我國玻璃電熔現狀及發展方向

　　
　　3．全電熔玻璃窯爐
　　
　　3.1.減少揮發的機理
　　
　　全電熔厚料層垂直深層電熔工藝，熔化池表面復蓋冷的配合料，配合料在復蓋層下加熱，從加熱到玻璃形成的四個階段，都在同一個地點，不同的時間和不同的垂直高度上完成。因此，它可以基本避免在火焰池窯中所造成硼揮發的存在條件。其機理是：
　　
　　(a)配合料層表面工作狀態平穩。全電熔厚料層熔制玻璃時，由于配合料是很好的絕熱材料，料層的表面溫度可低達200℃以下，而且料層表面沒有任何火焰和高溫高速氣流的沖擊，處于平穩狀態，基本上可以避免“飛料”的物理損耗。
　　
　　(b)冷爐頂可以回收揮發物。厚料層的料層厚度一般在100～200mm，表面溫度在200℃以下。從一幅典型的熔制高硼硅玻璃的冷爐頂圖1中，可以看到配合料表面0～40mm這一層，溫度穩定在120℃，僅水份在蒸發，可稱為冷配合料層。高層度在40～80mm，溫度從120℃提高到250℃，硼酸開始分解，稱為熱配合料層，高層度在80～110mm的溫度變化較劇烈，從250℃上升到1000℃，完成了硼硅酸鹽的反應過程，稱為硼硅酸鹽反應帶，也可稱輕質層。再下一層則是含有大量氣泡和帶有未熔化好砂粒的熔融玻璃，稱為玻璃的熔融過程，也可稱半熔層。在這層下面就是玻璃的澄清和均化區域。硼硅酸鹽配合料從表面的料層到輕質層，經過溫度從120～1000℃的熱過程，必然會發生硼酸和硼砂在脫水期中的硼揮發,揮發物由下向上逸出時，遇到冷的表面配合料層凝結起來，便產生硼的回凝現象，而在反應過程中所產生的CO2和NOx氣體很容易穿過疏松的配合料層逸出。因此，硼的揮發物可以在這里被回收。應用這個原理，同樣可以回收其它含有氟、鉛和硒玻璃的揮發性物質。由此也很容易解釋薄料層全電熔熔制工藝中硼的揮發率較高(10%左右)的原因。
　　
　　(c)澄清和均化在垂直深層方向中進行。在垂直深層電熔窯中，在工作流的作用下，玻璃液從半熔層垂直向下運動，流向流液洞(見圖1)，而玻璃中的氣泡依靠斯托克斯的原理由下向上運動，由液面排出，完成了澄清和均化過程。這個過程與水平式火焰池窯熔制有非常大的區別，它好象在垂直管道中進行，沒有與空氣相接觸的自由表面，因此不可能產生硼從玻璃結合態中揮發的問題。
　　
　　從上述的熔化機理，可清楚地看到，由于硼的燒損減少到較小的程度，玻璃成份波動小、穩定，這是獲得硼硅酸鹽玻璃的重要工藝條件之一。
　　
　　3.2.厚料層垂直深層電熔技術
　　
　　如果厚料層操作不當，不但得不到高質量的玻璃，反而會在玻璃中產生結石和條紋，使玻璃質量變壞。要達到穩定作業，厚料層電熔的基本工藝技術，大致如下：
　　
　　(a)嚴格控制料層厚度：厚料層全電熔窯，料層的厚度是一項十分重要的工藝參數，正常操作的料層厚度在100～200mm。太厚的料層使其深層造成更多的冷配合料，熔融玻璃液面溫度降低，玻璃熔化不好。同時由于料層的絕熱作用，深層的配合料溫度升高，軟化生料，形成一個半硬殼層，可能伸長到與四周池壁搭接，形成料拱。氣泡聚集在料拱下排不出去，玻璃液面很快下降，造成脫空現象，嚴重時會發生玻璃液流空的事故。為了防止料拱現象和使玻璃中氣泡能順利排出，配合料不能完全復蓋熔化池的表面。按Sorg公司在VSM的全電熔窯的經驗，配合料復蓋的面積占液面90%，留出10%面積的光面。熔制普通玻璃，光面留在六角形的六個角上。熔制乳白玻璃光面留在中心。對矩形的電熔窯，在池壁四周留出75～150mm的距離。如果料層太薄，配合料表面溫度很快上升，料層的保溫作用和硼的回凝現象消失、達不到厚料層熔制工藝的目的。另外，加料必須是均勻鋪蓋在玻璃液面上。如果局部地方形成料堆，較后將使料堆下沉，熱的玻璃液包住冷的生料，在玻璃中容易產生結石、氣泡等缺點。
　　
　　(b)保證正常條件下的電熱平衡：當改變熔窯出料量時，若電工參數沒有及時調整，很快打破了原來工作狀態的電熱平衡條件，而轉入不穩定狀態，窯內溫度分布曲線和玻璃液的運動軌跡都會發生改變。若加大出料量而輸入功率不變時，玻璃液面溫度下降，熱點下沉，在窯內出現“過冷”現象，迫使玻璃液面下降，料層變厚，大量的配合料下沉，生料來不及熔化。反之，出料量變小時，玻璃液面溫度升高。熱點上移，在窯內出現過熱現象，使生料熔化速度加快，料層變薄，液面提高，引起耐火材料和電較加速侵蝕。因此當改變出料量時，輸入功率與出料量要匹配好，應盡量保持熔制工藝條件的電熱平衡。
　　
　　(c)建立合理的熔制溫度曲線和穩定的玻璃液流：窯內玻璃液的溫度差異是產生玻璃液對流的原因，在厚料層垂直深層電熔工藝中，如溫度場不合理，表面層（半熔層）未熔化好的玻璃液常因少量垂直對流進入工作流使熔化好的玻璃液變壞。正常情況下，半熔層中玻璃液小的對流將未熔化好的原料托浮起來，固定半熔層和冷料層的位置。當半熔的玻璃進入較高溫度區的加熱區時，玻璃熔融過程就結束了，進入玻璃的澄清均化區域，在這個區域內不要產生強烈的垂直對流，使所有玻璃都經過了相同的熱過程，熔制出均勻度高的玻璃。因此在較高溫度帶的溫度分布曲線要平坦，不要發生大的溫差。根據這一原理設計的電熔窯的溫度分布曲線，有助于獲得熱均勻性好的玻璃。