spring-chy
2025-06-19 04:55:56
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给你份电熔窑的设计综述吧4㎡电熔窑炉的设计综述摘要：简述了玻璃电熔窑的优点，分析了小型电熔窑的结构，列举了常用电极的特点，提出布置电极，分配电能的一般原则。简述了选择耐火材料的目的及确定电极间玻璃液电阻的方法。1前 言玻璃在高温时是一种电导体。熔融玻璃液含有碱金属钠、钾离子，它具有导电性能。当电流通过时，会产生焦耳热，若热量足够大，则可以用来融化玻璃，这就是所谓的“玻璃电熔”。【1】从使用效果看，电熔窑优点突出，表现为：熔化率高（可高达80%—85%）、结构简单、自动化程度高和劳动环境好，且熔制出的玻璃成分均匀，产品质量高。试从以下几方面阐述一下对玻璃电熔窑设计中的一些看法。2选择合理的熔窑结构选择熔窑结构是设计电熔窑的第一步。电熔窑消耗的电能分为两部分：一部分为有功电能，是指用于熔化玻璃所消耗的电能；另一部分为无功电能。无功电能又分为两部分，一是主动浪费的电能，如电极冷却水、池壁冷却风等带走的热量；二是被动浪费的电能，如池壁散失的热量等。要提高电熔窑的热效率，唯一的办法就是减少被动浪费的热能。从池壁散失的热量（无论是通过传导，还是通过辐射）均和池壁面积成正比，也就是说，为了提高热效率，在工艺允许的情况下，池壁面积越小越好。电熔窑的结构形式多种多样，如以老式平板池窑为基础的、保持在熔制过程中水平流程不变的Borel窑，，WKonig窑，Gell公司的用流液洞相连的双室垂直窑等。从理论上讲，要达到表面积最小，窑的外形最好是球形，其次是圆柱形。但球形和圆柱形建造困难，为了使建造易行，近年来在实际生产中多设计成六角形。为了防止未熔化好的粉料进入料道并减少回流，用流液洞把熔化部和工作部深层分隔，使熔化好的玻璃液通过流液洞、上升道和料道到达工作部。【2】3选择合适的耐火材料相对于火焰表面加热的熔窑来说，电熔窑产量大、熔化温度高，玻璃液对池壁冲刷厉害。应选用高质量的耐火材料。如：应具有较高的耐玻璃液冲刷能力和侵蚀能力，在操作温度下具有较高的电阻率（耐火材料传导电流会加速对其侵蚀）等。选择耐火材料并非所有部位都采用高质量的耐火材料，而是按照冲刷速度和温度高低合理搭配耐火材料，使各部位耐火材料寿命尽量一致，达到既节省投资又能保证窑龄。由于玻璃液对耐火材料的侵蚀与温度呈指数关系，一般把耐侵蚀性和较高的41#氧化法锆刚玉砖用在温度较高（如电极砖）和玻璃液流速大的部位（如流液洞）以及液面线附近。除窑顶外，其他部位均可选用33#或36# 锆刚玉。电熔窑一般是冷顶操作，上部空间温度不高，所以窑顶可选用高铝砖或粘土质耐火砖。4选择合理的电极电极是直接和玻璃液接触并把电能传递给玻璃液的元件。选择电极材料的原则是：抗氧化性强，足够的耐热性、不污染玻璃液，允许电流密度大，加工方便，造价低。可用作电极的材料有：石墨、铁、氧化锡、铂和钼等。各种电极性能不同，使用的场合也不同，有时不可互换，否则，不仅影响玻璃质量，还会造成重大事故。石墨电极密度比玻璃液小，损坏后漂浮于玻璃液面，易于发现和取出，价格也便宜。但石墨电极表面不易被玻璃液湿润，接触电阻较高，导致其允许表面电流密度低，另外，石墨和玻璃的某些成分发生氧化还原反应，尤其是用金属氧化物生产本体着色玻璃时，被还原的金属会形成金属碳化物，使玻璃产生不合乎需要的色调，所以现在很少使用石墨电极。铂电极抗氧化能力强，不污染玻璃，是一种很好的电极材料，但价格昂贵，民用玻璃很少采用。钼电极熔点高2625℃，表面为玻璃液所湿润，两者接触电阻小，电极表面允许较大的电流密度，较小的电极就可向玻璃液输送较大的电流。另外，机械强度大，易加工，不污染玻璃，是目前应用最广泛的电极材料。选择钼电极时，一定要严格控制杂质含量（尤其是碳的含量），否则玻璃液中会产生气泡。另外，钼电极经常处于高温状态时，会由于再结晶而变脆，所以往窑内推进电极时要格外小心。值得注意的是：玻璃成分中含有氧化铅、三氧化二砷或三氧化二锑时，不得选用钼电极，原因是它们遇到钼会发生还原反应，还原出来的铅、砷和锑与钼生成低熔点化合物，使钼电极遭受侵蚀的同时而污染玻璃液，还会在玻璃液中产生线道。环境温度超过600℃ 时，钼会发生强烈的氧化反应，所以使用钼电极时必须加以保护（干法或湿法），使其在高温时不和空气接触。氧化锡电极是一种陶瓷材料，它具有化学稳定性好、耐火温度高、热膨胀系数小等优点，但热冲击较差，在还原状态下热稳定性差。使用温度不宜超过1500℃，在1500℃以上，氧化锡的挥发速度增大。5合理布置电极合理分配电能合理地布置电极、分配电能有助于能量的释放和温度的分布，是得到高质量玻璃液的关键。电熔窑熔化玻璃时，整个熔窑沿流程分成5个阶段：硅酸盐形成阶段、玻璃液形成阶段、玻璃液澄清阶段、玻璃液均化阶段和玻璃液冷却阶段。配合料从投料到出料依次经过各阶段。 配合料首先进入硅酸盐形成阶段，对于普通钠钙硅玻璃来讲，该带的温度是800—1000℃。配合料在此发生物理、化学反应，大部分气体产物从此逸出。这个阶段结束时，配合料变成了不透明烧结物和游离的SiO2。 玻璃形成阶段的温度一般在 1200℃，不透明的硅酸盐烧结物进入后开始熔融，首先是那些易熔的低共熔物开始熔化，结束时，不透明的硅酸盐烧结物变成了含有气泡和小颗粒等的玻璃液。 澄清阶段的任务是消除气泡组织。玻璃液形成阶段结束时，整个熔融体包含许多气泡和灰泡（小气泡）从玻璃液中除去肉眼可见的气体夹杂物，消除玻璃中的气孔组织。当温度升高，玻璃液粘度迅速降低，使气泡大量逸出。因此，澄清过程必须在较高温度下进行。一般在1500℃左右。玻璃液均化阶段的任务是消除不均体。玻璃形成后，各部分玻璃液的化学成分和温度都不相同，还夹杂一些不均体。为消除不均体，获得均匀一致的玻璃液，必须均化。玻璃液均化主要依靠扩散和对流作用。高温是一个主要的条件，因为它可以减小玻璃液粘度，使扩散作用加强。温度一般在1500℃左右。冷却带的任务是增加玻璃液粘度，准备成型。温度在200—300℃之间【3】在整个熔化过程中，各带有其自己的特点，但它们之间又彼此密切相连，相互影响。所以，布置电极和分配电能时，既要突出重点又要全盘考虑。总的原则是要形成枣核状，中间大两头小，把主要能量集中到熔化带。硅酸盐形成带需要的温度低，不需用太多的能量。尽管澄清带需要较高的温度，但此时化学反应早已完成，且进入的玻璃液温度已较高，不用太多的能量就能达到需要的温度。冷却带的电能分配主要考虑投产需要即可，正常生产时用于该处的能量要尽量小，让玻璃从澄清温度液渐渐地降到成型温度（粘度）。【2】6确定玻璃液的电阻确定电极之间玻璃液的电阻是设计电熔窑的难点。由下式可见当功率一定时，玻璃液的电阻是选择隔离变压器次级电压的唯一依据。V=（QR）1/2 式中：V为施加在电极之间的电压；Q为施加在电极上的功率；R为电极之间的电阻。 若不能较准确地确定电极之间的电阻，就会给后续工作带来很大麻烦，严重时电熔窑无法运行。如施加在电极上的电压过小时，电能送不进去，电熔窑无法运行；电压太大时，变压器的电流会超负荷，必须对变压器强制冷却才能工作，严重时甚至烧毁变压器。正规的方法是通过模拟确定电极间的电阻。实际设计中一般根据经验确定，选择隔离变压器时要留一定的余地。在电极参数及相对位置固定的情况下，玻璃成分是决定电极间电阻的唯一因素。玻璃液主要靠一价碱金属离子导电，一价碱金属离子含量的高低直接影响玻璃液电阻率的大小。值得注意的是高碱玻璃，特别是氟化物乳浊的高碱玻璃的电阻率偏低；高硼硅玻璃的一价碱金属含量很低，在普通玻璃中被钾、钠氧化物切断的SiO2网络结构中的网目在高硼硅玻璃中被硼氧四面体连接起来，对一价碱金属离子的运动有一定的阻碍作用，所以电阻率偏高。7电熔窑的发展趋势在近20年来，(1) “混合熔化”观念日益受到重视。混合熔化是指：先在熔融的配合料内部通电加热生产大约一半产量的玻璃，再在配合料上方用燃料加热生产另一半产量的玻璃。其目的是要降低每吨玻璃所需热量的总成本，同时保持着像电熔窑玻璃一样的质量。(2)另一项新发展是用电熔窑熔化铅晶质玻璃，供机器和手工生产高级餐具使用。(3)电加热料道得到了很大的推广。(4)第四项新发展是采用了“微型电熔窑”，用来生产优质玻璃，其熔化量可以低到10lg/h。尽管目前用电能熔化玻璃比火焰熔化玻璃的成本高，但电熔窑产量高，质量好，易于自控，另外，对于含有易挥发组分（氧化铅、硼砂、硼酸等）的玻璃，从技术和经济观点来看，采用电熔窑更可取。因为电熔窑可在很大程度上减少这些物质的挥发，在经济上得益的同时，减少了对大气的污染 。随着水电、核能的开发利用，电价会越来越低，所以电熔窑有着美好的前程。参考文献： 陈金方。玻璃的电熔化与电加热。上海。华东理工大学出版社。 耿海棠。浅谈对玻璃电熔窑设计的一些看法。秦皇岛玻璃研究院。 玻璃工业热工设备。武汉大学出版社。
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