Д. И. Менделеева Издательский центр Н. А. Панкова, Н. Ю. Михайленко стекольная шихта и практика ее приготовления учебное пособие

Типы современных грануляторов шихты, используемых
в стекольной промышленности

Технологические параметры	Типы грануляторов
	тарельчатый	барабанный	экструдер	валки
Форма гранул	шарообразная	шарообразная	цилиндричес-кая	пластинчатая
Размер гранул, мм	диаметр 5 - 20	диаметр 1 - 5	диаметр 5 - 10 длина 10 - 30	толщина 1 - 3 длина:ширина= 20:100
Прочность гранул, кг/гранулу	8 - 10	5 - 7	20 - 40	10 - 50
Производитель-ность гранулятора, т/ч	2 - 10	2 - 10	10 - 20	до 80
Влажность шихты, %	10 - 15	8 - 10	8 - 25	5 - 8
Диаметр рабочих органов, м	2 - 4	2 - 2,5	0,5	0,3 - 0,5

Таблица 32

Влияние гранулирования шихты на выбросы пыли с отходящими
газами из стекловаренной печи

Тип использованной шихты	Количество пыли в отходящих газах
	г / с	т / год
Обычная Компактированная на вальцах	0,81 0,44	25 14,6
Обычная Гранулированная на тарельчатом грануляторе с добавкой NaOH	0,72 0,1	22,6 3,3
Обычная Аморфная шихта, гранулированная на экструдере	0,52 0,03	16,2 0,91

Таблица 33

Основные характеристики различных типов шихт при их активации и дополнительной обработке

Метод обработки шихты	Получае-мый материал	Размеры частиц шихты или гранул, мм	Влаж-ность мате-риала, гра-нул, %	Проч-ность гранул, кг/гран.	Насыпной вес мате-риала, кг/м^3	Получаемый эффект при стекловарении	Наличие дополни-тельного связую-щего	Ускоре-ние процес-са варки, %	Произво-дитель-ность линий, т/ч
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Увлажнение раст-ворами компонен-тов шихты (растворы соды, азотнокислых со-лей, едкого натрия)	Сыпучая шихта	0,1 - 0,5	4 - 6		1100 - -1300	Ускорение процесса варки. Снижение летучести компонен-тов шихты. Снижение степени расслоения шихты		5 - 10	В соот-ветствии с потреб-ностью произ-водства
Увлажнение с по-мощью органичес-ких поверхностно- -активных веществ, включая водную эмульсию мазута	Сыпучая шихта	0,1 - 0,5	4 - 6		1100 - -1300	Снижение степени расслоения шихты.Улучшение химической однородности стекломассы			В соот-ветствии с потреб-ностью произ-водства
Измельчение ком-понентов шихты	Сыпучая шихта	10 мкм- -0,1 мм	до 4		1100 - -1300	Ускорение процесса варки. Снижение температуры варки		5 - 20	0,5

Продолжение табл. 33

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Гидротермальный метод получения стекольной шихты (метод ИОНХ АН Армянской ССР)	Гранулы цилиндрической формы	Диаметр гранул около 10 мм, длина - 10-20 мм	8- 13%	20 - 40	1000 - -1100	Ускорение процесса варки. Снижение температуры варки на 100-150 ^ОС. Улучшение однородности стекломассы. Ликвидация расслоения шихты	Отсутст-вует	30 - 60	5
Получение шихты по методу Ереванс-кого института камня и силикатов	Сыпучий материал, гранулы	Около 0,1 3 - 10	 20 - 25	 20 - 40	500 - -700 820 - -950	Снижение температуры варки на 150 - 200 ^ОС.	Отсутст-вует Отсутст-вует	Темпе-ратура варки на 200-300^ОС ниже обыч-ных ус-ловий	Опытные линии
Получение синтети-ческих шихт из кремнегелей и раст-воров	Гели, сыпучая шихта		2 - 50		200 - -900	Получение стекла минуя фазу расплава. Значительное улуч-шение химической однород-ности стекла	Отсутст-вует	Сниже-ние темпе-ратуры на 100-500^ОС	Лабора-торные условия

Продолжение табл.33

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Гранулирование с помощью связующих	Гранулы сферичес-кие	Диаметр 2 - 20	8 - 10	2 - 20	Около 1000	Ускорение процесса варки шихты в 1,1-1,3 раза. Снижение летучести компонентов шихты. Ликвидация расслоения шихты	Силикат натрия, гидрок-сид каль-ция, као-лин,орга-нические вещества	20 - 30	1 - 15
Термогранулирова-ние: листовое стекло - 50-55 ^ОС, медицинское стекло - 70-100 ^ОС	Гранулы сферичес-кие, цилиндрические	3 - 10	12 - 14	2 - 5	Плот-ность отдельных гранул 1600 - 2200; насып-ной вес 1100 - -1300	Ускорение процессов силикато- и стеклообразования Снижение пыления шихты	Влага шихты	20 - 30	1 - 5
Гранулирование с помощью NаОН с вводом его в количестве 50% от общего содержания щелочей	Гранулы сферичес-кие, цилиндрические	5 - 20	2 - 3	20 - 100	То же	Те же эффекты	Водный раствор 48-50 % NаОН	20 - 35	6 - 12

Продолжение табл.33

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Метод каустификации шихты ГИС	Гранулы	2 - 20	4 - 5	9 - 25	1100 - -1200	Ускорение процесса варки шихты в 1,3 раза	Обожженный доломит	20 - 30	1 - 1,5
Вальцевание шихты	Пласти-ны толщи ной 3-50 мм	15 х 35	4 - 5,5	6 - 18	Плот-ность плас-тин - 1700 - -1900 ; насып-ной вес -1100	Ускорение процесса варки шихты. Ликвидация расслоения шихты	Влага шихты	15 - 20	5 - 80

Более значимые изменения компонентов шихты происходят при их автоклавной обработке. Разработаны два варианта такой технологии.
Первый вариант предусматривает помол кремнеземсодержащего материала (например перлита) в щелочной среде (50 %-й раствор NаОН) и автоклавную обработку этой смеси при 150 ^ОС. Затем в него вводят остальные компоненты шихты. При этом получают материал, названный “каназитом”. В процессе синтеза каназита происходит разрушение кремнекислородной сетки с образованием связей Si-О-Ме. В результате каназит представляет собой смесь сцементированных агрегатов стеклообразующих компонентов, в основном силикатных соединений, пригодных для стекловарения. Повышенная реакционная способность каназита обусловлена тем, что его главными составляющими являются готовые аморфные гидросиликаты щелочных и щелочноземельных металлов в смеси с аморфным кремнеземом.
Второй вариант - автоклавная обработка кремнеземсодержащего компонента шихты в содощелочном растворе с кремнеземистым модулем 1 - 1,5 , отделение полученного раствора силиката натрия от осадка путем его фильтрации, после чего он подается на карбонизационную колонну для повышения силикатного модуля раствора до 3 - 5. Полученную пульпу отфильтровывают. В осадок, состоящий из аморфного кремнезема и гидросиликатов натрия, вводят остальные компоненты шихты. После смешения полученную пастообразную смесь с влажностью 35 - 40 % гранулируют с помощью экструдера. Гранулы высушивают до влажности 8 - 10 %. Кроме кристаллогидратов соды, в такой шихте кристаллические компоненты полностью отсутствуют. В табл.33 обобщенно представлена характеристика стекольной шихты при различных путях ее активации.
В настоящее время известно, что очень эффективно можно осуществить регенерацию тепла отходящих газов путем предварительного нагревания стекольной шихты перед загрузкой ее в стекловаренную печь.
Были испытаны различные схемы такого нагревания, например механические лотковые транспортеры шихты, пневматические схемы, т.е. нагрев шихты в псевдоожиженном или струйном слоях, параллельные потоки шихты и отходящих газов. Однако их тепловая эффективность оказалась недостаточной. Кроме того, в этих системах нельзя нагревать смесь шихты с боем. Использование гранулированной шихты для этих целей также не позволяет нагревать бой. Одним из возможных вариантов, используемых для этих целей, оказался трубчатый теплообменник противоточного типа. В теплообменнике шихта движется по 73 трубам диаметром 100 мм и длиной 4 м. Расход шихты 11 - 19 т/смену. Содержание боя меняется в пределах 0 - 100 %. Отходящие газы поступают в теплообменник от регенератора стекловаренной печи с температурой 350 - 420 ^ОС. При этом учитывается, что шихта начинает прилипать к металлу при температурах 530 - 590^ОС. Недостатком метода является конденсация на поверхности труб различных веществ, содержащихся в дымовых газах, что повышает их термическое сопротивление.
Известны разработки конструкций установки для подогрева шихты, состоящей из трех горизонтальных труб, снабженных внутренними транспортерными шнеками (рис.16). Все три трубы в начале и в конце соединены двумя вертикальными трубами. Снаружи трубы омываются дымовыми газами.

Рис.16. Схема установки для подогрева шихты

При нагреве шихты за счет тепла отходящих газов их температура снижается с 400 - 500 ^ОС до 150 - 300 ^ОС. В результате расход тепла сокращается на 20 %. Одновременно снижаются выбросы таких вредных соединений как SO₂ / SO₃ , HСl, HF и соединений азота (Nо_х).

Главная проблема при организации предварительного нагревания шихты - возможность ее расслоения. При нагревании одного стеклобоя эта трудность не возникает. Поэтому подогрев стеклобоя, используемого для варки стекла, может рассматриваться как новый способ ввода в печь дополнительной теплоты. Этот способ позволяет не только повышать производительность действующих печей, но и снижать выбросы NO_х и пылевидных частиц, которые легко прилипают к нагретым частицам боя. В частности, по этой причине это направление развивается наиболее интенсивно. Фирма “Zippe” приступила к выпуску серийных теплообменников для нагрева боя отходящими газами и загрузчиков горячего боя в стекловаренную печь.