大型E_玻璃纤维熔窑的电熔技术
玻璃全电熔和电助熔窑炉技术的最新进展
玻璃全电熔和电助熔窑炉技术的最新进展发布者： chiefway 发布时间： 2009-10-20 09:02 浏览次数： 254玻璃全电熔和电助熔窑炉技术的最新进展Mr. Stuart HAKES（英国FIC公司）摘要：本文详细介绍了玻璃钼电极用水套的使用，并指出了电极水套的推进方法和注意事项，同时介绍了两种性能优异的电极水套，这些水套不仅有可拆卸的独立水路从而避免推进过程的水套堵塞和热冲击，而且还能使用在恶劣的环境中。
文章还介绍了流液洞和加料口拐角的侵蚀问题，提出了比较好的解决办法，并详细分析了原因和机理。
关键词：冷却水套；钼电极；流液洞；加料口；热冲击；RECENT DEVELOPMENTS IN ALL ELECTRIC MELTING ANDELECTRIC BOOSTING IN GLASS FURNACESStuart HAKES(FIC)Abstract：It were introduced that the using of cooling holder for molybdenum electrodes, and boosting ways and attentions during boosting holders were pointed out. Furthermore, another two kinds of good cooling holders were introduced. They have not only a removable waterway so as to avoid blockage and thermal shock the advancing process, but also operated in all-electric furnaces in extremely arduous environments. In addition，the erosion in the throat and doghouse corner was introduced in the paper, and author with his experiences analyzed the reason and mechanism and pointed out better solutions.Key words: cooling holder；molybdenum electrodes；throat；doghouse；thermal shockl、水套的介绍随着钼电极的研究发展，特别钼电极安全地投入使用，推进了玻璃电熔和电助熔的商业化的实现。
平板玻璃熔窑电助熔设计与计算
0引言玻璃液在高温熔融状态下是一种电导体。
电熔化已在玻璃行业广泛使用，电助熔热效率高、玻璃的热稳定性和均匀性好，具有提高玻璃质量和降低能耗等优点，有广阔的发展空间。
传统大型平板玻璃熔窑电助熔负荷未超过10%，节能效果有限，实现节能减排技术性突破，增大电助熔负荷势在必行。
平板玻璃熔窑稳定的玻璃液流和合理的液流位置及形态对玻璃熔窑的操作至关重要，电助熔玻璃熔窑的电功率输入及位置设计同样要以保证玻璃熔窑的配合料层、环流Ⅰ、环流Ⅱ以及生产流的稳定为前提。
电助熔功率分配和分区设计及电极布置是电助熔玻璃熔窑的设计难点和设计关键，需结合火焰空间热负荷保证工艺制度和温度梯度，为保证设计合理，必要时需借助数学模拟或物理模型等辅助手段。
1电助熔玻璃熔窑的设计与计算（1）电助熔加热功率及装机功率计算普通平板玻璃（12%碎玻璃）理论熔化热由以下几部分组成：①生成硅酸盐耗热：272 kJ/kg玻璃液；②玻璃液加热至1400 ℃所需热量：1842 kJ/kg玻璃液；③生成玻璃耗热：314 kJ/kg玻璃液；④蒸发水分耗热：104 kJ/kg玻璃液；理论熔化总热耗：2533 kJ/kg玻璃液（不含玻璃液生成气加热耗热），转换为电能为0.7 kWh/kg玻璃液，考虑到电极水套及变压器等能量损失，电助熔的热效率可达85%～90%，那么玻璃液所需输入功率为32～34 kW/t玻璃液（不包含窑炉散热损失），装机功率按40～45 kVA/t玻璃液配置。
（2）电助熔分区设计投料口区域池底温度低，一般理所当然地认为电助熔大部分功率应增设在该区域，事实上国内确实有厂家这样分区布置电助熔，但效果并不理想。
对此做数学模拟，方案1：前置四区均布电极，装机功率3600 kVA；方案2：前区均布三排电极，装机功率1500 kVA，热障区两排电极，装机功率2100 kVA 。
图1为600 t/d颜色玻璃电助熔数学模拟玻璃液流示意图。
图1 600 t/d颜色玻璃电助熔数学模拟玻璃液流示意图数学模拟对比显示，方案1池底热点前移，较大地改变了玻璃窑炉纵向液流形态，不利于玻璃的熔化和澄清。
大型E-玻璃纤维熔窑的电熔技术
（ 京 正 兴鸿 业 有 限公 司 ， 京 北 北
摘要 ： 介绍 大型 Ｅ一玻璃 纤维 电 一气 混合熔 窑 中 电极 的布 置 、 电极 的连 接 、 大功 率 电热 系统 配套 变压 器和冷却 水套设备 等 ， 以电能为主熔 系统 的熔窑 ， 电极 插 入 深度 、 窑 长宽 比 以及 料 道 在 对 熔
温度 控制提 出了建议 。 关键 词 ： Ｅ一玻璃 ； 制 ； 一气混 合熔 窑 熔 电 中图分类号 ： Ｑ ７ ． ３ ２ Ｔ １ １６ ２ ． 文献标 识码 ： Ｂ 文章编 号 ：００— ８ １ ２ ０ ） １ ０ ４— ６ １０ ２ ７ （０ ８ ０ —０ ２ ０
Ｅｌ ｃｒ ｃ Ｍ ｅｔｎｇ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ ｏ ｒ ｅ ｅ ｔ ｉ ｌｉ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｆ ｒ Ｌａ ｇ
６０ ０ｋ 的电能 ， ０ Ｗ 使用 功率 仅为 ３０ ０～ ０ Ｗ ， ０ ３６ ０ｋ 电能生产 玻璃 １０～１０ ｔｄ 约 占玻璃熔 化 总量 的 ３ ０ 。 ０ １ ， ／ ０
为 了提高 电熔功率 比例 ， 熔窑设 计 采用常规 电熔技术 将 面临 高功 率带 来 的炉底 温度 过高 ， 应 流液 洞 、 道 相 料
随着 环保法要 求的进一 步提高 和火焰 燃料供应 的限制 加剧 ， 多 玻璃行 业 企求 越来 越 大 的 电功 率熔 化 许
技 术 。这样 ， 电熔 技术 已经不仅 仅是 “ 电助熔 ” 而是逐 渐转变 为气 电结合 的“ ， 电主熔 ” 技术 。
１ ２ Ｅ一 ． 玻璃 电熔技 术 通常 电熔能量 占全 部熔化 能量 的 ３ ％左右 。 以国内熔 窑为 例 ， ０ 一条 年产 １ Ｏ万 ｔ 的生 产线 ， 采用 ５０ ０～ ０
１ Ｅ一玻 璃 的热特 性 及 其 电熔 化
玻璃电熔窑炉技术
玻璃电熔窑炉技术玻璃电熔窑炉技术是一种重要的工业技术，是制造高质量玻璃制品的主要手段。
该技术的应用范围广泛，包括建筑、汽车、家居用品和光学玻璃等领域。
本文将从原理、特点、应用和未来发展等方面对玻璃电熔窑炉技术进行介绍。
原理：玻璃电熔窑炉技术是利用电能产生高温，使导电介质中的电能转化为热能，加热熔化玻璃原料。
它主要由熔融槽和加热系统两部分组成。
熔融槽是贮存玻璃原料的容器，加热系统则通过直接或间接方式加热熔融槽，使玻璃原料熔化后成型。
熔融槽可采用一次性熔融或多次循环熔融的方式，加热系统可采用电极、电阻、石英加热体等多种方式。
特点：1.高效节能。
相对于其他传统加热方式，玻璃电熔窑炉技术具有高效节能的特点，能够大幅降低生产成本。
2.可控性强。
玻璃电熔窑炉技术采用电能加热，具有加热温度和时间可控性强的优点，可根据生产需要随时调整加热参数。
3.生产效率高。
玻璃电熔窑炉技术具有高温、高速熔化的优点，生产效率可比其他传统方式高出数倍。
4.环保。
玻璃电熔窑炉技术不使用火炭、油、煤等传统燃料，可以大幅降低污染物排放。
应用：玻璃电熔窑炉技术已经广泛应用于各个领域。
例如，建筑领域中常常使用该技术制作各种平板玻璃、反光玻璃、屋面玻璃等产品。
在汽车领域中，玻璃电熔窑炉技术也是生产车窗、后视镜、挡风玻璃等产品的主要方法。
家居用品领域中，该技术可用于制造玻璃餐具、封口瓶等产品。
光学领域中，玻璃电熔窑炉技术则能够制造高精度的光学玻璃产品。
未来发展：在未来，玻璃电熔窑炉技术还将进一步发展。
目前，该技术在生产力和效率上已经达到了比较成熟的阶段，未来将主要集中在绿色制造和节能环保方向。
首先，可将电力来源改为清洁能源，如太阳能、水能等，以进一步降低对环境的影响。
其次，从技术方面来看，可以通过改进加热系统和生产过程，使玻璃电熔窑炉技术更加节能和环保。
结论：玻璃电熔窑炉技术是一种高效、环保、可控的玻璃制造技术，已经得到了广泛应用。
未来，它还将继续发展，并逐渐向更加绿色、节能、环保的方向发展。
全氧燃烧玻璃熔窑与电熔窑运行成本对比
重油 ： ２ ９ ８ ＋１ ４ ０ ＝ ４ ３ ８ 元／ 吨玻 璃液 ；
天然 气 ： ３ ９ ２ ＋１ ４ ０ － ５ ３ ２ 元／ 吨玻璃 液 。
（ ５ ） 热 量 散 失减 少 ， 能 耗 大 大 降低 。全 电 熔 窑 是 靠玻 璃液 自身导 电来 实现 其熔 化 的 ， 它是 内热 式 的 。
生产高 附加值特种玻璃（ Ｔ Ｆ Ｔ 玻璃 、 显像管玻璃 、
玻璃纤维 、 高硼 硅 耐 热 玻璃 等 ） 也 需 要 更好 的熔 化 工
艺， 才能有更好的技术优势和经济效益［ １ － ３ ］ ０ １ 全氧燃烧玻璃熔窑 的特 点
２ 电熔 窑的特 点
２ ． １全 电熔 窑的优 点
（ １ ） 全氧燃烧玻璃液具有较高 的温度 ， 并且温度 均匀性好 ； 玻璃液粘度较低 ， 流动性及均匀性好 ， 改
化 减 少 了高铅 玻 璃 的分层 。所有 这 些 保 证 了玻 璃 液 有 良好 的均 匀性 、 稳 定性 。
表１ 采用 电熔窑熔化挥发损耗的减少（ ％） 挥发组分 氟
铅
硼
需蓄热室， 以及因废气排放设备的缩小等因素使建筑
占地 大大 减小 ， 全 氧 燃烧 系统 的投 资 费较低 。
（ ５ ） 粉 尘 排 放 量 大 大减 少 ， 与 空 气 燃 烧 相 比可 减
（ ３ ） 熔 窑大 修 较 快 、 建设 投 资 少 、 辅 助设 备 简 单 、 占地 面积小 。 电熔窑 仅包 括熔 化池 、 流 液洞 和上 升道 。
少７ ０ ％～ ８ ０ ％； 减少配合料特别是易挥发． 『 生 组分的损
２ ． ２全 电熔 窑 的缺 点
结论 ： 采 刚 全氧燃烧 节约 运 行成本 。
玻璃电熔窑炉技术
玻璃电熔窑炉技术
玻璃电熔窑炉技术是一种将玻璃骨料和助熔剂等原材料加热至高
温状态，进行电熔的方法。
该技术广泛应用于玻璃行业中的制造、改良、再加工等多种领域。
其操作步骤包括原材料选择、熔化过程控制、熔炼温度的调控等。
玻璃电熔窑炉的主体结构由电熔室、电加热元件、底部原材料进
料口等组成。
其中，电熔室是玻璃制造过程中最关键的部分，其内部
设计应该尽可能减小玻璃浴面与电极的接触面积，同时加强玻璃浴面
上部的混合和循环。
另外，在熔化过程中，需要通过调节电熔室内部
的电加热元件，实现温度的均匀分布和控制。
玻璃电熔窑炉技术具有以下特点：熔化过程稳定可控，熔化温度高，产品质量稳定，产品成本较低等。
同时，该技术还可以根据生产
需求进行灵活调整，能够满足不同行业的生产环境要求。
在实际应用中，玻璃电熔窑炉技术仍然存在一些问题，例如，熔
化过程中玻璃内部泡眼的产生、电极寿命的短缩、玻璃成分的变质等。
因此，工程师需要通过不断实践和改良，使其能够更好地适应行业发
展的需要。
玻璃纤维熔化技术,池窑生产工艺控制
Fiber Glass Melting—Introductory Training 玻璃纤维熔化介绍培训OWENSCORNING⏹Electric Boosting⏹电助熔Goeff Kaercher, Paul Sanik,&Jim MacpheeComposites Electric Boost Training 复合电助熔培训⏹Electricity⏹电⏹Glass Melting with Electricity⏹用电熔化玻璃⏹Electrodes⏹电极⏹Power Systems⏹电力系统⏹Operation & Safety⏹操作与安全⏹Preventative Maintenance⏹预防性的维护⏹Electric Boost Monitoring⏹电助熔监测⏹Submerged Throat Firing⏹沉降式流液洞加热Electricity 电Ohm’s Law 欧姆定律V=I *RR IResistance = voltage/current电阻＝电压／电流1Ohm = 1 volt/1 amp１欧姆＝１伏特／１安培Power 功率P = V*I = I2 * R1 watt= 1 volt * 1 amp１瓦特＝１伏特＊１安培Electricity 电Parallel并联2 ohmTotal R = 1/2 +1/2 =1ohm总电阻＝1/2 +1/2＝１ohmCurrent flows in the path of least resistance 电流所需最小电阻精品Electricity 电Power Triangle功率的三角关系Power Factory = cos θ = KW/KVA功率因数 ＝cos θ = KW/KVAReactive Power KV AR 反应功率 无功千伏安Real power (KW)实际功率（千瓦）Electricity 电⏹Direct Current (DC) - Uniform voltage with time⏹直流电（DC）－随时间变化电压不变-Battery－电池⏹Alternating Current (AC) – Alternating voltage with time ⏹交流电（AC）－电压随时间变化Simple AC Generator简单的交流发电机Electricity 电Circuit Elements 电路元件-Resistor (ohms) －电阻器 （欧姆）Current & voltage in phase 同向电流和电压Capacitor (Farads )电容器（法拉） -V+VvoltageAC Waveform交流电波形精品-Inductor (Henrys)－感应器（亨利）Current lags voltage电流滞后于电压⏹Series⏹连续性2 ohm 2ohmTotal R = 4 ohm总电阻＝４欧姆Electricity 电Comparison to Mechanical Systems与机械系统的比较Electrical Mechanical Hydraulic电的机械的水利的Charge Position Volume (COULOMB)负荷（库仑）位置容量Current Velocity Flow (Ampere)电流（安培）速率流量Potential Difference Force Pressure (Volt)位差（伏特）应力压力Resistance Friction Pipe Friction 电阻摩擦力管道阻力Glass Melting with Electricity 用电熔化玻璃Glass Raw Material Composition玻璃原料成分Wool Glass E Glass Advantex矿物棉玻璃Ｅ玻璃Advantex 玻璃Silica 60% Silica 32% Silica 38% 硅石60% 硅石32% 硅石38%Limestone 4% Limestone 25% Limestone 23% 石灰石4% 石灰石25% 石灰石23% Soda Ash 15% Soda Ash 1% Burnt Dobmite 6% 纯碱15% 纯碱1% 烧结白云石6% Borax 13% Clay 28% Clay 31% 硼砂13% 粘土28% 粘土31% Dolomite 7% Colemanite 13%白云石7% 硬硼酸钙石13%Sod.Nitrate 1% Fluorspar 1%硝酸盐1% 氟石1%Glass Melting with Electricity 用电熔化玻璃Relationship Between Glass Oxides and Resistivity玻璃氧化物与电阻系数的关系Glass oxide Resistivity玻璃氧化物电阻系数CaO Highest 最高TiO2B2O3,FeO,MgO Higher (equally high) 较高（平等的高）SiO2Al2O3K2O Low 低Na2O Lowest 最低GlassMelting withElectricity用电熔化玻璃几个典型玻璃的电阻系数Glass Meltingwith Electricity用电熔化玻璃典型的底部成对电极插入精品精品Glass Melting with Electricity 用电熔化玻璃RESISTIVITY COMPARISON – GLASS AND REFRACTORY电阻系数比较－玻璃和难熔物Glass Melting with Electricity 用电熔化玻璃Resistance 电阻R=ρ*(I/A)I= length of conductorI=导体长度A= cross-sectional area of conductorA=导体的截面积Zone resistance R=(ρ/Π*ⅰ)*(In(x/d))区域电阻ρ= glass resistivity for given temperatureρ=给定温度下的玻璃电阻系数ⅰ= insertion length of electrodeⅰ=电极插入长度x= spacing between electrodesx=电极间距d=electrode diameterd=电极直径Glass Melting with Electricity 用电熔化玻璃Zone Resistance Comparisons区域电阻比较⏹Zone Resistance is inversely proportional to electrodes insertion ⏹区域电阻与电极插入成反比R2/R1= ⅰ1/ⅰ2⏹Zone Resistance is proportional to cube root of electrode spacing ⏹区域电阻与电极间距的立方成正比R2/R1=x2.33/x1.33⏹Required voltage is related to both electrode insertion an spacing ⏹所需电压与电极插入和电极间距成正比V2=(ⅰ2/ⅰ1)*( x1.33/x2.33)*V1Glass Melting with Electricity 用电熔化玻璃⏹Current Density⏹电流密度-5 amps/sq. inch exposed electrode in E glass－暴露在Ｅ玻璃中电极的电流密度为５安培／平方英寸-10 amps/sq. inch exposed electrode in wool glass－暴露在矿物棉玻璃中电极的电流密度为１０安培／平方英寸⏹Exposed electrode =Π* diameter * insertion length⏹暴露电极＝Π*直径*插入长度⏹Allowable current flow per pair 3’’ dia. Electrodes⏹每对３英寸直径电极可允许的电流Glass Melting with Electricity 用电熔化玻璃Electrode insertion Max. Electrode Current 电极插入长度最大电极电流16’’750 amps24’’1125 amps32’’1500 amps37’’1750 amps44’’2075 ampsPower Dissipation near Electrodes电极周围的功率消耗- 85% of energy released with 3 diameters of electrode－３电极直径85%的能量释放- vertical temperature gradient also impacts power dissipation －垂直温度梯度也会影响功率消耗Electrodes 电极⏹Molybdenum used for 2600 deg. C melting point⏹钼合金应用在2600℃的熔化点⏹Oxidizes rapidly above 600 deg. C⏹在600℃以上氧化反应迅速⏹Density of molybdenum is 637 Ibs/cu.ft.⏹钼的密度是637磅／立方英尺Electrode Dia. Weight per Inch Cost per Inch 电极直径每英寸重量每英寸价值2’’ 1.16 Ibs $213’’ 2.48 Ibs $ 454’’ 4.41 Ibs $80Electrodes 电极Commercial Molybdenum Issues钼的商业问题⏹Teledyne Wah Change went out of business April 2000 ⏹在2000年４月Teledyne Wah Change不再从事该业务⏹Plansee (of Austria) preferred supplier based on lab tests ⏹奥地利Plansee首选基于试验测试的供应商Herman Walser in Reutte 43(5672)600-2834H. Nicastro (Schwarzkopf) 508.553.3800CSM Industries (Coldwater, Michigan) cannot meet OC grain size specification for 3’’diameter electrodesCSM行业（Coldwater，密歇根州）不能达到OC对3英寸直径电极的颗粒尺寸要求Electrodes 电极EFFECT OF TEMPERATURE ON OXIDATION OF UNALLOYED MOLYBDENUM重量损失非钼合金氧化物对温度的反应2*1*0.055 inch samples exposed to moving air for 30 minutes at temperature. 2*1*0.055英寸的样品在室温下暴露在流动的空气中３０分钟Electrodes 电极⏹One piece block cooler/purge can design⏹一个整体的冷却器／净化可被设计- All stainless steel construction－全部不锈钢结构- Teflon coated graphite fiber packing gaskets－包上一层碳纤维衬垫的聚四氟乙烯- Reduced sleeve length－减小套管的长度- 4’’ diameter electrode block－４英寸直径电极块- Low melting glass－降低熔化玻璃精品Electrodes 电极⏹Purge Gas⏹净化器- Liquid nitrogen supply system精品－液氮供应系统- Maintain low pressure at purge gas panel－维持净化器低压- Sonic leak detection on piping－管道上的音速泄漏检测- Non-conductive hose – replace when brittle－绝缘胶管－脆化后更换- Maintain 1’’ w.c. back pressure－保持１英寸的回水压力- Check valve for compressed air backup to bubblers －检查支持鼓泡器的压缩空气阀门Electrodes 电极⏹Electrode installation procedures ⏹电极安装步骤- Required equipment－所需要的设备- Initial installation at startup－在启动时的初始安装- Extending existing electrodes－扩充现有的电极Electrodes 电极Electrodes 电极Electrodes 电极Electrodes 电极Electrodes 电极Electrodes 电极Power Systems 电力系统⏹Primary power supply⏹主电源- High voltage feed with large electric boost systems －为电助熔系统提供的高压- Emergency stop system for emergencies－为紧急事件的紧急停止系统- Electric lockout procedure for routine outages－为日常损耗的电力停止程序- Look away to operate HV disconnect switches－把脸转过去来操作高压闭合开关- Visually check for open switches－目检断开的开关Power Systems 电力系统⏹Transformers⏹变压器-Coupling between electric and magnetic circuits －电磁回路的联结- Voltage and current relationship－电压和电流的关系精品- Nameplate rating－标示牌等级- Operating temperature affects life－运行温度影响寿命-Dry type versus water-cooled－空气冷却与水冷却对比- Check cooling fan operation－检查冷却鼓风机的运行- Check transformer vault HVAC－检查变压器间的高压交流电-Cooling air to assist convective heat rise－冷却风来帮助对流热上升。
玻璃电熔窑熔化机理研究
0 引言电熔窑是以电能为热能来源，利用玻璃液本身作为电阻发热体，通过电极将电流引入玻璃液中，通电后使其内部发热而熔化玻璃的熔窑。
电熔窑与火焰窑相比具有下列特点：1）热效率高；2）熔化温度高，挥发少，玻璃质量稳定；3）窑体温度低，耐火材料侵蚀小；4）结构简单，控制方便，劳动条件好。
电熔技术可用于燃气/电熔混合窑的主要加热，也可广泛应用于火焰窑的辅助加热和料道加热。
长期以来，国内外玻璃窑炉设计仍然采用简单的数字模拟手段，利用积累的设计经验和数据作为设计熔窑的主要依据。
近年来，开始将“有限元素法”应用于玻璃窑炉设计与热/电/流体方面相关工程领域，引入物理场、多物理场耦合、流体力学数值模拟等概念对加热熔化机理进行工程研究。
玻璃窑炉的玻璃物理场主要由热流场、电场和结构场组成。
通常能源是由电极提供的电能和窑炉上部空间的燃气燃烧能提供，窑炉结构主要是由各种不同的耐火材料和支撑钢结构组成。
整个窑炉多种物理场的耦合过程非常复杂。
1 复合电场和高温低速玻璃流场正常工作的电熔窑是一个从加料口投入配合料一直到流液洞出口流出熔化好的玻璃液体的容器。
一个配合料单元从进入熔窑到流出的时间，根据不同窑炉设计和玻璃成品质量的不同而不同。
整个熔制过程中，熔窑是一个复杂的流体，是一个非均匀分布的电场，非均匀分布温度和质量玻璃液体的流动模态，其多样性并随时间变化，非常复杂。
因此对一个熔窑的电场描述、热/电场描述和流场描述是一项非常复杂和困难的工作。
由于玻璃液的高温，致使几乎所有现有的测量工具和手段都不太有效。
这正是电熔玻璃窑炉设计中的最大难题。
现有国内外研究开发的描述熔窑内部的数学模拟软件都处于数字和经验模拟结合的结果形态，大量的描述玻璃流场和电场图像与实际结果有相当大的差别。
窑炉设计仍然大量依据于经验和假设，因此几乎所有的窑炉的发展周期都很长，而且也难以估计可以达到的效率。
1.1 复合电场电熔窑炉是一个复合电场，熔化的玻璃是导电体，加热用的电极是电源体，通常电熔窑的电极由几支到几十支不等。
玻璃工业窑炉 第四章电熔窑 第二节玻璃电熔原理
•温度上升，ρ下降，σ大幅度提高，熔融态σ= 0.1~1/Ω•cm。
•含其它改良剂离子时，降低离子迁移和ρ，
如Ca2+、Ba2+、Pb2+提高玻璃ρ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。
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+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ρ（Ω•cm）或电导率σ （1/Ω•cm）来表示。
4 电熔窑
玻璃全电熔窑图片
目录
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
4.2 玻璃电熔原理
4.2.1 玻璃的熔制过程
熔制过程阶段
主Hale Waihona Puke 反应过程形成物质温度范围
硅酸盐形成
玻璃形成 玻璃液澄清 玻璃液均化 玻璃液冷却
均化
1300℃
时间空间
均匀透明玻璃液 1300～
1100℃
3
电熔窑玻璃熔制过程示意图
电熔窑的温度分布曲线
5
4.2.2 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。
浮法玻璃大功率电熔化工艺可行性分析
浮法玻璃大功率电熔化工艺可行性分析065600摘要：目前浮法玻璃复合熔化技术在国内浮法玻璃生产线尚未普及，仅有少数浮法玻璃生产线使用，其中大多生产颜色玻璃，且使用电功率不大，其工艺设计及设备系统源头大多来自国外。
本文对浮法玻璃熔窑大功率复合熔化工艺的技术和经济可行性予以分析讨论。
关键词：浮法玻璃；大功率电器熔化；可行性1浮法玻璃大功率电熔化技术可行性分析1.1浮法玻璃大功率电熔应用存在的问题目前，在玻璃钢工业的池窑中，熔融能力已达400吨/天，其熔融能力在国外技术中可占45%，国内技术含量约为25%。
分析其原因，可能有两点：一是大多纤维玻璃相比浮法玻璃其导电率低，电熔输入功率高，相对电熔能力强；二是玻璃纤维行业应用普及电熔技术比较早，现在电熔工艺设计及操作日趋成熟。
制约浮法玻璃大功率电熔应用因素在技术上有以下几个方面：一是现有浮法玻璃成分中钠钾含量多，导致玻璃本体导电率高，而且熔化温度越高玻璃电阻越低，电熔功率有效使用能力受限；二是现有大型浮法玻璃熔窑采用横火焰池窑结构，电极多采用底插式，其分布排列和数量受到池底钢结构限制；三是现有大型浮法玻璃熔窑采用等宽投料池前端投料，料层受推力前进，若采用顶插式，电极会因物料冲击磨损移位；四是现有大型浮法玻璃熔窑玻璃液对流主要受温度梯度和投料推力影响以及鼓泡、挡坝、台阶池底等辅助控制措施。
1.2浮法玻璃大功率电熔应用路径分析1.2.1加大投料前区和热点电助熔功率投料区电助熔以往设计功率不大，电极棒直径多为50mm,—般两排8只。
可以增加电极数量和直径，若按两排12只直径75mm电极棒布置，电熔有效功率可达到3000kW以上，约增加熔化能力100t/d。
投料区底部玻璃液温度升高有利于配合料熔化，但是热点与投料前区底部温差减少，热点至投料口玻璃液对流减弱会影响熔化，因此在热点处增设鼓泡装置或挡坝以增强熔化对流是必要的。
如果以消耗过多能量来增加窑炉熔化量，那增加产量就失去了意义。
玻纤入炉熔化流程表
玻纤入炉熔化流程表无碱玻璃纤维生产原理及工艺流程一、无碱玻璃概念无碱玻璃系指成分中碱金属含量小于0.8的铝硼硅酸盐玻璃。
国际上通常叫做“E”玻璃。
最初是为电气应用研制的但今天E玻璃的应用范围已远远超出了电气用途成为一种通用配方。
国际上玻璃纤维有90以上用的是E玻璃成份。
E玻璃成份的基础是SiO2、Ai2O3、CaO三元系统其组成为SiO2、62、Ai2O3、14.7、CaO22.3在此基础上添加B2O3代替SiO2添加MgO代替部分CaO形成现在通用的E玻璃成份。
各国生产的E玻璃大体相仿仅在不大的范围内稍有不同。
变动范围大致如下SiO255-57CaO12-25Ai2O310-17MgO0-8玻璃中各氧化物的变动会改变玻璃的性能。
二、无碱玻璃纤维原料1、主要原料石英石引入二氧化硅SiO2叶腊石引入氧化铝Ai2O3石灰石引入氧化钙CaO纯碱引入氧化钠Na2O2、辅助原料澄清剂硫酸盐卤化物复合澄清剂3、无碱玻璃池窑用原料的质量要求品种外观化学成份粒度叶腊石白色细粉不含任何结块和杂质Ai2O320-25土5R2O0.6Fe2O30.3土0.1TiO2≤0.8SO30.6水分0.5200目全通过325目筛1高岭土接近白色的细粉不含任何团块和杂质SiO246.0土0.6Ai2O338.0土0.5Fe2O30.5R2O0.5TiO2≤0.1.5C0.05水分0.5200目全通过325目筛余1石英沙白色细粉不含结块和杂质SiO2≥98Ai2O30.5R2O≤0.2水分0.5200目全通过325目筛余1硼钙石白色粉状无结块和杂质B2O342土0.5CaO29土1Fe2O3≤0.3SAS微量水分1.030目全通过50目筛余1200目筛余30硼镁石白色粉状无结块和杂质B2O332土1MgO17土1Fe2O30.1R2O≤0.2水分1.030目全通过50目筛余1200目筛余30硼酸H2BO399.5R2O0.1Fe2O30.120目筛余1200目筛余90萤石浅黄浅灰色粉状无结块和杂质CaO≥85SiO25Fe2O30.2水分1.050目全通过200目筛余30芒硝白色细粉不含任何团块和杂质Na2SO4≥98水分1.0化工产品硝酸钠白色细粉不含团块和杂质NaNO3≥98水分≤1.030目筛余1100目筛余304、原料的质量管理1建立原料质量技术规范在供销合同上注明原料的质量要求统一双方的检测方法和质量仲裁单位。
电熔拉丝池窑技术研究
1.3 玻璃电熔在我国与玻纤工业的发展与 现状
在 以 耐 火 砖 为 主 结 构 的 玻 璃 窑 内，通 过 电 极 （如石墨、钼、二氧化锡等）把电能直接送到高温的 玻璃熔体内，进行玻璃熔制、澄清或成形的生产过 程就是“玻璃电熔”［3］。
唐宇，等：电熔拉丝池窑技术研究
中图法分类：TQ171.77+6.33 文献标识码：A
电熔拉丝池窑技术研究
技术研究
唐宇，吴嘉培，唐秀凤 （南京玻璃纤维研究设计院，南京 210012）
摘 要 ：介绍了连续玻璃纤维池窑生产的发展历史及玻璃电熔技术在我国玻璃纤维工业中的应用及发展，对我国第一座年产 万吨中碱全电熔拉丝池窑做一全面技术回顾，以此对玻纤工业中拉丝池窑另一种生产技术做一介绍，为玻纤工业今后的发展 提供一个可借鉴的技术途径。 关键词 ：玻璃纤维 ；玻璃电熔 ；拉丝池窑 ；电熔池窑拉丝
Abstract ：The developing history of fiberglass furnaces and the application and advances of electric melting technology in glass fiber industry in China are reviewed. The comprehensive technical review of China’s first 10000 t/a all-electric melter for producing C-glass fiber is given here, as an introduction to another fiber-forming technology in glass fiber industry, so as to provide a reference for the futural development of glass fiber industry. Key words ：glass fiber; electric melting of glass; fiber-drawing furnace; electric melter for fiber drawing
浮法玻璃大功率电熔化工艺的应用分析
浮法玻璃大功率电熔化工艺的应用分析摘要：文章分析大型浮法玻璃溶窑大功率复合熔化技术的使用可行性，主要论述浮法玻璃电熔化工艺上存在的问题，论述该工艺在当前的使用。
当前浮法玻璃复合熔化技术并没有普及，仅仅有少部分在生产线使用，技术突破对行业发展十分重要。
关键词：浮法玻璃；电熔化；技术；行业；效益近现代社会发展不断变革，国家发改委与工信部、生态环境部门联合发布《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》，对玻璃行业的节能降碳改造升级提出相关意见，指出行业发展速度快，为顺应时代发展的潮流，要进一步提升玻璃行业的生产效率，保障行业的节能效果，增强绿色低碳节能。
玻璃熔制是在高温状态下进行的，反应比较复杂，因此技术研发也存在诸多难度。
1.浮法玻璃大功率电熔化工艺发展现状1.1 生产现状在玻璃生产制造中，大功率电熔化技术就是指将电能转化成为热能融化玻璃的技术，技术的关键就是电熔能力在总熔能力的占比，如果占比超过50%，则可以称为是电主熔技术，相反如低于50%，则是助熔技术。
国外的浮法玻璃复合熔化技术已经成熟，但是国内的总熔化能力只有10%。
在浮法玻璃电熔化应用中，某集团曾经在熔化量700t/d溶窑中安装助熔系统，安装为6750KW，该系统的最大能力仅占总熔化能力只有25%，这是该领域内所记录的浮法玻璃溶窑复合熔化技术中的最大电熔功率。
现阶段玻璃纤维行业内，溶窑可采用的复合熔化技术能力达到400t/d，电熔能力方面，国外技术可占熔化能力的45%，国内技术为25%。
出现这种情况的主要原因是因为玻璃纤维在生产上，导电率低，电熔的输出功率高，加上玻璃纤维行业的电熔技术使用比较早，发展到今天该技术已经逐步成熟，可满足生产所需[1]。
1.2 制约要素浮法玻璃大功率电熔应用技术发展受到限制体现在几个方面：首先，浮法玻璃中含有的钠钾含量高，所以玻璃本体具备极好的导电率，但是熔化温度高，玻璃的电阻就低，电熔的功率就不能发挥出来。
玻璃窑炉熔制操作规程
玻璃窑炉熔制操作规程1.班前按要求穿戴好劳保用品，做好工用具的准备工作。
2.接班时做好与上班交接工作，包括：池炉周围清洁卫生，池炉和设备的运行情况、料线、熔制温度情况，玻液熔制质量是否符合规定，方能签字接班，发现异常应报车间和总工办进行处理。
3.保持连续均匀、薄层加料，配合料如结块或有大块玻渣应打细至50mm 以下，如有杂物应清除干净，严禁将铁屑和石子等异物加入炉内。
4.熔制规定①熔制温度：（炉顶控制温度）1500±10℃②火焰辐射温度： 1530～1550℃③窑压： 0～5mmH2O④火焰气氛：火焰清晰明亮，不发飘、发黑，火焰在熔化池2/3处转弯，保持炉内微氧化气氛。
⑤熔化池料面：呈清晰抛物状，顶点不超过熔化池长2/3处，后面必须呈镜面。
⑥料线：（自动控制）±2mm⑦操作气压：a.天然气压： 0.015～0.02Mpab.压缩空气： 0.04～0.06MPa5.池炉换向操作关天然气关压缩空气换向闸板转换开压缩空气开天然气。
换向时规定30分钟一次。
6.巡查：①做好池炉运行检查，随时对池炉各部位进行检查，特别是池墙周围和流液洞、加料口、供料槽接口，发现渗料及时用风或水冷却并立即报告车间或总工办处理。
②做好各设备的运行检查，特别是加料机、池炉冷却风机、风扇，发现运行异常及时关闭并通知车间和设备科处理。
③做好池炉熔制情况的检查，严格按熔制有关规定控制操作，发现异常及时纠正，不能解决的报总工办处理解决。
④做好各项控制仪器、仪表运行检查，发现各项仪器、仪表运行异常应及时查清原因并纠正。
7.做好熔制运行的各项记录和池炉周围清洁卫生工作，保证安全文明生产。
8.做好交班前的检查工作，严格按车间规定填好交接班记录以等待下班接班。
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大型E -玻璃纤维熔窑的电熔技术3沈观清,春 燕(北京正兴鸿业有限公司,北京 100025)摘要:介绍大型E -玻璃纤维电-气混合熔窑中电极的布置、电极的连接、大功率电热系统配套变压器和冷却水套设备等,在以电能为主熔系统的熔窑,对电极插入深度、熔窑长宽比以及料道温度控制提出了建议。
关键词:E -玻璃;熔制;电-气混合熔窑中图分类号:T Q171.6+23.2 文献标识码:B 文章编号:1000-2871(2008)01-0024-06Electr i c M elti n g Technology for LargeE -gl a ssF i bre FurnaceSHEN Guan -qing,CHUN Yan中国玻纤工业在近10年的发展已在世界玻纤市场上具有举足轻重的地位。
生产能力的高速发展推动着先进的设计理念和工程技术的创新,并得到大规模的实际利用。
E -玻璃是玻璃中特殊的一族,包括了许多种性能各异的E -玻璃纤维,适用于不同的工业。
绝大多数的E -玻璃产品是长纤维,用来编织多种编织物。
E -玻璃纤维树脂增强复合材料在民用、军用等方面占有十分重要的地位。
近年来由于应用范围的扩大、玻纤性能的提高以及多种相应的改性树脂的新发展,玻纤增强复合材料的需求量已经是10年前的10倍以上。
1 E -玻璃的热特性及其电熔化1.1 E -玻璃的热特性E -玻璃高温特性导致了在E -玻璃熔化中采用电熔技术的特殊性。
这些特殊性带来了新的工程设计理念。
图1是E -玻璃电导率和温度的关系图。
按常规概念,E -玻璃不太适合采用电熔工艺,因为E -玻璃在1200℃以下电阻十分大,粘度也相当大,电阻和温度关系几乎呈线性变化。
在1400～1600℃温度范围,电阻随温度变化迅速,温度变化1℃带来的电阻变化可达5%～10%,这种很高的变化率必定加大电功率控制的难度加大和不准确性。
由于目前采用的火焰窑宽度都在6～8m 左右,熔窑两侧的温差达10℃或更高,因此电功率的分布控制是工程设计必需考虑的重要因素。
图2是E -玻璃的热传导特性曲线,其热传导性能呈线性变化。
从1000℃到1500℃导热率提高了将近3倍,这对于电熔效率是有利的。
可见,E -玻璃在1500～1600℃的电性能和热性能特别适合采用电熔技术来改善其产品质量和大幅度提高产量。
目前,先进国家纷纷采用电助熔系统来降低污染和成本。
但大多数国外E -玻纤熔窑和大部分中国玻纤熔窑仍停留在较低水平的电助熔技术层面上。
这些熔窑中,火焰所生产的玻璃和电能所生产的玻 第36卷第1期2008年2月玻璃与搪瓷G LASS &E NAMEL Vol .36No .1Feb .20083收稿日期:2007-08-27 图1 E -玻璃的电导率-温度关系图 图2 E -玻璃的热导率璃比例约为7∶3,即电熔能量只占全部能量的25%～30%。
随着环保法要求的进一步提高和火焰燃料供应的限制加剧,许多玻璃行业企求越来越大的电功率熔化技术。
这样,电熔技术已经不仅仅是“电助熔”,而是逐渐转变为气电结合的“电主熔”技术。
1.2 E -玻璃电熔技术通常电熔能量占全部熔化能量的30%左右。
以国内熔窑为例,一条年产10万t 的生产线,采用5000～6000k W 的电能,使用功率仅为3000～3600k W ,电能生产玻璃100～110t/d,约占玻璃熔化总量的30%。
为了提高电熔功率比例,熔窑设计采用常规电熔技术将面临高功率带来的炉底温度过高,相应流液洞、料道温度过高和成型玻璃强冷却问题。
炉底高温将大大缩短熔窑使用寿命。
所以先进玻纤熔窑炉底温度在1350～1400℃。
采用常规大功率电熔系统,当使用功率超过3000k W ,日产300t 的熔窑炉底温度在1400～1450℃或更高。
此时电熔电极插入玻璃液深度仅为液面的50%左右。
为了降低炉底温度,要把电功率重心由40%～50%深度提高接近液面,即插入深度是液面深度的80%～85%。
这样带来明显的优点:(1)降低炉底温度,炉底温度在1300～1350℃,减少了料道冷却压力。
(2)由于电功率上移,上层玻璃液温度升高,加强了玻璃液表面和空间火焰的热交换,因此空间温度下降,低于1600℃,此时液面温度在1500～1550℃。
(3)电功率约占全部熔化功率的60%,突破了以火焰为主要能源的理念。
电熔系统成为“电主熔系统”。
以一台日产量为230～240t 的E -玻璃窑为例,电熔化为120～130t/d,火焰仅生产95～100t/d,且电功率熔化还有提升空间。
1.3 面功率控制E -玻璃电熔系统功率控制方式为面功率控制,沿纵向和横向有独立的功率控制。
沿纵向分成若干功率区,每个功率区都是独立进行功率调节。
这样,沿纵向的功率分布可根据熔窑实际情况进行优化调节。
由于熔窑结构原因,横向火焰燃烧有差异,两侧加料不均都可能导致熔窑横向温度分布不均,且有较大差别。
两侧玻璃液温差会导致电熔功率发挥不充分或产生其他问题。
而玻璃温度横向分布不均会影响最终玻璃质量。
沿横向温控较简单,仅在熔窑两侧设功率控制,一般布置在加料区后部或熔窑热点前部,如图3所示。
(1)4支电极分成2组,上部Ⅰ区、下部Ⅱ区,独立可调,可采用斯柯特变压器调控,也可采用独立变压器。
这两种方式都已由实践证明是有效的。
(2)由6支电极组成,但这是一个独立功率区,采用3相B -B 变压器。
每对分别占一相,每相单独调功率,实现两侧温度调节。
这是一种十分重要的符合E -玻璃热电特性的新的设计理念。
火焰主要用于预热生料和预熔化,主要熔化能量转移到电能上去。
而在1500～1600℃,E -玻璃具有高导电率和高热传导特性,正是高效电熔系统电熔功率最佳发挥范围。
同时由于较低的炉底温度和空间温度,使熔窑寿命将大大延长。
・52・ 第36卷第1期 玻璃与搪瓷 2 E -玻璃电熔系统电极的基本布局和工程设计2.1 电极布局E -玻璃电熔系统采用面功率控制布局方式,不同于常规、小型电助熔系统。
在熔窑热点前布有大量电极,在热点后布有少量电极,电极总量十分可观,一套5000k W 电熔系统采用42～48支直径76.2mm 钼电极,约5700～6000kg 。
底插式电极分布较为均匀,每区电极都是由多电极组成。
图4是一种布局方式。
图3 横向温度控制的功率控制设置 图4 底插电极的布局实例2.2 电极连接装机功率2500～5000k W 、使用功率2000～3600k W 的电熔系统,底插电极从24支到48支不等,功率分布可为6～10区。
区内连接方式常用有三种。
图5是用三相平衡变压器连接4支电极的接线方式,图6为三相开放三角连接方式,用以连接6支电极。
高压进线为闭三角,低压为三相平衡方式、开三角连接。
4支电极组成2对电极时可采用斯柯特变压器,每2支电极1对,功率可调。
此法用于调节横向功率分配。
这时右侧是单向连接,采用每2对电极为一区,每个区都是独立可调。
当电极数量增多、区数增多,三相平衡是重要的。
有些设计采用干式空冷变压器,功率调节通过可控硅调节(SCR 系统)。
图5 4电极接线方式 图6 6电极接线方式2.3 空气助燃和全氧燃烧熔窑的电熔技术E -玻纤窑火焰燃烧有两种方式,一种是空气助燃,一种是全氧燃烧,燃料都是天然气,底部采用电熔系统,是典型的气-电混合窑。
当上部为火焰加热,玻璃液中有电加热时,上部空间的温度分布和气流流动及玻璃液表面(上部)的温度分布是相关的。
空气助燃和全氧燃烧都是横火焰,但温度分布不同。
全氧燃烧在中间沿纵向温度高于空气助燃。
在设计电熔系统电极布局时应予以不同处理。
当采用上部电熔系统时,电能所产生的热量也在加热上部接近表面的玻璃液层。
为了避免中间温度过高而带来的炉中部、底部过高温度分布,应对两种不同燃烧方式窑采用不同的电极布置。
图7和图8所示为两种典型布局。
当火焰能量逐步减少,玻璃以火焰为主熔化转向以电熔为主,火焰主要用作生料加热和预熔化,用火焰保持熔窑上部空间温度时,无论是用空气助燃还是全氧燃烧,电熔电极的布置采用图7的方案相对较稳妥。
・62・ 玻璃与搪瓷 2008年 这种布局三相电平衡较好,因此供电设备简单、控制可靠,供电变压器效率得以充分发挥,同时玻璃液温度分布也较均匀。
这种方式已经实践多次证明是有效的。
玻璃熔窑采用一种电极布置好坏的实践验证十分不容易,周期长、投资风险极高。
图7 空气助燃窑电极布置 图8 全氧燃烧窑电极布置2.4 电极布置和电磁干扰电熔系统数量很多的电极布置在熔窑内,在其附近形成一个很强的电磁场,电场内任何一处电压的变化都会产生对整个电场分布的影响。
减少电极间的电磁干扰不能简单采用加大电极间隔来缓和。
加大电极间隔在熔窑横向受E -玻璃电阻较高的影响,加大插入深度,电极端部处高温低阻部分已经使这个阻碍得以大大的缓和。
而这个特性正是E -玻璃电熔系统需要大量电极的基本原因。
沿纵向间隔受熔窑尺寸限制,且间隔过大可能造成熔窑玻璃液温度分布不连续。
因此在设计和安装中重视电磁干扰问题就提到日程上来。
另外更重要的是电极间相位的关系远大于电极间距带来的影响。
有两个十分明显的实例供参考。
在泰山玻纤厂一熔窑中,由于测温热电偶的安装位置和钼电极十分接近,以及所用热电偶的特性原因,致使所有测温热电偶全部失效。
经在所有热电偶上安装过滤器后才使热电偶正常工作。
在我们安装4800k W 电熔系统时采用了6台变压器,其中3台变压器和另外两台变压器低压次级绕组方向不同,所以相位方向不同。
开始设计安装时未予以重视,致使3个工作区出现局部高电流、高温现象。
经更改变压器输出接线方法后问题才解决。
电磁干扰是可用功率发挥效率的一大障碍,为此在设计E -玻璃电熔系统时应采取两个措施,一是要求变压器生产公司提供所有变压器高、低压次级绕组方向;二是要在设计时做一次物理电磁模拟试验,以定性测定电磁效应的强度。
2.5 大功率电熔系统特点目前E -玻璃熔窑电熔系统每100t/d 产量实际运行电熔功率为2500～3000k W 。
这样,一座日产300t 的E -玻纤窑,电熔安装功率可达5000～6000k W ,实际长期稳定运行功率应在4000～4700k W 。
根据国内两大玻纤厂的使用情况,功率可利用系数以0.8比较实用。
这样大的电熔系统具有如下特点:(1)电功率占全部熔化能量60%以上。
(2)较低的熔窑空间温度和炉底温度,比常规熔窑低7%,这是一个十分可观的成果,不仅节省了昂贵的燃料,而且大大延长了熔窑寿命。
(3)钼电极插入深度是池深的80%～85%,提高了电熔功率发挥效率。
同时采用较粗直径钼电极,使钼电极表面温度下降,提高了玻璃导电功率,效率相应提高,好处是多方面的。
3 大功率电热系统设备配套一个优秀的设计是由一系列可靠、相互兼容的设备来实现的。