很正确平衡。不管是每组一根还是每组多根电极棒,全部是一样。电流密度均匀性和整个长度上腐蚀均
21、匀性,使得钼电极棒能够取得最好状态使用。在几乎全部应用形式中,从初始装置一直到熔炉寿命结束,全部能够提供足够棒材。在绝大部分窑炉中,全部无须推进,但在使用期间应该能够更换,钼电极能够无须停炉而挖成更换工作。底插电极示意图 顶插棒状钼电极电极从侧墙或顶部伸人窑内,可任意改变位置和倾角。在池窑运行过程中,如有电极损坏待修时,可用这种斜插电极临时给玻璃液加热。如损坏电极无法更换,则也可用该电极替换。顶插式电极水套和钼电极处于正常生产情况时以下图(b)所表示,电极和电极水套头部全部被冷料层所覆盖,半熔化玻璃液层只浸没电极2/3,这时钼电极使用达成最好理想状态,电极套烧损可能性最小。不过这种状态在生产中
22、难以长时间维持,料层厚度时有波动。图(a)为冷料层液面上升(投料过多或其它原因),这时钼电极仍处于正常工作,不过电极套冷却头部处于14000C左右半熔化玻璃液中,电极水套耐热材料受到强烈腐蚀,造成水套体严重烧损。图(c)所表示为供料系统出现故障(如加料机故障),冷料层液面下降,冷顶料层被破坏,钼电极根部暴露于空气中,这时钼电极快速氧化,电极套一样也受到高温腐蚀,损坏较快。经过分析电极套使用情况发觉电极套损坏关键来自高温腐蚀和密封层损伤。钼电极插入方法冷插入法。烤炉前或窑炉冷修后可采取冷插入法。在点火前,保护套装入电极砖孔内,用绝缘简易支架固定好,电极放入保护套内,电极头部用石墨块及耐火砖保护。
23、当炉温升到1250以后,玻璃液面满过电极孔中心线200mm以上,将电极推入窑内。热插入法。窑炉热态时将钼电极插入炉内玻璃液中,这种方法为热插入法。热插入法简单省事。电极插入炉内后应立即打开冷却水冷却电极。采取热插入法时其它电极带电运行,要注意安全。电极冷却水套因为金属钼耐热性能尤其好,可经受2600温度,属难熔金属。但它氧化性能在温度600以上显著加剧。所以,为了保护钼电极,使其不致很快被氧化,必需采取电极水冷却套装置,不然会影响整个熔炉正常运转,严重时将迫使电熔窑停产。电极水冷却套关键作用是:把电极安全可靠地安装在窑炉耐火材料上。要把暴露在空气中那部分电极冷却到400以下。预防在电极插入部位
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