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玻璃全電熔和電助熔窯爐技術的最新進展
發布時間：
2019-01-22
隨著鉬電極的研究發展，特別鉬電極安全地投入使用，推進了玻璃電熔和電助熔的商業化的實現。大約在60年前，美國人LarryPenberthy首次采用電助熔，在電助熔技術發展初期，為了安全使用鉬電極，需要一個專門的電極冷卻系統，以確保鉬電極在600℃時不被氧化。第一個電極冷卻水套采用濺射冷卻結構，水套為管狀結構，內部的水管噴射冷卻水到水套的端部，然后水沿著鉬電極回流，最后經過回水管進入水循環系統的水池。這種水套效果顯著，對側墻電極而言是一個相當好的冷卻裝置，該水套結構簡單實用，能耗低等優點，當然也有缺點和不足。這種濺射冷卻水套對循環水的水質要求不高，但是對于今天規模越來越大的玻璃電熔窯爐來說是不太適用的。
1、水套的介紹
隨著鉬電極的研究發展，特別鉬電極安全地投入使用，推進了玻璃電熔和電助熔的商業化的實現。大約在60年前，美國人LarryPenberthy首次采用電助熔，在電助熔技術發展初期，為了安全使用鉬電極，需要一個專門的電極冷卻系統，以確保鉬電極在600℃時不被氧化。第一個電極冷卻水套采用濺射冷卻結構，水套為管狀結構，內部的水管噴射冷卻水到水套的端部，然后水沿著鉬電極回流，最后經過回水管進入水循環系統的水池。這種水套效果顯著，對側墻電極而言是一個相當好的冷卻裝置，該水套結構簡單實用，能耗低等優點，當然也有缺點和不足。這種濺射冷卻水套對循環水的水質要求不高，但是對于今天規模越來越大的玻璃電熔窯爐來說是不太適用的。
隨著窯爐規模的增大和更有效的底插電極技術的實現，形成了改進的電極水套，即一種有內在水路的水套。這種水套在目前的玻璃行業中應用非常廣泛，但是它也有許多不足，主要是（1）容易堵塞；（2）對周邊的耐火材料提出了抗熱震的要求；（3）在推進電極方面有一定危險；（4）在窯爐使用后期很難進行回收利用
2、可推進電極的水套
近幾年來，窯爐的爐齡增長很快，這需要冷卻水套在連續操作工藝中能使用15年。
電極水套的最大問題在電極的推進過程。依照電極的推進設計，最快一般每3個月需要推進一次，最少的每7年才推進一次，如FIC設計的浮法玻璃窯爐。推進時間差異如此大，主要是由于玻璃種類，熔化率，特別是推進設計結構決定的。電極水套通常損壞在推進過程中，原因主要是為了能推進電極，需要關閉冷卻水，從而使水套整體溫度上升，導致水套附近固化的玻璃軟化達到推進的目的。幾乎所有的電極水套都是由耐熱不銹鋼制作，需要承受1100℃的高溫。然而，在推進水套后，最大的問題出現在水套的再次進水。因為水套前端溫度高達1100℃，冷卻水需要非常緩慢的加入，以防止巨大溫差造成的損害。然而，由于窯爐操作工在電極推進過程中已經又熱又疲勞，希望早點結束該項工作，在實際操作過程中往往總是不夠緩慢的進水。
很明顯，冷卻水因為注入太快而引起熱沖擊，但是已經在推進過程耽誤的時間，如果不及時推進也會造成水套的損壞。一旦發生了熱沖擊，水套焊縫會開裂或者堵塞水套，將造成水套的永久性破壞，因而造成冷卻水外濺和浪費。因為現在大多數的推進系統都是關于垂直電極的，流到地面的水損耗是很高的，導致電極的鉆孔或者改變電極位置，這是一個需要深入研究的工作，而且費用昂貴。
此外，在推進電極時，引進的冷卻水到達水套的高溫部分后，將產生不易被觀察到的熱蒸汽，很容易燙傷旁邊操作工。不管怎樣，冷卻水仍然需要緩緩引入，有些公司利用空氣冷卻系統來緩解這個過程。隨著時間的推移，封閉冷卻水套，即使使用處理過的水，也會慢慢的發生堵塞，最終冷卻水停止運行，不得不采用濺射冷卻。有時冷卻水逆流也可能清除堵塞的水套，另外解決的辦法就是注入檸檬酸。如果水套里的冷卻水液流減少，注入系統的檸檬酸可以減低水套被堵塞的幾率。當發生堵塞的時候，有些公司通過打開另外的獨立水路，來控制冷卻回路。FIC開發了一個可替換的獨立水路，后來發展到多個獨立水路。
3、新型高質量水套
綜上所述的這些標準水套系統，水冷卻旋管是水套的核心部分，它不但吸收水套前端的熱量，也吸收水套周圍的熱量。這也導致了從耐火材料的熱吸收，并導致星型裂紋。一些供應商已經認識到了這個問題，并在水套的外面包裹上絕緣材料來減少其影響。FIC早在20年前，就發明了一種新的水套，克服了上述的所有不足。
FIC的高‘Q’水套的生產已經超過了7000多支，代表了目前的先進水平，可拆卸的水路是它的主要特征。這個水路可以由普通員工進行拆卸需要不到十分鐘一次，僅需要三個工具來完全分離和完成整個過程。由于有很大的截面積，因而對冷卻水的水質要求不高。其實，必要的時候，也可以直接使用河水。可裝卸的水路并不直接接觸水套本身，它有一個空氣隔層，確保冷卻水僅僅對水套的前端起作用。這樣就減少或者完全消除由熱沖擊所引起耐火材料的星型裂紋。此外，這種水套是由資深人士設計的，他們在電助熔和電熔爐方面都有豐富的經驗，任何可能發生導致失敗的事，其解決問題的方法在設計的時候，已經考慮進去了。
例如，為了防止萬一可拆卸水路與水套其他結構粘在一起了，通過設計一個jacking系統來保證水路的正常抽出。同樣，用于測量水套前端溫度的熱電偶是獨立的，因此，需要更準確地測出水套高溫部分和耐火材料的溫度，精確顯示水套周圍的玻璃軟化點，以確保電極的推進。這意味著可以很容易的確定什么時候推進電極。在這個問題上，還要說明的是，千萬不要在使用水壓水套的情況下來推進水套，這樣不僅會造成周邊耐火材料的損壞，還可能使整個水套散架。FIC的固定方法是通過使用螺桿結構，在不破壞電極和耐火磚的情況下，給電極施加合適的壓力。如果施加太多的壓力，螺桿會受到損害，但是耐火材料和水套自身不會受到損害。如果有必要的話，這些螺桿是很容易更換的，而且是處處都有的標準件。如果耐火材料發現意外的損壞，如果需要，該固定結構還可以往外抽出水套。
這種高‘Q’水套的另外一個重要創新點在于推進電極的時候，不必切斷冷卻水，因為冷卻水旋管是可移動的。縮回冷卻水管是為了不再接觸水套前端和電極，這樣玻璃就可以自然地升溫。因為冷卻水并沒有停止，所以不會有產生過熱蒸汽的危險，也不會對工作人員造成燒傷。這也是目前健康與安全勞動法的重要特征。
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