Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Kierunek Technologia Chemiczna

Projekt

Temat:

Projekt wyłożenia sklepienia części topliwej wanny szklarskiej do produkcji szkła opakowaniowego bezbarwnego.

Wykonał: Lucjan Chorąży

               Paweł Janiczak

Prowadzący: dr inż. J. Szczerba

Kraków  21.01.2004

1. Dane do projektu

Numer projektu: 0.10.

Dane:

-         piec U-płomienny regeneracyjny

-         wydajność dobowa        60 Mg/24h

-         wydajność jednostkowa 2,2 Mg/m2.24h

-         temperatura wytopu       15100C

Zadania do wykonania:

-         określić warunki pracy i wymagania jakościowe w stosunku do materiału wyłożenia

-         ustalić wymiary basenu

-         dobrać materiał i format klinów na warstwę roboczą sklepienia

-         obliczyć zapotrzebowanie materiałowe

-         dobrać materiał i grubość warstw wewnętrznych sklepienia

-         określić temperaturę jego powierzchni wewnętrznej

2. Wstęp

2.1 Piece wannowe

Piece wannowe, w swej klasycznej konstrukcji, należą do płomiennych pieców topielnych pracujących w sposób ciągły, w których wszystkie stadia i procesy wytapiania szkła zachodzą jednocześnie, ale w różnych częściach wanny.

Zasada działania wanny zmianowej jest prosta. Z jednego jej końca, do tzw. kieszeni zasypowej podawany jest zestaw do topienia szkła, który w zetknięciu z gorącym płomieniem topi się w tworzy masę szklaną, wypełniającą wannę i przepływającą do przeciwległego jej końca, w którym mieści się jej część wyrobowa. Tu masa pobierana jest do ręcznego lub maszynowego formowania wyrobów, a jej ubytki w wannie uzupełniane są zasypywaniem nowych porcji zestawu.

Na drodze masy szklanej od zasypu do części wyrobowej można wyróżnić pewne strefy, w których zachodzą kolejne procesy wytapiania: roztapianie zestawu, klarowanie i strudzenie masy szklanej.

Najczęściej część topliwa wanny szklarskiej jest oddzielona od wyrobowej przepływem, celem stosowania przegrody jest zatrzymanie nie stopionych części masy szklanej a także obniżenie temperatury w części wyrobowej. Stosuje się także rozdzielenie przestrzeni ogniowej obu  części wanny.

Piece wannowe płomienne mogą być opalane gazem generatorowym, gazem ziemnym lub olejem opałowym. Spalanie tych paliw odbywa się przy pomocy palników dyfuzyjnych, dających długi płomień, stykający się z kąpielą na dużej powierzchni.

W wannach szklarskich stosuje się regeneratory i rekuperatory w celu odzysku ciepła. Gorące spaliny podgrzewają powietrze, które jest kierowane do ogrzewania zestawu i do paliwa z którym tworzą mieszankę.

Ze względu na sposób opalania wanien szklarskich dzielimy je na:

poprzecznopłomienne, U-płomienne, podwójnie U-płomienne, Unit Melter.

3. Określenie warunków pracy i wymagać jakościowych w stosunku do materiału wyłożenia.

Wśród pieców stosowanych w przemyśle ceramicznym piece szklarskie, zwłaszcza wannowe, wyróżniają się bardzo trudnymi i złożonymi warunkami pracy, a w szczególności bardzo silnymi oddziaływaniami korozyjnymi. Warunki te nie są też jednakowe w całej instalacji pieca, dlatego poszczególne elementy ich obmurzy wykonywane są z różnych odmian i gatunków materiałów ogniotrwałych.

Poniższa tabela przedstawia charakterystykę podstawowych warunków pracy obmurzy pieców wannowych.

Mechanizm korozji bloków trzonu i ścian basenu wanien szklarskich zależy przede wszystkim od składu chemicznego szkła oraz składu fazowego materiału ogniotrwałego, a zwłaszcza zawartości w nim fazy szklistej.

Obok procesów korozyjnych, istotną przyczyną niszczenia materiałów ogniotrwałych w basenie wanny szklarskiej jest także erozja, związana z ruchami masy szklanej względem powierzchni wyłożenia. Ruch masy szklanej powodowany jest prądami konwekcyjnymi na głębokości wanny, tarciem strumienia gazów spalinowych o powierzchnię lustra szkła, przepływam masy szklanej wskutek pobierania jej w części wyrobowej do formowania czy też mechanicznym mieszaniem kąpieli. Zjawiska te powodują erozję skorodowanej powierzchni wymurówki: usuwają warstwy kontaktowe i odsłaniają głębsze, nie skorodowane jeszcze warstwy wymurówki.

Górne części strefy ogniowej wanny, tj. ściany ponad lustrem kąpieli i sklepienie, narażone są na wysoką temperaturę, przekraczającą niekiedy nawet 17000C, oraz korozyjne działanie pyłów i par ze składników zestawu, a także produktów spalania paliw. Powodują one obtapianie materiałów ogniotrwałych, a powstałe niskotopliwe stopy spływają po ścianach, lub w postaci kropli spadają ze sklepienia do kąpieli.

Wymagania stawiane materiałom ogniotrwałym:

-         odporność na działanie wysokich temperatur

-         odporność na działanie korozyjne i erozyjne masy szklanej, pyłów i gazów

-         dopuszczalna tolerancja wymiarowa

-         bez uszkodzeń mechanicznych, zabrudzeń pyłami.

4. Ustalenie wymiarów basenu.

Wymiary basenu wyznaczamy ze wzoru:

Dane:

W = 60 Mg/24h

Wj = 2,2 Mg/m2.24h

Obliczenie:

F» 27,27=27 [m2]

Przyjmujemy wymiary basenu:

F= 7m*3,9m

5. Dobór materiału i formatów klinów na warstwę roboczą    sklepienia.

Na sklepienie dobieramy materiał krzemionkowy, nie wykazuje on korozji, która mogłaby powodować między innymi barwienie masy szklanej.

Przyjmujemy:

Dla szerokości basenu topliwego wynoszącej 3900 mm zakładamy rozpiętość łuku sklepienia L= 3600

Dla materiałów krzemionkowych przyjmujemy strzałkę ugięcia f= 13,3%*L

Strzałce ugięcia f= 13,3% odpowiada kąt a= 60o

Obliczamy strzałkę ugięcia:

f= 13,3*L   Þ   f= 0,133*3600mm = 479

Obliczamy wartość promienia:

Rys. 1 Parametry geometryczne sklepień łukowych.

Rys. 2 Schemat wyłożeń pierścieniowych z kombinacji dwóch rodzajów klinów.

Dobieramy dwa rodzaje klinów:

3WS4 – stosowany jest do sklepień o promieniu wewnętrznym 4700mm

3WS10 - stosowany jest do sklepień o promieniu wewnętrznym 1800mm