Расчет состава шихты для варки стекла

При расчете состава шихты исходят из заданного химического состава стекла, выраженного в:

• массовых %;

• молярных %;

• молекулярной форме (числе молей);

• массовых частях,

а также химического состава сырьевых материалов, применяемых для варки стекла.

При расчете шихты допускают, что стекло образуется только из оксидов химических элементов, а ангидриды соответствующих кислот и вода в результате термической диссоциации компонентов шихты полностью улетучиваются. Допускают также, что летучесть оксидов незначительна.

В действительности, в процессе варки стекла разложение углекислых и азотнокислых солей происходит достаточно полно; разложение сульфатов обычно полностью не завершается, но их количество незначительно, поэтому им пренебрегают. при расчетах шихты для варки промышленных стекол учитывают потери на улетучивание следующих оксидов (масс. %): B₂О₃ – 15.0; PbO – 1.4; ZnO – 4.0; K₂O – 12.0; Na₂O – 3.2 и F – 30.0.

Обычно шихту рассчитывают на 100 масс. ч. песка или на 100 масс. ч. стекломассы. Второй метод предпочтителен, так как дает более ясное представление о составе стекла, а в условиях производства значительно упрощает калькуляцию себестоимости готовой стекломассы. Расчет шихты по заданному химическому составу стекла производят путем решения системы уравнений. В качестве примера дается расчет состава шихты для варки листового стекла.

Расчет шихты для варки листового стекла

Допустим, что требуется рассчитать состав шихты для варки стекла вертикального вытягивания следующего химического состава (здесь и далее в расчетах масс. %): SiO₂ - 72; Аl₂О₃ - 2; CaO - 7; MgO - 4; Na₂O - 15. Химический состав сырьевых материалов, применяемых для ввода в состав шихты этих окислов, приведен в табл. 1.

Химический состав сырьевых материалов. Таблица 1

Сырьевые материалы	Содержание, масс. %						ППП, %
	SiO2	Na2O	CaO	MgO	Аl2О3	Fe2O3
Песок	98,95	-	0,58	-	0,64	0,13	0,11
Сода	-	57,2	-	-	-	-	42,8
Мел	1,47	-	53,9	-	-	0,6	43,9
Доломит	3,2	-	27,06	19,62	2,57	0,53	47,77
Технический глинозем	0,4	-	0,35	-	97,9	0,05	1,29

Чтобы определить необходимое количество каждого материала в составе шихты, составляют расчетные уравнения. Количество таких уравнений равно обычно числу оксидов, содержащихся в стекле. Для составления уравнений вводим следующие условные обозначения:

количество песка — x,

доломита — y,

технического глинозема — z,

соды — t,

мела — q.

Составляем уравнение для определения содержания в стекле SiO₂. Оксид кремния вводят в состав стекла с песком. Причем на 100 масс. ч. стекломассы с песком будет введено 0,9895x SiO₂. Кроме того, SiO₂ неизбежно будет введен в шихту с мелом (0,0147 q), доломитом (0,032 у) и техническим глиноземом (0,064 z).

В 100 масс. ч. стекломассы должно быть 72 масс. ч. SiO₂. Следовательно, для расчета количества SiO₂ уравнение примет следующий вид:

72 = 0,9895х + 0,0147q + 0,032 у + 0,004z.

Рассуждая таким образом, составляем аналогичные уравнения для расчета других оксидов, входящих в состав стекла:

СаО 7 = 0,539q + 0,2706у + 0,0058х + 0,0035z;

Аl₂О₃ 2 = 0,979z + 0,0257у + 0,0064х;

MgO 4 = 0,1962у;

Na₂O 15=0,572t

Решая уравнения, находим значения неизвестных:

х = 72,04; у = 20,39; z=1,04; t = 26,22; q = 1,97.

В процессе варки улетучивается 3,2% соды, поэтому количество ее нужно соответственно увеличить: 26,22 • 1,032 = 27,05 масс. ч.

Таким образом, в состав шихты на 100 вес. ч. стекломассы необходимо ввести:

Песка	72,04
Доломита	20,39
Технического глинозема	1,04
Соды	27,05
Мела	1,97
Итого:	122,49

Для проверки правильности расчета и соответствия состава стекла заданному определяем количество оксидов, вводимых в стекломассу (масс.%):

с песком	с доломитом
SiO2=	SiO2=
СаО=	СаО=
Аl2О3=	MgО=
Fe2O3=	Аl2О3=
с техническим глиноземом	Fe2O3=
SiO2=	с содой
СаО=	Na2О=
Аl2О3=
с мелом
SiO2=	Fe2O3=
СаО=

Окончательные составы шихты и стекла, полученные по расчету, приведены в таблице 2.

Составы шихты и стекла, полученные по расчету Таблица 2

Сырьевые материалы	Количество материалов на 100 масс. ч. стекломассы, (масс. ч.)	Содержание, (масс. %)
		SiO2	Аl2О3	СаО	MgО	Na2О	Fe2O3	Σ
Песок	72,04	71,28	0,46	0,42	-	-	0,093	-
Доломит	20,39	0,65	0,52	5,52	4	-	0,108	-
Технический глинозем	1,04	0,004	1,01	0,004	-	-	-	-
Сода	27,05	-	-	-	-	15	-	-
Мел	1,97	0,02	-	1,06	-	-	0,011	-
Итого (по расчету)	122 ,49	71,954	1,99	7,004	4	15	0,212	100,15
Состав стекла, приведенный к 100%	-	71,84	1,99	6,99	3,99	14,98	0,21	100
Заданный состав стекла	-	72	2	7	4	15	-	100
Отклонения в содержании окислов	-	- 0,16	- 0,01	- 0,01	- 0,01	- 0,02	-	-

Количество полученного стекла определяют из соотношения: