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1、玻璃电熔技术的研究与发展姚如清一玻璃电熔技术的基础理论研究与实践：玻璃的熔制一直延续着使用各种燃料的火焰熔制。如；坩埚炉、单元炉、换热式池炉，发展到蓄热式池炉，经历了很长一段时间。但是都存在着能耗高、构筑费用高，占地面积大，热效率低等缺点。因此玻璃研究者近百年来都在探索新的窑炉结构来改造或替代这些陈旧的火焰炉。其中研究利用电能熔制玻璃方法比较多。计有：高频感应加热；电弧加热：电阻发热体间接加热：利用玻璃液的导电性能通电极直接加热等方法。其中；高频感应加热：只限于石英玻璃熔融用石墨坩埚作为发热体进行熔融，但石墨在高温下氧化速度快基本被淘汰。电弧加热：利用电弧加热是受钢铁冶炼的启发。但是使用电极都
2、是石墨或铁块对玻璃液有很大的污染没有成功。电阻加热；采用石墨坩埚( 用石墨电极加工而制) 或钼坩埚作发热体在真空和惰性气体保护下熔制石英玻璃。因成本太高不适合于普通玻璃熔制。由于上述方法的被排除，利用玻璃液的导电性能通电极直接加热熔制玻璃的方法被引起重视而逐渐成熟。但也经历了5 0 多年的较长时间。其历程是：1 9 0 2 年沃尔克( V o e l k e r ) 以其利用电流通过配合料产生的热来熔化未熔化的玻璃而获准一个基本专利。当然应用这一原理用于实际获得成功又过了2 0 余年的时间。其间1 9 0 5 年俄国索瓦仁也提出了利用玻璃液自身的电阻来进行电热熔制玻璃：1 9 0 7 年法国的
3、索维吉昂( S a u v e g e o n ) 获得了采用电熔的熔窑专利：1 9 0 9 1 9 2 0 俄国列杰尔斯在研究了十一年以后建造了一座实验性的熔炉装机容量为6 0 K V A ，产餐为1 0 0 虹。1 9 2 5 年他又组建了一个工厂规模为5 1 0 澜o a D ；1 9 2 0 1 9 2 5 年期间挪 威的雷德( R a e d e r ) 使用碳电极成功地实现了熔窑的全电熔；1 9 2 5 年瑞典的科尼利厄斯( C o v n e l i u s ) 已用这种熔窑生产琥珀色玻璃和绿色玻璃，但使用的是铁电极：到了1 9 3 2 1 9 4 0年这一时期弗格森( F e
4、r g v s o n ) 采用“T ”型熔窑从事电熔玻璃的研究。直到二次世界大战 期间为解决燃料的短缺，瑞士的波兰耳( B o r e l ) 对电熔技术做了大量的研究终于获得成功并由法国圣哥本( S t G o b a i n ) 公司加以推广。二次大战后由佩恩伯瑟( P e n b e r t h y ) 设计了钼电极系统于1 9 5 2 年开始广泛采用。1 9 5 6 年英国的格耳( G e l l ) 和汉恩又推出使用钼板电极。由此全屯熔炉和电助熔炉因其技术上的成熟而在欧美国家获迅速推广。我国在七十年代末开始进入玻璃电熔技术的研究。八十年代中期上海器皿一厂、大连玻璃器T mV 和j
5、L 碚玻璃器皿厂先I f ；彳由德国索尔格( S O R G ) 公司和英国K T G 公司引进了三座熔制中铅玻璃( 含铅2 4 ) 的电熔炉。与此同时我国的玻璃电熔研究工作亦进入了实践应用阶段。先后在贵州、山西、河北、福建、浙江、江苏、山东及京、津、沪等2 0 多省市地区普遍推广应用全电熔炉和电助熔炉。并且其应用领域已渗透到：钠钙玻璃器皿；玻璃瓶罐：电光源玻璃；光学玻璃；硼硅酸盐玻璃；乳白玻璃：颜色玻璃；铅晶质玻璃；微晶玻璃及玻璃棉等方面。规模由3 吨，日3 0 吨日以上，熔化率达3 吨M 2 日，能耗为0 8 - 2 千瓦时公斤玻璃。各项技术指标基本达到国际先进水平。二推广玻璃电熔技术的意
6、义和发展前景：尽管玻璃电熔技术的研究已有百年的历史，但是真正的普及应用亦就是近2 0 余年时间。这主要是冈为能源的匮乏，人们的环境保护意识加强和电力事业的发展而发展的。以下仅就推广玻璃电熔有关优势条件阐述如F ：7 7( 一) 能源结构的多元化促进玻璃行业能源结够的调整：能源短缺是个世界性问题，亦是影响我国工业发展的大问蘧。能源结构的多元化是个必然的趋势。据有关新闻媒体介绍我国在“十一五”期间将建1 1 座原子能发电站，其装机总容量将达3 0 0 0 万千伏安。这就有利于工矿企业能源结构的调整。采用电力作为能源将是工业最理想的洁净能源和环保能源。从单位能耗方面来衡量也是节约能源的良好选择。玻璃
7、电熔技术无论从熔制范围到熔制规模都已经有了成熟的经验。对于火焰炉的嫁接过渡既可完成全电熔炉的改造又可进行电助熔炉的改造条件比较成熟。( 二) 抑制有害气体排放，减少大气污染；。火焰炉在熔制过程中不断向大气排放一氧化碳，二氧化碳，二氧化硫，三氧化硫和氮氧化物等有害气体。对大气环境带来极大的污染和危害。而电熔炉则不存在这一类气体的排放，即使从玻璃原料中含的碳酸化物等挥发气体释放也很容易捕获，净化成为付产品。般每百吨玻璃可收集纯度为9 9 5 的二氧化碳1 5 吨。因此采用电熔炉可提高环境的品质。( 三) 提高产品质量与火焰炉的横向熔化相比，电熔炉的熔化方式是垂直熔化，全部玻璃都经历了相同的热周期的
8、历程，因此熔制均匀度好，从而降低气泡，条纹，结石的产生而提高料质提高了产品质量。( 四) 节约挥发性原材料降低成本：对于乳白玻璃、硼硅玻璃和含铅玻璃而言均有氟化钙，氧化硼和氧化铅等低熔点的可挥发性物质，在火焰炉中往往以加大烧失量和增加这类原料的添加量来保证玻璃成分的稳定。而电熔炉则相对不挥发或挥发很少，一般可节约1 0 - 4 0 可挥发性原料的引入量。( 五) 电熔炉占地面积小，造价低，操作方便，大修快：一般电熔炉熔化率比火焰炉高5 0 左右，因此熔化面积小。另外电熔炉没有高大的烟囱，没有烟道和蓄热室。所以占地小占用空间少，节省了大量耐火材料和厂房造价。同等规模窑炉的造价可降低5 0 左右。
9、另外一般火焰炉在运行中相对要对燃料；一次空气：二次空气；火焰温度：蓄热室温度；窑压；换相等方面多通道控制。而电熔炉的控制则简化得多，它只需要监测温度与液面来调整电流和加料量即可。一般火焰炉做一次大修约二个月左右，而电熔炉只需十天左右。( 六) 在整个窑期内保持窑炉的全定额出料量：火焰炉因其日常保养不当及燃烧系统的变劣易影响出料量。而电熔炉则可通过提高电压来调整功率即可简单地补偿炉体的额外热损失。由上列可见发展电熔炉具有极其重要的意义，和广阔的发展前景。但也有一些不足之处需要靠今后在技术上的突破和政府在政策上的支持。具体是：电价问题需要政府的政策倾斜：发达国家一方面为了保护环境鼓励企业尽量采用电
10、力能源。另方面采用低价能源发电降低成本。相对也降低了工业用电价格。我国也有些地区电价相对要低些。可以考虑先上而沿海地区就需要政府的支持以换取一方的碧空兰天。玻璃品种更换较难：火焰炉更换品种时只要放料后从新投料即可，过渡比较简单。电熔炉在周期内不能停顿，否则没有了玻璃熔液就不能生产，所以要长时间的过渡才能更换品种。电极插孔位置与耐火材料的合理使用有矛盾：玻璃熔炉高温区的耐火材料对缝隙要求很严因为缝隙容易受玻璃液的侵蚀。而电熔炉的电极在熔炉的高温区横向插入，电极插孔的缝隙造成耐火材料过早侵蚀影响窑炉寿命。目前有些单位正在实验采用上插方式将电极从顶部插入，但又造成电极与空气接触影响电极的寿命，孰轻孰
11、重有待于实践中去印证去突破。7 8三、火焰炉配合电助熔技术取长补短：火焰炉电助熔的专利1 9 3 4 年在美国首次批准但在1 9 5 2 年才开始获得推广应用。由于电辅助熔化装置，使企业增加了产量的灵活性即需要增产时可以让它运转不需要时又可以停止。因此颇受一些老企业改造的青睐。我国上海澳联玻璃公司在对原上海申光玻璃厂8 0平方米马蹄形熔炉上增加电助熔后多出产量3 0 使企业获利。由此推动了我国玻璃行业电助熔技术的推广。应用。电助熔除了提高出料量以外还有下列优点弥补火焰炉工艺上的不足。( 一) 改进玻璃的料质：火焰炉对玻璃料液的熔制是通过火焰的辐射加入玻璃液并以辐射渗透到底部。但是一些有色的玻璃
12、对热的穿透传导比较著。因此造成玻璃液上下温差大，采用电助熔后弥补了这一缺陷提高玻璃料质。( - - ) 弥补火焰炉对难熔玻璃的不足：某些玻璃成分的组合中有较高含量的低熔点金属氧化物的组合如：硼硅玻璃，铅玻璃，乳白玻璃等。在共熔过程中容易产生低熔点金属氧化物的表面挥发，既加大了成本又污染环境。采用电助熔以后可减弱玻璃表面燃烧强度，降低低熔点氧化物的挥发。( 三) 减少玻璃料中的结石缺陷：玻璃产品中的结石是影响玻璃质量的瑕疵，大部分结石是没有熔化好的石英砂。主要是玻璃液深层的温度太低没能熔化好石英砂，通过电极加热以后重新与周围的玻璃熔融形成完整的玻璃。( 四) 补燃烧系统劣化的不足：火焰炉到了后期燃烧系统热力不足影响出料量，增加了电助熔以后弥补了这一不足保证生产正常。由上可见电助熔是对火焰炉一个重要的补充和完善。由于技术上的成熟和条件上的可行( 每增产一吨玻璃只需耗电约2 4 千瓦) 。因此大力发展火焰炉的电助熔是瓜熟蒂落很自然的事。参考文献：( 美) F u 托利玻璃制造手册( 上册) 中国建筑工业出版社1 9 8 3 2 基泰戈罗德斯基玻璃与玻璃熔融建筑工业出版社1 9 5 8 8 竹花济夫等新版玻璃手册玻璃与搪瓷编辑部1 9 8 5 8
