2012年9月3日星期一

玻璃窑炉中的钼电极应用

玻璃窑炉中的钼电极应用 一、序言

    目前国内许多全电熔玻璃窑炉和火焰--电助熔玻璃窑炉都使用钼电极。

       钼电极是熔化钠钙玻璃和高硼硅玻璃的常用电极有较高的使用温度和表面电流强

度甚至可高达2000℃的使用温度。

    正确使用钼电极对于窑炉设计和制造工程师是至关重要的。电极的价值往往只是窑炉价

值的10—15%左右但是对于不同玻璃不同设计的玻璃窑炉来讲, 电极的正确应用是窑炉

成功与否的决定因素。

二、钼电极介绍

    下表是奥地利攀时公司(Plansee)生产的钼电极的化学成分表。奥地利攀时公司是全球

最领先的钨钼材料生产尚它生产的钼电极也是世界上质量最好的钼电极。各批次化学成分

准确尺寸精确机械性能稳定。表面呈银白色和其他厂家生产工艺不同没有表面机械

加工是精锻后的自然表面。精锻表面具有很强的致密性从而赋予电极以更好的耐腐蚀性

能。



钼电极应用参数

    在玻璃窑炉中钼电极表面温度一般高于熔化玻璃温度200℃。

    如果钼电极表面温度达到2000℃。那么钼电极的损耗也较大。钼电极表面温度同施加

于钼电极的表面电流密度相关因此表面电流密度越大损耗越快。

   

我们建议一般窑炉中钼电极表面电流密度应当于1.0—0.7A/cm2为适中。当窑炉要求

较高玻璃质量和较长电极使用寿命时应当采用较低表面电流密度。钼电极最高表面电流密

度应当不大于2A/cm2。



   一般说来对于含铁较高的玻璃或者“E”玻璃中钼电极的消耗比较小。

下图中示出钼电极在玻璃中适宜的进入长度不合适的插入长度导致钼电极由于高温造成的

快速氧化现象。

2.1简单的质量判定方法。

    国内流行的电极一般是进口的奥地利攀时公司电极其余是产于东北河南陕西等

地的生产厂家质量参差不齐。对于钼电极的选购用户一般都缺乏手段来作精确判断以

下介绍一个简单实用的目视方法供设计人员采购人员参考。

    钼金属在382℃以下一般在无酸碱盐作用下氧化极其缓慢。新切割的金属表面呈光亮银

白色放置空气中常温下数年内只变成暗银白色或均匀灰色。纯度越高的钼电极颜色银白

色越好年变化小。如果钼电极表面是经车制颜色是棕色或呈黑棕色这不是钼的氧化物

的颜色而是钼电极中含的各种杂质的氧化物的综合颜色。棕色越淡而且表面颜色均匀度较

好那么质量较高。如果表面为黑棕色而且颜色深浅不同成块状那么此种钼电极质量较差。

质量好的钼电极装上窑炉后在接电的部位应在几个月后电极表面仍保持银白色。  用这种相当简单方法至少可以较快定性判定钼电极中杂质含量的程度。

2.2 钼电极杂质和密度对玻璃质量的影响

    钼电极中杂质含量的比例和钼电极锻制密度的高低和密度均匀性是钼电极质量最重要的

指标。

    含有杂质少的钼电极对于玻璃的色度透明度是决定性的因素。钼电极中铁镍钴……

等金属或金属化合物是玻璃着色的主要魁首。铁的含量超过150PPM。玻璃会有明显的绿色

感如果保温48小时那么满池皆是绿色玻璃。

    杂质中铁和镍对钼电极寿命的影响是致命的。铁和镍在钼金属中以单相或多项金属化合

物固溶体存在而铁和镍的金属化合物的熔点大大低于钼的熔点并且低于玻璃熔点。这些

杂质首先熔化到熔化玻璃中去带动了玻璃对钼电极的过早侵蚀因此采用低档钼电极的窑

炉往往在窑炉投入生产仅几个月就出现灰色透明度差的玻璃过甚者可以在玻璃中发现连

续的灰线灰泡造成窑炉失败。同样铁和镍在钼电极中的存在是钼电极易断裂的一大原

因。

钼电极的锻制密度是使用寿命和玻璃中产生微型气泡的重要因素。

    高质量钼电极是连续精锻的产品表面无需再用车制方法纠直和保证直径尺度。表面精

锻需要大型精密锻造设备高均匀度加热设备。做到这一点对于相应设备投资较小小批

量小型生产厂商来讲做到这一点是十分困难的。密度分布主要指径向分布。一般电极中

心部份密度小于周边部份差别应当小于2-5%左右过大的差别造成过早钼电极被侵蚀

后期大量钼微粒混入玻璃中造成灰色度较大。

    纵向密度分布不均造成微量直流电位差极易在熔化导电玻璃中产生微气泡对于高

质量玻璃生产厂家例如光学玻璃来讲是十分有害的。



我国玻璃电熔现状及发展方向(上

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由于环保的要求越来越高玻璃制品的质量要求也越来越高玻璃工厂采用电熔已经大势所

趋。作者从事过十多年玻璃电熔化方面的技术研究和技术推广工作参与设计、引进、翻版

过数十座玻璃电熔窑、电加热料道、电辅助加热玻璃窑炉帮助玻璃厂解决过多起玻璃电熔

化和电加热方面的疑难问题。 

    进行玻璃的电熔化与电加热设计的单位和个人有数十家之多设计的电熔窑各有特点

水平亦是参差不齐。在此作一总结。 

    1玻璃的电加热料道 

    十年前玻璃的电加热料道与煤气多喷嘴加热料道同时作为两项新技术在推广有些厂

家在考虑采用玻璃的电加热料道技术时还要求到处考察。使用该技术的还仅仅是一些具有

开拓精神的厂长。经过近十年来不断努力玻璃的电加热料道已被广大的玻璃厂普遍接受

已成为了大众化的技术有些单位和个人已把它制成了产品出售。 

    但一些特殊要求的和特种玻璃的电加热料道还是需要专业人员进行设计。玻璃的电加热

料道大体分为硅碳棒辐射电加热料道、平板玻璃通路的电加热、板状钼电极的电加热料道、

棒状钼电极电加热料道、混合式电加热料道、热套法电加热料道、料盆的电加热、氧化锡电

极电加热料道等八类。 

    2玻璃窑炉的电助熔加热技术 

    玻璃窑炉的电助熔加热技术主要用来 

    (1)大幅度地提高熔化率。国外大型燃油平板玻璃池窑一般熔化率为2T/m2·d我国

为1.6T/ m2·d左右采用电助熔技术后可使熔化率提高到3.2T/m2·d甚至可达4.2T/m2·d。

熔化率可提高60%甚至100%。    (2)提高玻璃的熔化质量。在任何情况下采用电助熔都能改善玻璃的质量。这是因为加

强了玻璃液的流动使玻璃液的均匀性提高了。在玻璃液中引入电能提高玻璃液的温度从而

玻璃液的粘度降低澄清过程加快熔解在玻璃液中的气体量显著减少这对玻璃的成形和

加工有良好的影响。 

我国有些中小玻璃厂由于燃料质量不好熔化温度烧不上去玻璃液质量很差。如果有条

件采用电助熔技术玻璃液质量将会得到很大的提高。 

    (3)灵活调节出料量。采用电助熔加热的池窑能够根据市场需要迅速调节池窑的出料量。

在不增加池窑尺寸的情况下池窑的熔化能力可提高30 50%。电助熔特别适合于需要定期

变化出料量的窑炉。这种窑在使用期间熔制玻璃所消耗的矿物燃料不变而电助熔可以使窑

的熔化能力提高到最大限度。 

    (4)电助熔装置尤其适用于有色玻璃。如果是透热辐射性差的深色玻璃则在熔化部使

用电助熔极为有利。 

    (5)电助熔装置尤其适用于难熔玻璃。 

    玻璃窑炉电助熔加热的设计关键点是窑炉的电极排列和功率分布对硼硅酸盐玻璃和有

色玻璃的窑炉的电极排列是为了加强池底的能量对为了增加产量或调节产量的玻璃窑炉电

极排列是为了加强玻璃液的对流。 

    布置于池底的电极通电后处于熔融状态的玻璃液为一导体。根据电阻的热效应原理

两电极间的玻璃液就会发热。同时由于电极端部的边缘效应电极端部附近的玻璃液温度

最高此处温度甚至可达1700℃以上。由于比重的差别在电极附近就形成了玻璃液流

池深方向各层的玻璃都充分参加了这一流动从而消除了高硼硅玻璃分层所带来的问题。另

外电极端部在玻璃液中的“放热”现象及由此而产生的玻璃液流提高了底层玻璃液的温度

加快了石英颗粒的溶解速度促进了玻璃的澄清和均化。 

    3全电熔玻璃窑炉 

    3.1.减少挥发的机理 

    全电熔厚料层垂直深层电熔工艺熔化池表面复盖冷的配合料配合料在复盖层下加热

从加热到玻璃形成的四个阶段都在同一个地点不同的时间和不同的垂直高度上完成。因

此它可以基本避免在火焰池窑中所造成硼挥发的存在条件。其机理是 

    (a)配合料层表面工作状态平稳。全电熔厚料层熔制玻璃时由于配合料是很好的绝热

材料料层的表面温度可低达200℃以下而且料层表面没有任何火焰和高温高速气流的冲

击处于平稳状态基本上可以避免“飞料”的物理损耗。 

    (b)冷炉顶可以回收挥发物。厚料层的料层厚度一般在100200mm表面温度在200℃

以下。从一幅典型的熔制高硼硅玻璃的冷炉顶图1中可以看到配合料表面040mm这一

层温度稳定在120℃仅水份在蒸发可称为冷配合料层。深度在4080mm温度从120℃

提高到250℃硼酸开始分解称为热配合料层深度在80110mm的温度变化最剧烈

从250℃上升到1000℃完成了硼硅酸盐的反应过程称为硼硅酸盐反应带也可称轻质层。

再下一层则是含有大量气泡和带有未熔化好砂粒的熔融玻璃称为玻璃的熔融过程也可称

半熔层。在这层下面就是玻璃的澄清和均化区域。硼硅酸盐配合料从表面的料层到轻质层

经过温度从1201000℃的热过程必然会发生硼酸和硼砂在脱水期中的硼挥发,挥发物由下

向上逸出时遇到冷的表面配合料层凝结起来便产生硼的回凝现象而在反应过程中所产

生的CO2和NOx气体很容易穿过疏松的配合料层逸出。因此硼的挥发物可以在这里被回

收。应用这个原理同样可以回收其它含有氟、铅和硒玻璃的挥发性物质。由此也很容易解

释薄料层全电熔熔制工艺中硼的挥发率较高(10%左右)的原因。 

    (c)澄清和均化在垂直深层方向中进行。在垂直深层电熔窑中在工作流的作用下玻

璃液从半熔层垂直向下运动流向流液洞(见图1)而玻璃中的气泡依靠斯托克斯的原理由下向上运动由液面排出完成了澄清和均化过程。这个过程与水平式火焰池窑熔制有较大

的区别它好象在垂直管道中进行没有与空气相接触的自由表面因此不可能产生硼从玻

璃结合态中挥发的问题。 

从上述的熔化机理可清楚地看到由于硼的烧损减少到极小的程度玻璃成份波动小、稳

定这是获得优质硼硅酸盐玻璃的重要工艺条件之一。 

    3.2.厚料层垂直深层电熔技术 

    如果厚料层操作不当不但得不到高质量的玻璃反而会在玻璃中产生结石和条纹使

玻璃质量变坏。要达到稳定作业厚料层电熔的基本工艺技术大致如下 

    (a)严格控制料层厚度厚料层全电熔窑料层的厚度是一项十分重要的工艺参数正

常操作的料层厚度在100200mm。太厚的料层使其深层造成更多的冷配合料熔融玻璃液

面温度降低玻璃熔化不好。同时由于料层的绝热作用深层的配合料温度升高软化生料

形成一个半硬壳层可能伸长到与四周池壁搭接形成料拱。气泡聚集在料拱下排不出去

玻璃液面很快下降造成脱空现象严重时会发生玻璃液流空的事故。为了防止料拱现象和

使玻璃中气泡能顺利排出配合料不能完全复盖熔化池的表面。按Sorg公司在VSM的全电

熔窑的经验配合料复盖的面积占液面90%留出10%面积的光面。熔制普通玻璃光面

留在六角形的六个角上。熔制乳白玻璃光面留在中心。对矩形的电熔窑在池壁四周留出

75150mm的距离。如果料层太薄配合料表面温度很快上升料层的保温作用和硼的回

凝现象消失、达不到厚料层熔制工艺的目的。另外加料必须是均匀铺盖在玻璃液面上。如

果局部地方形成料堆最后将使料堆下沉热的玻璃液包住冷的生料在玻璃中容易产生结

石、气泡等缺陷。 

    (b)保证正常条件下的电 热平衡当改变熔窑出料量时若电工参数没有及时调整很

快打破了原来工作状态的电 热平衡条件而转入不稳定状态窑内温度分布曲线和玻璃液

的运动轨迹都会发生改变。若加大出料量而输入功率不变时玻璃液面温度下降热点下沉

在窑内出现“过冷”现象迫使玻璃液面下降料层变厚大量的配合料下沉生料来不及

熔化。反之出料量变小时玻璃液面温度升高。热点上移在窑内出现过热现象使生料

熔化速度加快料层变薄液面提高引起耐火材料和电极加速侵蚀。因此当改变出料量时

输入功率与出料量要匹配好应尽量保持熔制工艺条件的电 热平衡。 

    (c)建立合理的熔制温度曲线和稳定的玻璃液流窑内玻璃液的温度差异是产生玻璃液

对流的原因在厚料层垂直深层电熔工艺中如温度场不合理表面层(半熔层)未熔化好的

玻璃液常因少量垂直对流进入工作流使熔化好的玻璃液变坏。正常情况下半熔层中玻璃液

小的对流将未熔化好的原料托浮起来固定半熔层和冷料层的位置。当半熔的玻璃进入最高

温度区的加热区时玻璃熔融过程就结束了进入玻璃的澄清均化区域在这个区域内不要

产生强烈的垂直对流使所有玻璃都经过了相同的热过程熔制出均匀度高的玻璃。因此在

最高温度带的温度分布曲线要平坦不要发生大的温差。根据这一原理设计的电熔窑的温度

分布曲线有助于获得热均匀性好的玻璃。 

    (d)要有足够的玻璃液深度全电熔窑熔化硼硅玻璃熔化率要比火焰窑高2-3倍这样

高的熔化率又要在垂直深层方向上完成玻璃的澄清和均化必须有一个足够的深度满足

玻璃在窑内的停留时间池深与熔窑的生产能力和熔化率等因素有关一般液深在900mm

以上。例如高硼硅玻璃6m2电熔窑中池深1.38m在15-20 m2的VSM电熔窑中池深

2.2m。 

    3.3.几种典型的全电熔玻璃窑炉 

    3.3.1熔制钠钙玻璃全电熔窑炉 

    主要使用在以下一些地方 

    (1)地处风景区烧化石燃料产生的烟气及玻璃熔制过程中产生的粉尘严重影响风景区的风景。环保局要求该厂停业整顿或采取了烟气除尘的地方。 

    (2)玻璃质量要求特别高的品种。 

    (3)电价特别低的地方。如一些小的水电站附近。  

    3.3.2 熔制铅玻璃的全电熔窑炉 

    (1)铅玻璃的熔制 

    采用火焰加热的池窑熔制铅玻璃这种工艺的一个主要缺点在于熔制过程中氧化铅的挥

发其挥发量比在电熔窑中熔制时增加10%。多年来铅晶质玻璃是在单坩埚窑、多坩埚

窑或日池窑中熔制的。上世纪六十年代以来使用了单元窑、马蹄焰池窑玻璃产量、质量

有了很大提高。用坩埚窑熔化玻璃时很难消除粘土坩埚引起的耐火材料结石。日池窑因玻

璃液面波动冲刷耐火材料也引起比较严重的耐火材料结石和条纹。换热式连续熔化的池窑

其缺点是熔化过程中氧化铅的挥发量大玻璃易分层还原玻璃对耐火材料的侵蚀比较严重

容易引起条纹以及空气污染。这种池窑一般用天然气或城市煤气作燃料。如果用重油会污

染玻璃。 

    1959年以前建成了第一座电加热坩埚窑采用SiC或MoSi2加热元件(前者水平安装

后者垂直安装)。其功率消耗是相当高的。后来曾用过电辅助加热的日池窑。然而上述电

熔方法并不能克服氧化铅的严重挥发、耐火材料对玻璃的污染比较严重以及环境污染等主要

缺陷。 

    (2)铅晶质玻璃电熔窑的现状及发展前景 

    由于铅晶质玻璃易挥发、分层、还原等特性因而在池窑熔化中对温度、气氛、窑压、

对流等工艺参数非常敏感。通过实践及对各种燃料、窑型的综合分析英国、瑞典、捷克及

西德各国都一致认为全电熔窑是最为合理的也是比较经济的。 

    近十几年来许多国家对于全电熔窑进行了研究取得了重大突破。现在世界上已有不少

电熔窑它的优越性越来越为人们所注意。 

    前苏联及东欧国家大力发展电熔晶质玻璃技术。前苏联上世纪七十年代初进行工业性试

验七四年推广。在基辅、古雪夫、列宁格勒、乌克兰、明斯克等艺术玻璃厂采用获得了

良好的技术经济效益。 

    电熔窑在正常操作中当熔化池玻璃液中的电极附近温度为1370℃时熔化池上部空

间仅120℃左右。这是因为在玻璃液的表面有几公分厚的配合料冷料层消除了氧化铅的挥

发(一般火焰熔化池窑中氧化铅的挥发高达10%)使窑内玻璃组成均匀稳定同时使粉料成

本降低、环境污染减少总之电熔窑耗电量虽然较大却节约了大量氧化铅因而电熔窑

还是经济合算的。 

    (3)铅晶质玻璃全电熔窑内电极的选用 

    目前在铅玻璃全电熔窑上使用的电极有两种一种是氧化锡电极特点是抗还原能力差

适用于氧化性玻璃另一种是钼电极特点是抗氧化能力差适用于还原性玻璃。氧化锡电

极非常适用于熔制铅玻璃。在熔制铅玻璃的电熔窑中如果使用钼电极会在不同程度上受

到氧化并且玻璃中的氧化铅被还原生成金属铅沉到熔化池底这样设计的电熔窑必须每

天在池底放料。 

    (4)我国铅玻璃电熔窑的现状及发展前景 

    我国铅玻璃电熔窑目前主要使用在以下几个地方 

        铅晶质玻璃器皿。  

        光学玻璃。  

        宝石玻璃。  

        灯饰玻璃。后三者都必须与铂金坩埚共同使用。  

    (5)我国铅玻璃电熔窑使用的窑型   我国铅玻璃电熔窑使用的窑型主要有: 

    (a)T型窑:即上大下小的形状氧化锡电极垂直安装在两边的台阶上采用单相供电或

三相SCOT供电。 

    (b)矩形窑 上下大小的一样氧化锡电极水平安装在两边的池壁上采用单相供电或

三相SCOT供电。 

    (6)我国铅玻璃电熔窑有待改进的地方 

我国铅玻璃电熔窑使用中常出现一些问题有 

    (a)水套与银杆断开由于设计上或操作的不当六支银杆全部断在氧化锡电极内造

成无法供电。 

    (b)氧化锡电极的头部断在窑炉内。 

出现上述问题的原因的设计人员没有掌握铅玻璃电熔窑的一些特点。 

    3.3.3 熔制硼硅酸盐玻璃的全电熔窑炉 

    硼硅酸盐玻璃在传统的火焰池窑熔制过程中常常会遇到硼的挥发逸散损失的问题。硼

的挥发不仅使玻璃液不均匀恶化玻璃质量而且还白白地损失了价格昂贵的硼原料。因此

国外对减少硼的挥发问题进行了长期研究。迄今为止硼的挥发率在1015%如果采用

无水硼砂或硼酐作原料可以降低到510%。 

    自从厚料层垂直深层全电熔窑出现后给高硼硅玻璃的熔化带来了新方法大幅度降低

了硼的挥发。采用这种方法使硼的挥发率降低到12%。我国硼硅玻璃的生产基本上采用

火焰窑。在高硼硅玻璃系统中玻璃质量达不到理想程度。 

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(1)高硼硅玻璃熔化特点 

    高硼硅玻璃在科学实验和日常生活中有着广泛的用途其制品有各种烧器、量器、各

种实验室用分析食品及各种玻璃化工管道。在科研教学单位的实验室、工矿企业及太阳能综

合利用设备上都可以见到用高硼硅玻璃制做的各种产品。由于高硼硅玻璃产品用途的特殊

性决定了这种玻璃必须具备有良好的热稳性和化稳性。目前国内外高硼硅玻璃的化学组

成基本上如下表1所列。 

表1 国内外高硼硅玻璃的化学成分及热膨胀系数α 

牌号 

        国别 

        化学成份 

        热膨胀系数a (0-300 ℃)  

         

                SiO2 

        B2O3 

        Al2O3 

        CaO 

        K2O 

        Na2O 

                 

派来克斯PYREX-7740 

        美国 

        80.5  

        12.6 

        2.1  www.docin.com        0.1 

                   

4.5 

        32×10-7/℃ 

         

杜朗DuRuN-50 

        西德 

        80.5  

        12.5 

        2.5 

        0.5 

                   

4.0 

        32×10-7/℃ 

         

西马克斯SIMAX 

        捷克 

        81 

        12.6 

        2.0 

        0.1 

                   

4.0 

        32×10-7/℃ 

         

派来克斯PYREX 

        法国 

        80.5  

        13 

        2.25 

        01 

        1.15 

        3.15 

        32×10-7/℃ 

         

北京特硬料BT-TY(GG-17) 

        中国 

        80.7  

        12.5 

        2.2 

        0.6 

                   

4.0 

        32×10-7/℃           

    从表1中可以看出这种玻璃有一个共同点都含有超过80%的SiO2和超过10%的

B2O3。高含量的SiO2和低含量的Na2O使玻璃结构中的硅氧四面体多以大型四面体的形式

存在四面体间多以硅氧键的形式相连接。而且12%13%含量的B2O3又可以使结构中

被Na2O切断的网络一大部分又以B O三角体结构连接起来。这样就使得高硼硅玻璃的粘

度很大(见表2)。 

表2 高硼硅玻璃和普通钠钙硅玻璃粘度参考点对比 

参考点 

种类 

        操作点 

103帕.秒 

        软化点 

106.6帕.秒 

        退火点 

1012帕.秒 

        应变点 

1013.5帕.秒 

         

高硼硅玻璃 

        1252 

        821 

        560 

        510 

         

普通钠钙硅玻璃 

        1005 

        696 

        514 

        473 

         

    (a) 熔化温度高(粘度在10ρa·s时其温度>1680℃)。由于熔化速度的快慢是和配合料

中的石英颗粒的熔解速度直接关联的而熔体的粘度大则减慢了SiO2从石英颗粒表面向周

围的扩散运动。于是为降低熔体的粘度只有提高温度。但就目前窑炉大碹材料来看要

使其熔化温度达到1700℃以上是不实际的。因此只能延长熔化时间。根据计算PyREx

玻璃的熔化速度常数高达7.9而且热能消耗很高(12000KCal/Kg玻璃)。国内这种玻璃的熔

化率只有0.20.3T/m2·d左右。 

    (b)熔化过程中的玻璃液分层问题。由于普通火焰加热池窑的下层没有热源随着池深

增加温度越来越低。这样下层玻璃液的流动性也就越来越差使成分中比重较大的Al2O3

等组分容易下沉形成含Al2O3量高的变质层。当温度、液流变化时容易被裹入玻璃液

流形成条纹等缺陷。另外由于SiO2的含量很高在温度较低的区域还易出现析晶从

而形成结石。 

    (c)B2O3的挥发是高硼硅玻璃熔制过程中的又一特点。B2O3挥发使玻璃液表层形成一

层富硅玻璃不但影响到玻璃的化学组成而且B2O3的挥发量随温度的升高而增加这对

于高硼硅玻璃需要高温熔制无疑是不利的。当操作条件发生变化时这层富硅玻璃如被带入
成型流就会在产品中产生条纹、结石等缺陷。 

    (d)由于以上这些特点构成了高硼硅玻璃的难熔性。所以至今为止国内大多数厂

家都还局限于小型火焰池窑和坩埚窑进行熔化供给人工吹制成型的小批量生产能耗大成

品率低工人劳动强度大。为了满足市场需求提高我国的熔化技术水平国内玻璃界一直

在试图解决这一难题。 

    (e)想熔化出高质量的高硼硅玻璃一个重要的途径就是提高玻璃液的温度但是考虑

到火焰空间耐火材料的承受能力单纯依靠火焰加热难于将玻璃液加热到1650℃以上国

外对这种玻璃的熔制已普遍采用了电助熔和全电熔两种熔化方式(2) 用电熔窑熔化硼硅玻

璃的优越性 

我国熔制硼硅酸盐玻璃的电熔窑大多为小型窑冷顶电熔窑与火焰窑相比具有节能、提高质

量、降低成本等显著的优越性。 

    (1)小型电熔窑有较好的经济性以日产2.0吨的高硼硅玻璃球窑为例,从燃料和硼挥发

两顶进行比较如表3 

表3 

生产方式 

项目 

        火焰窑 

        热顶电熔窑 

        冷顶电熔窑 

         

硼挥发% 

        18 

        10 

        3 

         

窑的热效率% 

        6.5 

        40 

        60 

         

    (2)玻璃质量好在火焰池窑中由于窑温、窑压、气氛和产量等工艺条件发生变化都

要引起硼的挥发率的变化使玻璃不均匀。同时火焰窑和热顶电熔窑硼的挥发严重腐蚀了

上部结构不但缩短了窑炉的寿命而且碹滴落入玻璃窑内影响了玻璃质量。冷顶电熔窑

完全可以避免上述弊病获得高质量的玻璃。 

    3.3.4 熔制氟乳浊玻璃的全电熔炉 

    (1)熔化乳白玻璃的特点 

    (a)乳白玻璃一般都含有大量极易挥发的组分如氟化物等。在常规火焰加热的熔窑中

当火焰掠过玻璃液表面时就会有相当数量的挥发性成分被带走经过烟道升入烟囱跑掉

既损失了大量的宝贵原料又造成了空气污染。同时由于挥发损失使得表层玻璃在成分

上变得与其下面的深层玻璃差异很大结果造成了玻璃成分的不均匀。 

    (b)氟化物玻璃对电极及耐火材料的侵蚀严重。 

    (2)电熔窑熔化乳白玻璃是最好的选择 

    当采用全电熔工艺时热量是在配合料下面释放出来的各配合料组分产生的气体要通

过配合料层向上逸出。由于配合料温度较低各挥发分的气体就会凝聚在冷的配合料中而
不会挥发掉从而使通过流液洞流出的玻璃液能与投入熔窑的配合料在成分上基本保持一

致而使产品的化学成分稳定。另一方面由于减少了挥发节约了宝贵的原料从而使原

料成本降低。在常规燃料火焰加热的情况下配合料中氟化物有大约40%因挥发而损失掉。

而采用全电熔时氟化物的挥发量仅为2%。 

    (3)电熔窑熔化乳白玻璃时澄清剂的选择 

    由于普通玻璃常用的澄清剂As2O3和Na2SO4在高温下氧化能力很强能使钼电极氧

化特别是Na2SO4在高温下分解出O2和SO2的混合体与钼反应生成MoO3和MoS4

对钼电极的侵蚀严重。因此选择硝酸盐作为澄清剂其主要优点是(1)硝酸盐熔点低分

解温度低在配合料的烧结过程中就能与废玻璃的表面作用因此对废玻璃的澄清效果明显。

(2)硝酸盐的引入可促使Fe2+向Fe3+转化有利于乳白色废玻璃的脱色。(3)硝酸盐的分解

反应是在配合料 玻璃液的交界面进行的。因此放出的氧气只是集聚在玻璃液上部对钼电

极的侵蚀作用小。 

    (4)电熔窑熔化乳白玻璃时乳浊剂的选择 

    乳白玻璃可以通过引入氟化物、磷酸盐和高折射氧化物等方式来获得。考虑到电熔窑的

特点和原料来源选择氟化物为乳浊剂。为了保证制品具有一定的白度乳浊剂的含量(以

F-计算)以45%为宜。乳浊剂用量过低时玻璃半透明、白度偏低用量过高时玻璃的

白度并无明显增大反而易出现析晶严重时会使制品表面变得粗糙。 

    由于氟化物的挥发是随熔化温度提高而急剧增大的因此一般乳浊玻璃的R2O含量

都较高以降低熔化温度减少氟化物的挥发。为了促进乳浊改善析晶能力提高制品光

泽引入一定量的K2O。考虑到电熔对玻璃液电阻的需求和成形工艺的要求白色玻璃中

R2O的含量约为1819%。 

    3.3.5 熔制有色玻璃的的全电熔炉 

    深色玻璃对热射线有强烈吸收作用因而采用常规表面辐射加热方法熔化深色玻璃时

常常会出现热渗透问题。辐射能减少与玻璃颜色有关当熔化透明窗玻璃时在玻璃液面下

3060mm处辐射能只减少10%而熔化绿色玻璃时在液面下46mm处辐射能就减

少了10%。玻璃内含铁量对透热性影响极大2mm厚的无色玻璃透过率约为85%。当Fe2O3

含量达到1.5%时玻璃透过率可降至28%。玻璃颜色越深透热性越差。表层玻璃液吸收

热量多在池深方向的温度梯度就较大。因此深层玻璃液温度过低往往造成熔化困难和出

现析晶。 

    玻璃的强烈着色降低了玻璃熔体的透热性均匀加热玻璃熔体是非常困难的而均匀加

热玻璃熔体恰是获得高质量产品所必须的。因此有色的玻璃基本上是在坩埚中熔化的在

规定的温度下熔体在坩埚炉中须经长时间的加热才能达到要求。 

    而在全电熔的状态下热能是从玻璃体内释放的电流可以相当均匀地通过大部分玻璃

所以只会出现很小的温度差。熔化高铁含量的琥珀色玻璃时靠近池底的玻璃温度只比靠近

表面的玻璃低约14℃。氧化铁含量高达12%的玻璃和氧化铬含量达1.3%的玻璃都可顺利熔

化。电熔窑开创了生产这种玻璃的新时代。 

    有色的玻璃由于熔体的透热性低导致电极层附近过热因此在给定条件下尽量将电极

的电流密度降至0.5A/cm2尽可能均匀分配电流通常采用板状电极电熔窑。 

文章链接中国食品机械设备网 玻璃电熔窑炉的使用寿命与哪些因素有关 玻璃电熔炉的使用寿命一般称为窑龄也指熔炉停炉大修期是电熔炉的一个 重要设计参数。玻璃电熔炉中主要有耐火材料和电极、变压器控制柜等。影响其使 用寿命主要以下原因     1、与窑炉的结构有关不同的配方适用不同的炉型主要是考虑电熔炉中玻璃   的强制对流对耐火材料的侵蚀。通过设计合适的结构保证各个部位的耐火材料   特别是内衬砖的抗侵蚀能力是保证电熔炉的寿命的重要因素。     2、与耐火材料的材质有关从窑炉寿命来说优先使用高档次耐火材料而从   设计成本来说首先根据设计寿命来选择合适的材料特别是根据部位不同选择   不同材质的耐火材料如一般炉底用浇铸电熔33#AZS即可但是流液洞和电极   砖均使用无缩孔电熔41#AZS等。     3、电极的布置方式也是影响窑炉的原因之一。首先电极的插入方式影响很大   如顶插电极由于没有电极砖可以提高窑炉寿命但是相对来说容易形成热顶或对   料面的形态要求较高而且电极容易断落而底插电极相对侵蚀较小但对设计   及设备要求较高平插电极砖的侵蚀较大若没有特殊手段则对窑炉的侵蚀较   大故对操作和使用有较高的要求。      4、料方也是影响窑炉寿命的因素之一。不同的料方对电熔砖和电极的侵碰不同   如普通钠钙玻璃电熔炉使用寿命高含钛、钡、氟化物的配方窑炉使用寿命较短。   5、与厂家的合理正常维护也有很大因素。特别是厂家对炉体的发红情况、砖缝   渗料情况的及时处理是延长窑炉寿命的途径之一。一般窑炉使用寿命指冷炉大修   期而在这期间可能进行小范围的热修补如常用的补砖、贴砖、强制冷却等   措施。 6、正确使用电极水套。由于有些电极水套的难以更换特别是底插电极如果   出现水套严重漏水会导致停炉。应定期对水套及软化水进行检查和维护严禁停   水在使用一段时间后对水套和电极进行移位、变动处理也是延长窑炉及设   备的手段之一。要提高窑炉的寿命还要严格按照电熔炉的工艺和热工制度进行 生产操作避免产量大幅度波动避免频繁换料避免多次停电停水避免管生产操作避免产量大幅度波动避免频繁换料避免多次停电停水避免管理 不当现象的发生

常用的玻璃电熔窑炉的指标有哪些?

(玻璃电熔炉的技术指标主要窑炉熔化率单位能耗产量炉龄等。     窑炉的熔化率是指单位面积或单位体积的熔化池每天能进行正常熔化玻璃量一 般火焰炉的熔化池较浅一般采用面积熔化率而由于电熔炉采用垂直熔化方式仅 用面积熔化率不能很好表达其熔化的能力一般采用体积熔化率。一般电熔炉的体积 熔化率为153tm3day其中钠钙玻璃的体积熔化率高硼硅酸盐玻璃的熔化率较 低铅晶质玻璃的熔化率居中视产品质量而定。 单位能耗是电熔炉的另一个重要指标是指生产单位质量的玻璃需要的能耗。一般 有熔化部单位能耗和总单位能耗。一般熔化部单位能耗为0915Kwhkgglass总 能耗为1118kWhkgglass。对于电熔炉而舌能耗指标主要与窑炉结构、玻璃料 方和玻璃质量有关。一般要求电熔炉冷顶运行、合理的保温结构是窑炉降低能耗的主    产量是指窑炉的正常生产的产能。一般这是窑炉设计的基础参数。这个参数与窑 炉的熔化率密切相关。由于电熔炉的产能与玻璃配方有关因此在某一产量的窑炉若 更换料方则其产能会发生变化。     炉龄是指窑炉的大修周期。特别是电极砖、电极、水套和流液洞的使用寿命一 般国内普通电熔炉的炉龄为1535年如果采用顶插电极电熔炉的使用寿命可以 适当延长但是顶部电极容易断裂当炉底断裂的电极对熔炉的运行构成危险时也需 要停炉大修。 我国玻璃窑炉的节能

    王辰亚

    中国节能协会玻璃窑炉专业委员会

    前言各级领导的关心和重视中国节能协会玻璃窑炉专业委员会的大力推动使

我国玻璃窑炉节能技术得到了广泛的推广应用科学节能的经营管理得到了加强全国玻璃

窑炉节能已取得了实效节能效果显著。

      玻璃窑炉的节能实际是玻璃工业全方位综合性系统工程实施的问题缺一不可。

是玻璃工业

节能技术中的一个大课题本文将试探性的加以论述以达到抛砖引玉的目的。

    一、我国玻璃工业窑炉能耗现况

      我国大约有40005500座各种类型的玻璃窑炉其中熔化面积80m2以下的中小型

炉数量大约占总量的80

左右使用燃料种类分燃煤炉约占63燃油炉约占29天

然气炉、全电熔炉等约占8。

   

  2008年全国玻璃产量大约为20003000万吨。年耗用标准煤17002100万吨。

      其中平板玻璃产量为53192万重量箱所用能耗折合标准煤1000万吨年。平均

能耗为7800干焦公斤玻璃液窑炉热效率2025比国际先进指标30≦低51

0。每年排放SO2约16万吨、烟尘1.2万吨、NOx14万吨。

      玻璃熔窑在玻璃工厂中是消耗燃料最多的热工设备一般占全厂总能耗的80

85左右目前我国玻璃工业所用的主要能源是煤、油、电和天然气等燃料。由于燃料价

格几年来持续上涨企业燃料成本逐年增加效益锐减在此形势下玻璃工业根据我国能

源蕴藏品种结构、分布、数量和价格等不得不做使用调整。使以前规划设计推行的使用清洁、

高热值能源的思路发生了一定的变化。即近几年来企业欲争取较大效益。有不少燃油炉改成

燃煤炉以此带来不小的环境保护问题。当然这几年随着我国电力工业的发展全氧炉、电

助熔、全电熔炉有了较大的发展。

      2008年日用玻璃产量1445.7万吨如成品率平均为90年玻璃出料量应为1590

万吨年耗标煤557636万吨。完成工业产值865.5亿元、出口额2.1亿美元其单耗平

均为350400公斤标准煤吨玻璃液比较好的为每吨玻璃液150250公斤标准煤(啤酒

瓶、农药瓶、普通白料制品等)较差的多达9001000公斤标准煤二者相差34倍之多。

又如窑炉热有效利用率先进的为2538落后的只有1222之间相差326个百分

点国外日用玻璃包装瓶熔窑单耗为110130 kg标煤吨玻璃液左右劳动生产率为200

370吨年人熔化率2.53.8吨m2·日。窑炉大都为日出料量180250吨。热效率在

48左右。国内外差距较大。

      我国改革开放以前全国玻璃工业窑炉的炉型和技术等都比较落后能耗很高改

革开放以后引进不少国外玻璃窑炉的先进软硬件配合派人到国外学习参观结合国情我们

的科技工作者经过30多年的引进消化吸收采用众多新技术创新设计出我国高效、长寿命、

节能新型窑炉使我国玻璃工业窑炉节能技术有了长足的进步但与国际最先进技术水平比

还有一定差距以两大玻璃行业窑炉的主要技术指标进行国内外对比见表一。

    

    表一 国内外玻璃窑炉主要技术指标对比

    

    





    

      2008年全年平板玻璃产量为55493万重量箱同比增长2.35。

   

  2008年111月我国平板玻璃产量为5139032万重量箱同比增长9.0。12

月产量为4102.09万吨同比下降7.72。受国际金融危机的影响平板玻璃全行业亏损

特别是下半年浮法生产线陆续放水停产具有代表性的是11月底福耀玻璃两条浮法线、南

玻三条浮法线放水停产。2009年形势依然严峻据国家统计局最新数据显示12月份累计

生产平板玻璃853733万重量箱比2008年同期减少654万重量箱同比下降7.11。从3

月份开始不少大型工程上马形势有所好转。

      玻璃企业的能耗主要在玻璃的熔制过程中消耗熔制玻璃的目的是在高温下将多

种固相的配合料经熔融转变为单一的均匀玻璃液当然在实际生产中玻璃行业抓住了窑炉的

节能就是抓住了行业节能的主题。

      玻璃的熔制过程是一个非常复杂的过程它包括一系列物理的、化学的、物理化学
的现象和反应。这些现象和反映的结果使各种配合料经机械混合后送入炉内炉内配合料

在加热过程中经过硅酸盐形成(约在600900℃)→玻璃的形成(普通玻璃约为1200

1250℃)→澄清(普通玻璃约为14001500℃粘度η≈10帕·秒)→均化(玻璃液长时间处

于高温下其化学组成趋向均一)→冷却澄清均化好的玻璃液在不损坏玻璃的质量前题下

需将温度降至加工工艺要求粘度的温度区域(一般降温200300℃)进行成型加工制造出所

需产品。

      就目前玻璃窑炉生产技术状况下分析平均熔化每公斤玻璃能耗约为15004000

千卡(

理论值为576624千卡公斤玻璃)由于炉型的差异、采用技术手段先进程度的不

同、熔化玻璃品种不同、工艺技术、日常管理等因素熔化玻璃能耗差距较大。玻璃窑炉有

热效能利用率平均只有1838较低而7265不能被有效利用。

      国内比较先进的燃油玻璃窑炉经热测试的结论70m2窑炉热能利用率58.84全

窑热效率38.18。

      根据国内部分企业窑炉调查结果显示

      1)炉型

      当前我国轻工、医药、电子玻璃窑炉大都使用燃油、燃煤气蓄热室马蹄焰玻璃窑炉

炉型换热式玻璃窑炉也有一定市场。平板玻璃窑炉大都为横火焰炉也有少量使用马蹄焰

炉型的。

      由于改革开放后引进了不少全电熔窑和电助熔软硬件技术目前我国全电熔和电助

熔窑每年以百多台的速度在增长。全氧炉也有被国人接受的趋势在逐年增加。

      2)燃料

      我国玻璃窑炉目前所用能源一般可分为液体燃料(重油、原油、柴油等)、固体燃料

(原煤等)、气体燃料(发生炉煤气、天燃气、焦炉煤气、液化石油气、纯氧气等)及电能等。

      3)近几年我国玻璃窑炉发展趋势

      改革开放以来我国玻璃工业界引进大量的国外先进窑炉的软硬件技术和装备消化

吸收了不少新技术在结合我国国情的基础上有了很多创新大大提升了我国玻璃工业的技

术水平。

      近年来随着耐火材料的研发新产品增多成型技术、加工能力产品档次质量提高

为窑炉深熔比池、深澄清池、长寿命设计提供了保证为玻璃窑炉的技术进步创造了条件。

      玻璃窑炉的创新突飞猛进大型高效、节能、长寿命窑炉大量涌现节能效果显著。

      高热值燃料大量被使用。全方位复合全保温技术应用进一步深化。

      电助熔窑、全电熔窑、富氧燃烧技术被采用全氧炉逐年增多。

      蓄热室马蹄焰窑向大型化发展换热室窑炉正在被蓄热室窑炉替代。

      适当缩小流液洞的截面尺寸增加流液洞的负荷减少玻璃液的回流。

      玻璃窑炉设计的跨进变化

      (1)近年来窑炉澄清池、熔化池池深的加深设计大量使用。(暂且不讨论其理论根据)

      窑炉由过去传统的设计熔化池深度9001200mm现熔化池加深为16002300mm

不等澄清池加深为1600

2600。

      (2)窑炉长宽比的变化

   

  传统的设计其长宽比一般为平板大型窑为2.33小型马蹄焰窑为1.41.6。

目前长宽比有缩小的设计趋势如马蹄焰窑炉长宽比已有设计为11.2的。

      长宽比的改变与所用燃料、马蹄焰窑炉大型化等有关。

      (3)蓄热室采用大蓄熔比单通道蓄热室或三通道蓄热室设计。目前还出现全分隔式

蓄热室结构设计。

      一般超过50比1具体一是加高蓄热室或采用三通道蓄热室。二是采用高蓄热

效率的八角筒型或十字型格子砖增加有效蓄热面积。尽量提高空气预热温度至1300℃以

上这样可以提高燃料的燃烧速度节约燃料以达到节能效果。

      (4)玻璃仪器、玻璃器皿的生产大量采用全电熔窑设计以保证产品质量。

      (5)玻璃窑炉设计同时增加节能减排措施项目并考虑。

      (6)玻璃窑炉所用电熔锆刚玉耐火材料一律要求精加工并在生产厂要求组装验收

方能进入现场。

      二、近几年玻璃窑炉采用行之有效的几项节能新技术

      (1)玻璃窑炉的节能

      根据以上的数据和分析我国玻璃工业的节能潜力巨大玻璃窑炉的热能用在熔化

玻璃上只是少量的大部分未能被利用。资料显示输入玻璃窑炉的热能利用和散失大致

可分成三份即三分之一热量用于熔化玻璃、三分之一热量由炉体散失、三分之一热量随

着烟气被排入大气中。

      显然第一个三分之一为必不可少的后两个三分之一是我们节能主攻方向。当然第

一个三分之一也要做些文章。今后要结合国情除消化吸收国外的软硬件侧重于先进的节能

经验和行之有效的节能先进技术更主要的是要依靠国内的广大科技工作者和经营管理者
根据自己的实际情况和需求进行研发和创新以科学的严谨态度以不断创新的方式和成果

使窑炉全方位达到运行最佳化以追求窑炉最大的节能效果和经济效益。

      节能要在保证玻璃质量的前提下将以现代国内外玻璃窑炉节能先进成熟的技术和

节能措施从窑炉的软硬件入手全方位进行技术创新。做主要提示

      窑炉的最新设计理念设计者要采用当代最新设计成果和节能技术。

      采用当代最节能的配方设计选用最先进配料系统。

      设计最新而先进的燃烧系统和设备。

   

  设计和选用最先进的自动化设施和自控系统。

      选用相匹配的优质耐火材料。

   

  余热回收和利用。

      窑炉配套系统的节能等。

      1玻璃窑炉的设计改革和创新达到节能

      玻璃窑炉的设计是一项十分重要的技术性极高的工作它涉及到热力学、燃烧学、

流体力学、玻璃工艺学、材料学、耐火材料学等多种学科。

      按设计程序进行设计前任务书、调查了解国内外相似炉型的先进资料等收集相关

资料并在调查研究的基础上选定炉型、根据技术指标和使用方的要求经计算、实验绘制图

纸完成设计初步设计所用燃料类别确定单耗、确定熔化率和出料量、确定熔制工艺制度、

确定熔窑的主要尺寸熔化池尺寸、工作池尺寸、燃料的燃烧计算和耗热量的计算、火焰空

间尺寸、设计小炉尺寸、蓄热室设计、烟道尺寸、烟囱设计等、耐火材料的选择、土建、

燃料及动力的配套工程供应等必须做。窑炉设计和采用先进结构效益。此外筑炉和烤炉及日

常使用也必须注意。一座窑炉设计的成功与否关系到炉投入使用能否按设计指标节能、高效、

长寿命运行关系到企业今后的经济效益。

       由于对窑炉技术经济指标的高要求窑炉设计工作者必需采用最新的众多新节能

技术方能满足要求故近年来创建了一大批高效、节能、长寿命窑炉能耗比常规炉降低

2050效益可观。

      关于企业窑炉选择设计部门问题

    据我们掌握情况目前国内设计窑炉比较混乱大致是1具有国家资质的正规大型设

计院技术实力雄厚收费高对工程有保证。2具有地方工商部门注册的有一定设计能

力和水平的股份公司和私人公司有一定的技术实力对工程有一定保证费用较正规设汁

院低。3有地方工商部门注册的无技术实力的个人(23人不等)公司只管建炉不负责工
程无后期服务收费低。4游击队公司或个人(包括一些筑炉队)只为赚钱对后事不负责

任无技术可言出事率特高出事后根本找不到人负责企业损失大。

   

  为此中国节能协会玻璃窑炉专业委员会在此建议各单位要特别慎重此事以免上当

造成重大损失。

    选定炉型

      当前国内外比较成熟通用的有火焰炉或全氧燃烧炉、全电熔炉或电气混合炉等。

火焰炉是主用炉型其中马蹄焰炉和横火焰炉是用的最普遍的炉型。换热式也有不少企业在

使用纵观我国玻璃窑炉使用情况建材大都使用大型横火焰炉、其它行业马蹄焰炉型用的

多。此种炉型已经比较成熟节能效果较好。换热式炉也有他的优点和长处但热利用率较

低能耗较高建议如条件许可可改用马蹄焰炉以达到节能的目的。

      ◎双碹顶换热室池窑是一种老式池窑能耗比马蹄焰蓄热室池窑高许多内碹容易

损坏和坍塌池炉寿命较短国外已不用。在电光源行业的玻璃工厂中大约还有30台仍

在运转熔化面积在1230m2左右以20m2左右居多。在日用玻璃行业中也有些双碹顶

换热室池窑存在大的在40m2左右仍使用这种类型的池炉的原因是其火焰不需换向

燃烧稳定控制相对简单一次性投资少。但其换热的空气预热温度低进烟道的废气温度

高熔化温度低熔化率低能耗高热效率低。

      大于20m2的双碹顶换热室池窑应当淘汰用马蹄焰蓄热室池窑代替。

      小于20m2的双碹顶换热室池窑应当淘汰用全电熔窑代替。

      ◎电助熔玻璃熔炉可广泛采用在用火焰直接加热的池窑中采取局部的高效率直

接通电方式加热可提高深层玻璃液的温度和增加出料量。国外的电助熔窑熔化率有的已

达3.5tm2d以上我国的电助熔窑熔化率和国外的差距很大主要是思维观念的差别有

些人认为电助熔只是提高玻璃质量的。熟不知电助熔窑主要是提高产量的当然也是提高玻

璃液质量的但以提高玻璃产量为主。因此发展电助熔窑应引起广泛重视是节能发展方向。

      电极的安装有从池壁水平插入和从池底下部插入。目前大多数都是底部插入。

      产量小玻璃质量要求较高的而附加值高的产品应多采用电助熔炉或全电炉更能体

现出优越性来是发展方向。

      ◎大力采用全电熔炉

      全电熔炉特别适合于小批量附加值高的玻璃产品的熔制。如硼硅硬料玻璃熔化选用

全电熔炉为最佳。特别是高硼硅玻璃建议采用全电熔池炉。

      熔化硼硅硬料的玻璃熔炉的特点是高硼硅料难熔化所需温度高熔化温度达到
1600℃时其熔化率在0.40.7左右还须加火、电混熔。玻璃液粘度大窑炉寿命较短

耐火材料的质量需求高。产品合格率低能耗高。

   

  全电熔窑可以采用冷顶熔化率可从火焰窑的0.40.7左右提高到1.52.0左右

使能耗降低现比较先进的全电熔炉熔化每公斤玻璃液只需1.31.5kwh折合标煤为160

190kg。产品质量提高色泽透明成本降低。

      2)选用成熟先进的节能技术提示

      (1)采用增加熔化池、澄清池深度及大容量结构设计窑炉。

   

  加大熔化池深和澄清池深(多深要根据实际情况决定)设计时要考虑熔化料种、出

料量、熔化率、窑炉寿命、燃料种类、温度制度(含池底温度)、出料量、造价等因素适当增

加澄清区的深度有助于降低流液洞进口端的玻璃液温度并有利于澄清深度是有限度的

如粘度较大的高硼硅酸盐玻璃就不能太深要结合国内深池成功经验要有科学的理论数据

为依据进行设计。

      采用窑坎、池底倾斜式结构、倾斜式或延伸式流液洞、倾斜式池壁砖等技术。

熔化池池壁可采用倾斜式设计有利于延缓三相界面上对耐火材料的侵蚀延长使用期也有

助于冷却风发挥最佳冷却作用。池底也可设计成倾斜式有助于防止池底出现死料。

      (2)蓄热室采用大蓄熔比的单通道蓄热室或三通道蓄热室设计

      即设计时考虑加大蓄热室格子砖的体积加大蓄熔比可采用八角形格子砖、十字

型格子砖增大蓄热室面积加大有效热回收利用。如受厂房高度等限制则可采用三通道蓄

热室结构就能较好回收热能格子体体积熔化池面积一般为34 m2m2以使助燃

空气获得较高预热温度>1300℃此外采用烟气余热利用装置等均可达到节能。大型窑炉

可考虑余热发电进行热回收利用。

      蓄熔比一般超过50比1具体一是加高蓄热室或采用三通道蓄热室。二是采用

高蓄热效率的八角筒型或十字型格子砖增加有效蓄热面积。尽量提高空气预热温度至

1300℃以上这样可以提高燃料的燃烧速度节约燃料以达到节能效果。

      (3)合理设计小炉和火焰空间

      小炉的设计最关键它是池炉供热系统的核心为提高熔化率和玻璃质量设计时

根据所用燃料种类发生炉煤气、燃油、天然气等来计算设计小炉或采用何种燃烧器

要保证所需的火焰长度、宽度、速度、热点位置、辐射能力、方向性、、不发飘、覆盖面积

燃料燃烧完全和可调控等要求应有科学合理的火焰空间确保火焰把最多的热量传给熔化

玻璃液所用并保证火焰不冲刷、烧损碹项、胸墙和喷火口等为最佳。这就必须计算好并设
计好火焰空间高度、二次空气流向和控制、小炉混合室长度和倾角等。

      熔池碹顶可选用蜂窝状耐火材料以强化热反射到液面保证充分利用热量达到节

能同时保护碹顶不被烧坏可延长碹顶寿命。

      (4)设置窑坎

      日用玻璃窑炉熔化区和澄清区间可设置窑坎他对窑池内的玻璃液的流动和传热都

有较大影响可改变玻璃液的温度场他可减少回流如减少澄清均化后玻璃液的回流可

提高熔化能力和玻璃液的质量还可节省燃料约5。

   

窑坎的发展趋势是由薄变厚由矮变高其有效高度应设计在0.40.8m。而1m为窑

坎的极限高度。数学模拟结果表明合适的窑坎高度范围可按近似式h1—h2≧h0≧2h

式中h1为池深h0窑次高h为流液洞高确定。确定时还要顾及窑熔化率和玻璃成形

温度的需要。

      当窑坎0408m高时为窑坎的有效高度当窑坎为0709m高时能合理组

织液流和增强料层下的回流。1m为窑坎的极限高度。

      窑坎和鼓泡或电助熔配合使用有可能增强窑坎的作用但窑坎受到的蚀损将加重。

      (5)设置鼓泡

   

  玻璃窑炉国内外均采用玻璃池炉鼓泡就是用特殊的喷嘴由池底向上鼓入具有一定

压力的气体使人为形成的气泡上浮来搅拌玻璃液。同时提高窑炉的熔化能力还可达到节

能的目的。目前国内鼓泡技术已经比较成熟热、冷态下均可安装。可请开发商承接完成。

      鼓泡的基本作用是有效地控制、强化和改善熔化池内的玻璃液对流体系增强炉

内玻璃液的对流体系增强炉内各物料间的热交换及物理化学反应因此提高了玻璃液熔制

过程中的熔化、澄清、均化的效率故可提高玻璃的质量和成品率产量可增加512。

由于窑内热利用率的提高可使燃料消耗降低510经济上有明显优势。

      鼓泡的型式最好采用脉冲式鼓泡鼓泡点分布通常为一排也有两排的。如设两排

一排设在加料口附近后一排鼓泡点通常与窑坎配合。泡频根据需要进行调控。

      插入池底的鼓泡管可使用特种合金管、白金鼓泡管、水冷却耐热钢管其孔径为1

3mm每个鼓泡占用气量为60250Lh。

      玻璃窑炉鼓泡增设与否视玻璃类别、颜色、窑炉设计等诸多因素决定。

    

    

常规池炉内温差自然对流情况图

    

 

  





    



   加鼓泡、窑坎后窑内强化对流情况图

    

      (6)科学合理的设计流液洞

      目前玻璃窑炉流液洞的设计日趋科学合理如增加流液洞的长度尺寸采用延伸式、

倾斜式流液洞可最大限度的减少玻璃液的回流达到节能同时对流液洞的维修和检查十

分有利。

      (7)采用自动监控装置

      采用现代自动化温度、窑压、液面等控制系统强化窑炉监控手段做到科学合理

用能和生产并可延长窑炉使用期做到科学文明生产。

      过剩系数是窑炉燃烧特性的一个重要指标可采用测氧装置严格控制空气过剩系

数。

      根据装置测出的含氧数据严格控制空气过剩系数。过大浪费燃料过小使燃料燃

烧不完全。目前由于二次空气预热温度比较高空气过剩系数可以适当小些甚至可以1

1左右从而节约了能源。 (8)选用优质耐火材料

      科学匹配选用优质耐火材料。确保玻璃熔化质量、窑炉寿命、高效节能。耐火材料

一定要选用优质、可靠特别是AZS系列材料、硅砖系列材料等的选用则将出现严重问题

甚至造成设备报废经济损失巨大此问题教训深刻。耐火材料的质量直接关系到熔化玻璃

的质量、窑炉的寿命和企业的效益

      (9)采用复合高效强化全保温技术

      上面论述窑体散热几乎是投入窑炉总热量的13多年来保温技术有了很大发展

从理论、结构、施工操作形成了一套完善系统特别是耐火材料、保温材料和窑炉高效保温

设计技术的发展不管是大窑还是小窑窑炉保温密封效果越来越好目前稳化保温技术越

来越成熟强化保温蓄积的热量大约是未进行保温的二倍半。如碹顶经强化保温后表面温度

可控制在80℃以下散热损失减少90以上保温窑炉从保温中可节能达20

40或更高

起到节能的效果是目前节能特别注意点。

      玻璃窑炉全保温指的是窑炉整体碹顶、胸墙、蓄热室、小炉、池底甚至烟道等全

部密封保温。以目前玻璃窑炉看大、中、小炉都可以做全保温节能效果都好。

      有些窑炉保温不很成功主要是保温技术、结构设计所用材料、保温方法不当故

取得效果就不同。只要我们科学保温设计科学选材、施工合理就可以取得预想效果。

    

    窑炉保温与不保温窑体表面温度对比

    

    

    





    

      对保温层结构的选定池窑保温层是多层、多种材料的组合体应该作为一个整体来看待。

      这个保温整本既要满足保温要求又要承受下列使用条件

      1、较高的窑体表面温度。保温后保温层和窑体接角处的温度可达1000℃甚至

1000℃以上

      2、和窑体材料的高温反应。如果保温材料和窑体材料化学性质不一致在高温下

会有材料间的接触反应。如粘土质和硅质材料、粘土质和镁质材料等。

      3、火焰烧损。在孔、洞、胀缝处如密封不好会有火焰窜出烧坏保温层尤其

在窑压大时。

      4、料粉腐蚀加料时粉尘飞扬。纯碱、硼砂、芒硝等较轻的料粉沉降在保温砖气

孔内或砖缝内引起强烈腐蚀。

   

  5、机械冲压保温层有时会受到窑体钢结构紧固的压力和某些附属设备的冲撞。

      为满足上述使用条件保温整体必须是保温性能好、能耐一定温度、有好的体积

稳定性不发生蠕变和析晶、有好的化学稳定性、有一定耐压强度、尽可能轻、价格适中

和施工简便。为更好达到这些要求对保温层结构一定要精心设计并作方案比较。目前。

国内外设计单位已把保温层设计列为玻璃窑炉设计的一个重要组成部分。

       一般保温整体由下列各单位层组合而成。

      高温保温层既保温耐1200℃以上的高温。如轻质耐火砖、空心微珠砖、氧化铝

空心球制品、莫来石纤维、高铝纤维等。

      中温保温层既保温又能承受一定温度6001000℃个别达1200℃。如硅藻

土砖、膨胀珍珠岩制品、微孔硅酸钙板、矿渣棉、硅酸铝纤维等。

      密封层能密封砖缝又耐高温耐腐蚀。如AZS质密封捣打料、锆英石质密封捣打

料、硅质密封料等。

      密封保温层能密封窑体利保温但耐温在800℃以下。如保温涂料等。

      防护保温层有一定保温性能又有一定强度能对保温层起保护作用。如红砖、硅

钙板、石棉板等。

      防护反射层既保护保温层、又能对热线起反射作用减少向外辐射损失。如铝皮

等。

      耐蚀层能抗玻璃液的侵蚀。如电熔锆刚玉铺面砖。

      耐火承载层有相当强度能承受窑池荷重又能耐高温。如浇注大砖。

      玻璃池窑各部位由于情况各异、要求不同所以各自的保温层结构也不同。举例如下

      窑顶密封层、高温保温层、中温保温层、防护反射层。

      胸墙密封层、高温保温层、防护保温层或防护反射层。

      池壁密封层、高温保温层、防护保温层。

      池底耐蚀层、密封层、耐火承载层、高温保温层、防护保温层。

      小炉高温保温层、防护保温层或防护反射层。

      蓄热室高温保温层、防护保温层、密封保温层。

   

  由上列各例看出保温层结构内除保温层外一般都考虑密封层和防护层。它们可

以延长保温层的寿命又可增加些保温效果。

      同一部位可以有不同的组合。例如轻保温的和重保温的就不同熔化玻璃成分中

含重金属的与不含重金属的就不同逸出气体内含多量碱、硼等腐蚀性组份的与含少量腐蚀

性组份的就不同。总之在选定保温层结构时除应满足规定的基本要求外还要顾及各种特

殊情况。

      坚信科学保温工程的概念

      实施保温技术并不只是简单地贴一层保温砖而应该以完成一项工程来对待。它

有工程的前期设计中期运作和后期评估。具体来说它包括保温材料选择、保温结构设计、

保温层施工、表面热损失测定、保温效果分析等内容。这些内容联系到材料生产、传热计算、

施工、性能检测、效果评估等环节构成了完整的工程体系。涉及到材料学科、工程热物理

学科、计量测试学科、能源学科、计算机学科等因此它是一个交叉的边缘学科。

      保温工程自上世纪七十年代形成后受到能源危机的推动各国普遍重视节能工作

故发展迅速。1984年7月法国西普公司让·塞贡工程师在上海说池窑保温层设计是该公

司一项独立业务。前苏联在1980年出版《玻璃熔窑保温手册》作为保温工程指南1984年

提出用电脑来确定最佳的保温方案。美国康宁公司把保温和熔制工艺联系起来研究保温后池

窑结构的改变。日本专门出版了隔热工程的书籍。我国也努力致力于保温节能工作。在工业

系统有专门的设计施工单位在科研系统把保温课题作为重点科研项目在高教系统开设专

门的保温工程课程。

      池窑保温后窑内温度情况、液流情况、化料情况、耐材蚀损情况等都有变化。例如

某熔化钠钙玻璃的四对小炉横焰池窑、池壁和池底保温后在热点处和熔化部末端的玻璃液

温度均有提高见下表。因而窑的操作制度、结构尺寸等需作相应改变。否则会影响

产量和玻璃质量。这是值得重视的。  

    窑池保温后玻璃液温度[℃]的变化

    

    

    





    



   

      (10)余热利用

      在玻璃熔窑的各项热损失中由蓄热室排出烟气的余热量占有很大比例。如何提高

熔窑排烟余热的回收利用一直是国内外热门的研究课题。现阶段人们对排烟余热回收的

途径主要有余热发电、余热制冷、余热锅炉和余热预热玻璃配合料等几种途经。

   

  我国玻璃工业目前利用烟气的余热主要是利用余热来产生蒸汽用于日常的生产

和生活其中生产主要用于重油的加热但使用的蒸汽量并不大而对使用天然气为燃料的

玻璃生产线其生产中几乎可以不用蒸汽因此烟气的余热并不能被充分的利用。

       以500td浮法玻璃生产线为例烟气余热4.9×107kJh通常情况下余热锅

炉的热交换利用率4550相当于可产蒸汽89th0.6MP而一条500td浮法线

重油加热的用量仅需蒸汽 th0.6MP余量很大因此在我国除北方寒冷地区的

玻璃线有在取暖季节烟气全通过余热锅炉外其余烟气都是不同程度的直接排放烟气中的

热能未能被有效的利用。

      大型玻璃窑炉烟气余热发电利用玻璃熔窑废气余热发电是一项资源综合利用项目不仅节能而且环保玻璃

熔窑废气余热发电。在对废气余热进行综合利用的同时可以大大提高全厂的能源利用率

降低了单位玻璃生产成本的电耗和能耗减少大气污染物的排放减少温室效应。这对于玻

璃生产企业来说在获得显著的经济效益同时还大大地提高了整个玻璃厂的社会效益和环

保效益。这是玻璃企业发展循环经济的重要途径。

      (11)全氧、富氧燃烧先进节能技术

      全氧燃烧技术是玻璃窑炉的第二次革命是因燃烧介质的改变而使窑炉结构产生了

变革。全氧燃烧技术既然在发达国家被广泛使用是因有它的优越性而被行业肯定的结果。

      我国目前处于刚起步的阶段现己在电子玻璃行业中开始引进使用现正在消化吸

收、创新。全氧燃烧技术是节能、高效、环保的先进技术符合我国节能、环保的要求。

展望未来全氧燃烧技术在玻璃窑炉上的应用前景光明。

      A、全氧燃烧技术在玻璃窑炉上的应用

      玻璃窑炉上采用全氧燃烧技术在环保、节能、灵活掌握炉内温度、提高产品质量和

产量、延长炉龄、减少占地面积和设备投资等诸方面与传统方式空气燃料燃烧系统燃

烧技术的窑炉比较有无可比拟的优势。全氧燃烧技术熔制玻璃使熔化更加稳定、节能、高效

率近乎达到理想的熔制效果。故玻璃行业的全氧燃烧技术被誉为玻璃熔化技术的第二次革

命而玻璃熔化技术的第一次革命是蓄热室式玻璃熔炉的创建。因此全氧燃烧技术被认为是

最经济最有效的玻璃熔制工艺方式因此今后的快速发展就将成为必然。

      所谓玻璃窑炉的全氧燃烧熔制技术就是完全以含92以上的氧气代替空气在炉

内形成氧气——燃料燃烧、释放热能熔制玻璃的整个燃烧系统技术。

      众所周知玻璃生产过程中需要的热量是通过炉内燃料燃烧获得。燃料的燃烧过程

就是燃料中的可燃元素和氧气在高温下进行剧烈的化学反应并释放出大量的热量的化学反

应过程。通常燃烧所需的氧气由空气中获取空气中氧含量21、氮含量79。而占空

气中约79的氮气对燃烧过程毫无益处相反在燃烧过程中吸收大量的热能被排入大气中

造成热损失和大气污染。

      目前欧、美等国使用全氧燃烧技术已经很普遍据资料介绍得知当前已有超过200

座大大小小的全氧燃烧炉在运行效果理想。这是环境和经济效益等多方面因素造就了全氧

燃烧技术的发展。目前已经引起我国行业工作者的高度关注因为他和传统燃烧方式相比太

具有诱惑力了。看来玻璃窑炉上采用全氧燃烧技术已是大势所趋为期不远了。

    玻璃窑炉应用全氧燃烧技术的优势特点 (1)由于全氧燃烧火焰温度高加速了玻璃熔化过程
故可以大幅度的提高生产能

力达25以上。由于温度制度改变、可控可明显的提高玻璃熔化的质量。

      (2)由于助燃为纯氧而无空气中的氮气与空气助燃相比废气排放量氮化物减

少8090有利于环境保护同时还节省了加热氮气所需的大量热能约25以上。

      (3)由于废气总排放量的减少大大减少了废气排放过程中夹带粉尘的损失经验

表明可以降低粉尘排放量约70。从而降低了损失成本还可保证了玻璃成份的准确。有利

于环保。

      (4)采用全氧燃烧技术后不再需要庞大的蓄热室、小炉、换向系统等结构大大

减少了窑炉的一次性投资可达13同时由于窑炉结构简化实际上就是一个熔化部的单

体构成占地面积大为减少有利于改善窑炉的操作环境和维修。

   

  (5)窑炉结构简单大大减去了蓄热室、小炉等处的散热损失十分有利于节约能

源。

      (6)由于全氧燃烧技术的优越性和窑内温度制度科学合理的可控和稳定性减轻了

对碹顶、池壁等处耐火材料的侵蚀有利于延长窑炉的寿命。

      (7)全氧燃烧技术完全符合我国节能降耗、环保型企业的发展目标。

    

    





    

    秦皇岛玻璃工业研究设计院设计的全氧  

      关于氧源

 

    玻璃窑炉的全氧燃烧技术所需的氧气是工业气体氧是用工业技术方法从空气中分

离获得。目前制取氧的方法主要是

      (1) 低温氧气分离法1CO。这种方法己有100多年的历史故工艺成熟产品

纯度高可达98以上同时可生产N2此法还可生产液态氧。该系统比较复杂维修量大。

此法适用用氧量较大的企业如果用氧量较少则成本比较高。

   

  (2)变压吸附法VPSA。此法始于20世纪70年代初此法是分子筛分离O2和

N2的多用双床式轮换操作。具有装置简单、设备数量少、安装便利、工艺流程简单相

当于深冷空分的一个净化系统、操作方便、稳定可靠、适应性强、占地面积小等优点。制

氧纯度9095适用于中等用量的企业。

      (3)液氧。液氧是由工业生产供应其纯度高达99.5以上的高压O2。适用于现场难

于制氧且用量小的企业。液氧每吨可产生700NM3。

      (4)膜法制氧。膜法分离技术是近代才出现的制富氧技术。工艺方法简单、投资少、

占地少、投资少等优点。但制氧纯度只有2532适用窑炉的富氧燃烧。

   

  燃烧器氧枪

      全氧燃烧技术燃烧器是极其重要的关键设备它对窑内火焰状况火焰覆盖面、

火焰长短温度分布、传热效果等均起着重要作用。氧枪要专门设计。

      B、采用富氧燃烧技术

      目前在国内外富氧燃烧技术是一项比较成熟而节能有效的技术窑炉内由于助燃空

气含氧量的增加燃烧速度加快燃烧完全燃料利用率提高大大提高了炉内火焰温度

可达1600℃实践证明助燃空气中的氧浓度由21增加到26以上实际燃烧温度可提高

80。节能一般可达812。建议有条件的单位可以考虑采用。

      北京某单位玻璃窑炉测试实例

    



    

    

      由上表可见采用富氧助燃技术可达到节能增效。

   

  (12)推广使用热修补技术和材料

   

  窑炉用到后期出现问题较多有些可用热补技术来解决根据国内近几年对若干座

窑炉热修补情况看效果不错一般补的好时可以增加使用期615个月。延长了使用期。一

般投资不大经济效益显著。

      五、展望

      玻璃窑炉发展新型节能窑炉使用高热值环保燃料电、纯氧等、窑炉大型化、

自动化、现代化是玻璃工业的发展方向。

      玻璃工业现代化要做到节能需考虑众多因素才能实现它是一个系统工程还需

考虑到原料的选择、原料的成分、粒度配合料方的设计、配合料的制备配合料的均匀度、

碎玻璃的清洗和加入量燃料的种类和燃料的管理操作人员的精心操作管理和控制及日

常的维护保养等众多因素。

      窑炉是关键玻璃窑炉必须进行结构改革和创新。生产制品量大的玻璃窑炉要大型

化、自动化、现代化能增效的必然趋势。建议今后建炉应采用蓄热式马蹄焰炉、横火焰炉。

马蹄焰炉大型化可达80120平方米或更大。事实证明80120平方米燃煤马蹄焰炉单

耗可达到每吨玻璃液160180公斤标准煤。今后要用马蹄焰炉取代能耗大技术落后的双碹

顶换热室池炉。发展100M2以上大马蹄焰玻璃窑炉。浮法玻璃窑炉发展900吨级以上的大型

炉。

      采用全电熔炉、电助熔炉熔化技术。电熔化热利用率高、易控制、占地少、环保等
优点应是今后的发展方向。硼硅玻璃应多采用全电熔化技术。

      全氧燃烧炉和富氧燃烧技术

      全氧燃烧炉技术被行业人士誉为玻璃窑炉的第二次革命全氧燃烧技术非常先进

目前国外这项成果已广泛被使用效果非常好。国内已在电子行业采用。这项技术具有熔化

玻璃质量更好、易调控、更节能占地少、投资少、环保等优势故在国外得到较快的发展

此项技术应引起我国行业人士的关注。

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