Расчет шихты из качественных сырьевых материалов

К качественным сырьевым материалам могут быть отнесены высшие сорта кварцевого песка, доломита, известняка, а также большинство технических сырьевых материалов. За редким исключением (доломит, борат кальция) они предназначены для введения в стекло какого-либо одного заданного оксида, содержание которого в них является высоким, а остальные примесные оксиды содержатся в незначительных количествах. Доломит и борат кальция предназначены для введения в стекла соответственно оксидов магния и бора, но одновременно с ними вводятся примерно такие же по массе количества оксида кальция. Если кварцевый песок содержит существенное количество примесного оксида алюминия, то он может рассчитываться как материал, с которым вводятся два заданных оксида кремния и алюминия. Шихты из качественных сырьевых материалов применяют в производстве оптических и хрустальных стекол, сортового стекла, художественных изделий, многих технических стекол, при лабораторных исследованиях по синтезу стекол.

Некоторые компоненты стекла заметно или сильно улетучиваются в процессе варки. Для компенсации потерь на улетучивание и обеспечения получения стекла заданного состава сырьевые материалы, содержащие такие компоненты, вводят в шихту в повышенных количествах. При расчетах шихты в таких случаях используют поправочные коэффициенты на улетучивание компонентов стекла (табл. 1). Расчет шихты на 100 мас. ч. стекла производится по выражению:

М_i = (A_i * K_i * 100) / P_i,

Где М_i – количество сырьевого материала в шихте, масс.ч.;

A_i – заданное содержание оксида в стекле, масс. %;

K_i – поправочный коэффициент на улетучивание оксида при варке;

P_i – содержание заданного оксида в сырьевом материале, масс. %.

Таблица 1

Поправочные коэффициенты на улетучивание компонентов

При введении одного заданного оксида с двумя различными сырьевыми материалами (например, K₂O вводится в свинцовый хрусталь поташом и селитрой) заранее устанавливаю, какое количество оксида вводится с каждым из двух сырьевых материалов.

Количество доломита, бората кальция и кварцевого песка определяют, исходя из заданного содержания в стекле тех оксидов, для введения которых они предназначены, т. е. MgO, B₂O₃, и SiO₂. После этого вычисляют, сколько вводится с этими материалами соответственно оксидов CaO и Al₂O₃, присутствующих в указанных выше сырьевых материалах в виде примесей. По разности между заданным содержанием оксидов в стекле и вводимым с указанными сырьевыми материалами устанавливают новое заданное содержание CaO и Al₂O₃, по уравнению

A_i = A_i – A_{введ. i}

Исходя из нового заданного содержания A_i, по выражению (2.1) определяют количества сырьевых материалов (известняка, технического глинозема), необходимые для введения оставшейся части оксидов кальция или алюминия.

Дальнейшие расчеты выполняются в следующей последовательности. По рассчитанным количествам каждого сырьевого материала в шихте M_i определяют количества всех оксидов, включая примесные, переходящих в стекло с каждым сырьевым материалом. Вычисления выполняют по формуле:

P_ij = (M_i * α_ij) / (K_i * 100),

Где P_ij – количества оксидов, переходящих в стекло из каждого сырьевого материала последовательно, мас. %;

α_ij– содержание оксидов последовательно в каждом сырьевом материале, масс. %;

K_i – поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов.

Затем составляют сводную таблицу и суммируют вычисленные значения по каждому заданному и примесному оксиду. При этом получают так называемый расчетный химический состав, в котором сумма компонентов

∑P_ij = ∑A_{расч. i}> 100 мас. ч

за счет вхождения в стекло примесных оксидов из сырьевых материалов.

Затем пересчитывают расчетный химический состав стекла на 100 мас. % и получают так называемый теоретический состав. Для пересчета используют выражение:

A_теор.i=A_{расч. i}* (100 / ∑_расч.),

Где A_{теор. i}содержание заданных и примесных оксидов в теоретическом составе стекла, масс. %;

A_расч.i - суммарное количество компонентов в расчетном составе стекла, мас. ч.;

∑_расч – суммарное количество компонентов в расчетном составе стекла, масс.ч.

В теоретическом составе стекла, полученном из рассчитанной шихты, сумма всех оксидов ∑_теор. = ∑A_теор.i= 100 мас. %.

Поскольку расчет шихты проводится на 100 мас. ч. стекла, в заключение выполняют корректировку количеств сырьевых материалов в шихте по формуле:

МО_i= (М_i * 100) / ∑_расч.,

Где МО_i – откорректированные количества сырьевых материалов шихты, масс.ч. на 100 мас. ч. стекла;

М_i – ранее определенные по выражению (2.1) количества сырьевых материалов, мас. ч.

Итогом расчета шихты должно быть выражение

Q = MO₁ + MO₂ + … + MO_n,

Где Q – суммарное количество всех сырьевых материалов, масс.ч. на 100 мас. ч. стекла.

Состав шихты по выражению (2.7) необходимо для синтеза стекол, а также для расчета производственной программы составного цеха (участка).

По результатам расчета шихты определяются важные с технологической точки зрения показатели: выход стекла при стеклообразовании и угар шихты. Выход стекла при стеклообразовании В определяется из пропорции:

Q масс. ч. шихты дают 100 мас. ч. стекла

100 мас. ч. шихты дают Bмас. ч. стекла, тогда

B = (10⁴ / Q) %

Угар шихты Y вычисляют по выражению:

Y = (100 – B) %