9.1使用硅钼棒间接加热的电热坩埚窑

例1．双坩埚室的电热坩埚窑

   在坩埚周围垂直按装硅钼棒发热体。该窑分为两个坩埚室，在一个室内放一个坩埚(容量225Kg)，独立操作，温度分别自动控制。在窑下部设置玻璃液流出孔。窑炉的长宽高为2630mm×1530mm×1920mm。两室用电量：60Kw(200V×300A)，控制柜长宽高为1500mm×1000mm×2000mm。开始时使用动断式控制方式，后来改为可控硅控制。筑炉后与坩埚窑一样先放入坩埚。按预定曲线开始升温。六日后开始出料。日常操作与坩埚窑无多大变化。因是相对独立的，相邻的坩埚状态无需考虑。坩锅窑的出料量650—750Kg/d，熔制用量较少和品种变动较多的透明和茶色硬玻璃

    最初，因温度调节有误，造成了坩埚破损。坩埚预热使用另一侧不用的窑，使其温度下降后放入坩埚。即轮换使用，坩埚寿命和原来差不多。

    玻璃质量和坩埚窑一样，但改善了操作环境，使操作容易进行了。因为是间接加热，每公斤玻璃液耗电量比直接通电的电熔窑多。

    表9.1.1所示的数据，由于加料时间、玻璃料别不同，成型时的数据有一定差异。

表9.1.1

日期	玻璃品种	温度℃	电压V	电流A	功率Kw	电耗Kw/Kg
81.11.25	茶色硬玻璃	1310-1450	110-170	203-280	22.3-47.6	4.5
82.9.3	硬玻璃	1370-1490	120-170	215-280	32.2-47.6	6.0
82.9.21	普玻	1200-1480	135-175	225-280	31.1-49.3	4.0

例2  熔制铅晶质玻璃的电热坩埚窑

   根据坩埚窑条件不同，开口坩埚直径在500—1300mm范围内，高度在600～750mm范围内。由于多坩埚窑内各坩埚间存在温差(15℃左右)，致使玻璃液质量受到影响，所以西德现已淘汰了多坩埚窑。单坩埚窑(如图9.1.1所示)和双坩埚窑内温度较易控制，玻璃液质量相对也高一些，故仍用于生产特种玻璃。标准开口坩埚直径为1200mm，高度为650mm，容积为350升。以玻璃液比重2.8g/cm3计算，则一缸玻璃液重980Kg，实际可生产780Kg的玻璃制品。              

     考虑到熔制过程中PbO的挥发量，原料配方一般要求含PbO量为26～28%，熟料加入量为40%左右。根据窑炉及原料的具体情况在上述范围内调整，以保证成品含PbO量为24%。

9.2  熔制钠钙玻璃的全电熔窑

例1  日产6吨钠钙玻璃全电熔窑

（1）玻璃的组成

SiO273.74   Al2O31.25   B2O31.1  CaO4.71    Na2O15.65   K2O0.15   MgO3.17

（2）膨胀系数（0—300℃）87.3*10-7/℃

（3）软化点 683 ℃  

(4)电熔窑的结构如图9.2.1，1—水套；2—电极；3—加料口；4—喷嘴；5—排烟气；6—喷嘴；7—电热元件；8—热电偶；9—测温孔；10—电极；11—熔化池；12—水套；13—工作池；14—电极；15—料道。

表9.2.1  电熔窑的技术经济指标

熔 化 池	面积 m2	1.2
	深度 m	1.2
	熔化率 t/m2.d	3.0-5.0
	输入功率 Kw	160-180
	熔化玻璃单耗Kwh/Kg璃液	1.19-1.44
	空间温度 ℃	160-200
	玻璃液温度　℃	1450
工 作 池	面积  m2	0.36
	输入功率 Kw	28.0
	单耗 Kwh/Kg璃液	0.23
	空间温度℃	1200

(5)该窑炉的热效率44%.

(6)该电熔窑结构简单，砌炉仅用10天，烤窑仅用6天。  

例2 日产0.5T白料眼镜玻璃的小型电熔窑

1．电熔窑的结构

   该窑采用立式结构，窑炉由熔化池、流液洞、上升道及料道组成。熔化池采用上下两对钼电极，分两层加热。上升道采用一对钼电极，料道采用硅钼棒辐射加热，其结构见图9.2.2。

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    在熔化池顶部装有两个煤气喷嘴，供电熔窑启动时加热用，以保证电熔窑在1000℃左右时电极可以顺利通电。熔化池和上升道均采用电熔锆刚玉砖(含ZrO233%)，砌筑时电熔砖的浇铸口向外。料道采用烧结锆刚玉砖，炉顶采用高铝砖。池墙顶部采用2cm厚的陶瓷纤维棉进行保温，池底不保温。

2.技术指标见表9.2.2

表9.2.2

出料量t/d		0.5
****出料量t/d		0.84
熔化率t/m2·d		1
玻璃品种		钠钙玻璃(白料眼镜片)
玻璃比重t/m3		2.5
能耗(包括料道) Kwh/Kg玻璃		3.2
面 积 (m2)	熔化池，	0.49
	流液洞	0.045
	上升道	0.09
	供料道	0.2757
	玻璃液流经长度m	3.705
钼电极	φ37mm×1000mm	四根
	φ32mm×800mm	二根
电流调节		手动
电极间电压V		80
加料	加料次数	每20分钟人工加料一次
	碎玻璃	30%
	料毯层厚度	～10cm
加料空 间温度	冷炉顶	300℃<T℃<400℃
	热炉顶	1150℃<T℃<1300℃

3.供电

    每对电极采用100kw单相电源调压变压器进行调节控制。次级侧有两组线圈。并联接法时电压100V，电流为1000A。串联接法时电压200V，电流为500A。料道采用50Kw调压变压器进行控制(见图9.2.3)。供电分四组、熔化池上下两层为2组，上升道为一组，料道为一组。

           

4.电极和电极水套

    使用国产钼作为电极，其化学成份如下：Mo>99.9%  C<  0.004% Fe0.003%  Cr<0.003%   Al<0.003%   Mg<0.003%  Si<0.001%  Ca<0.01%  N2<0.0026%  O2  0.015% 。

整个电熔窑共六根钼棒，总重量为58.3公斤。熔化池4根钼电极损耗量为31.9g/d，上升道二根钼电极损耗为4.0g/d，电极顶部的蚀损较根部大，整个电极外表面损耗程度较均匀(见图9.2.4和表9.2.3)。

表9.2.3  钼电极在熔化池及上升道重量损失测定

电极位置	使用时间	使用前的 重量（Kg）	使用后的 重量（Kg）	消耗的 重量（Kg）	平均每天消耗 的重量（Kg）
熔化池	47天	10.84	10.45	0.39	0.0796
上升道		6.30	6.20	0.10	0.002

    水套采用1Cr18Ni9Ti不锈钢，其结构见图2.2.28 。顶端为电极塞头，未端有进水管通冷却水冷却电极。电极水套盖内采用“O”型密封圈，在电极安装好后，将盖用螺纹上紧，使冷却水密封不致渗出。

    电极冷却水使用软化水冷却电极。电极水冷却套在电熔窑炉墙安装位置，见图9.2.5。电极塞头距池墙砖内表面60～100mm。由熔炉内取出钼电极观察，电极根部被玻璃密封良好。钼电极的冷却热损失，和冷却水耗用量数据见表9.2.4。

表9.2.4  钼电极水冷套的热损失和用水量

部位	电极冷却水带走的热量（Kw/h）	冷却水量(Kg/h)
熔化池	2.7-2.85	100-120
上升道	2.2-2.35	100-120

 

5.电熔窑的烤窑

    利用窑顶的煤气喷嘴升温8天，至1300℃左右开始加碎玻璃。当玻璃料液面升至下层电极位置时，将电极插入。当玻璃液将电极盖没时通电；此时玻璃液温度较低，电压相当高，可以输入一定的能量，使碎玻璃迅速熔化。当玻璃液升至上层电极位置时，插入上层电极通电。

6.电熔窑功率消耗

    电熔窑调整正常后进行电工参数的测定，试验时出料量分别为300Kg/d、500 Kg/d、850 Kg/d，玻璃质量在检验后，气泡情况差别不大。电熔窑的熔化率和单耗见表9.2.5。

表9.2.5 0.5 m 2电熔窑熔化率及单耗

出料量（t/d）	300	500	850
熔化率(t/m2.d)	0.6	1	1.7
电熔窑功率(Kw)	105-115	105-115	105-115
Kwh/Kg玻璃(包括料道)	8.4-9.2	5.1-5.5	3.0-3.3

7.电熔窑炉温的测定

    在电熔窑正常操作时，采用2 m长带刚玉保护套的铂铑热电偶插在熔化池中心，由上而下逐点进行玻璃液温度的测定，结果见图9.2.6。由图中可看出，熔化池热点处于上层和下层电极中间；出料量大(每天出料量850Kg)，则热点向下移，上层玻璃液温度降低。

    电熔窑出料量在0.5t/d时，形成热炉顶，其空间温度一般为1100℃到1300℃。在电熔窑相同的功率下，出料量增至0.85t/d时，形成冷炉顶，其空间温度一般在400～500℃之间。在每30分钟 一次的人工加料周期中，温度变化情况见图9.2.7。

    冷炉顶形成后，熔炉上部温度低，热损失减少配合料中挥发物损失量亦相应减少。

8.玻璃熔制质量

    该电熔窑在尚未采用可控硅恒流控制以及料液面自动控制的情况下，所得玻璃的质量大都保持在气泡200个/公斤玻璃的较好水平。气泡数量检验结果见图9.2.8。

9.经过热工测定、热平衡计算，该电熔窑的热效率为25%，炉壁加热散热占46.3%，冷却水热损失18.7%。电耗为2.752Kcal/Kg玻璃( 3.2Kwh/Kg玻璃)。     

例3 日产3吨灯泡玻璃的全电熔窑炉

   日产3吨全电熔窑运行正常，熔化率3T/d·m2，当加料量和出料量达平衡时，熔化池能形成冷炉顶。熔化每公斤玻璃耗电1.4度。玻璃的膨胀系数能与灯芯玻璃相匹配，白度高，玻璃光泽好，明亮。该电熔窑的熔化面积1.0M2 ，  澄清温度1400～1420℃(在四支电极中心位置)，并形成冷炉顶(最低270℃)，经两个月小型电熔窑运行实验证实，玻璃的熔化质量良好，玻璃液对钼电极的侵蚀不明显。

1.玻璃的基础配方见表1.1.4第NO15号，玻璃的电阻率—温度曲线见图1.1.17第NO15号曲线。熔化温度根据沃尔富(B.M.VOLF)熔化温度经验常数τ的计算约为1380～1400℃。玻璃澄清温度根据高温粘度(旋转法)测定结果(表9.2.6)绘制的粘度—温度曲线，外推法取得澄清温度(logη=2)，约为1450℃。

2.澄清剂添加的范围：组合澄清剂采用CeO2、NaNO3、Sb2O3、NaCl。与原火焰窑生产配方比较，取消了白砒与MnO2。组合澄清剂的组成：氧化铈0.1～0.3，三氧化二锑(0.1～0.3%)，硝酸钠2.07～2.77%， NaCl  1.88～3.76%。电熔窑配方与国外熔化钠钙硅玻璃允许用量(Sb2O3  0.4%，NaCl  0.1%，NaNO3  0.27%) 比较，NaCl与NaNO3均偏高，从取样检验结果(含有气泡，条纹，结石的废品率为5～15%)表明，澄清效果良好。比火焰窑成品率提高10～15%。

3.配合料制备及配合料均匀度的影响：每付料以100公斤计算，原料按照配方称量后倒入圆筒混料机，机械混合20分钟。每付料取样，用滴定方法测定配合料均匀度(90～98%)。 

    配合料的均匀度最低90%，最高98.51%，无规则波动。对澄清效果无直接规律性的影响。但对于玻璃组成的均匀性与稳定性有一定的影响。配合料均匀度的不稳定，是造成熔化玻璃组成不稳定一个因素。

表9.2.6

粘度（logh）	4.1	3.63	3.14	2.90	2.65	2.44
温度(℃)	1019	1092	1181	1234	1292	1350

表9.2.7

电阻率(W.cm)	9.09	7.30	6.67	5.65	5.181
温度(℃)	1150	1200	1250	1300	1350

4.熔化池温度分布对玻璃熔化的影响

    电熔窑人工加料。粉料与熟料比例各为50%。熟料在炉前称量与粉料混合，用铁锹投入炉内。加料均匀散开。间隔30分钟一次。换料到位后分三个阶段进行试验。每个阶段的出料量与电工参数列入表9.2.7。熔化池温度的分布与电极之间玻璃液中电力线的分布一致，因此电极周围温度最高。热电偶浸入玻璃液内只有10cm，并非实际的最高温度，因此只作参考温度。在熔化过程中以控制功率为主，并在稳压情况调节电流。

工作池出料方式以放料为主，仅少量人工吹泡壳取样。各阶段工作池内温度控制在1050℃。

 表9.2.7

试验周期	天数	日出料量 (Kg)	熔化池功率 (KVA)	耗电量 (Kwh/Kg玻璃)
第一阶段	20	400	91.87	5.51
第二阶段	5	800	86.56	2.59
第三阶段	7	1200	90.30	1.81

   玻璃取样结果表明，第3阶段(1.2t/d)玻璃的熔化********(成品率90～95%).。熔化池炉温纵深方向实测结果，最高温度达到1418℃，第2阶段为1386℃。同时随着冷炉顶的形成，减少玻璃液面散热，使高温区域上移，并且使高温区拉长，使玻璃熔融体有更长时间进行澄清。

图9.2.9 全电熔窑熔化池纵深方向温度分布(四支电极中心点)

5.全电熔窑工艺技术参数

    ⑴换料到位后，每个阶段在熔化池(于四支电极的中心)用铂铑热电偶测定池内纵向温度分布，池深—温度曲线示于图9.2.9。曲线1—出料量528kg/24h(热炉顶)；曲线2—出料量1050kg/24h；曲线3—出料量1584kg/24h(全冷炉顶)

⑵不同出料量时，工作池玻璃液内温度与空间温度变化曲线示于图9.2.10。1-熔化池空间温度；2-工作池空间温度；3-工作池内温度。

⑶换料到位后，每天取样(工作池) 测定玻璃化学组成中主要成分(SiO2  ， Na2O%)，结果列入表9.2.8。

⑷ 不同试验周期中，由工作池人工挑料吹泡(灯泡壳)，每天20只，按企业标准检验(合格率%)，其结果列入表9.2.9。

⑸ 通过测定玻璃中钼含量判断钼电极损耗。于试验周期内，熔化玻璃液19.6t ，最后取样测定结果为0.02%  Mo。电极材料总的耗量大约3.92Kg，熔化池两对电极，平均每支电极损耗为0.98Kg。如将工作池电极计算在内，则每支平均损耗为0.65Kg。

表9.2.8  各阶段玻璃取样分析结果

日期	SiO2	Al2O3	B2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O
10.22	73.12	1.44	0.86	5.0	2.84	14.77	1.17
10.29	73.92					14.84
10.31	73.36					15.62
11.1	73.24	1.28	1.0	4.71	3.17	15.80

表9.2.9

编号	合格数	合格率％	编号	合格数	合格率％
10.18	9	45	10．31	19	95
10．19	13	66.5	11.1	19	95
10．25	14	73.3	11．2	19	95
10．27	15	75	11．3	17	85
10．28	17	85	11．5	17	85

例4 日产6吨灯泡玻璃的电熔窑

1.电熔窑的结构设计及窑炉的砌筑   

     该电熔窑采用六角型的窑型，熔化面积2.6m2，池深1.8m，日产量6.5吨左右。窑炉内衬全部采用AZS36号电熔锆刚玉砖，电极砖和流液洞砖则采用AZS 41号电熔锆刚玉砖。池壁保温层的厚度为452 mm， 在池壁内衬与保温层之间用10mm厚的锆质捣打料捣实。池底保温层的厚度为65×8 mm， 保温砖之间砌有粘土砖胁条用来承重，上面铺上10mm厚锆质捣打料，然后铺上高岭土大砖， 高岭土大砖之间加锁砖。胸墙内壁用粘土砖砌筑 ，外侧池壁保温层的厚度为113×4 mm.炉顶采用吊平碹结构， 吊平碹采用优质粘土砖。

2.电熔窑的电极布置、结构和冷却方式

    该电熔窑布置了两层钼电极，下层每一面配有一支电极（总共三支电极）下层电极的直径为50mm， 电极插入窑内200 mm。 上层每一面配有两支电极（总共六支电极），上层电极的直径为80mm， 电极插入窑内250 mm，电极后部车有母螺纹，便于连接新的钼棒。钼电极采用直接水冷方式进行冷却， 配有循环水泵(水池)、自来水供水、冷却水塔三套独立的供水系统。

    上升道和料道（含料盆）电极的结构是复合式电极，与玻璃液接触的部分是钼棒，引电部分是耐热钢，不进行任何的强制冷却。

3.电熔窑的供电、控制、电工参数及耗电量

    采用的是三相磁性调压器平衡供电，上升道和料道采用两台单相磁性调压器供电。控制系统采用的是恒温恒流控制。

    下层电极供电变压器设计功率为100KVA，该变压器的次级端有六个头，可以根据实际运行情况采用三角形接法或星形接法，两种接法的输出电压相差1.732倍(相应的输出电流也相差1.732倍)。这样可以节省投资费用，提高功率因素。实际的运行电压50V， 运行电流500A. 实际运行功率大概在50KVA.

上层电极采用315KVA的变压器供电，变压器的次级端同样有六个头.实际的运行电压70V， 运行电流2000A. 实际运行功率大概在240KVA.

上升道采用40KVA单相磁性调压器供电，该变压器的次级端有六个抽头，可以根据实际运行情况改变抽头，也是为了节省投资费用，提高功率因素.实际的运行电压50V， 运行电流100A. 实际运行功率大概在5KVA.

料道采用20KVV单相磁性调压器供电，该变压器的次级端同样有六个抽头，实际的运行电压50V， 运行电流100A. 实际运行功率大概在5KVA.

实际运行的总功率300KVA，日耗电量7200度，熔化每公斤玻璃液的耗电量大概1。1度。　　　　　　　　

4.电熔窑的投资

     100KVA三相磁性调压器（油浸）的价格37000元，315KVA三相磁性调压器（油浸）的价格95000元，40KVA单相磁性调压器（油浸）的价格18000元，20KVA单相磁性调压器（油浸）的价格10500元。 四台磁性调压器控制柜的价格8000元×4。 总费用19.25万元( 另外配有一只315KVA三相磁性调压器和一台磁性调压器控制柜)。所以实际总费用29.55万元。     钼电极的价格为500元/公斤，总重量400公斤， 总费用20万元。电熔锆刚玉砖(全致密的电熔锆刚玉砖总共10吨)、保温砖、粘土砖、高岭土大砖的总费用23万元。电缆线（含铜排）、配电柜的费用20万元。其它费用20万元。该窑炉的总造价在110万元左右。

5.电熔窑的烤窑及运行情况

     电熔窑于2000年2月16日采用液化气烤窑，2月24日开始放料，经过14天的调试，3月8日已生产出合格的泡壳，泡壳已投放南非市场，电熔窑的运行状况良好。取得了良好的效益。

6.成型设备

     成型设备采用的是十八头吹泡机。

7.电熔窑的烤窑和调试过程中遇到问题及其对策

烤窑过程中，当温度升到1000℃的时候，由于线路故障整个工业区停电检修（一般情况下工业区不停电），六小时之后恢复供电。停电期间将所有喷火孔、烟囱出口堵上，恢复供电之后慢慢加温至1000℃。

调试过程中，当滴玻璃液并进行吹泡机热调的时候，吹泡机的万向节出现了故障，一时又找不到供货的商店，所以决定将电熔窑降温至900℃进行保温，三天后万向节修好，将电熔窑升温至1390℃至正常出料。

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