我國(guó)玻璃電熔現(xiàn)狀及發(fā)展方向

　　
　　3．全電熔玻璃窯爐
　　
　　3.1.減少揮發(fā)的機(jī)理
　　
　　全電熔厚料層垂直深層電熔工藝，熔化池表面復(fù)蓋冷的配合料，配合料在復(fù)蓋層下加熱，從加熱到玻璃形成的四個(gè)階段，都在同一個(gè)地點(diǎn)，不同的時(shí)間和不同的垂直高度上完成。因此，它可以基本避免在火焰池窯中所造成硼揮發(fā)的存在條件。其機(jī)理是：
　　
　　(a)配合料層表面工作狀態(tài)平穩(wěn)。全電熔厚料層熔制玻璃時(shí)，由于配合料是很好的絕熱材料，料層的表面溫度可低達(dá)200℃以下，而且料層表面沒有任何火焰和高溫高速氣流的沖擊，處于平穩(wěn)狀態(tài)，基本上可以避免“飛料”的物理?yè)p耗。
　　
　　(b)冷爐頂可以回收揮發(fā)物。厚料層的料層厚度一般在100～200mm，表面溫度在200℃以下。從一幅典型的熔制高硼硅玻璃的冷爐頂圖1中，可以看到配合料表面0～40mm這一層，溫度穩(wěn)定在120℃，僅水份在蒸發(fā)，可稱為冷配合料層。高層度在40～80mm，溫度從120℃提高到250℃，硼酸開始分解，稱為熱配合料層，高層度在80～110mm的溫度變化較劇烈，從250℃上升到1000℃，完成了硼硅酸鹽的反應(yīng)過程，稱為硼硅酸鹽反應(yīng)帶，也可稱輕質(zhì)層。再下一層則是含有大量氣泡和帶有未熔化好砂粒的熔融玻璃，稱為玻璃的熔融過程，也可稱半熔層。在這層下面就是玻璃的澄清和均化區(qū)域。硼硅酸鹽配合料從表面的料層到輕質(zhì)層，經(jīng)過溫度從120～1000℃的熱過程，必然會(huì)發(fā)生硼酸和硼砂在脫水期中的硼揮發(fā),揮發(fā)物由下向上逸出時(shí)，遇到冷的表面配合料層凝結(jié)起來，便產(chǎn)生硼的回凝現(xiàn)象，而在反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的CO2和NOx氣體很容易穿過疏松的配合料層逸出。因此，硼的揮發(fā)物可以在這里被回收。應(yīng)用這個(gè)原理，同樣可以回收其它含有氟、鉛和硒玻璃的揮發(fā)性物質(zhì)。由此也很容易解釋薄料層全電熔熔制工藝中硼的揮發(fā)率較高(10%左右)的原因。
　　
　　(c)澄清和均化在垂直深層方向中進(jìn)行。在垂直深層電熔窯中，在工作流的作用下，玻璃液從半熔層垂直向下運(yùn)動(dòng)，流向流液洞(見圖1)，而玻璃中的氣泡依靠斯托克斯的原理由下向上運(yùn)動(dòng)，由液面排出，完成了澄清和均化過程。這個(gè)過程與水平式火焰池窯熔制有非常大的區(qū)別，它好象在垂直管道中進(jìn)行，沒有與空氣相接觸的自由表面，因此不可能產(chǎn)生硼從玻璃結(jié)合態(tài)中揮發(fā)的問題。
　　
　　從上述的熔化機(jī)理，可清楚地看到，由于硼的燒損減少到較小的程度，玻璃成份波動(dòng)小、穩(wěn)定，這是獲得硼硅酸鹽玻璃的重要工藝條件之一。
　　
　　3.2.厚料層垂直深層電熔技術(shù)
　　
　　如果厚料層操作不當(dāng)，不但得不到高質(zhì)量的玻璃，反而會(huì)在玻璃中產(chǎn)生結(jié)石和條紋，使玻璃質(zhì)量變壞。要達(dá)到穩(wěn)定作業(yè)，厚料層電熔的基本工藝技術(shù)，大致如下：
　　
　　(a)嚴(yán)格控制料層厚度：厚料層全電熔窯，料層的厚度是一項(xiàng)十分重要的工藝參數(shù)，正常操作的料層厚度在100～200mm。太厚的料層使其深層造成更多的冷配合料，熔融玻璃液面溫度降低，玻璃熔化不好。同時(shí)由于料層的絕熱作用，深層的配合料溫度升高，軟化生料，形成一個(gè)半硬殼層，可能伸長(zhǎng)到與四周池壁搭接，形成料拱。氣泡聚集在料拱下排不出去，玻璃液面很快下降，造成脫空現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生玻璃液流空的事故。為了防止料拱現(xiàn)象和使玻璃中氣泡能順利排出，配合料不能完全復(fù)蓋熔化池的表面。按Sorg公司在VSM的全電熔窯的經(jīng)驗(yàn)，配合料復(fù)蓋的面積占液面90%，留出10%面積的光面。熔制普通玻璃，光面留在六角形的六個(gè)角上。熔制乳白玻璃光面留在中心。對(duì)矩形的電熔窯，在池壁四周留出75～150mm的距離。如果料層太薄，配合料表面溫度很快上升，料層的保溫作用和硼的回凝現(xiàn)象消失、達(dá)不到厚料層熔制工藝的目的。另外，加料必須是均勻鋪蓋在玻璃液面上。如果局部地方形成料堆，較后將使料堆下沉，熱的玻璃液包住冷的生料，在玻璃中容易產(chǎn)生結(jié)石、氣泡等缺點(diǎn)。
　　
　　(b)保證正常條件下的電熱平衡：當(dāng)改變?nèi)鄹G出料量時(shí)，若電工參數(shù)沒有及時(shí)調(diào)整，很快打破了原來工作狀態(tài)的電熱平衡條件，而轉(zhuǎn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，窯內(nèi)溫度分布曲線和玻璃液的運(yùn)動(dòng)軌跡都會(huì)發(fā)生改變。若加大出料量而輸入功率不變時(shí)，玻璃液面溫度下降，熱點(diǎn)下沉，在窯內(nèi)出現(xiàn)“過冷”現(xiàn)象，迫使玻璃液面下降，料層變厚，大量的配合料下沉，生料來不及熔化。反之，出料量變小時(shí)，玻璃液面溫度升高。熱點(diǎn)上移，在窯內(nèi)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，使生料熔化速度加快，料層變薄，液面提高，引起耐火材料和電較加速侵蝕。因此當(dāng)改變出料量時(shí)，輸入功率與出料量要匹配好，應(yīng)盡量保持熔制工藝條件的電熱平衡。
　　
　　(c)建立合理的熔制溫度曲線和穩(wěn)定的玻璃液流：窯內(nèi)玻璃液的溫度差異是產(chǎn)生玻璃液對(duì)流的原因，在厚料層垂直深層電熔工藝中，如溫度場(chǎng)不合理，表面層（半熔層）未熔化好的玻璃液常因少量垂直對(duì)流進(jìn)入工作流使熔化好的玻璃液變壞。正常情況下，半熔層中玻璃液小的對(duì)流將未熔化好的原料托浮起來，固定半熔層和冷料層的位置。當(dāng)半熔的玻璃進(jìn)入較高溫度區(qū)的加熱區(qū)時(shí)，玻璃熔融過程就結(jié)束了，進(jìn)入玻璃的澄清均化區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)不要產(chǎn)生強(qiáng)烈的垂直對(duì)流，使所有玻璃都經(jīng)過了相同的熱過程，熔制出均勻度高的玻璃。因此在較高溫度帶的溫度分布曲線要平坦，不要發(fā)生大的溫差。根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)的電熔窯的溫度分布曲線，有助于獲得熱均勻性好的玻璃。