提高玻璃纖維配合料均勻度的研究

彭 斌，侯超剛，馬龍飛

（山東九鼎新材料有限公司，聊城 226500）

1 均勻度計(jì)算方法

玻纖配合料是指不同的粉體原料按一定比例混合在一起的產(chǎn)物［1］。原料混合的目的是為了減少多種物料的差異，這種差異是多方位的，包括化學(xué)成分、顆粒度、密度等。差異越大，混合的要求越高，減少這種差異可以保證在熔制成玻璃液的過程中，物料化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行，支持拉絲的高效率運(yùn)行。

均勻度就是衡量這種差異的一個(gè)數(shù)值，公式為：

式中：

S ——均勻度值；

Xmax ——樣本中測(cè)量成分的最大值；

Xmin ——樣本中測(cè)量成分的最小值；

Xav ——樣本檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值［2］。

通過每間隔1 h連續(xù)取6個(gè)樣品，采用人工滴定的方法，分別檢測(cè)配合料中鈣鎂合量、氧化鋁含量，代入上述均勻度計(jì)算公式，要求鈣鎂合量的均勻度≥98%，氧化鋁均勻度≥97%（參考）。

2 影響均勻度的因素和采取的措施

2.1 原料預(yù)均化

部分玻纖生產(chǎn)是直接采用購(gòu)買原料廠家的粉料，通過對(duì)原料進(jìn)行稱量、混合，輸送到窯頭料倉(cāng)，直接投入到玻璃窯爐中進(jìn)行熔制。原料廠家承擔(dān)了從礦山開采、分選、礦石搭配、礦石均化、粉磨等一系列的工藝流程［3］，雖然粉料均勻度等指標(biāo)達(dá)到了原料廠家的出廠標(biāo)準(zhǔn)，但非金屬礦石原本特有的天然差異性導(dǎo)致成品粉料成分仍存在一定程度的波動(dòng)性。

舉例：某公司按照玻璃配方中配合料中鈣鎂合量為22.46%的要求，配制了5批料，投入混合罐中進(jìn)行混合，但由于某原料的成分存在波動(dòng)，這5批料配合料的鈣鎂合量分別為22.46%、22.51%、22.57%、22.76%、22.38%。

代入上述均勻度計(jì)算公式：

由此可以得出，即使混合罐均化能力為100%，也會(huì)因?yàn)樵铣煞执嬖诓▌?dòng)，導(dǎo)致最終的均勻度只能達(dá)到98.31%?；谏鲜鲈?，玻纖企業(yè)一般均需要建立預(yù)均化庫(kù)，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)均化處理，降低各批次原料的成分波動(dòng)，提高原料的均勻度，進(jìn)而有效提升配合料的均勻度。

建立的氣力均化庫(kù)的工作原理是將粉料加至均化庫(kù)容積的75%~80%后，由底部的高壓空氣通過多孔板將粉料松動(dòng)，并成流化狀態(tài)，粉料在強(qiáng)氣流的作用下產(chǎn)生渦流和劇烈翻騰以達(dá)到均化目的［4］。

為了使粉料在較短的時(shí)間內(nèi)形成流態(tài)化，在底部的充氣裝置分為4等分或8等分，羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高壓風(fēng)經(jīng)旋轉(zhuǎn)分風(fēng)器后，再對(duì)角扇形區(qū)交替進(jìn)風(fēng)，均化倉(cāng)內(nèi)強(qiáng)弱氣流區(qū)，這樣方可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到均化效果。同時(shí)嚴(yán)格控制水分，防止物料結(jié)塊造成流動(dòng)性變差。

公司在2017年建立均化庫(kù)，原料中的葉蠟石、生石灰、石灰石等在均化庫(kù)進(jìn)行預(yù)均化后，再進(jìn)行配料和混合罐氣力混合，起到了極佳效果，使用均化庫(kù)前后一個(gè)月內(nèi)配合料鈣鎂合量均勻度的平均值統(tǒng)計(jì)數(shù)值見表1。

表1 使用均化庫(kù)前后一個(gè)月內(nèi)配合料鈣鎂合量均勻度的平均值統(tǒng)計(jì)數(shù)值

2.2 稱量的準(zhǔn)確性

玻纖配合料要求有效成分穩(wěn)定，稱量精準(zhǔn)度會(huì)直接影響配合料成分的波動(dòng)，原料的稱量系統(tǒng)一般包括料倉(cāng)、倉(cāng)底閥、螺旋給料機(jī)、電子秤等設(shè)備。粉料從儲(chǔ)料倉(cāng)底部經(jīng)倉(cāng)底閥流出，經(jīng)過變頻調(diào)速的螺旋給料機(jī)，通過快加料和慢加料的方式進(jìn)入到電子秤中，電子秤完成全部的原料稱量［5］。

本文將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)三個(gè)角度，分析和討論嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)改進(jìn)方案，提出以真實(shí)的企業(yè)項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的課程設(shè)計(jì)方法，從實(shí)際出發(fā)，讓學(xué)生學(xué)以致用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高授課效率。

影響稱量準(zhǔn)確性的因素一般有以下幾個(gè)方面：

（1）物料本身的原因。如生石灰易吸水結(jié)塊，會(huì)粘結(jié)在配料倉(cāng)底或者料秤螺旋的鉸刀處，導(dǎo)致下料不暢或者稱量時(shí)間過長(zhǎng)，影響稱量準(zhǔn)確性。因此要嚴(yán)格控制原料的含水量或采取措施減少在配制過程中引入的水分，例如，每天定時(shí)排放壓縮空氣管道的水分可更有效減少配制過程中水分的引入。

（2）料秤排氣不暢。玻纖配合料電子秤是相對(duì)封閉的容器，物料由料倉(cāng)進(jìn)入料秤時(shí)，如不能及時(shí)排出料秤里的空氣，會(huì)導(dǎo)致稱量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大超差，影響稱量準(zhǔn)確性［6］。

（3）當(dāng)料倉(cāng)出現(xiàn)低料位時(shí)，原料倉(cāng)會(huì)補(bǔ)充新料，在此過程中，由于原料為氣力輸送入倉(cāng)，新進(jìn)物料在氣力的作用下對(duì)料倉(cāng)底部產(chǎn)生沖擊力，若此時(shí)系統(tǒng)正在稱量，導(dǎo)致大量粉料進(jìn)入料秤，將引起較大的稱量超差［7］。為防止“沖料”情況的發(fā)生，要保證原料倉(cāng)設(shè)安全料位，一般控制在配料倉(cāng)椎體的2/3以上。在原料換批時(shí)，為保證安全料位，在配料前向配料倉(cāng)內(nèi)輸送原料粉料，配料作業(yè)在安全料位上進(jìn)行。

（4）料秤系統(tǒng)誤差。料秤不進(jìn)行校驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致其稱量“線性”發(fā)生偏離，在此情況下進(jìn)行配料，易產(chǎn)生稱量系統(tǒng)性誤差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)配合料成分與玻璃設(shè)計(jì)成分存在較大偏差的情況。

2.3 優(yōu)化均化設(shè)備和參數(shù)

玻纖企業(yè)一般用氣力混合罐來均化混合原料，其設(shè)備外形如圖1所示。

圖1 氣力混合罐

氣力混合罐的工作原理是：高壓空氣通過底部的噴嘴進(jìn)入混合罐，罐內(nèi)的物料在壓縮空氣的作用下抬起又在重力作用下落下，如此反復(fù)多次達(dá)到均勻目的，而噴嘴的開啟和關(guān)閉控制壓縮空氣進(jìn)入混合罐，可通過設(shè)定噴嘴開啟和關(guān)閉的運(yùn)行時(shí)間，從而控制配合料在混合罐內(nèi)的均化效果［8］。

混合時(shí)間和均勻度成正比關(guān)系［9］，為提高配合料的均勻度，在檢測(cè)配合料中的鈣鎂均勻度的基礎(chǔ)上，增加了氧化鋁均勻度的檢測(cè)，結(jié)果在檢測(cè)初期發(fā)現(xiàn)氧化鋁均勻度頻頻不合格，通過延長(zhǎng)原有混合時(shí)間，配合料的均勻度明顯提高。延長(zhǎng)混合時(shí)間之前和之后的氧化鋁均勻度的對(duì)比見表2。

表2 延長(zhǎng)混合時(shí)間之前和之后的氧化鋁均勻度的對(duì)比表

此外，噴嘴的磨損情況也會(huì)導(dǎo)致均勻度的下降。噴嘴在使用時(shí)、使用中期和使用后期的磨損情況見圖2。

圖2 噴嘴在使用時(shí)、使用中期和使用后期的磨損情況

實(shí)際生產(chǎn)過程中在噴嘴磨損后期，會(huì)降低0.5%~1%的均勻度。因此，需每周定時(shí)檢查噴嘴的磨損情況，及時(shí)更換到達(dá)磨損后期的噴嘴，此舉能有效防止由此原因所導(dǎo)致的均勻度下降問題。

2.4 原料顆粒度

原料顆粒度影響均勻度主要原因是顆粒度不均會(huì)導(dǎo)致顆粒離析。顆粒離析是指原材料中顆粒粒徑組成符合工藝規(guī)定且混合均勻的顆粒發(fā)生了一定程度的分離，按顆粒大小或輕重各自聚集，從而形成了按顆粒的大、中、小或輕、重分層、分聚結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。顆粒離析現(xiàn)象可能發(fā)生在原材料加工制備和輸送的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)［10］。

玻纖配合料的生產(chǎn)流程為氣力輸送、氣力混合，配合料因長(zhǎng)距離輸送會(huì)出現(xiàn)顆粒偏析現(xiàn)象，如要減輕配合料的偏析現(xiàn)象，應(yīng)要求原材料供貨商確保原料的粒度級(jí)配。以白云石為例，2種不同粒度級(jí)配的白云石搭配同批次其他原料在相同均化工藝后所得出的均勻度見表3。

表3 2種不同粒度級(jí)配的白云石搭配同批次其他原料在相同均化工藝后所得出的均勻度

3 結(jié)論

工廠在實(shí)際配合料制備過程中需要注意以下幾方面：

（1）有效控制原料稱體的準(zhǔn)確性，至少每班自動(dòng)校驗(yàn)2次，每周用砝碼校驗(yàn)1次。

（2）合理匹配原料顆粒級(jí)配，減少顆粒離析現(xiàn)象。

（3）根據(jù)上料計(jì)劃表，固定每天的上料量，穩(wěn)定有效控制配料倉(cāng)料位。

（4）每周檢查1次混合噴嘴，每半年更換一批混合噴嘴。

加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化管理，有效地提高配合料均勻度，不僅有助于提高玻璃液質(zhì)量，更進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率，為穩(wěn)定生產(chǎn)管理提供了有效保障。