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，物料化學反應順利進行，支持拉絲的高效率運行。

均勻度就是衡量這種差異的一個數值，公式為：

式中：

S ——均勻度值；

Xmax ——樣本中測量成分的最大值；

Xmin ——樣本中測量成分的最小值；

Xav ——樣本檢測數據的平均值［2］。

通過每間隔1 h連續取6個樣品，采用人工滴定的方法，分別檢測配合料中鈣鎂合量、氧化鋁含量，代入上述均勻度計算公式，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 原料預均化

部分玻纖生產是直接采用購買原料廠家的粉料，通過對原料進行稱量、混合，輸送到窯頭料倉，直接投入到玻璃窯爐中進行熔制。原料廠家承擔了從礦山開采、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達到了原料廠家的出廠標準，但非金屬礦石原本特有的天然差異性導致成品粉料成分仍存在一定程度的波動性。

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，投入混合罐中進行混合，但由于某原料的成分存在波動，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%。

代入上述均勻度計算公式：

由此可以得出，即使混合罐均化能力為100%，也會因為原料成分存在波動，導致最終的均勻度只能達到98.31%。基于上述原因，玻纖企業一般均需要建立預均化庫，對原料進行預均化處理，降低各批次原料的成分波動，提高原料的均勻度，進而有效提升配合料的均勻度。

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

為了使粉料在較短的時間內形成流態化，在底部的充氣裝置分為4等分或8等分，羅茨風機產生的高壓風經旋轉分風器后，再對角扇形區交替進風，均化倉內強弱氣流區，這樣方可在短時間內達到均化效果。同時嚴格控制水分，防止物料結塊造成流動性變差。

公司在2017年建立均化庫，原料中的葉蠟石、生石灰、石灰石等在均化庫進行預均化后，再進行配料和混合罐氣力混合，起到了極佳效果，使用均化庫前后一個月內配合料鈣鎂合量均勻度的平均值統計數值見表1。

表1 使用均化庫前后一個月內配合料鈣鎂合量均勻度的平均值統計數值

2.2 稱量的準確性

玻纖配合料要求有效成分穩定，稱量精準度會直接影響配合料成分的波動，原料的稱量系統一般包括料倉、倉底閥、螺旋給料機、電子秤等設備。粉料從儲料倉底部經倉底閥流出，經過變頻調速的螺旋給料機，通過快加料和慢加料的方式進入到電子秤中，電子秤完成全部的原料稱量［5］。

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影響稱量準確性的因素一般有以下幾個方面：

（1）物料本身的原因。如生石灰易吸水結塊，會粘結在配料倉底或者料秤螺旋的鉸刀處，導致下料不暢或者稱量時間過長，影響稱量準確性。因此要嚴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封閉的容器，物料由料倉進入料秤時，如不能及時排出料秤里的空氣，會導致稱量數據產生較大超差，影響稱量準確性［6］。

（3）當料倉出現低料位時，原料倉會補充新料，在此過程中，由于原料為氣力輸送入倉，新進物料在氣力的作用下對料倉底部產生沖擊力，若此時系統正在稱量，導致大量粉料進入料秤，將引起較大的稱量超差［7］。為防止“沖料”情況的發生，要保證原料倉設安全料位，一般控制在配料倉椎體的2/3以上。在原料換批時，為保證安全料位，在配料前向配料倉內輸送原料粉料，配料作業在安全料位上進行。

（4）料秤系統誤差。料秤不進行校驗會導致其稱量“線性”發生偏離，在此情況下進行配料，易產生稱量系統性誤差，嚴重時會出現配合料成分與玻璃設計成分存在較大偏差的情況。

2.3 優化均化設備和參數

玻纖企業一般用氣力混合罐來均化混合原料，其設備外形如圖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入混合罐，罐內的物料在壓縮空氣的作用下抬起又在重力作用下落下，如此反復多次達到均勻目的，而噴嘴的開啟和關閉控制壓縮空氣進入混合罐，可通過設定噴嘴開啟和關閉的運行時間，從而控制配合料在混合罐內的均化效果［8］。

混合時間和均勻度成正比關系［9］，為提高配合料的均勻度，在檢測配合料中的鈣鎂均勻度的基礎上，增加了氧化鋁均勻度的檢測，結果在檢測初期發現氧化鋁均勻度頻頻不合格，通過延長原有混合時間，配合料的均勻度明顯提高。延長混合時間之前和之后的氧化鋁均勻度的對比見表2。

表2 延長混合時間之前和之后的氧化鋁均勻度的對比表

此外，噴嘴的磨損情況也會導致均勻度的下降。噴嘴在使用時、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、使用中期和使用后期的磨損情況

實際生產過程中在噴嘴磨損后期，會降低0.5%~1%的均勻度。因此，需每周定時檢查噴嘴的磨損情況，及時更換到達磨損后期的噴嘴，此舉能有效防止由此原因所導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導致顆粒離析。顆粒離析是指原材料中顆粒粒徑組成符合工藝規定且混合均勻的顆粒發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、分聚結構的現象。顆粒離析現象可能發生在原材料加工制備和輸送的各生產環節［10］。

玻纖配合料的生產流程為氣力輸送、氣力混合，配合料因長距離輸送會出現顆粒偏析現象，如要減輕配合料的偏析現象，應要求原材料供貨商確保原料的粒度級配。以白云石為例，2種不同粒度級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 結論

工廠在實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確性，至少每班自動校驗2次，每周用砝碼校驗1次。

（2）合理匹配原料顆粒級配，減少顆粒離析現象。

（3）根據上料計劃表，固定每天的上料量，穩定有效控制配料倉料位。

（4）每周檢查1次混合噴嘴，每半年更換一批混合噴嘴。

加強現場精細化管理，有效地提高配合料均勻度，不僅有助于提高玻璃液質量，更進一步提高了生產效率，為穩定生產管理提供了有效保障。