玻璃熔窑冷却部温度控制技术

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图 ２ 气 玻 气与 。的关系 （玻 ． ） ８ Ｃ 壁 、。 ： ＝０
全国性建材科技期刊— 《 玻璃） ０６ ） ０ 年 第 ６ ２ 期 总第 １９ ８期
玻璃熔窑冷却部温度控制技术
（．北京市 １０８ ； ．秦皇岛玻璃工业研究设计院 秦皇岛市 ０ ６０ ） １ ００８ ２ ６０４
摘 要 从冷却部传热方式的特点论述了冷却部玻璃液温度控制技术 ，深人研究 了冷却部加热技术 ，并对加热 装置提出 自己独特的观点。 关键词 玻璃熔窑 冷却部 温度 加热 冷却 中图分类号： Ｑ ７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０ －１８ （０６ ０ － ０３ ０ Ｔ １１ ０３ ９７ ０ ） ０２ － ２ ５ ４
和实际情况较为接近的假设条件，以便分析。如 ： 火焰充满空间、而且温度和黑度各处均匀；窑内表
Ｃ 壁 ＝Ｃ 玻 ， ０一： ） 。 ［ ＋ 气玻 ｏ Ｐ 气 ］／｛ ＋ （ 一 。 １ Ｅ ［ ＋ 玻 （一。 ） 。 ｝ － 。 。 １ 气 ］／ 气 ， 气
Ｃ 壁 称为综合辐射系数。为进一步理解 气玻
赵克明‘ 王绍武“
１ 前
言
玻璃熔窑一般分为ห้องสมุดไป่ตู้化部和冷却部。熔化部负 责玻璃熔制、澄清 ，冷却部负责将熔化好的玻璃液
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继续均化并且调整到成形所需要的温度。传统的冷
效辐射； 效 — 玻璃液表面有效辐射； 气 Ｑ玻 Ｅ— 火焰或气体辐射能力， 气 。 ｏ 气１０４ Ｅ ＝ 气Ｃ （ ／０）． Ｔ
经过设定 令 ｓ （ Ｑ｝ 壁＝Ｑ 璧 ＝１０ 落 ，。 ／ ，即 。 ＝
在冷却部窑内的传热中 （ 假设为加热） ，热源
是火焰或高温气流，受热体是已具有一定温度的玻 璃液。传热过程见图 １ 。玻璃液获得的热量 Ｑ为：
（ ）燃 料 要 求 ： 液 化 气 需 要 量 ５ １ ０一 ２０ ３ｈ供气压力 ２００ ００ Ｐ ． ０ Ｎ ／， ｍ ００ －８００ ａ （）供 电要求：３０ Ｃ三相 ５ Ｈ ， ０ ２ ８ Ｖ Ａ ０ ｚ ２ ２
ＶＡ Ｃ二相 ５ Ｈｚ ０ ．
影响，那怕是燃烧过程中产生的析碳。助燃风要使
Ｃ 壁 的影响，令 纽 ＝０８ 气玻 ． ，绘出 Ｃ 壁 、。 气 玻 气和 中
２ ３
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的关系曲线 ，见图 ２ 。结合冷却部的特定环境 ，不
温度下 降 ２ － ３ ０ ０℃，个别 厂家 流道 温度 降到
难看出冷却部加热与熔化部加热的区别和应该采取
风冷却的大量使用，得益于国外技术的引进和借
鉴。在当时的条件下 ，冷却部只起到冷却作用 ，我 们还没有冷却部加热的需要。 冷却部玻璃液加热也必须均匀。除此之外还有 其特殊性 ，加热时要特别注意防止二次气泡的产 生。二次气泡的产生是由于不合理的加热过程破坏 了澄清时各相已建立起来的平衡关系。气泡的来源 有两 个 ，一 是 盐 类 的 分 解 ，二 是 气 相 平 衡 的 图 ３ 冷却部温控系统原理图 在往窑内吹人冷却风时，由于空气密度 的原 因，冷空气下沉 ，热空气上升，这种作用加强和均
２ ２ 玻 璃 液传 热 ．
度的降低带来的问题不单单是不能满足成形温度
的要求 ，而对工艺方面也带来影 响。玻璃液流动 层的减少 ，意味着玻璃液流速加快 ，玻璃液停 留 时间变短 ，这对玻 璃 液 的均化 和减少 气泡非 常
不利 。
就玻璃液本身来说，其导热系数很小，因而依 靠热传导的方式把表层冷 （ 热）量传到深层的数量 不大。而直接 的热辐射只能透过很薄的一层玻璃 液。因此 ，玻璃液本身的热辐射是通过薄薄一层一 层的玻璃液逐层的以辐射方式向上、向下传递。这 种传热方式与玻璃的吸热性关系极大 ，无色玻璃液
明玻璃） 、正常的拉引量来考虑。在生产颜色玻璃 时，无色玻璃液与有色玻璃液温度梯度的不同，就
造成同样流量的玻璃液带到冷却部的总热量不同。 尽管生产颜色玻璃时有意加大熔化末端火焰、关闭
璃液在 ８ 年代初垂直引上工艺时已开始试用。当 ０ 时是在通路或引上室前进行吹风冷却。应该说这是 从水冷却到风冷却提高控制精度的一个突破 （ 例如
Ｆ ／玻 壁 Ｆ ）和整理，得：
么壁 ＝ 气玻 Ｃ 壁 〔（ 气１０ ‘一 （ 玻 玻 Ｔ ／０ ） Ｔ／
１０４ ｘ ０ ）］Ｆ Ｑ 对 辐 ＝Ｑ ＋Ｑ 其中：
Ｑ ＝ａ （ 一ｔ）Ｆ 对 对 ｔ 玻 气
而Ｑ 辐较为复杂，为了使问题简化，我们规定
用干净空气 ，避免有害物质吹人窑内造成玻璃质量
缺陷。
５ 冷却部温控技术的实践
（）供风要求 ：６０ 一２００ ３ｈ ３ ００ ４０ Ｎ ／ ｍ
（）燃烧装置要求：按照冷却部空间的大小及 ４
５ １ 冷却部温控 系统原理 ．
冷却部的吹风冷却是浮法玻璃生产线的常规设
计，这里不再赘述 。因为有了这样一种手段 ，我们
的特殊措施 。
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１８ ００℃以下。既使锡槽成形时采取拔前区水包、
调整拉边机等措施仍不能很好地满足成形猫度的要
求，给玻璃生产作业制度、玻璃质量造成影响。在
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与有色玻璃液的上下温差差距就与此有关 。 ３ 冷却部温度控制技术的产生
国外的优质浮法玻璃生产线，冷却部都有辅助 加热装置。目前我国先进的浮法玻璃生产线也开始 采用这一先进的生产技术。现代窑炉的冷却部已同 过去不同，冷却部调温越来越类似于退火窑的分程 调节功能，既有冷却又有加热 ，所以将冷却部称为
图 １ 冷却部空间传热示意图 面温度和黑度均匀……。得到玻璃液获得的净辐射
度作为控制指标）大体在 １０ １０℃左右的范围内。
成形位置的前后变化、锡槽温降梯度的不同就决定 了流道温度有一定 的变化范围。在 自然冷却状态 下，超出此温度范围就要采取辅助控制手段。
２ 冷却部传热方式 ２ １ 冷却部空间传热 ．
冷却部加热装置一般以气体燃料或轻柴油为 主，而气体燃料的不易储存和危险性给加热系统的 设计带来一定的困难。这就要求加热装置要有完善
的控制、管理、报警等手段。
热过程有很大影响。由于边界层内的流体分子没有
垂直于表面的位移和混合运动，通过该层的传热只
能依靠分子的碰撞和扩散，也就是纯粹的传导传
热。所以，凡是影响边界层内导热速率 （ 如边界层
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生产超薄 （ ｍ 、超厚 （ ５ Ｇ２ ｍ） ＞１ ｍ ｍ）玻璃 （ 尤 其是超薄玻璃）时，由于设计方面的限制 ，需要大 幅度地降低拉引量 ，这同样使得玻璃液带到冷却部 的热量大幅度减少，难以满足成形温度要求。而超 薄、超厚玻璃的质量要求又特别高，超出成形温度 的强行操作使得玻璃质量大幅度下降，最典型的体 现就在斑马角和微观平整度上。这也是中国浮法玻 璃与世界上先进浮法玻璃的差距之一。冷却部温
冷却部加热装置必须结合玻璃生产及冷却部的
传热特点进行设计 ，产品应可烧不同的燃料并有不 同的燃烧发热量供选择。下面就某单位生产的供给 某生产线的以液化气为燃料的加热装置为例子加以
说明：
厚度 、流体导热系数）及流体紊流混合强度的因素
（ 如流动类型、流速、表面形状与位置等）都影响
对流传热的效率。 任何非气态物质掉人窑内都会对玻璃质量产生
４ 冷却部温控技术的特点 玻璃液的冷却必须均匀，不能破坏均化 的结
果，否则会使原板产生波筋等缺陷。为此，冷却部 一般采用 自然冷却方式，主要靠玻璃液面以及池 壁、池底向外均匀的热辐射来进行冷却。现代窑炉
由于熔化率的大幅提高使得冷却部的负荷加大 ，再 加上要精确地控制流道温度必须要有一精确的调节 手段，随之产生了辅助吹风冷却措施。用风冷却玻
匀了温降效果。而当冷却部需要加热时，气体密度
的不同导致气流的变化将会恶化均匀加热过程。所 以必须采取特殊的措施加以改善。 ５２ 冷却部加热装置 ．
破［ 坏１ １ 。
根据流体力学的边界层理论 ，流动着的气体与 玻璃液表面接触时，由于表面的摩擦作用在表面附 近形成具有一定速度梯度的边界层。边界层的厚度 虽小，但它对气体流动过程中的能量损失和对流传
（） ３ 板材之间缝隙不应小于 ０５ （ ． ｃ 安装时要 ｍ 根据板材使用环境温度给予适当调整） 。
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沈阳厂、株洲厂） 。但由于当时的生产操作仍夹杂
稀释风，采取了冷却部池底、池壁、暄顶保温等措
施后仍不能满足成形温度要求。比正常生产时流道
２ ４
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着手艺人的特点及 自控、管理水平的落后 ，使得这 样一个新技术没能很好地发挥作用。冷却部玻璃液
低压报警装置。燃烧气氛可调，满足特殊工艺及降 低Ｎ ， Ｏ 排放量要求 （ 对于某些对气氛有要求的玻
璃而言又增加了一个调节手段） 。由于冷却部不具
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（） ２ 螺栓沉头平面要求必须低于板面。
玻璃液升温的多少要求布置 ４ －６台加热器。燃烧 器型号为 Ｒ Ｈ－Ｇ ４ ，具有 自动点火及断火检测装 １０
置。整个系统具有燃气高压 、低压、回火和助燃风
才能精确地控制流道温度。但过大的稀释风量会给
锡槽造成影响，一般冷却部压力应控制在 ４ ａ以 Ｐ 下。小风量难以降温时，可以结合水包冷却手段。
图３ 是冷却部温控系统原理图。
工作部可能更贴切一些 。
理论上单一生产模式，通过精确的计算， 冷却
部可以不需要辅助冷却或辅助加热装置。然而，面
对市场竞争的强大压力 ，现代的玻璃生产线要求的 功能越来越多 ，既能生产常规玻璃 ，又能生产超 薄、超厚玻璃；既能生产无色透明玻璃 ，又能生产 颜色玻璃。这样复杂的工况 （ 大幅度的调整拉引量 或玻璃导热性能） ，使得生产操作越来越困难。一 般的窑炉设计均按特定的品种和规格 （ ：无色透 如
热 （＇玻 Ｑ， ）为： 壁
Ｑ 壁 ＝Ｅ 气凡 ＋Ｑ 壁 一。 ）一Ｑ 玻 气玻 效（（ 气 ｐ １ 效 式中： 一 一 ０ 一 窑壁对玻璃液的角度系数，Ｏ＝Ｆ ／ 玻
Ｆ ；Ｆ — 玻璃液表面积；Ｆ — 窑内表面积； ， 玻 壁 Ｅ， 火焰或气体黑度；Ｑ 壁 － — 效 — 窑内表面的有
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却部只有冷却作用故此而得名。根据玻璃成份和成
形方法的不同，冷却过程中玻璃液温度降低的程度
也是不同的。对浮法玻璃生产方式而言，由于浮法
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玻璃成份的大体一致性和成形方法、成形位置的趋 同性，就决定了浮法玻璃的流道温度 （ 由于成形处
测量玻璃液温度困难 ，所以生产过程中均以流道温