浅析溶解滚筒内固体硅酸钠结块的处理方法

冯晓文 刘新鸿 刘华

摘 要：本文介绍了水玻璃溶解滚筒内固体硅酸钠出现结块的现象、原因以及如何进行处理的方法。

关键词： 水玻璃;溶解滚筒;固体硅酸钠;结块;现象;产生原因;解决方法

1 前 言

硅酸钠，俗称泡花碱，是一种无机物，化学式为Na2O·nSiO2，其水溶液俗称水玻璃，是一种可溶性的无机硅酸盐，广泛用于陶瓷化工、洗化、建筑、选矿、造纸、白炭黑、硅溶胶、金属表面处理等行业。

硅酸钠有干法、湿法两种生产工艺，干法又包括碳酸钠法、元明粉（硫酸钠）法、氯化钠法。湿法则以烧碱和石英砂为原料，加温、加压反应后得到液体产品。

碳酸钠法，根据所需产品的模数要求，将纯碱（Na2CO3）和 60目-80目的石英砂（SiO2）按比例混合均匀送入马蹄焰窑炉，在 1450-1500 ℃下熔融，高温熔融产物从窑炉出料口流出，通过模子上面的辊子压制成块或者水淬成颗粒，俗称块子料和水淬料。

也有用元明粉（又称硫酸钠、无水芒硝）法工艺，由于采用Na2SO4会产生大量的SO2，对环境产生极大的污染，目前已被淘汰。

固体硅酸钠可以作为成品进入市场，但最终使用的是液体产品，也就是水玻璃，它是由固体产品加水溶解后形成的粘稠状液体，通常采用的化料方法有常压蒸煮法和高压溶解法。

常压蒸煮法是指将固体产品放入常压容器中，加水蒸煮，由于压力较低，溶解量较少，液体浓度低，作为产品使用，必须进一步浓缩。

高压溶解法是指将物料和水按一定比例加入溶解滚筒中，通入较高压力的蒸汽，经过一定的时间，达到相应的浓度的液体硅酸钠，也就是水玻璃，这个工艺通常称为“化料”，也是常见的干法水玻璃生产工艺。

2溶解滾筒的结构

2.1溶解滚筒的筒体材质要求

溶解滚筒是水玻璃化料工艺的重要设备，一般采用制造压力容器的专用钢16MnR，或者304不锈钢加工，作为压力容器制造商必须有相关的资质。

2.2溶解滚筒的主要组成部分

进气管、排气管、放料管、分气缸、密封件、中间轴、蒸汽扩散管、筒体、人孔、人孔盖、减速机、电机、机架等部分组成。

3水玻璃化料工艺操作规程

（1）将溶解滚筒的人孔转动到最高点并进行锁定，打开内压式人孔盖和釜体上的排气阀开始注水，水的加入量通过流量计和电磁阀控制;

（2）加水完毕，利用铲车、带称量装置的喂料机和皮带输送机，以定量方式添加固体硅酸钠块子料或者水淬料;

（3）完成进料盖紧人孔盖，关闭筒体上的排气阀，启动电机溶解滚筒开始运转;

（4）待设备运转正常后，打开进气管阀门，开始充入蒸汽，当压力达到0.8MPa时，关闭进气管阀门，进入化料阶段;

（5）连续运转3-4h后停止溶解滚筒，并将人孔转动到最底部;

（6）打开排气阀开始排气，碱性蒸汽被排入储水罐，用来加热生产用水;

（7）当筒内压力下降到0.4-0.5MPa时，启动溶解滚筒让人孔转到最高处后停止并锁定;

（8）打开放料管阀门，在自压的作用下，化料后的水玻璃，被排放到中转罐;

（9）水玻璃全部放入中转罐，检测后进行均化和调浓，然后泵入储罐储存。

以15m3反应釜为例，以干基计一般加入块子料或者水淬料5.50吨，加水8.5m3，可生产40Be、模数M=3.1-4.4的水玻璃14.00吨左右。

4导致溶解滚筒内出现结块的原因

（1）外网停电，没有自备电源，设备停止转动。

（2）设备故障，无法正常运转。

5停电或设备故障后紧急处理的方法

停电或者设备故障后，应立即将反应釜的人孔转动到最底部，确保放料管（排气管、进气管）暴露在物料外，如果能够马上来电或者故障得到快速排除、设备迅速恢复运转，一般不会产生结块死机问题，但如果停电或者修复设备时间过长，就会导致釜内物料结块，特别严重的是进料管（排气管、进气管）被包裹在结晶体中，已经出现熔融的固体硅酸钠，粘附在反应釜的一侧，成为一个整体。

6结块导致的后果

（1）.产生严重的偏向，导致设备无法启动，或者勉强启动后损坏减速机或者拉裂机架;

（2）设备无法运转，进料管（排气管、进气管）被结晶堵塞，导致蒸汽不能进入反应釜，化料无法进行;

（3）设备报废。

7解决办法

一旦溶解滚筒内出现物料结晶，并且将中间轴、连通管、蒸汽扩散管确保包裹在里面，就说明这些管道已经被结晶体全部填充，管内已经不能通过流体，溶解滚筒和外界的联系通路全部中断。

要想实现溶解滚筒的脱困和恢复正常运行，我们借鉴静压釜的工作原理，对筒内结晶成一体的固体硅酸钠进行溶解。

7.1建立筒内和外界新的通道

我们知道，进气管、排气管、放料管是分开进入分气缸的，在此汇聚后通过中间轴段、连通管、和蒸汽扩散管把蒸汽送入釜内，将尾气排入储水箱，把水玻璃排入中转罐，由于筒体内结晶，导致这些功能已经失去，所以必须建立新的通路，保证蒸汽能够进入滚筒，溶解生成的水玻璃可以实现顺畅放料。

（1）在放料管进分气缸处加装一个球阀，球阀下部引出一路管，规格为φ50无缝管其上安装一个球阀;

（2）在溶解滚筒人孔盖上面开一个圆孔，其大小正好可以插入一个φ65的无缝管，无缝管一端焊接一个DN65法兰盘，另一端焊接在人孔盖上的圆孔内，采用双面焊接，确保牢固可靠，形成一根类似套管的装置;

（3）将一根φ50的无缝管从φ65的无缝管插入，深入到釜内结晶体，直至不能再插进为止，该管进入釜体内部分的端头封堵，旁边开孔，便于蒸汽在往釜内各个方向喷射，在露出套管的一端焊接一个DN50 法兰盘;

（4）另准备一条φ50的无缝管，A端焊接一个DN65的法兰盘，B端焊接一个DN50的法兰盘，A端和套筒端加金属垫片牢固连接，B端和放料管上引出的旁路连接，具体见下面示意图。

自此，溶解滚筒一个新的与外界的联系通道就已经架起，它可以实现充汽和放料的顺利进行。

7.2解困的具体操作方法

（1）关闭排气管阀门2、放料管上阀门3、放料管上阀门5;

（2）打开进气管阀门1开始往溶解滚筒中充入蒸汽，当压力达到1.0MPa 时关闭进气管阀门1，保持该压力12h，中途出现压力下降的应及时补充;

（3）12h后关闭阀门4，打开阀门3、阀门5开始放料，当被溶解的物料全部放完后，打开人孔盖，观察釜内融化情况，然后补水。为了提高溶解速度，可以适当添加片状烧碱，降低水玻璃模数加快化料;

（4）重复上述动作，直至滚筒内的结晶体全部溶解。

本解困方法是借用了静压釜的工作原理，通过建立新的滚筒内外联系通道，实现了充汽、化料和放料。

出现设备故障导致滚筒内结晶的，要针对缺陷程度，制定科学的解决方案，产生偏心的不能强行开启设备，否则会造成严重的后果，工厂要有自备电源，平时做好设备的点检和保养，密封件、电机、阀门、轴承、减速机要有备件，确保出现故障能够快速修复。

做好员工的培训，不能脱岗，出现设备异常的要懂得如何操作，才能确保把损失降到最低程度，一旦发现故障快速响应和汇报，为解困赢得时间。