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高硼硅玻璃全电熔炉技术

高硼硅玻璃全电熔炉技术

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一、概述

玻璃电熔技术是目前国际上比较先进的熔制工艺,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。对于熔化温度高,单位能耗高的高硼硅玻璃,电熔工艺带来的综合经济效益是很理想的。2003年我公司开始自主设计并使用第一台9m2高硼硅玻璃全电熔炉,经过几年来的逐步改良和更新,熔化面积逐步增大,分别设计出9m2、14m2、16m2、18m2和24 m2的全电熔炉。随着面积的增大,玻璃单耗逐步降低。我公司高硼硅玻璃全电熔炉结构示意如下图:

二、高硼硅玻璃全电熔炉技术特点

1、窑炉结构设计

(1) 根据垂直熔化的特点,熔化池自上而下分成生料层区、配合料熔化和玻璃澄清区、以及玻璃液均化区三大部分。其中配合料熔化和玻璃澄清区是配合料到玻璃形成的主要区域,需要的熔化温度高,滞留时间长,所以此部分体积相对较大。而均化过程相对简单,滞留时间短,需要温度也较低,所以对应体积也相对较小。整体池炉结构呈台阶型。

(2) 流液洞的截面积大小同样要满足玻璃液的流速要求。流速太快,则加剧对耐火材料的物理冲刷,降低耐火材料的使用寿命;流速太小,则高硼硅玻璃容易分层,导致产品中缺陷增加,合格率降低。根据我公司的使用经验,玻璃液流速在2.5-3m/h之间较为合理。同时流液洞宽高比例应该大于1,以避免玻璃液的回流。流液洞长度以能满足保温、加固和日常维护操作即可。

(3) 连接流液洞和料道的上升道的截面积同流液洞相同即可。

2、耐火材料选用

(1) 熔化池生料层与玻璃液接触的三相界面处耐火材料的侵蚀较重,甚至超过熔化池热点附近玻璃液对耐火材料的侵蚀,所以这部分接触玻璃液的耐火材料一般使用41#电熔AZS砖。电极周围温度高,可达1800℃,同时还有电极水套的冷却作用,所以对电极砖的耐高温侵蚀性能和热稳定性要求高,目前41#电熔AZS砖是最为理想的材料。

(2) 进入流液洞的玻璃液温度相对于火焰炉较低,所以对流液洞的侵蚀也较轻,但玻璃液的向上钻蚀仍然应该引起重视,所以流液洞盖板同样使用41#电熔AZS砖。

(3)正常生产时由于窑炉加热空间温度不超过250℃,只有烤炉时温度较高,所以这部分耐火材料承受高温负荷的时间较短,使用普通粘土砖即可满足。

3、电极布置

目前使用的电极布置方式大体分为三种:顶插、横插和底插,或者是三种方式中某两种方式的组合。三种方式各存在利弊,无论哪种方式,只要尊重工艺规律,设计操作科学合理,附属水气等能满足要求,则电极能最大限度的满足使用。

4、高硼硅全电熔炉的运行

(1) 高硼硅全电熔炉的运行要保持“四稳”制度:温度稳、加电量稳、加料稳和出料稳。正常运行高硼硅全电熔炉可承受的窑炉内各温度场、能量供给、加料量和出料量的波动范围很小,如果出现工艺波动,调整期长。

 (2) 保持冷顶是高硼硅全电熔炉的运行必需条件。冷顶不能形成,配合料到硅酸盐再到玻璃液的反应就不能完全进行。

 

三、高硼硅玻璃全电熔炉优缺点

1、高硼硅玻璃全电熔炉的优点

(1) 产生废气少,空气污染小  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。 

(2)降低硼碱等挥发性配合料组分的挥发  由于垂直熔化,在熔化过程中易挥发组份被凝聚在冷顶生料层中,当生料熔化时又重新转移到玻璃液中去。

(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。

(4)在整个窑期内可始终保持满负荷的出料量  火焰熔窑运行后期,因各部位的蚀损和燃烧系统的恶化,热量输入的能力及出料量会逐渐降低。全电熔炉通过提高电压来提高电功率输入,可迅速而简便地补偿额外热量损失,保持出料量稳定。

(5)占地面积小,建设投资少  全电熔炉仅包括熔化池、流液洞和上升道,不需要蓄热室、烟道、烟囱等,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。

(6)热量散失减少,能耗大大降低  高硼硅玻璃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100-250℃。而高硼硅玻璃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1640℃,炉顶散热很大。即使经过热交换设备,废气的温度仍然很高。热效率最多只能达到30%。玻璃电熔窑热效率可达78%左右。每公斤玻璃液的电耗仅为1.0~1.2Kwh。

(7)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耗的电力费用。

(2)耐火材料的寿命较短  高硼硅玻璃全电熔窑所用耐火材料的寿命不如火焰窑中所用的那么长。如果采用合适的加料方法,不出现过剧烈的工艺波动,设计的电熔窑大小适当,则电熔窑的窑龄可达5年。

(3)由于垂直熔化,玻璃液流向与玻璃中气泡排除方向相反,且是冷顶生料层结构,所以玻璃中的气泡排出较为困难,澄清难度大。

综上所述,在环保要求严格、电价低兼、土地价格昂贵的地方生产高硼硅玻璃可以考虑全电熔炉。 

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