Стекловаренная печь

История развития.

Наиболее древние рукотворные изделия из стекла, найдены на территории древнего Египта в районе города Фивы – датируется 35 в. до н.э., это были, как правило, украшения, но уже в 16 в. до н.э. в Месопотамии и Египте делались стеклянные вазы. Позже производство стекла освоили в Греции, Китае, Индии. Однако массовое производство стекла началось только в 13 веке в Италии и постепенно расширилось по всей Европе.

В начале XX века производство листового стекла было механизировано и автоматизировано.

Получают листовое стекло вытягиванием из печи между двух роликов и протягиванием расплавленного стекла по поверхности ванны с расплавленным оловом (флоат-метод).

На Украине первый крупный стекольный завод был построен в г. Львов и позже в Лисичанске (Луганская обл.).

Принцип действия

Для выработки изделий из стекла с характерными свойствами и разного назначения, используются стекловаренные печи, отличающиеся по конструкции, принципу действия, производительности и режиму работы.

По устройству рабочей камеры стекловаренные печи делятся на ванные и горшковые.

По способу обогрева стекловаренные печи можно подразделить на:

- пламенные;

- электрические;

- газоэлектрические.

По способу преобразования электрической энергии стекловаренные печи делятся на:

- дуговые;

- печи сопротивления (прямого и косвенного нагрева);

- индукционные.

Горшковые печи – печи периодического действия применяют для варки стекол специального назначения (оптических, художественных, светотехнических и т.д.). Эти печи имеют КПД 8-10%

Ванные печи бывают периодического и непрерывного действия.

Наиболее эффективными являются стекловаренные ванные печи непрерывного действия.

Наибольшее распространение, среди них, получили печи прямого нагрева.

Для питания электрических печей прямого нагрева используется однофазный или трехфазный ток, который подводится к стекломассе через молибденовые или графитовые электроды.

В печах косвенного нагрева тепло передается материалу излучением или теплопроводностью от введенного в стекломассу нагревателя сопротивления.

Газоэлектрические печи – печи комбинированного нагрева: бассейн, где плавится шихта, обогревается газообразным топливом (природный газ), а бассейн осветления стекломассы обогревается электрическим током. Эти печи часто используются для получения хрусталя и специального стекла.

По способу использования тепла уходящих газов стекловаренные печи делятся на регенеративные и рекуперативные.

В связи с высокой температурой уходящих газов 1350-1500˚С, большинство стекловаренных печей регенеративного типа.

В качестве примера рассмотрим ванную регенеративную печь непрерывного действия.

Схема ванной регенеративной стекловаренной печи непрерывного действия:

1-свод печи; 2-зона бассейна; 3-уровень стекломассы; 4-зона бассейна печи; 5-дно;

6-загрузочное окно; 7-задняя стенка бассейна; 8-порог печи; 9-теплоизоляция печи;

10-свод и стены регенератора; 11-горелки; 12-верхние ряды регенератора;

13-участок регенератора; 14-участок насадок регенератора;

15-опора регенератора; 16-стена регенератора.

Такие печи используются в производстве листового стекла, бутылок, банок и полуфабрикатов.

Крупные печи длиной до 60 м, шириной до 10 м и глубиной до 1,5 м, имеют производительность до 300 т/сутки стекломассы.

В качестве шихты в основном используется кварцевый песок, сода, поташ и некоторые другие строго дозированные добавки. При варке хрусталя могут добавляться оксид свинца, барий, некоторые красители.

Ванна печи выкладывается огнеупорным материалом, близким по химическим свойствам с расплавом – кварцем, бакором, магнезитом и т.п.

В качестве топлива в основном используется природный газ (резервное топливо - мазут). Рабочая температура в печи 1500-1770˚С зависит от типа получаемой стекломассы. Подогрев воздуха в регенераторах 600-900˚С.

Размещение горелок может быть продольным с подковообразным факелом (печи до 15 м длиной) и с боковым расположением горелок вдоль длинных стенок печи для особо мощных печей.

Тепловой баланс стекловаренной печи.

Примерный тепловой баланс стекловаренной печи на природном газе приведен в табл.__

Табл.___

Повышение эффективности работы стекловаренных печей.

Характерной особенностью стекловаренных печей является низкая стойкость стен варочного бассейна в зоне его контакта с верхней частью расплава. На поверхности расплава стекломассы идут основные химические реакции. На поверхность расплава засыпается шихта, которая за счет динамического напора факела распределяется по поверхности расплава, т.е. на поверхности некоторое время находится абразив в виде кварцевого песка. Следовательно внутренняя поверхность огнеупора испытывает химическое и абразивное воздействие среды, что приводит к его повышенному износу учитывая высокий уровень температур в печи до 1700 ^оС.

Повышение стойкости огнеупора достигается принудительным наружным обдувом опасной зоны холодным воздухом или установкой системы испарительного охлаждения вокруг стен варочного бассейна.

Воздушное охлаждение позволяет эксплуатировать печь до одного года, но не гарантирует от прорыва стекломассы через утонченные участки. Высокая температура наружной поверхности стен 500-600˚С, создает крайне тяжелые условия работы, обслуживающего печь, персонала.

Применение испарительного охлаждения увеличивает межремонтный срок печи до трех лет и улучшает условия работы персонала.

Повышение эффективности работы стекловаренной печи можно обеспечить:

- утилизацией тепла уходящих газов после регенератора, температура которых достигает 450-500˚С;

- оптимизацией работы горелочных устройств;

- установкой современных горелочных устройств, что позволяет уменьшить потери на диссоциацию топлива и продуктов сгорания, и уменьшить выбросы СО и NOx в атмосферу;

- используя специальные заслонки уменьшить потери излучением в окружающую среду.

- качественная подготовка шихты ускоряет процесс стекловарения.