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玻璃球窑窑炉的结构和熔制

作者：作者单位： 2012年9月1日

    一、球窑的种类

    1.E玻璃球窑

    生产E玻璃成分的窑炉被称为E玻璃球窑。适合的窑型有：蓄热式马蹄焰窑；蓄热式横火焰窑；换热式单元窑。其中单元窑能较好控制玻璃质量，但在我国玻璃球生产初期，国内缺少高热值燃油及煤气，燃烧器和金属换热器方面的技术落后，因此实际上单元窑从没有用于生产玻璃球。横火焰窑生产的玻璃质量相对较好，但因蓄热式横火焰窑池宽度一般要求大于4mm，以保证燃烧完全和窑炉热效率高。这样，横火焰窑的熔化面积较大，使制球机半圆型工作池的布置受到限制，因此这种窑型的使用也很少。但可以认为，随着制球机的改进，以及能源供给的多样化，采用横火焰窑还是有一定应用前景的。马蹄焰窑至今仍是国内制造E玻璃球的首选窑型。

    2.C玻璃球窑

    生产C玻璃成分的窑炉被称为C玻璃球窑，C玻璃球窑也以采用马蹄形火焰窑为主。过去4台制球机以下的C玻璃球窑曾采用过双碹窑。应该说单元窑和横火焰窑同样也适用于C玻璃球窑，但由于如前所述的原因，实际生产中从未采用。

    3.电熔球窑

    适合于小规模特种成分玻璃球或玻璃块的生产。

    二、马蹄焰球窑结构设计

    1.结构尺寸

    （1）熔化面积。

    窑炉的熔化率主要取决于熔化温度，因为中碱和无碱玻璃球窑的熔制温度比较高，如果进一步提高熔化温度来提高熔化率，会加速对耐火材料的侵蚀，降低球质和影响炉龄。而采取鼓泡和电助熔技术可以相应提高中下层玻璃温度，促进玻璃的均化，并且提高熔化率。

    （2）熔池长宽比。

    长宽比越大，玻璃原料从熔化到澄清的行程也大，这有利于玻璃质量的控制和提高，而长宽比又受到小炉结构设计、火焰长度及拐弯要求的限制。采用高热值燃料的球窑池长可达到10mm，所以可选择较大的长宽比。而采用低热值燃料的球窑应选择较小的长宽比。一般长宽比选用范围为1.4—2.0。

    （3）池深。

    池深不仅影响到玻璃液流和池底温度，而且影响玻璃液的物理化学均匀性以及窑炉的熔化率。一般池底温度在1200—1360℃之间较为合适。池底温度的提高可使熔化率提高。但池底温度高于1380℃时，需要提高池底耐火材料的质量及品种，否则则会加速池底的侵蚀并降低炉龄，且会增加玻璃球的结石含量，这对后道拉丝生产是不利的，影响池底温度的决定性因素是玻璃的铁含量和玻璃气氛。当Fe2O3含量在0.25—0.3%范围内时，池深800—1200mm的玻璃球窑，其垂直温降约为15—30℃/100mm。

    （3）工作池。

    选择半圆形工作池时，其半径R决定于制球机台数与布置方式。一般工作池半径小于等于熔化池池宽，工作池深度浅于熔化池池深 300—400mm。

    （4）投料池。

    为了获得稳定的玻璃质量，一般在池壁两侧设置一对投料池，随换火操作交替由火根投料。投料池中心线与窑炉池壁的距离主要决定于小炉喷火口的温度，温度越高距离可缩小。一般其距离可定在 0.8—1.0m。

    （5）流液洞。

    流液洞的功能是降温和均化。采用沉式流液洞比采用直通式流液洞温降大。而均化效果受液洞高度影响较大。如高度越小则均化效果越好。所以设计流液洞宽度一般应大于其高度。在不考虑玻璃回流的情况下，玻璃流经流液洞的平均速度可取 5—20m/h。

    （6）胸墙高度。

    胸墙高度应根据窑炉容积发热强度来确定，目前容积发热强度设计值一般取60—200KW/m3(相当于50—180*103kcal/N.m3），比早期的数据已有明显下降，这说明提高了胸墙高度，而且采用质量改善的耐火材料和较好的保温效果，使窑炉热损失减少，大容积空间更有利于燃料的完全燃烧和增强其容积辐射强度，有利于提高熔制质量和降低能耗。

    2.小炉设计

    小炉是球窑的关键部位，小炉喷出口角度和喷出的速度对燃料燃烧和火焰形状有重要的影响。不合理的设计会使火焰冲击胸墙和大碹，并造成不完全燃烧。燃料在球窑内的燃烧属于扩散式燃烧，助燃空气从小炉口喷出的速度、厚度及与燃料喷出的交角、助燃空气的温度、燃油雾化的程度、油枪在小炉内的布置等因素不仅决定了火焰形状、燃料燃烧状况，而且还影响到火焰对玻璃熔池的热辐射。目前小炉设计仍以实践经验为主，一个成功的设计者应能用燃烧理论、火焰传热理论去分析、应用和总结实践经验。

    （1）小炉下倾角一般在18—35°范围内选用，燃油小炉一般选用22—25°，燃烧天然气和干气的小炉下倾角可以大些。在实际生产行中油枪有5°左右的上仰角，在采用天然气和干气时的仰角还要更大些，其目的是让火焰与玻璃液面平行。

    （2）小炉喷出口速度（或小炉出口面积），由于燃油雾化后喷入窑炉空间的燃烧过程中伴随着油雾的气化过程，因此燃料混合物喷出的速度大，气化膨胀的阻力也大，油类燃料在窑内的停留时间一般比天然气燃料的时间长，因此燃油小炉喷出的速度可以稍低。当改用天然气时，如果喷出速度太低，会造成燃烧不完全。小炉喷出口速度一般参照小炉喷出口处相应温度的空气速度来进行计算<<IMG SRC="/WF_SQL_XSRF.html">

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