一、電熔窯的烤窯
烤窯要求
(1)電極。對安裝氧化錫電極的電熔窯,由于氧化錫電極耐熱沖擊性能差,要求在點火烤窯時電極未浸入玻璃液之前注意保持氧化氣氛,氧含量要求過剩!"以上,同時應避免較大的溫度波動。
(2)耐火材料。耐火材料的熱膨脹性和對溫度的敏感性直接關系到升溫曲線的制定。
(3)窯爐結構。烤窯時,主燃燒器在上部空間加熱燃燒。由于電熔窯的結構特點,要求爐內維持較高的正壓,使廢氣從電熔窯上部到電熔窯下部經流液洞上升道和料道排出,使這些部位的升溫與電熔窯上部空間同步。流液洞被玻璃液封住后,上升道頂部的小型燃燒器加熱上升道和料道,要求有較高的正壓。
(4)燃燒器和燃料。燃燒器應便于調節,所形成的火焰應該短亮,能無焰燃燒更好;能在較高的正壓下正常工作,能使升溫按要求順利進行。燃料要有較高的發熱值,能穩定燃燒。整個烤窯過程中最好都用氣體燃料。
電熔窯的烤窯過程
電熔窯的烤窯過程也就是電熔窯的升溫過程。要使升溫過程順利進行,升溫曲線必須與窯爐尺寸、結構和所采用的耐火材料相匹配。升溫過程應盡可能節省時間和能量,同時又必須避免升溫過程造成的損害。
電熔窯的烤窯分兩個階段。首先是耐火材料的烘干階段,這一階段用煤氣作燃料。為了使窯爐的各個部位都得到烘烤,煙囪擋板應合攏,使窯爐系統形成正壓。該階段大約需要持續兩天,窯爐上部結構的最高溫度應控制在#&&’左右,在沒有安裝測氧裝置的情況下,控制火焰為天藍色。第二階段是電熔窯的主要加熱階段。對電熔窯主體進行加熱,在遵循烤窯要求的前提下,盡可能按照升溫曲線升溫。電熔窯溫度在(#&&’時保溫(#小時以上目的是讓流液洞、上升道和料道在電熔窯加料之前有更多的加熱時間。
電熔窯的烤窯過程遇到的問題和解決辦法
(1)料道、上升道等部位升溫緩慢。料道、上升道的一部分熱量來自上部輻射熱,另一部分熱量來自通過上升道、料道的廢氣。由于煙氣都喜歡向上跑,很難按設想由熔化池進澄清池,通過流液洞、上升道、料道而排出。
可以通過適當增大窯爐火焰空間的窯壓,堵住一些洞口和縫隙,減少廢氣散失。利用文丘里管原理,在料道端部增設一個#)$*高的臨時煙囪,在煙囪底部由下往上插入一只風管,向上鼓風,以吸帶料道中的氣體,降低料道中的壓力,從而增大窯爐上部空間與料道間的壓差,增加進入料道的廢氣量,流液洞、上升道、料道部位的升溫情況顯著改善。
(2)氧量不足。對于安裝氧化錫電極的電熔窯,通過窯墻上的觀察孔測定氧含量低于的情況,必須采取措施。采用二次霧化燃燒器,改善燃料和空氣的混合程度。在燃燒器上方,以一定的角度強制鼓風,使燃料能充分燃燒,減少了液體燃料的用量,增設煤氣燃燒器和鼓風點,這樣使液體燃料燃燒加快,氧量過剩!"以上。
(3)磚縫開裂。升溫過程中,有時溫度上下波動近(&&’,+&&’以下升溫速率最快可達每小時#&’,如果膨脹螺栓松動跟不上,電熔鋯剛玉磚沒有牢固粘結,出現磚縫,上部空間也有幾處裂縫,熱裝碎玻璃后出現多處漏料(尤其熔化池拐角處)。在漏料處用風機鼓風,凍結玻璃液。對電熔磚和襯背磚的磚縫加強頂絲,使縫隙盡量減小。
(4)爐門開裂。如果爐門烤窯時裂開,測爐門用耐火磚臨時壘砌,中間留加料門。砌好后,外面用石棉板加強保溫。烤窯結束后,逐層小心拆掉。
(5)壓縮空氣含水量大,燃燒不連續。如果霧化用的壓縮空氣含水量大,使燃燒時斷時續,也使壓縮空氣中的氧含量偏低,則可拆除一段管路,安裝兩條支路,在每條支路上都安裝油水分離器,兩條支路交替使用。這樣使壓縮空氣中的含水量大大降低。
另外,燃燒器噴出的燃料呈斷斷續續的,不僅與壓縮空氣中的含水量有關,也與燃燒器的調節有關,請有經驗的師傅對燃燒器的一二次霧化用壓縮空氣量進行調節。
二、電熔窯的操作
電熔窯的操作事實上并不比火焰池窯操作困難,要求操作人員必須能夠讀取儀表的記錄,并進行控制裝置的調節。需要加以監控的因素有:功率輸入、玻璃溫度、配合料的均勻加料、冷卻水的溫度以及電極狀況。如有需要,電熔窯可以實現全自動控制,不用操作人員只要偶而進行檢查就行了。
每周一次核查電極的狀況,必要時加以調整,一般檢查電熔窯大磚、水冷卻系統、配合料輸送設備、熱電偶及其它電氣設備。
在采用電熔窯時,務必采取安全措施。大多數電熔窯上的接地電壓必須小于#$伏。在調整電極時,通常應斷電,若在玻璃液中應用金屬質的裝置,它們的柄應加以絕緣,操作人員應戴絕緣手套,并站立在絕緣的操作臺上(例如,鋪有石棉水泥板或木板的操作臺)。一項附加的安全措施是:將一柔性銅纜的一端連接于上述金屬質裝置,將其另一端連接于建筑物的鋼架。
1.熔化溫度和輸入功率
電熔窯熔制玻璃時,熔化率達’&!()*+,’·-,是火焰池窯的"(.倍。電熔窯的電流通過玻璃液本身發熱,溫度最高區在玻璃液內部,玻璃熔制過程進行得比較快,玻璃液對流強烈。電熔窯熔化池深度一般在%&.,以上,使玻璃液有充裕的時間進行澄清均化。
在電熔窯生產中,熔化溫度、操作功率及玻璃液電阻三者間密切相關,且均是控制電熔窯運行的主要參數。
要獲得優質的玻璃,熔化溫度以%!$$/(%!0$/為宜。溫度過高,縮短了耐火材料和電極的壽命;溫度太低,玻璃質量下降。在實際生產中,由于各電熔窯結構、熱電偶安裝位置及插入深度不同,儀表所顯示的溫度與實際溫度有誤差,所以各電熔窯的熔制溫度是不盡相同的。
電熔窯溫度是通過操作功率來調節的。只裝置一層電極的電熔窯,爐溫最高點位于電極區間,沿池深方向的溫度曲線靠電極輸入功率和玻璃液流量來調節。裝置多層(如三層)電極的電熔窯,其各層電極由獨立的變壓器供電,改變各層的輸入功率可調節電熔窯內溫度分布。通常上層電極為熔化提供熱量,下層電極調整進入流液洞的玻璃液溫度。各層電極功率分配應遵循以下原則:熔化量大時,最上層電極輸入的能量最多;熔化量小時,第二層和第三層電極輸入較多的能量。這樣有助于使配合料層厚度和流液洞溫度保持穩定。
玻璃液的溫度與電極間電阻存在著一定的關系,盡管到目前為止仍不能實現電阻控制,但某些電熔窯以電極間玻璃液的瞬時電阻值作為反映熔融玻璃內部狀況的一種趨向指標。例如,溫度的微小增量則反映為電阻值的微小減量;當電阻值沒有變化,而溫度卻發生某種變化,則表明測溫系統有誤差;當溫度沒有變化,電阻值有變化時,則表明電極或配合料成分方面存在問題。
2.熔化量(翻轉限)
火焰窯一般只有最大熔化量的限制,而電熔窯既有最大熔化量限制,又有最小熔化量限制(稱為翻轉限#$%&’()*&+,-,.)。
玻璃熔化溫度取決于玻璃化學組成和熔化率。在正常熔化溫度下,配合料熔制速度和電熔窯的熔化量保持平衡時,配合料覆蓋層厚度是穩定的。熔化量減少,輸入功率降低時,玻璃液溫度隨之有所下降。當玻璃液溫度下降到維持澄清所需的最低限度時,即到達了“翻轉下限量”。大多數玻璃的翻轉下限量約為電熔窯熔化能力的/01。若玻璃質量有較嚴格要求,“翻轉下限量”比最大熔化量低!01;若對玻璃質量要求不太高,電熔窯的“翻轉下限量”可比最大熔化量低201。
當電熔窯熔化量降到下限以下而又要保持澄清所需溫度時,必然出現輸入功率大于熔化所需功率現象。這時玻璃液溫度升高,配合料層逐漸熔化,上部空間溫度將升高數百度,導致冷頂被破壞。
另一方面,熔化量過小,通過流液洞狹小通道的玻璃液帶入的熱量很少,流液洞、上升道電極提供的熱量不足以維持正常的溫度,該區溫度下降,玻璃電阻增大,電流下降,使玻璃液溫度進一步降低。若這種趨勢不能及時制止,可能引起流液洞、上升道的玻璃液凝固,使電熔窯被迫停爐。因此,在任何情況下都應讓流液洞、上升道保持最低限度的流量(突然停電時也要保證玻璃液的流動)。
3.配合料覆蓋層
配合料料毯的厚度是電熔窯生產中的一個重要工藝參數,配合料料毯厚度一般為。某電熔窯配合料料毯內溫度分布曲線,隨著配合料深度的增加,配合料溫度有所上升,當達到某一特定深度時,溫度急劇升高到左右。
配合料覆蓋層不僅能促使低溫液相形成,加速玻璃熔化,還能阻擋易揮發成分外逸并起隔熱作用。如果配合料料毯太薄或者熔透,熔化池主電極的輸入功率就不足以維持熔化所需的溫度;如果配合料料毯過厚,出料量大時料毯層與電極間的距離縮短,最上層電極間玻璃液溫度下降,電阻增大,輸入功率下降,熔化溫度隨之降低,熔化速度進一步下降,熔化時放出的氣體外逸受阻,電熔窯運行狀況惡化。如果不及時減少出料量,生產將受到嚴重影響。
如果配合料料毯厚度分布不勻,較薄部位會發紅,熔化放出的氣體在這里聚集,形成緩慢上升而又連續不斷的“大泡”,泡徑可達!004300--。隨著“大泡”翻上來的熔融玻璃液除
了影響加料機工作外,還可能引起“短路”。因此加料機應均勻地覆蓋配合料,使池墻周邊的料層較薄,呈紅熱狀態,以防配合料層結拱。
4.電極插入深度
電極插入深度與電極性質、數量、電流密度、電熔窯結構等因素有關。如圓柱形氧化錫電極采取垂直安裝方式,插入深度約為#$%&&,在電熔窯運行期間電極不能推進。如棒狀鉬電極水平安裝,插入深度為’%%()%%&&。隨著鉬電極逐漸消耗,電極間玻璃液電阻不斷增加,變壓器電壓不斷升高(使電流保持恒定)。當變壓器電壓調到極限,應推進鉬電極,電流、功率請參數才能恢復正常。
5.玻璃組成及配合料
電熔窯的玻璃成分與火焰池窯基本相似,兩者的主要區別在于電熔窯的配合料中旅、硅含量應小于%"#$.。堿性氧化物和易揮發組分的量補充得少一些,玻璃的熔化和澄清幾乎在同一溫度下進行,為保證熔化工藝的穩定,玻璃液上部必須保持一定厚度的料毯層,才能使玻璃液中的氣體溢出。這是熔化工藝中選擇電功率、配合料組分、澄清劑用量的關鍵問題之一。
(1)如電熔窯熔化鉛晶質玻璃配合料中的揮發量僅為%"#.左右,配方幾乎不需計算增補量。氧化鉛不必用硅酸鉛引入,紅丹(01’,!)或黃丹(0-,)都可使用。鉛晶質玻璃配合料中用硝酸鉀和碳酸鉀引入氧化鉀(加入適量的硝酸鉀對于熔制極為重要)。某些工廠因硝酸鉀價格低而吸潮,便于配合料制備和貯運,所以組成中的氧化鉀全部用硝酸鉀引入,但多數工廠是以碳酸鉀為主。硝酸鉀用量過大時,配合料氣體比大,不利澄清,且加劇了對耐火材料的侵蝕,還可能形成“硝水”,嚴重腐蝕窯體。電熔窯配合料其用量為#"$(’23硝酸鉀4/%%23石英砂。火焰池窯的鉛晶質玻璃化學成分和配料方案不能保證電熔窯熔化工藝的穩
定和玻璃液的質量。
(2)澄清劑引入量。電熔窯配合料中澄清劑引入量為2石英砂。對于鉬電極電熔窯,由于上述澄清劑對電極有明顯的腐蝕作用,澄清劑用量宜小于%"%#$23*5#,’或+-#,’4/%%23石英砂。最好選擇67,#作澄清劑。
(3)碎玻璃比例。電熔窯正常運行時,碎玻璃量控制在’%.左右。碎玻璃應經過挑選、清洗后破碎成#%&&左右的小塊。碎玻璃比例過大,使玻璃含鐵量增加,影響玻璃質量。同時,對電熔窯而言,雖能在大致正常的狀態下運行,但此時的熔化能力下限將大大提高,若要使電熔窯在其設計熔化能力下限運行,應使碎玻璃加入量減少到#%.以下。
6.玻璃的出料速度
由于澄清區溫度高,可使溶解在玻璃中的氣體減少,同時氣泡也易于排除。在垂直電熔窯中,由于氣泡排除的方向和玻璃的液流方向相反,操作中取料的液流速度應小于氣泡上升的速度,以免氣泡被帶到工作池中。
7.停電問題
電熔窯在停電2小時以內,能夠完全控制而無需采取其它措施。停電期間電熔窯各部位的溫度均下降,來電后即可將各處電極通電,使各處溫度恢復正常。停電時間在2—8小時時之內,就必須放下熔化池的爐門,點燃煤氣噴嘴,用火焰加熱,使原先的冷頂變為熱頂,并用備用發電機對流液洞、上升道、料道和工作池等部位進行電加熱。
停電最多不能超過8小時,若超過8小時,電熔窯的某些部位的玻璃液將會凝固。因為火焰加熱只能加熱熔化池表層玻璃液,發電機所供電能也只能加熱流液洞至工作池的某些區域,所以存在著一些既不能用火焰加熱也不能用電加熱的區域,僅靠鄰近玻璃傳導的熱量是無法阻止這些區域的玻璃液溫度下降,最終導致凝固的。
電熔窯在運行過程中停電超過9小時,可采用以下方法解決。
(1)首先從工作池挑料,向熔化池加料,促使整個系統產生工作流,使熔化池上層的熱玻璃液流入流液洞和上升道,將流液洞和上升道內的冷玻璃排放出去。
(2)打亂原來的電極間配對關系,使流液洞和上升道這段區域內的每個電極間都可導通,消除了無法進行電加熱的區域,同時將熔化池下部的啟動電極也接上發電機電源,對熔化池下部進行加熱。流液洞和上升道區域內電極電流逐步升高,恢復供電后電熔窯也恢復正常生產,用這種方法解決長時間停電問題。
8.電極和電極冷卻水套
電熔窯使用氧化錫電極,這種電極在一定溫度下,遇到還原性氣體就會被還原。因此在烤窯過程中要保證每個電極的周圍必須是氧化性氣氛,烤窯時就要選好測點并經常檢測窯內氣體的含氧量。
當氧化錫電極被還原時,會冒出白煙,嚴重時會有金屬錫淌下。此時應立即加大風量,做好電極周圍通風,使之恢復氧化性氣氛。然后檢查,將可能被還原的電極全部拆下,還原、嚴重的必須換新的,還原不嚴重的經修復后可再使用。
與電極直接相連的冷卻水套,由于頻繁停電,造成冷卻水套多次斷水。有時停電時間較長,使水套溫度急劇升高,再上水時,若水流過大,會使灼熱的水套受到急冷,造成冷卻水套焊縫處產生裂紋,致使電極水套漏水。電極水套漏水后是無法進行焊接的,所以操作中盡量避免冷卻水套斷水。一旦停電,就應立即用備用發電機將冷卻水送上,或接通自來水。如果冷卻水套斷水已有較長時間,上水時應先把每個水套的控制閥關上,待水過來后,再把控閥慢慢打開,讓水緩慢流入水套,再將控制閥開到一定程度。嚴禁大水流輸入,造成灼熱的冷卻水套急冷。當冷卻水套出現漏水現象時,要將冷卻水的輸入量控制在不發生汽化現象的最小程度上,以減小冷卻水的壓力,避免滲漏過多,流淌到耐火材料上造成炸裂。
9.更換電極
安裝氧化錫電極的電熔窯運行兩年后,因主電極受到玻璃液的嚴重侵蝕,通常需要更換,否則將影響玻璃液的熔制質量。
(1)熱換法。更換電極時,首先要放料。開始放料時如速度很慢,說明放料孔堵塞了,應疏通以加快放料。主電極完全暴露出來后即停止放料。拆卸電極時先把與電極相連的冷卻水套取下、修補,更換銀棒。上面的電極用千斤頂頂到熔化池內,用特制的夾子把頂出的電極從加料口取出,再換上新電極,重新加料、恢復生產。
(2)冷換法。也可將窯內玻璃液全部放光,停爐,待窯體冷卻后換上新電極,再重新點火、生產。
三、電熔窯的運行
1.熱頂電熔窯的運行
(1)熔化特性。配合料如在火焰池窯中那樣浮在玻璃液面上向前漂去。當然,希望熔化池液面上完全被配合料層所覆蓋,借此創造出一個如冷頂電熔窯的熔制條件,這可獲得在單位熔化面積上輸入最少的能量卻得到最大的熱效率。但事實上這種狀態難以實現,除非該熔化池處于它的最大出料狀態上。一般的情況是,在熔化池靠流液洞一端將暴露出一個面積變化著的半熔態的液面。這同電熔化的基本原理有關,也與保障質量而制定的熔制制度、熔制條件有關。
這些為保障質量而提出的基本要求如下:原料的質量控制包括雜質含量、各批號的穩定、配料時的精確稱量;"配合料混合的均勻性;#熔制條件的均勻一致,即每份配合料均獲得等時等熱的熔制過程;$玻璃必須達到最低的澄清溫度。上述唯有!項與電熔窯的設計無關,而"、#、$三項都會受到熔窯設計與操作運行的影響。"項通常被認為只是一個與配合料的混合和輸送系統有關的函數,但就電熔窯而言,并不是這樣,如果電熔窯結構設計不合理,在熔化過程中會造成配合料的新的不均勻。當配合料在藍玻璃液面上向前漂浮時,熔化過程也就開始了,但熔化過程只發生在配合料料層和玻璃液相接觸的交界面處。當采用定位式加料機時,料堆在窯池內移動過程中,一旦某部分配合料發生沉降,將不會有新的配合料補充到該處。由于配合料是多種礦物原料及化工原料混合而成,而且它們只是物理摻合,并非化學結合,它們不可能同時全部熔化和結合成玻璃,只能是在不同溫度下的熔化和化合;當配合料離開電熔窯的加料口后,低熔點反應物首先變為液相離開料層,隨著熱量的向上穿透,處于料層上部的低熔物亦成液相填塞到下部,而難熔物則維持到更高溫度才熔化。這樣,配合料與熔體的均勻度不斷地遭到破壞。這種不均勻的熔體總是處在上下的對流中,因而常常引起灰泡、氣泡、結石和硅氧質條紋。這說明了在這種型式的電熔窯內需要有強烈的對流以達到混合和均化玻璃的目的。
(2)運行。操作運行同熔化特性一樣重要,它同樣會產生電熔窯控制和玻璃成型過程中的某些問題。當某熔化池完全為料層所覆蓋時,電熔窯的熱損失在其整個運行范圍內理論上均維持不變,料層各部分的單位面積熱損失亦是均一的。事實上由于料毯厚度和玻璃溫度的變動,熱損失有變化,只是變化不大罷了。這些熱損失在任一給定時間內都不是恒定的。
對于半冷頂電熔窯操作,輸入功率的稍微偏高或偏低都會造成料毯在熔化池內覆蓋率的變化;反之亦然。料毯覆蓋狀態的變化將顯著地改變電熔窯的熱損失和熱平衡。譬如說,料層覆蓋率下降,會使玻璃液出現新的暴露表面,從而增加了玻璃液向爐頂的熱輻射。
如果要使玻璃熔制狀態維持不變,那末增加了的能量損耗必然要通過增加輸入能量來補充。否則,盡管整個熔化池內料毯縮小的面積是有限的、不確定的,但隨著配合料熔化的增加(能量損耗隨之增加),玻璃液本身被局部地冷卻了,一旦在靠近流液洞的前部分出現玻璃液溫度的下降,緊跟著在制品中會出現條紋、灰泡。所有這一切要求電熔窯操作者仔細和頻繁地調節控制,要求電熔窯長期保持在極為穩定的產量上。
當電熔窯運行發生了上述情況時,正確操作卻是同想像的相反。一般而論,能量損耗增多應增加輸入能量來補償,但增加的輸入能量不可能局限在所需要的地方,而是整個熔化池的能量都要增加,這就導致料毯的進一步縮小、玻璃液面的進一步裸露,開始了惡性循環。正確的操作應減少能量的輸入,降低玻璃液的溫度,減緩熔化速率,重新建立適宜的料毯覆蓋層。
只有在很小的。電熔窯內,用電阻的自動調節來操作,才能成功地應付上述情況,但這是以大幅度的功率輸入和高的功率消耗為代價的。
(3)調節。“玻璃必須達到最低澄清溫度”,意味著操作人員為了維持料層處于某高覆蓋率水平時,不能無限制地減少能量輸入、降低熔化溫度。若要使覆蓋層穩定,半冷頂電熔窯事實上與冷頂電熔窯一樣,調節是有限度的。若允許敞開液面調節平衡,那末"##$的調節
幅度也會是可能的。這種情況則要消耗極高功率,并且裸露的液面上存在著氧化還原反應,這就要求對應于不同的出料量應有不同的配合料組成。
2.冷頂電熔窯的運行
這種類型的電熔窯幾乎總是采用對稱型的電源設計,是這些對稱型的電源,它們可以是單相的也可以是兩相或三相的。它們的形狀可以是正方形的,也可以是長方形、圓形或六角形的,以適應所用電源的類型。
對稱型系統的選擇,期望產生均勻的料層,以使整個熔化池玻璃液面上有一個盡可能均勻熔化的狀況,使配合料在整個熔化池表面均勻地熔沉下去。
(1)熔化特性。冷頂的電熔窯正如前面已經定義了的,其每一部分的配合料均在相應地方熔化,在熔化池的表面不發生水平移動,配合料的熔化是垂直進行的。冷頂爐與半冷頂爐間存在著明顯的區別。冷頂爐熔化過程中配合料不斷地、恒定地加入爐內,一層壓著一層、一個部分壓著一個部分,亦即總是由新加入的配合料去替代下面已熔化了的部分。依靠這種方式,在整個電熔窯表面達到一個熔化平衡狀態,一個均勻一致的熔化過程。一旦建立上述熔化條件,電熔窯內的對流混合已不需要也不期望了
(2)運行。熔化池極深的冷頂電熔窯,其垂直方向的能量分布已分了區段,在較低的區段上出現了較高的溫度后,不希望的對流將會發生;在低區段有較低的溫度,可通過調節玻璃液深度、電極高度、隔熱條件等較好地實現,不存在增加輸入能量的要求。對稱的單區段的操作具有供電系統對稱、平衡、冷料毯覆蓋等特點,控制極為簡單。供電系統的任何一相都可代表其整體,玻璃液的電阻亦可很容易、很精確地測算,玻璃液的溫度就可以重復地自由地調節。
對于自動電阻控制,操作者只須調節一下設定值,掌握好料毯狀況就可以了。當料毯厚度發生了變化,因熱損失同時亦發生了某些相應的變化而獲得所謂的“自補償”,故出料量極少需要加以調節。
(3)調節。為維持澄清所需的最低溫度,限定了一座冷頂電熔窯的調節范圍(調低程度)。欲使熔化池內料毯穩定,料毯的熔化速率與電熔窯的出料量之間必須精確地處于平衡狀態。玻璃的最低澄清溫度是冷頂電熔窯的調節極限(即!"#"#節中講的翻轉限$%&,電熔窯設計者可通過變更熔化池的尺寸來達到,玻璃工藝師可以通過調整料方來達到,電熔窯操作者則事實上對此無能為力。
四、電熔窯的運行實例
[例1]小型玻璃電熔窯的運行實踐。
某廠的小型電熔窯運轉了兩年三個月,進行了第一次冷修,現將其運轉狀況總結如下。該廠的產品為醫用玻璃,玻璃料別為鈉鈣料和硬質料(透明玻璃的膨脹系數色玻璃的膨脹系數01354/5(),電熔窯的日產量為3657!6589,換料困難。
(1)概況。電熔窯的長寬高為#65..4/:5..4#55..,出料量36589;),窯內玻璃容量約#5589。配合料每小時由熔化池上部加入,窯體分為熔化池和工作池,兩者由流液洞連接。與玻璃液接觸的部分全部使用電熔鋯剛玉磚,熔化池安裝有一對帶水套的棒狀鉬電極。工作池由硅鉬棒發熱體加熱,自動控制溫度。在電熔磚外側為耐火磚、保溫磚和陶瓷纖維棉的保溫結構,用有網眼鐵皮包住,由拉索和拉桿緊固。電熔窯的操作工人對電熔窯爐完全沒有經驗。
(2)供電和控制。電熔窯的鋁電極和硅鉬棒都使用單相供電。考慮工廠內其它用電設備的供電,使電源的三相平衡。
控制柜內設有變壓器、可控硅單元、控制單元等,外部設有電壓表、電流表、溫度調節指示計等。控制柜長寬高/555..4/555..4#555..。熔化池功率258<(:57/55=,2657:35>),工作池功率#58。
(3)電熔窯烤窯。!窯爐砌筑完后,用吸塵器將窯內的磚渣吸凈,再用濕抹布擦凈。在熔化池放入#5589碎玻璃。#升溫由工作池設置硅鉬棒加熱,不用其它熱源。由此,需要一定的時間,但對電熔磚來說這種方法比較好。$預先制定升溫曲線,根據這個曲線調整硅鉬棒的電功率。%窯內碎玻璃軟化后開始繼續加碎玻璃,玻璃液面達到電極位置以上時,插入電極并通電。&從硅鉬棒通電到鉬電極插入通電需要/5天左右,到開始出料還需要兩天右。’雖然對窯內進行了很好的清掃,磚渣等也不可避免,開始流的玻璃全是碎玻璃,窯爐的情況也不好掌握,所以這時玻璃液質量往往達不到要求。要逐漸取出玻璃液,加入新原料,這樣反復操作,以獲得合格的玻璃液。(窯內玻璃液和外殼要接地,操作工人的工作部位要敷設橡膠墊,窯和控制柜周圍應注意不要撒水。)為防止電極冷卻水中斷,一般不直接使用自來水,設置容量/噸左右的貯水池,使用循環泵供水。*每小時記錄一次電壓、電流、溫度、配合料加入量、玻璃液取出量等,便于進行研究討論,掌握好這些數據與玻璃質量的關系。因為是新設備,整理這些記錄是一項重要的工作。
(4)電熔窯的運行。
a.1980年7月23日硅鉬棒發熱體開始通電升溫,7月30日鉬電極通電,至8月3日開始出料。
b.最初的一個月,由于對窯爐和玻璃的關系掌握不好,出現了一些差錯,產生了少量氣泡、條紋和結石等,以后便比較穩定了。
c.窯爐后期固耐火材料結石增加,于兩年后的10月18日停止使用,對熔化池進行冷修后,于10月25日重新使用月10月25日硅鉬棒通電,11月1日開始出料。
d.熔化池上面覆蓋著一層配合料(冷料層),這個冷料層有一定厚度。有時配合料層和玻璃液間會造成空殼,配合料隨玻璃液取出同步下降是非常重要的。采用小鍬每隔一定時間均勻加料一次。
e.與一般的大型池窯不同,電熔窯的保溫很好。考慮窯爐的使用壽命為兩年,兩年后即對熔化池進行冷修。工作池預計使用四年。
f.如果碎玻璃塊度過大,將會擾亂冷料層。應經常注意碎玻璃的塊度。
g.鉬電極的尺寸(一面有凹螺紋),電流密度為!)*+,-’$。電極的冷卻水絕對不能斷,每支電極的冷卻水用量相當于!".$"/,0,出水溫度為1"2.3"2,溫度過高容易使水套結水垢。在出水處設置熱電偶,也可安裝報警裝置。
電極的電流相同,電極間電壓上升,可以判斷電極的消耗。這時將預備的電極部分向里推。根據概算兩年三個月電極長度消耗約,相對于!45玻璃消耗約")"15鉬熔入玻璃中。
h.熔化池溫度根據實測最高為,根據玻璃液面的高低有一定溫度變化。
i.工作池由硅鉬棒發熱體加熱,自動控制工作溫度。下午成型完后,溫度可以下降,降溫程度約!""2左右,這時只需白天用電量的二分之一就可以維持這個溫度。為達到次日早晨八點的成型溫度,在早晨六點左右開始升溫。制作大的制品時,工作池挑料口開的時間長,可以使用氣動門等自動啟閉,抑制散熱。
k.窯墻外表面溫度,根據部位不同在左右,窯上部溫度在。
l.冷料毯吸收了揮發性原料的揮發成分,減少了揮發性原料的用量。
m.用坩堝窯時,坩堝底部玻璃液幾乎不能使用,而電熔窯是一邊取料一邊加料,所以成型時間內能夠使用全部正常的玻璃液。
n.上午和下午的玻璃液面高度沒有很大差異,所以挑料人員在取料時鐵桿的握法也無大變化,可提高工作效率。
o.用坩堝窯時每天要刮四次料,而電熔窯幾乎不用刮料。
p.如果事前采取的措施得當可以取得好效果。例如,下午因生產大制品,需要增加出料量,可在上午適當增加電力,增加原料投入量。增加的用電量大小和增加的投料量多少,根據玻璃液質量和制品大小不同而定。
q.可以加班成型,如每天加班兩個小時,可連續一個月。
r.電熔窯占地面積小,在較小的場地也能有效使用。當然也不需要換坩堝,這是很大的優點。
s.根據玻璃組成和產品質量要求制定操作說明,但在玻璃廠一般難以遵守,有時產生一些問題。另外,小規模的玻璃廠出料量不定,不能長時期制作同一品種的制品。因此,每公斤玻璃出料量相對應的用電量有一定變化。
u.電熔窯也可更換玻璃液,但由于其結構、形狀使換料不方便,所以沒有進行。
[例2]玻璃公司玻璃電熔窯的運行情況。
某廠一座生產器皿玻璃的冷頂電熔窯停產檢修以觀察耐火材料和電極的侵蝕情況。下面總結的是該電熔窯第一個窯期的運行情況,包括玻璃的質量、成品率、電熔窯的熱效率、耐火材料和電極的壽命等,并涉及某些設計參數。
(1)電熔窯的運行情況。該窯運行了1133天。該窯設計的生產能力是!#$%&’,在整個窯期內熔化鈉—鈣無色玻璃,制造日用器皿。該窯期的數據綜合如下:生產玻璃總量)*%,電能總消耗量!("+#,),!-./,平均每噸玻璃電能消耗量,*0-./&(,)1粉料和碎玻璃,玻璃理論耗熱量!2!!-./&-3,熔化熱效率0,1,最小出料量!!02!%&’,最大出料量!+)2+%&’,全窯期平均出料量!(+20%&’,第*個月平均出料量!"#2"%4’,平均電耗,",2!-./&%。第"+個月平均出料量!"(2*%&’,平均電耗,,"2!-./&%。整個窯期內玻璃質量比工廠中其它火焰窯顯著提高,有代表性的氣泡數每公斤只有!0)5!,)個,成品率為6)1,而廠里其它窯生產類似產品時成品率只能達到,+1。
熔化池呈矩形,產量可達(+)%&’,熔化面積+,7(,玻璃液深度為!2+7。在每個角布置支水平電極,由于各排電極間幾何因素不同,因此底排電極引入負荷的"02+1,而上面兩排分別引入"!1和"!2+1。在"0個月的窯期內,電極的侵蝕是輕微的,與垂直安裝電極所預料的侵蝕情況相似。
在這座窯投產的早期,取這座窯中生產的玻璃試樣進行銀含量的測試,結果89:"含量為。在整個窯期內,通過每根電極的電流和電極之間電流的平衡都沒有顯著的變化。為了確保電極的侵蝕均勻,每兩個月把電極旋轉。
在37個月中,兩次把電極向窯內推進。窯末期放玻璃水后留在窯內的底括電極,整根用極沒有彎曲,水平插入的電極從池壁到電極端部,其直徑是均勻的。
(2)料層。整個液面上料層的厚度基本上是均勻的,料層像毯子一樣浮在液面上,在窯中心部分的料層厚度比池壁附近的料層厚度大,靠近側墻處厚度為!+)5())77,在窯中心處為*))50+)77,厚度與出料量有關。
生料的密度大約只有熔融玻璃密度的一半,而且靠近電極的周圍是能量釋放的最大區域,能量的釋放向著窯中心區域逐漸衰減。這兩種現象,是造成料層厚度變化的主要原因。但是,上述厚度差對下層玻璃液的澄清沒有什么有害的影響,較大部分的功率是由澄清池下部的電極引入的。
(3)耐火材料侵蝕。"0個月后窯內放出了玻璃水,檢查窯內耐火材料的侵蝕情況。側墻的侵蝕與火焰窯是一致的,液面線附近侵蝕最大,而且在熔化池整個深度上侵蝕是均勻的。熔化池側墻的剩余厚度在!))5!+)77之間變化,在整個窯期內原來"))77厚的耐火材料被侵蝕掉!+)5())77。
在熔化池,除流液洞蓋板磚是用含鉻的>?@A磚外,其余均用"))77厚的含(B:(#!1的耐火材料。通常,這些部位的耐火材料侵蝕是最嚴重的,但在這座窯上只有0+5!))77被侵蝕掉,還剩余())5((+77。這些磚突出于毗連的鋯英石磚,情況良好,而且磚縫處也只有輕微的侵蝕。
研究玻璃液中鉻含量,是不是流液洞處的耐火材料帶到玻璃液中的。分析了該廠沒有含鉻耐火材料的燃天然氣火焰多中的玻璃成分,結果是出人意料,燃氣火焰窯中的玻璃含的鉻,而電熔窯的玻璃卻只含有((;!)<的鉻。可能這種差別是分析過程本身引起的,也可能是硅砂中的固有微量元素,也可能是由綠色碎玻璃帶入的。總之不管玻璃中的鉻來自何方,總不會造成玻璃的著色問題。
(4)電纜線與電器。電熔窯由一臺三相到兩相的負荷為"#$$%&’的斯柯特(()*++)變壓器供電。電纜線、電器、變壓器、加料機都完好,在第二窯期不需要進行任何更換。
(5)冷修。在電熔窯冷卻后的,-天內完成了拆窯和再建的工作。每天,$小時一班作業,從放玻璃水到再生產瓶子的時間是-"天。
[例3]熔制鉛晶質玻璃的“/”形電熔窯的運行。
某廠一座鉛晶質玻璃電熔窯,每天熔制.0"120$+中鉛晶質玻璃,熔化池由兩個長方形地組成,熔化面積-0.3-的熔化池直接位于較小的澄清池以上,結構呈/型。熔化池兩側臺階上安裝氧化錫電極,每排電極均由位于同一水平面的電極組成,稱為主電極。主電極由單相調壓變壓器供電,熔化率為-02+43-·5,單耗為$06"%784%9玻璃。電熔窯設計熔化能力為。
氧化錫電極壽命為-年,窯爐壽命為!年,在電熔窯運行周期內更換一次氧化錫電極。若電熔窯在運行中停電次數多,造成電極磚孔爆裂變形,則無法更換主電極。
若將圓柱形電極改為磚型(如,6";,6";6"33)電極,安裝在熔化池兩側池墻上,不僅可保持電極電流在使用周期內基本不變,還便于電極更換。
若熔化量較大,熔化池宜改為六角形以解決單相供電造成的電網負荷不平衡問題。
(1)操作過程中發現的問題和解決措施。電熔窯運行伊始,決定采用全自動控制。由于在電熔窯中較難實行恒溫控制,所以滯后現象非常嚴重,系統中各部位的參數波動太大,輸入功率在,6$1-!$%7間波動,電阻在$0,6$1$0-$6!之間波動,溫度控制器(玻璃熔化池高溫計<=>)顯示值在,..$?1,.@!?之間波動,這樣不僅增加能耗,還使玻璃液質量不夠穩定。所以某廠決定改用手動調節來操作,方法是根據<=>顯示的溫度來調節控制輸入功率的大小。從實際運行情況來看,用手動調節來操作不僅可以保證玻璃液質量,而且可以加強操作工人的責任心,同時減少了耗電量。
(2)玻璃熔化池高溫計問題。玻璃熔化池高溫計(<=>)直接水平插入玻璃液中,用于測量熔化池中玻璃液的溫度,同時可利用它輸出的信號,進行熔化池輸入功率的自動控制。由于窯體滲漏玻璃液的原因,致使<=>高溫計在電熔窯運行一年后就被折斷,玻璃液侵蝕到高溫計的中心,與熱電偶絲接觸,<=>失靈,既不能用其顯示溫度,更不能用其進行自動控制。且<=>高溫計是水平直接插在玻璃液中,如果更換,必須放掉一部分玻璃液,必然影響生產。根據以往的操作經驗和熱平衡原理,決定采用熔化池輸入功率控制,并輔以耗電量、電阻值、流液洞溫度和電極電流等數據作參考,使系統得以正常運行。這樣,在<=>高溫計損壞以后,雖然不知道熔化池中玻璃液的溫度,由于采用了上述方法,耗電量和玻璃液質量均與以前大致相同,保證了正常生產。
(3)加料問題。按工藝要求,配合料和一定顆粒度的碎玻璃必須是平坦而均勻地撒布在熔化池內的冷料毯上。但開始提供的A/<B!,型加料機根本達不到此項工藝要求,只能將配合料呈兩條帶狀分布到熔化池表面,這樣,熔化池表面就不完全是冷料層,而是暴露出部分灼熱的玻璃液,使得上部空間變熱,不僅增加了能耗,還可能燒壞加料機。更嚴重的是配合料和碎玻璃過于集中,使得熔化池上面局部生料層過厚,在后續配合料的推動下,一些尚未熔化好的配合料就會隨生產流很快通過高溫區,使玻璃液質量變壞,同時造成電流分布不均,不利于熔化。為了保住冷頂,防止加料機燒壞,不得不多加料,造成不必要的浪費。
為了實現均勻加料,采用的是人工輔助加料方法。