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全电熔玻璃窑炉设计

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平均熔化功率密度

任何一座玻璃熔窑，无论是纵向熔化还是横向熔化，实际是由三部分组成:生料加热预热段、熔化段和澄清段。

图1玻璃熔窑的三个组成部分

在电熔窑上部是未经熔化的生料和初步熔化料形成的混合层。混合层表层温度不到℃或更低，形成生料加热预热阶段。

熔化段是电熔窑中集中主要功率熔化玻璃的区域。该区域体积和用于熔化玻璃的电功率之比为一标志性比值一熔化功率密度。如果在此区域内该比值过小，不能完成化学反应生成合格玻璃。在设计中也要求充分考虑化学反应过程所必需的时间。满足这两点的要求，就可以确定熔化区的体积。不同的玻璃熔化所需要的功率密度是不同的，所花费的时间也是不同的。获得这些数据目前较可靠的手段仍是依赖于实验和经验。应当说取得这些数据并不是很困难，但对于所有窑炉设计者来讲是首先重要的。

熔化好的玻璃在全电熔窑的澄清段通常不予以再加热，以保持一个稳定、流动均匀的流场，避免产生等级,同时有利于气泡溢出。一般说来，炉底有一定数量的杂物，而澄清段再加热造成过多的玻璃液对流运动,为了防止对流把杂物带到已经熔化好的玻璃中去,在澄清区是避免再加温的。

但对于某些玻璃，例如C-玻璃纤维，有时为了提高产量，在澄清加一定功率是可能的。

关于预热、熔化和澄清的功率分配,一般来说澄清部分如上所述，不需加热能，尤其对于垂直熔化的窑炉。预热和熔化能的分配是一个复杂问题,通常的原则是预热能应当保持在生料层整体存在的程度。因此大约的比例是预热20%,熔化80%左右。

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电极分布与功率密度的关系

熔化区电极分布是熔化区功率分布的决定因素。功率分布决定熔化区的温度分布。温度分布不均匀是产生气泡、结石和各种缺陷的最重要原因所有桂酸盐助熔剂的熔点都低于玻璃中主要成分硅、硼的熔点，因此熔化温度分布不匀也是造成气泡的最主要的原因。

对于日出料量小于15?20t的窑炉建议采用矩形炉，日出料量大于20t的窑炉应当采用六角形炉。

对于六角形炉如图2接线，功率发挥充分且分布较均匀,有利于温度分布均匀对于一对电极为单相,电压关系如图3,三相电接电后电场分布比较合理，因此功率分布较好。

图2矩形电熔窑和六角形电熔窑的电极安排

图4是一个典型的全电熔窑的截面图，阴影部分是电熔化段体积。电极是按倾斜中部底插式布置。利用物理模拟测量出熔化段体积和电压、电流、电阻之间的关系，此方法是窑炉设计最重要的一项依据，也是决定窑炉效率和节电效率的重要因素。

复合型玻璃窑炉简介

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复合型窑炉基本原理

以电功率为主、以燃料火焰加热为辅助预热的电熔炉称为复合型窑炉。这是当前熔制高质量、高熔化温度、高电阻玻璃的先进炉型。

这种窑炉上部火焰功率约占全部功率的20%?25%,其功能是把生料层预热到℃左右，原则是保持不造成生料熔化的热料层。

尽管上部空间温度达到℃或更高，生料层并没有熔化，上部是粉料，下部形成料堆和已熔玻璃的海绵体，混合形成一个热的料层。这个料层的功能相当于全电熔窑炉的冷顶料层。

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复合型窑炉设计原理

原始的全电熔窑上部冷顶料层温度从℃开始到熔化部温度℃以上，温差达1℃以上，因此要保持熔化部炉温均匀在设计上有一定难度。当有热顶层时温差小于℃,均匀性改善许多，大大有利于提高玻璃质量尤其对于易氧化的玻璃,气泡产生率大大减少。

这种窑炉设计是采用不同的设计理念，包括特殊的加料方式和功率控制方式相对于全电熔窑炉，设计和造价略有提高，但优点是明显的。

设计复合型窑炉需要进行切合实际的物理模拟试验,在模拟模型和计算方面需要有一定的热力模型元素来支持设计所有这些预演工作是成功设计不可缺少的步骤。

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热力分析和设计

图6热流图是复合型玻璃窑炉大致的热分布比例.（用功率表示）,各种不同尺寸、结构、支持、冷却方式和电极水套等对热效率的影响不同设计者可以用自己设计的炉子为例来做测量和分析。

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一个成功的例子

奥地利斯瓦洛斯基公司一台熔制高档白玻璃出料量为15t/d的窑炉已经成功工作了几年。此窑炉是英国PENELECIRO公司设计和完成工程调试。

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