日產(chǎn)5噸乳白色氟化物玻璃電熔窯的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

      1．熔化乳白玻璃的特點(diǎn)

      （1）乳白玻璃一般都含有大量極易揮發(fā)的組分，如氟化物等。在常規(guī)火焰加熱的熔窯中，當(dāng)火焰掠過(guò)玻璃液表面時(shí)，就會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的揮發(fā)性成分被帶走，經(jīng)過(guò)煙道，升入煙囪跑掉，既損失了大量的寶貴原料，又造成了空氣污染。同時(shí)，由于揮發(fā)損失，使得表層玻璃在成分上變得與其下面的深層玻璃差異很大，結(jié)果造成了玻璃成分的不均勻。

      （2）氟化物玻璃對(duì)電極及耐火材料的侵蝕嚴(yán)重。

      2．電熔窯熔化乳白玻璃是最好的選擇

      當(dāng)采用全電熔工藝時(shí)，熱量是在配合料下面釋放出來(lái)的，各配合料組分產(chǎn)生的氣體要通過(guò)配合料層向上逸出。由于配合料溫度較低，各揮發(fā)分的氣體就會(huì)凝聚在冷的配合料中，而不會(huì)揮發(fā)掉，從而使通過(guò)流液洞流出的玻璃液能與加入窯爐的配合料在成分上基本保持一致，而使產(chǎn)品的化學(xué)成分穩(wěn)定。另一方面，由于減少了揮發(fā)，節(jié)約了寶貴的原料，從而使原料成本降低。在常規(guī)燃料火焰加熱的情況下，配合料中氟化物有大約40%因揮發(fā)而損失掉。而采用全電熔時(shí)，氟化物的揮發(fā)量?jī)H為2%。

      3．電熔窯熔化乳白玻璃時(shí)澄清劑的選擇

      由于普通玻璃常用的澄清劑As2O3和Na2SO4在高溫下氧化能力很強(qiáng)，使鉬電極氧化，特別是Na2SO4在高溫下分解出O2和SO2的混合體，與鉬反應(yīng)生成MoO3和MoS4，對(duì)鉬電極的侵蝕嚴(yán)重。因此選擇硝酸鹽作為澄清劑，其主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)硝酸鹽熔點(diǎn)低，分解溫度低，在配合料的燒結(jié)過(guò)程中就能與碎玻璃的表面作用，因此對(duì)碎玻璃的澄清效果明顯。(2)硝酸鹽的引入，可促使Fe2 向Fe3 轉(zhuǎn)化，有利于乳白色玻璃的脫色。(3)硝酸鹽的分解反應(yīng)是在配合料玻璃液的交界面進(jìn)行的，因此放出的氧氣只是集聚在玻璃液上部，對(duì)鉬電極的侵蝕作用小。

      4．電熔窯熔化乳白玻璃時(shí)乳濁劑的選擇

      乳白玻璃可以通過(guò)引入氟化物、磷酸鹽和高折射氧化物等方式來(lái)獲得。考慮到電熔窯的特點(diǎn)和原料來(lái)源，選擇氟化物為乳濁劑。為了保證制品具有一定的白度，乳濁劑的含量(以F-計(jì)算)以4～5%為宜。乳濁劑用量過(guò)低時(shí)，玻璃半透明、白度偏低；用量過(guò)高時(shí)，玻璃的白度并無(wú)明顯增大，反而易出現(xiàn)析晶，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使玻璃管表面變得粗糙。

      由于氟化物的揮發(fā)是隨熔化溫度提高而急劇增大的，因此，一般乳濁玻璃的R2O含量都較高，以降低熔化溫度，減少氟化物的揮發(fā)。為了促進(jìn)乳濁，改善析晶能力，提高制品光澤，引入一定量的K2O。考慮到電熔對(duì)玻璃液電阻的需求和成形工藝的要求，白色玻璃中R2O的含量約為18～19%。

      5．玻璃的配方（重量%）見(jiàn)表1

      表1

      6．電熔窯的結(jié)構(gòu)

      該窯采取冷頂垂直熔化，生產(chǎn)能力為5T/d，有三排電極（其中底層電極為啟動(dòng)電極，烤窯時(shí)使用，正常生產(chǎn)時(shí)不用，在示意圖中沒(méi)有畫(huà)出）。水冷電極保護(hù)。年產(chǎn)1800噸乳白色玻璃管。有關(guān)情況總結(jié)如下。

      電熔窯采用地上結(jié)構(gòu)，熔窯最大高度4m，熔窯主體高3.5m。廠房基礎(chǔ)用石材砌筑，適當(dāng)加固了窯底鋼結(jié)構(gòu)。

      電熔窯采用不等邊六角形結(jié)構(gòu)，熔化面積2m2，池深1300mm。熔化池電極孔磚采用國(guó)產(chǎn)的AZS41全致密耐火材料，其它部位采用國(guó)產(chǎn)的AZS33全致密耐火材料，池底采用AZS33全致密簿片磚和搗打料，底部保溫層厚600mm，池壁保溫層厚230mm，以減少窯體的熱散失。設(shè)計(jì)窯齡12～14個(gè)月。

      電熔窯熔化池采取冷頂加料，配合料層復(fù)蓋在高溫玻璃液面。料道采用復(fù)合式加熱，上部用硅碳棒加熱，下部用埋入式鉬電極加熱。

      電熔窯主電極采用三相供電，電源平衡，不影響電網(wǎng)供電質(zhì)量，有利于電源變壓器功率因數(shù)的提高。電熔窯的裝機(jī)功率800kW，電熔窯的控溫系統(tǒng)采用恒流調(diào)控磁性調(diào)壓器的勵(lì)磁電流的方案。消除可控硅與感性負(fù)載配合使用產(chǎn)生的高次諧波，避免對(duì)電網(wǎng)電流沖擊，提高變壓器的工作效率。

      控制系統(tǒng)全部采用集成電路，整個(gè)控制線路集中于一塊線路板上，可靠性高，一旦出現(xiàn)故障，整板更換，不影響生產(chǎn)。整個(gè)系統(tǒng)具有軟啟動(dòng)功能，無(wú)啟動(dòng)沖擊電流，可連續(xù)平穩(wěn)調(diào)壓，手動(dòng)給定自動(dòng)恒流，還具有過(guò)流聲光報(bào)警，自動(dòng)過(guò)流保護(hù)，溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，顯示記錄。

      玻璃液間接測(cè)溫，僅反映窯內(nèi)溫度變化，不參加調(diào)節(jié)和控溫。

      設(shè)備運(yùn)行正常，成品率達(dá)到96%以上，單位熔化電耗約1.1kW穐/Kg玻璃液，最大熔化量可接近5T，最低單位熔化電耗僅1.0kW穐/Kg玻璃液。

      窯內(nèi)最高溫度達(dá)1450℃，一天的耗電量約為5500Kwh。

      7．電熔窯的接線如圖2所示。

      8．電熔窯的烤窯

      電熔窯的烤窯升溫曲線如圖3所示。電熔窯的烤窯分兩個(gè)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(gè)部位都得到烘烤，煙囪擋板應(yīng)合攏，使窯爐系統(tǒng)形成正壓。該階段大約需要持續(xù)兩天。窯爐上部結(jié)構(gòu)的最高溫度應(yīng)控制在200℃左右。第二階段是電熔窯的主要加熱階段。對(duì)電熔窯主體進(jìn)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1200℃時(shí)保溫12小時(shí)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(shí)間。

      9．鉬電極的電流密度電熔窯熔化乳白玻璃，鉬電極電流密度的變化范圍是0.5～1.20A/cm2。電流密度超過(guò)1.2A/cm2時(shí)，就會(huì)在乳白玻璃制品中出現(xiàn)黃褐色條紋和黃色或咖啡色氣泡。

      鉬電極在乳白玻璃液中侵蝕加速的原因是由于玻璃液中含有硫化物(平均含0.3%SO3)和鐵(約0.06?2O3)。鉬電極在電熔窯內(nèi)處于還原性氣氛中，那么形成鐵和鉬的硫化物的可能性大大增加。為了避免上述情況發(fā)生，有必要在玻璃成分中引入2%的氧化鋅以替代氧化鍶，另外再加入少量的硝酸鉀以增加0.5%的氧化鉀。要嚴(yán)格地把鉬電極的電流密度控制在1.1A/cm2以下，這樣就防止出現(xiàn)上述廢品。

      電極的損耗為每熔制1Kg的玻璃液平均為0.24g。

      10．電熔窯的工藝技術(shù)參數(shù)

      該電熔窯的實(shí)際運(yùn)行工藝參數(shù)和電工參數(shù)列于表2。

      表2乳白玻璃電熔窯的工藝技術(shù)參數(shù)

      11．該電熔窯的生產(chǎn)氟化物玻璃有以下優(yōu)點(diǎn)：

      (1)電熔窯熔化乳白玻璃的優(yōu)點(diǎn)之一就是各種生產(chǎn)工藝參數(shù)穩(wěn)定性很高。該廠一周內(nèi)生產(chǎn)的乳白玻璃樣品中經(jīng)化驗(yàn)氧化鈉含量保持在15.0?.1%，氧化鉀含量保持在2.7?.03%，氟含量保持在4.6?.06%。產(chǎn)品合格率大大提高了。

      (2)熔制氣氛穩(wěn)定：電熔窯中的氣氛不受大氣和火焰的影響，這為制品的熔制提供了極為方便的條件。

      (3)占地面積小，土建要求低：該電熔窯的占地面積為8m2，廠房只需一層結(jié)構(gòu)(主車間高6m)即可，并且基礎(chǔ)不需特殊處理。

      (4)建設(shè)周期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著：全電熔池窯生產(chǎn)線的設(shè)備材料齊全后，20天完成設(shè)備安裝和烤窯調(diào)試工作。

      (5)用電熔窯生產(chǎn)的乳白玻璃的質(zhì)量大大高于采用氣體火焰窯生產(chǎn)的乳白玻璃。