日产5吨乳白色氟化物玻璃电熔窑的设计与运行

摘要:结合日产5吨乳白色氟化物玻璃电熔窑的运行情况简要介绍了氟化物玻璃的熔制的特点，采用全熔窑熔化氟化物玻璃的优点，设计熔化氟化物玻璃全熔窑的一些注意事项。

关键词：乳白色氟化物玻璃；玻璃电熔窑；拉管

1．熔化乳白玻璃的特点

（1）乳白玻璃一般都含有大量极易挥发的组分，如氟化物等。在常规火焰加热的熔窑中，当火焰掠过玻璃液表面时，就会有相当数量的挥发性成分被带走，经过烟道，升入烟囱跑掉，既损失了大量的宝贵原料，又造成了空气污染。同时，由于挥发损失，使得表层玻璃在成分上变得与其下面的深层玻璃差异很大，结果造成了玻璃成分的不均匀。

（2）氟化物玻璃对电极及耐火材料的侵蚀严重。

2．电熔窑熔化乳白玻璃是最好的选择

当采用全电熔工艺时，热量是在配合料下面释放出来的，各配合料组分产生的气体要通过配合料层向上逸出。由于配合料温度较低，各挥发分的气体就会凝聚在冷的配合料中，而不会挥发掉，从而使通过流液洞流出的玻璃液能与加入窑炉的配合料在成分上基本保持一致，而使产品的化学成分稳定。另一方面，由于减少了挥发，节约了宝贵的原料，从而使原料成本降低。在常规燃料火焰加热的情况下，配合料中氟化物有大约40%因挥发而损失掉。而采用全电熔时，氟化物的挥发量仅为2%。

3．电熔窑熔化乳白玻璃时澄清剂的选择

由于普通玻璃常用的澄清剂As2O3和Na2SO4在高温下氧化能力很强，使钼电极氧化，特别是Na2SO4在高温下分解出O2和SO2的混合体，与钼反应生成MoO3和MoS4，对钼电极的侵蚀严重。因此选择硝酸盐作为澄清剂，其主要优点是：(1)硝酸盐熔点低，分解温度低，在配合料的烧结过程中就能与碎玻璃的表面作用，因此对碎玻璃的澄清效果明显。(2)硝酸盐的引入，可促使Fe2+向Fe3+转化，有利于乳白色玻璃的脱色。(3)硝酸盐的分解反应是在配合料玻璃液的交界面进行的，因此放出的氧气只是集聚在玻璃液上部，对钼电极的侵蚀作用小。

4．电熔窑熔化乳白玻璃时乳浊剂的选择

乳白玻璃可以通过引入氟化物、磷酸盐和高折射氧化物等方式来获得。考虑到电熔窑的特点和原料来源，选择氟化物为乳浊剂。为了保证制品具有一定的白度，乳浊剂的含量(以F-计算)以4～5%为宜。乳浊剂用量过低时，玻璃半透明、白度偏低；用量过高时，玻璃的白度并无明显增大，反而易出现析晶，严重时会使玻璃管表面变得粗糙。

由于氟化物的挥发是随熔化温度提高而急剧增大的，因此，一般乳浊玻璃的R2O含量都较高，以降低熔化温度，减少氟化物的挥发。为了促进乳浊，改善析晶能力，提高制品光泽，引入一定量的K2O。考虑到电熔对玻璃液电阻的需求和成形工艺的要求，白色玻璃中R2O的含量约为18～19%。

5．玻璃的配方（重量%）见表1

表1

该窑采取冷顶垂直熔化，生产能力为5T/d，有三排电极（其中底层电极为启动电极，烤窑时使用，正常生产时不用，在示意图中没有画出）。水冷电极保护。年产1800吨乳白色玻璃管。有关情况总结如下。

电熔窑采用地上结构，熔窑最大高度4m，熔窑主体高3.5m。厂房基础用石材砌筑，适当加固了窑底钢结构。

电熔窑采用不等边六角形结构，熔化面积2m2，池深1300mm。熔化池电极孔砖采用国产的AZS41全致密耐火材料，其它部位采用国产的AZS33全致密耐火材料，池底采用AZS33全致密簿片砖和捣打料，底部保温层厚600mm，池壁保温层厚230mm，以减少窑体的热散失。设计窑龄12～14个月。

电熔窑熔化池采取冷顶加料，配合料层复盖在高温玻璃液面。料道采用复合式加热，上部用硅碳棒加热，下部用埋入式钼电极加热。

电熔窑主电极采用三相供电，电源平衡，不影响电网供电质量，有利于电源变压器功率因数的提高。电熔窑的装机功率800kW，电熔窑的控温系统采用恒流调控磁性调压器的励磁电流的方案。消除可控硅与感性负载配合使用产生的高次谐波，避免对电网电流冲击，提高变压器的工作效率。

控制系统全部采用集成电路，整个控制线路集中于一块线路板上，可靠性高，一旦出现故障，整板更换，不影响生产。整个系统具有软启动功能，无启动冲击电流，可连续平稳调压，手动给定自动恒流，还具有过流声光报警，自动过流保护，温度自动调节，显示记录。

玻璃液间接测温，仅反映窑内温度变化，不参与调节和控温。

设备运行正常，成品率达到96%以上，单位熔化电耗约1.1kW·h/Kg玻璃液，最大熔化量可接近5T，最低单位熔化电耗仅1.0kW·h/Kg玻璃液。

窑内最高温度达1450℃，一天的耗电量约为5500Kwh。

7．电熔窑的接线如图2所示。

8．电熔窑的烤窑

电熔窑的烤窑升温曲线如图3所示。电熔窑的烤窑分两个阶段。首先是耐火材料的烘干阶段，这一阶段用煤气作燃料。为了使窑炉的各个部位都得到烘烤，烟囱挡板应合拢，使窑炉系统形成正压。该阶段大约需要持续两天。窑炉上部结构的最高温度应控制在200℃左右。第二阶段是电熔窑的主要加热阶段。对电熔窑主体进行加热，在遵循烤窑要求的前提下，尽可能按照升温曲线升温。电熔窑温度在1200℃时保温12小时以上，目的是让流液洞、上升道和料道在电熔窑加料之前有更多的加热时间。

9．钼电极的电流密度电熔窑熔化乳白玻璃，钼电极电流密度的变化范围是0.5～1.20A/cm2。电流密度超过1.2A/cm2时，就会在乳白玻璃制品中出现黄褐色条纹和黄色或咖啡色气泡。

钼电极在乳白玻璃液中侵蚀加速的原因是由于玻璃液中含有硫化物(平均含0.3%SO3)和铁(约0.06%Fe2O3)。钼电极在电熔窑内处于还原性气氛中，那么形成铁和钼的硫化物的可能性大大增加。为了避免上述情况发生，有必要在玻璃成分中引入2%的氧化锌以替代氧化锶，另外再加入少量的硝酸钾以增加0.5%的氧化钾。要严格地把钼电极的电流密度控制在1.1A/cm2以下，这样就防止出现上述废品。

电极的损耗为每熔制1Kg的玻璃液平均为0.24g。

10．电熔窑的工艺技术参数

该电熔窑的实际运行工艺参数和电工参数列于表2。

表2乳白玻璃电熔窑的工艺技术参数
 

11．该电熔窑的生产氟化物玻璃有以下优点：

(1)电熔窑熔化乳白玻璃的优点之一就是各种生产工艺参数稳定性很高。该厂一周内生产的乳白玻璃样品中经化验氧化钠含量保持在15.0±0.1%，氧化钾含量保持在2.7±0.03%，氟含量保持在4.6±0.06%。产品合格率大大提高了。

(2)熔制气氛稳定：电熔窑中的气氛不受大气和火焰的影响，这为制品的熔制提供了极为方便的条件。

(3)占地面积小，土建要求低：该电熔窑的占地面积为8m2，厂房只需一层结构(主车间高6m)即可，并且基础不需特殊处理。

(4)建设周期短，经济效益显著：全电熔池窑生产线的设备材料齐全后，20天完成设备安装和烤窑调试工作。

(5)用电熔窑生产的乳白玻璃的质量大大高于采用气体火焰窑生产的乳白玻璃。