МДК0201 Теплотехническое оборудование. Занятие №7. Схемы, конструктивные элементы и расчёты горшковых печей.

Горшковые печи, в полости которых устанавливают от одного до 16 горшков, в настоящее время применя­ют для производства стекол с высоким светопропуска - нием или высокой химической однородностью (напри­мер, оптических), а также стекол, вырабатываемых вручную в малых количествах (например, цветных сте­кол для художественных изделий). Однако в последние годы горшковые печи стремятся заменить периодически­ми или непрерывно действующими малыми ванными пе­чами, так как горшковые печи не экономичны в тепло­вом отношении. В них не предусмотрена рекуперация теплоты и очень велики ограждающие поверхности, че­рез которые теряется теплота, так как обогреваемая поверхность стекломассы в горшках составляет не более 50—60 % площади пода печи. Хотя удельная производи­тельность горшковых печей высока (до 2000 кг с 1 м2 стекломассы в сут), удельный расход теплоты в них пре­вышает 42 000 кДж на 1 кг сваренной стекломассы. Большой недостаток горшковых печей — сильный износ стекловаренных горшков, в которых удельная поверх­ность контакта огнеупоров и стекломассы больше, чем в ванных печах.

В периодических ванных печах стекломасса заполня­ет весь объем печей, вследствие чего они экономичнее горшковых. Бассейны этих печей выкладывают из огне­упоров повышенной стеклоустойчивости, поэтому в та­ких бассейнах можно варить тугоплавкие стекла при высокой температуре.

Горшки устанавливают в горшковые печи нагретыми до 900—1200 °С и перед варкой стекла обжигают при температуре на 20—30°С выше температуры варки стекла. Затем стенки горшков или бассейнов периодиче­ских ванных печей глазуруют (покрывают) расплавом того стекла, которое в них будет вариться, стекший на дно горшка избыток глазури вычерпывают.

Загрузку шихты в горшки ведут крупными порция­ми 2—3 раза в виде ровного конуса. В периодические ванны ввиду их большой вместимости допускается за­сыпка шихты мелкими порциями по всей поверхности, под факел пламени. Загружают шихту «на провар» (когда предыдущая порция шихты полностью провари­лась), либо «на конус» (на остеклованный остаток пре­дыдущей засыпки). Расход топлива и температуру в пе­чи во время засыпки снижают для удобства загрузки. Для осветления стекломассы температуру печи после провара шихты повышают на 20—30 °С; часто применя­ют бурление с помощью хорошо замоченных чурок (в горшках) или сжатым воздухом через сопла, вводимые сверху. После бурления, производимого 2—3 раза, тем­пературу повышают и вы­держивают высокой до тех пор, пока в пробах стекло­массы останется лишь не­сколько крупных пузырьков. В этот момент приступают к студке стекломассы. При­мерный режим варки стекла в горшковой печи представ­лен на рис.1.

Расплавы технических и оптических стекол во время варки, осветления и студки перемешивают огнеупорными мешалками, чаще всего пропеллерной фор­мы, вводимыми в печь через свод с помощью водоохлаж - даемых держателей. Скорость вращения мешалок регу­лируют: при малой вязкости расплава (в период освет­ления) она доходит до 60 мин-1, при высокой вязкости (во время студки) мешалки вращают со скоростью 8— 12 мин-1. Перемешивание в период осветления, помимо гомогенизации стекломассы, способствует выделению из нее газов. Режим перемешивания подбирают индивиду­ально для каждой стекломассы в зависимости от ее вяз­кости. Перед выработкой мешалки поднимают под свод печи.

Студку стекломассы в периодических печах, подобно непрерывнодействующим, проводят обычно в два этапа: сначала медленно (под факелом пламени), затем быстро (при выключенном пламени). Придонные слои стекло­массы по время студки горячее поверхностных; чтобы они не поднялись к поверхности и не внесли в рабочие слои стекломассы свиль или пузырьки от повторного разогре­ва, нижнюю, придонную часть горшков и бассейнов пе­риодических печей во время студки охлаждают воздухом.

Схема1. Примерный режим варки стекла в горшковой печи.

В многогоршковых печах часть горшков располо­жена в более горячих местах печей; засыпать шихту в эти горячие горшки следует позже, чем в более холод­ные, чтобы стекломасса была готова к выработке изде­лий во всех горшках одновременно. Перед выработкой из периодических печей обычно ложкой или гребком уда­ляют поверхностный слой стекломассы. По окончании выработки остаток стекла из горшков вычерпывают, в пе­риодических же ваннах он обычно остается (если не тре­буется его удалить по техническим причинам); II — осветление; III — студка; IV — выработка стекла.

Горшковые печи применяют для производства стекол с высоким светопропусканием, оптических, некоторых технических, а также цветных стекол для художественных изделий. В последнее время их стали заменять малыми ванными печами периодического действия. В обоих этих видах печей процесс стекловарения практически идентичен.

В полости горшковой печи устанавливают от одного до 16 горшков. Горшки представляют собой сосуды из огнеупорной массы вместимостью 100 – 1000 кг. Горшки обжигают в специальных печах до температуры 1000 -1200 ºС и в разогретом состоянии перемещают в горшковую печь, где производится окончательный обжиг до температуры, превышающей температуру варки стекла на 30 – 50 ºС. Затем стенки горшков покрывают слоем расплавленного стекла, полученного из стеклобоя.

Рис.2 Горшковая печь с верхним подводом пламени.

Варка стекла в горшковых печах состоит из последовательных операций: загрузка и провар шихты; осветление и перемешивание; студка, выработка. Таким образом, процессы стекловарения разделены во времени.

Шихту в горшки загружают порциями 2 – 3 раза в виде конуса. После варки стекломассы температуру повышают на 30 – 40 ºС для осветления. Осветление и гомогенизацию ускоряют бурлением сжатым воздухом. При бурлении в стекломассе образуются крупные пузыри, которые по пути к поверхности захватывают мелкие и способствуют осветлению. Бурление повторяют несколько раз. Осветленная стекломасса медленно охлаждается до выработанной вязкости. Расплавы технических и оптических стекол во время осветления и студки перемешивают механически огнеупорными мешалками. Режим перемешивания подбирают индивидуально для каждой стекломассы. Выработка стекла производится наборкой стекломассы на трубку или путем отливок.

Охлаждение горшковых печей перед выработкой стекла и последующий разогрев их для варки связаны с затратами большого количества теплоты. КПД горшковых печей очень низок – до 8%. На 1 кг стекломассы затрачивается до 83 000 кДж теплоты. Отапливаются горшковые печи газообразным или жидким топливом.

Варка стекла в периодических ванных печах производится аналогично варке в горшковых печах. Периодические ванные печи используют при варке тугоплавких, цветных и глушенных стекол. В этих печах площадь стекломассы равна площади пода печи, в связи, с чем они экономичнее горшковых.

Задание:

1. Перечислить конструктивные элементы горшковых печей.

2. Привести расчёты горшковых печей.