Поправочные коэффициенты на улетучивание компонентов
| Компоненты стекла | Поправочный коэффициент | Примечание |
| Na2O | 1,032 | При введении через соду (Na2CO3) |
| Na2O | 1,06 | При введении через сульфат (Na2SO4) |
| K2O | 1,12 | - |
| ZnO | 1,04 | - |
| PbO | 1,14 | - |
| P2O5 | 1,075 | Листовое стекло |
| B2O3 | 1,11 | При содержании в стекле до 7% |
| B2O3 | 1,15 | При содержании в стекле более 7% |
| Na2SiF6 | 1,30 | - |
| 2NaF · AlF3 | 1,30 | |
| F | 1,30 | С другими компонентами для обычных стекол |
| F | 1,50 | С другими компонентами для тугоплавких стекол |
| Se | 1,90 | - |
| Остальные | 1,00 | - |
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 (3.5):
, (3.5)
Исходя из нового заданного содержания Ai 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 Mi определяют количества всех оксидов, включая примесные, переходящие в стекло с каждым сырьевым материалом. Вычисления выполняют по формуле (3.6):
, (3.6)
где Pij – количества оксидов, переходящих в стекло из каждого сырьевого материала последовательно, масс.%;
αij – содержание оксидов последовательно в каждом сырьевом материале, масс. %;
Ki – 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 ∑Pij = ∑Aрасч. 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 (3.7):
Aтеор. i = Aрасч. i · (100 / ∑расч.), (3.7)
где Aтеор. i – содержание заданных и примесных оксидов в теоретическом составе стекла, масс. %;
Aрасч. 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. = ∑Aтеор. i = 100 мас. %.
Поскольку расчет шихты проводится на 100 мас. ч. стекла, в заключение выполняют корректировку количеств сырьевых материалов в шихте по формуле (3.8):
МОi = (Мi · 100) / ∑расч., (3.8)
где МОi – откорректированные количества сырьевых материалов шихты, масс. ч. на 100 мас. ч. стекла;
Мi – ранее определенные по выражению (3.4) количества сырьевых материалов, мас. ч.
Итогом расчета шихты должно быть выражение (3.9)
Q = MO1 + MO2 + … + MOn, (3.9)
где Q – суммарное количество всех сырьевых материалов, масс. ч. на 100 мас. ч. стекла.
Состав шихты по выражению (2.7) необходимо знать 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 B мас. ч. стекла, тогда выход стекла можно вычислить по формуле (3.10):
B = (104 / Q) % (3.10)
Угар шихты У вычисляют по выражению (3.11):
У = (100 – B) % (3.11)
Пример 1. Расчет стекольной шихты
Заданный химический состав стекла, мас. %: SiO2 – 62,0; Al2O3– 0,9; PbO – 19,5; K2O – 14,6; Na2O – 3,0. ∑Pi = 100; 8,0 мас. % K2O вводится через поташ; 6,6 мас. % K2O – через селитру.
Химический состав выбранных сырьевых материалов поле необходимых предварительных пересчетов сведен в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Химический состав сырьевых материалов, мас. %
| Сырьевые материалы | Заданные оксиды | Примесные оксиды | ||||
| SiO2 | Al2O3 | PbO | K2O | Na2O | Fe2O3 | |
| Кварцевый песок | 98,5 | 0,6 | - | - | 0,3 | 0,03 |
| Технический глинозем | - | 98,9 | - | - | 0,4 | 0,03 |
| Свинцовый сурик | - | - | 97,0 | - | - | 0,003 |
| Поташ | - | - | - | 66,8 | 0,3 | 0,001 |
| Селитра калиевая | - | - | - | 46,5 | - | 0,005 |
| Сода техническая | - | - | - | - | 57,6 | 0,005 |
Поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов:
| SiO2 | Al2O3 | PbO | K2O | Na2O | Fe2O3 |
| 1,00 | 1,00 | 1,14 | 1,12 | 1,032 | 1,00 |
Вначале последовательно определяем количества каждого сырьевого материала в шихте по выражению (3.4).
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
Аввед = 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
Аввед = 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 (табл.3.3).
Таблица 3.3
Расчетный состав стекла
| № п/п | Сырьевые материалы | Переходят в стекло, мас. % | |||||
| SiO2 | Al2O3 | PbO | K2O | Na2O | Fe2O3 | ||
| Кварцевый песок | 62,0 | 0,38 | - | - | 0,19 | 0,19 | |
| Технический глинозем | - | 0,52 | - | - | 0,002 | 0,0002 | |
| Свинцовый сурик | - | - | 19,50 | - | - | 0,0007 | |
| Поташ | - | - | - | 8,0 | 0,04 | 0,001 | |
| Селитра калиевая | - | - | - | 6,6 | - | 0,008 | |
| Сода техническая | - | - | - | - | 2,81 | 0,0003 | |
| Расчетный состав | 62,0 | 0,90 | 19,50 | 14,6 | 3,042 | 0,029 | |
| ∑расч = 100,063 |
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.
| Заданный | Расчетный | Теоретический | |
| SiO2 | 62,0 | 62,0 | 61,95 |
| Al2O3 | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
| PbO | 19,5 | 19,5 | 19,45 |
| K2O | 14,6 | 14,6 | 14,57 |
| Na2O | 3,0 | 3,042 | 3,21 |
| Fe2O3 | - | 0,029 | 0,2 |
| ∑ | 100,0 | 100,063 | 100,0 |
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 = ∑ МОi = 120,98 мас. 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 %
3.2.2. Пример 2. Расчет 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.∑Pi = 100.
Химический состав выбранных сырьевых материалов после необходимых предварительных пересчетов сведен в табл. 2.
Таблица 2
Химический состав сырьевых материалов, мас. %
| Сырьевые материалы | Заданные оксиды | Примесные оксиды | |||||||||
| P2O5 | Al2O3 | ZnO | K2O | CuO | V2O5 | Fe2O3 | MnO | Cr2O3 | NiO | CoO | |
| H3PO4 | 68,8 | 0,000005 | 0,00005 | 0,000005 | 0,000005 | 0,000005 | 0,000003 | ||||
| Al2O3 | 0,03 | ||||||||||
| ZnO | 99,7 | ||||||||||
| K2CO3 | 67,48 | 0,00005 | 0,0003 | 0,0001 | 0,00005 | 0,00005 | 0,000005 | ||||
| CuO | 99,9 | 0,02 | |||||||||
| V2O5 |
Поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов:
| P2O5 | Al2O3 | ZnO | K2O | CuO | V2O5 | Fe2O3 | MnO | Cr2O3 | NiO | CoO |
| 1,075 | 1,00 | 1,04 | 1,12 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
Последовательно определяем количества каждого сырьевого материала в шихте по выражению (1).
Количество цинковой окиси ZnO в шихте:
MZnO = 20,82 · 1,04 · 100 / 99,7 = 21,72 мас. ч.
Количество окиси ванадия V2O5 в шихте:
МV2O5 = 0,37 · 1 · 100 / 97 = 0,38 мас. ч.
Количество фосфорной кислоты H3PO4 в шихте:
МH3PO4 = 61,86 · 1,075 · 100 / 68,8 = 96,66 мас. ч.
С вычисленным количеством фосфорной кислоты в стекло вводится:
Аввед = 122,44 · 0,000005 / 100 = 0,000006 мас. % CuO
Количество глинозема Al2O3 в шихте:
МAl2O3 = 6,54 · 1 · 100 / 98 = 6,68 мас. ч.
Количество поташа K2CO3 в шихте:
МK2CO3 = 9,91 · 1,12 · 100 / 67,48 = 16,45 мас. ч.
С вычисленным количеством поташа в стекло вводится:
Аввед = 16,43 · 0,00005 / 16,43 = 0,00005 мас. % CuO
Следовательно, с помощью окиси меди в стекло надо ввести CuO
А’введ = 0,5 – Аввед = 0,5 – 0,00005 - 0,000006 = 0,499944 мас. % CuO
Тогда количество окиси меди CuO в шихте:
МCuO = 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:
РP2O5 = (96,66 · 68,8) / (1,075 · 100) = 61,86 мас. %
Р Fe2O3 = (96,66 · 0,00005) / (1 · 100) = 0,00005 мас. %
РMnO = (96,66 · 0,000005) / (1 · 100) = 0,000005 мас. %
РCuO = (96,66 · 0,000005) / (1 · 100) = 0,000005 мас. %
РCr2O3 = (96,66 · 0,000005) / (1 · 100) = 0,000005 мас. %
РNiO = (96,66· 0,000005) / (1 · 100) = 0,000005 мас. %
РCoO = (96,66 · 0,000003) / (1 · 100) = 0,000003 мас. %
С глиноземом в стекло переходит:
РAl2O3 = (6,68 · 98) / (1 · 100) = 6,55 мас. %
РFe2O3 = (6,68 · 0,03) / (1 · 100) = 0,002 мас. %
С окисью цинка в стекло переходит:
РZnO = (21,72 · 99,7) / (1,04 · 100) = 20,82 мас. %
С поташом в стекло переходит:
РK2O = (16,45 · 67,48) / (1,12 · 100) = 9,91 мас. %
РFe2O3 = (16,45 · 0,0003) / (1 · 100) = 0,000049 мас. %
РMnO = (16,45 · 0,0001) / (1 · 100) = 0,000016 мас. %
РCuO = (16,45 · 0,00005) / (1 · 100) = 0,0000082 мас. %
РCr2O3 = (16,45 · 0,00005) / (1 · 100) = 0,0000082 мас. %
РNiO = (16,45 · 0,00005) / (1 · 100) = 0,0000082 мас. %
РCoO = (16,45 · 0,000005) / (1 · 100) = 0,00000082 мас. %
С окисью меди в стекло переходит:
РCuO = (0,5 · 99,9) / (1 · 100) = 0,5 мас. %
РFe2O3 = (0,5 · 0,02) / (1 · 100) = 0,0001 мас. %
С окисью ванадия в стекло переходит:
РV2O5 = (0,38 · 97) / (1 · 100) = 0,37 мас. %
Далее составляем сводную таблицу и определяем расчетный состав стекла.
| Таблица Расчетный состав стекла | CoO | 0,000003 | 0,00000082 | 0,00000382 | ∑ = 100,0122644 | ||||
| NiO | 0,000005 | 0,0000082 | 0,0000132 | ||||||
| Cr2O3 | 0,000005 | 0,0000082 | 0,0000132 | ||||||
| MnO | 0,000005 | 0,000016 | 0,000021 | ||||||
| Fe2O3 | 0,00005 | 0,002 | 0,000049 | 0,0001 | 0,0022 | ||||
| V2O5 | 0,37 | 0,37 | |||||||
| CuO | 0,000005 | 0,0000082 | 0,5 | 0,5000132 | |||||
| K2O | 9,91 | 9,91 | |||||||
| ZnO | 20,82 | 20,82 | |||||||
| Al2O3 | 6,55 | 6,55 | |||||||
| P2O5 | 61,86 | 61,86 | |||||||
| Сырьевые материалы | Фосфорная кислота | Глинозем | Цинковые белила | Поташ | Меди окись | Ванадия окись | Расчетный состав |
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
| Заданный | Расчетный | Технический | |
| P2O5 | 61,86 | 61,86 | 61,8524 |
| Al2O3 | 6,54 | 6,55 | 6,5492 |
| ZnO | 20,82 | 20,82 | 20,8174 |
| K2O | 9,91 | 9,91 | 9,9088 |
| CuO | 0,5 | 0,5000132 | 0,5 |
| V2O5 | 0,37 | 0,37 | 0,37 |
| Fe2O3 | 0,0022 | 0,0022 | |
| MnO | 0,000021 | 0,000021 | |
| Cr2O3 | 0,0000132 | 0,0000132 | |
| NiO | 0,0000132 | 0,0000132 | |
| CoO | 0,00000382 | 0,00000382 | |
| ∑ | 100,0 | 100,0122644 | 100,0 |
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):
МОH3PO4= 96,66 · 100 / 100,012 = 96,65 мас. ч.
МОAl2O3 = 6,67 · 100 / 100,012 = 6,68 мас. ч.
MОZnO = 21,72 · 100 / 100,012 = 21,72 мас. ч.
МОK2CO3 = 16,45 · 100 / 100,012 = 16,45 мас. ч.
МОCuO = 0,5 · 100 / 100,012 = 0,5 мас. ч.
МОV2O5 = 0,38 · 100 / 100,012 = 0,38 мас. ч.
Q = 96,66 + 6,68 + 21,72 + 16,45 + 0,5 + 0,38 = 142,38 мас. ч. стекла
Таким образом, состав шихты, мас. ч. на 100 мас. ч. стекла будет слудеющим:
| Фосфорная кислота | 96,65 |
| Глинозем | 6,68 |
| Цинковые белила | 21,72 |
| Поташ | 16,45 |
| Окись меди | 0,5 |
| Окись ванадия | 0,38 |
| ∑ | 142,38 |
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 %