玻璃形成热计算

1设计依据

（1）产品：光伏玻璃

（2） 玻璃成分（设计）(见表2—1)/ 质量%

表2—1玻璃成分

SiO2 72.55

Al2O3 1.08

Fe2O3 0.0120

CaO 8.85

MgO 3.75

Na2O 13.70

Sb2O3 0.17

（3）料方及原料组成（见表2—2）

表2—2料方及原料组成

原料名称 料方 质量/% 化 学 组 成 /% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO - Na2CO3 - - - K2O Na2O Na2SO4 NaNO3 Sb2O3 - - - - - - - - - - - - - 99.5 IL 石英砂 59.83 99.46 0.140 0.0112 0.012 0.030 0.016 - - - - - - - 0.38 - - 58.15 氧化铝 0.85 0.12 99.30 0.0406 - - 石灰石 5.06 0.041 0.041 0.0078 54.78 1.16 白云石 14.45 0.018 0.011 0.0058 30.75 21.37 - 重碱 18.57 0.019 - 0.0067 - - 99.44 芒硝 0.508 硝酸钠 0.581 氧化锑 0.145 总数 100.0 - - - - - - 0.0002 0.0016 0.0027 - - - - - - - - - 43.44 99.55 35.71 - 98.87 - - - （4）碎玻璃数量：占总配合料量的25% （5）配合料水分：4%

2玻璃形成过程耗热量计算

2.1 100㎏湿粉料中形成氧化物的数量（见表2—3）

表2—3 100㎏湿粉料中形成氧化物的数量

原料 形成玻璃液的氧化物计算 氧化物数量（㎏） SiO2 Al2O3 0.08 Fe2O3 0.0064 CaO MgO Na2O Sb2O3 总数 57.23 石英砂 59.83x0.96x0.9946=57.13 57.13 59.83x0.96x0.0014=0.08 59.83x0.96x0.000112=0.0064 59.83x0.96x0.00012=0.0069 59.83x0.96x0.00016=0.0092 纯碱 0.0069 0.0092 18.57x0.96x0.00019=0.0034 0.0034 18.57x0.96x0.000067=0.0012 18.57x0.96x0.5815=10.37 0.0012 10.37 10.37 氧化铝 0.85x0.96x0.0012=0.001 0.001 0.81 0.85x0.96x0.993=0.81 0.85x0.96x0.000406=0.00033 0.85x0.96x0.0038=0.0031 石灰石 5.06x0.96x0.00041=0.002 0.002 5.06x0.96x0.00041=0.002 5.06x0.96x0.000078=0.00038 5.06x0.96x0.5478=2.66 5.06x0.96x0.0116=0.056 0.002 0.00033 0.0031 0.81 0.00038 2.66 0.056 2.72 白云石 14.45x0.96x0.00018=0.0025 0.0025 0.0015 0.0008 14.45x0.96x0.00011=0.0015 14.45x0.96x0.000058=0.0008 14.45x0.96x0.3075=4.27 14.45x0.96x0.2137=2.96 硝酸钠 0.581x0.96x0.3571=0.20 芒硝 0.508x0.4344=0.22 合 计 玻 璃 成 分（质量）/% 氧化锑 0.145x0.96x0.995=0.14 72.40 1.132 0.0115 4.27 2.96 7.23 8.790 0.20 0.22 0.14 0.20 0.22 0.14 78.92 57.139 0.8935 0.00911 6.9369 3.016 10.802 0.14 3.822 13.687 0.177 100.0 2.2生成硅酸盐耗热

(以1㎏粉料计，单位是kJ/㎏）

q=q粉G粉 （2—1） q粉=∑q硅G氧 （2—2） q硅是各种氧化物生成硅酸盐的反应热，各种硅酸盐的生成热查课件。G氧是各种原料中的氧化物量。

由CaCO3生成CaSiO3的反应耗热量q1

q1=1536.6GCaO= 1536.6×（0.000069+0.0266）= 40.98 kJ

由MgCO3生成MgSiO3的反应耗热量q2

q2=3466.7GMgO= 3466.7×0.00056= 1.94 kJ

由白云石中CaMg(CO3)2生成CaMg(SiO3)2的反应耗热量q3

q3 =2757.4GCaMgO2= 2757.4×(0.0427+0.0296)= 199.36 kJ 由纯碱中Na2CO3生成Na2SiO3的反应耗热量q4

q4=951.7GNa2O= 951.7×0.1037= 98.69 kJ 由硝酸钠中NaNO3生成Na2SiO3的反应耗热量q5

q5 =4144.9 GNa2O = 4144.9×0.002= 8.29 kJ 由芒硝中Na2SO4生成Na2SiO3的反应耗热量q6

q6= 3467.1GNz2O = 3467.1×0.0022=7.6276 kJ 1㎏粉料生成硅酸盐耗热qⅠ

q′Ⅰ =q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6 = 356.8876 kJ

2.3 100㎏粉料逸出气体的组成： （见表2—4）

表2—4 100㎏粉料逸出气体的组成

原料 名称 石英砂 石灰石 白云石 硝酸钠 芒硝 湿粉料 逸 出 气 体 量 计 算 59.83x0.96x0.0033=0.190 逸 出 气 体 量 CO2 SO2 H2O NO2 O2 合 计 0.190 7.455 2.136 6.631 0.190 7.455 2.136 6.631 纯 碱 18.57x0.96x0.4182=7.455 5.06x0.96x0.4397=2.136 14.45x0.96x0.478= 6.631 ①0.558x0.3571x0.2581=0.0535 ①0.558x0.3571x1.484 =0.3079 0.508x0.96x0.4344 = 0.212 100×0.04= 4 质量(㎏) 体积（标准m） 体积（%） 30.2956 0.0514 0.347 0.212 4 0.212 4 16.41 0.212 4 8.354 0.074 4.98 61.48 0.54 0.2956 0.0514 21.97 0.144 0.036 0.265 13.59 100 36.65 1.06 ① 2NaNO3 → Na2O＋2 NO2＋1/2 O2 ， 2NaNO3～ Na2O

2NO2/Na2O = (2×46)/62 = 1.4839 0.5 O2/Na2O = 16/62 = 0.2581

2.4 配合料用量计算

在粉料中挥发分占21.97% ，在1㎏粉料中加上碎玻璃0.33㎏，则得到：1－0.01×21.97 ＋0.33= 1.1103㎏玻璃液

因此，熔成1㎏玻璃液需要粉料量为G粉=1/1.1103=0.901kg 需要碎玻璃量为： G碎=0.33/1.1103 = 0.297㎏

熔成1㎏玻璃液需要配合料量：G配= G粉+ G碎= 1.198㎏ 2.5玻璃熔化温度计算

根据（王承遇等人提出的计算公式）

各种氧化物对澄清温度的校正系数见表2—5.

表2—5 各种氧化物对澄清温度的校正系数 成分 校 正 系 数 SiO2 SiO2＞60%+5 SiO2=60 ～70%+4.7 SiO2＞70%+4.3 Al2O3 +7 B2O3 -7 R2O BaO CaO -5 ZnO -3.5 MgO -2 PbO -3.5 -11 BaO＞18%-5 BaO=8～25% -4 参考熔化温度（计算熔化温度）Tm为： Tm=1400+ΣCnPn （2—4） 式中：Cn—氧化物计量系数 Pn—氧化物的重量%。 各氧化物计量系数见表2—7

表2—7 各氧化物计量系数

成分 各成分含量不同的计算系数 SiO2＞75% 3.3 Al2O3＞20% 3.0 B2O3＞15% -5 -5 -3 PbO＞60% -3.5 BaO＞15% -3 ZnO＞5% -5 -5 -12 Na2O＞15% -10 K2O＞15% -9 SiO2 70～75% 3.6 Al2O3 15～20% 4.5 B2O310～15% -6 SiO2 60～70% 4.4 Al2O3 10～15% 5.5 B2O3<10% -7 SiO2 50～60% 5.1 Al2O3<5～10% 6.6 SiO2 40～50% 5.5 Al2O3<5% 6.5 SiO2 30～40% 5.9 SiO2 Al2O3 B2O3 CaO MgO PbO BaO ZnO SrO Li2O Na2O K2O PbO=15～60% PbO<15% -4 -3.5 BaO≥10～15% BaO<10% -3.9 -4.5 ZnO<5% -3.5 Na2O<15% -11 K2O<5% -8 Na2O K2O=5～15% -10 根据公式3—4和以上数据计算设定玻璃的熔化温度： Tm=1400+ΣCnPn =1400+72.55×3.6＋13.7×（-10）＋8.85×（-5）＋3.75×（-3）＋6.5×1.08=1475.7℃

2.6 玻璃液形成过程的热量平衡

（以1㎏玻璃液计，单位是kJ/㎏，从0℃算起） （1） 支出热量

a.生成硅酸盐耗热q1

q1= q′ⅠG粉= 356.8876×0.901= 321.556 kJ b.形成玻璃耗热qⅡ

qⅡ=347 G粉(1－0.01G气)

= 347×0.901×(1－0.01×21.97)= 243.958 kJ 式中：347—每千克硅酸盐熔融成玻璃液需347kJ热量 c.加热玻璃液到 1475.7 ℃耗热qⅢ

qⅢ=c玻t玻

式中:c玻—玻璃液的高温比热，kJ/（㎏·℃），根据参考资料①，式

-4

1—10计算:c玻=0.672＋4.6×10t熔 t熔—玻璃熔化温度

c玻=0.672＋4.6×10-4t熔=0.672＋4.6×10-4×1475.7 = 1.351 ∴ qⅢ=c玻t玻= 1.351×1475.7 = 1993.41 kJ d.加热逸出气体到 1475.7 ℃耗热qⅣ 1475.7 ℃时逸出气体的平均比热

c去气=0.01[cCO2·(CO2%+SO2%+ NO2%)＋cH2O·H2O%]

= 0.01[2.325×(61.48＋0.54+1.06)＋1.827×36.65]= 2.1362

qⅣ=0.01V去气 G粉c去气t熔 （3—5） 式中： V去气—100㎏粉料中逸出气体量，标准m3

qⅣ=0.01V去气 G粉c去气t熔= 0.01×13.59×0.901×2.1362×1475.7=385.997 kJ e.蒸发水分耗热qⅤ

qⅤ=2491G粉·G水 （3—6） 式中：2491—1㎏水分汽化需2491 kJ热量

G水— 1㎏ 湿粉料中的含水量，㎏

qⅤ=2491G粉·G水=2491×0.901×0.04=89.776 kJ (2) 收入热量qⅥ

qⅥ= G粉c粉t粉＋G碎c碎t碎 （3—7） 式中：c粉—粉料比热，一般取0.963kJ/(㎏·℃)

c碎—碎玻璃的比热，kJ/(㎏·℃)，用玻璃低温比热公式计算 c碎=0.7511+2.65×10-4 t碎

t粉 、t碎—分别为粉料和碎玻璃入窑时的温度，℃ 设配合料入窑时为30℃

30℃时的c碎=0.7511+2.65×10-4×30= 0.75905 由粉料和碎玻璃带入的热量

qⅥ= G粉c粉t粉＋G碎c碎t碎 = 0.901×0.963×30＋0.297×0.75905×30= 32.793 kJ (3)熔化1㎏玻璃液在玻璃形成过程中的耗热量q玻

q玻 = q1+ qⅡ+ qⅢ+ qⅣ+ qⅤ－qⅥ= 3001.904 kJ