玻璃全电熔和电助熔窑炉技术的最新进展

玻璃全电熔和电助熔窑炉技术的最新进展发布者：chiefway发布时间：2009-10-2009:02浏览次数：254玻璃全电熔和电助熔窑炉技术的最新进展Mr.StuartHAKES（英国FIC公司）摘要：本文详细介绍了玻璃钼电极用水套的使用，并指出了电极水套的推进方法和注意事项，同时介绍了两种性能优异的电极水套，这些水套不仅有可拆卸的独立水路从而避免推进过程的水套堵塞和热冲击，而且还能使用在恶劣的环境中。文章还介绍了流液洞和加料口拐角的侵蚀问题，提出了比较好的解决办法，并详细分析了原因和机理。关键词：冷却水套；钼电极；流液洞；加料口；热冲击；RECENTDEVELOPMENTSINALLELECTRICMELTINGANDELECTRICBOOSTINGINGLASSFURNACESStuartHAKES(FIC)Abstract：Itwereintroducedthattheusingofcoolingholderformolybdenumelectrodes,andboostingwaysandattentionsduringboostingholderswerepointedout.Furthermore,anothertwokindsofgoodcoolingholderswereintroduced.Theyhavenotonlyaremovablewaterwaysoastoavoidblockageandthermalshocktheadvancingprocess,butalsooperatedinall-electricfurnacesinextremelyarduousenvironments.Inaddition，theerosioninthethroatanddoghousecornerwasintroducedinthepaper,andauthorwithhisexperiencesanalyzedthereasonandmechanismandpointedoutbettersolutions.Keywords:coolingholder；molybdenumelectrodes；throat；doghouse；thermalshockl、水套的介绍随着钼电极的研究发展，特别钼电极安全地投入使用，推进了玻璃电熔和电助熔的商业化的实现。大约在60年前，美国人LarryPenberthy首次采用电助熔，在电助熔技术发展初期，为了安全使用钼电极，需要一个专门的电极冷却系统，以确保钼电极在600℃时不被氧化。第一个电极冷却水套采用溅射冷却结构，水套为管状结构，内部的水管喷射冷却水到水套的端部，然后水沿着钼电极回流，最后经过回水管进入水循环系统的水池。这种水套效果显著，对侧墙电极而言是一个相当好的冷却装置，该水套结构简单实用，能耗低等优点，当然也有缺点和不足。这种溅射冷却水套对循环水的水质要求不高，但是对于今天规模越来越大的玻璃电熔窑炉来说是不太适用的。随着窑炉规模的增大和更有效的底插电极技术的实现，形成了改进的电极水套，即一种有内在水路的水套。这种水套在目前的玻璃行业中应用非常广泛，但是它也有许多不足，主要是（1）容易堵塞；（2）对周边的耐火材料提出了抗热震的要求；（3）在推进电极方面有一定危险；（4）在窑炉使用后期很难进行回收利用2、可推进电极的水套近几年来，窑炉的炉龄增长很快，这需要冷却水套在连续操作工艺中能使用15年。电极水套的最大问题在电极的推进过程。依照电极的推进设计，最快一般每3个月需要推进一次，最少的每7年才推进一次，如FIC设计的浮法窑炉中。推进时间差异如此大，主要是由于玻璃种类，熔化率，特别是推进设计结构决定的。电极水套通常损坏在推进过程中，原因主要是为了能推进电极，需要关闭冷却水，从而使水套整体温度上升，导致水套附近固化的玻璃软化达到推进的目的。几乎所有的电极水套都是由耐热不锈钢制作，需要承受1100℃的高温。然而，在推进水套后，最大的问题出现在水套的再次进水。因为水套前端温度高达1100℃，冷却水需要非常缓慢的加入，以防止巨大温差造成的损害。然而，由于窑炉操作工在电极推进过程中已经又热又疲劳，希望早点结束该项工作，在实际操作过程中往往总是不够缓慢的进水。很明显，冷却水因为注入太快而引起热冲击，但是已经在推进过程耽误的时间，如果不及时推进也会造成水套的损坏。一旦发生了热冲击，水套焊缝会开裂或者堵塞水套，将造成水套的永久性破坏，因而造成冷却水外溅和浪费。因为现在大多数的推进系统都是关于垂直电极的，流到地面的水损耗是很高的，导致电极的钻孔或者改变电极位置，这是一个需要深入研究的工作，而且费用昂贵。此外，在推进电极时，引进的冷却水到达水套的高温部分后，将产生不易被观察到的热蒸汽，很容易烫伤旁边操作工。不管怎样，冷却水仍然需要缓缓引入，有些公司利用空气冷却系统来缓解这个过程。随着时间的推移，封闭冷却水套，即使使用处理过的水，也会慢慢的发生堵塞，最终冷却水停止运行，不得不采用溅射冷却。有时冷却水逆流也可能清除堵塞的水套，另外解决的办法就是注入柠檬酸。如果水套里的冷却水液流减少，注入系统的柠檬酸可以减低水套被堵塞的几率。当发生堵塞的时候，有些公司通过打开另外的独立水路，来控制冷却回路。FIC开发了一个可替换的独立水路，后来发展到多个独立水路。3、新型高质量水套综上所述的这些标准水套系统，水冷却旋管是水套的核心部分，它不但吸收水套前端的热量，也吸收水套周围的热量。这也导致了从耐火材料的热吸收，并导致星型裂纹。一些供应商已经认识到了这个问题，并在水套的外面包裹上绝缘材料来减少其影响。FIC早在20年前，就发明了一种新的水套，克服了上述的所有不足。FIC的高‘Q’水套的生产已经超过了7000多支，代表了目前的先进水平，可拆卸的水路是它的主要特征。这个水路可以由普通员工进行拆卸需要不到十分钟一次，仅需要三个工具来完全分离和完成整个过程。由于有很大的截面积，因而对冷却水的水质要求不高。其实，必要的时候，也可以直接使用河水。可装卸的水路并不直接接触水套本身，它有一个空气隔层，确保冷却水仅仅对水套的前端起作用。这样就减少或者完全消除由热冲击所引起耐火材料的星型裂纹。此外，这种水套是由资深人士设计的，他们在电助熔和电熔炉方面都有丰富的经验，任何可能发生导致失败的事，其解决问题的方法在设计的时候，已经考虑进去了。例如，为了防止万一可拆卸水路与水套其他结构粘在一起了，通过设计一个jacking系统来保证水路的正常抽出。同样，用于测量水套前端温度的热电偶是独立的，因此，需要更准确地测出水套高温部分和耐火材料的温度，精确显示水套周围的玻璃软化点，以确保电极的推进。这意味着可以很容易的确定什么时候推进电极。在这个问题上，还要说明的是，千万不要在使用水压水套的情况下来推进水套，这样不仅会造成周边耐火材料的损坏，还可能使整个水套散架。FIC的固定方法是通过使用螺杆结构，在不破坏电极和耐火砖的情况下，给电极施加合适的压力。如果施加太多的压力，螺杆会受到损害，但是耐火材料和水套自身不会受到损害。如果有必要的话，这些螺杆是很容易更换的，而且是处处都有的标准件。如果耐火材料发现意外的损坏，如果需要，该固定结构还可以往外抽出水套。这种高‘Q’水套的另外一个重要创新点在于推进电极的时候，不必切断冷却水，因为冷却水旋管是可移动的。缩回冷却水管是为了不再接触水套前端和电极，这样玻璃就可以自然地升温。因为冷却水并没有停止，所以不会有产生过热蒸汽的危险，也不会对工作人员造成烧伤。这也是目前健康与安全劳动法的重要特征。4、特种水套随着进一步的发展，FIC的高品质电极水套被使用在环境非常恶劣的全电熔窑炉中。水套直接浸入到玻璃液中，水套前端承受超过1600℃的高温，然而，对于一个性能优异的水冷设备一直这样工作是基本的要求。大约四年前，FIC应一家生产硼硅酸盐玻璃的企业要求制造新的水套，这种水套将能承受高达1700℃温度。因此，FIC开发了Maxi‘Q’型水套。这种水套独特之处在于它的水路是由310块坚固的不锈钢构成的。这个水路系统是一个完整的系统，它可以同时贯通从上至下的水路和封闭端处的水平连接管路。FIC解决了这些水路连接的问题，Maxi‘Q’型水套已经继续使用四年并且提供了超过100套。然而，这种水套的使用是非常昂贵的，只有在最困难的条件下才使用。而在玻璃或耐火材料附近没有任何的焊接处，就意味着一些潜在的弱点完全消除了。生产过程和所需温度也足够大的水路，一般该水套横截面要大出50％左右。最近发现，这些水套有别的用途，它们可以用于电熔炉的顶部电极系统。一般认为，顶部电极是避免电极与耐火材料的安装问题。然而，这种系统中水套的效率很低。为了使水套更有效且防止钼电极被氧化，水套必须浸到熔融的且已澄清的玻璃液中。在电熔炉中，一般这一温度在1550℃甚至更高。当玻璃熔融、原料中颗粒存在且反应气体放出时，如果水套缩回到反应层，那么钼电极极有可能被氧化。为了避免这种情况，电熔炉系统的建造者们建议定期地抽出电极并更换它们。因为是钼电极，更换过程的温度很高，技术上有难度，且费用昂贵。FIC的Maxi‘Q’型水套因其能够插入到熔融玻璃层的深度而获得外界公认。这种水套十分昂贵但它们物有所值，因为再也不需要经常为了防止钼电极损坏要更换而把水套拉出来。同时，经过合理设计，电极的正常消耗使得该种电极一般每18个月左右推进一次。5、流液洞结构的改进在玻璃行业中，窑炉寿命是诸多最高花费项中的一个。我们可以看看哪些因素限制了窑炉的使用寿命。首先是加料口、流液洞、侧墙或炉顶。多少年来，流液洞一直是窑炉的最脆弱的地方，但是近几年在这方面有很大的进步，如马蹄焰窑中，加料口的拐角处就有更多的问题，而在横火焰窑中加料口没有这个问题。通过使用相应的AZS刚玉砖，流液洞的寿命得到大大提高。但是对于颜色要求很高的玻璃制品，这样就行不通。94％的致密锆砖为一种新型耐火材料，已经应用于硼硅酸盐玻璃或其它特种玻璃，但一般不用丁钠钙玻璃。根据作者的经验，在流液洞处设置钼电极，不管是在耐火材料中还是有金属外套，都不是一个很好的解决办法。这种方法忽视了钼电极处于耐火材料上面或里面，将带来很多问题。在窑炉使用过程中，侵蚀最先从耐火砖缝开始，最后渐渐渗透到钼电极后部，这时问题开始显现。作者曾有过一个非常糟糕的经历，在流液洞盖板砖内部设置板状钼电极，随着耐火材料的侵蚀导致钼板的滑落，部分堵塞了流液洞。作者看来，这些板状、拱形等相似的电极，在流液洞安装的缺点多于优点。目前也考虑采用两个流液洞试图提高炉子寿命。作者在几年前采用过这个方法，发现这种做法并没有明显提高寿命。这一做法是使一半体积的玻璃液流过一个流液洞，这可能提高炉子寿命。其实，这样做不可能提高炉子寿命，因为侵蚀程度取决于温度和耐火材料表面环境，高温的玻璃液密度很小，它靠近耐火材料表面且当它们流过材料表面时频繁地对耐火材料冲刷侵蚀。炉子底部的情况也是如此，原料分成并行的两路进入窑炉，炉子的运转效率取决于每个流液洞的流量。这使得控制熔化过程变得十分困难，因此我们不推荐采用这种做法。目前已经证明使用白金流液洞十分成功的，它的主要问题是不容易使金属和砖粘着。但这个问题通过JohnsonMattheyACT喷涂技术已经得以解决，以作者的经验看，这种技术非常有前景。事实上，如我们前面讲的钼电极一样，为了很好地隔离玻璃液，流液洞砖的每个面被涂层是完全必要的。尽管代价很高，但我相信这将是未来的一个方向。另一种解决流液洞侵蚀的方法是进行有效的冷却。已经有许多不同设计方案可以达到冷却要求，如采用大量的吹入空气同时混合水雾，或者用水冷箱或者直接冷却。然而，FIC公司最近研制开发了一些特殊的冷却管，在烤窑期间通过穿过电熔砖来冷却墙体，或安装在流液洞砖的下方，不论是流液洞刚启用时还是在已经被严重侵蚀的使用过程中，都能使玻璃液流经流液洞时温度降低，从而防止进一步侵蚀。这种冷却装置的优点在于它来源于一项应用到浮法玻璃的成熟技术，那项技术是把用冷却管环绕的鼓泡器应用到浮法窑