CN110183097A - 一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统及设计方法，电子玻璃熔窑为矩形池体，包括碹顶、池底、前山墙、后山墙和左、右侧墙，池体上部为火焰空腔，下部为玻璃池窑，火焰空腔内均匀间隔设有多个喷枪，玻璃池窑内充满玻璃液，玻璃池窑前山墙底部中心设有玻璃液出口，后山墙中部设有两个水平对称设置的配合料入口，电助熔系统包括三组电极，每组电极包括数对电极棒，每对电极棒对称设于左、右侧墙上，电极棒距离玻璃液面特定距离。本发明合理电极分布及相应电功率的分配，促进玻璃液的充分熔化，协助解决目前电子玻璃在熔制过程中的难熔、难澄清的问题。

Description

一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统及设计方法

技术领域

本发明属于玻璃制造的技术领域，尤其涉及一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统及设计方法。

背景技术

现电子玻璃基板主要采用无碱高铝硅酸盐玻璃成分进行熔制，因而在熔制过程中具有粘度高、难澄清和不易均化等特点，在实际生产过程中，须采用电助熔技术来改善池窑中玻璃液的流动，以提高玻璃液的质量。

由于电子玻璃熔窑工作温度高，玻璃液温度、速度等的实测十分困难，按熔窑产量分，日产玻璃液150t以上为大型窑，日产玻璃液在50～150t为中型窑，日产玻璃液50t以下为小型窑。现阶段，采用底插电极方式来研究电极功率对浮法玻璃熔窑的影响，结果表明玻璃液内沿窑长方向存在两个环流，分别为热点位置到配合料入口方向的环流I以及热点位置到玻璃液出口方向的环流II。同时，在热点处电极功率的输入变化能够显著影响配合料在熔化区的停留时间以及玻璃液在澄清区的均化时间。大吨位玻璃池窑一般采用底插电极以局部加热玻璃液，这主要是因为其具有相对较大的窑宽，而为保证电极在池窑中正常工作且不被折断，电极插入玻璃液内的长度不宜太长，而小吨位玻璃池窑具有相对较小的窑宽，采用侧插电极能够使玻璃液被均匀加热的同时根据电极被损耗的程度可以灵活将其向池窑内推进，目前对小型熔窑电子玻璃熔化过程中的玻璃液流动以及速度场分布等随电极分布、电功率分配等电助熔参数的影响，仍缺乏系统研究和理解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统及设计方法，主要通过其中的电极分布及相应电功率的分配设计，促进玻璃液的充分熔化。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统，电子玻璃熔窑为矩形池体，包括碹顶、池底、前山墙、后山墙和左、右侧墙，池体上部为火焰空腔，下部为玻璃池窑，所述火焰空腔内均匀间隔设有多个喷枪，所述玻璃池窑内充满玻璃液，玻璃池窑前山墙底部中心设有玻璃液出口，后山墙中部设有两个水平对称设置的配合料入口，其特征在于，电助熔系统包括三组电极，每组电极包括数对电极棒，每对电极棒对称设于所述左、右侧墙上，电极棒距离玻璃液面特定距离。

按上述方案，所述三组电极中第二组对应于玻璃液的热点区域，第一组和第二组分别对应于玻璃液的热点前、后区域。

按上述方案，所述特定距离为250～350mm。

一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)根据熔窑中的玻璃日熔化量，分别向火焰空间和玻璃池窑中通入燃料和电能，利用熔窑模拟软件依据实际熔窑情况将能量均匀分布于相应位置处模拟或根据已有的经验资料得出熔窑内玻璃液的热点位置，将三组电极水平安设于左、右侧墙上；

S2)将总电能均匀分配给每对电极，计算出每组电极组所占电功率的比例；

S3)向第一组电极中输入计算得到的相应比例电功率，保持第二电极组和第三电极组输入的电功率之和占总电功率的比例不变，第二电极组中输入的电能总量大于第三电极组中输入的电能总量。

按上述方案，步骤S2)中所述第二电极组中输入的电能与第三电极组中输入的电能之差占总电能的3％～16％。

本发明的有益效果是：本发明提供一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统及设计方法，合理布置电极，充分体现电助熔技术的优势，并将热点区域分区，分别设定输入的电功率，促进了玻璃液的有效循环流动，稳固泡界线位置，提高玻璃液质量，增强电熔技术的利用效率，也一定程度上降低了能耗。

附图说明

图1为本发明一个实施例的电子玻璃熔窑的主视图。

图2为本发明一个实施例的电子玻璃熔窑的玻璃池窑的俯视图。

图3为本发明一个实施例的不同电功率情况下熔窑玻璃液表面底部温度差曲线图。

图4为本发明一个实施例的不同距离情况下熔窑玻璃液表面底部温度差曲线图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1、图2所示，一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统，电子玻璃熔窑为矩形池体，包括碹顶1、池底2、前山墙3、后山墙4和左侧墙5、右侧墙6，池体上部为火焰空腔7，下部为玻璃池窑8，火焰空腔内均匀间隔设有多个喷枪9，玻璃池窑内充满玻璃液10，玻璃池窑前山墙底部中心设有玻璃液出口11，后山墙中部设有两个水平对称设置的配合料入口12，电助熔系统包括三组电极，每组电极包括数对电极棒，每对电极棒对称设于左、右侧墙上，电极棒距离玻璃液面特定距离。

三组电极中第二组电极14对应于玻璃液的热点区域，第一组电极13和第二组电极15分别对应于玻璃液的热点前、后区域。

电极均匀分布且相互之间不能相距太过密集，也不能太过疏远，这种操作为保证通入的电能大致作用在熔窑任一水平位置，为日后玻璃熔化过程中对电能的灵活调控提供了条件；其次，所插电极应距离玻璃液表面一定高度，这是因为电熔技术中通过电极引入的电能主要集中作用在电极周围的玻璃液。将电极直接作用在玻璃液表面，就玻璃液表面温度分布而言，可能会导致两边电极对应表面玻璃液温度较高，中间玻璃液温度相对较低，这样会使玻璃液热点温度不突出，且位置不确定，不利于玻璃的熔化。同时就玻璃液内部温度分布而言，这样做直接提高了玻璃液表面温度，其对玻璃液中间及底部温度的影响相对较小，进一步增加了玻璃液表面底部的温度差，不利于玻璃液的熔制。综上，将电极分配在距离玻璃液表面一定高度，更能充分体现电助熔技术的优势。

根据熔窑中的玻璃日熔化量，分别向火焰空间和玻璃池窑中通入燃料和电能。将燃料通过小炉输入到火焰空间中使其大致均匀分布，保证有覆盖面较广的火焰；将电能通过电极输入到玻璃池窑中。其具体分配电功率方法的特征包括如下步骤：

S1)利用熔窑模拟软件依据实际熔窑情况将能量均匀分布于相应位置处模拟或根据已有的经验资料得出熔窑内玻璃液的热点16位置；

S2)将总电能均匀分配给每对电极，计算出每组电极组所占电功率的比例；

S3)向第一组电极中输入计算得到的相应比例电功率，保持第二电极组和第三电极组输入的电功率之和占总电功率的比例不变，第二电极组中输入的电能总量大于第三电极组中输入的电能总量。

第二电极组中输入的电能与第三电极组中输入的电能之差占总电能的3％～16％。能量改变的太多可能会导致熔窑内玻璃液受热分布过于不均，进而可能影响其玻璃液温度分布和流动状况。

电功率分配的方法遵循了玻璃液的循环流动规律。通过向热点前区域输入占等分比例的电功率，以确保入口区域有充分的能量用来熔化配合料，使之完成一系列复杂的化学反应进而形成质量较不均匀的玻璃液；向热点区域输入更多的电能以增加热点温度，进一步促进由配合料入口处流向热点处玻璃液的熔化，提高玻璃液的熔化效率，同时也增加了入口处与热点之间的温度差，强化了玻璃液的环流I的流动速率，进一步提高了玻璃液的熔化质量；一定程度上降低向热点后区域输入的电能，能保证热点后区域温度低于热点温度，避免了由于温度再度升高造成的二次气泡的形成，同时也增加了热点与玻璃液出口处的温差，加大了玻璃液环流II的影响范围，促进玻璃液中气泡的排除，消除一定量的波筋和条纹。但向热点区域与热点后区域输入的电能差距不能太大，以防出口处玻璃液温度降低过大，导致玻璃液温度不均匀现象加剧。

实施例一

一种小吨位矩形电子玻璃熔窑，其玻璃液所占具体尺寸表现在长度约为6～10m；宽度约为1～3m；高度约为0.7～1.5m。电极棒之间的距离不能过短，避免通电后相互干扰，本例的玻璃熔窑中应均匀布置7～10对电极棒，优选8对电极棒，其电极棒直径约为50～75mm，电极棒距离玻璃液表面不能太近，约为250～350mm位置处最佳。

具体电功率分配的特征包括如下步骤：

a.现用相关熔窑模拟软件依据实际情况模拟及参照实际经验表明，当将所有燃料量及电能都均匀分布于相应位置，玻璃液的热点位于第五对电极棒所在的玻璃液表面上。根据这一情况，将8对电极分成三组，将前三对对电极命名为影响热点前区域的电极组Ⅰ，将中间三对电极命名为影响热点区域的电极组Ⅱ，将后两对电极命名为影响热点后区域的电极组Ⅲ。

b.将总的电能均匀分配给每对电极棒，则每对电极棒所占的电能为总电能的12.5％，据此理论上，向电极组Ⅰ中输入占总电功率37.5％的电能，向电极组Ⅱ中输入占总电功率37.5％的电能，向电极组Ⅲ中输入占总电功率25％的电能。

c.向电极组Ⅰ中输入37.5％的电能；保证向电极组Ⅱ和电极组Ⅲ输入电能之和占总电能的比例一定，增加向电极组Ⅱ中输入的电能比例，同时相应地减少向电极组Ⅲ中输入的电能比例。增加向电极组Ⅱ或相应减少向电极组Ⅲ中输入的电能比例在一定范围内。

表1为电极位于玻璃液表面以下250mm位置处，相应向电极组Ⅱ中输入在均匀分配比例电功率的基础上分别增加5％、10％、15％电能的情况下，玻璃液表面、底部温度差值分布(见图3)。

表2为向电极组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别输入37.5％、47.5％、15％电能的情况下，改变电极距离玻璃液表面的距离，分别为250mm、300mm、350mm的情况下，玻璃液表面、底部温度差值分布(见图4)。

表1

表2

从上可知，适当增加电极插入距离玻璃液表面的高度及热点区域的电功率，可以明显减小整个池窑内玻璃液表面与底部的温度差值，一定程度上改善了玻璃液的受热均匀性，同时保证了池窑内相互混合玻璃液之间的熔化质量，避免由于循环流动作用造成熔融与未融玻璃液之间的互溶，进而减小结石、气泡、条纹等缺陷出现的可能性；同时向热点区域增加电功率可以提高热点区域的温度，有利于进一步熔化未完全熔融的玻璃液。综上，上述两种方式的共同作用在遵循玻璃液循环流动作用的基础上，均有利于进一步充分熔制玻璃液，并最终能得到较为均匀且优质的玻璃液。

上述实例仅是对本发明有效性和可行性的实例论证，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的工作原理所实施例任何具体的简单变更、等同变化和修饰，均仍属于本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统，电子玻璃熔窑为矩形池体，包括碹顶、池底、前山墙、后山墙和左、右侧墙，池体上部为火焰空腔，下部为玻璃池窑，所述火焰空腔内均匀间隔设有多个喷枪，所述玻璃池窑内充满玻璃液，玻璃池窑前山墙底部中心设有玻璃液出口，后山墙中部设有两个水平对称设置的配合料入口，其特征在于，电助熔系统包括三组电极，每组电极包括数对电极棒，每对电极棒对称设于所述左、右侧墙上，电极棒距离玻璃液面特定距离。

2.权利要求1所述的一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统，其特征在于，所述三组电极中第二组对应于玻璃液的热点区域，第一组和第二组分别对应于玻璃液的热点前、后区域。

3.权利要求1所述的一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统，其特征在于，所述特定距离为250～350mm。

4.权利要求1所述的一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)根据熔窑中的玻璃日熔化量，分别向火焰空间和玻璃池窑中通入燃料和电能，利用熔窑模拟软件依据实际熔窑情况将能量均匀分布于相应位置处模拟或根据已有的经验资料得出熔窑内玻璃液的热点位置，将三组电极水平安设于左、右侧墙上；

S2)将总电能均匀分配给每对电极，计算出每组电极组所占电功率的比例；

S3)向第一组电极中输入计算得到的相应比例电功率，保持第二电极组和第三电极组输入的电功率之和占总电功率的比例不变，第二电极组中输入的电能总量大于第三电极组中输入的电能总量。

5.根据上述权利要求4所述的一种小型电子玻璃熔窑电助熔系统的设计方法，其特征在于，步骤S2)中所述第二电极组中输入的电能与第三电极组中输入的电能之差占总电能的3％～16％。