Пример 1 расчета стекольной шихты

Заданный химический состав стекла, мас. %: SiO₂ – 62,0; Al₂O₃– 0,9; PbO – 19,5; K₂O – 14,6; Na₂O – 3,0. ∑P_i = 100; 8,0мас. % K₂O вводится через поташ; 6,6 мас. % K₂O – через селитру.

Химический состав выбранных сырьевых материалов поле необходимых предварительных пересчетов сведен в табл. 2.

Таблица 2

Химический состав сырьевых материалов, мас. %

Поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов:

Вначале последовательно определяем количества каждого сырьевого материала в шихте по выражению (2.1).

Количество кварцевого песка в шихте

M₁ = (62,0 * 1,0 * 100) / 98,5 = 62,94 мас. ч

С вычисленным количеством кварцевого песка в стекло вводится

А_введ = 62,94 * (0,6 / 100) = 0,38 мас. %Al₂O₃

Следовательно, с помощью технического глинозема в стекло надо ввести Al₂O₃

А’ = 0,90 – 0,38 = 0,52 мас. %Al₂O₃

Тогда количество технического глинозема в шихте

M₂ = (0,52 * 1,0 * 100) / 98,9 = 0,53 мас. ч

Количество свинцового сурика в шихте

M₃ = (19,5 * 1,14 * 100) / 97,0 = 22,92 мас. ч

Количество поташа в шихте

M₄ = (8,0 * 1,12 * 100) / 66,8 = 13,41 мас. ч

Количество селитры калиевой в шихте

M₅ = (6,6 * 1,12 * 100) / 46,5 = 15,90 мас. ч

С вычисленным количеством кварцевого песка в стекло вводится

А_введ = 62,94 * (0,3 / 100) = 0,19 мас. %Na₂O

Следовательно, с помощью соды технической в стекло надо ввести

А’ = 3,0 – 0,19 = 2,81 мас. %Na₂O

Количество соды технической в шихте

M₆ = (2,81 * 1,032 * 100) / 57,6 = 5,03 мас. ч

Далее определяем количество оксидов, переходящих в стекло с каждым сырьевым материалом.

С кварцевым песком в стекло переходит:

Р_SiO2 = (62,94 * 98,5) / (1,0 * 100) = 62,00 мас. %

Р_Al2O3 = (62,94 * 0,6) / (1,0 * 100) = 0,38 мас. %

Р_Na2O = (62,94 * 0,3) / (1,032 * 100) = 0,19 мас. %

Р_Fe2O3 = (62,94 * 0,03) / (1,0 * 100) = 0,019 мас. %

С техническим глиноземом в стекло переходит:

Р_Al2O3 = (0,53 * 98,9) / (1,0 * 100) = 0,52 мас. %

Р_Na2O = (0,53 * 0,4) / (1,032 * 100) = 0,002 мас. %

Р_Fe2O3 = (0,53 * 0,003) / (1,0 * 100) = 0,0002 мас. %

Со свинцовым суриком в стекло переходит:

Р_PbO = (22,92 * 97,0) / (1,14 * 100) = 19,50 мас. %

Р_Fe2O3 = (22,92 * 0,003) / (1,0 * 100) = 0,0007 мас. %

С поташом в стекло переходит:

Р_K2O= (15,90 * 46,5) / (1,12 * 100) = 6,60 мас. %

Р_Fe2O3 = (15,90 * 0,005) / (1,0 * 100) = 0,0008 мас. %

С содой технической в стекло переходят:

Р_Na2O = (5,03 * 57,6) / (1,032 * 100) = 2,81 мас. %

Р_Fe2O3 = (5,03 * 0,005) / (1,0 * 100) = 0,0002 мас. %

Далее составляем сводную таблицу и определяем расчетный состав стекла.

Таблица 3

Расчетный состав стекла

Сумма компонентов в расчетном химическом составе стекле оказалась выше 100 за счет вхождения в стекло оксида натрия из технического глинозема и поташа и примесей оксида железа из всех сырьевых материалов. Теоретический состав стекла получаем путем пересчета расчетного состава по выражению (2.5) и сравниваем между собой заданный, расчетный и теоретические составы.

Анализ химических составов стекол, их сравнение и оценка правильности выбранных сырьевых материалов рассматриваются в разделе 2.4.

Считая теоретический состав стекла, получаемого из выбранных сырьевых материалов, приемлемым, проводим корректировку состава шихты по выражению (2.6):

МО₁ = (62,94 * 100) / 100,063 = 62,90 мас. ч.

МО₂ = (0,53 * 100) / 100,063 = 0,53 мас. ч.

МО₃ = (22,92 * 100) / 100,063 = 22,90 мас. ч.

МО₄ = (13,41 * 100) / 100,063 = 13,40 мас. ч.

МО₅ = (15,90 * 100) / 100,063 = 15,89 мас. ч.

МО₆ = (5,37 * 100) / 100,063 = 5,36 мас. ч.

Q = ∑ МО_i = 120,98мас. ч. на 100 мас. ч. стекла.

Таким образом, состав шихты, масс.ч. на 100 мас. ч. стекла будет следующим:

Кварцевый песок            62,90

Технический глинозем   0,53

Свинцовый сурик           22,90

Поташ                                          13,40

Селитра калиевая            15,89

Сода техническая            5,36

Итого:                                          120,98

По выражению (2.8) определяем выход стекла при стеклообразовании

В = (10⁴) / 120,98 = 82,6 %

Угар шихты по формуле (2.9) составляет:

У = 100 – 82,6 = 17,4 %

Пример 2 расчета стекольной шихты

Заданный химический состав стекла, мас. %: P₂O₅ – 61,86; Al₂O₃ – 6,54; K₂O – 9,91; ZnO – 20,82; CuO – 0,50; V₂O₅ – 0,37.∑P_i = 100.

Химический состав выбранных сырьевых материалов после необходимых предварительных пересчетов сведен в табл. 2

Таблица 2

Химический состав сырьевых материалов, мас. %

Поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов:

Последовательно определяем количества каждого сырьевого материала в шихте по выражению (1).

Количество цинковой окиси ZnO в шихте:

M_ZnO = 20,82 * 1,04 * 100 / 99,7 = 21,72 мас. ч.

Количество окиси ванадия V₂O₅ в шихте:

М_V2O5 = 0,37 * 1 * 100 / 97 = 0,38 мас. ч.

Количество фосфорной кислоты H₃PO₄ в шихте:

М_H3PO4 = 61,86 * 1,075 * 100 / 68,8 = 96,66мас. ч.

С вычисленным количеством фосфорной кислоты в стекло вводится:

А_введ = 122,44 * 0,000005 / 100 = 0,000006 мас. %CuO

Количество глинозема Al₂O₃ в шихте:

М_Al2O3 = 6,54 * 1 * 100 / 98 = 6,68мас. ч.

Количество поташа K₂CO₃ в шихте:

М_K2CO3 = 9,91 * 1,12 * 100 / 67,48 = 16,45мас. ч.

С вычисленным количеством поташа в стекло вводится:

А_введ = 16,43 * 0,00005 / 16,43 = 0,00005мас. %CuO

Следовательно, с помощью окиси меди в стекло надо ввести CuO

А^’_введ = 0,5 – А_введ = 0,5 – 0,00005 - 0,000006 = 0,499944мас. %CuO

Тогда количество окиси меди CuO в шихте:

М_CuO = А^’_введ* 1 * 100 / 99,9 = 0,499944 * 1 * 100 / 99,9 = 0,5 мас. ч.

Определяем количество оксидов, переходящих в стекло с каждым сырьевым материалом.

С фосфорной кислотой в стекло переходит:

Р_P2O5 = (96,66 * 68,8) / (1,075 * 100) = 61,86 мас. %

Р_Fe2O3 = (96,66 * 0,00005) / (1 * 100) = 0,00005мас. %

Р_MnO = (96,66 * 0,000005) / (1 * 100) = 0,000005мас. %

Р_CuO = (96,66 * 0,000005) / (1 * 100) = 0,000005мас. %

Р_Cr2O3 = (96,66 * 0,000005) / (1 * 100) = 0,000005мас. %

Р_NiO = (96,66* 0,000005) / (1 * 100) = 0,000005мас. %

Р_CoO = (96,66 * 0,000003) / (1 * 100) = 0,000003мас. %

С глиноземом в стекло переходит:

Р_Al2O3 = (6,68 * 98) / (1 * 100) = 6,55 мас. %

Р_Fe2O3 = (6,68 * 0,03) / (1 * 100) = 0,002 мас. %

С окисью цинка в стекло переходит:

Р_ZnO= (21,72 * 99,7) / (1,04 * 100) = 20,82 мас. %

С поташом в стекло переходит:

Р_K2O = (16,45 * 67,48) / (1,12 * 100) = 9,91 мас. %

Р_Fe2O3 = (16,45 * 0,0003) / (1 * 100) = 0,000049 мас. %

Р_MnO = (16,45 * 0,0001) / (1 * 100) = 0,000016 мас. %

Р_CuO = (16,45 * 0,00005) / (1 * 100) = 0,0000082 мас. %

Р_Cr2O3 = (16,45 * 0,00005) / (1 * 100) = 0,0000082 мас. %

Р_NiO = (16,45 * 0,00005) / (1 * 100) = 0,0000082 мас. %

Р_CoO = (16,45 * 0,000005) / (1 * 100) = 0,00000082 мас. %

С окисью меди в стекло переходит:

Р_CuO = (0,5 * 99,9) / (1 * 100) = 0,5 мас. %

Р_Fe2O3 = (0,5 * 0,02) / (1 * 100) = 0,0001 мас. %

С окисью ванадия в стекло переходит:

Р_V2O5 = (0,38 * 97) / (1 * 100) = 0,37 мас. %

Далее составляем сводную таблицу и определяем расчетный состав стекла.

Сумма компонентов в расчетном химическом составе стекле оказалась выше 100 за счет вхождения в стекло оксида натрия из технического глинозема и поташа и примесей оксида железа из всех сырьевых материалов. Теоретический состав стекла получаем путем пересчета расчетного состава по выражению (2.5) и сравниваем между собой заданный, расчетный и теоретические составы.

Таблица 14

Анализ химических составов стекол, их сравнение и оценка правильности выбранных сырьевых материалов рассматриваются в разделе 2.4.

Считая теоретический состав стекла, получаемого из выбранных сырьевых материалов, приемлемым, проводим корректировку состава шихты по выражению (2.6):

МО_H3PO4= 96,66 * 100 / 100,012 = 96,65мас. ч.

МО_Al2O3 = 6,67 * 100 / 100,012 = 6,68мас. ч.

MО_ZnO = 21,72 * 100 / 100,012 = 21,72 мас. ч.

МО_K2CO3 = 16,45 * 100 / 100,012 = 16,45 мас. ч.

МО_CuO = 0,5 * 100 / 100,012 = 0,5 мас. ч.

МО_V2O5 = 0,38 * 100 / 100,012 = 0,38 мас. ч.

Q = 96,66 + 6,68 + 21,72 + 16,45 + 0,5 + 0,38 = 142,38мас. ч. стекла

Таким образом, состав шихты, мас. ч. на 100 мас. ч. стекла будет слудеющим:

Определяем выход стекла при стеклообразовании

В = (10⁴ / 142,38) = 70,23 %

Угар шихты считаем по формуле (2.9) составляет:

У = 100 – 70,23 = 29,77 %