玻璃低能耗高效熔化探索研究

摘要

玻璃的节能降耗一直是困扰着玻璃行业前进、发展的一个关键问题，我国与国外存在一定差距，我国玻璃制造的平均热耗高达7000KJ/Kg，是玻璃理论能耗的3倍，比发达国家高10％以上;工业发达国家玻璃窑炉的热效率一般在30％～40％，而我国平均只有20％～30％。我国每年砂岩用量大约1000万t，产生的超细粉在300万t左右，这些超细粉颗粒必须去掉，否则会产生很大的危害，这造成了资源的严重浪费。玻璃熔化和澄清能耗占整个玻璃生产能耗的70％左右，降低玻璃生产能耗是我国平板玻璃工业发展中亟待解决的问题。
　　 传统的西门子式以耐火材料衬底的玻璃熔窑存在着很多的问题:玻璃熔化和澄清温度高、时间长、能耗高;主要以空气、天然气、重油为燃料，其成本高、产生大量的CO2、NOx和SOx气体，加重了对环境的污染;玻璃熔窑保温性能差，热量散失严重;火焰对耐火材料的侵蚀严重，窑炉寿命短等问题。鉴于上述存在的问题，一些专家和学者也提出了一些办法和建议:使用更有效率的熔炉、更多的保温材料、改善窑炉的设计以及使用全氧燃烧等。然而这些都未能从根本上解决玻璃熔化中存在的问题。
　　 本研究主要是通过对玻璃配合料进行粒化成球，与粉状玻璃配合料进行了对比，对玻璃配合料进行粒化，可在一定程度上加速熔制，减少熔化时间。突破了传统的西门子式的玻璃熔化工艺，采用直流电弧等离子体对玻璃配合料进行了熔化研究，等离子体有着独特的优点:能量密度高、化学反应活性好、能够快速的产生与熄灭以及高热焓等，本研究采用75SiO2-10CaO-15Na2O（Wt％）系统，研究了不同功率下配合料的熔化情况，采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热质联用(TG-MS)、X射线荧光光谱(XRF)等手段对样品的结构、断面形貌、质量变化、成分变化进行表征。当等离子体的功率为30kw时熔化效果最好，其玻璃化程度可达到91.61％，气泡消失，热分析质量损失仅0.66％。采用直流电弧等离子体熔化玻璃配合料可有效减少其熔化时间，缩短玻璃液澄清时间，研究可望为我国玻璃工业的节能降耗提供新的方法和思路。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 玻璃行业存在的主要问题

1．2 新型的技术在玻璃行业中的应用

1．2．1 全氧燃烧简介

1．2．2 分段式熔化简介

1．2．3 浸没燃烧熔化简介

1．2．4 飞行熔化简介

1．2．5 减压澄清技术简介

1．3 配合料制备技术简介

1．3．1 配合料密实的必要性

1．3．2 配合料的密实发展状况

1．3．3 配合料的密实方法

1．3．4 喷雾干燥造粒技术

1．4 等离子体技术简介

1．4．1 等离子体的概念和性质

1．4．2 等离子体的分类

1．4．3 等离子体的应用

1．5 课题研究目的、意义及研究内容

第2章 玻璃配合料的粒化和低温烧结

2．1 玻璃配合料的粒化

2．1．1 基础玻璃组分的选择

2．1．2 粒化烧结温度的选择

2．1．3 玻璃配合料的粒化过程

2．1．4 配合料粒化参数的确定

2．2 粒化料与粉料的对比实验

2．2．1 烧结温度实验

2．2．2 物理性能对比

2．2．3 低温烧结实验

2．3 实验试剂及仪器

2．4 测试手段

2．5 实验结果与分析

2．5．1 XRD分析结果

2．5．2 SEM分析结果

2．5．3 DSC／TG分析结果

2．5．4 玻璃化程度

2．5．5 分解度

2．6 小结

第3章 直流电弧等离子体熔化研究

3．1 喷雾干燥法造粒

3．2 直流电弧等离子体熔化实验

3．2．1 等离子体产生机制

3．2．2 实验装置及相关参数

3．2．3 等离子体飞行熔化过程

3．3 实验结果和分析

3．3．1 XRD分析结果

3．3．2 SEM分析结果

3．3．3 TG-MS分析

3．3．4 XRF分析结果

3．4 等离子体法熔化的优势及应用前景

第4章 结论

参考文献

附录

致谢