玻璃熔窯

boli rongyao

熱工過程

玻璃熔窯內，還有熱量傳遞、動量傳遞和質量傳遞。

①熱量傳遞：包括在火焰空間內和玻璃液中由溫度差引起的火焰空間熱交換、玻璃液內熱交換、蓄熱室內熱交換和窯牆與外界環境的熱交換。

②動量傳遞：由壓強差引起的不可壓縮氣體流動、可壓縮氣體流動、氣體射流和玻璃液流動。

③質量傳遞：燃燒過程中由氣相濃度差引起的氣相擴散和玻璃液濃度差引起的液相擴散。

玻璃熔窯。它們均包括玻璃熔制、熱源供給、餘熱回收和排煙供氣4個部分。

窯膛內放置單隻或多隻坩堝。坩堝窯（圖1坩堝窯結構示意）中玻璃熔制的各階段（熔化、澄清、均化、冷卻）在同一坩堝中隨時間推移依次進行，窯內溫度制度隨時間推移變動。成型時，用人工從坩堝口取料，再進行吹制、壓制、拉引、澆注等，也可以坩堝底供料，或將整坩堝移出取料。坩堝材質以粘土居多，也有用鉑的。形狀有開口和橫口（閉口）兩種。開口坩堝的坩堝口朝向窯膛，能直接得到窯牆及熱源輻射和傳遞的熱能；橫口坩堝的坩堝口朝向窯外，要通過坩堝壁間接取得熱量，能避免窯內氣氛對玻璃液的影響和污染。坩堝窯適用於熔制產量小、品種多或經常更換料種的玻璃。

窯膛包含一耐火材料砌築的熔池，配合料投入窯池內熔化。池窯有間歇式和連續式兩種。間歇式池窯又稱日池窯，一般較小，熔池面積僅幾平方米。熔制過程完成後，從取料口取料，大多採用手工或半機械成型。適用於生產特種玻璃。絕大多數池窯屬於連續式(圖2連續式池窯結構示意),各個熔制階段在窯的不同部位進行。各部位的溫度制度是穩定的。配合料由投料口投入，在熔化部經歷熔化和玻璃液澄清、均化的行進過程，轉入冷卻部進一步均化和冷卻，繼而進入成型部最後均化(包括玻璃液溫度均化)和穩定供料溫度。由於池窯靠近底部玻璃液溫度低而呈滯流狀態，因此窯池玻璃液總容量大於作業玻璃量，連續作業的加料量與成型量保持平衡。熔化好的玻璃液採用連續機械化成型。池窯的規模以熔化部面積(m□)表示。生產瓶罐玻璃的大型池窯熔化部面積達150m□以上，生產能力通常可達到300～400t/24h，熔化率可達2.5～3t/24h□m□。連續式池窯容量大，相對散失熱少，熱效率明顯高於坩堝窯，適於大批量高效率的連續性生產。

玻璃熔窯由於採用的熱源不同，結構形式有較大差別。如火焰熔窯、電熔窯和火焰－電熔窯具有不同的結構。

以煤、重油、煤氣或天然氣為燃料的熔窯。燃煤的坩堝窯設火箱，煤燃燒后產生半煤氣，在噴火筒內與二次空氣混合燃燒，火焰在窯膛空間傳遞熱量。燃油的坩堝窯設油噴嘴，噴出油霧在噴火筒內燃燒。燃煤氣的池窯設有小爐，它由空氣通道、煤氣通道、舌頭、預熱室和噴出口組成。燃油的池窯設小爐，由油噴嘴、空氣通道和噴出口組成。池窯內火焰流動方向與窯軸垂直的稱橫火焰窯，與窯軸相一致的稱縱火焰窯，與窯軸相一致並呈馬蹄型迴轉的稱馬蹄焰窯。為使玻璃液在冷卻部得到冷卻，在熔化部與冷卻部間設有花格牆、矮碹或吊牆等分隔裝置，底部設流液洞、浮擋磚、卡脖，以調節液流和擋住未熔砂粒浮渣，用冷卻水管冷卻玻璃液。冷卻部往往連通一至多個成型部進行玻璃液分配，因產品品種、成型方法不同，又分為瓶罐玻璃窯、平板玻璃窯、拉管窯、光學玻璃窯、球窯等多種形式。

火焰熔窯內火焰離開窯膛帶有大量餘熱，可用於加熱助燃空氣和煤氣，以提高火焰溫度和節約燃料。回收餘熱主要採用蓄熱室或換熱器。圖2 連續式池窯結構示意即是用蓄熱室回收餘熱的連續式池窯。蓄熱室利用格子磚蓄積從窯膛內排出的煙氣的部分熱量。隔一定時間后加熱作業換向，格子磚再把蓄積的熱量傳給進入蓄熱室的助燃空氣和煤氣。為此，蓄熱室必須成對設置，使間接的加熱作業連續化。換熱器用陶質構件或金屬管道作傳熱體，將煙氣熱量通過通道壁連續傳給助燃空氣。坩堝窯多採用換熱式，結構簡單且作業穩定。池窯（尤其是大型池窯）多採用蓄熱式，餘熱回收效率高且可靠，但須有換向設備。

以電能為熱源的熔窯。坩堝窯有電阻加熱和感應加熱兩種加熱方式。熔制光學玻璃的坩堝窯一般在窯膛側壁安裝碳化硅或二硅化鉬電阻發熱體，進行間接電阻輻射加熱。有的熔制特殊玻璃的坩堝窯採用感應加熱方式，靠在窯中及玻璃液中感應產生渦電流進行加熱。池窯直接用窯內的玻璃液作發熱電阻，可在玻璃液不同深度處布置多組和多層電極，使玻璃液發熱，並通過調節耗電功率控制溫度制度。採用這種方式時，玻璃液面以上的空間溫度很低（稱冷爐頂），因而能量基本消耗於熔制玻璃和窯壁散熱，沒有煙氣帶走熱量的損失和排放煙氣時對環境的污染，熱利用率高，並且無需設置燃燒系統和餘熱回收系統。電池窯可自動控制，管理人員少，勞動條件好，但電力資源消耗大。適用於熔制難熔玻璃、易揮發玻璃和深色玻璃。大型電池窯生產瓶罐玻璃能力達到每天150t。

以火焰熱源為主，玻璃液電阻發熱為輔的混合型池窯。作業運行與火焰池窯相似。為了提高熔化率以增加生產能力和改善玻璃液熔化、澄清和均化的質量，在火焰池窯的熱點和加料口等部位埋入電極進行輔助加熱，獲得了良好效果。

魯道夫·均特著，楊紹戩譯：《玻璃熔化池爐》,中國財政經濟出版社,北京,1962。(R.G□nther,Glasschmelz-Wannen□fen.)

上海化工學院主編：《硅酸鹽工業熱工過程及設備》，中國建築工業出版社，北京，1980。

孫承緒等編著：《玻璃窯爐熱工計算及設計》，中國建築工業出版社，北京，1983。

（孫承緒）