最新玻璃熔窑鼓泡技术_低频鼓泡和精密控制低频鼓泡

最新玻璃熔窑鼓泡技术
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———低频鼓泡和精密控制低频鼓泡
梅德馨
(北京玻璃集团公司,北京　100022)
摘要:介绍了鼓泡技术强化玻璃熔制的作用和机理,连续式鼓泡、脉冲式鼓泡和低频鼓泡技术的特点,指出了玻璃熔窑选用鼓泡技术应注意的几个问题,分析了选用强化熔制技术的经济性。

关键词:玻璃熔窑;强化熔制;鼓泡
中图分类号:T Q171.6+
22 文献标识码:B 文章编号:1000-2871(2008)03-0039-06
New Bul bb i n g Techn i que i n Gl a ss Fur nace
———L ow Frequency Bul bb i n g and Prec isely Con trolled L ow Frequence Bu lbb i n g
M E I D e -xin
玻璃熔窑鼓泡技术是上世纪50年代出现的一种强制熔化的新技术。

经过半个多世纪的发展和不断完善,已经成为现代化玻璃熔窑不可缺少的强制熔化的技术措施之—。

目前,国外现代化先进玻璃熔窑所选用的鼓泡技术是精密控制低频鼓泡。

我国是在上世纪70年代中期开始将鼓泡技术应用在棕色、绿色的瓶罐玻璃熔窑。

三十多年来我国的鼓泡技术经过几代人的研究和改进,经历了连续式鼓泡、脉冲式鼓泡和最近几年研发成功并应用于玻璃熔窑上的低频鼓泡等过程,鼓泡技术已相当成熟和完善。

低频鼓泡技术完全满足玻璃工艺要求,加速玻璃熔化过程和提高玻璃液质量,同时具有调节和控制精密高、方便灵活,运转安全、寿命长等特性。

1　鼓泡技术强制熔化的作用和机理
1.1　鼓泡技术在玻璃熔化过程中的作用
(1)改善玻璃液均匀性,提高产品质量。

有鼓泡熔窑生产的玻璃瓶罐比无鼓泡熔窑生产的玻璃瓶罐环
切均匀度提高1～2个等级,一般进入B 级;玻璃密度差值缩小,一般不超过5×10
-4
g/c m 3
;玻璃中的气泡和
结石明显减少,最好的结果为制品无可见气泡。

(2)提高玻璃熔窑的熔化率,增大出料量。

采用鼓泡熔窑的熔化率可提高5%～12%。

(3)降低燃料消耗,实现节能减排。

采用鼓泡的熔窑热单耗可降5%～10%。

(4)降低配合料成本。

采用鼓泡技术能增加玻璃液的氧化性和气体量,可减少配合料中脱色剂和澄清
剂。

在瓶罐玻璃中用价格低廉的芒硝做澄清剂,实现还原性硫澄清技术,不仅降低成本,且保证玻璃液的澄清质量。

第36卷第3期2008年6月玻璃与搪瓷G LASS &E NAMEL Vol .36No .3Jun .2008
3收稿日期:2007-10-25
采用鼓泡技术能提高碎玻璃使用比例,为大量使用社会碎玻璃,生产高质量的玻璃瓶罐提供了保证。

(5)缩短熔窑换料时间。

采用鼓泡技术,能很快得到所需的合格玻璃液,保证玻璃的颜色和成分均匀。

1.2　鼓泡技术强制熔化作用的机理
(1)玻璃熔窑工作原理。

在玻璃熔窑内,火焰的热量传给配合料和玻璃液;玻璃液在熔化池内的流动是熔窑工作的基本原理。

所有强制熔化的技术措施和提高玻璃液质量的技术措施都要具有使配合料和玻璃液获得最大的热量,最大程度地提高玻璃液温度,强化玻璃液的流动,使玻璃液热对流得到加强,变得激烈且有序和稳定合理的作用。

(2)鼓泡技术强制熔化的机理。

鼓泡技术是从热点附近池底鼓入气体形成气泡,随着气泡的上升,周围的玻璃液向上流动形成机械循环流,当机械循环流与熔化池热点的热泉相重合时,使玻璃液的热对流得到加强,变得更为激烈。

当鼓泡作业指标合理、运行正常时所形成的激烈的、稳定的热对流增加了表面玻璃液吸热能力,促进玻璃液内传热,提高玻璃液的温度;同时也保证了玻璃熔化各阶段在各自的区域内顺利完成,改善玻璃液的质量。

(3)鼓泡通常与窑坎共用。

窑坎有阻挡已澄清、均化并在工作池冷却了的玻璃液回流到熔化池的作用。

突出熔化池澄清区域的高温状态。

1.3　玻璃熔化工艺对鼓泡的要求
根据多年来从事玻璃熔化工艺技术的认识和鼓泡技术工作的经验,认为鼓泡应具有以下特性和状态。

(1)鼓泡技术中气泡的产生应是一个大气泡从池底上升到达玻璃液面后胀破,而不是由大量一连串的小气泡借助玻璃液的粘度及表面张力聚合而成。

因为小气泡是在上升过程不断的聚合,所以会有一小部分在复杂的玻璃液流中飘离了上升环流而进入生产流,不能排出,形成制品中的气泡缺陷。

为减少和消除制品中的气泡缺陷,一定要防止连续的小气泡进入玻璃液。

(2)鼓泡技术是使熔化池内玻璃液的热对流得到强化,使之更为激烈,而不是使原来热对流的流动发生紊乱,受到破坏。

选择鼓泡点时应与熔窑热点即玻璃液热对流的热泉区相吻合。

这样就只是对玻璃液热对流加强,而不会改变原来的热对流的流动。

热泉区附近的鼓泡保证了玻璃液澄清质量,同时也起到了挡料作用,使泡界线稳定和明显。

被强化了的玻璃液流动使玻璃液面吸收热量加大,且玻璃液内的传热增强。

玻璃液温度提高,实现增产节能的效果。

(3)鼓泡的频率应单独调节,不受玻璃液粘度影响,泡频和泡径是决定鼓泡作用强弱的主要因素。

泡频和泡径是随着玻璃液的粘度变化的。

当炉温降低时玻璃液粘度增大,此时泡频减慢,泡径缩小;但熔化工艺希望得到较快的泡频和较大的泡径以平衡炉温降低的影响。

所以鼓泡的泡频和泡径应是根据熔化工艺来调节,调节范围要宽、准确度要高并具有较强的灵敏性。

正常运行熔窑的鼓泡泡频是稳定的,且以较低的泡频和较大的泡径运行,能取得最佳的鼓泡效果。

(4)鼓泡系统耐用性好,特别是鼓泡器(即鼓泡管)的寿命应与炉龄相同。

鼓泡最易发生的故障就是鼓泡管堵塞。

产生堵塞的原因一是高温玻璃液进入鼓泡管的喷孔内,当因某种原因而停气时极易发生玻璃液堵塞故障;二是鼓入的气体不洁净,在鼓泡管内发生结垢堵塞。

结垢堵塞是气体处理问题,目前配置的国产净化设备已能得到很洁净的气体。

对于玻璃液堵塞,多年来提出了种种排堵措施,但均效果甚微。

所以发生鼓泡管玻璃液堵塞后只能采取热换管措施。

为了达到鼓泡技术的最佳效果,采用防堵鼓泡器,即使鼓泡系统气源中断的情况下有防堵自保护,不会发生玻璃液堵塞的故障。

(5)鼓泡控制应采用现代化微电子自动控制,消除电气零部件组合非匹配问题,使系统运行寿命得到完全保障。

具有配置高、功能全、调控灵活、控制准确、精度高、监控直观的特点,并可提供多种运行模式选择。

(6)鼓泡应与窑坎配合使用。

2　我国玻璃熔窑鼓泡的三种形式
・
04・ 玻璃与搪瓷 2008年　
2.1　我国玻璃熔窑鼓泡的发展过程
我国自上世纪70年代采用鼓泡技术,先后出现连续式鼓泡、脉冲式鼓泡和低频式鼓泡三种形式,代表了我国玻璃熔窑鼓泡技术的发展过程。

(1)连续式鼓泡是上世纪70～80年代玻璃生产企业同科研单位结合研制的最初形式。

具有系统简单、维修方便、投资少等优点,但在对玻璃熔化的作用、运行操作调控及防止故障等方面存在明显不足和缺陷。

(2)脉冲式鼓泡是针对连续式鼓泡的问题,借鉴国外的先进鼓泡技术研发的,由专业的鼓泡设备研发和生产单位提供。

在上世纪90年代开始在我国玻璃工业中广泛应用。

由于此系统必须有对鼓泡管的保护气鼓人玻璃液,故不是完全的间歇脉冲鼓泡。

(3)低频鼓泡是本世纪初研制成功。

采用防堵鼓泡器,不需要保护气,并采用现代化的控制系统,真正实现了脉冲式低频鼓泡。

2.2　连续式鼓泡、脉冲式鼓泡和低频式鼓泡的特点和应用比较(见表1)
表1　连续式鼓泡、脉冲式鼓泡和低频鼓泡的特点
连续式鼓泡(自然鼓泡)
脉冲式鼓泡
低频式鼓泡
成泡机理
气体以连续的气泡鼓入玻璃液中,在上升过程中小气泡不断聚合成为大气泡,到达液面后胀破完成一次泡频
按给定频率增减气压,实现增压脉冲
给气,气体以较大流速冲出鼓泡孔,形成一个大气泡迅速上升浮出液面。

但在低气压时段要有少量保护气体,仍以连串的小气泡形式进入玻璃液
按给定频率停、开气路,实现脉冲的独立大气泡。

由于采用防堵鼓泡器,所以不用保护气,是真正的脉冲鼓
泡,且实现了低频运行控制系统特点
以针型阀调控气体的流量和压力,以转子流量计和压力表作为指示
仪表,是手工调节
采用电气零部件组合的电控系统,具有时控、显示、报警和中控等功能采用微电子程序控制,人机界面输入显示监控,自动运行全方位
监控,多种运行模式
鼓泡指标的调整特点
①泡频、泡径调控范围小、精度低,不能
进行低频运行,往往造成“过频”状态②泡频、泡径随玻璃温度而变化,不能满足熔化工艺要求的单独调节泡频、泡径③难于适应多种熔化工艺的不同要求④运行不稳定,易出现鼓泡管堵塞等故障
①脉冲的大气泡可控,但由保护器形成
的气泡不能控制②担心鼓泡堵塞泡频不能低③泡频、泡径不能够稳定④基本上能加强熔化工艺要求,
独立调节运行指标
①独立调节泡频,实现真正的脉冲鼓泡②泡频可很低(甚至为零),泡径可大可小③泡频、泡径调节范围大,能满足各种熔
化工艺的要求④运行稳定
气压
0.05～0.1MPa
0.2～0.25MPa
>0.2MPa
实践证明,国内的几种鼓泡形式均能起到强制熔化和促进玻璃液均匀的作用。

但是,不同的鼓泡方式所起作用的程度是不同的。

根据对我国的三种鼓泡形式、成泡机理、控制系统、指标调节等特点以及运行状况的比较,可以得出低频鼓泡更能满足熔化工艺对鼓泡要求的结论。

低频鼓泡对提高玻璃液质量和强制熔化的效果最佳。

如果采用精密控制低频鼓泡则效果更佳。

3　低频鼓泡与精密控制低频鼓泡
3.1　低频鼓泡的特点
(1)采用防堵自保护鼓泡器实现了鼓泡技术中的真正脉冲鼓入气体和低频运行。

防堵自保护器的特点
是在不需要水冷却或保护气的情况下,不会发生玻璃液堵塞现象,即使停电、停气后仍能保持鼓泡器畅通状态,所以泡频可从零开始。

采用防堵鼓泡器彻底消除了通过鼓泡器从池底进入玻璃液中成串的小气泡,不会发生因鼓泡不当而产生的小气泡,保证了玻璃的优良品质。

在武汉,中外合资啤酒公司所需的啤酒瓶要求不得有可见气泡,采用低频鼓泡的熔窑生产玻璃液满足了这一要求。

采用防堵鼓泡器消除了保护气对玻璃液流动的干扰,泡频和泡径稳定,保证了熔化池内玻璃液的流动稳
・14・　第36卷第3期 玻璃与搪瓷
定,熔窑运行也就稳定了,提高了玻璃液均匀度,有利于成型。

提高了产品的合格率。

采用防堵鼓泡器消除了鼓泡管堵塞的故障,延长鼓泡管寿命,可与炉龄相同。

(2)采用先进的微电子程序自动控制系统,对鼓泡的运行实现智能型自动调控。

具有功能全、准确性高、灵活性大、运行安全可靠以及操作简便、监控直观、信息完善等特点。

控制系统可对全系统实行“总控”,也可对每个鼓泡器实行“分控”,分别调节每个鼓泡管的脉冲时间和泡频、泡径,能最大限度满足熔化操作改变熔化玻璃液面状况的需求。

(3)低频鼓泡对鼓泡用空气进行严格的净化处理,杜绝了由于空气不洁净造成的鼓泡管结垢堵塞。

空
气洁净度达到国家标准G B /13277-91所规定的一级:最大含油量0.01mg/m 3
,最大粒径0.1
μm ,压力露点10～70℃(按地区不同而定)。

(4)当熔窑运行正常、鼓泡操作正确并实行科学管理,低频鼓泡运行安全、寿命长。

3.2　低频鼓泡的应用
低频鼓泡可满足不同品种、不同颜色玻璃的熔化要求。

在我国研发成功后二年多的时间里,已应用在瓶罐玻璃、中性玻璃管和平板玻璃等多座熔窑上。

对玻璃质量的提高、熔化能力的增加、燃料的节约都具有明显的效果,且运行管理灵活、便稳和安全可靠,得到使用企业的肯定。

3.3　精密控制低频鼓泡的特点
(1)可实现完全而精密控制低频率鼓泡,泡频为0～8个/m in 。

(2)精密控制每个泡的气量,实现独立调节每个泡的大小。

3.4　精密控制低频鼓泡的作用效果
(1)低频率、大泡径的鼓泡对促进玻璃液均化,阻止未熔化好的配合料进入澄清区的作用效果最佳,得到优质的玻璃液,大幅度增加出料量,热效率高,节约燃料消耗的效果最好。

(2)可根据玻璃熔化状况准确地调整泡频和泡径,保护熔化池内玻璃液流稳定,保证了玻璃液的质量。

(3)非常低的泡频使耐火材料的损耗降至最小。

(4)采用防堵鼓泡器消除了用普通鼓泡器发生的堵塞现象,防堵鼓泡器的寿命可与炉龄同步。

目前国内低频鼓泡已成功应用在玻璃熔窑上。

控制每个泡气体量的定量鼓泡也已完成研发,即将在熔窑上应用。

在低频鼓泡和定量鼓泡的基础上,精密控制的低频鼓泡会很快在熔窑上应用。

4　与鼓泡技术相关的几个问题
4.1　鼓泡是瓶罐玻璃熔窑首选的强制熔化技术措施
(1)目前玻璃熔窑强制熔化的技术措施很多,如电助熔、全氧燃烧、富氧燃烧、减压澄清及鼓泡等,可供
各玻璃品种和不同结构熔窑选择。

不同强制熔化措施技术含量、投资、运行费用和强制熔化效果均有不同。

(2)选择熔窑强制熔化措施要充分考虑玻璃的种类、炉型、产品的质量要求和产品的价格。

(3)鼓泡是瓶罐玻璃熔窑理想的强制熔化的技术措施。

由于瓶罐玻璃是极为普通的钠钙硅酸盐玻璃,熔化工艺无特殊要求,易熔化,通常采用常规的火焰窑来熔化,产品质量要求一般,产品价格较低。

鼓泡技术在所有强制熔化技术措施中是投资最小、运行费用最低的一种。

所以鼓泡技术最适用于瓶罐玻璃熔窑。

4.2　“油”改“煤”的玻璃熔窑应采用鼓泡技术
(1)燃煤熔窑与燃油熔窑的差别。

将燃油玻璃熔窑改为烧发生炉煤气,当炉型、结构、规模以及技术水平基本相同时,熔同一种玻璃时燃煤熔窑较燃油熔窑熔化率低,玻璃质量差,燃料消耗量大,指标见表2。

(2)燃煤熔窑与燃油熔窑差别的原因。

发生炉煤气的燃烧特性与重油有很大差别:热值低、火焰黑度小、火焰温度低,具体指标的比较见表3。

在玻璃熔窑内火焰向配合料和玻璃液传热以辐射传热为主,因此火焰温度高、亮度大则传热量大。

所以发生炉煤气熔窑内玻璃液较重油熔窑的玻璃液获得的热量少、温度低。

这是燃煤熔窑与燃油熔窑存在差别最主要原因。

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24・ 玻璃与搪瓷 2008年　
表2　相同窑型和规模熔化同种玻璃不同燃耗和质量对比
指标
燃发生炉煤气熔窑
燃油熔窑
白料
颜色料
白料
颜色料
熔化率/(t/m 2・d ) 1.2～1.6
1.5～
2.0
1.5～
2.1
1.8～
2.5
燃料单耗/(kg/t 玻璃液)≤400≤310≤210≤140
热单耗/(kJ /t 玻璃液)
≤11700
≤9070
≤8780
<5850
熔窑热效率/%20～30
20～30
30～40气泡数量/(个/30g )<40
≤50密度差值/(g/c m 3)≤8×10-4
≤15×10-4
≤5×10-4
≤10×10-4
环切均匀度/等级
B -～
C C +～C -
B ～
C +
B -～C
注:此表指标为无鼓泡熔窑。

表3　发生炉煤气与重油的燃烧特性比较
性能指标发生炉煤气
重油
热值/(kJ /m 3,kJ /kg )
5400～600040000～42000火焰黑度0.25～0.30.65～0.85火焰最高温度/℃
1600
1680
(3)采用鼓泡技术消除差别。

由于鼓泡技术增强熔窑熔化池内玻璃液的流动,提高玻璃液内的传热,同
时也增大液面吸收的热量,并将玻璃液面接收火焰的热量迅速地传到玻璃液的深层,使得熔化池内玻璃液温度高,玻璃液温度提高则缩短熔化时间,提高熔窑熔化率,具体指标见表4。

表4　采用鼓泡技术后熔窑的操作指标
玻璃液温度/℃1370
14001420
14501470
15001530
155016001700熔化时间/m in —
53.7
—
36.4
—
20.9—
10
4 1.6
熔化率/(t/m 2・d )
0.35
—0.7
— 1.05
1.5
2
—3
—
4.3　鼓泡技术与窑型
目前的熔窑鼓泡技术适用常规的火焰加热玻璃熔窑。

所谓常规熔窑是指熔化池的长宽比大于1,玻璃熔化5个阶段基本上是按水平方向进行的,熔化池的深度是依据玻璃液在熔化池内的温度来确的,即要保证池底的玻璃液是流动的温度。

而玻璃液在熔化池内的温度是沿池深下降的。

目前保温的瓶罐熔窑熔化池内温降状况见表5。

鉴于当前瓶罐玻璃熔窑的多样化改革,鼓泡工艺技术要研究以适应之。

表5　保温的瓶罐玻璃熔窑熔化池沿池深的温降
玻璃料色高白料
普白料
茶色料
绿色料
降温梯度/(℃/10c m )
11
12
20
62
4.4　鼓泡点的位置和排数
鼓泡点应设置在熔窑热点即熔化池玻璃热泉的位置。

因为只有热泉处的玻璃液热对流是垂直向上的,鼓入玻璃流的气泡也是垂直向上的,不仅方向相同不会紊乱,且增大玻璃液热对流的动力。

有人提出:“合理地利用熔化区环流和热泉之间产生的二次环流的上升流区域内设置鼓泡”形成双排鼓泡。

玻璃液热对流是很复杂的,二次环流的上升流位置很难确定,也不是垂直向上,所以设置第2排所谓助
熔鼓泡的效果是使玻璃液流动混乱,影响玻璃液流。

实际使用双排鼓泡的熔窑均把不在热泉的鼓泡关掉。

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34・　第36卷第3期 玻璃与搪瓷
4.5　采用鼓泡技术的玻璃熔窑设计和运行
(1)设计。

根据熔化工艺要求和选用的鼓泡技术的特点选择鼓泡点位置和泡距。

尤为重要的是池底结
构设计和材料选用。

(2)运行工艺。

玻璃熔窑的运行包括玻璃配方、熔化工艺、熔窑操作指标等。

鼓泡技术是强制熔化的技术措施,采用鼓泡后要对影响熔窑运行的诸多因素进行观察、检测和及时调整,以使熔窑运行保持最佳状态。

(3)鼓泡系统的运行管理。

鼓泡系统投入使用后必须实行严格的科学管理。

认真执行鼓泡工艺制度,切实做好运行管理和维护保养。

4.6　建造玻璃熔窑及选用新技术的经济性
玻璃熔窑是玻璃生产的核心设备,各生产企业对熔窑的建造和采用新技术都十分重视,要求新建熔窑提高玻璃液质量、增大出料量、燃料消耗量很低。

要求指标越高,建窑投资也越高。

建造新熔窑和采用新技术时应考虑综合经济效益,除提质、增产、节能外,还要充分考虑炉龄和建炉费用(包括采用新技术费用和贷款利息等)等资金的投入。

考查玻璃熔窑综合经济性的指标称为单位玻璃液熔化费用,其计算公式为:单位玻璃液熔化费用=
建窑费用(含直接附属设备费、新技术投资、利息)+燃料费+动力费
生产周期内熔化的玻璃液量
评价所建造的玻璃熔窑和采用的新技术是否先进、合理,还要考查玻璃液熔化质量。

主要有环切均匀度、气泡、结石、密度差、条纹、总色调等指标。

不同种类的玻璃和不同的产品不相同。

建造的玻璃熔窑必须有生产的先进性和运行的可靠性,生产的先进和可靠决定了熔窑运行的经济价值,
是玻璃生产企业降低生产成本、净增效益的经济要素。

现代玻璃熔窑运行的经济价值也可用表6参数作为评价依据。

表6　现代玻璃熔窑运行经济价值的评价参数
类别
项目
指标
技术指标
熔化率/(t/m 2・d )
2.5～
3.2周期熔化率/(t/m 2・周期)>6000(一般为8000)
燃料单耗×4.18/(kJ /kg 玻璃液)
≤1000
质量指标
气泡/(个/30g )
<40
结石/(个/40kg )≤3.0密度差值/(g/c m 3)≤5×10-4
环切均匀度/级
B -以上经济指标
炉龄/a
>6
建窑费用/(万元/m 2)
参考文献:
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44・ 玻璃与搪瓷 2008年　。