秦皇島昱侖玻璃設(shè)備有限公司

　　由于環(huán)保的要求越來越高，玻璃制品的質(zhì)量要求也越來越高，玻璃工廠采用電熔已經(jīng)大勢所趨。作者從事過十多年玻璃電熔化方面的技術(shù)研究和技術(shù)推廣工作，參與設(shè)計(jì)、引進(jìn)、翻版過數(shù)十座玻璃電熔窯、電加熱料道、電輔助加熱玻璃窯爐，幫助玻璃廠解決過多起玻璃電熔化和電加熱方面的疑難問題。
　　
　　進(jìn)行玻璃的電熔化與電加熱設(shè)計(jì)的單位和個(gè)人有數(shù)十家之多，設(shè)計(jì)的電熔窯各有特點(diǎn)，水平亦是參差不齊。在此作一總結(jié)。
　　
　　1．玻璃的電加熱料道
　　
　　十年前，玻璃的電加熱料道與煤氣多噴嘴加熱料道同時(shí)作為兩項(xiàng)新技術(shù)在推廣，有些廠家在考慮采用玻璃的電加熱料道技術(shù)時(shí)，還要求到處考察。使用該技術(shù)的還僅僅是一些具有開拓精力的廠長。經(jīng)過近十年來不斷努力，玻璃的電加熱料道已被廣大的玻璃廠普遍接受，已成為了大眾化的技術(shù)，有些單位和個(gè)人已把它制成了產(chǎn)品出售。
　　
　　但一些特殊要求的和特種玻璃的電加熱料道還是需要有經(jīng)驗(yàn)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)。玻璃的電加熱料道大體分為硅碳棒輻射電加熱料道、平板玻璃通路的電加熱、板狀鉬電較的電加熱料道、棒狀鉬電較電加熱料道、混合式電加熱料道、熱套法電加熱料道、料盆的電加熱、氧化錫電較電加熱料道等八類。
　　
　　2．玻璃窯爐的電助熔加熱技術(shù)
　　
　　玻璃窯爐的電助熔加熱技術(shù)主要用來：
　　
　　(1)大幅度地提高熔化率。國外大型燃油平板玻璃池窯，一般熔化率為2T/m2？d，我國為1.6T/
　　
　　m2？d左右，采用電助熔技術(shù)后，可使熔化率提高到3.2T/m2？d，甚至可達(dá)4.2T/m2？d。熔化率可提高60%，甚至高標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　(2)提高玻璃的熔化質(zhì)量。在任何情況下采用電助熔都能改善玻璃的質(zhì)量。這是因?yàn)榧訌?qiáng)了玻璃液的流動(dòng)使玻璃液的均勻性提高了。在玻璃液中引入電能提高玻璃液的溫度，從而玻璃液的粘度降低，澄清過程加快，熔解在玻璃液中的氣體量顯著減少，這對玻璃的成形和加工有良好的影響。
　　
　　我國有些中小玻璃廠，由于燃料質(zhì)量不好，熔化溫度燒不上去，玻璃液質(zhì)量很差。如果有條件采用電助熔技術(shù)，玻璃液質(zhì)量將會得到很大的提高。
　　
　　(3)靈活調(diào)節(jié)出料量。采用電助熔加熱的池窯能夠根據(jù)市場需要迅速調(diào)節(jié)池窯的出料量。在不增加池窯尺寸的情況下，池窯的熔化能力可提高30
　　
　　50%。電助熔特別適合于需要定期變化出料量的窯爐。這種窯在使用期間熔制玻璃所消耗的礦物燃料不變，而電助熔可以使窯的熔化能力提高到非常大限度。
　　
　　(4)電助熔裝置尤其適用于有色玻璃。如果是透熱輻射性差的深色玻璃，則在熔化部使用電助熔較為有利。
　　
　　(5)電助熔裝置尤其適用于難熔玻璃。
　　
　　玻璃窯爐電助熔加熱的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)是窯爐的電較排列和功率分布，對硼硅酸鹽玻璃和有色玻璃的窯爐的電較排列是為了加強(qiáng)池底的能量，對為了增加產(chǎn)量或調(diào)節(jié)產(chǎn)量的玻璃窯爐電較排列是為了加強(qiáng)玻璃液的對流。
　　
　　布置于池底的電較通電后，處于熔融狀態(tài)的玻璃液為一導(dǎo)體。根據(jù)電阻的熱效應(yīng)原理，兩電較間的玻璃液就會發(fā)熱。同時(shí)，由于電較端部的邊緣效應(yīng)，電較端部附近的玻璃液溫度較高，此處溫度甚至可達(dá)1700℃以上。由于比重的差別，在電較附近就形成了玻璃液流，池深方向各層的玻璃都充分參加了這高等動(dòng)，從而清理了高硼硅玻璃分層所帶來的問題。另外，電較端部在玻璃液中的“放熱”現(xiàn)象及由此而產(chǎn)生的玻璃液流提高了底層玻璃液的溫度，加快了石英顆粒的溶解速度，促進(jìn)了玻璃的澄清和均化。　　
　　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”的物理損耗。
　　
　　(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)生玻璃液對流的原因，在厚料層垂直深層電熔工藝中，如溫度場不合理，表面層（半熔層）未熔化好的玻璃液常因少量垂直對流進(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。　　
　　(d)要有足夠的玻璃液高層度：全電熔窯熔化硼硅玻璃，熔化率要比火焰窯高2-3倍，這樣高的熔化率，又要在垂直深層方向上完成玻璃的澄清和均化，必須有一個(gè)足夠的高層度，滿足玻璃在窯內(nèi)的停留時(shí)間，池深與熔窯的生產(chǎn)能力和熔化率等因素有關(guān)，一般液深在900mm以上。例如高硼硅玻璃6m2電熔窯中，池深1.38m，在15-20
　　
　　m2的VSM電熔窯中，池深2.2m。
　　
　　3.3.幾種典型的全電熔玻璃窯爐
　　
　　3.3.1熔制鈉鈣玻璃全電熔窯爐
　　
　　主要使用在以下一些地方：
　　
　　(1)地處風(fēng)景區(qū)，燒化石燃料產(chǎn)生的煙氣及玻璃熔制過程中產(chǎn)生的粉塵嚴(yán)重影響風(fēng)景區(qū)的風(fēng)景。環(huán)保局要求該廠停業(yè)整頓或采取了煙氣除塵的地方。
　　
　　(2)玻璃質(zhì)量要求特別高的品種。
　　
　　(3)電價(jià)特別低的地方。如一些小的水電站附近。
　　
　　3.3.2熔制鉛玻璃的全電熔窯爐
　　
　　(1)鉛玻璃的熔制
　　
　　采用火焰加熱的池窯熔制鉛玻璃，這種工藝的一個(gè)主要缺點(diǎn)在于熔制過程中氧化鉛的揮發(fā)，其揮發(fā)量比在電熔窯中熔制時(shí)增加10%。多年來，鉛晶質(zhì)玻璃是在單坩堝窯、多坩堝窯或日池窯中熔制的。上世紀(jì)六十年代以來，使用了單元窯、馬蹄焰池窯，玻璃產(chǎn)量、質(zhì)量有了很大提高。用坩堝窯熔化玻璃時(shí)，很難清理粘土坩堝引起的耐火材料結(jié)石。日池窯因玻璃液面波動(dòng)，沖刷耐火材料也引起比較嚴(yán)重的耐火材料結(jié)石和條紋。換熱式連續(xù)熔化的池窯，其缺點(diǎn)是熔化過程中氧化鉛的揮發(fā)量大，玻璃易分層還原；玻璃對耐火材料的侵蝕比較嚴(yán)重，容易引起條紋以及空氣污染。這種池窯一般用天然氣或城市煤氣作燃料。如果用重油，會污染玻璃。
　　
　　1959年以前建成了靠前座電加熱坩堝窯，采用SiC或MoSi2加熱元件(前者水平安裝，后者垂直安裝)。其功率消耗是相當(dāng)高的。后來曾用過電輔助加熱的日池窯。然而，上述電熔方法并不能克服氧化鉛的嚴(yán)重?fù)]發(fā)、耐火材料對玻璃的污染比較嚴(yán)重以及環(huán)境污染等主要缺點(diǎn)。
　　
　　(2)鉛晶質(zhì)玻璃電熔窯的現(xiàn)狀及發(fā)展前景
　　
　　由于鉛晶質(zhì)玻璃易揮發(fā)、分層、還原等特性，因而在池窯熔化中對溫度、氣氛、窯壓、對流等工藝參數(shù)非常敏感。通過實(shí)踐及對各種燃料、窯型的綜合分析，英國、瑞典、捷克及西德各國都一致認(rèn)為全電熔窯是較為合理的，也是比較經(jīng)濟(jì)的。
　　
　　近十幾年來許多國家對于全電熔窯進(jìn)行了研究，取得了重大打破�，F(xiàn)在世界上已有不少電熔窯，它的優(yōu)越性越來越為人們所注意。
　　
　　蘇聯(lián)及東歐國家大力發(fā)展電熔晶質(zhì)玻璃技術(shù)。前蘇聯(lián)上世紀(jì)七十年代初進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，七四年推廣。在基輔、古雪夫、列寧格勒、烏克蘭、明斯克等藝術(shù)玻璃廠采用，獲得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　電熔窯在正常操作中，當(dāng)熔化池玻璃液中的電較附近溫度為1370℃時(shí)，熔化池上部空間僅120℃左右。這是因?yàn)樵诓Ａб旱谋砻嬗袔坠�分厚的配合料冷料層，清理了氧化鉛的揮發(fā)(一般火焰熔化池窯中氧化鉛的揮發(fā)高達(dá)10%)，使窯內(nèi)玻璃組成均勻穩(wěn)定，同時(shí)使粉料成本降低、環(huán)境污染減少，總之，電熔窯耗電量雖然非常大，卻節(jié)約了大量氧化鉛，因而電熔窯還是經(jīng)濟(jì)合算的。　　
　　(3)鉛晶質(zhì)玻璃全電熔窯內(nèi)電較的選用
　　
　　目前在鉛玻璃全電熔窯上使用的電較有兩種，一種是氧化錫電較，特點(diǎn)是抗還原能力差，適用于氧化性玻璃；另一種是鉬電較，特點(diǎn)是舒緩反應(yīng)能力差，適用于還原性玻璃。氧化錫電較非常適用于熔制鉛玻璃。在熔制鉛玻璃的電熔窯中，如果使用鉬電較，會在不同程度上受到氧化，并且玻璃中的氧化鉛被還原，生成金屬鉛沉到熔化池底，這樣設(shè)計(jì)的電熔窯必須每天在池底放料。
　　
　　(4)我國鉛玻璃電熔窯的現(xiàn)狀及發(fā)展前景
　　
　　我國鉛玻璃電熔窯目前主要使用在以下幾個(gè)地方：
　　
　　鉛晶質(zhì)玻璃器皿。
　　
　　光學(xué)玻璃。
　　
　　寶石玻璃。
　　
　　燈飾玻璃。后三者都必須與鉑金坩堝共同使用。
　　
　　(5)我國鉛玻璃電熔窯使用的窯型
　　
　　我國鉛玻璃電熔窯使用的窯型主要有:
　　
　　(a)T型窯:即上大下小的形狀，氧化錫電較垂直安裝在兩邊的臺階上，采用單相供電或三相SCOT供電。
　　
　　(b)矩形窯：上下大小的一樣，氧化錫電較水平安裝在兩邊的池壁上，采用單相供電或三相SCOT供電。
　　
　　(6)我國鉛玻璃電熔窯有待改進(jìn)的地方
　　
　　我國鉛玻璃電熔窯使用中常出現(xiàn)一些問題有：
　　
　　(a)水套與銀桿斷開，由于設(shè)計(jì)上或操作的不當(dāng)，六支銀桿全部斷在氧化錫電較內(nèi)，造成無法供電。
　　
　　(b)氧化錫電較的頭部斷在窯爐內(nèi)。
　　
　　出現(xiàn)上述問題的原因的設(shè)計(jì)人員沒有掌握鉛玻璃電熔窯的一些特點(diǎn)。
　　
　　3.3.3熔制硼硅酸鹽玻璃的全電熔窯爐
　　
　　硼硅酸鹽玻璃在傳統(tǒng)的火焰池窯熔制過程中，常常會遇到硼的揮發(fā)逸散損失的問題。硼的揮發(fā)不僅使玻璃液不均勻，惡化玻璃質(zhì)量，而且還白白地?fù)p失了價(jià)格昂貴的硼原料。因此，國外對減少硼的揮發(fā)問題進(jìn)行了長期研究。迄今為止，硼的揮發(fā)率在10～15%，如果采用無水硼砂或硼酐作原料，可以降低到5～10%。
　　
　　自從厚料層垂直深層全電熔窯出現(xiàn)后，給高硼硅玻璃的熔化帶來了新方法，大幅度降低了硼的揮發(fā)。采用這種方法使硼的揮發(fā)率降低到1～2%。我國硼硅玻璃的生產(chǎn)基本上采用火焰窯。在高硼硅玻璃系統(tǒng)中，玻璃質(zhì)量達(dá)不到理想程度。