浮法玻璃原料车间工艺的初步设计

洛阳理工学院毕业设计（论文）

洛阳理工学院

毕业设计（论文）

题目 450t/d浮法玻璃原料车间工艺的初步设计 姓 名 王鹏 系（部） 材料科学与工程 专 业 复合材料加工与应用 指导教师 张华 2012年 5月

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450t/d浮法玻璃原料车间工艺的初步设计

摘 要

浮法玻璃是现如今生产平板玻璃的广范使用方法，并且原料车间又是浮法玻璃生产过程中的最为主要的环节。本设计是450t/d浮法玻璃原料车间工艺的初步设计，其主要是对浮法玻璃原料车间的设计方案和工艺流程进行阐述。原料车间的核心任务就是把质量和粒度都符合要求的粉料经破碎、筛分等工艺流程制备成制定玻璃品种生产过程中所需的配合料，并最终送进窑头进行熔制。该环节过程中的精准配料和生产过程中的稳定运行决定了所生产玻璃质量的优劣。因此在浮法玻璃原料车间设计中工艺方案的确定和装备设备的选取尤为重要。对于原料车间内的合理化布局，每一部分的紧密衔接都是保证玻璃质量的关键，本设计中主要叙述了现如今玻璃行业的发展情况和存在的问题，原料成分的选取和配比计算，设备选取和经济效益等部分，最后通过手绘和CAD绘图俩种方式对原料车间的整体布局进行了绘制。整个设计的内容完整，结合了生产过程中的实际情况，对实际生产有一定的指导意义。

关键词：浮法玻璃；原料；工艺流程；平衡计算

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450t/d float glass raw materials workshop process the preliminary

design

ABSTRACT

Float glass is the production of flat glass is now a wide range of use, and workshop materials is the most major part of the float glass production process. The design is a process of preliminary design of the 450t / d float glass workshop materials, which is mainly described the design and process of float glass workshop materials. The core task of the workshop materials to meet the requirements of quality and particle size powder by crushing and screening process was prepared with the materials needed in the development of varieties of glass production process, and ultimately sent to the kiln head melting. The link in the process of precise ingredients and production processes in the stable operation of the quality of glass produced by the pros and cons. Therefore, the process scheme for the design of the float glass workshop materials and equipment, equipment selection is particularly important. Rationalized within the workshop materials, each part of closely co-ordinated to ensure that the key to glass quality, now is now glass sectors of the economy and the problems are mainly described the design, selection of ingredients and the ratio calculation, equipment selection and economic benefits, part of the last hand-painted and CAD drawing two ways the overall layout of the workshop materials were drawn. The contents of the integrity of the entire design, combined with the actual situation in the production process, some guidance on the actual production.

KEY WORDS: Float glass; raw materials; process; balance calculation

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目 录

前 言 ................................................................................................ 1

1.1 本设计的指导思想和遵循原则 ............................................ 1

1.1.1 设计指导思想 ............................................................. 1 1.1.2 遵循的原则 ................................................................. 2

第1章 浮法玻璃原料的质量要求 ................................................... 3

1.1原料的质量要求 .................................................................... 3

1.1.1 浮法玻璃对原料化学组成的要求 .............................. 3 1.1.2 浮法玻璃对原料粒度组成的要求 .............................. 4 1.1.3 浮法玻璃对原料中难熔矿物含量的要求 .................. 5

第2章 浮法玻璃原料及成分设计 ................................................... 7

2.1 浮法玻璃的原料组成 ........................................................... 7

2.1.1 主要原料 ..................................................................... 7 2.1.2 辅助原料 ..................................................................... 8 2.2 浮法玻璃的成分设计 ......................................................... 10

2.2.1 玻璃生产的特点 ....................................................... 10 2.2.2 浮法玻璃对成分要求 ...................................................... 11 第3章 浮法玻璃配合料的制备 ..................................................... 13

3.1 玻璃组成的设计和确定 ..................................................... 13 3.2 配合料计算 ......................................................................... 13

3.2.1 配合料计算中的几个工艺参数 ................................ 13 3.2.2 计算步骤 ................................................................... 14 3.2.3 配合料计算 ............................................................... 14 3.3.1 对配合料的质量要求 ............................................... 19 3.3.2 配合料制备的工艺流程 ............................................ 19 3.3.3 配合料的质量控制 ................................................... 19

第4章 设备选型 ............................................................................. 21

4.1 原料的破碎与粉碎 ............................................................. 21 4.2 原料的筛分 ......................................................................... 22

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4.3 原料的除铁 ......................................................................... 23 4.4 称量设备 ............................................................................. 23 4.5 混合机械 ............................................................................. 23 4.6 原料运输设备 ..................................................................... 24 第5章 人员编制及成本核算 ......................................................... 25

5.1 企业人员编制 ..................................................................... 25 5.2 原料费用 ............................................................................. 25 5.3 工资情况 ............................................................................. 26 5.4设备管理费用 ...................................................................... 26 5.5 工厂管理费 ......................................................................... 27 5.6 投资回收期 ......................................................................... 27 结 论 .............................................................................................. 28 谢 辞 ................................................................................................ 29 参考文献 .......................................................................................... 30 附 录 .............................................................................................. 31 外文资料翻译 .................................................................................. 32 Composites in Aerospace Applications ............................................. 32 复合材料在航空航天中的应用 ....................................................... 40

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前 言

原料是材料生产的基础，其作用主要是根据产品的结构组成和所应具有的相应性能提供合适的化学成分和加工处理过程。优质适宜的原料是生产高品质产品的前提和保证。浮法玻璃的原料相对繁多，由于其成因和产状的不同，从而成分组成和物理化学性质不完全一致。针对所需原料不同的产地，选取标准和质量控制的不同对玻璃质量和性质造成的影响加以阐述。因此，掌握原料的成分和组成及其产品性能和生产工艺的相互关系，对于合理地选择原料，节约资源，物尽其用极为重要。玻璃科学的发展，加深了对玻璃的形成和结构理论、相平衡，特别是玻璃的性质和成分依从关系的认识，从而为玻璃成分的设计提供了重要的理论基础。但要定量地得到合乎预定要求的玻璃成分，必须对拟定的玻璃成分进行反复的调整，以获得所需性能的玻璃。

由于新技术的发展，人们对玻璃材料的性能提出了各种新的要求，而传统的玻璃形成系统已远远不能满足需要。由此推动了玻璃心系统的研究，新品种玻璃的不断出现，使用于玻璃成分中的元素几乎包括了周期表中的绝大部分，从而提供了各种具有优异性能的结构材料和功能材料。

由此可见，玻璃成分设计是一个十分复杂的问题。从长远的观点看，特别是随着玻璃成分、结构、性质间依从关系的不断明确，将逐步根据使用的要求设计所需的适宜成分。

此设计是450t/d浮法玻璃原料车间工艺初步设计，主要是依据浮法玻璃需要的性质和工艺性能从而设计玻璃的原料车间以及原料的组成成分，设计出一个低能耗又环保的方案。[1]

1.1 本设计的指导思想和遵循原则

1.1.1 设计指导思想

玻璃行业的发展与国民经济的很多行业都存在着联系，同时玻璃行业对推动整个国民经济的发展都起着非常积极重要的作用。因此，―十二五‖规划中也对玻璃行业的发展提出了具体的要求。同时，也颁布了各项法律

1

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来规范玻璃行业的健康发展。在新的形势下，玻璃行业必须按照科学发展观的要求，转变增长方式，有效的调整产业结构，才能促进玻璃行业的健康发展。

1.1.2 遵循的原则

玻璃的科学研究，特别是性质和组成依从关系的研究，为玻璃组成的设计提供了重要的理论基础，在实际设计玻璃原料车间时，应遵循如下原则：

（1）根据成分、性质、结构间的关系，就目前玻璃科学发展水平而言，主要是成分和性质的依从关系，使设计的玻璃能满足预定的性能要求。

（2）根据玻璃形成区域图和相图，使所设计的成分能够形成玻璃，并在一般情况下具有较小的析晶倾向。

（3）根据生产条件使设计的原料车间能够符合当前玻璃行业的经济、技术和发展的实际要求。

（4）所设计的玻璃原料车间应当具有低成本、低能耗和降低 污染的要求。

根据设计原则，首先就氧化物系统玻璃成分的设计进行讨论，在设计玻璃成分时，必须根据复发玻璃锁要求的物理、化学性质和工艺性能，选择适宜的氧化物系统，以确定决定玻璃主要性质的氧化物。在此基础上，再引入一些尽量不使玻璃的原有性质变差，而同时能赋予玻璃其他必要性质的氧化物，拟定出玻璃的设计成分。其次，就浮法玻璃生产所需的原料，针对原料的产地，选取方法，质量控制要求和检测方法采取相应的工艺措施。最后，针对材料的来源以及原料车间的合理设置，最大限度的节约能源，节约成本和消耗，提高生产效率，从而生产出高质量的平板玻璃。[2]

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第1章 浮法玻璃原料的质量要求

1.1原料的质量要求

原料质量优劣是关系到浮法玻璃生产优质高产的至关重要的问题。玻璃成品上的缺陷，在很大程度上是由原料和原料制备中的弊病造成的。当前，玻璃行业清楚认识到这点，原料质量低劣，即使采用了先进的浮法成型工艺，也难以成产出优质玻璃。为此，制定出玻璃生产使用原料的质量规范，对原料提出了各种要求。

1.1.1 浮法玻璃对原料化学组成的要求

玻璃的熔制成型的整个生产过程中，化学成分都应处于稳定状态，从这一层意义上来讲，各种原料在同一批料中，其化学组成波动要小，在相邻的俩批料间的化学组成更不能打，否则会影响玻璃的均匀性。即使玻璃夜的温度相同，也会使玻璃的密度、粘度以及颜色等发生变化。所以必须对原料中各种氧化物的化学组成的波动提出要求，并加以严格控制。为生产优质浮法玻璃，对各种原料的化学组成，允许波动范围如下要求：

（1）硅砂

硅质原料是玻璃最主要的原料，它引入玻璃中的主要成分是SiO2，SiO2

在浮法玻璃成分中所占百分比，通常为71%~73%。如果硅质原料中含SiO2量低，不言而喻，其杂质含量就高。因此要求，

SiO2?98.5%±0.1% ； Al2O3≤0.2%±0.04% ； Fe2O3≤0.05%±0.001% ； TiO2 ≤0.01% ； Cr2O3＜0.0002% ；

相邻俩批料之间的成分波动范围不得超过上述波动范围的40%。 （2）长石

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SiO2＜70%±0.1% ； Al2O3 ＞19%±0.2%； Fe2O3＜0.2%±0.1%； Na2O+K2O＜10%±0.5%； （3）白云石 CaO＞30.5%±0.3%； MgO＞20%±0.3%； Al2O3＜0.3%±0.1%； Fe2O3＜0.1%±0.05%； （4） 石灰石 CaO＞54%±0.3%； MgO＜0.5%±0.3%； Al2O3＜0.3%±0.1%； Fe2O3＜0.1%±0.05%； （5） 纯碱

浮法玻璃应采用重碱， Na2CO3＞99%； NaCl＜0.1%； 相对密度为1.1~1.3。 （6） 芒硝 应采用无水芒硝， Na2SO3＞95%； NaCl＜0.3%； CaSO4＜1%； 碳粉

不宜采用烟道灰 C＞84%；

灰分量小于12%；[3]

1.1.2 浮法玻璃对原料粒度组成的要求 （1）原料粒度组成对玻璃熔制的影响

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玻璃原料的粒度组成与玻璃熔化的关系及其密切，如果各种原料粒度组成和相互间的粒度级配合理，将显示出许多优点。

原料粒度组成合理，可使原料华学成分波动降到最低限度。要求原料粒度组成合理，仅控制粒级的上限是远远不够的，还要控制细级别（-120目）含量。在同一种原料的不同粒级中，特别是细级别中，其化学成分含量差异显著。

细级别含量高，其表面能增大，表面吸附和凝聚效应增大，当原料混合时，发生成团现象。另外，细级别多，在储存、运输过程中，受到振动和成锥作用的影响，与粗级别间，产生强烈的离析。这种离析的结果，使得进入熔窑的原料化学成分处于极不稳定状态。

玻璃各种原料，除各自的粒度分布要合理外，他们相互间的粒度分布要合理匹配，才能使配合料分层降低到最小程度，配合料均匀度处于最佳状态。

（2）玻璃用主要原料的粒度要求

在原料粒度分布上，一般要求分散性越小越好，这是主要的趋势。但还要考虑工厂的经济性，所以不对原料粒度作硬性规定。

1.1.3 浮法玻璃对原料中难熔矿物含量的要求

硅质原料、白云石、石灰石、长石等属于天然矿物。这些天然矿物中含有危害玻璃质量的杂质。有些属于难熔重矿物（见表1-1）。由于重矿物在玻璃熔化过程中，难以完全熔化而被残留在玻璃成品上，形成固体夹杂物，通常称之为―结石‖。

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温度为850~900℃，玻璃液粘度由103.2~104.25Pa·s；然后在拉薄区温度从850℃下降到700℃,粘度由104.25Pa·s增加到105.25Pa·s，在此区域玻璃受张力作用伸展变薄，且厚度和宽度按比例减少。最后进入硬化区，使玻璃硬化，进入退火窑而不变形。

（2）玻璃成型速度快。一般6mm玻璃拉引速度为120m/h，甚至更高。 （3）玻璃液流流在锡槽锡夜面上后，由于玻璃液表面张力，锡液表面张力和玻璃锡液表面张力共同作用的结果，使玻璃液摊平、伸展、自抛光，从而得到光洁平整、不产生光学畸变的表面。为此必须在成型温度范围内，使玻璃保持一定粘度与表面张力。

2.2.2 浮法玻璃对成分要求

（1）玻璃粘度-温度曲线和表面张力要适合浮法成型和自身抛光的需要；同时料性要短，以适合于高速拉引。浮法玻璃的硬化速度通常以粘度103.2Pa·s冷却到106.65Pa·s，相对应的温度之间的温差表示，即?t=t4.2(粘度为104.2泊的温度)~t7.65（粘度为107.65泊的温度）（1泊=0.1Pa·s）的数值，此值通常 在260~290℃之间，?t值愈小，硬化速度愈快。

（2）玻璃析晶上限温度要低于成型温度。由于浮法成型阶段温度均化较高，故对玻璃析晶上限温度可以放宽，即玻璃析晶上限温度可以略高。浮法玻璃允许的析晶上限温度（开始结晶温度）应低于1025℃。析晶上限温度应比成型温度低25℃以上。

（3）玻璃成型时，不易产生玻筋、条纹等缺陷。玻璃的化学稳定性要好，不易风化（发霉）。玻璃的透明度高，可见光透射率达到国际要求以上。有机械强度高，热稳定性好等特点。

普通浮法玻璃拉引速度比垂直引上快得多，因此在成型中必须采用硬化速度快的短性玻璃成分，即调整CaO含量到8%~9%。但是随着CaO含量的增加，会使玻璃发脆并容易产生析晶。因此MgO控制在4%左右，以改善玻璃的析晶性能。为了得到好的表面质量和减少玻筋，采用低的Al2O3含量；为了增加透光率，降低Fe2O3含量。浮法玻璃成分的特点是高钙、低铝、中镁、微铁。一般化学成分组成：CaO+MgO含量为11%~13%，CaO/MgO为1.5~3.0；Al2O3含量在2.0%以下。

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根据Na2O-CaO-SiO2系统相图确定系统中能够形成玻璃的组成范围:12%~18%Na2O；6%~16êO；68%~82%SiO2。但在实际生产中该系统的组成范围为12%~14%Na2O；5%~12êO；69%~73%SiO2。在生产实践中当引入MgO和Al2O3时，不仅玻璃的析晶性能得到改善，而且热稳定性和化学稳定性均得到改善。综上所述，根据国内和国外的情况，现提出普通浮法玻璃的化学成分范围。表2-1中Fe2O3为原料中杂质所致，并非设计数值，而是限制数值；SO3主要是由澄清剂芒硝引入。[5-6,18]

表2-1 普通玻璃与浮法玻璃化学成分及其构成 （%） 化学成分 普通玻璃 SiO2 71.00~73.00 浮法玻璃 71.00~73.00 Al2O3 1.50~ 2.00 0.10~ 2.00 0.02~0.15 Fe2O3 <0.20 CaO 6.00~ 6.50 7.70~ 11.80 2.50~4.50 13.40~14.50 <0.30 MgO 4.50 Na2O/K2O 15.00 SO3 <0.30

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第3章 浮法玻璃配合料的制备

3.1 玻璃组成的设计和确定

玻璃的科学研究，特别是性质和组成依从关系的研究，为玻璃组成的设计提供了重要的理论基础。实际设计玻璃组成应遵循如下原则：根据玻璃组成-结构-性质的依从关系，设计的组成需满足预定性能要求；根据相图和形成图设计的玻璃组成成玻倾向大，析晶倾向小，同时满足不同成型工艺的要求；需对初步设计的基础玻璃组成进行必要的性能调整；经反复试验、性能测试后确定合理的玻璃组成。

3.2 配合料计算

根据所设计玻璃成分和所用原料的化学成分可以进行配合料的计算。进行配合料计算时，应认为原料中的气体物质在加热过程中全部分解逸出，而且分解后的氧化物全部转入玻璃成分中。随着对制品质量要求的不断提高，必须考虑各种因素对玻璃成分的影响。例如，氧化物的挥发，耐火材料的溶解，原料的飞损，碎玻璃的成分等，从而在计算时对某些成分适当的增减以保证设计成分。

3.2.1 配合料计算中的几个工艺参数

（1）纯碱挥散率

纯碱挥散率指纯碱中未参与反应的挥发、飞散量与总量的比值，即： 纯碱挥散率=

纯碱挥发率?100% （3-1）

纯碱用量它是实验值，它与加料方式，熔化方法、熔制温度、纯碱的本性（重碱或轻碱）等有关。在池窑中挥散率一般在0.2%~3.5%之间。

（2）芒硝含率

芒硝含率指芒硝引入的Na2O与芒硝和纯碱引入的Na2O总量之比，即：

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芒硝含率=

芒硝引入的Na2O （3-2）

芒硝引入的Na2O?纯碱引入的Na2O（3）煤粉含率

煤粉含率指由煤粉引入的固定碳与芒硝引入的Na2SO4之比，即： 煤粉含率=

煤粉?C含量?100% （3-3）

芒硝?Na2SO4含量煤粉的理论含率为4.2%。根据火焰性质、熔化方法来调节煤粉含率。在生产上一般控制在3%~5%。

（4）萤石含率

萤石含率指由萤石引入的CaF2量与原料引入总量之比，即 萤石含率=

萤石?CaF2含量?100% （3-4）

原料总量它随熔化条件和碎玻璃的储存量而增减，在正常情况下，一般在18%~26%。

3.2.2 计算步骤

第一步先进行粗算，即假定玻璃中全部SiO2和Al2O3均由硅砂和砂岩引入；CaO和MgO均由白云石和菱镁石引入；Na2O由纯碱和芒硝引入。在进行粗算时，可选择含氧化物种类最少；或用量最多的原料开始计算。

第二步进行校正。例如,在进行粗算时，在硅砂和砂岩含量中没有考虑其他原料引入的SiO2和Al2O3，所以应进行校正。

第三步把计算结果换算成实际配料单

3.2.3 配合料计算

（1）玻璃的设计成分（见表3-1）

表3-1 玻璃成分的设计

SiO2 72.4 Al2O3 2.10 Fe2O3 <0.2 CaO 6.4 MgO 4.2 Na2O 14.5 SO3 0.20 总量 100 （2）各种原料的化学成分（见表3-2）

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表3-2 各种原料的化学成分

原料 含水量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O Na2 SO4 硅砂 砂岩 菱镁石 白云石 纯碱 芒硝 萤石 4.5 1.0 — 0.3 1.8 4.2 — 89.70 98.76 1.73 0.69 1.10 24.62 5.12 0.56 0.29 0.15 0.29 2.08 0.34 0.10 0.42 0.13 0.12 0.43 0.44 0.14 0.16 0.02 3.66 0.19 57.94 41.47 95.03 CaF2 70.3 4 C 0.71 46.29 31.6 20.47 0.50 51.56 0.37 煤粉 — （3） 配合料的工艺参数与所设数据

纯碱挥散率 3.10%； 玻璃获得率82.5%；

碎玻璃掺入率 20%； 萤石含率 0.85%； 芒硝含率 15%； 计算基础 100kg玻璃液； 煤粉含率 4.7%； 计算精度 0.01。 具体计算如下：

萤石用量计算

根据玻璃获得率得原料总量为：

100?121.21kg0.825

设萤石用量为Xkg，根据萤石含率得： 0.85%=

X?0.7028 ，X=1.47kg （3-5）

121.21引入1.47kg萤石将带入得氧化物得量为： SiO2 1.47?24.62%-0.12=0.24kg Al2O3 1.47?2.08%=0.03kg Fe2O3 1.47?0.43%=0.01kg CaO 1.47?51.56%=0.76kg

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-SiO2 =-0.12kg

上式中的-SiO2是SiO2得挥发量，按下式计算：

SiO2+2CaF2=SiF4?+2CaO （3-6） 设有30%得CaF2与SiO2反应，生成SiF4而挥发，

设SiO2得挥发量为Xkg，SiO2的摩尔量为60.09，CaF2得摩尔量为78.08，则：

X=60.09?1.47?70.28%?30%? 纯碱和芒硝用量的计算

设芒硝引入量为Xkg，根据芒硝含率得下式：

X?0.4147?15%，X=5.24kg

14.51?0.21kg

2?78.08芒硝引入的各氧化物量见表3-3

表3-3 由芒硝引入的各氧化物量 kg

SiO2 0.06 Al2O3 0.02 Fe2O3 0.01 CaO 0.03 MgO 0.02 Na2O 2.18 纯碱用量= 煤粉用量

14.5?2.18?21.26kg

0.5794设煤粉用量为Xkg，根据煤粉含率得；

X?0.8411=4.7% ，X=0.28kg （3-7）

5.24?0.9503硅砂和砂岩用量的计算

设硅砂用量为Xkg，砂岩用量为Ykg，则；

0.897X+0.9876Y=72.4-0.24-0.06=72.1 （3-8） 0.0512X+0.0056Y=2.10-0.03-0.02=2.05 （3-9） 解方程得 X=35.60kg；Y=40.68kg 由硅砂和砂岩引入的各氧化物量见表3-4

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表3-4 由硅砂和砂岩引入的各氧化物量 （kg） 原料 硅砂 砂岩 SiO2 31.93 40.18 Al2O3 1.82 0.23 Fe2O3 0.12 0.04 CaO 0.16 0.06 MgO 0.06 0.01 Na2O 1.28 0.08 白云石和菱镁石的计算

设白云石用量为Xkg，菱镁石用量为Ykg，则：

0.3157X+0.0071Y=6.4-0.76-0.03-0.16-0.06=5.39 （3-10） 0.2047X+0.4629Y=4.2-0.02-0.06-0.01=4.11 （3-11）

解方程组得 X=17.04kg；Y=1.34kg 由白云石和菱镁石引入的各氧化物量见表3-5

表3-5 白云石和菱镁石引入的各氧化物量 （kg）

原料 白云石 菱镁石 SiO2 0.12 0.02 Al2O3 0.03 — Fe2O3 0.02 0.01 CaO 5.38 0.01 MgO 3.49 0.62 校正纯碱用量和挥散量

设纯碱理论用量为Xkg，挥散量为Ykg，则:

0.5794X=14.5-2.18-1.28-0.08 （3-12） 解得 X=18.92kg

Y?0.03118.92?Y （3-13）

解得 Y=0.61kg 校正硅砂和砂岩用量

设硅砂用量为Xkg，砂岩用量为Ykg，则：

0.8970X+0.9876Y=72.4-0.24-0.06-0.12-0.02=71.96 （3-14）0.0512X+0.0056Y=2.10-0.03-0.02-0.03=2.02 （3-15）

解方程组得 X=34.96kg；Y=41.11kg 把上述计算结果汇总成原料用量表（见表3-6） 玻璃获得率得计算

玻璃获得率=

100=82.7%

120.9717

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获得100kg玻璃液各原料引入氧化物含量见表3-6

表3-6 100kg玻璃液需各原料引入氧化物含量

原料 用量（kg） 硅砂 砂岩 白云石 菱镁石 纯碱 挥散 芒硝 萤石 煤粉 合计 34.96 41.11 17.04 1.34 18.92 0.61 5.24 1.47 0.28 120.97 4.3 1.2 0.23 100 28.9 34 14.1 1.1 16.1 31.36 40.60 0.112 0.02 0.06 0.24 72.4 1.79 0.23 0.03 — 0.02 0.03 2.1 0.12 0.04 0.02 0.01 0.03 0.76 6.4 0.15 0.06 5.38 0.01 0.02 4.2 0.06 0.01 3.49 0.02 0.02 4.2 2.18 14.5 1.28 0.08 10.96 0.2 （%） SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O SO3 每日需配合料总量的计算 设配合料的总日用量为X t，则：

X120.97?20?100 450/82.5% （3-16）

解得 X=768.93t

每日需碎玻璃质量为 768.93?20%=153.79t 每日需粉料总量为 768.93-153.79=615.14t

每日生产过程中产生的碎玻璃量为 450?（1-82.5%）/82.5%=95.45t 假定碎玻璃的损失量为0.5%，则碎玻璃回窑量为： 95.45?（1-0.5%）=90.68t

由于碎玻璃的需求来自生产过程中的产生和厂外的购买，则： 需厂外购买碎玻璃的理论值为153.79-90.68=63.11t

考虑到外购碎玻璃在运输等过程中的损失，定损失率为6%， 则实际需要每日外购碎玻璃量为63.11?（1+6%）=66.90t 原料日用量见表3-7所示。[7-8,16-17]

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表3-7原料日用量表

原料 硅砂 砂岩 白云石 干基质量 湿基质量 177.78 186.16 211.26 86.99 6.77 100.86 27.61 7.38 1.41 153.79 782.23 209.15 86.73 菱镁石 6.77 99.04 26.45 7.38 1.41 153.79 768.5 纯碱 芒硝 萤石 煤粉 碎玻璃 总计 根据要求，配合料的水分为4%，所以

768.93?153.79?640.771?4%

t

日加水量为： 640.77-（782.23-153.79）=12.33t

3.3.1 对配合料的质量要求

保证配合料的质量要求是加速玻璃熔制和提高玻璃质量，防止缺陷的基本措施。对配合料的主要要求是：

（1）构成配合料的各种原料均应有一定的粒度组成，即同一种原料应有适宜的粒度，不同原料间保持一定的粒度比，以保证配合料的均匀度，熔制速度、玻璃液均匀度，提高混合质量，防止配合料的分层。

（2）配合料中应有一定的水分，使水在石英颗粒原料表面上形成水膜，5%的纯碱和芒硝溶于水膜中，有助于加速熔化。

（3）为了有利于玻璃液的澄清和均化，配合料需有一定的气体率。 （4）必须混合均匀，以保证玻璃液的均匀性。

3.3.2 配合料制备的工艺流程

浮法玻璃工厂原料大部分都必须经过破碎、筛分，而后经称量、混合，最后制成配合料。

3.3.3 配合料的质量控制

配合料的质量是根据其均匀性与化学组成的正确性来评定的。再设计和生产上应考虑的一些质量控制如下：

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（1）原料成分的控制； （2）原料水分的控制； （3）原料颗粒度的控制； （4）称量精度的控制； （5）混合均匀度的控制； （6）分料（分层）的控制；

（7）粉料的飞料、沾料、剩料、漏料的控制。[9-10]

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第4章 设备选型

4.1 原料的破碎与粉碎

原料的破碎与粉碎主要是根据原料的硬度、块度和需要粉碎的程度选择加工方法和加工设备

在浮法玻璃工厂中，石灰石、白云石、长石等块状无聊通常用颚式破碎机进行破碎，然后用锤式破碎机进行粉碎，从而制得粒度符合要求的粉状原料。砂岩、石英岩的硬度较大，用量也多，为了减少破碎时物料对机械设备的磨损，正常情况下应对其煅烧。但是考虑到燃料的耗用和生产费用的增加，采用颚式破碎机与湿轮碾机配合使用，进而直接破碎和粉碎砂岩或石英岩。由于纯碱和芒硝易结块，所以通常用锤式破碎机或笼形碾进行粉碎。萤石由于含有粘土，故其杂质质量较多，在破碎前应先用水进行冲洗，干燥后直接破碎。

破碎和粉碎的设备选型为： PE250?400颚式破碎机： 进料口尺寸：400mm?250mm 最大进料粒度：210mm 产量：5~20t/d

排料口调整范围：20~60mm

外形尺寸：1450mm?1315mm?1296mm 电机功率：15kw

2PG630?300辗式破碎机： 最大进料尺寸：10~25mm 出料粒度：0~10mm 生产率：2~8t/h 辗子转速：80r/min 机重：4.85t 电机功率：15kw

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PC800?600锤式破碎机： 给料粒度：?300mm 出料粒度：?30mm 产量：25~50t/h 功率：55kw 机重：2t

LF600型笼形辗： 生产能力：1~3t/h

物料最大粒度：?100mm 主轴转速：400r/min 功率：5.5kw

外形尺寸：1200mm?1450mm?882mm 机重：0.6t [14-15]

4.2 原料的筛分

各种块状原料经粉碎必须进行筛分，将杂质和大颗粒部分分离出去，使物料具有适宜的颗粒组成以保证配合料混合均匀和避免分层，不同的原料有不同的粒度要求，配合料中各原料应有一定的粒度比，难熔化的原料其粒度应适当细些。

原料的筛分一般只控制原料粒度的上限，对于小颗粒部分则不作分离，原料的粒度一般用通过的筛孔数表示，一般要求如下：

石英砂，通常只通过36~49孔/cm2的筛。因为在选用石英砂使，对其颗粒组成已进行分析，到厂后过筛的目的并不是对其粒度进行控制，而是为了除去杂草、石块、泥块等外来夹杂物。

砂岩、石英砂、长石，通过81孔/cm2的筛。 纯碱、芒硝、石灰石、白云石，通过孔/cm2的筛。 设备选型：

2000mm?900mm机动筛和?1100?2000mm六角筛

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4.3 原料的除铁

在浮法玻璃原料中常常含有金属铁及其化合物的杂质，这些夹杂的各种铁质都会使玻璃着成黄绿色，降低玻璃的透明度，进而还会影响玻璃制品的质量。本设计选用磁选的方法，利用磁性把原料中的含铁矿物除去。

4.4 称量设备

称量原料是重要的一个过程。称量必须做到准确无误，否则会使玻璃的成分改变，这不仅会给玻璃的熔制和成型带来一系列困难，而且还会影响制品的性能，造成制品的各种缺陷。

随着玻璃厂自动化水平的不断提高，电子计算机在配料生产线上的应用，自动电子秤的不断完善和精度的不断提高，目前大型玻璃厂广泛采用电子秤作为主要称量设备。

称量的设备选型为XSP006型配料秤，XSP006型配料秤的规格性能如下：

最大称量：60kg 最小分度值：0.1kg 允许误差：0.15 秤斗容积：0.14m3

单机外形尺寸：850?400?1400 电源电压：220V

气源气压：（5~6）?105Pa 计量周期：2min 机重：0.4t

4.5 混合机械

各种粉粒原料在外力作用下运动速度和方向不断改变，使各组分粒子得以均匀分布的操作即为混合的作用机理。混合的目的是为了给玻璃的熔制提供均匀的配合料。而且如果混合的不够完全，则玻璃制品中会出现条纹，气泡及结石等缺陷。

根据每日混合配合料的总质量，及其加水量的多少，即可。

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每日用配合料容积V=

768.93+12.33=319.90m3 2.5则每小时混合量为V1=V/24=319.90/24=13.33m3=13330L QH混合机的规格性能如表4-1所示。

表4-1 QH混合机的规格性能

型号 生产能力(L/次) QH375 QH750 375 750 36.4 29 6 6 11 12 1554?1820?1558 2700?2310?1980 涡桨转速（r/min） 涡桨个数 功率（kw） 外形尺寸（mm3） 重量（t） 1.492 3.0 根据QH型混合机的混合机理，每混合一次所需时间为3min左右，所以根据产量选用QH750型混合机。

4.6 原料运输设备

当被运输的物料水平距离较近，垂直高度较大时，可应用斗式提升机进行输送。斗式提升机广泛应用于各种散状碎块物料的垂直输送场合。粉状物料则通过气力输送来实现输送。气力输送不仅输送能力高，节省劳动力和改善劳动环境，而且可以和粉碎、分级、干燥等操作工艺结合起来，大大提高工厂的自动化水平。而且，由于玻璃工厂所用的原料大部分是粉粒状的，因此，气力输送在玻璃工厂具有广阔的前景。[12-13]

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第5章 人员编制及成本核算

5.1 企业人员编制

企业原料车间部定员50人，生产工人32人，管理人员6人，服务人员6人，拟企业原料车间部劳动人员为：每班8人，轮休6人。

表 5-1 建厂的经济技术指标

序号 1 2 3 硅砂 4 5 量 车间用地面6 积 7 配合料成本 元/吨 310.1 平方米 2 520 白云石 芒硝 日用水量 最大日用水立方米/日 1 500 项目 产量 人员数 其中工人数 行政人员数 砂岩 石灰石 纯碱 单位 吨/年 人 人 人 吨/年 吨/年 吨/年 吨/年 吨/年 吨/年 立方米/日 数量 164250 50 40 10 77109.9 2471.1 36813.9 67948.4 31751.4 10077.7 1 000 备注 正、副车间主任

5.2 原料费用

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表 5-2 原料成本

原料名称 硅砂 砂岩 白云石 石灰石 萤石 纯碱 芒硝 煤粉 碎玻璃 年用量（t） 67948.4 77109.9 31751.4 2471.1 2693.7 36813.9 10077.7 514.7 24418.5 价格（RMB/t） 75 65 80 75 320 1200 300 110 120 年费用（万） 509.63 501.21 254.01 18.53 86.20 4417.67 302.33 5.66 293.02

5.3 工资情况

表5-3各部门各岗位平均工资明细情况表

部门 管理人员人数 生产人员人数 平均工资（万/年） 生产部 采购部 后勤部 厂部 16 8 8 12 96 16 18 6 6 5.6 12 1005.6 总计（万/年）

5.4设备管理费用

表5-4 综合折旧费

固定资产 破碎机 电动机 各种运输机 办公楼厂房 运输安装费 价格（万） 205 80 100 2000 150 残骸价（万） 65 50 70 1700 100 使用年限 10 10 15 25 10 折旧费（万） 14 3 2 12 5 26

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5.5 工厂管理费

工厂管理费包括行政人员及其辅助人员工资、办公费、出差费、保险费等，可按综合折旧费的16%，则工厂管理费为4.16万元。

5.6 投资回收期

投资回收期=建厂全部投资/本厂本年利润

建厂全部投资包括厂房、设备安装、地皮等，除固定资产外加原料费、办公费、工资费等。

建厂全部投资：设备投资1200万元；建筑物、构筑物投资2000万元；设备运输安装按设备投资的20万元；地皮费、车辆1000万元；职工培训20万元。设计的理论利润是1300万元。

回收期=4240/1300=3.3年[11]

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结 论

在本次设计当中，通过资料查找发现目前玻璃工业发展水平来看，浮法玻璃技术的改进还仅限于少数的发达国家，国际玻璃工业技术与装备上新型玻璃生产技术向着大型化、节能化以及自动化方向发展。因为玻璃工业的成熟期比较早，同时为人类的发展做出了不可估量的贡献。在本设计开始时，我查阅了大量的文献资料，接触到了当今最前沿的浮法玻璃技术，并借鉴了先进的科技支撑。遇到的最大问题就是，在各部分的衔接处缺少专业方面的知识，未能做到尽善尽美。在本次设计的过程中得到了张华老师的指导，并且通过和同学们的讨论也发现并改进了自己设计中的较多不足。

通过本次的毕业设计让我对玻璃方面的知识有了更加全面的了解，同时为我将来的工作打下了一个认识基础。由于我实在是能力有限，难免会 存有不足和错误，希望各位老师能够积极指教。

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谢 辞

在本次毕业设计过程中，从一开始的资料选取，到最终的修改成稿，这期间从满是疑惑道最终的顺利完成，真真正正的学习到了很多知识。在设计过程中要特别的感谢张华老师的悉心指导和积极督促，让我顺利的完成设计任务，进行论文答辩。能够完成的完成本次毕业设计，是我离开校园迈向社会前最后的一个学习任务，也算是为自己的大学生活画上了一个圆满满的句号。在这里，感谢各位老师三年来的教导和帮助，谢谢你们的辛勤付出，谢谢你们。

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参考文献

[1] 张战营，刘缙，谢军. 浮法玻璃生产技术与设备 化学工业出版社，2008.04

[2] 姜宏.，浮法玻璃原料，化学工业出版社，2008.06 ,30（5）：26-29 [3] 王桂荣，浮法玻璃原料，北京：化学工业出版社，2006，30（5）：78-81

[4] 陈树正，浮法玻璃，武汉理工大学出版社，2002,26（7），58-64 [5]李春菊，胡涛，玻璃，维普资讯网，2006年第二期：65-69 [6]杨金刚，孙强，玻璃，维普资讯网，2004年第三期:36-43 [7]何峰，张兆艳，硅酸盐学报，万方数据库，2003年第七期:36-38 [8]刘志强，玻璃，，维普资讯网，2000年第二期:67-69

[9] 陈正树.，浮法玻璃，武汉理工大学出版社，2008,168（5):4-9 [10] 戴春梅. E- 玻璃熔化过程中的物化反应和能量消耗[D] 大连理工大学 ，2008

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[14] 杨京安，彭寿. 浮法玻璃制造技术新工艺 化学工业出版社 2010.7

[15] 构架质量技术监督局 浮法玻璃 国家标准出版社 2002 [16] Campos, I., Balankin, A., Bautista, O., Ramírez, G., ―Self-affine cracks in a brittle porous material‖, Theor. Appl.Fract. Mech. 44, 187-191 (2008).

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[18] Ashkar, F., Mahdi, S., ―Fitting the log-logistic distribution by generalized moments‖, J. Hydrology 328, 694-703(2010).

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附 录

机械设备一览表

序号 机械设备名称 型号 生产能力（t/h） 数量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 鄂式破碎机 鄂式破碎机 锤式破碎机 湿式棒磨机 单转式笼磨机 振动筛 六角筛 电子称 QH混合机 QH混合机 皮带输送机 斗式提升机 带式除尘器 双管螺旋给料机 湿式轮碾机 PEF125×250 PEF250×500 PCB600×400 直径1350 Φ2000×900 Φ1100×2 000 TCS QH750 QH375 带速1.00-3.15 D250 合成纤维 1.8 0.45 11.8(m3/h) 17～43.6 t/h 380㎏/盘 6 15 1 1 1-4 5-20 4-15 5.8-12.6 10-20.5 0.1-60 2 2 1 1 1 1 2 9 1 1 50-500㎏ 1.5m宽 备注 ?300?1805 ?1000?350

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外文资料翻译

Composites in Aerospace Applications

By Adam Quilter, Head of Strength Analysis Group, ESDU International (an IHS company)

Introduction

The aerospace industry and manufacturers‘ unrelenting passion to enhance the performance of commercial and military aircraft is constantly driving the development of improved high performance structural materials. Composite materials are one such class of materials that play a significant role in current and future aerospace components. Composite materials are particularly attractive to aviation and aerospace applications because of their exceptional strength and stiffness-to-density ratios and superior physical properties.

A composite material typically consists of relatively strong, stiff fibres in a tough resin matrix. Wood and bone are natural composite materials: wood consists of cellulose fibres in a lignin matrix and bone consists of hydroxyapatite particles in a collagen matrix. Better known man-made composite materials, used in the aerospace and other industries, are carbon- and glass-fibre-reinforced plastic (CFRP and GFRP respectively) which consist of carbon and glass fibres, both of which are stiff and strong (for their density), but brittle, in a polymer matrix, which is tough but neither particularly stiff nor strong. Very simplistically, by combining materials with complementary properties in this way, a composite material with most or all of the benefits (high strength, stiffness, toughness and low density) is obtained with few or none of the weaknesses of the individual component materials.

CFRP and GFRP are fibrous composite materials; another category of composite materials is particulate composites. Metal matrix composites (MMC) that are currently being developed for the aviation and aerospace industry are examples of particulate composites and consist, usually, of non-metallic

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particles in a metallic matrix; for instance silicon carbide particles combined with aluminium alloy.

Probably the single most important difference between fibrous and particulate composites, and indeed between fibrous composites and conventional metallic materials, relates to directionality of properties. Particulate composites and conventional metallic materials are isotropic, i.e. their properties (strength, stiffness, etc.) are the same in all directions; fibrous composites are anisotropic, i.e. their properties vary depending on the direction of the load with respect to the orientation of the fibres. Imagine a small sheet of balsa wood: it is much easier to bend (and break) it along a line parallel to the fibres than perpendicular to the fibres. This anisotropy is overcome by stacking layers, each often only fractions of a millimetre thick, on top of one another with the fibres oriented at different angles to form a laminate.

Except in very special cases, the laminate will still be anisotropic, but the variation in properties with respect to direction will be less extreme. In most aerospace applications, this approach is taken a stage further and the differently oriented layers (anything from a very few to several hundred in number) are stacked in a specific sequence to tailor the properties of the laminate to best withstand the loads to which it will be subjected. This way, material, and therefore weight, can be saved, which is a factor of prime importance in the aviation and aerospace industry.

Another advantage of composite materials is that, generally speaking, they can be formed into more complex shapes than their metallic counterparts. This not only reduces the number of parts making up a given component, but also reduces the need for fasteners and joints, the advantages of which are twofold: fasteners and joints may be the weak points of a component — a bolt needs a hole which is a stress concentration and therefore a potential crack-initiation site, and fewer fasteners and joints can mean a shorter assembly time.

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Shorter assembly times, however , need to be offset against the greater time likely to be needed to fabricate the component in the first place. To produce a composite component, the individual layers, which are often pre-impregnated (?pre-preg‘) with the resin matrix, are cut to their required shapes, which are all likely to be different to a greater or lesser extent, and then stacked in the specified sequence over a former (the former is a solid or framed structure used to keep the uncured layers in the required shape prior to, and during, the curing process). This assembly is then subjected to a sequence of temeratures and pressures to‘cure‘ the material. The product is then checked thoroughly to ensure both that dimensional tolerances are met and that the curing process has been successful (bubbles or voids in the laminate might have been formed as a result of contamination of the raw materials, for example).

The Use of Composites in Aircraft Design

Among the first uses of modern composite materials was about 30 years ago when boron reinforced epoxy composite was used for the skins of the empennages of the U.S. F14 and F15 fighters. Initially, composite materials were used only in secondary structures, but as knowledge and development of the materials has improved, their use in primary structures such as wings and fuselages has increased. The following table lists some air craft in which significant amounts of

composite materials are used in the airframe.

Composites in Aerospace Applications

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Initially, the percentage by structural weight of composites used in manufacturing was very small, at around two percent in the F15, for example. However, the percentage has gr own considerably, through 19 percent in the F18 up to 24 percent in the F22. The image below, from Reference 1，shows the distribution of materials in the F18E/F aircraft. The AV-8B Harrier GR7 has composite wing sections and the GR7A features a composite rear fuselage.

Composite materials are used extensively in the Eurofighter: the wing skins, forward fuselage, flaperons and rudder all make use of composites. Toughened epoxy skins constitute about 75 per cent of the exterior area. In total, about 40 percent of the structure al weight of the Eurofighter is carbon-fibre-reinforced composite material. Other European fighter typically feature between about 20 and 25 percent composites by weight: 26 percent for Dassault‘s Rafael and 20 to 25 percent for the Saab Gripen and the EADS Mako.

The B2 stealth bomber is an interesting case. The require-ment for stealth means that radar-absorbing material must be added to the exterior of the air craft with a concomitant weight penalty. Composite materials are therefore used in the primary structure to offset this penalty.

The use of composite materials in commercial transport air-cr aft is attractive because reduced airframe weight enables better fuel economy and therefore lowers operating costs. The first significant use of composite material in a commercial aircraft was by Airbus in 1983 in the rudder of the A300 and A310, and then in 1985 in the vertical tail fin. In the latter case, the 2,000 parts (excluding fasteners) of the metal fin was reduced to fewer than 100 for the composite fin, lowering its weight and production cost. Later, a honeycomb core with CFRP faceplates was used for the elevator of the A310.Following these successes, composite materials were used for the entire tail structure of the A320, which also featured composite fuselage belly skins, fin/fuselage fairings, fixed leading- and trailing-edge bottom access panels and deflectors, trailing-edge flaps and flap-track fairings, spoilers, ailerons, wheel

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9lv3.html