深色玻璃对热射线有强烈吸收作用，因而采用常规表面辐射加热方法，熔化深色玻璃时，常常会出现热渗透问题。辐射能减少与玻璃颜色有关，当熔化透明窗玻璃时，在玻璃液面下30～60mm处，辐射能只减少10%，而熔化绿色玻璃时，在液面下4～6mm处，辐射能就减少了10%。玻璃内含铁量对透热性影响极大，2mm厚的无色玻璃透过率约为85%。当Fe2O3含量达到1.5%时，玻璃透过率可降至28%。玻璃颜色越深，透热性越差。表层玻璃液吸收热量多，在池深方向的温度梯度就较大。因此深层玻璃液温度过低，往往造成熔化困难和出现析晶。

   玻璃的强烈着色降低了玻璃熔体的透热性，均匀加热玻璃熔体是非常困难的，而均匀加热玻璃熔体恰是获得高质量产品所必须的。因此，有色的玻璃基本上是在坩埚中熔化的，在规定的温度下熔体在坩埚炉中须经长时间的加热才能达到要求。

   而在全电熔的状态下，热能是从玻璃体内释放的，电流可以相当均匀地通过大部分玻璃，所以只会出现很小的温度差。熔化高铁含量的琥珀色玻璃时，靠近池底的玻璃温度只比靠近表面的玻璃低约14℃。氧化铁含量高达12%的玻璃和氧化铬含量达1.3%的玻璃都可顺利熔化。电熔窑开创了生产这种玻璃的新时代。

有色的玻璃由于熔体的透热性低，导致电极层附近过热，因此在给定条件下尽量将电极的电流密度降至0.5A/cm2，尽可能均匀分配电流，通常采用板状电极电熔窑。

例1 熔制有色玻璃的电熔窑

1.电熔窑的结构

    如图9.6.1是熔化有色玻璃的棒状电极电熔窑的结构。电熔窑的棒电极是沿着熔化池的池壁分布的(见图9.6.1)。为了使电流传入熔体，棒电极的直径和它们之间的距离保证了电极侧面充分有效的利用。

  有四家厂采用这种结构的电熔窑来熔化蓝色的玻璃，生产玻璃器皿。熔化池有两层电极、工作池火焰加热，熔化率均达到1670Kg/m2d。其中一家厂的电熔窑检修时改进了结构，在熔化池内安装了三层(6根)电极。

2.有色玻璃的化学组成

    表9.6.1列举玻璃的化学组成。氧化钴用做着色剂。在NO1和NO3玻璃组成中以氧化铈代替氧化砷。此外，在NO1和NO2组成中用硫酸盐引入0.1%Na2O。

表9.6.1

1.NO1厂的二层电极的温度曲线   2.NO1厂3层电极的温度曲线   3.NO2厂的温度曲线  4.N03厂的温度曲线图9.6.3  温度沿池深的分布情况

3.有色玻璃的光谱曲线玻璃光谱的透过曲线(试样厚2.4mm) 大致一样，这与所用的着色剂的数量相符，见图9.6.2。

     色度坐标呈高度重复，根据两昼夜选取的6个试样的计算，NO2组成中其平均值和****误差为x=0.168±0.002，y=0.09±0.01，z=0.742±0.005，λ=463±1纳米。颜色饱和度P=38.5±0.5%。

    电熔窑的一些工艺参数和输入的功率值见表9.6.2。熔化池深分布的温度曲线见图9.6.3。

表9.6.2

4.电熔窑的工艺

   在NO1厂两层电极电熔窑的熔化池沿池深玻璃液的温度分布(见图9.6.3曲线1)，温度梯度的****值和最小值为260℃，靠近底层的温度降至1150℃，使玻璃液成型性能变坏。当电极增至3组时则改变了温度曲线的走向。观察到曲线均匀地向炉底下降，由于没有按电极排列来调整功率比影响了电熔窑日产量的提高。

   由此可见，按电极层调整功率比的重要性。在选择****工艺条件时改变了上层与下层电极的功率比。保证电熔窑的熔化及其在熔化池内玻璃液的****温度分布。使用的电熔窑总的电功率不超过42Kw（设为38 Kw）。从图9.6.3 (曲线3和4)可看到在电极平面上的最高温度为1460—1470℃，池底部的温度为1320—1340℃。

例2  日产１.5生T黑色玻璃电熔窑

   黑色玻璃通过引入一定量氧化铬、氧化锰、氧化铁或氧化钴来获得。其原理是这些过渡元素的金属离子，在可见光区都具有较宽广的吸收带，有较强的着色能力。当一种或几种此类离子的浓度达到一定程度时，由于饱和吸收而使玻璃呈黑色。考虑到对玻璃的乳浊效果和原料成本因素，引入了6～8%的氧化铁作为黑色着色剂。在有少量硫化物存在的情况下，Fe2O3低于6%时，遮光性变差，因此玻璃的黑度有所降低；但Fe2O3高于8%时，由于饱和吸收，黑度不再有明显变化，当Fe2O3过高时，玻璃的析晶能力显著增强，对成形产生不利影响。虽然氧化铁的引入会使玻璃的透热性变差，但由于采用全电熔技术，并不会造成熔化困难。同时，自由成形的制品外形圆滑，热应力较分散，经过适当的退火处理，也不致出现爆裂现象。另外，实际应用表明，以Fe2O3作为黑色着色剂，不仅原料成本较低，而且制品的遮光度高，黑色色调纯正稳定，制品光泽性好，明显优于其它着色剂。

表9.6.3

    一般说来，含Fe2O3高于0.3%或含有其它强着色剂(如Cr、Co、Mn等)的有色玻璃，或是含有大量有机杂质的废玻璃适于黑色玻璃的生产(如表9.6.3)。

    以普通平板玻璃为主要原料，黑色玻璃中引入89%。部分Al2O3由长石引入，Fe2O3由铁红粉引入，纯碱补充了部分Na2O，澄清剂为硝酸钾和硝酸钠。

    在全电熔池窑的设计中，将熔化池设计为矩形，平底式流液洞。玻璃液从流液洞流出后，经过上升道，进入料道，由下料孔出料。全电熔池窑的结构如图9.6.4所示。

   电熔窑熔化池深600mm，池宽700mm，池长1500mm，熔化池面积1.12m2，玻璃液深540mm，熔化池体积0.605 m3，日平均出料量1500kg，面积熔化率1.43t/m2d，体积熔化率2.48t/m2d。熔化池钼电极的布置采用平板附壁式，窑内能量分布均匀，玻璃液熔化质量好。电极板通过钼棒引出池壁，钼棒采用干式双套管法保护，省去了复杂的软化水循环冷却系统，降低了熔窑的热损失。实际应用过程中未出现冷端严重氧化的情况。板式钼电极的安装如图9.6.5所示。

    熔化池三对电极设置在两侧池壁上部。电极中心距500mm，电极板间距650mm，电极板面积300cm2。正常运行中电极板电流密度1～1.2A/cm2。从电极消耗的情况来看，在乳白玻璃中钼电极平均每月减薄1～1.5mm，在黑色玻璃中钼电极侵蚀较为严重的原因，主要是黑色玻璃的熔化温度相对较高，而其透热性又较差，电极附近热量不易散失，电极本身温度更高，加剧侵蚀反应的进行。

    熔化池为冷顶加热方法，由于玻璃液表面完全被配合料层所覆盖，空间温度低，大大减少了表面散热。从实际生产过程来看，料层厚度150～200mm较为适宜。过厚会使电极处玻璃液的温度降低，造成电极电阻增大，使输入功率减小，并使出料温度偏低。过薄又不利于隔热保温，料层表面易出现硬壳，使散热急剧增大，也使有效熔化热量减少，影响熔化。

    全窑进行了整体保温。窑底保温层厚500mm，池壁(除电极孔附近)保温层厚350～400mm，上部空间侧墙及顶盖的保温层厚230～270mm。在正常运行中窑底及池壁外表面温度均在50℃以下，上部空间侧墙及顶部的表面温度也都低于100℃。因此窑体散热很少，一般只有1000～1100Kcal/m2·h。由于熔化功率适度，耐火材料侵蚀较轻，除电极孔处因电极板损坏后过热烧蚀严重外，池窑底部没有侵蚀，侧墙稍有侵蚀。

    电熔工艺带来了明显的节能效果。实际生产应用中平均日出料量1.5吨，黑玻璃中碎玻璃含量为89%，熔化温度为1250℃(玻璃液温度)，计算得出黑玻璃形成过程理论热耗的结果如表9.6.4所示。

表9.6.4  黑色玻璃形成过程理论耗热计算表

    经换算可以得出，黑色玻璃理论耗电0.511kWh/kg。根据实际生产测定的结果，每公斤黑色玻璃平均耗电0.8kWh，电熔窑的热效率大致为65%。

此页网址为：