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玻璃窑炉


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玻璃制造中用于熔制玻璃配合料的热工设备。将按玻璃成分配好的粉料和掺加的熟料 (碎玻璃)在窑内高温熔化、澄清并形成符合成型要求的玻璃液。 玻璃制造有 5000 年历史。以木柴为燃料、在泥罐中熔融玻璃配合料的制造方法延续了 很长时间。1867 年德国西门子兄弟建造了连续式燃煤池窑。1945 年后,玻璃熔窑迅速发展。 热

工过程 玻璃熔窑内除有燃烧反应和产生高温外,还有热量传递、动量传递和质量

传递。①热量传递:包括在火焰空间内和玻璃液中由温度差引起的火焰空间热交换、玻璃液 内热交换、蓄热室内热交换和窑墙与外界环境的热交换。②动量传递:由压强差引起的不可 压缩气体流动、可压缩气体流动、气体射流和玻璃液流动。③质量传递:燃烧过程中由气相 浓度差引起的气相扩散和玻璃液浓度差引起的液相扩散。 类型 玻璃熔窑有坩埚窑和池窑两大类。它们均包括玻璃熔制、热源供给、余热回收

和排烟供气 4 个部分。 坩埚窑 窑膛内放置单只或多只坩埚。坩埚窑(图 1)中玻璃熔制的各阶段(熔化、澄 清、均化、冷却)在同一坩埚中随时间推移依次进行,窑内温度制度随时间推移变动。成型 时,用人工从坩埚口取料,再进行吹制、压制、拉引、浇注等,也可以坩埚底供料,或将整 坩埚移出取料。坩埚材质以粘土居多,也有用铂的。形状有开口和横口(闭口)两种。开口 坩埚的坩埚口朝向窑膛,能直接得到窑墙及热源辐射和传递的热能;横口坩埚的坩埚口朝向 窑外,要通过坩埚壁间接取得热量,能避免窑内气氛对玻璃液的影响和污染。坩埚窑适用于 熔制产量小、品种多或经常更换料种的玻璃。

玻璃熔窑 池窑 窑膛包含一耐火材料砌筑的熔池,配合料投入窑池内熔化。池窑有间歇式和连

续式两种。间歇式池窑又称日池窑,一般较小,熔池面积仅几平方米。熔制过程完成后,从 取料口取料,大多采用手工或半机械成型。适用于生产特种玻璃。绝大多数池窑属于连续式 (图 2),各个熔制阶段在窑的不同部位进行。各部位的温度制度是稳定的。配合料由投料口 投入,在熔化部经历熔化和玻璃液澄清、均化的行进过程,转入冷却部进一步均化和冷却,

继而进入成型部最后均化(包括玻璃液温度均化)和稳定供料温度。 由于池窑靠近底部玻璃液 温度低而呈滞流状态, 因此窑池玻璃液总容量大于作业玻璃量, 连续作业的加料量与成型量 保持平衡。熔化好的玻璃液采用连续机械化成型。池窑的规模以熔化部面积(m )表示。生产 瓶罐玻璃的大型池窑熔化部面积达 150m 以上,生产能力通常可达到 300~400t/24h,熔化 率可达 2.5~3t/24h·m 。连续式池窑容量大,相对散失热少,热效率明显高于坩埚窑,适 于大批量高效率的连续性生产。
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玻 璃熔窑 结构 玻璃熔窑由于采用的热源不同,结构形式有较大差别。如火焰熔窑、电熔窑和

火焰-电熔窑具有不同的结构。 火焰熔窑 以煤、重油、煤气或天然气为燃料的熔窑。燃煤的坩埚窑设火箱,煤燃烧

后产生半煤气,在喷火筒内与二次空气混合燃烧,火焰在窑膛空间传递热量。燃油的坩埚窑 设油喷嘴,喷出油雾在喷火筒内燃烧。燃煤气的池窑设有小炉,它由空气通道、煤气通道、 舌头、预热室和喷出口组成。燃油的池窑设小炉,由油喷嘴、空气通道和喷出口组成。池窑 内火焰流动方向与窑轴垂直的称横火焰窑, 与窑轴相一致的称纵火焰窑, 与窑轴相一致并呈 马蹄型回转的称马蹄焰窑。 为使玻璃液在冷却部得到冷却, 在熔化部与冷却部间设有花格墙、 矮碹或吊墙等分隔装置,底部设流液洞、浮挡砖、卡脖,以调节液流和挡住未熔砂粒浮渣, 用冷却水管冷却玻璃液。冷却部往往连通一至多个成型部进行玻璃液分配,因产品品种、成 型方法不同,又分为瓶罐玻璃窑、平板玻璃窑、拉管窑、光学玻璃窑、球窑等多种形式。

火焰熔窑内火焰离开窑膛带有大量余热, 可用于加热助燃空气和煤气, 以提高火焰温度 和节约燃料。 回收余热主要采用蓄热室或换热器。 2 即是用蓄热室回收余热的连续式池窑。 图 蓄热室利用格子砖蓄积从窑膛内排出的烟气的部分热量。 隔一定时间后加热作业换向, 格子 砖再把蓄积的热量传给进入蓄热室的助燃空气和煤气。 为此,蓄热室必须成对设置,使间接的 加热作业连续化。 换热器用陶质构件或金属管道作传热体, 将烟气热量通过通道壁连续传给 助燃空气。坩埚窑多采用换热式,结构简单且作业稳定。池窑(尤其是大型池窑)多采用蓄 热式,余热回收效率高且可靠,但须有换向设备。 电熔窑 以电能为热源的熔窑。坩埚窑有电阻加热和感应加热两种加热方式。熔制光

学玻璃的坩埚窑一般在窑膛侧壁安装碳化硅或二硅化钼电阻发热体,进行间接电阻辐射加 热。 有的熔制特殊玻璃的坩埚窑采用感应加热方式, 靠在窑中及玻璃液中感应产生涡电流进 行加热。 池窑直接用窑内的玻璃液作发热电阻, 可在玻璃液不同深度处布置多组和多层电极, 使玻璃液发热,并通过调节耗电功率控制温度制度。采用这种方式时,玻璃液面以上的空间 温度很低(称冷炉顶),因而能量基本消耗于熔制玻璃和窑壁散热,没有烟气带走热量的损 失和排放烟气时对环境的污染,热利用率高,并且无需设置燃烧系统和余热回收系统。电池 窑可自动控制,管理人员少,劳动条件好,但电力资源消耗大。适用于熔制难熔玻璃、易挥 发玻璃和深色玻璃。大型电池窑生产瓶罐玻璃能力达到每天 150t。 火焰-电熔窑 以火焰热源为主,玻璃液电阻发热为辅的混合型池窑。作业运行与火

焰池窑相似。为了提高熔化率以增加生产能力和改善玻璃液熔化、澄清和均化的质量,在火 焰池窑的热点和加料口等部位埋入电极进行辅助加热,获得了良好效果。
配图


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