Розрахунок складу шихти за допомогою системи рівнянь

Розрахунок складу шихти скла зводиться до визначення необхідної кількості сировинних матеріалів, виходячи з їх хімічного складу, втрат на звітрювання й хімічного складу скла. При цьому складаються та розв’язуються рівняння.

Шихта розраховується на 100 мас. ч. скломаси.

ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ

Розрахувати склад шихти віконного скла, мас. %: SiO₂ – 71,0; Al­₂O₃ – 1,5; CaO – 8,5; MgO – 3,5; Na₂O – 15,5.

Обираємо сировинні матеріали для введення цих оксидів. Це – пісок, технічний глинозем, крейда, доломіт, сода. Їх приблизний хімічний склад наведено в таблиці 2.15. У таблиці не враховано вміст Fe₂O₃ в сировинних матеріалах та втрати при прожарюванні.

Позначимо кількість у шихті: піску – х ₁, доломіту – х ₂, глинозему – х ₃, соди – х ₄, крейди – х _5. Позначимо кількість оксидів у сировині: SiO₂ у піску – S₁, у крейді – S ₂, у доломіті – S ₃, у технічному глиноземі – S ₄; Na₂O у соді – N ₁; CaO у піску – C ₁, у крейді – C ₂, у доломіті C ₃, у технічному глиноземі – C ₄; MgO у доломіті – М ₁; Al­₂O₃ у піску – А ₁, у доломіті – А ₂, у технічному глиноземі – А ₃.

Таблиця 2.15 – Хімічний склад сировини

Оксиди	Вміст компонентів у складі сировинних матеріалів, мас. %
пісок	сода	крейда	доломіт	глинозем
SiO2	98,95	–	1,47	3,2	0,4
Na2O	–	57,2	–	–	–
CaO	0,58	–	53,9	27,6	0,35
MgO	–	–	–	19,62	–
Al­2O3	0,64	–	–	2,57	97,9

Для визначення кількості сировинних матеріалів у шихті складаємо такі рівняння:

71 = S ₁ · х ₁ + S ₂ · х ₅ + S ₃ · х ₂ + S ₄ · х ₃;

3,5 = М ₁ · х ₂;

1,5 = А ₁ · х ₁ + А ₂ · х ₂ + А ₃ · х ₃;

15,5 = N ₁· х ₄;

8,5 = C ₁ · х ₁ + C ₂ · х ₅ + C ₃ · х ₂ + C ₄ · х ₃.

З урахуванням хімічного складу сировини, наведеного в таблиці 2.12, дані рівняння набудуть такого вигляду:

71 = 0,9895 х ₁ + 0,0147 х ₅ + 0,032 х ₂ + 0,004 х ₃;

3,5 = 0,1962 х ₂;

1,5 = 0,979 х ₁ + 0,0257 х ₂ + 0,0064 х ₃;

15,5 = 0,572 х ₄;

8,5 = 0,539 х ₅ + 0,2706 х ₂ + 0,0058 х ₁ + 0,0035 х ₃.

Після рішення цих рівнянь на ЕОМ отримуємо значення невідомих. Їх сума, як правило, складає 120¸130 мас. ч., що відповідає масі шихти для одержання 100 мас. ч. скломаси. Тому втрати на звітрювання при склоутворенні складають 20¸30 мас. %.

ЗАДАЧІ ДЛЯ ПРАКТИКИ

1. Розрахувати шихту тарного скла складу, мас. %: SiO₂ – 72,2; Al­₂O₃ – 2,7; CaO – 7,7; MgO – 2,4; Na₂O – 15,5, виходячи з хімічного складу сировинних матеріалів, наведених у таблиці 2.15.

2. Підібрати сировинні матеріали й розрахувати шихту сортового скла складу, мас. %: SiO₂ – 60,5; PbO – 19,0; K₂O – 16,5; B₂O₃ – 2; ZnO – 1 %; Na₂O – 1 %.

3. Проведіть розрахунки шихти для виготовлення листового скла такого хімічного складу (мас. %): SiO₂ – 71; Al₂O₃ – 1,5; Na₂O – 15,5; CaO – 10,5; MgO – 1,5.

4. Проведіть розрахунки шихти для виготовлення медичного скла такого хімічного складу (мас. %): SiO₂ – 73,0; B₂O₃ – 4,0; CaO – 7,0; MgO – 1,0; K₂O – 2,0; Na₂O – 8,5; Al₂O₃ – 3,0; ZnO – 1,5.

5. Проведіть розрахунки шихти для виготовлення хіміко-лабораторного скла такого хімічного складу (мас. %): SiO₂ – 75,7; B₂O₃ – 6,8; CaO – 1,3; BaO – 2,0; K₂O – 1,2; Na₂O – 6,2; Al₂O₃ – 5,2; PbO – 1,6.

6. Проведіть розрахунки шихти для виготовлення оптичного скла такого хімічного складу (мас. %): SiO₂ – 72,0; B₂O₃ – 8,15; CaO – 1,55; K₂O – 4,0; Na₂O – 7,2; Al₂O₃ – 6,45; MgO – 0,4; As₂O₃ – 0,2; SO₂ – 0,2.

7. Проведіть розрахунки шихти для виготовлення електровакуумного скла такого хімічного складу (мас. %): SiO₂ – 88,7; B₂O₃ – 10,5; Al₂O₃ – 0,3; Na₂O – 0,5.

8. Проведіть розрахунки шихти для виготовлення світлотехнічного скла такого хімічного складу (мас. %): SiO₂ – 74,1; K₂O – 15,5; Al₂O₃ – 1,3; CaO – 7,0; MgO – 2,1; Na₂O – 15,5; As₂O₃ – 0,5.

9. Проведіть розрахунки шихти для виготовлення листового антибактеріального скла такого хімічного складу (мас. %): SiO₂ – 5,0; B₂O₃ – 50,0; ZnO – 20,0; K₂O – 5,0; Al₂O₃ – 10,0; PbO – 10,0; As₂O₃ – < 1,0.

10. Проведіть розрахунки шихти для виготовлення біосумісного скла такого хімічного складу (мас. %): SiO₂ – 45,0; Na₂O – 24,5; P₂O₅ – 6,0; CaO – 24,5.