我对目前电助熔窑炉的几点看法.doc

我对目前电助熔窑炉的几点看法 罗孟德 （中国中轻国际工程有限公司） 从年起，我先后参加了南京绝缘子玻璃窑炉的设计、施工监理和投产，参加了德州绝缘子玻璃窑炉设计的前期工作，参加了与“”“”等电助熔厂家与德州绝缘子玻璃厂家的前期技术交流和商务谈判工作，参加了世界上一流厂家美国“”公司在奥联（天津）玻璃有限公司的玻璃窑炉的设计、总包和投产工作。参与了奥联（天津）玻璃有限公司的玻璃窑炉电助熔的施工、安装和投产工作。联想到我国目前窑炉在近年来有关窑炉结构、窑炉熔化率、窑炉耐火材料用材的变化等，使我想起了很多很多的事和情景。我国的窑炉目前在窑炉结构的改进上、熔化率、窑龄方面有所进展，但受一些陈旧观念的束缚，还存在着不少问题，尤其是电助熔玻璃窑炉方面。如何让我国先进窑炉在熔化率方面和降低能耗方面有一个重大的突破，我把我近几年来的所思所得，归纳了一下，谈以下三点看法。一、在玻璃熔窑上采用电助熔的目的主要是提高熔化率和出料量。二、在玻璃熔窑上采用电助熔还是底插的好。三、采用变压器是电助熔系统的首选。 一、在玻璃熔窑上采用电助熔的目的主要是提高熔化率和出料量 、电助熔的目的主要是提高熔化率和出料量。我国在设计玻璃电助熔熔窑时，往往是根据窑炉的出料量来订窑炉的熔化面积。在考虑窑炉设计面积时，往往用出料量除以火焰窑熔化面积就能达到熔化率。其根据是，采用电助熔的主要目的是提高玻璃质量的，提高产量为次。因此在设计窑炉时，其熔窑的出料量没有电助熔，也能达到。有了电助熔也是摆设。或者在电助熔窑设计装设功率时，别的厂家采用多少装设功率，我也采用多少装设功率。其主要原因，还是设计理念出了问题。在玻璃熔窑上采用电助熔的目的主要就是提高熔化率和出料量，提高熔化率和出料量是我们在火焰窑上采用电助熔的主要目的。 我在参加南京绝缘子玻璃窑炉的设计过程中，厂家在这个问题上态度很明确，厂家把出料量分成两部分，火焰窑你应给出多少玻璃液，在此窑上采用电助熔，电助熔你应给出多少玻璃液，根据火焰窑的出料量确定火焰窑的熔化面积。只有这样，电助熔窑才能起到它应起的作用。 、电助熔是大幅提升我国窑炉熔化率的主要途径之一 美国“沪”公司在奥联（天津）玻璃有限公司的改造前的玻璃窑炉，其大碹穿透的热电偶温度已达”，其出料量为吨，熔化率为吨平方米天。生产出口葡萄酒瓶，其厂配备的两台组双滴料行列机。仅能开台双滴，一台单滴。原因是，其火焰温度不能再提高，电助熔没有起到应起的作用。根据这个葡萄酒瓶的料方和现有的窑炉状况，只能生产这些出料量。 这次窑炉经过改造后，其电助熔装设功率为，仅开 ，其大碹穿透的热电偶温度 仅为，其出料量就达吨，熔化率为吨平方米天。碎玻璃加入量为，一台机的合格率为，另一台机的合格率为，产品经过了自动检验线，出口美国。 根据我多年的工作经验，在碎玻璃加入量为的情况下，将大碹穿透的热电偶温度提高为，电助熔功率开至，其出料量可达吨左右。其熔化率可达吨平方米天。 我将我的看法与公司的项目主管罗伯特先生交换了一些意见，他的看法是，他认为，此窑在将大碹穿透的热电偶温度提高为，电助熔功率开到，再将碎玻璃加入量提高到，其出料量可达吨天左右。其熔化率可达吨平方米天。 他还讲到，（奥克兰。）窑，熔化面积，电助熔装设功率为，年出料量达吨，其熔化率为吨平方米天。窑，熔化面积，电助熔装设功率为，出料量达吨，其熔化率为吨平方米天。 设想一下，窑在碎玻璃加入量为的情况下，将大碹穿透的热电偶温度提高为。，电助熔不开，其熔化率与天津一样，天津窑炉，其出料量为吨，而窑出料量可达吨左右。窑电助熔装设功率为，其可用功率为，（吨），窑出料量可达吨左右。熔化率可达吨平方米天。如果再把再将碎玻璃加入量提高到，再把出料量提高至吨左右，也不一定达不到。实际上窑已经达到了。 窑炉高的熔化率是靠窑炉内的高温熔化出来的。窑炉中的高温受其耐火材料容忍温度的影响，在一定的温度和配合料成分一定的情况下，只能有一定的熔化率。如要再提高熔化率，大碹的耐火材料容忍温度就成了提高窑炉中温度的瓶颈。 玻璃熔窑的熔化率与很多因素有关，如玻璃原料的颗粒度及其配比、料层厚度、燃料种类，熔化温度及温度分布，窑炉玻璃液的对流情况，以及是否采取保温、生产管理和自动化程度等。熔化率是上述各因素的综合函数。就某一个已在生产某一产品的窑炉来讲，熔化率仅是温度的参数。大碹的耐火材料容忍温度就成了提高窑炉中温度的瓶颈。窑炉中的温度决定了其熔化率。窑炉中火焰空间的温度成了制约熔化率的决定因素，也成了提高熔化率的瓶颈。 采用电助熔辅助加热后，玻璃液靠焦耳热效应。自身发热，不依赖提高空间温度，可以在空间温度不变，甚至降低的情况下，使玻璃液温度升高。因此，采用电助熔加热是大碹提升我国窑炉熔化率的主要途径之一。也可以说，我国玻璃窑的提高熔化率、节能减耗的主要方向是在我国玻璃熔窑上采用有效的电助熔技术。 二、在玻璃熔窑上采用电助熔还是底插的好 近几年来，英国依莱克格拉斯公司、英国宾电子公司、公司、德国索格等公司在我国先后建起了数座电助熔玻璃熔窑。电极有从池壁侧插的，也有从池底插入的。究竟哪一种好呢，根据这几年我了解的情况，我认为，在玻璃熔窑上采用电助熔还是底插的好。如图所示，许多早期的电助熔系统所使用的电极由窑炉侧壁插入，图中所示为一个曲型的侧插式电极的助熔设计。此理念是通过这样的电极布置，使用相电路，使电能释放到窑炉熔化区。世界各地都有许多电助熔系统是基于此种设计而安装和使用的。 图 然而，通过世纪年代开始进行的模拟实验和以后不断的研究和开发，英国依莱克格拉斯公司掌握了更多的大量关于能量实际上是如何通过不周的电投布置释放到窑炉内，以及不同的能量释放模式的真实状况。 人们发现浸入式电极加热系统产生的能量释放模式实际上与上图所示理念的模式是完全不同的。英国依莱克格拉新公司的研究显示实际上由大部分电助熔系统提供的能量并不是释放到电极之间韵玻璃液里，而是释放到电极自身附近，如图所示。 理解了不同电极布置所产生的不同的实际能量释放模式，可使我们理解和解释为什么某些电助熔的设计存在局限性及其能效相对较低的原因。 美国奥联（天津）玻璃有限公司是接手天津新世界玻璃有限公司的窑炉，此窑就是采用池壁插入的电助熔方案其结果，安装电极的池壁砖侵蚀严重，装设功率肼，实际上仅输入了，的电，能效低下，熔化率和出料量受到了极大的影响。此次，改造，将其池壁插入改为了池底插入，效果显著。 蕊 图 国外公司的研究使我们理解了如果我们将电极垂直布置在窑炉底部，大体在窑炉热点区域，集中释放在各单独电极周围的能量就可以产生一个直正有效的热屏障。这正是依莱克格拉斯控制对流的或电助熔技术原理的基础。 在所有系统中大部分电助熔能量是由排列于窑炉热点区的电极提供的。依据应用需求也可以在熔化区另安装电极提供一些能量。所有情况下我们的目的是利用助熔能量在玻璃液中制造有益的对流。园此电助熔系统不仅为熔化过程加入能量也有益于窑炉的全面运转，改善玻璃液的均匀度，预防搜熔化好的玻璃液过早抵达流液洞，并帮助改善由顶部火焰空间而来的热传导。 依莱克格拉斯公司的技术人员在和我交流电助熔方面的技术问题时谈到位于欧湘的某工厂，他们想提高熔炉的出料量，把电极布置在熔化区他们认为把电极布置在熔化区有利于提高熔炉的出料量炉子投产以后，没有达到理想的结果，气泡结石较多。后来找到了依莱克格拉斯公司帮助解决此问题。他们采用热打孔，电极布置在热点区域，集中释放在各单独电极周围的能量就可阻产生一个真正有效的热屏障，并且关闭了熔化区的电极，熔炉的出料量提高了玻璃液的质量得到了提高， 图和图 显示了最简单的助熔系统，在实践中，有许多设计内容需要加以研究，以使各单独的应用方寨达到虽佳性能如图所示。一些主要的园素有：热屏障的位置；电极排数的最佳数量和间距：电极的最佳直径与闻隔；根据玻璃被深度和玻璃液热传导或颜色确定的最佳侵入深度：备选的电路布置。所有这些都会直接影响系统的性能，电助熔系统设计中对这些方面以厦其它方面变更的考虑正是开发和优化电助熔系统设计工作中的焦点。 通过模拟试验技术的帮助，特别是物理模拟实验，莪们就能够利用这些理解来开发和设计不但可以增加窑炉出料量，而且能够大幅度提高熔化能力玻璃质量蛆及窑炉全面操作稳定性的电助熔系统。 图 电助熔技术的持续发展所带来的效果是惊人的。但在大多数火焰窑上采用眦电助熔系统，我认为主要还是用来提高玻璃出料量的，特别是介于增加帆到之间的出料量。在某些情况下，实际上也有达到增，自出料量的实例。 以容器玻璃窑炉为例，末加电助熔的出料营范围大约在 吨平方米到吨平方米之间。 应用现有的控制对流的电助熔技术，在若干实例中其出料量以增加到超过吨平方米。这个数字并不是最大限度英国依莱克格拉斯公司最近在东南亚安装的一套助熔系统其预期窑炉出料量要增加 吨平方米。对设计正确地电助熔系统来讲。选到出料量的大幅增加不会使玻璃液温度过度增加或减少窑炉使用寿命。 电极的插入方式对于电助熔窑来说，目前使用最多的电极为钼电报，电极有二种插入方式。从池底插入（简称底插），从池壁插入（简称横插）。我认为最好的插八方式是底插。横插电极：因为横插电极，电极周围的散热量很大，对其支搅安装电极的电熔锆目怔砖侵蚀严重。美国“”公司大约在年吞并了天津原来的新世界玻璃有限公司，成立了现在的舆联（天津）玻璃有限公司。原来无津新世界玻璃有限公司的窑炉的电助熔布置如图。 图 此窑窑炉的出料量一直不能满足二台十组双滴料行列机的需要，最大出料量为吨，电助熔装设功率为，实际上最大只能开虱左右。主要的问题是，出料量若大，气泡结石、没办法解决，由于出料量不够，只能采取开台冠滴，一台单滴，使厂子每月亏损， 美国公司接手以后，由于安装电极的电熔锆刚玉砖己侵蚀严重。为了防止漏料，选用了相临的另一块电熔锆刚玉砖热打孔。热装了电极。但还是没有解决问题。问题依旧。 底插电极：由于在池底开孔，有些人总是对它不放心，耽心会产生炉底?稀嗄甑氖导鳎灰缂牡缌髅芏妊裥恍缂鸷蠹笆倍撞宓缂故潜冉习踩煽康模蛭氐赘阶诺母哒扯炔时；悖杀氐鬃辞嵛氐鬃系缂滓膊灰姿鸹怠?安装电极的砖，称其为电极砖，电极砖的标号应高于其它池壁砖，一般采用无缩孔电熔锆刚玉砖电极砖上开孔，以便电极穿过和水套插入，砖上打个孔，足个很简单的事确有一些讲究，早期的电熔炉，孔径比冷却水套略大。近期的电熔炉，电极孔多为大小孔，也就是水套插入电极砖的部位为大孔电极穿过电报砖的部位为小孔。改进虽然不大，效果确截然不同，因为铝电极固然需要冷却保护而冷却水套更需要保护，冷却水套一般用耐热不锈钢加工而成。它抗高温的能力远不如钼电极，更需要水冷。直通孔的水套端部直接接触高温玻璃液大小孔的水套端部则不直接接触高温玻璃液。在冷却水正常的情况下。两者的工况差别不大但直通孔所需的冷却水量确要大得多），如果冷却水中断，其两者的工况就完全不同，直通孔水套的端部面积直接接触高温玻璃液，时间稍长就有烧坏水套的危险，而大小孔水套的端部面积仅有一个小的环状面积接触高温玻璃液，电极砖和水套本身均有一定的散热能力，水套烧坏的危险自然小的多。 是目前最先进的电助熔技术。电助熔就是在烧燃料的窑炉内，将电极侵入玻璃液，附加上电能达到助熔的目的。熔化的玻璃或温度在”以上的玻璃是导电的，电助熔系统就是利用熔化的玻璃在施加电压状况下，由于电阻产生的热能来加温玻璃生料使之在高温下熔化，充分完成化学反应，熔制玻璃。工作原理相同于全电熔窑炉，但在设计上有其不同的特点。电助熔系统在玻璃熔化中起辅助作用，火焰熔化起主要作用。 换句话来说，控制对流的或电助熔技术的理念是目前最先进的理念，电助熔技术就是在热点区域内建立热屏障的技术，就是控制玻璃窑炉内对流的技术，要在电助熔窑内建立热屏障，使玻璃窑炉内的对流发生变化，就必须在热点区域的池底布置若干根电极。在热点区域的池壁上布置两根电极，要在热点形成一个热屏障，是达不到的。因此，在玻璃熔窑上采用电助熔还是底插的好。 三、采用变压器是电助熔系统的首选。 玻璃电熔的供电装置有下述几种：、可控硅隔离变压器；、可控硅磁性调压器；、感性调压器隔离变压器；、抽头变压器：、性变压器。我仅对我所知的可控硅隔离变压器，国外公司所产的抽头变压器：法国公司产的变压器等谈一些个人的看法。 、可控硅隔离变压器 据国内资料介绍，此类变压器采用高质量硅钢片，导线及绝缘材料制作而成，符合电熔炉的特殊要求，具有效率高，损耗小，安全可靠等优点。其变压器初级或次级设有抽头等结构，使用灵活机动，大大提高了变压器的功率因素，并可以应付启动和运行阶段的不同要求。但不知什么原因，天津奥联在改造前曾使用前任选用的此类型变压器，即可控硅隔离变压器；变压器共台，用可控硅进行控制，装设功率约。实际上仅能输入的功率。按计算，电助熔仅增加了大约吨的出料量，使其窑炉出料量与两台十组双滴料行列机不能匹配，有一组十组双滴料行列机只能当单滴用，使其厂子的经济效益受到了一定的损失。在本次窑炉改造中，他们把原来厂子比较新的国内产的台特种隔离式变压器，当废铁卖了，从日本他们的所属的厂子拉来了一台年外国公司产的，借助电动机改变无负载抽头开关来改变二次电压的新型变压器，投产以后，其装设功率为，在试生产中，曾输入功率多，按计算其增加出料量大约吨，顺利的完成了改造任务，达到了其预想的结果。 、产的抽头变压器 英国依莱克格拉斯公司给中国设计电助熔采用的变压器往往有两种，一种是借助是动机改变无负载抽头开关改变二次电压的抽头变压器。以前的抽头开关档次从，一挡，共档。天津奥联在车次窑炉改造中，采用的就是此种变压器，效果较好，达到了改造的预期结果。 我与英国依莱克格拉斯公司的技术人员在技术交流当中，听他们讲如果需要他们还可以提供从，一挡，大约档的抽头变压器。 衄产的抽头变压器，在电助熔系统中是一种不错的变压器，但与法国公司产的变压器比较起来，输出电压受到了一定的限制，其调节范围没有变压器大。 、变压器 图 变压嚣如图所示结构倚单，变压器上部为输三项高压变压部分为产生当前运行低电压、供给低压调节部分。高压可以根据用户电网情况确定一般伏伏，因此输入损耗很小，输出低电压和电流由功率调压范围，工作温度等来确定，一般输出电虹，伏。（但某厂的输出电压曾高到伏） 变压器在调压方面，结构上采用石墨电刷这个技术用于高压和低压两个部位调压实行是通过安装在变压器上去的伺服电机转动柱型铁芯来完成功率调节实际上是调节波幅太小，三弦渡所包容的面积就是输出功率。图电流三弦波，图变压器效率圈。 （圈）