氧、氮、氩及稀有气体在玻璃行业中的应用

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1、氧、氮、氩及稀有气体在玻璃行业中的应用一、玻璃工艺流程玻璃分类：1、平板玻璃（普通平板玻璃、浮法玻璃）；2、安全玻璃（钢化玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃、钛化玻璃）；3、节能型玻璃（吸热玻璃、热反射玻璃）。玻璃生产工艺流程介绍：玻璃的生产工艺包括：配料、熔制、成形、退火等工序。分别介绍如下：1、配料：按照设计好的料方单，将各种原料称量后在一混料机内混合均匀。玻璃的主要原料有：石英 砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。2、熔制：将配好的原料经过高温加热，形成均匀的无气泡的玻璃液。玻璃的熔制在熔窑内进行。熔窑 主要有两种类型：一种是坩埚窑，玻璃料盛在坩埚内，在坩埚外面加热。小的坩埚窑只放一个坩埚，大的 可多

2、到 20 个坩埚。坩埚窑是间隙式生产的，现在仅有光学玻璃和颜色玻璃采用坩埚窑生产。另一种是池窑， 玻璃料在窑池内熔制，明火在玻璃液面上部加热。玻璃的熔制温度大多在13001600 C。大多数用火焰加 热，也有少量用电流加热的，称为电熔窑。现在，池窑都是连续生产的，小的池窑可以是几个米，大的可 以大到400多米。3、成形：是将熔制好的玻璃液转变成具有固定形状的固体制品。成形必须在一定温度范围内才能进行， 这是一个冷却过程，玻璃首先由粘性液态转变为可塑态，再转变成脆性固态。成形方法可分为人工成形和 机械成形两大类。3.1 人工成形：（1）吹制，用一根镍铬合金吹管，挑一团玻璃在模具中边转边吹。主要用

3、来成形玻璃 泡、瓶、球（划眼镜片用）等。（2）拉制，在吹成小泡后，另一工人用顶盘粘住，二人边吹边拉主要用来 制造玻璃管或棒。（3）压制，挑一团玻璃，用剪刀剪下使它掉入凹模中，再用凸模一压。主要用来成形杯、 盘等。（4）自由成形，挑料后用钳子、剪刀、镊子等工具直接制成工艺品。3.2 机械成形：因为人工成形劳动强度大，温度高，条件差，所以，除自由成形外，大部分已被机械 成形所取代。机械成形除了压制、吹制、拉制外，还有（1）压延法，用来生产厚的平板玻璃、刻花玻璃、 夹金属丝玻璃等。（2）浇铸法，生产光学玻璃。（3）离心浇铸法，用于制造大直径的玻璃管、器皿和大 容量的反应锅。这是将玻璃熔体注入高速旋转

4、的模子中，由于离心力使玻璃紧贴到模子壁上，旋转继续进 行直到玻璃硬化为止。（4）烧结法，用于生产泡沫玻璃。它是在玻璃粉末中加入发泡剂，在有盖的金属模具中加热，玻璃在加热过程中形成很多闭口气泡这是一种很好的绝热、隔音材料。此外，平板玻璃的成形 有垂直引上法、平拉法和浮法。浮法是让玻璃液流漂浮在熔融金属（锡）表面上形成平板玻璃的方法，其 主要优点是玻璃质量高（平整、光洁），拉引速度快，产量大。4、退火：玻璃在成形过成中经受了激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

5、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。此外，某些玻璃制品为了增加其强度，可进行刚化处理。包括：物理刚化（淬火），用于较厚的玻璃 杯、桌面玻璃、汽车挡风玻璃等；和化学刚化（离子交换），用于手表表蒙玻璃、航空玻璃等。刚化的原 理是在玻璃表面层产生压应力，以增加其强度。二、气体在玻璃熔制工艺中的应用行业工艺用气 品种原理单元窑氧富氧助燃，窑碹内表面磨损降低马蹄焰窑氧富氧助燃，使成形制品质量得到改善玻璃熔窑富氧燃双碹窑氧富氧助燃，延长窑炉炉龄烧燃用发生炉煤气玻璃池炉局部增氧氧提高煤气热值1、玻璃

6、熔窑内推广富氧燃烧新工艺，节能降耗富氧燃烧工艺可在：单元窑、马蹄焰窑、双碹窑使用。富氧燃烧技术的节能效果：提高火焰温度， 促使燃烧完全；加快燃烧速度，促进燃烧完全；降低燃料的燃点温度；减少燃烧后的排气量；降 低空气过剩系数，节约能源。富氧燃烧工艺路线的设计大致如下：富氧气体收集系统一气体混合系统一富氧调节系统一富氧换向系 统一富氧预热系统一气体流量调节分配系统一富氧喷嘴一玻璃熔窑。不同的玻璃厂实施富氧燃烧，其工艺路线会略有不同，主要根据其气保车间的结构（单高还是双高） 而定。主要设备如下：富氧气体收集装置、气体混合装置、换向系统、富氧预热设备、富氧喷嘴以及相应 的管道和阀门。玻璃窑、陶瓷窑，使

7、用富氧燃烧技术可节能8-15%，提高产量5-15%，且产品质量等级均有提高。2、单元窑单元窑常用于熔制琉璃瓦，其熔化面积为4.46川，最大产量2722kg/d，原先空气/天然气预混合燃烧 系统有 10 个喷嘴，每边 5 个，外加一个电子加速部件。案例 1：康宁玻璃公司在安装富氧气喷嘴时，考虑到火焰的升温和强氧化性对投料口及前胸墙耐火材 料的侵蚀，在第一对喷枪下不设富氧喷管，其余 8 个喷枪中心线下方，都装上了富氧气喷管。结果表明，不用富氧助燃时，窑碹温度15500C,后胸墙温度14500C,则碹顶比后胸墙温度高出1000C。 安装上富氧助燃系统后，热量的集中区移向玻璃液面处，如仍维持后胸墙温度

8、为14500C，则可测得碹顶 温度下降了 1300C。这样，火焰气体向玻璃液传热量增加，而碹顶材料的侵蚀却大为减少。据文献介绍， 该窑在停炉冷修时检查发现，使用富氧助燃后，窑碹内表面磨损较少。3、马蹄焰窑Anchor Hoching 公司报道的马蹄焰池窑富氧助燃方案,是在每个小炉口底部两支天然气喷枪间的下方 安装一根氧气喷管，根据实际情况，有时只在加料口一侧喷氧。该窑熔化面积33.3川，熔化部深0.71m, 澄清部深0.48m,日出料量40-75 t ；周期换向时间为20min，当一侧小炉口上火时，其下面氧气喷管也 可以大约57.8 m：/h的流量把氧气送入窑内。由于马蹄焰窑是侧面加料，正面喷

9、火，因此其料层长度相对来说比较短，为了加强熔化，火焰长度也 要求短些，一般宜采用短焰燃烧。只有这样，火焰热量才会集中于配合料熔化区，起到增强熔化部位熔化 能力的作用。火焰长短，也可通过控制氧流量来调节。当氧流量增至lOOm/h时，火焰长度将有明显的缩 短。在马蹄焰窑火焰空间内，富氧助燃同样可造成不均衡的火焰辐射，使热流离开碹顶向下移动，窑顶 附近空间温度显著下降。结果导致澄清区液面附近的冷气层基本上被消除，玻璃液内部热均匀性有所提高， 最终使成形制品质量得到改善。案例：目前已在秦皇岛耀华玻璃股份有限公司的 500 吨/日浮法玻璃一线熔窑上实施；富氧燃烧新技术 在马蹄焰玻璃窑炉上的应用。4、双碹

10、窑与前面两种情况不同，文献上报道的几个在双碹窑上进行富氧助燃的实例，都是出于延长窑炉炉龄的 目的。也就是说，在双碹窑接近设计所定的炉龄时，由于换热器堵塞，窑压升高，空气预热温度较低，火 焰温度很难控制。此炉本该停窑冷修，但生产厂商考虑到当时市场对产品的要求，决定采用富氧助燃来继 续维持窑炉的正常作业。双碹窑的熔化面积为14.86川，生产翠绿色玻璃，设有两支烧950#重油的喷枪，起原先的最高熔化率 为2.392.56t/（川.d）。在该窑使用后期，选用富氧局部助燃方案在双碹窑前胸墙的两个顶角斜插入两支 油枪和氧气喷管，并保证由此喷入窑内的油流能在来自小炉口的空气流下进行，稳定燃烧。氧气喷管位于油

11、枪下约0.762m处。在投料口一恻，为了保证刚入窑的配合料容易熔化，氧和油的流量 一般都比投料口对面的一恻油枪大一倍。根据换热器堵塞程度不同，富氧助燃过程可分为三个阶段。第一阶段，虽然是氧气喷管位置、角度及流量的调试阶段，但在氧流量25.5m/h下，火焰温度平均增 加1000C，窑温升高15oC，而产量几乎是高了近2t。第二阶段，氧气耗量31.0 m：/h，尽管空气预热温度可根据烟气离开换热器的温度，由热平衡得出为500 5500C（正常作业时应是90010000C）,但此时平均产量已达28.0t/d。最大产量是33t/d，对应的 熔化率为2.2t/（.d）o这表明，在助燃空气预热温度明显不够

12、的情况下，用富氧助燃不失为维持池窑正 常作业的有效手段。第三阶段，换热器几乎完全堵塞，为稳定窑内温度，氧气耗量直线上升。因此，这一阶段的富氧助 燃措施对保证正常的出料量来说更显重要。如果不用富氧，窑炉几乎不能作业。由于氧耗量过大，制氧所需成本猛增。在第三阶段后期，该双碹窑已处于得不偿失的地步，只得停炉 冷修。但即使如此，受富氧助燃作用，该窑炉龄还是延长了半年以上，其经济效益十分可观。5、局部增氧技术在燃用发生炉煤气玻璃池炉上的应用1）有利于提高煤气热值采用富氧空气作为汽化剂，不但能够产生明显的节煤效益，提高汽化强度，降低灰中含碳量，而且还 能提高玻璃池炉的产量、质量，其综合效益更为可观。往煤气

13、发生炉中通富氧空气的方法是将富氧空气经 过预热后，与常规空气共同经过一个高效气体预混器，并严格控制流量和流速，经鼓风机吸风口再与压力 为2kg/c川的蒸汽混合，形成富氧空气加蒸汽的汽化剂，进入发生炉内汽化。2）富氧助燃系统的设计 为了使池炉内的火焰能形成梯度燃烧，即使近玻璃液面处的火焰温度比上部的高，可以将富氧喷嘴的设计在小炉预混室的两恻，并贴近小炉底面，喷嘴角度应与小炉恻墙成少于150水平夹角。两恻喷嘴的夹 角应在喷火口前端200mm处，使富氧空气在池内与火焰下部混合，并使火焰在熔化池靠近加料处形成高温 的底层火焰，从而加速化料，提高熔化率，克服跑料堆现象，并能保证马蹄焰的回火不致带料粉进入

14、蓄热 室，利于格子砖延长寿命。富氧空气在进喷嘴之前，必须经过预热。可设计一个高效金属预热器，贴在蓄热室外墙上，外加岩棉 保温或将预热设在蓄热室顶部也可。富氧喷嘴的流速取2025 m3/s。在2030川熔化面积池炉中，富氧空气的流量取试验数据为80 ms/h或100 ms/h。富氧空气严禁与热煤气混合，以防爆炸事故发生。富氧喷嘴的材料应采用石英陶瓷。在燃煤气池炉上采用富氧燃烧后，应适应地调小二次空气进入量，尽量减少空气过剩系数，使池炉热效率提高。三、气体在玻璃成型工艺中的应用行业工艺用气品种原理玻璃成型热加工锡槽还原、保护99.9995%氮、2-15%比率氢氮气是保护气体，又是还原气体1、氮基气

15、氛既是锡槽的惰性保护气，又是还原气锡槽是浮法玻璃生产中是玻璃成型的关键热工设备,因为玻璃液是在熔融的锡液表面摊薄或堆厚成各 种厚度的产品的。所以，锡槽工况的好坏对玻璃的质量、产量都起到至关重要的作用。而氮基气氛既是锡 槽的惰性保护气，又是还原气，它对锡槽的正常运行工况起着决定性的作用。对锡槽内输送氮气时，必须 要求连续、稳定，尽量少含氧含量。一旦供气产生波动（或供气中断）都将使得外界的氧分大量渗入锡槽 内部，引起锡氧化，生成的氧化锡和氧化亚锡大量挥发，造成锡槽内一片混浊，生产无法进行。我国现有浮法玻璃生产线约70条，每条生产线的氮气需求量约为1500 ms/h。所配置的空分设备大部 分为低压返

16、流膨胀的单塔流程，每套设备正常运行时的供气量为80016O0m3/h %。氮气在浮法玻璃：纯度为 99.9995%，无氢。氮气在浮法玻璃锡槽中要求配氢气，氢比例在2-15，有 配气设备。案例：杭玻杭钢牵手氮气“对接”。一边是近3000 ms/h氮气的需要，另一边是每天多余氮气的放空相距约 2 公里的杭玻集团与杭钢集团,在氮气这件事上一直是“各自为政”。杭州建新浮法玻璃有限公司是杭玻集团下属的一家企业，拥有2条浮法玻璃生产线，年产各种规格玻璃 420万重量箱。公司一直利用自己的空气设备制氮。由于公司生产的浮法玻璃是在锡槽成型的，为防止高温 下锡液氧化，必须源源不断地充入纯度高达99.9998%的

17、氮气作为保护气体。 为此，浮法公司专门购买了7 台空气设备:三套为550立方米每小时（配200kw空压机），四套为650立方米每小时（配250kw空压机）。这 些设备共计投入六七百万元，解决了公司的氮气供应问题。但是，加上煤、水、电的资源耗费以及设备的维 修费用等， 每一年， 公司都得为此花费上百万元的资金。而与此同时，向毗邻的公司杭钢集团，由于钢铁生产需要大量氧气，杭钢在通过空气设备制氧的同时，也 分解了大量的氮气。除了公司自身利用一部分之外，多余的氮气一般排空。杭钢多余的氮气供给杭玻，杭玻 的氮气需求问题就解决了?2004 年1 月,和气体对接有关的技术调研开始。在两家公司及第三方杭州气体

18、厂各级领导的 支持下,杭玻开始在中科院大连化物所的指导下,与江苏苏净集团共同进行相关研究,并克服了大流量、低压 力、长距离输送连续提纯的技术难关。目前,耗资近 200 万的设备投入已经建成,其各项指标均达到生产工 艺的要求。四、气体在节能玻璃中的应用行业工艺用气品种原理LOWE玻璃内氩气充惰性气体的向玻璃夹层充装惰性气氪气氩气、氪气、氙气导热性比空气弱，中空玻璃体氙气提高中空玻璃的保温能力。1、将氩气（也可以用氪气和氙气）充装在中空玻璃/中空窗内起保温作用。氩气、氪气和氙的传导性较空气低。冬天可将热能保留在室内夏天将热阻挡在室外。窗户破裂或其他原因导致气体泄漏都不会对人和建筑物有所损害空气层热

19、阻值透明空气2.0透明氩气2.2Low-E空气3.3Low-E氩气4.02、氪气和氙气的热效能与氩气相比分别高 1/3和1/2换句话说当它们的热效能大致相同条件下，氪气 和氙气的空气层却只是氩气空气层间隔的 2/3 到1/2。自然状态下的氙气非常稀少，提纯价格高，因而很 少用于中空玻璃的制作；氪气可用来制作空气层较小热性能高的中空玻璃。通常使用氩气最多的情况是用 来制作三层中空玻璃，中将一层为隔膜。5.六氟化硫、二氧化炭和氟立昂已从市场消失。二氧化炭具有酸 性，六氟化硫和氟立昂在太阳光下不稳定挥发破坏臭氧层。最初这些高效能中空玻璃的卖点是节能，但人们很快就发现在接近玻璃的附近人们感觉比较舒服，这 是由于玻璃表面的温度较高所致。1970 年，中空玻璃仅占市场的14，但到了1996年，中空玻璃上升为 90%并仍在增长。在不到15年的期间内，LOWE玻璃已占市场的2/3,据估测到2010年，LOWE玻璃将 上升到市场的88%。向中空玻璃内充氩气伴随着LOWE玻璃的使用而增加。因为充氩气节能效果显著、 成本低廉、并简单易行，所以一般来说，使用LOWE玻璃的中空玻璃厂家通常也使用氩气。许多厂家提供 两种产品，一种为白玻的中空玻璃，另一种为LOW E玻璃内充惰性气体的中空玻璃。