专利名称：一种以发生炉煤气为燃料制造无碱玻璃球的方法
技术领域：
本发明涉及无机非金属材料领域，更进一步涉及玻璃球的制造方法。
二.
背景技术：
生产玻璃纤维的方法有二种，一是池窑拉丝法，二是玻璃球拉丝法。玻璃球拉丝法是先由窑炉法制造玻璃球，再经坩埚法熔融玻璃球，经拉丝制造玻璃纤维。目前，窑炉法生产玻璃球均以天然气或重油为燃料，燃料成本占无碱玻璃球生产成本的50-60％，其它成本占40-50％，且降低的可能性不大。因此，无碱玻璃球生产企业为降低生产成本，只能从燃料方面寻找突破口，试图使用廉价的发生炉煤气作燃料代替天然气或重油。自从六十年代，就有以发生炉煤气作燃料生产无碱玻璃球的实验，但均因为产品质量达不到国家标准而告失败。主要原因是煤气的热值比天然气或重油低，而无碱玻璃熔点高，致使熔制温度达不到要求，均化不好，在使用玻璃球拉丝时，常出现断头，废品率高，无法使用。
三.
发明内容
为了降低无碱玻璃球生产成本，同时获得符合国家标准的产品，本发明通过改进原料配方，优化工艺参数，成功地以发生炉煤气为燃料生产出了合格的无碱玻璃球产品。发明内容如下1.燃料煤的选择选用热值大于7000kcal/kg的块状烟煤，优选7500kcal/kg以上，要求煤中挥发份含量在28-32％之间，以保证发生炉煤气热值在1400kcal/m3以上。
2.原料的规格及组成无碱玻璃球的性质决定了不能使用碱金属含量大的原料，为了降低熔化温度，尽量不用或少用难熔成份高和单纯sio2含量高的原料，依据上述原则，本发明确定的原料规格及组成如下石英砂 sio2＞98％ 1.2-2.2％腊石 Al2O320-21％ 54-55％sio2＜72％硼镁石 B2O3＞33％17.6-18.6％MgO＜16％石灰石 CaO＞54％ 19.6-20.6％硼酸 H3BO32.1-3.1％萤石 CaF2＞85％ 1.2-2.2％复合澄清剂 0.3-0.4％硝酸铵 NH4NO3＞99％ 0.5-1.5％
以上各组分之和为100％。
在上述配方中，难溶且粘度大的石英砂用量较少，可降低玻璃在熔制时的粘度，利于玻璃液的均化，腊石选择中含量Al2O3，使sio2/Al2O3比值较高，以符合产品要求，同时要求难熔的腊石颗粒度控制在60目，而易熔的石灰石和硼镁石则控制在20-30目，这样使原料中的气体在进入投料池后，不会很快释放，而在进入熔融阶段初期释放，有利于玻璃液均化，对于小料萤石、复合澄清剂和硝酸铵则要求二次混合，以避免一次混料不均，影响澄清效果。上述组成的玻璃原料碱金属含量小于0.5％，熔点温度为1595℃。
3.工艺参数及其控制本发明确定的工艺参数如下(1)熔窑液面波动范围±2mm(2)熔窑压力17.64±1.96Pa(3)热点温度1595±5℃(4)料股温度1210±10℃(5)球径19.5±7mm玻璃熔制过程是玻璃球生产中最重要的环节，工艺上要求做到四稳，即熔化温度稳、熔窑液面稳、窑内压力稳、窑内火焰气氛稳。控制方法如下(1)本发明采用毯式落层双面火根投料方式，要求投料成“八字形”，即料堆自投料口成八字形朝小炉口方向走，当两个料堆相遇即停止投料，该方式投料均匀，避免了集中投料追液面的情况发生，液面波动不大于5mm，减少了玻璃液对窑壁的腐蚀。
(2)熔化温度的调节熔化温度的稳定对无碱玻璃球生产是一个重要条件，要求火焰清亮，长度为窑长的三分之一，热点温度为1595±5℃，通过烟道闸板、煤气进气阀、助燃风三部分互动调节，达到稳定窑内温度的目的。
(3)窑压控制窑内必须保证一个稳定的微正压状态，这对玻璃液中气体的逸出和澄清起重要作用。如果窑压小或负压，那么外界冷空气侵入窑内致使窑温波动，并造成热能损失。如果窑压过大，液面上方气体压力偏大，致使在澄清过程中，气泡不能逸出，留在玻璃液中带入成品，造成成品质量下降。本发明将窑压控制在17.64±1.96Pa。
(4)复合澄清剂和火焰气氛本发明使用“氧”型复合澄清剂，其组成如下As2O3＜15％SbO3＞30％
CeO 2-5％以上各组分之和为100％。
该复合澄清剂在氧化气氛中，在1200-1400℃连续释放出氧气，连同玻璃液中的小气泡一起逸出液面，从而起到了澄清玻璃液的作用。如果在还原气氛中，该复合澄清剂就不会逸氧，也就无法澄清玻璃液，所以火焰一定要稳定在氧化气氛中。另一方面，原料中含有少量的Fe2O3，在还原气氛中，Fe3+还原成Fe2+，而Fe2+可导致玻璃纤维发脆。如果Fe2+过量，还会使铂坩埚中毒。
(5)鼓泡技术 由于无碱玻璃在熔制时粘度大，即使加热到1595℃高温，窑炉中玻璃液的流动性仍然很差，导致传热不均匀。本发明采用的鼓泡技术在窑炉热点平行线上，每间隔1米，设一个鼓泡点，共三个，用导管吹入压缩空气，鼓泡数15-25个/分，气泡直径15-20cm。这种技术强制性地改变了玻璃液的流动方式，使玻璃液由原来的层流状态变为局部涡流，由于涡流核心的急剧混合作用，加快了传热速度，使上下层玻璃液温度缩小并使玻璃液的化学成分更均匀。
上述五方面是以发生炉煤气为燃料制造无碱玻璃球的关键技术，它们相互影响，相互制约，是不可分割的完整工艺。采用本发明制造无碱玻璃球，其生产成本比使用重油降低40％，比使用天然气降低28％，无碱玻璃球的质量达到了JC557-1994标准。
四.
附图为本发明的工艺流程图。
五.
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
主要原料包括石英砂、腊石、硼镁石、石灰石和硼酸，分别以总料量的1.7％、54.5％、18.1％、20.1％、2.6％配料；小料包括萤石、复合澄清剂、硝酸铵分别以总料量的1.7％、0.3％、1％配料并经预混后与主要原料一起混合，然后由供料机送到马蹄型窑炉中，一次加料500kg，每隔20分钟加料一次。马蹄型窑炉融化部面积为35.75M2。选用热值为7500kcal/kg的块状烟煤，由普通煤气发生炉制造煤气，煤气的热值为14500kcal/m3，煤气进入煤气蓄热室，空气进入空气蓄热室，经预热后的空气和煤气以3∶1的比例进入空煤混合室，然后进入马蹄型窑炉燃烧，火焰长度为窑长的三分之二，热点温度为1595℃，窑压为17.64Pa，火焰气氛为氧化气氛。在窑炉内，玻璃原料逐渐被熔化，在窑长的三分之二处，形成稳定的抛界线和热点，经空气鼓泡混合，形成均匀的玻璃液。玻璃液经工作池到喂料池流出形成料股，料股温度控制在1200℃，工作池及窑炉壁用冷却水和冷却风冷却。料股进入制球机，经剪切、分球、冷却，退火制成光滑的成品圆玻璃球。球径19.5±7mm，制球机采用五滚筒制球机，单台日产量4.5吨。熔化面积为35.75M2的马蹄型窑炉，采用该工艺日可产无碱玻璃球18吨，每吨无碱玻璃球耗煤1.1吨，耗电150kwh，耗水30M3，生产总成本1650元/吨，比以天然气为燃料降低28％，比以重油为燃料降低40％。产品质量达到了JC557-1994标准，经国家玻璃纤维产品质量监督检验中心检验，结果如下化学成分 SiO253.88％Al2O314.72％CaO16.43％MgO4.68％B2O38.87％R2O0.50％Fe2O30.34％FeO/Fe2O329物性二次冒泡温度1057℃均匀性(条纹消失距离)21cm。
权利要求
1.一种以发生炉煤气为燃料制造无碱玻璃球的方法，玻璃原料经混合后进入窑炉，在窑炉内玻璃原料被熔化，经工作池冷却后进入制球机制造出圆形光滑玻璃球，其特征是熔化玻璃原料的燃料为发生炉煤气，煤气的热值大于1400kcal/m3，煤为热值大于7000kcal/kg的块状烟煤，窑炉内火焰气氛为氧化气氛，热点温度为1595±5℃，窑压为17.64±1.96Pa，用压缩空气鼓泡均化玻璃液，玻璃原料碱金属含量小于0.5％，熔点温度为1595℃，并含有“氧”型复合澄清剂。
2.根据权利要求1所述的方法，发生炉煤气所用原料煤的热值优选7500kcal/kg以上，要求煤中挥发份含量在28-32％之间。
3.根据权利要求1所述的方法，玻璃原料的规格及组成为石英砂 sio2＞98％ 1.7％腊石Al2O320-21％ 54.5％sio2＜72％硼镁石 B2O3＞33％ 18.1％MgO＜16％石灰石 CaO＞54％20.1％硼酸H3BO32.6％萤石CaF2＞85％ 1.7％复合澄清剂03％硝酸铵 NH4NO3＞99％ 1％以上各组分之和为100％。
4.根据权利要求1或2所述的方法，复合澄清剂的组成为As2O3＜15％SbO3＞30％CeO 2-5％以上各组分之和为100％。
全文摘要
本发明公开了一种以发生炉煤气为燃料生产无碱玻璃球的方法。该方法选用热值大于7000kcal/kg的块状烟煤为燃料，制得热值大于1400kcal/m
文档编号C03C12/00GK1463937SQ0213520
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月12日 优先权日2002年6月12日
发明者王治国, 王廷会, 贾成现, 李德平, 王业森 申请人:山东华耀玻璃纤维总厂