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熔窑知识

第一部分：

熔窑结构

一：

窑型特点：

日熔化量600吨，采用箱式蓄热室横火焰池窑结构。

熔化面积约为293M2，设6对小炉，以天然气作为主要燃料，用卡脖矮碹加吊墙及冷却水管作为分隔设备。

二：

玻璃熔窑的结构：

如图1、2：

大致分为上部结构（不与玻璃液接触），下部结构（与玻璃液接触），分隔设备，小炉，蓄热室，烟道及烟囱。

沿窑长方向又分为熔化部、卡脖及冷却部。

1---熔化部2---卡脖3--冷却部4---小炉5---压延线溢流口

6---蓄热室7---投料口8---熔化区9---澄清区

图1窑炉结构平面图

1—窑池2—上部结构3—矮碹4—L型吊墙5---投料口6—池底7—卡脖吊墙

图2玻璃池窑纵剖面图

1.窑池结构（与玻璃液接触部位）

由池壁和池底组成。

熔化部窑池长39.5米，宽11.5米，池深1.4米。

冷却部窑池长16.3米，宽8.5米，池深1.0米。

1）池底：

采用复合型窑底结构，进行窑底全保温。

池底采用大型粘土砖，卡脖以前粘土砖上面铺设一层25MM厚的锆质捣打料，再在其上铺设一层75MM后的33#电熔锆刚玉砖（ER1681RT）；卡脖及冷却部粘土砖上，则铺设刚玉质捣打料及JARGELMRT铺面砖。

粘土砖下则使用硅钙板及低气孔粘土砖进行保温。

1----铺面砖2---捣打料3---粘土大砖

4—硅钙板5---低气孔粘土砖

图3池底结构图

粘土大砖砌筑时采用干砌法，纵横砖缝对齐，不能交错砌筑。

2）池壁：

由于池壁砖受玻璃液侵蚀和冲刷最严重，砖材上选用抗侵蚀和耐冲刷性较好的砖材，采用立砖（竖砌砖），深度方向上整块砖干码在池底上面。

熔化区池壁选用ER1711RR，澄清区及卡脖池壁选用ER1685RR；在卡脖前拐角砖处选用ER1711RT。

冷却部池壁选用JARGALMRR。

冷却部窑池做成如图1形状，以消除玻璃液“死角”提高玻璃液质量。

熔化部池壁保温结构如图4所示，投料口和熔化部山墙池壁砖处直接贴硅钙板进行保温。

对池壁砖进行保温时应注意：

玻璃液面下150~200MM处不保温，垂直砖缝处要留出20~30MM的缝隙。

1---池壁

2---锆质密封料

3---保温砖

4---保温板

5---池底

6---冷却风

图4池壁结构图

为延长池壁砖使用寿命，减缓玻璃液对最上层池壁及纵向砖缝的侵蚀，对熔化部池壁（液面附近）进行吹风冷却。

前拐角砖池壁进行外贴水包冷却。

熔窑运行到后期，对熔化区池壁施行外贴水冷却器及吹风冷却方式。

2.上部结构：

玻璃液面以上,由胸墙大碹及端墙构成.结构如图5所示

电熔砖胸墙硅砖胸墙

1---大碹2---胸墙3---挂钩砖4---池壁

图5胸墙结构图

1）大碹：

材质：

优质硅砖（BG-96），熔化部大碹厚450MM，冷却部大碹厚350MM，砌筑时要求横向砖缝错开，砌筑质量要高，砖缝≤2MM.

熔化部大碹采取保温措施，保温方法：

硅质密封料+轻质硅砖+保温涂料，实施热保方案。

位于锆质胸墙处的边碹砖采用耐崩裂锆英石砖。

其它位置边碹砖采用优质硅砖；每节大碹碹顶处都设有测温孔，采用耐崩裂锆英石砖。

由于采用钢碹碴结构，熔化区钢碹碴设有单独的冷却风系统。

2）山墙

熔化部前山墙为L型吊墙，熔化部后山墙、采用优质硅砖（BG-96）；熔化部后山墙设有观察孔、吹风孔及摄像孔；后山墙设有观察孔，所有孔砖均选用耐崩裂锆英石砖。

冷却部后山墙的平碹采用JARGALHRN用锆英石泥与硅砖进行隔离。

3）挂钩砖

末对小炉之前挂钩砖采用33#AZS，末对小炉之后采用优质硅砖

4）钢结构

作用是将砖结构支撑，架设和固定起来，使熔窑的窑体在高温作业下能保持稳定安全。

同时考虑到大碹与胸墙由于受力的作用情况及受侵蚀情况不同，为便于控制和热修，把大碹与胸墙采用单独支承结构。

结构如图6所示：

大碹重量产生两个分力，垂直分力由边碹砖→碹碴梁→上巴掌铁→立柱→次梁，水平分力由边碹砖→碹碴梁→碹碴梁后座→立柱，再由立柱上的横向拉条承受。

胸墙重量→挂钩砖→胸墙托板→下巴掌铁→立柱→次梁

整个窑池重量加玻璃液重量→次梁→主梁→窑底柱

1---拉条

2---熔窑立柱

3---碹碴梁4---碹碴后座

5---胸墙托板6---下巴掌铁

7---池壁顶丝

8---立柱柱脚角钢9—大碹

10---边碹砖11---上巴掌铁

12---胸墙13---池壁

14---池底15---池底保温砖

16---主梁17---窑底柱

18---次梁

3.投料口结构：

1）投料池：

采用等宽投料池，投料口的宽度同窑池宽。

池壁砖材采用ER1711RR。

拐角处做成截面形状。

2）投料口挡墙：

其作用是阻挡窑内火焰，不使其窜出，尽可能的密封投料池。

采用美国MERKLE公司L型吊墙，结构坚实，作业安全，使用寿命在10年以上而不必热修。

直墙部分采用高质量的硅砖，L型部分采用烧结莫来石砖，空气通过大风箱进入垂直气柱管道，直接对紧固在耐热铸件上的爪勾进行冷却。

图7卡脖吊墙结构

4.熔窑分隔设备

玻璃的熔化和冷却对熔窑的热工制度提出各自不同的要求，为减少熔化部高温火焰对冷却部的影响，保证各自独立的作业制度，防止未熔化好的粉料及泡沫等物进入冷却部，采取卡脖加矮碹及吊墙结构。

并在卡脖处安放冷却大水管及垂直搅拌装置。

卡脖吊墙采用美国VESUVIUS公司生产熔融石英吊墙，结构简单，分隔效果好，安装牢固，热修更换方便。

5.小炉及蓄热室结构

1）小炉：

结构如图8所示：

采用插入式结构，小炉平碹从大碹碹碴插入，可避免火焰烧大碹，结构安全、稳定。

图6小炉结构图

1，2—小炉后平碹3---保温层4---小炉立柱5---小炉斜坡碹6---熔窑立柱7---钢碹碴8---小炉平碹9---小炉喷出口

10、20---小炉底砖11---喷嘴砖12---挂钩砖13---小炉底板

14---小炉底保温层15---蓄热室立柱16---蓄热室内墙体

17---小炉碹碴砖18---小炉侧墙19---小炉侧墙保温结构

小炉砖材：

除喷嘴砖和小炉底砖采用33#AZS（无缩孔）外，其它部位均采用33#AZS（普浇）电熔砖。

为增强小炉砌体的严密性，对小炉侧墙、小炉底、及小炉斜坡碹、后平碹进行保温。

保温方式：

锆质密封料加轻质高铝砖和保温涂料进行保温。

2）蓄热室:

采用分隔式箱式蓄热室结构

A、蓄热室结构包括：

顶碹、墙体、分隔墙、格子体、炉条碹及钢结构。

如图7

1---蓄热室碹顶2---蓄热室墙体3---蓄热室立柱

4---炉条碹5---上部结构6---格子体7---底烟道

图7箱式蓄热室结构

砖材配制：

碹顶采用优质硅砖，墙体及分隔墙至上往下依次为白刚玉砖、电熔97镁砖、电熔95镁砖、电熔92镁砖、低气孔粘土砖和粘土砖。

白刚玉与硅砖之间、小炉墙体与镁砖之间均采用锆英石砖隔离。

炉条碹采用硅线石砖。

蓄热室底采用粘土砖加轻质粘土保温砖和红砖结构。

碹顶保温方式同熔窑大碹。

墙体保温方式：

镁砖墙体用轻质高铝砖保温，低气孔粘土砖和粘土砖墙体采用轻质粘土砖保温。

保温过程中应注意避开钢结构。

每个碹顶设置一个测温孔，采用锆英石砖；每个小炉对应蓄热室外墙位置设置两个热修门，并在热修门适当位置处设置吹扫孔，外墙对应小炉位置设置观察孔。

B、格子体

格子体选用德国RHI公司生产的筒形格子砖，据每个小炉使用温度和烟气通过不同高度的温度情况，砖材配置情况如下：

格子体总高9米，共30层，至下往上分别采用TG17/15EZ砖，TG17/15VS砖，TG17/15VZ砖，不同的蓄热室，每种砖的使用层数不同。

6.烟道及烟囱

烟道布置方式如图9：

烟道采用拱碹结构，墙体及碹顶采用粘土砖加轻质保温砖和红砖结构。

烟囱用钢筋混凝土浇注，内衬粘土质耐火砖。

1---烟囱2---总烟道3---支烟道

图9烟道及烟囱布置图

第二部分：

玻璃熔制过程

将混合均匀的配合料经过高温加热熔融，形成透明、纯净、均匀并适合于成型的玻璃液，这道工序称为玻璃的熔制。

玻璃熔制是玻璃制造中的重要环节。

也是一个十分复杂的过程，它包括各种物理变化（如加热、挥发、熔化、排除吸附水、晶型转化等）、化学变化（如分解反应、固相反应、排除化学结合水）等和物理化学变化（如气液相的平衡、各组分互相溶解）等。

玻璃的熔制过程可分为五个阶段：

硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化和冷却。

这些阶段互不相同，各有特点，但又相互密切联系，在实际熔制过程中，各阶段之间没有明显的界限。

一.硅酸盐形成阶段

硅酸盐形成是玻璃熔制过程的第一个阶段。

在这个阶段中，配合料中各组分由于加热，会发生一系列物理变化、化学变化和物理化学变化。

在这阶段结束后，配合料变成了由硅酸盐和游离二氧化硅组成的不透明的烧结物。

这一阶段在800—900℃结束。

该阶段发生的主要物理、化学反应有：

1.放出水分：

配合料加热时，首先是所含吸附水或结晶水挥发出来，温度继续升高时放出化学结合水。

2.盐类分解：

加热至一定温度时配合料中各种盐类分解，生成金属氧化物同时放出气体。

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例如：

Na2CO3→Na2O+CO2↑700℃左右

CaCO3→CaO+CO2↑500℃左右

MgCO3→MgO+CO2↑380℃左右

Na2SO4→Na2O+SO31200℃左右

3.多晶转变：

某些组分具有多种晶型，温度变化时晶体结构会发生变化，从一种晶型突然转化成为另一种晶型。

例如：

石英砂或砂岩的主要成分是SiO2，它有三种晶型：

即石英、磷石英和方石英，而同类的石英晶型根据稳定温度的高低又可依次分为α、β、γ几种变态。

当温度变化时，就会发生晶型之间的转变，同时伴随体积的变化。

因此，在烤窑升温时，应注意升温不宜过快，且在晶型转变温度应保温，以防体积突胀造成硅砖挤裂。

4.熔化：

加热到熔点时，组分从固相转变成熔融态。

例如：

长石的熔点为2010℃

石英的熔点为1170℃

5.形成硅酸盐

Na2CO3和SiO2的混合物Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2↑

Na2SO4和SiO2的混合物Na2SO4+SiO2+C→Na2SiO3+CO2↑+SO2↑

纯Na2SO4分解很困难要到1120℃才开始，且分解速度慢。

有还原剂（如碳纷）存在时将大大加速Na2SO4的分解和Na2SO4与SiO2的作用。

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如果还原剂加入量不足，则因Na2SO4在玻璃液中的溶解度低而生成“硝水”浮在玻璃液面上，时而使原板上出现芒硝泡。

为避免煤粉烧掉造成还原剂不足，配合时要混合均匀，入窑后要迅速加热到高温。

窑内火焰气氛在料堆熔化带应保持还原性。

以利芒硝分解。

MgCO3和SiO2的混合物MgCO3+SiO2→MgSiO3+CO2↑

CaCO3和SiO2的混合物CaCO3+SiO2→CaSiO3+CO2↑

6.形成复盐

复盐是两种（或多种）简单盐类所组成的化合物。

配合料许多组分之间可生成复盐。

如Na2CO3和CaCO3在600℃左右形成CaNa2（CO3）2，熔点513℃，这种复盐与SiO2的反应温度比NaCO3与SiO2的反应温度低。

7.生成低共熔混合物

低共熔混合物：

两种物质所形成的熔点最低的混合物。

如：

Na2SO4和Na2CO3可形成低共熔混合物。

低共熔混合物的形成加快了硅酸盐形成的速度。

在工厂中实际熔制玻璃时，投料机将配合料投入窑内直接加热到1300℃以上的温度，各种变化同时进行，只经过极短的时间（约3—5分钟）便完成了硅酸盐形成阶段的反应。

硅酸盐形成阶段所需时间主要决定于温度，还决定于配合料的性质、加料速度、投料方法等。

二.玻璃形成阶段

硅酸盐形成阶段结束后，配合料变成了由硅酸盐和未起变化的SiO2组成的不透明烧结物。

温度继续升高，硅酸盐和石英颗粒完全熔融，成为含有大量可见气泡的，在温度和化学成分上不均匀的半透明玻璃液，这就是玻璃形成阶段。

普通平板玻璃的这一阶段约在1200——1250℃终结。

石英颗粒的熔融过程非常缓慢，所以玻璃形成阶段的速度实际上取决于石英砂粒的熔解速度。

影响石英砂溶解速度的主要因素是熔制温度、玻璃成分和砂粒的大小。

1.玻璃成分：

难熔组分SiO2和AI2O3越多，砂粒溶解速度越慢，助熔组分Na2O和K2O越多，溶解速度越快。

2.熔制温度：

适当提高熔化温度，有条件的地方还可辅助电熔可加快玻璃形成速度。

当然，在提高熔化温度时，要备有相应的优质耐火材料。

在生产中要防止温度过低或温度波动，以免石英颗粒溶解不完全，形成浮渣而留在玻璃液中造成缺陷，影响玻璃的质量。

3.砂粒大小：

砂粒越大，石英砂溶解速度越慢。

前已述及，硅酸盐形成阶段与玻璃形成阶段之间没有明显的界限，在硅酸盐形成过程尚未结束时，玻璃形成已经开始。

要划分这两个过程比较困难，因此，可把这两个过程总称为玻璃的熔化过程。

三.玻璃液的澄清

玻璃形成阶段结束时，整个熔融体包含有许多气泡，从玻璃液中除去可见的气体夹杂物的过程，称为玻璃液的澄清，它是玻璃熔制过程中的重要阶段。

此阶段的温度为1400——1500℃。

1.玻璃液中气泡的来源

1）配合料空隙中带入的空气，使玻璃液夹有O2和N2。

2）各种盐类的分解，使玻璃液中夹有CO2、O2、SO2、NO2、NO、N2等。

3）温度升高，在玻璃液中进行的一些化学反应产生的气体。

4）易挥发物质的挥发以及水分的蒸发。

5）窑压减小时玻璃液中溶解的气体重新从玻璃液中析出，形成气泡。

6）筑炉用耐火材料带入的气体，包括耐火材料气孔中排出的空气和耐火材料被侵蚀后分解出的气体。

一般每公斤配合料在熔融温度（1400℃）析出的气体约几百立升，有的甚至达到一千立升。

2.玻璃液中气体的存在形式

1）封闭在可见气泡中的气体．

2）溶解于玻璃液中的不可见气体。

3）与玻璃组分形成化学结合的不可见气体。

4）吸附在玻璃表面的气体。

玻璃液中的气体主要是以化学形式结合的不可见气体，可见气泡中的气体不超过气体总量的1%。

澄清过程的目的是消除可见气泡，而不是消除全部气体。

3.澄清过程

澄清过程中，窑内炉气中、玻璃液中、气泡中都含有气体，它们之间在澄清过程中将发生复杂的气体交换，影响着平衡的建立。

气体交换的形式有以下两种：

1）溶解或结合于玻璃液中的气体→玻璃液中的可见气泡→逸出玻璃液，进入窑气内。

2）玻璃液中可见气泡→溶解于玻璃液内而消失。

第一种情况在实际生产中是大量的，也是主要的气泡排除方式，其实际过程大致是：

首先是碳酸盐和硅砂发生发应，大量CO2在料隙中逸出，随着熔化的进行，熔体逐渐把未溶融的料包围起来，使配合料中的气体不能顺利逸出而部分溶解于玻璃液中。

气体溶解至一定饱和程度后，开始从液相转移成气相，产生微小的气泡。

随着玻璃液中气体不断向气泡中扩散，气泡逐渐长大，上升到液面逸出。

气泡直径越大，玻璃液粘度越小，则气泡上升速度越快。

实际生产中要设法提高澄清温度，以降低玻璃液粘度，促使气泡快速排除，一般控制粘度接近102泊的温度作为澄清温度。

对于第二种情况，即玻璃液中可见气泡溶解于玻璃液内而消失，主要发生在降温的过程里。

一般气体在玻璃液中的溶解度随温度降低而增大，因此慢速降温有利于气泡溶解于玻璃液。

加速澄清的措施

1）提高澄清温度：

玻璃液粘度减小，气泡体积增大，可以加快气泡上升速度，使气泡迅速排除。

2）在配合料中加入澄清剂也是加速澄清的有效措施。

澄清剂能在高温下分解或挥发，在澄清阶段中生成大量气体溶解于玻璃液中，使玻璃液中气体呈过饱和状态，提高了它们在玻璃液中的分压，有利于该种气体渗入气泡，降低气泡内原有的气体的分压，从而加强了气泡从玻璃液中吸取其它气体的能力。

由于来自澄清剂的气体和玻璃液中原有的气体共同进入气泡，这样就会增大气泡直径，加快气泡排出速度。

这些气泡上升时，还能把一部分小气泡随带上升，类似机械搅拌的作用。

芒硝是平板玻璃生产最常用的一种澄清剂，它的分解温度很高，超过1200℃，在澄清阶段充分发挥澄清作用。

四.玻璃液的均化

玻璃形成后，玻璃液的化学组成和温度都是不均匀的，玻璃液中带有与玻璃主体化学成分不同的条纹，对制品将产生有害的影响（如膨胀系数不同会产生应力，粘度和表面张力不同会产生波筋和条纹），均化的过程就是使整个玻璃融熔体的化学组成和温度均匀一致，消除夹杂的不均体。

均化的温度略低于澄清温度。

实际上均化过程早在硅酸盐形成阶段已经开始，玻璃形成和澄清的同时，玻璃液的均化也在进行，但主要的还是在澄清之后进行。

均化与澄清没有明显的界限。

均化机理：

1.分子扩散运动：

由于浓度差引起的分子扩散运动，使玻璃液的化学组成趋向于均匀一致。

2.对流作用；由于温度差引起的对流，使玻璃液各处的温度趋于均匀一致。

3.气泡上升引起的搅拌作用：

气泡上升时碰到条纹或不均体层时，就能将它拉成线状或带状，在拉力作用下，条纹越来越薄，因而使均化过程易于进行。

加速玻璃液均化所采取的措施基本上与澄清相同，如提高熔制温度、延长熔制时间、进行机械搅拌、鼓泡翻腾（向玻璃液中鼓入压缩空气或水蒸气）、加助熔剂等。

五.玻璃液的冷却

玻璃液的冷却是熔制过程的最后阶段。

这一阶段实际上是从热点之后开始的。

澄清均化后的玻璃液粘度太小，不适合成型使用，必须将其冷却，使粘度提高到成型所需的范围。

根据玻璃液的性质和不同的成型方法，冷却过程中玻璃液温度降低的程度也是不同的。

玻璃液的冷却必须均匀，不能破坏均化的成果，否则会使原板产生波筋等缺陷。

为此一般采取自然冷却方式，主要依靠玻璃液面、旋顶、以及池壁、池底向外均匀的热辐射来进行冷却。

冷却过程中要特别注意防止二次气泡产生。

二次气泡：

又称再生气泡，是在已澄清好的玻璃液中重新出现的一种小气泡，直径一般小于0.1毫米，均匀分布．在每立方厘米玻璃中数量可达数千个之多。

二次气泡产生的原因是不合理的冷却过程破坏了澄清时各相已建立的平衡关系，特别是当己冷却的玻璃液由于某种原因被重新加热时，最容易导致二次气泡产生，这一方面是由于玻璃液中的硫酸盐受热分解，放出气体，另一方面是由于温度回升使某些气体的溶解度下降从玻璃液中析出气泡。

此外，冷却部炉气中存在还原气氛时，也会导致硫酸盐的分解而析出二次气泡。