玻璃熔窯

　　玻璃熔窯，指玻璃制造中用于熔制玻璃配合料的熱工設(shè)備。將按玻璃成分配好的粉料和摻加的熟料（碎玻璃）在窯內(nèi)高溫熔化、澄清并形成符合成型要求的玻璃液。玻璃制造有5000年歷史，以木柴為燃料、在泥罐中熔融玻璃配合料的制造方法延續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間。1867年德國(guó)西門子兄弟建造了連續(xù)式燃煤池窯。1945年后，玻璃熔窯迅速發(fā)展。
　　熱工過程 　　
　　玻璃熔窯內(nèi)除有燃燒反應(yīng)和產(chǎn)生高溫外，還有熱量傳遞、動(dòng)量傳遞和質(zhì)量傳遞。①熱量傳遞：包括在火焰空間內(nèi)和玻璃液中由溫度差引起的火焰空間熱交換、玻璃液內(nèi)熱交換、蓄熱室內(nèi)熱交換和窯墻與外界環(huán)境的熱交換。②動(dòng)量傳遞：由壓強(qiáng)差引起的不可壓縮氣體流動(dòng)、可壓縮氣體流動(dòng)、氣體射流和玻璃液流動(dòng)。③質(zhì)量傳遞：燃燒過程中由氣相濃度差引起的氣相擴(kuò)散和玻璃液濃度差引起的液相擴(kuò)散。 
　　類型
　　玻璃熔窯有坩堝窯和池窯兩大類。它們均包括玻璃熔制、熱源供給、余熱回收和排煙供氣4個(gè)部分。
　　坩堝窯
　　窯膛內(nèi)放置單只或多只坩堝。坩堝窯（圖1坩堝窯結(jié)構(gòu)示意）中玻璃熔制的各階段（熔化、澄清、均化、冷卻）在同一坩堝中隨時(shí)間推移依次進(jìn)行，窯內(nèi)溫度制度隨時(shí)間推移變動(dòng)。成型時(shí)，用人工從坩堝口取料，再進(jìn)行吹制、壓制、拉引、澆注等，也可以坩堝底供料，或?qū)⒄�坩堝移出取料。坩堝材質(zhì)以粘土居多，也有用鉑的。形狀有開口和橫口（閉口）兩種。開口坩堝的坩堝口朝向窯膛，能直接得到窯墻及熱源輻射和傳遞的熱能;橫口坩堝的坩堝口朝向窯外,要通過坩堝壁間接取得熱量，能避免窯內(nèi)氣氛對(duì)玻璃液的影響和污染。坩堝窯適用于熔制產(chǎn)量小、品種多或經(jīng)常更換料種的玻璃。 
　　池窯
　　窯膛包含一耐火材料砌筑的熔池，配合料投入窯池內(nèi)熔化。池窯有間歇式和連續(xù)式兩種。間歇式池窯又稱日池窯，一般較小，熔池面積僅幾平方米。熔制過程完成后,從取料口取料,大多采用手工或半機(jī)械成型。適用于生產(chǎn)特種玻璃。絕大多數(shù)池窯屬于連續(xù)式(圖2連續(xù)式池窯結(jié)構(gòu)示意),各個(gè)熔制階段在窯的不同部位進(jìn)行。各部位的溫度制度是穩(wěn)定的。配合料由投料口投入，在熔化部經(jīng)歷熔化和玻璃液澄清、均化的行進(jìn)過程，轉(zhuǎn)入冷卻部進(jìn)一步均化和冷卻，繼而進(jìn)入成型部最后均化(包括玻璃液溫度均化)和穩(wěn)定供料溫度。由于池窯靠近底部玻璃液溫度低而呈滯流狀態(tài)，因此窯池玻璃液總?cè)萘看笥谧鳂I(yè)玻璃量，連續(xù)作業(yè)的加料量與成型量保持平衡。熔化好的玻璃液采用連續(xù)機(jī)械化成型。池窯的規(guī)模以熔化部面積(m□)表示。生產(chǎn)瓶罐玻璃的大型池窯熔化部面積達(dá)150m□以上，生產(chǎn)能力通常可達(dá)到300～400t/24h，熔化率可達(dá)2.5～3t/24h□m□。連續(xù)式池窯容量大，相對(duì)散失熱少，熱效率明顯高于坩堝窯，適于大批量高效率的連續(xù)性生產(chǎn)。
　　結(jié)構(gòu)
　　玻璃熔窯由于采用的熱源不同，結(jié)構(gòu)形式有較大差別。如火焰熔窯、電熔窯和火焰－電熔窯具有不同的結(jié)構(gòu)。
　　火焰熔窯
　　以煤、重油、煤氣或天然氣為燃料的熔窯。燃煤的坩堝窯設(shè)火箱，煤燃燒后產(chǎn)生半煤氣，在噴火筒內(nèi)與二次空氣混合燃燒，火焰在窯膛空間傳遞熱量。燃油的坩堝窯設(shè)油噴嘴，噴出油霧在噴火筒內(nèi)燃燒。燃煤氣的池窯設(shè)有小爐，它由空氣通道、煤氣通道、舌頭、預(yù)熱室和噴出口組成。燃油的池窯設(shè)小爐，由油噴嘴、空氣通道和噴出口組成。池窯內(nèi)火焰流動(dòng)方向與窯軸垂直的稱橫火焰窯，與窯軸相一致的稱縱火焰窯，與窯軸相一致并呈馬蹄型回轉(zhuǎn)的稱馬蹄焰窯。為使玻璃液在冷卻部得到冷卻，在熔化部與冷卻部間設(shè)有花格墻、矮碹或吊墻等分隔裝置，底部設(shè)流液洞、浮擋磚、卡脖，以調(diào)節(jié)液流和擋住未熔砂粒浮渣，用冷卻水管冷卻玻璃液。冷卻部往往連通一至多個(gè)成型部進(jìn)行玻璃液分配，因產(chǎn)品品種、成型方法不同，又分為瓶罐玻璃窯、平板玻璃窯、拉管窯、光學(xué)玻璃窯、球窯等多種形式。 　　
　　火焰熔窯內(nèi)火焰離開窯膛帶有大量余熱，可用于加熱助燃空氣和煤氣，以提高火焰溫度和節(jié)約燃料。回收余熱主要采用蓄熱室或換熱器。圖2 連續(xù)式池窯結(jié)構(gòu)示意即是用蓄熱室回收余熱的連續(xù)式池窯。蓄熱室利用格子磚蓄積從窯膛內(nèi)排出的煙氣的部分熱量。隔一定時(shí)間后加熱作業(yè)換向，格子磚再把蓄積的熱量傳給進(jìn)入蓄熱室的助燃空氣和煤氣。為此,蓄熱室必須成對(duì)設(shè)置,使間接的加熱作業(yè)連續(xù)化。換熱器用陶質(zhì)構(gòu)件或金屬管道作傳熱體，將煙氣熱量通過通道壁連續(xù)傳給助燃空氣。坩堝窯多采用換熱式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且作業(yè)穩(wěn)定。池窯（尤其是大型池窯）多采用蓄熱式，余熱回收效率高且可靠，但須有換向設(shè)備。
　　電熔窯
　　以電能為熱源的熔窯。坩堝窯有電阻加熱和感應(yīng)加熱兩種加熱方式。熔制光學(xué)玻璃的坩堝窯一般在窯膛側(cè)壁安裝碳化硅或二硅化鉬電阻發(fā)熱體，進(jìn)行間接電阻輻射加熱。有的熔制特殊玻璃的坩堝窯采用感應(yīng)加熱方式，靠在窯中及玻璃液中感應(yīng)產(chǎn)生渦電流進(jìn)行加熱。池窯直接用窯內(nèi)的玻璃液作發(fā)熱電阻，可在玻璃液不同深度處布置多組和多層電極，使玻璃液發(fā)熱，并通過調(diào)節(jié)耗電功率控制溫度制度。采用這種方式時(shí)，玻璃液面以上的空間溫度很低（稱冷爐頂），因而能量基本消耗于熔制玻璃和窯壁散熱，沒有煙氣帶走熱量的損失和排放煙氣時(shí)對(duì)環(huán)境的污染，熱利用率高，并且無需設(shè)置燃燒系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)。電池窯可自動(dòng)控制，管理人員少，勞動(dòng)條件好，但電力資源消耗大。適用于熔制難熔玻璃、易揮發(fā)玻璃和深色玻璃。大型電池窯生產(chǎn)瓶罐玻璃能力達(dá)到每天150t。
　　火焰－電熔窯
　　以火焰熱源為主，玻璃液電阻發(fā)熱為輔的混合型池窯。作業(yè)運(yùn)行與火焰池窯相似。為了提高熔化率以增加生產(chǎn)能力和改善玻璃液熔化、澄清和均化的質(zhì)量，在火焰池窯的熱點(diǎn)和加料口等部位埋入電極進(jìn)行輔助加熱，獲得了良好效果。