VSM 35T电熔窑

1、VSM 35T电熔窑第38卷第3期2010年6月玻璃与搪瓷GLASS&ENAMELV01.38No.3Jun.2010VSM35T电熔窑叶志华(北京玻璃仪器厂,北京100123)摘要:介绍了北京玻璃仪器厂从德国Sorg公司引进概念设计并自主研制的生产高质量硼硅玻璃VSM35T大型电熔窑的电熔化方案,电熔化的设计,电熔化方案实施过程中的难题及解决方法.关键词:硼硅玻璃;全电熔窑;顶插电极中图分类号:TQ171.623.2文献标识码:B文章编号:10002871(2010)03001303VSM35TElectricMeltingFurnacehua常见的全电玻璃熔窑,按电极的布置

2、方式,分为水平电极型电熔窑(见图1),底插电极型电熔窑(见图2)和T型电熔窑(见图3).'-譬|图1水平电极电熔窑图2底插电极电熔窑图3T型电熔窑水平电极电熔窑的特点是玻璃垂直熔化,电能分布集中在窑炉的中上部,符合传统玻璃配合料一熔化一澄清与均化过程,但方向由水平变为垂直.电极由侧壁安装,相对安全.由于其电极导电方式为端部导电,电极消耗较大,电极周围的温度高,激起强劲的液流,对电极周围的耐火材料产生强烈的冲刷作用,大大地影响了耐火材料的寿命.国内硼硅玻璃电熔窑大都采用这种窑型,普遍存在着熔窑寿命短(1824个月),玻璃质量不高的通病.底插电极电熔窑的特点是电极从窑池的底部插入,存在着漏

3、料的危险,相对来说安全系数低(对于有成熟底插电极使用经验的厂家来说,这不是问题).电极相对导电面积大,电能释放平稳,均匀,池底温度最高,澄清的时间最短.电极激起的液流弱,熔窑的寿命长(约为4年).由于电极从底部插入,电极附近的液流容易将末熔化好的玻璃液直接带到流液洞,造成玻璃液短路现象,严重影响玻璃的质量.由于其固有的最小滞留时间短的缺点,其熔化率一般设计得较低,但运行过程中,它的玻璃实际熔化温度最高.T型电熔窑是底插电极电熔窑的一种变型,加大了熔窑的池深,延长玻璃液澄清的时间,增加了最小滞留时间.电极根部处高能量密度引起的强玻璃液流对耐火材料侵蚀很快,导致熔窑的寿命较短(约为30个月),同时

4、也影响了玻璃的质量.综合分析国内外各式各样电熔窑的特点,我们提出北京玻璃仪器厂的VSM35T电熔窑采用顶插电极型收稿日期:2009一l125?玻璃与搪瓷2010年6月方案(见图4).这种窑型的特点是:(1)电极可更换,一旦电极出现问题,可将电极从配合料顶部取出,不影响熔窑的使用.(2)电能释放平稳,均匀.(3)熔窑寿命长,设计寿命为4.5年左右(实际已运行6年).电极周围的玻璃液流弱,对耐火材料的侵蚀轻,故延长了熔窑的寿命.(4)可获得高质量的玻璃.垂直熔化,电能集中释放在熔窑的中上部,对玻璃液流的控制能力强.I一,.一,;_¨一图4顶插电极电熔窑1顶插电极电熔窑的电熔化设计1.1电

5、极系统池窑的加热是在两层液面上进行的,每层液面上装有6支顶插电极,共12支电极.顶插电极都带有冷却水套,它们通过熔窑胸墙的开口处插入,经由上部空间穿过配合料层进入玻璃液.两层液面各有独立的加热回路,每层的回路都是由三相变压器供电.在圆形池窑中,使用三相电流和合理的电极布置会产生均匀的能量分布.通过两个加热回路的分别调节,可以控制熔化区垂直方向的温度分布.每个加热回路拥有独立的变压器,如果其中的一台变压器发生故障时,另一台可承担起低出料量时的熔化任务,这样就可以提高熔窑的运行安全与可靠性.另外,在熔窑的下部,安装有6支水平电极作为熔窑的起动电极.正常情况下,该电极不投入运行.1.2电熔控制系统自

6、动控制回路可以调整熔化区域变压器的二次电压,确保玻璃熔窑连续的熔化过程,稳定的温度分布和料层的合理状态.此控制是建立在这样一个原理上的:当玻璃组成保持不变时,玻璃温度和玻璃电阻成反比关系,当电阻下降时,温度上升;而当电阻增加时,温度下降.如果加热回路的电压保持不变,那么所施加的功率就会发生自我失调.自动控制回路能够防止这种失调,办法是当玻璃熔窑温度升高时减小变压器的二次电压,而当温度下降时增加二次电压.通过这种方法就能在熔化过程中获得恒功率.这种方法的直接结果就是熔化区域的温度保持稳定,熔化过程连续有序.我们选用的是通过感应调压器来进行功率调节,通过比较输人熔窑的功率和人机界面触摸屏上数字设定

7、功率,由PLC控制器进行运算,输出控制信号驱动调压器的马达来达到电压调整的目的,继而也达到功率自动控制的功能.在这套系统中也可以进行功率手动调节.1.3供电系统该熔窑配套的变电站系统是将10kV的高压电变为400V的低压电,然后配送到熔窑的各个用电部位:熔化池,流液洞和上升道,分配器,料道和各个电放料器.1.4分配器及料道电极加热控制系统熔化池熔制好的玻璃液在进行成型之前,必须将其调整至适合成型的温度与黏度.为达此目的,我们在分配器和料道内安装无水冷钼电极来加热玻璃液,在上部空间装有硅钼棒加热元件来平衡热量的散失.分配器和每条料道装有34套可控硅加变压器的控制系统来控制玻璃液和空间的温度,各个

8、温度点的控制均是自动进行的.1.5电加热底放料控制系统为了将池底不动的变质玻璃液放出,在窑池的5个关键点安装了电加热的底放料器.通过它们的定期运行,可将熔窑的变质玻璃液放出,减少了料质变差的可能性.我们对底放料采取了恒电流控制方式,以保证恒定的底放料速率.一般情况下,放料速率控制在1050kg/h.第38卷第3期玻璃与搪瓷?l5?2VSM35T全电熔窑的关键技术2.1顶插电极水套及保护顶插电极及水套对我们来说是一个全新的事物.初次引进的顶插电极的寿命只有短短的8个月,大大低于我们的预期,在我们还没有完成进口电极替代的工作时,进口顶插电极就出现漏水故障.我们借鉴国外一些顶插电极的资料,在原进15

9、顶电极的基础上进行了多次改进,制造出具有自主知识产权的顶插电极和水套,解决了诸如钼电极保护,水套制作及保护,电极和水套的连接及密封,电极和水套的顺利安装及摇出等一些关键技术.和国外进口的水套相比,我们制作的顶电极及水套具有两大优势:(1)电极与水套的寿命长,超过2年,国外进口的只有8个月左右.(2)节能,国外进口的电极水套的水损功率为10kW左右,而我们的约为5kW,每支水套每年可节电43200kW?h.2.2高电压,大容量的感应调压器功率调节国内厂家能提供的最大感应调压器的容量为1600kVA,该容量不能满足VSM35T电熔窑的要求,而进口一台价格又特别昂贵,同等容量的感应调压器的价格约为国

10、内的8l0倍.我们改变了原来的感应调压器加隔离变压器的模式,重新设计出了基础变压器加感应调压器加隔离变压器的新的方案,即达到功率调节的功能,又节约了不少的资金.2.3能量平衡和电极能量的分配能量平衡涉及精确的热工计算,热工计算误差一般较大.这次我们详细,精确计算该窑各种热量的平衡,并利用计算机辅助计算.实践证明我们的计算误差小于5%,为变压器的容量计算提供了准确的依据.电极的能量分布是电熔窑设计当中一个非常重要的环节.国外一些知名的大公司都具有能量分布和液流数字模拟的能力,而国内的一些设计公司则大多是靠经验.在这次VSM35T电熔窑研发中,我们也借鉴与利用数字技术,对所设计的电熔窑电极的能量分

11、布进行了数字模拟,取得了不错的效果,与实际生产非常吻合.图5和图6是我们所做的能量模拟分布图.图5Z=0.4m平面处玻璃液和电极周围的能量分布图6Y=2.4m平面处玻璃液和电极周围的能量分布2.4底放料装置的开发通过底放料装置,可定期将池底的变质玻璃放出.由于电熔窑的池底温度较高(高达152Oc【=以上),对这样高温的玻璃液进行放料,风险很大,同时对放料装置的可靠性要求非常高.我们利用在电助熔池窑底放料的经验,对原放料装置进行改进,后将其移植至全电熔窑上,同时改进了原来的控制系统,由常规的仪表控制改为PLC数字控制,控制响应速度更快,控制精度更高,完全达到原设计要求.3结束语通过北京玻璃仪器厂

12、VSM35T全电熔窑6年的运行数据来看,基本上达到原设计要求,最高日出料量(下转第l8页)?i8?玻璃与搪瓷2010年6月产生此缺陷有些是原料组成和模具缺损严重造成的,有些是供料道内玻璃液温度状况不够理想,可以说是"先天不足,后天失调".先天不足是指料滴温度发生变化,通常是过低,后天失调是指行列机配时设置未作相应调整造成的(注意:用行列机定时设置解决问题的能力是有限的).这种情况对于成型操作者来说是一项极具技术含量的工作,因为在日常生产中,料滴温度不可避免有波动,其波动对制品均匀度影响很大,会导致制品壁厚分布不均匀,到冷端就可能会产生压力不合格情况.配时调整时,延长雏形重热

13、时间是关键.重热是利用玻璃自身的热量使料胎内外温度趋于均匀,重新软化,正吹气时易流动,不出现冷料,有利于制品中玻璃分布合理,如何获得最佳的重热效果不可忽视.在不影响料滴正常落入初型模的前提下,扑气时间越早越好,但不宜过长,压力过大,以能形成完整的瓶口为宜.扑气时问越长,初型模打开就越晚,料滴接触初模内腔的时间就越长,料液的热量损失就越大.根据不同的制品,扑气压力一般在0.150.20MPa之间调整,扑气压力越小,扑气线周围的硬料圈就越小.口部成型后,倒吹气要及时跟上,这样可以使"两节料"的温度差减小.另外倒吹气不宜过长,压力过大,在倒吹气非常灵敏的情况下,压力保持在0.15

14、0.20MPa之间为宜.采取以上措施,耐内压力不合格情况在一定程度上会取得理想的效果.4总结影响玻璃瓶成型控制系统配时设置有模具冷却量及位置,成型气压,排气,料滴形状及温度,机速等多种多样不确定因素,它没有固定的配时设定模式可循,但定时设置必须遵循与诸多操作条件协调有效的实用原则.明确玻璃瓶缺陷与定时设置的关系,结合Et常生产不断总结,完善定时设置对纠正玻璃瓶缺陷的经验,充分认识配时设置的重要性和复杂性,对行列机稳定运行,提高玻璃瓶质量以及提高综合合格率起举足轻重的作用.参考文献:1杨成浩.玻璃瓶成形控制系统的定时设置J.玻璃与搪瓷,1999,27(5):32352陈金方.玻璃电熔窑炉技术M.北京:化学工业出版社,2007.绵尔矫簪不乖不不乖出不奈(上接第15页)38t,玻璃单位能耗低至1.05kW?h/kg,玻璃质量完全符合北京玻璃仪器厂质量标准.熔窑的电熔化设备,如配套的电站,顶电极及水套,分配器及料道电加热系统,池底电放料装置,熔窑控制系统等全部国产化并运行平稳,达到或超过原设计标准.参考文献:1StanekJ.ElectricMeltingofGlassM.NewYork,Amsterdam,Oxford:Elsevier,1977.2沃尔夫冈?特里尔.玻璃熔窑构造与运行特性M.上海:全国玻