熔窯玻璃液流及卡脖深層水包的節(jié)能作用

1、熔窯玻璃液流及卡脖深層水包的節(jié)能作用 - 發(fā)表日期：2008年9月24日 已經(jīng)有374位讀者讀過此文 山西青耀玻璃廠 摘 要：通過系統(tǒng)闡述玻璃熔窯中玻璃液的流動(dòng)狀態(tài)， 結(jié)合浮法玻璃熔窯實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，為熔化工藝指標(biāo)的調(diào)整提供了理論依據(jù)。對設(shè)置卡脖水包有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，尤其對其節(jié)能作用的觀點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐方面得到了驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：熔窯 玻璃液流 卡脖水包 節(jié)能 引言 浮法玻璃熔窯中玻璃液縱向和橫向方向都存在溫度差，由于各處的溫度不均勻，必然導(dǎo)致玻璃液的密度不均勻，根據(jù)流體力學(xué)的原理，產(chǎn)生了池窯中玻璃液的流動(dòng)，在投料機(jī)的連續(xù)給料和錫槽的連續(xù)取料的共同作用下，窯池中玻璃液存在著復(fù)雜的流動(dòng)，對熔化的影響很大

2、，正確掌握池窯中玻璃液的流動(dòng)狀態(tài)及規(guī)律并予以有效控制是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)浮法玻璃的保證，同時(shí)也為延長窯齡，節(jié)約能耗方面起到積極作用。作者正是在對池窯中玻璃液流分析研究的基礎(chǔ)上，通過在生產(chǎn)線上實(shí)踐，對卡脖水包的功效有了更深刻的了解，它的節(jié)能效果是在原來認(rèn)識基礎(chǔ)上的突破，尤其是生產(chǎn)透熱性差的顏色玻璃時(shí)，其節(jié)能更為顯著。 熔窯中玻璃液流的研究.池窯內(nèi)玻璃液流的成因 眾所周知，窯池內(nèi)玻璃液流動(dòng)是由溫度差所引起，而玻璃液的密度與溫度成反比，因此，溫度差必然造成密度差，窯池內(nèi)各部位存在不同密度玻璃液的情況下，就難免產(chǎn)生玻璃液的流動(dòng)，從理論上作以解釋：（見圖一） 設(shè)是溫度高的部位，其密度為，是溫度低的部位，其密度為，

3、顯然，假設(shè)在、兩處玻璃液之間用隔板將其隔開，使其不能相互流通，但仍保持它們對窯底的靜壓強(qiáng)相等，則有： gg 式中：靜壓強(qiáng) 、分別為、兩處的液面高度 、分別為、兩處玻璃液的密度 g重力加速度 因?yàn)?，所?gt;，密度差越大，其高度差也越大，如果將隔板移開，在高度差的作用下，處上部的玻璃液必然要向處流動(dòng)，由于高度差的變化，會造成對池底的靜壓強(qiáng)變化，在"平面以上，玻璃液由流向，而在"平面以下，玻璃液又從流回，在不考慮外界影響因素的情況下，、要達(dá)到相同的液面，從流向的玻璃液量和由回到的玻璃液量是相同的，只有這樣玻璃液的高度才處于穩(wěn)定，由此，可以得出結(jié)論：熔窯中玻璃液上部是由高溫區(qū)流

4、向低溫區(qū)，而下部是由低溫區(qū)流回高溫區(qū)。我們把這種循環(huán)流動(dòng)稱為對流，玻璃液的溫度梯度越大，其對流越激烈。. 影響池窯玻璃液對流的因素 . 玻璃液的溫差 前面已經(jīng)論述，由于溫度差引起玻璃液的密度差和靜壓差，隨著靜壓差的增大，其對流增強(qiáng)。. 玻璃液的粘度 玻璃液的流動(dòng)必須要克服各層之間的相互滑動(dòng)摩擦力，這就與玻璃液的粘度有關(guān)，粘度越大，相應(yīng)摩擦力增大，對流減弱，玻璃液的粘度除與溫度有關(guān)外，還與玻璃的化學(xué)成分有關(guān)，粘度隨溫度的提高而減小，所以，池窯中玻璃液表面溫度較高，故流速也最大，越往池底溫度越低，其流動(dòng)性也變差，靠近池底，玻璃液幾乎成了“不動(dòng)層”。. 玻璃液的顏色 玻璃液的顏色不同，其透熱性也不同

5、，透熱性差的玻璃液，延深度方向上溫降也大，流動(dòng)層也減薄，對流也隨之減弱，如生產(chǎn)透熱性較好的白玻璃時(shí)，池窯液面附近玻璃液的溫降為515厘米，而生產(chǎn)透熱性較差的綠色玻璃時(shí)，在液面附近的溫降一般為1020厘米。故一般生產(chǎn)透熱性較差的玻璃時(shí)，容易出現(xiàn)投料口處“凍料”以及流道處玻璃液溫度下降的現(xiàn)象，這是窯中縱向?qū)α鳒p弱的原因。. 池窯的結(jié)構(gòu) 由于池窯結(jié)構(gòu)不同而造成散熱條件的不同，相應(yīng)造成對流的變化，尤其是玻璃液的分隔裝置卡脖大水包影響更大。. 投料推力、成型引力、火焰長度及油槍角度等都會不同程度地影響對流。 池窯中玻璃液流的組成 池窯中玻璃液的對流，按成因可分為生產(chǎn)流和熱對流，按流動(dòng)方向可分為縱向?qū)α骱?/p>

6、橫向?qū)α鳌?生產(chǎn)流是由于錫槽不間斷地取用玻璃液和投料口不停地投料所形成的流動(dòng)，我們也可稱之為強(qiáng)制對流；熱對流是由于窯中各處玻璃液的溫度差所造成的流動(dòng)，也可稱為自然對流，這兩種對流在浮法玻璃池窯中是同時(shí)發(fā)生作用的。根據(jù)模擬研究資料表明：投料循環(huán)液流是熔窯總體標(biāo)準(zhǔn)澄清潛力值的-，為池窯總體標(biāo)準(zhǔn)均化值的，由此可以看出玻璃液的澄清和均化大部分是在投料對流中進(jìn)行，所以，投料對流在浮法生產(chǎn)中起到很重要的作用。. 橫向?qū)α?橫向?qū)α魇窃诔馗G寬度方向上由于溫度差的存在而引起的玻璃液流動(dòng)。 見圖二，以化料區(qū)為例對玻璃液的橫向?qū)α鳡顟B(tài)予以概述： 化料區(qū)的主要作用是將入窯的配合料熔化成熔融的硅酸鹽，由于鹽類的分解需

7、要的熱量很大，中間的料層較厚，吸收的熱量必然也更多，造成料堆下面的玻璃液溫度下降，密度增高往下移動(dòng)，而受到料堆覆蓋較少的池窯兩側(cè)溫度較高，這就形成了玻璃的橫向?qū)α鳌＿@里需要強(qiáng)調(diào)的是，上面所述是一種理想的狀態(tài)，它的先決條件是投料的嚴(yán)格控制和窯中溫度制度保持穩(wěn)定，而實(shí)際熔窯操作中，很難實(shí)現(xiàn)窯兩側(cè)對流的對稱分布，往往是配合料偏斜到窯的一側(cè)，而另一側(cè)很少甚至沒有配合料，造成的危害很大，一是可降低玻璃質(zhì)量，如果料堆接觸池壁，必然加劇池壁磚的熔蝕，因?yàn)槌乇诖u一般使用的是電熔磚，它的主要礦物組成是：斜鋯石、玻璃相和剛玉，其中玻璃相的比例約為，析出溫度一般大于1400，磚中玻璃相的析出進(jìn)入玻璃液就會造成玻璃板

8、上出現(xiàn)結(jié)石，剛玉和斜鋯石受玻璃液的侵蝕后也會發(fā)生如下反應(yīng)： r2i2=r2.i2 l23i2=l23.i2 尤其值得注意的是配合料接觸池壁使池壁磚處于三相界面處，比單純玻璃液接觸池壁對磚的侵蝕嚴(yán)重得多，磚中l(wèi)23 溶入玻璃液形成莫來石的速度很慢，粘度極大，可使玻璃板產(chǎn)生波筋和小波紋，而r2溶入玻璃液形成的鋯英石不熔物，在板成上可產(chǎn)生白色夾雜物。 二是可縮短熔窯的壽命，如果配合料經(jīng)?？拷乇?，必然會加劇對磚的侵蝕，減少池壁的厚度，一般偏料嚴(yán)重的池壁一年半左右就要進(jìn)行綁磚，綁磚次數(shù)一般不能超過兩次，作者曾對國內(nèi)家玻璃熔窯迫使冷修的原因進(jìn)行調(diào)查了解，其中家是由于池壁磚受侵嚴(yán)重而引起的，由此可看出嚴(yán)格

9、控制“料偏”在延長窯齡方面起到了至關(guān)重要的作用。關(guān)于對池壁磚的保護(hù)，美國比較常用的辦法是在池壁磚的內(nèi)側(cè)增設(shè)沉入式石墨條，這樣必須解決石墨材質(zhì)的高溫氧化和正常生產(chǎn)階段的更換問題；英國一般在池壁磚的上部采用水包的方法，但對水質(zhì)和水壓的保證提出了更嚴(yán)格的要求。國內(nèi)也進(jìn)行了卓有成效的探索，并在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行了驗(yàn)證，一種辦法是在投料池中間穿入引料水包，一般是在兩臺斜毯式投料機(jī)中間設(shè)置，其理論依據(jù)是上述的橫向?qū)α髟恚黾訖M向?qū)α鲝?qiáng)度，將料堆集中到中部，以減輕對池壁的侵蝕，但通過生產(chǎn)使用，它并不能根本解決偏料問題，而且也相應(yīng)增加了部分能耗，故原來使用的廠家多數(shù)已棄之不用。另一種辦法是沿化料區(qū)池壁內(nèi)側(cè)（距池

10、壁100200mm）兩側(cè)各伸入一支擋料水包，其主要目的是降低池壁處的溫度，增大玻璃液的粘度以減少該處玻璃液的流動(dòng)性，同時(shí)水包也阻擋住了料堆緊靠池壁的現(xiàn)象，減輕了對磚的侵蝕，起到了較為理想的效果?？傊?，無論采用那種措施，要解決偏料的根本問題，必須要加強(qiáng)熔化操作人員的責(zé)任心，在控料技術(shù)和前臉密封方面還要下大功夫。. 縱向?qū)α?浮法池窯在長度方向上的溫度是成山形分布，最高溫度處我們稱之為“熱點(diǎn)”，從熱點(diǎn)到投料口以及從熱點(diǎn)到出料口存在很大溫度差，再加上連續(xù)地投料和取料，這就在縱向形成兩大對流，在這里我們稱它們?yōu)橥读狭骱统尚土鳌＃ㄒ妶D三）圖三. 投料流 該流股分布在投料口和熱點(diǎn)之間，其深度是逐漸減淺的，

11、即化料區(qū)較深，熱點(diǎn)處較淺，配合料入窯后，漂浮在玻璃液的上表面，在空間火焰輻射熱和回流玻璃液傳導(dǎo)熱的共同作用下，進(jìn)入硅酸鹽形成階段，伴隨著大量的氣泡排出，料堆逐漸變小，直至消失，在配合料中分離出的初步排出氣體的玻璃液，由于溫度較低，密度較大，就要向下運(yùn)行，上表面存在有一部分融熔物，還會有相當(dāng)多的氣體殘留在其中，密度較小，仍然漂浮在玻璃液面上形成多孔狀的熔融物在投料推力的作用下往熱點(diǎn)處移動(dòng)，生產(chǎn)中常稱之為“泡沫區(qū)”，雖然該區(qū)域已看不到料堆，但仍然存在著剩余i2的溶入和氣泡的排出。投料流的上層運(yùn)動(dòng)方向是與配合料的運(yùn)行方向相反，這樣從熱點(diǎn)處返回的高溫玻璃液進(jìn)一步促使了泡沫區(qū)中末熔硅質(zhì)顆粒以及配合料的熔

12、化。在上表面返回流股和泡沫區(qū)之間就形成泡沫與鏡面之間的明顯的拋物線形狀的分界線，生產(chǎn)中稱之為“泡界線”，投料流的下層流股在接近泡界線時(shí)逐漸上升，在泡界線處大部分流股從上表面又返回到投料口，一部分進(jìn)入成型流，在生產(chǎn)正常情況下進(jìn)入成型流的玻璃液量與投料量是一致的。從以上分析可以看出，泡界線在熔化作業(yè)中起到了相當(dāng)重要的作用，從表面上看它是泡沫區(qū)與鏡面區(qū)的分界線，同時(shí)也是投料流與成型流的分界線，它是衡量熔化工況好壞的主要標(biāo)志，我們?？吹降呐萁缇€“前移”、“后移”、“偏斜”、“不突出”等都是熔化作業(yè)不正常的表現(xiàn)，如果泡界線“很活”必然會在玻璃板上出現(xiàn)夾雜物，影響玻璃板面質(zhì)量，這一點(diǎn)早已引起同行們的共識，

13、故“泡界線穩(wěn)”被列為熔化操作的“四小穩(wěn)”之一。作者認(rèn)為，其它“三穩(wěn)”也是為“泡界線穩(wěn)”而服務(wù)的。. 成型流 由于流道口的不間斷取料以及熱點(diǎn)與流道口處的溫差造成了成型流的存在，在玻璃液表面層是由熱點(diǎn)流向流槽口，而下部的回流是由流槽口至熱點(diǎn)，在熱點(diǎn)處逐漸上升到上表面又與投料流進(jìn)入的流股匯合，再一同流向流道口，形成這樣一個(gè)循環(huán)流動(dòng)過程，通過流道流入錫槽的玻璃液量是由該處設(shè)置的流量調(diào)節(jié)閘板進(jìn)行調(diào)節(jié)，其流量與從投料流進(jìn)入成型流的玻璃液量相一致，同樣也與投料量相一致，但流股中的大部分會被暫時(shí)阻擋在流槽口前，由于溫度的逐漸降低隨之密度的提高，還要逐漸下沉，參與玻璃液下層的回流中去。投料流和成型流下部流股都是

14、在熱點(diǎn)附近逐步上升，這樣就會在熱點(diǎn)下部形成一個(gè)三角形的滯流區(qū)，在生產(chǎn)正常情況下，其流速極慢，該區(qū)會沉積一部分由投料流帶來的個(gè)別末熔硅質(zhì)顆粒，滯流三角區(qū)隨兩縱向?qū)α鞯脑鰪?qiáng)而減小，滯流三角區(qū)變化時(shí)，難免要將部分末熔顆粒引入成型流，影響玻璃質(zhì)量，從這個(gè)角度看，保持兩縱向?qū)α鞯姆€(wěn)定，相對也保持了滯流三角區(qū)的穩(wěn)定，是穩(wěn)定泡界線，提高玻璃質(zhì)量的前提。. 卡脖水包的節(jié)能效果. 我廠浮法一線熔窯簡況 熔窯運(yùn)行時(shí)間：一年半 日熔化量：噸日 熔化部池深：.米 冷卻部池深：.米 玻璃液分隔裝置：卡脖對穿深層方水包 存在的缺陷：由于窯爐基礎(chǔ)的問題，熔化部北小爐處池壁磚上平面比流道的上平面低mm。. 我廠卡脖水包的使用

15、情況 我廠浮法一線在充分市場調(diào)查的基礎(chǔ)上決定轉(zhuǎn)產(chǎn)綠玻璃，轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)已考慮到該玻璃液的透熱性較差，流動(dòng)層會減薄，對流減弱，必然會引起流道口處的玻璃液溫度下降，再加上浮法一線熔窯池壁的現(xiàn)狀又不適宜生產(chǎn)綠玻璃，所以，我們除對熔化工藝指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整和冷卻部保溫外，為增加成型流還將卡脖水包上抬，由原來沉入玻璃液2/3改為1/3。 色料入窯后，流道口溫度逐步下降，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閘板脫離玻璃液無法實(shí)現(xiàn)流量的控制，我們又采取加大、小爐的油流量，讓泡界線后移來提高冷卻部的溫度，通過調(diào)整起到了一定的作用，但泡界線長期在、小爐之間，不但生產(chǎn)難以控制，還時(shí)有末熔顆粒越過泡界線，影響玻璃質(zhì)量。雖然在投綠玻璃料前已將水包上提，但該水包屬懸壁式結(jié)構(gòu)，沒有水包車而且固定結(jié)構(gòu)不合理，調(diào)整后不到三天，前端已經(jīng)下沉，頭部已幾乎全部沉入玻璃液中，最后考慮到增加成型流的強(qiáng)度，將卡脖水包抽出，效果明顯。. 效果對比 水包沒抽前油耗噸，抽出水包后油耗噸，每天油耗相差噸。 抽出水包后冷卻部溫度提高，熔化作業(yè)制度恢復(fù)了正常，流道口溫度達(dá)到了工藝要求。 原因分析 我廠一線熔窯由于前端下沉mm，故流道玻璃液很淺，只有mm，再加上生產(chǎn)透熱差的綠玻璃，所以造成玻璃液的流出困難，采取的辦法只有提高流道玻璃液溫度來降低其粘度，以便于玻璃液順利流出，而抽出卡脖水包正是為了增大