全电熔玻璃窑.docx

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1、第二篇全电熔玻璃窑6全电熔玻璃窑概述16.1全电熔窑的优缺点16.1.1全电熔窑的优点16.1.2全电熔窑的缺点16.2全电熔窑的分类36.2.1热顶电熔窑36.2.2半）令顶电熔窑46.2.3令顶电熔窑56.2.4含有高挥发性组份的玻璃电熔窑56.2.5熔化深色玻璃的电熔窑66.2.6小型电熔窑76.2.7中型和大型熔窑76.3全电焰窑一览76.3.1Gorneliu电熔窑76.3.2 Souchon-Neuvesel 窑116.3.3 Bore窑126.3.4 W. Koni鹿156.3.5 Grebenshtchirko窑166.3.6 Penberthy窑176.3.7双室电熔窑196

2、.3.8铅晶质玻璃电熔窑（T型窑）256.3.9六角形翌井式电熔窑（德国SORG公司设计的VSM电熔窑）.276.3.10“波歇险chet）窑286.4全电熔窑的熔制特性及其对配合料的要求.286.4.1电熔窑中的液流情况6.4.2配合料的制配6.4.3配合料的化学反应6.5玻璃电熔窑是玻璃厂防止环境污染的有力举措.306.5.1全电熔窑的熔化反应降低了有毒气体如SO 2、NO X）的排放量.316.5.2降低有害的挥发性玻璃组份326.5.3降低挥发到空气中的尘粒326.5.4降低了窑炉周围的操作温度326.5.5降低了燥音326.6玻璃全电焰窑的技术经济分析336.6.1粉尘或废气净化设备

3、336.6.2能源消耗和热效率346.6.3基建投资356.6.4节约的挥发性原料366.6.5全电熔窑的技术经济分析实例367全电焰窑的结构设计.387.1全电熔窑的形状.387.2全电熔玻璃窑炉的加料.417.2.1垄式加料机.427.2.2螺旋式加料机.437.2.3皮带振动式加料机.437.2.4作扇形回转运动的皮带式加料机.447.2.5带振动槽的加料机.447.2.6旋转播料式加料机.447.2.7可倾翻的旋转播料式加料机457.2.8带旋转料仓的加料机.467.3供电电源和电极连接.467.3.1单相系统.477.3.2两相系统 .477.3.3三相系统.497.4全电熔窑主要尺

4、寸的确定.527.4.1全电熔窑熔化面积的确定.527.4.2全电熔窑熔化池最佳深度的确定527.5全电熔窑各部位耐火材料的合理选用和窑的保温537.5.1全电熔窑各部位耐火材料的合理选用537.5.2全电熔窑的保温537.6全电熔窑的热平衡计算.557.7电极插入方式的选择.568.8供电变压器电流和电压的确定568玻璃全电焰窑的烤窑和运行568.1电熔窑的烤窑.568.1.1烤窑要求8.1.2电熔窑烤窑过程8.1.3电熔窑的烤窑过程遇到的问题和解决办法8.2电熔窑的操作.588.2.1熔化温度和输入功率8.2.2 熔化量（翻转限 Turn Down Limit）。8.2.3配合料覆盖层8.

5、2.4电极插入深度8.2.5玻璃组成及配合料8.2.7停电问题8.2.8电极和电极冷却水套8.2.9更换电极8.3电熔窑的运行.638.3.1热顶电熔窑的运行8.3.2冷顶电熔窑的运行8.4电熔窑的运行实例.67例1小型玻璃电熔窑的运行实践.67例2小型硼硅酸盐玻璃电熔窑操作和换料经验总结70例3 Laurens-Pieree玻璃公司电熔窑的运行情况72例4熔制铅晶质玻璃的“”形电熔窑的运行.749全电焰窑的典型实例759.1使用硅钼棒间接加热的电热坩埚窑75例1双坩埚室的电热坩埚窑76例2熔制铅晶质玻璃的电热坩埚窑769.2焰制钠钙硅玻璃全电焰窑77例3日产6 t钠钙玻璃全电熔窑77例4日产

6、0.5白料眼镜玻璃的小型电熔窑78例5日产3侦丁泡玻璃的全电熔窑炉84例6日产6侦丁泡玻璃的全电熔窑879.3熔制铅玻璃的电熔窑899.3.1铅晶质玻璃的熔制899.3.2铅晶质玻璃电熔窑的现状及发展前景899.3.3铅晶质玻璃全电熔窑电极的选用89例7日产7t铅晶质玻璃的电熔窑90例8用钥电极熔制铅晶质玻璃电熔窑92例9日产1.3t的铅晶质玻璃电熔窑93例10日产3t的铅晶质玻璃电熔窑93例11日产9t的铅晶质玻璃电熔窑94例12用棒状氧化锡电极的电熔窑96例13用块状氧化锡电极的电熔窑97例14日产13t铅晶质玻璃的电熔窑98例15日产12t铅晶质玻璃的电熔窑100例16熔化钡晶质玻璃的电

7、熔窑101例17熔制铅晶质玻璃的三相电熔窑102例18日产12t的铅玻璃电熔窑1059.4熔制硼硅酸盐玻璃的电焰窑1079.4.1减少硼挥发的机理1089.4.2厚料层垂直深层电熔技术1099.4.3高硼硅玻璃熔化特点及使用电熔的优越性110例19日产1.5高硼硅玻璃的电熔窑113例20日产150kg高硅氧玻璃的电熔窑116例21日产1.41.8 1硼硅玻璃的电熔窑119例22熔化无碱铝硼硅酸盐玻璃的小型电熔窑121例23日产25 t和40 t的高硼硅玻璃的电熔窑122例24生产派来克斯硬质玻璃的电熔窑1269.5熔制氟乳浊玻璃的电熔窑127例25日产300kg玻璃马赛克的电熔窑127例26日

8、产7t氟化物玻璃的电熔窑129例27日产46t氟乳浊玻璃的电熔窑130例28日产3t氟乳浊玻璃的电熔窑131例29日产0.51.5t氟乳浊玻璃的电熔窑134例30日产1.5t乳白玻璃电熔窑1369.6焰制有色玻璃的电焰窑139例31熔制有色玻璃的电熔窑140例32日产1.5t黑色玻璃的电熔窑1409.7玻璃纤维电焰窑144例33日产2.5t耐碱玻璃球的电熔窑144例34日产300Kg耐碱玻璃纤维的电熔窑1489.8焰制瓷釉的全电焰窑1579.8. 1熔制瓷釉电熔窑概述1579.8.2熔制瓷釉电熔窑的设计和应用159例35日产11.5t钛白粉搪瓷瓷釉电熔窑160例36熔制搪玻璃底釉和面釉的电熔窑

9、1639.9日池炉式电焰窑164例37日产500Kg硬质玻璃的电熔日池窑1659.10小型热顶电熔窑168例38生产支架玻璃杆的全电熔窑168第二篇全电焰玻璃窑6全电焰玻璃窑概述玻璃电熔技术是目前国际上最先进的熔制工艺，是玻璃生产企业提高产品质量，降低能 耗，从根本上消除环境污染的十分有效的途径。对于15t/d以下的小型玻璃熔窑来说，在电 力充足和电价适中的地区，用电熔工艺来生产各类玻璃制品的综合经济效益是很理想的；在 电价较高的地区，对于彩色玻璃、乳浊玻璃、硼硅酸盐玻璃、铅玻璃、高挥发组分玻璃或特 种玻璃生产也是合算的。过去我国小型电熔窑的应用一直进展不太大，主要原因有两条：首先是人们普遍认

10、为电 熔的价格昂贵，熔制成本高，忽视了电熔可带来的整体效益；其次，以往引进的国外电熔窑 由于包含大量的技术费用，选材过于讲究，因而投资很大，一座熔化面积不到2m 2，日产量 4吨的小型电熔窑，少则二三百万元，多则近千万，对于生产一般玻璃制品来说，是难以接 受的。即使引进了也往往因为折旧费用过高而被迫停用。我们设计的电熔窑，以我国的国情 为基础，根据产品特点确定适当的窑龄，着重考虑综合经济效益，大量采用国产优质材料， 在满足产品质量要求的前提下，大大降低了电熔窑的造价。以上述规模的电熔窑为例，包括 电极和全套电熔自动控温装置在内的设备投资只需约100万元，每次冷修费用也不过十余 万元，为玻璃全电

11、熔技术的广泛应用创造了条件。6.1全电熔窑的优缺点1. 全电熔窑的优点(1) 没有废气，防止空气污染由于没有火焰窑的燃烧气体，厂区外不存在有害烟尘弥 散的问题。各种挥发物都被配合料复盖。唯一的挥发物是二氧化碳，但它不是污染物，况且 还能加以回收。(2) 降低挥发性配合料组分的挥发氟化物的挥发量可降低到火焰加热熔窑的40%左 右。氧化铅的挥发量可降低到火焰加热熔窑的1020%。由于垂直熔化，在熔化过程中易 挥发组份被凝聚在生料层中，当生料熔化时又重新转移到玻璃液中去。表6.2. 1表明电熔窑 使挥发损耗显著的减少。表6.2.1采用电熔窑熔化挥发损耗:%的减少挥发组分燃油、燃气窑炉电熔窑氟60-7

12、03铅100.2硼10-151(3) 玻璃均匀采用全电熔时，全部玻璃基本上都经历相同的热历史，所以供给成型机 的玻璃液在成形性能上均匀得多。因此成型机能工作得很好，使钠钙玻璃瓶曜的合格率提 高2一4%，乳白玻璃、硼硅玻璃和铅玻璃合格率提高20%以上。(4) 降低因结石造成的产品损失在钠钙玻璃瓶曜生产的一个窑期中，因结石缺陷造成 的制品废品率通常仅为0.3% o(5) 在节假日停产后恢复生产的困难较少当一座燃料加热的熔窑节假日停产之后，再 恢复生产，至少要半天左右时间。若是全电熔窑，则仅需半天左右时间。(6) 熔窑大修较快一座电熔窑的大修，在十天的期限内从加碎玻璃烤炉到出玻璃料) 可顺利地完成。

13、窑顶和胸墙蚀损不大，因为它们曝露在高温下的时间不长。现在由于采用较 厚的电熔锆刚玉砖铺砌池底，所以电熔窑的寿命是令人满意的。有一座熔制琥珀色玻璃的电 熔窑，窑底铺砌30cm厚的电熔铬刚玉砖，运转了17年仍然状况良好。(7) 在整个窑期内可始终保持满负荷的出料量：在燃料加热的熔窑中，保持热量输入的 能力及玻璃的出料量，往往因燃烧系统恶化而受到限制。在电熔窑中，通过提高电压来提高 电功率输入的方法，即可迅速而简便地补偿由于侧墙造成的额外热量损失。(8) 占地面积小：电熔窑仅包括熔化池、流液洞和上升道。(采用目前的耐火材料，熔化 率约为2.2T/cm2)。不需要蓄热室、烟道、烟囱。(9) 二氧化碳的

14、回收除了能收集其它可蒸发的配合料组份之外，二氧化碳也可以作为 电熔的一种副产品加以收集。每生产出100吨玻璃，将放出15吨CO 2。这种气体的纯度达 99.5% ,只需要经过简单的湿法化学洗涤处理，便适用于商业用途。(10) 热量散失减少，能耗大大降低：全电熔窑是靠玻璃液自身导电来实现其熔化的， 它是内热式的。由于是垂直熔化，玻璃液面被一层生料所覆盖，上部空间的温度只有100-250C左右。而火焰炉是靠火焰的高温辐射从表面向内部传导对流来实现的。玻璃液上 部空间温度高达1600 C，炉顶散热很大。即使经过热交换设备，废气的温度仍然很高。热 效率只能达到30%。玻璃电熔窑热效率可达78%左右。每

15、公斤玻璃液的电耗仅为0.62一 1.2Kwh。(11 )玻璃质量好、效率高、成本低：由于熔化是在玻璃液内部进行，沿熔化池深度 温差很小；挥发少，玻璃成份稳定；垂直熔化减少了高铅玻璃的分层。所有这些保证了玻璃 液有良好的均匀性、稳定性，大大提高了玻璃液的利用系数，一般可达0.44。日产1.3T的 电熔窑，熔化池面积0.5m2出料率高达2.4T/m2d; 12T/d的电熔窑，熔化池面积4.3m2，熔 化率2.8 T/皿d。(12 )建设投资少 由于电窑效率高、能耗低，较建设相同生产能力的火焰窑规模 小，占地少、辅助设备简单。比如日产1.3T的一台电熔窑仅用一台60Kw的单相变压器供 电即可。(13

16、)全电熔窑易于调节控制，操作范围广，热工制度比池炉稳定。2. 全电熔窑的缺点(1) 很多地区，电力费用仍较昂贵。但是，前述各优点通常可以弥补多化的电力费用。(2) 耐火材料的寿命不长，电熔窑所用耐火材料的寿命不如火焰窑中所用的那么长。在 采用合适的加料方法，不出现过高的温度，而且设计的电熔窑大小亦适当，则电熔窑的窑龄 可达3一4年。因没有蓄热室、窑顶又不会完全损坏，所以电熔窑每次大修所需的耐火材料 费用比较低，停产时间较短，必要时5天从加碎玻璃烤窑到出玻璃料)便能实现。综上所述，在环保要求严格、电价低兼、玻璃熔化困难、玻璃质量要求高、生产规模小 时可考虑全电熔窑。6.2全电焰窑的分类按电熔窑顶

17、部的温度可以分为热顶电熔窑、半冷顶电熔窑和冷顶电熔窑。按熔化玻璃品 种可以分为：含有高挥发性组份的玻璃电熔窑（如硼硅玻璃、氟化物玻璃、铅玻璃、磷酸盐 玻璃等）和深着色玻璃的电熔窑。按日产量可以分为小型熔窑、中型和大型熔窑。按液流方 向可以分为水平式、垂直式。按横截面形状可以分为矩形、方形、三角形、六边形、园形。1. 热顶电焰窑图6.2.1即是这样一座热顶炉，在顶部装有一个平焰燃烧器，产量可有较大幅度的波动，不必维持一个完全的配合料复盖层。一般来说，在使用燃料加热的窑炉中，兼用电加热措施，不仅可以使炉型变小，而且同时可以降低窑顶温度，从而可以生产出缺陷较少的玻璃制品，使池窑作业所必需的热量分别来

18、自燃料和电能（直接通电），而且各占1/2左右，就是燃料与电热混合窑（mixed melter。）图6.2.1配有平焰烧嘴的热顶电焰窑从配合料下部用电加热以完成大约一半的熔化，从上方用燃料加热以完成另一半的熔化，这样可以获得象全电熔玻璃那样的优 质玻璃。因为燃料加热的费用一般低于电加热的费用，与全电熔相比的主要好处是降低了每 吨玻璃的能耗费用。目前在这种熔窑的设计上已出现一种新概念：混合加热熔窑设计的标准 熔化率为4T/m 2.d在配合料上方的火焰空间保持适中的温度范围1430 C。混合加热电熔窑的工作原理是：配合料层从上下表面受热熔化，在熔融碳酸钠层内完成 澄清过程，而不需要另外的熔窑面积来负

19、担澄清功能，熔窑结构十分紧凑，该窑型在英国有 几座正在使用，电极从池壁插入，窑顶设有燃烧器，当出料量为75T/d左右时，这种窑炉的 熔化池面积为18m 2,熔化1公斤玻璃所需要的燃料油和电能分别为95克为一般窑炉的40%） 和0.425Kwh （全电熔窑的50%），热效率达46%。如果使用了换热装置，热效率可超过50%， 燃料费比全电熔窑低。2. 半冷顶电焰窑如图6.2.2所示，这种电熔窑全部使用电能操作，配置一台位置固定的定位式加料机，出料量的变化使料层在熔化池内的复盖率发生变化。这种类型的熔化池既可作成对称型的，亦可做成非对称型图6.2.2半冷顶电熔窑的。3. 冷顶电焰窑通常所讲的电熔窑都

20、是指冷顶电熔窑。如图6.2.3所示的冷顶电熔玻璃炉为全电能运行， 在整个熔化池的 表面有着连续分 布的均匀的配合料复盖层。全电熔窑采用“令顶”式垂直熔制工艺。整个熔化池玻璃液表面覆盖着配合料图6.2.3令顶电熔窑层，阻挡了熔体向窑顶热辐射，使窑炉上部空间温度降到150C以下。同时配合料中大部分挥发成分在覆盖层 中冷凝回流至玻璃，而熔制过程中放出的CO 2等气体很容易穿过覆盖层进入空间。配合料 层下玻璃熔体慢慢地往下流入电极区，玻璃在此区内完全熔化后，开始澄清，再流向熔化池 下部，完成澄清匀化过程。熔制好的玻璃经流液洞、上升道和供料道进入工作池。4. 焰化含有高挥发性组份的玻璃电焰窑对于熔制氟玻

21、璃、磷酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、铅玻璃以及类似的玻璃，最好的方法就 是全电熔。在用常规燃料加热的窑炉 中，当火焰掠过玻璃液面时，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。这种挥发性成分 是环保不允许的。挥发损失不会使表 层玻璃的成分变得与其下部的玻璃不 同，结果造成玻璃不均匀。采用全电熔时，热量是在配合料（说明水平面上温度均一性和配合料的垂直热流）层下面放出。各配合料组份产图6.2.4电熔示意图生的蒸气通过配合料向上逸， 但会凝聚在冷的配合料中，因 此通过流液洞的玻璃能保持成 分稳定，与投入熔窑的配合料 相一致，能够精确地控制玻璃 的成分。图6.2.4说明了这一 关系，此图是一

22、座全电熔窑的 截面图，玻璃液的流动是垂直向下的， 热流是 垂直向上的，电熔窑中的全部玻璃基本上都图6.2.5电熔中的熔融碳酸钠层经历相同的热历史，而采用常规燃料加热熔化的玻璃则并非如此。玻璃液和配合料之间的界 面叫熔融碳酸钠层，具有颇重要的意义。图6.2.5是该层的放大垂直截面。在该层中，液态 玻璃形式过程已经结束，澄清过程也已大体完成，玻璃的颜色已通过有关着色组份的氧化还 原状态而确立。四周液态基体中的剩余砂粒已在熔融碳酸钠层下面的玻璃液中最后溶解完 毕。若考虑到挥发性成分的节约，上述玻璃采用全电熔的成本是非常合算的。例如采用燃料 加热的熔窑，配合料中的氟化物有大约40%因挥发而损失，采用全

23、电加热时，氟化物的损 失仅为2%。5. 焰化深色玻璃的电焰窑采用常规方法熔化有色玻璃时出现热透过性差的问题，如果采用电熔就能大大改善。电 热能是在玻璃体内释放的，又可使电流相当均匀地通过所有玻璃，所以只会出现很小的温度 差。例如在1.2m深的电熔池窑中熔化高铁含量的琥珀色玻璃时，靠近池底的玻璃的温度只 比靠近表面的玻璃低253。氧化铁含量高达12%的玻璃和氧化铬含量达1.3%的玻璃都易 于熔化6. 小型电焰窑出料量小时，全电熔窑可以直接同火焰窑相比。以往，通常把小型熔窑限于间隙式日池 窑。但日池窑对玻璃质量有一定的影响。超小型电熔窑的设计使得连续出料量低达9Kg/h、 25Kg/d。24小时内

24、在熔化池中连续化料，玻璃液流到一个保持恒定温度的盛料池中，当玻 璃被快速取出而液位迅速下降，耐火材料受到的蚀损极少，其原因是盛料池既未经受高温， 也未受到各种液流的影响，对已熔化好的玻璃液具有良好的抵抗能力。生产能力为1T/d钠钙玻璃的电熔窑，其输入功率是熔化池75Kw ,盛料池30Kw。连续 生产4T/d的电熔窑，需要大约250Kw的电。折算为每天生产4T玻璃需用6000Kwh，每 吨需用1500Kwh电。7. 中型和大型电焰窑当前最大的电熔窑每日生产120T钠钙平板玻璃，每吨玻璃耗电约780Kwh。从技术观 点上说，并没有限制全电熔窑大小。凡在电费低兼、燃料成本高、环保要求严格那些地区或

25、玻璃含有高挥发性组份的工厂，通常都可采用较大型的电熔窑。熔制钠钙瓶曜玻璃的大型电 熔窑的耗电量估计为0.780Kwh/t玻璃。这个数值根据下述因素不同而有所变化：掺加碎玻 璃的量、保温措施、配合料加料方法、操作人员怎样保持连续的配合料层、以及熔窑的窑龄。6.3全电熔窑一览以前人们曾反复地试用不同类型的熔窑通电来熔化玻璃，如电弧窑、感应窑和电阻窑。 电弧窑熔化玻璃失败了，主要是由于电极中的石墨污染玻璃。感应窑是成功的，特别是以实 验规模进行的熔化，或者对一些性能范围较窄的光学玻璃进行的熔化是成功的。光学玻璃熔 化用的是铂坩锅，由于它生产成本高，这些玻璃的价格也是昂贵的。以玻璃液本身作为加热电阻的

26、电熔窑得到了最广泛的应用。另外有用硅碳棒或二硅化钥 作为加热元件来熔化玻璃的电热坩埚窑。1. Gornelius电焰窑1925年，瑞典的Gornelius成功地把电熔玻璃方法运用于普 通玻璃和琥珀色瓶曜 玻璃的生产上。该窑结 构如图6.3.1所示。这种窑熔化池的 池墙设有电极。配合料 从窑头投入，而玻璃液 则从窑尾的料道流出。电极是整块板状纯铁， 含碳量C Tr2、Tr3 电源变压器1、6一电极图6.3.24感应调节器控制的电源变压器熔化池的电极在窑底以六角形布置，连至三个单相抽头变压器，变压器的初级电压由各相中的控制电路调节如图6.3.23变压器次级绕组的中点互相连接，这样就形成了一个六相变

27、压器。该方案的优点是使熔化池产 生的电力线比单用一个三相变压器均匀得多。与各变压器连接的单组电极对之间的电压按熔 化池里各区对电量要求，可以很容易地调节或给定。窑内要获得理想的液流，最好设法使电 极1和电极2之间释放的电功率大于电极4与电极5之间的电功率。窑的中部即电极3与 电极6之间的输入电功率相同或略偏低于电极1和电极2之间释放的电功率。供给变压器 初级绕组的电压可由抽头转换开关进行调节，抽头转换开关接至三相电源的各相，由手动方式给定控制电流。调节器和变压器次级绕组的抽头可以给定各变压器输出电量的大小。感应电压调节器也可用作调压电源见图6.3.24。（3）捷克布拉格玻璃工艺研究院设计的电熔

28、窑1熔化池；2一流液洞；3工作池；4一流液洞桥墙；5一加料口；6一废气烟囱；7人工挑料口；8一溢料口；9一熔化池电极；10流液洞电极；11工作池辅助电极；12硅钥棒加热元件；13放料孔图6.3.25布拉格玻璃研究院设计的窑这是另一种双室电熔窑，熔化池和工作池同样用一个流液洞连接如图6.3.25配合料加在玻璃液面上棒状钥电极斜置于窑的侧墙上。在接近插入电极高度的平面上形 成一个热分隔，把窑分隔成两个区，电极以上部分为熔化澄清区，电极以下部分为均化调节 区。工作池没有配合料复盖，玻璃液由钥电极和硅钥棒电热元件加热。这种窑的型式有多种， 有的用于手工操作，也有的既用手工操作又用于自动供料，如图6.3.26图6.3.26布拉格研究院设计的带挑料口和供料机的窑；该窑通过感应调压器