由于環(huán)保的要求越來(lái)越高，玻璃制品的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，玻璃工廠(chǎng)采用電熔已經(jīng)大勢所趨。作者從事過(guò)十多年玻璃電熔化方面的技術(shù)研究和技術(shù)推廣工作，參與設計、引進(jìn)、翻版過(guò)數十座玻璃電熔窯、電加熱料道、電輔助加熱玻璃窯爐，幫助玻璃廠(chǎng)解決過(guò)多起玻璃電熔化和電加熱方面的疑難問(wèn)題。
進(jìn)行玻璃的電熔化與電加熱設計的單位和個(gè)人有數十家之多，設計的電熔窯各有特點(diǎn)，水平亦是參差不齊。在此作一總結。
1．玻璃的電加熱料道
十年前，玻璃的電加熱料道與煤氣多噴嘴加熱料道同時(shí)作為兩項新技術(shù)在推廣，有些廠(chǎng)家在考慮采用玻璃的電加熱料道技術(shù)時(shí)，還要求到處考察。使用該技術(shù)的還僅僅是一些具有開(kāi)拓精神的廠(chǎng)長(cháng)。經(jīng)過(guò)近十年來(lái)不斷努力，玻璃的電加熱料道已被廣大的玻璃廠(chǎng)普遍接受，已成為了大眾化的技術(shù)，有些單位和個(gè)人已把它制成了產(chǎn)品出售。
但一些特殊要求的和特種玻璃的電加熱料道還是需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行設計。玻璃的電加熱料道大體分為硅碳棒輻射電加熱料道、平板玻璃通路的電加熱、板狀鉬電極的電加熱料道、棒狀鉬電極電加熱料道、混合式電加熱料道、熱套法電加熱料道、料盆的電加熱、氧化錫電極電加熱料道等八類(lèi)。
2．玻璃窯爐的電助熔加熱技術(shù)
玻璃窯爐的電助熔加熱技術(shù)主要用來(lái)：
(1)大幅度地提高熔化率。國外大型燃油平板玻璃池窯，一般熔化率為2T/m2·d，我國為1.6T/ m2·d左右，采用電助熔技術(shù)后，可使熔化率提高到3.2T/m2·d，甚至可達4.2T/m2·d。熔化率可提高60%，甚至100%。
(2)提高玻璃的熔化質(zhì)量。在任何情況下采用電助熔都能改善玻璃的質(zhì)量。這是因為加強了玻璃液的流動(dòng)使玻璃液的均勻性提高了。在玻璃液中引入電能提高玻璃液的溫度，從而玻璃液的粘度降低，澄清過(guò)程加快，熔解在玻璃液中的氣體量顯著(zhù)減少，這對玻璃的成形和加工有良好的影響。
我國有些中小玻璃廠(chǎng)，由于燃料質(zhì)量不好，熔化溫度燒不上去，玻璃液質(zhì)量很差。如果有條件采用電助熔技術(shù)，玻璃液質(zhì)量將會(huì )得到很大的提高。
(3)靈活調節出料量。采用電助熔加熱的池窯能夠根據市場(chǎng)需要迅速調節池窯的出料量。在不增加池窯尺寸的情況下，池窯的熔化能力可提高30 50%。電助熔特別適合于需要定期變化出料量的窯爐。這種窯在使用期間熔制玻璃所消耗的礦物燃料不變，而電助熔可以使窯的熔化能力提高到最大限度。
(4)電助熔裝置尤其適用于有色玻璃。如果是透熱輻射性差的深色玻璃，則在熔化部使用電助熔極為有利。
(5)電助熔裝置尤其適用于難熔玻璃。
玻璃窯爐電助熔加熱的設計關(guān)鍵點(diǎn)是窯爐的電極排列和功率分布，對硼硅酸鹽玻璃和有色玻璃的窯爐的電極排列是為了加強池底的能量，對為了增加產(chǎn)量或調節產(chǎn)量的玻璃窯爐電極排列是為了加強玻璃液的對流。
布置于池底的電極通電后，處于熔融狀態(tài)的玻璃液為一導體。根據電阻的熱效應原理，兩電極間的玻璃液就會(huì )發(fā)熱。同時(shí)，由于電極端部的邊緣效應，電極端部附近的玻璃液溫度最高，此處溫度甚至可達1700℃以上。由于比重的差別，在電極附近就形成了玻璃液流，池深方向各層的玻璃都充分參加了這一流動(dòng)，從而消除了高硼硅玻璃分層所帶來(lái)的問(wèn)題。另外，電極端部在玻璃液中的“放熱”現象及由此而產(chǎn)生的玻璃液流提高了底層玻璃液的溫度，加快了石英顆粒的溶解速度，促進(jìn)了玻璃的澄清和均化。

3．全電熔玻璃窯爐
3.1.減少揮發(fā)的機理
全電熔厚料層垂直深層電熔工藝，熔化池表面復蓋冷的配合料，配合料在復蓋層下加熱，從加熱到玻璃形成的四個(gè)階段，都在同一個(gè)地點(diǎn)，不同的時(shí)間和不同的垂直高度上完成。因此，它可以基本避免在火焰池窯中所造成硼揮發(fā)的存在條件。其機理是：
(a)配合料層表面工作狀態(tài)平穩。全電熔厚料層熔制玻璃時(shí)，由于配合料是很好的絕熱材料，料層的表面溫度可低達200℃以下，而且料層表面沒(méi)有任何火焰和高溫高速氣流的沖擊，處于平穩狀態(tài)，基本上可以避免“飛料”的物理?yè)p耗。
(b)冷爐頂可以回收揮發(fā)物。厚料層的料層厚度一般在100～200mm，表面溫度在200℃以下。從一幅典型的熔制高硼硅玻璃的冷爐頂圖1中，可以看到配合料表面0～40mm這一層，溫度穩定在120℃，僅水份在蒸發(fā)，可稱(chēng)為冷配合料層。深度在40～80mm，溫度從120℃提高到250℃，硼酸開(kāi)始分解，稱(chēng)為熱配合料層，深度在80～110mm的溫度變化最劇烈，從250℃上升到1000℃，完成了硼硅酸鹽的反應過(guò)程，稱(chēng)為硼硅酸鹽反應帶，也可稱(chēng)輕質(zhì)層。再下一層則是含有大量氣泡和帶有未熔化好砂粒的熔融玻璃，稱(chēng)為玻璃的熔融過(guò)程，也可稱(chēng)半熔層。在這層下面就是玻璃的澄清和均化區域。硼硅酸鹽配合料從表面的料層到輕質(zhì)層，經(jīng)過(guò)溫度從120～1000℃的熱過(guò)程，必然會(huì )發(fā)生硼酸和硼砂在脫水期中的硼揮發(fā),揮發(fā)物由下向上逸出時(shí)，遇到冷的表面配合料層凝結起來(lái)，便產(chǎn)生硼的回凝現象，而在反應過(guò)程中所產(chǎn)生的CO2和NOx氣體很容易穿過(guò)疏松的配合料層逸出。因此，硼的揮發(fā)物可以在這里被回收。應用這個(gè)原理，同樣可以回收其它含有氟、鉛和硒玻璃的揮發(fā)性物質(zhì)。由此也很容易解釋薄料層全電熔熔制工藝中硼的揮發(fā)率較高(10%左右)的原因。
(c)澄清和均化在垂直深層方向中進(jìn)行。在垂直深層電熔窯中，在工作流的作用下，玻璃液從半熔層垂直向下運動(dòng)，流向流液洞(見(jiàn)圖1)，而玻璃中的氣泡依靠斯托克斯的原理由下向上運動(dòng)，由液面排出，完成了澄清和均化過(guò)程。這個(gè)過(guò)程與水平式火焰池窯熔制有較大的區別，它好象在垂直管道中進(jìn)行，沒(méi)有與空氣相接觸的自由表面，因此不可能產(chǎn)生硼從玻璃結合態(tài)中揮發(fā)的問(wèn)題。
從上述的熔化機理，可清楚地看到，由于硼的燒損減少到極小的程度，玻璃成份波動(dòng)小、穩定，這是獲得優(yōu)質(zhì)硼硅酸鹽玻璃的重要工藝條件之一。
3.2.厚料層垂直深層電熔技術(shù)
如果厚料層操作不當，不但得不到高質(zhì)量的玻璃，反而會(huì )在玻璃中產(chǎn)生結石和條紋，使玻璃質(zhì)量變壞。要達到穩定作業(yè)，厚料層電熔的基本工藝技術(shù)，大致如下：
(a)嚴格控制料層厚度：厚料層全電熔窯，料層的厚度是一項十分重要的工藝參數，正常操作的料層厚度在100～200mm。太厚的料層使其深層造成更多的冷配合料，熔融玻璃液面溫度降低，玻璃熔化不好。同時(shí)由于料層的絕熱作用，深層的配合料溫度升高，軟化生料，形成一個(gè)半硬殼層，可能伸長(cháng)到與四周池壁搭接，形成料拱。氣泡聚集在料拱下排不出去，玻璃液面很快下降，造成脫空現象，嚴重時(shí)會(huì )發(fā)生玻璃液流空的事故。為了防止料拱現象和使玻璃中氣泡能順利排出，配合料不能完全復蓋熔化池的表面。按Sorg公司在VSM的全電熔窯的經(jīng)驗，配合料復蓋的面積占液面90%，留出10%面積的光面。熔制普通玻璃，光面留在六角形的六個(gè)角上。熔制乳白玻璃光面留在中心。對矩形的電熔窯，在池壁四周留出75～150mm的距離。如果料層太薄，配合料表面溫度很快上升，料層的保溫作用和硼的回凝現象消失、達不到厚料層熔制工藝的目的。另外，加料必須是均勻鋪蓋在玻璃液面上。如果局部地方形成料堆，最后將使料堆下沉，熱的玻璃液包住冷的生料，在玻璃中容易產(chǎn)生結石、氣泡等缺陷。
(b)保證正常條件下的電 熱平衡：當改變熔窯出料量時(shí)，若電工參數沒(méi)有及時(shí)調整，很快打破了原來(lái)工作狀態(tài)的電 熱平衡條件，而轉入不穩定狀態(tài)，窯內溫度分布曲線(xiàn)和玻璃液的運動(dòng)軌跡都會(huì )發(fā)生改變。若加大出料量而輸入功率不變時(shí)，玻璃液面溫度下降，熱點(diǎn)下沉，在窯內出現“過(guò)冷”現象，迫使玻璃液面下降，料層變厚，大量的配合料下沉，生料來(lái)不及熔化。反之，出料量變小時(shí)，玻璃液面溫度升高。熱點(diǎn)上移，在窯內出現過(guò)熱現象，使生料熔化速度加快，料層變薄，液面提高，引起耐火材料和電極加速侵蝕。因此當改變出料量時(shí)，輸入功率與出料量要匹配好，應盡量保持熔制工藝條件的電 熱平衡。
(c)建立合理的熔制溫度曲線(xiàn)和穩定的玻璃液流：窯內玻璃液的溫度差異是產(chǎn)生玻璃液對流的原因，在厚料層垂直深層電熔工藝中，如溫度場(chǎng)不合理，表面層（半熔層）未熔化好的玻璃液常因少量垂直對流進(jìn)入工作流使熔化好的玻璃液變壞。正常情況下，半熔層中玻璃液小的對流將未熔化好的原料托浮起來(lái)，固定半熔層和冷料層的位置。當半熔的玻璃進(jìn)入最高溫度區的加熱區時(shí)，玻璃熔融過(guò)程就結束了，進(jìn)入玻璃的澄清均化區域，在這個(gè)區域內不要產(chǎn)生強烈的垂直對流，使所有玻璃都經(jīng)過(guò)了相同的熱過(guò)程，熔制出均勻度高的玻璃。因此在最高溫度帶的溫度分布曲線(xiàn)要平坦，不要發(fā)生大的溫差。根據這一原理設計的電熔窯的溫度分布曲線(xiàn)，有助于獲得熱均勻性好的玻璃。
(d)要有足夠的玻璃液深度：全電熔窯熔化硼硅玻璃，熔化率要比火焰窯高2-3倍，這樣高的熔化率，又要在垂直深層方向上完成玻璃的澄清和均化，必須有一個(gè)足夠的深度，滿(mǎn)足玻璃在窯內的停留時(shí)間，池深與熔窯的生產(chǎn)能力和熔化率等因素有關(guān)，一般液深在900mm以上。例如高硼硅玻璃6m2電熔窯中，池深1.38m，在15-20 m2的VSM電熔窯中，池深2.2m。