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1、玻璃全电熔窑图片4 电熔窑4.1 概述4.2 玻璃电熔原理4.3 全电熔窑的分类和结构4.4 电极选型与布置4.5 供电与控制4.6 电熔窑的设计目录4.1 概述目前玻璃熔化的窑炉以火焰窑（燃油、天然气、煤等）为主，电熔窑为辅。电熔窑问世于20世纪30年代，一部分小型窑和特种玻璃炉使用电熔技术。电熔窑人工吹制生产现场及部分玻璃产品照片4.1.1 国内外电熔窑发展情况1905年法国试验石墨电极熔化窗玻璃，1907年首次取得专利。1920年挪威实现石墨电极熔化瓶罐玻璃。 1925年瑞典曾试用纯铁作电极熔制琥珀色和绿色瓶罐玻璃。1932年费格森试制水冷钼电极。1942年康宁公司开始推广钼电极。国内2
2、0世纪80年代开始从国外引进全电熔炉。厂家名称引进年代引进企业产品及规模北京603厂日本光学镜片炉大连玻璃器皿厂1983年英国KTG6吨铅玻璃炉上海器皿一厂1986年德国SORG6吨铅玻璃炉重庆北碚玻璃器皿厂1986年英国KTG铅玻璃炉西宁光明化工厂1988年日本山村硝子50吨钠钙炉昆明平板玻璃厂1988年英国KTG120吨平板炉沈阳、扬州、佛山、承德、蚌埠4.1.2 电熔窑的优缺点优点是：（1）热效率高：电熔窑电能在玻璃液内部变成热能，且玻璃液被配合料覆盖，周围散热可降到最低限度，且没有废气热损失。故热效率高，大型电熔窑可达到(75-80)%，小型达60%。(火焰池窑效率仅为(25-30)%
3、，小型窑10%。) （2）适合熔制高质量玻璃：火焰池窑须具备稳定高温和改善均化对流。在电熔窑中靠窑结构、电极位置，调节电流，就易取得。熔制玻璃有很高的均一性。即使配料称量发生大误差，仍可继续作业。熔制钠钙玻璃可提高合格率(2-4)%，结石可降至0.3%。熔制乳白硼硅玻璃和铅玻璃可提高合格率约20%。（3）适宜熔制含高挥发物组分（氟、铅、硼、磷等）玻璃和极深色颜色玻璃火焰窑中火焰掠过液面，大量挥发物飞逸进入烟囱造成环境污染，且液面形成不同于下层的玻璃组成，不均一。而在电熔窑时挥发物遇冷料层即冷凝，料粉尘飞扬受到抑制，有利于玻璃组成稳定，澄清的玻液在作业部、供料道等温度较低区域挥发。因温度低，上部
4、空间密闭，挥发量极少。可精确控制玻璃组成。电熔节约不少含挥发物原料。熔乳浊玻璃，火焰窑氟化物损失(35-40)%，电熔窑(2-4.5)%。硼玻璃，火焰窑(6-10)%，电熔窑1%。铅玻璃可节约 (10-20)%。电熔窑熔深颜色玻璃时，不存在火焰窑时的透热问题。玻液上下温差极小，有利熔化和澄清。熔高铁棕色玻璃，液层1200mm处与液面温差14，可保持颜色稳定。 （4）电熔窑构造简单，管理方便 不需有关燃烧设备及蓄热、换热等装置。电极可在窑底加热、熔制能力较高，厂房小，小容量窑就可熔需要高温熔融的玻璃。易控制，更精确调节作业制度，大修时间短，停窑到重出玻璃只需10天。（5）避免环境污染 作业环境好
5、，没有喷嘴和燃烧噪音，没有碹顶和上部结构散热，环境温度不高及没有废气和配合料粉尘，是污染环境最小的熔制方法。 缺点: (1)很多地区电力费用仍较昂贵，但前述各优点通常可以弥补多花的电力费用。(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。 全电熔窑熔化玻璃种类分类产品钠钙玻璃普通钠钙玻璃日常器皿（如花瓶、水杯）、灯饰钾钡玻璃高档酒具高白玻璃白酒瓶K523，K9玻璃板做装饰用硼硅玻璃33太阳能管、口杯管、玻璃棒38/40帕灯、果汁杯、洗衣机观察窗50药玻瓶70药玻管乳白玻璃（氟乳浊）餐具、酒瓶、装饰板铅玻璃器皿、电子产品4.2 玻璃电熔原理熔制过程阶段熔制过程阶段主要
6、反应过程主要反应过程形成物质形成物质温度范围温度范围硅酸盐形成硅酸盐形成配合料粉料受热、水配合料粉料受热、水分蒸发、盐类分解、分蒸发、盐类分解、多晶转变、组分熔化多晶转变、组分熔化例如例如SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2不透明烧结物不透明烧结物8001000玻璃形成玻璃形成硅酸盐开始熔融硅酸盐开始熔融不够均匀的透明不够均匀的透明的玻璃液。的玻璃液。1200玻璃液澄清玻璃液澄清除去玻璃液中肉眼可除去玻璃液中肉眼可见的气体夹杂物见的气体夹杂物透明的玻璃液透明的玻璃液14001500 玻璃液均化玻璃液均化依靠扩散和对流作用依靠扩散和对流作用均化均化均匀透明玻璃液均匀透明玻璃液140013
7、00玻璃液冷却玻璃液冷却时间空间时间空间均匀透明玻璃液均匀透明玻璃液13001100144.2.1 玻璃的熔制过程电熔窑玻璃熔制过程示意图电熔窑的温度分布曲线164.2.2 电熔原理 高温玻璃液具有导电性。将电流通过电极引入高温玻璃液直接通电加热，两电极间玻液在交流电作用下产生焦耳热达到熔化和调温目的.玻璃液导电性主要是电荷通过离子迁移。玻璃网络结构中碱金属（Na、K）离子结合最弱，是电流载体。石英玻璃和硼玻璃含少量碱离子导电性较差。 钠钙玻璃除离子数量外，离子强度和半径也影响导电性。与Na+相比，K+结合虽弱，但K+半径较大，迁移阻力大。Li+半径比Na+小，但Li+结合强，Li+迁移比Na
8、+困难。Na+最有利于增加导电性。混合碱玻璃导电性最差。导电性难易以电阻率（cm）或电导率（1/cm）来表示。玻璃室温为电绝缘体=10-1310-15/cm。温度上升，下降，大幅度提高，熔融态= 0.11/cm。含其它改良剂离子时，降低离子迁移和，如Ca2+、Ba2+、Pb2+提高玻璃大幅度提高。玻璃具有电解特性，直流电使电极表面产生沉积物和形成气泡。电熔不能采用直流电，应采用交流电由隔离变压器供电。电熔窑结构侧视及熔化示意图 玻璃液 电熔窑及电极电场图片4.3 全电熔窑的分类及结构4.3.1分类按顶部温度可分为热顶电熔窑、半冷顶电熔窑和冷顶电熔窑。按熔化玻璃品种可分为含有高挥发性组分的玻璃电
9、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。按日产量可分为小型、中型和大型窑。按液流方向可分为水平式、垂直式。4.3.2窑炉形状按横截面形状可分为矩形、方形、三角形、六边形、圆形。按熔化池纵截面形状分：直筒形、T形。中型以上电熔炉采用三相电炉变压器，其电流线和功率分布形成若干个三角形，三角形摆在正方形或长方形的炉型里很难做到对称和均衡，出现六角形电熔炉。 全电熔炉炉型示意图左图为矩形、中图为六角形、右图为圆形全电熔炉炉型示意图左图为直筒形、右图为立剖面T形4.3.3 窑炉结构包括熔化池、流液洞、上升道、澄清池、工作池、料道、料盆等。在性能上分为熔化区和非熔化区。电
10、熔窑结构示意图六角形带供料道电熔窑结构示意图六角形带人工挑料口电熔窑结构示意图电熔窑现场照片图左图为熔化池冷顶式，熔化区平面为圆形，人工加料。右图为熔化池冷顶式，熔化区平面为圆形，顶插电极。加料口 电熔窑现场照片图非熔化区根据成型需要，结构各有不同。大致有人工挑料工作池和料道形式。上图为人工挑料工作池形式人工挑料口人工挑料口 电熔窑现场照片图-料道形式料道料道4.3.4 耐火材料和窑体保温（1） 耐火材料的选择 1)碹顶和池壁电熔窑一般是冷顶操作，上部空间温度不高，所以碹顶可选用高铝砖或粘土质耐火砖。池壁部位由于电极的插入, 需在砖上打孔, 且电极附近的温度要比玻璃液温度高50100。因此,
11、池壁选用无缩孔电熔锆刚玉砖。熔制无碱玻璃池壁用电熔石英砖 。2)池底 为了提高池底的抗侵蚀能力,在粘土砖与玻璃液接触的表面上铺一层5mm厚的锆质捣打料起密封作用,再在捣打料的上部铺一层65mm厚的AZS砖,经过这样处理的池底可以使用几个窑期。 3)流液洞 流液洞砖材采用无缩孔的含ZrO241%的AZS砖。熔制硼硅酸盐玻璃和乳浊玻璃用纯锆石英砖 。主要侵蚀部位是流液洞盖板砖,朝向熔化部的进口及朝向工作部的出口。为了减少向上侵蚀,流液洞排砖时应尽量减少水平砖缝。4）全电熔窑内衬材料选择原则：抗玻璃液侵蚀能力强不污染玻璃价格合理氧化法电熔锆刚玉砖(AZS)：电熔耐火材料按浇铸方法分为四种类型毛坯砖经
12、过切割、磨面、钻孔工序，检查合格后视为成品砖；在组装平台上进行预组装、喷砖号、喷连接线等操作。组装后进行全面检查，要求砖缝0.5mm4.4 电极选型与布置4.4.1熔化池内温度的分布设计为了满足工艺的要求，必须制定一温度曲线。电熔窑熔化池采用垂直熔化，从上到下分为：硅酸盐形成、玻璃的形成、澄清、均化、冷却，还包括配合料之上的冷顶层，玻璃液的冷却在流液洞和上升道进行。4.4.2 电极材料能承受1700高温；足够机械强度；800不被空气氧化；具有与金属相当的电导率；耐急热急冷性好；不污染玻璃液；价格便宜。钼 氧化锡 石墨 对玻璃的氧化和还原性 在还原状态下的稳定性 在高温空气中的消耗率对玻璃的着色
13、情况 耐冲击性能 水冷的必要性 操作所需费用 还原良好高良好良好有中等中性不良1400高低不良无高还原良好可燃尽良好良好有低石墨、钼、氧化锡三种电极比较 各种加热用电极钼电极氧化锡电极硅钼棒电极供料道上部加热的硅碳棒工作池上部加热的硅钼棒钼电极:对多种玻璃熔制适用。由钼粉（钼99.9999%）液压成型，高温气氛炉烧结，再加热锻打，制成31、50、75mm，长1-2m的棒状电极。有螺纹电极便于推入窑内。钼：熔点高，导电性好，机械强度大，热膨胀系数低，加工容易，不污染玻璃液，较理想电极。做电极空气中受热易被氧化，600时产生氧化钼。窑内高温使用被玻液覆盖免受空气氧化。高温下会结晶而变脆，被玻璃液逐
14、渐侵蚀，隔时把电极向窑内推进。石墨电极优点:密度较小（1.610-3kg/cm3），破碎会浮在玻液面上易除去。足够大机械强度，高温下耐用，寿命412个月。缺点：只用于具有还原能力的玻璃，易使玻璃着色（棕色），接触电阻大，允许电流密度0.10.3A/ cm2，电极直径较大(150200mm)。石墨电极通常水平安装在液面下25mm处左右，玻璃中金属氧化物着色剂会被还原成金属，沉淀在电极上，或产生碳化物，改变玻璃色泽。因此，不能用于熔制硼玻璃、彩色玻璃和铅玻璃。二氧化锡电极具有抗氧化作用的陶瓷材料，除用于熔制铅玻璃，还可熔制含As2O3、CoO、Fe2O3的玻璃。块状（砖块）或粗棒状（12mm），密
15、度6.8 kg/cm3，耐急热急冷性好，但抗拉强度低。氧化锡电导体具有负的特性，在400时电 阻 率 为 0.81.2cm,1000为0.00250.0045cm，因此，须在高温下向电极供电。4.4.3 电极布置电流密度分布、热量输出和玻璃液流都对玻璃液的质量、电极的侵蚀和使用寿命有影响。应考虑耐材质量与安装维修条件。实验证明：不论电流方向，80% 的能量都释放在相当10倍电极直径长的半径范围内，应保证电极对玻液流影响最小，能量在玻液中均匀分配。电极的布置五个形式：水平棒状，垂直棒状、板状、塞状电极。水平电极易安装，监视运行方便，漏料风险较垂直电极小。主熔电极顶插现场安装照片主熔电极底插现场安
16、装照片熔化高硼硅3.3玻璃电熔窑照片-斜底插电极全电熔炉电极插入方式示意图熔化池主熔电极的插入部位：从左到右分别为顶插、底插、斜底插、水平插全电熔炉电极形状示意图从左到右分别为棒状、异形棒状、板状电极插入方式的优缺点插入方式优点缺点顶插适用各种玻璃，可提高窑炉使用寿命对玻璃液面稳定性和操作要求严格底插底部插入，做辅助电极用，可使用一个炉龄对冷却系统要求严格斜底插熔化稳定、对池壁侵蚀较轻，可使用一个炉龄对T形台位置侵蚀较重水平插适用各种玻璃，方便调整电极插深；相同面积下，熔化率高，出料量大侧壁需钻孔，窑炉寿命相对较短水平棒状电极：最普遍布置方式，用在瓶罐玻璃电熔窑。熔窑水平温度升高的场合。电极或电极对相对布置，电流密度呈层状分布。电极所释放的热量在窑内分布均匀。电极端部自由间距应大于电极长度的两倍。钼电极在高温时会向下弯曲，有折断危险，电极长度L/直径20。电极上侧形成液流，盆状侵蚀，严重时会造成砖穿孔。下侧对流较弱。电极于池深1/3-1/2侧墙处插入50-90cm，顶端电流密度非常高，形状呈椭圆形。连续使用顶端变尖缩短，需定期推进窑内。缺点：大型熔窑或熔化高电阻玻璃操作电压高（大于30
