CN87104676A - 玻璃的电熔化工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及玻璃的电熔化工艺方法。尤其是涉及其中把熔融玻璃的电导率作为熔解原料所需能量的工艺方法。

据本发明，在熔融料中，从垂直浸插的电极开始，能量以焦耳效应耗散，欲熔融的组分以均匀的相层散布在熔浴的表面上。电极同耐高温熔化池壁以一定距离进行配置，电极与最靠近的侧壁的距离至少是相邻的两个电极间距离的一半，其中的最高温度值由电极的浸插入深度进行调节。

Description

本发明涉及玻璃的电熔化工艺方法，尤其是涉及其中把熔融玻璃的电导率作为熔解原料所需能量的工艺方法。

长久以来，用于大规模制备玻璃的装置都包括有需提供可燃矿石，特别是燃气的熔炼炉，尤其是对于用于大规模连续制备板玻璃和瓶玻璃的生产装置来说更是如此。在这些庞大的熔炼炉中，有时也利用电能，基本上是作为局部的辅助手段用于维持在加热不够的部位的玻璃温度，或者用于玻璃在炉外向加工工序缓慢移动过程中之所需，或者是用于促进某些对流运动，这些对流运动有利于熔融料的均匀化、精炼和输送。

严格意义上来说，电解熔化本身首先发生在一些较小的装置中，因为它在操作过程中需要较大的灵活性。然而，随着能源价格的波动和工艺学领域中某些技术问题方面的进展，已经产生了新近发展的重要的生产装置，其中形成熔化的总体装置，除了投入使用外，还出现利用电能的倾向，然而，这种发展需要解决许多极端困难的工艺技术问题。尤其是为了避免出现在熔化过程中位于熔浴表面上电极的氧化问题，有人建议把电极完全浸没，这是谨慎的解决方法。例如，在法国专利申请FR-A-2552073中，所采用的电极就是从熔炉底起垂直地插入熔浴中。在其它的实施中，人们还可发现有的电极穿过熔炉的侧壁。

除了用于解决腐蚀问题的优越性以外，上述的电极的浸没方法也使供料方便，而且使熔浴表面上的原料组分均匀化。漂浮在熔浴上的由熔化组分所形成的较厚的相层，实际上是有用的。在熔化时与熔浴接触过程中，它形成连续操作所需物料的永久保护膜，另外，它也能防止在熔化过程中的熔浴，由于与大气接触而形成的大量的对流热损失，特别是辐射热损失。

如果上述文献所述的典型熔炉得到重要的工业应用，那么，它就必然不能很好地适应实践中遇到的各种需求。在某些情况下，作为理想的实施例，为了达到限制投资费用的明显目的，要尽可能地利用现有部件，尤其是构成熔化池的耐火材料，对带有喷嘴的操作装置进行改装，当这种改装涉及到把电极插入到熔化炉底和插入到熔化炉侧壁时，上述改装就不可能进行了。

浸插电极的熔化炉能够限定电极的调节，如果它们使某种操作状态达到完全满意的性能，那么，就较少要求在这种操作状态下进行常见的和/或实质上的改进。

另外，即使这种浸插电极工艺能够较好地控制，并且考虑到类似于耐火材料寿命的电极寿命，但是，仍旧不能完全排除这样的风险，即一个或几个电极的过早损坏会影响到整个操作。

本发明的目的是，利用带有喷嘴的传统熔化炉的一部分构件进行改装组成电解熔化炉。

本发明的另一个目的是，使提及的电熔化炉能够实施变化多样的操作状态，并能保持令人满意的热效应。

本发明还特别地提出一种熔化炉，其中的阻抗随着产品玻璃性质的改变或者随生产量的变化，能够大幅度地变化。因此本发明把玻璃视作高电阻率进行处理。

本发明的目的是，不管采用什么样的操作状态，耐火材料的损坏率都控制在最低限度。

本发明的其它目的是，使用具有导电性的耐火材料所组成的熔化池，而熔化炉的性能却没有改变。

本发明的其它目的是，可以在很短的时间内连续改变操作状态。

为了达到这些目的以及下文中提及的其它目的，本发明提出实施根据焦耳效应的电熔化。据本发明的熔化炉中，其中的电极是按照这样的形式排列的，使同一高度的温度分布都保持均匀相同，除了在靠着侧壁的部位以外，因为在这些部位的温度都是很低的。另外，根据所选择的操作状态，电极的分布是可以改变的，以便调节沿着垂直方向建立的温度梯度。

为了能够利用原先使用喷嘴进行操作的熔化池，发明人选择了一个解决方法，即以其表面不受熔浴约束的方式把电极浸入到熔浴中，根据试验，这种分布显示了有关操作方便和熔化炉性能等方面的许多优越性。

把电极以及表面不受熔浴的约束的方式浸入到熔浴中去，显然可以避免电极穿过耐火材料层所要遇到的许多困难，特别是避免更换用过的电极、密封性以及耐火材料磨损等较困难的问题。

上述最后的一个困难的问题，尤其是存在于把电极垂直竖立在熔化炉底的情况中。在这种情况下，人们能观察到在电极底端部位上耐火层的扩大腐蚀。这对于熔化炉的寿命也不能说没有损害。为了克服这种弊病，一般采取措施以增强这部位的强度，例如，把电极放在设立于熔炉底上的隆起垫基上，可是这种解决方法不是很令人满意的，因为它并没有设法直接根治腐蚀问题。除了影响熔化炉寿命的耐火层的磨损所造成的缺陷外，来自耐火层壁的夹杂物组分使熔融料的组分发生变化，而这种变化也会造成不可忽略的困难。这些夹杂物组分与熔浴中其它的组分相比较，其含量很微少，但是因为不充分的“消化”，它们一开始就经常使所准备的材料缺乏匀质性。

在用于制备称作“纺织纤维”的玻璃纤维，或增强玻璃纤维的玻璃熔化炉中，上述的难点显得更加突出。在其实施中，必须使材料中不存在未熔融的颗粒，这些颗粒的存在势必会导致在形成玻璃纤维过程中会出现极为不利的“弄断”现象。根据这个原因，在生产玻璃过程中，最好使熔化池中的耐火材料不会形成上述的未熔融的夹杂物。由此人们避免采用氧化锆基的耐火材料，而采用例如氧化铬基耐火材料。氧化铬基耐火材料在所考虑的操作温度条件下具有不可忽略的电导率。因此，在安置电极时不能使其接触，甚至使其靠近耐火材料，据本发明的实施例能够解决这些难题。

在用于生产瓶玻璃的熔化炉中也存在类似的问题，在这种熔化炉中，一部分原材料来自回收的玻璃瓶，显然，它们是通过分检后放入的，然而回收玻璃中经常含有来自瓶塞的金属元素。这种金属粒子的导入致使在熔化池底部形成一个导电的熔融层，而它会使安置在熔化炉底的电极发生短路。根据本发明的实施例同样也能避免出现这样的问题。

对于在浸没电极情况下的腐蚀现象的详细研究，使发明人能够精确地制定出熔化工艺的最合适的操作条件。因此，希望限制颠倒的温度梯度的出现。换言之，在靠近熔化炉底的部位形成高温度，在这种情况下，温度本身除了在实际上能促使对耐火材料的浸蚀以外，还会在熔浴中与熔化炉底接触时出现强烈的对流，从而加速腐蚀作用。由于这个原因，人们根据本发明，尽力设法使最热的部位确定在熔浴的上部，这是有条件的，即与如下的操作状态的改变有关联的。

利用浸入式电极就能使熔化过程中的材料表面根据需要维持很高的温度，特别适用于大量玻璃料的操作中。为此，可以适当地调节浸入深度。当然，一定的浸入深度是必要的，使电极具有足够的有效表面。在实施中，应适当地限制操作中电极上所允许的电流密度。一方面能得到较好的释放能量分布，另一方面减少出现局部过热的现象，从而减缓电极的损坏。为了避免电流密度的过度增高，可以尽可能地限定范围，即增加通入的电压或者增加电极的截面。

一个温度梯度的形式，其中最高温度是位于熔浴的表面或是其靠近部位，除了能够防止过度的对流运动的出现以外，还能改善原材料的熔化状况。实际上最高的温度位于需要的合适部位上。实际上熔化过程需要的温度比转化熔融材料的温度还要高。最高温度限定在一定的范围内，以便不造成例如对电极或者对它们的支座的损害，当最高温度位于最靠近要进行熔融的材料时，则形成的熔化也是最快的。正如我们在实例中所看到的，在这里用很高的每单位面积的熔化炉的生产能力来表达。相反地，借助于其深度可以调节的浸入电极，可以通过放低电极使玻璃料量减少，那么最热的部位与表面持有一定的距离。总之，控制熔化炉底的温度，使最高的温度位于较低的位置上。人们以适宜的方式改变熔化炉的玻璃料量，而不改变熔化炉底的温度，即熔化炉出口的玻璃温度，这种操作的灵活性对于需要大幅度改变玻璃料量生产的熔化炉来说是相当重要的。

当人们加工处理对红外射线“不透光”的玻璃的时候，采用据本发明的浸插式电极也是有利的。对于“透光”的玻璃来说，一部分不可忽略的熔化能量通过辐射线传递到原材料。相反，对于“不透光”的玻璃，例如，一些其氧化铁含量较高的玻璃，辐射线就不能以上述相同的方式起作用了。因此，靠近电极部位的温度比熔浴中其它部位的温度更高些，在玻璃料量很少的操作状态下，这种温差也同样很明显。限制在熔融原料中射线的作用，如同在本发明中那样，人们把最热的区域定位于原料的附近，其结果显示出它的消耗比那些其电极置于熔化炉底的熔化炉的消耗还要更小。

上述谈过的温度梯度的建立也显示出其它的有利方面。特别是能够非常有效地限制通过炉壁的热损失。我们同样可以观察到，据本发明的热效率是特别令人满意的。也就是说，每个质量单位的熔融物料所需的能量比较少，而且还具备变化多样的操作状态。

在连续的操作方式中，温度梯度的出现，例如最热的区域位于表面上，同样对熔融物料的质量也是有利的。相反地，当把电极固定在熔化炉底或炉壁时，那么人们就能观察到，在熔化池中熔浴的对流运动就减少到最小状态，从而防止了熔浴中的剧烈搅混。如果这种搅混作用能够使熔浴中的温度达到一定的均匀性和组分形态的均匀性，然而，这是一般条件下的情况，通常地并不适应应用上的要求。

据本发明的熔化炉中，均化作用只是通过控制水平高度达到的。当人们在熔化池底部取料时，物料的流动从上到下均匀地进行，而不存在由上部相层所限定的对流运动。在这种情况下，由熔化炉出来的熔融物料大部分被精炼了。同样地，应该调整好熔化炉底部的温度，以便在以后的使用熔融玻璃的加工过程中，减少必要的温度调节。

当人们希望在熔浴的上部和下部之间存在较大的温差时，则最好是限制电极的浸插深度。当插入深度增加时，人们就可以观察到最热的区域向下部转移，同时在相同玻璃料量的情况下，熔化炉底的温度上升了。如果人们希望在增加插入深度过程中，保持熔化炉底的温度稳定不变，那就应该同时减少耗散功率以及熔炉的玻璃料量。

对于一定的装置来说，当需要大幅度地减少产量或甚至中止生产的时候，本发明就具有上述这种特点。在这种情况下，人们增加电极的插入深度和减少耗散功率。这种操作方式，一方面可以使熔化炉底维持一个足以不使物料全部凝结的温度，另一方面减慢表面层的熔化作用，甚至中止这种熔化作用。实际上，在这同时最热的区域已转移到熔化炉底部，而接触原材料表面层的温度却下降了。

显而易见，如果电极以令人满意的方式分布，就可以看到，在这种情况下减轻操作状态，热效率的降低也只是很有限的。

相反，当人们要增加熔化炉的玻璃料量时，增加插入深度则可能是有利的。它可以耗费大量的电功率，而不会使电极出现超电流密度的现象。在这样的情况下，虽然热效率是很令人满意的，然而人们可以观察到，在炉底的熔融玻璃的温度上升了。对于大量的玻璃料量来说，为了限定炉底温度的上升，同样地应该一面增加耗散功率，一面改变电极的外形使其即使不改变插入深度也具有很大的表面积，而不是增加其插入深度。为此可以增加电极的直径，或者采用水平方向置于熔浴中的圆盘形电极。这种情况下，有可能在较高的玻璃料量下，保持一定的温度梯度，尽管如此，该梯度仍然比在较低玻璃料量下的梯度还要小。

电极最好布置在水平面中，与前述文献所叙述的情况相一致。这些电极有规则地分布在熔浴的所有自由表面上，为了提供三相电流，这些电极应该至少分布于两个由三个等距电极排列的有序集中。

第一系列中的每个电极接受R.S.T相电流。

第二系列中的电极则是反向的T.S.R相，以使中间的电极处于同相，而使两端的电极处于异相，两个电极系列间的距离几乎等于同系列中两个电极之间的距离。

上述的分布情况，可以根据前述文献所说的相同原则附加一些电极系列，使其变得完整。

很显然，电极的有规则分布有利于温度分布的均匀化，即使在相应于电极的浸没部位的温度也是如此。在这个部位，由于紧靠着电极，该温度显然是较高的，但是与周围熔浴之间的温差很快就变小了，致使人们几乎可以考虑表面层的温度是处于均匀化，通过实施例中对温度的测定得到了验证。

显然，一些不是位于互换电极之间的区域的温度也同样处于均匀化。位于电极和侧壁之间的熔浴部位的温度较少地与最“中心”部位的温度有差别。当接触炉壁时温度只是明显下降。由于电极的这种布置所造成的温度分布的均匀化也有利保证较好的热效率。

相反，如果电极沿着炉壁布置的话，也会导致温度的均匀化，但带来一些弊病。一方面，使热损耗增加了，另一方面，又使靠着电极的耐火层的腐蚀加剧，这是由于如我们已在前面部分说明过的原因：即沿着炉壁的温度大幅度上升，而且其中的对流运动加剧。另外，如前所述，如果紧靠着炉壁布置电极，势必将对选用构成熔化池的耐火材料有所限制。因为很难选用导电性的耐火材料。

根据刚才上述的实施本发明所依据的理由，这些电极应与侧壁保持一定的距离。在传统的操作条件下，尤其是在处理电阻率较小或中等的玻璃的时候，上述距离不能小于两个相邻互换电极之间距离的一半。这距离最好与两个相邻电极之间的距离是相同数量级。

上述所说的距离适合于处理含碱量很高的硅-钠-钙型常用玻璃料。在处理电阻率很高的玻璃时，尤其是为了把玻璃进一步加工成加固玻璃纤维，其碱含量明显很少时，两个互换电极之间的距离也可以大大减小。

对于这样的玻璃，电极与熔化炉壁之间的距离应该比处理电阻率较小的玻璃时的相应的距离还要更大些。

一般情况下，要遵守刚才所述的电极和炉壁之间距离的有关条件，据本发明应该依据所处理物料的状态改变电极之间的距离。问题在于在达到一定的操作状态时不只要考虑玻璃的电阻率，而且必要时，还要改变熔化系统的形态，以适应投入使用过程中所相应的特性条件。在后一个情况下，应该用相互接近的电极开始熔化作用，随着物料的熔化逐步扩大上述距离。

刚才所说的电极布置方式导致了熔化炉的特殊布置。人们可以简单地通过覆盖着熔浴的耐火材料砌成拱顶上的开口把电极引伸进来。然而这种解决办法不可能使电极在熔浴表面上移动，也不能均匀地进料。不管采用哪种供料装置，它们都应该在整个熔化炉的运转期间，尽可能有规律地使进料覆盖在粉沫状组分的表面层上。然而，电极和横过拱顶的电极支架的存在，却阻障了组分分布装置的移动。因此，根据本发明，把电极固定在支架上，从熔化池的侧面悬垂在熔化池之上。而把组分分布装置安装在电极和电极支架的上方。

如果分布在熔浴表面上的组分表面层能起到防止热损失的作用，那么，就最好在熔浴上方砌一个耐火材料的拱顶。在开始操作期间或在停车备用期间，以及在运转操作期间由原材料组成的保热层或者不存在或者其厚度很薄的时候，这个拱顶就特别有用了。

据本发明的设计，把电极支架安置在熔化池的耐火材料侧壁和拱顶之间。

熔化池的垂直壁和拱顶之间的空间最好尽可能地减小以限制热损失。另外，为了替换用坏了的部件，或者为了改变电极浸插部分的外形，例如改变电极的长度，这些电极应该能够迅速地被替换，这是两个结合在一起的条件。一方面要求使电极支架可以移动，另一方面为了能够在熔化池和拱顶所限定的空间中活动，要求电极支架能够在限定的空间内运动。

另外，参照下列的有关附图详细地说明本发明：

图1是据本发明的电熔化池的纵剖面图。

图2是在图1中的熔化池的凹槽处的俯视剖面图。

图3是一个图表，示出了在不同的运转方式中，在熔化池中不同水平位置上所测定的温度梯度。

图4示出对于不同的玻璃料量条件，温度与效果的关系。

图5a和5b，示出了在两个相区别的状态下，在不同水平上的熔化池范围内的温度变化情况。

图6是一个图表，显示了依据本发明的熔化炉和把电极安置在炉底的熔化炉中的炉底温度和玻璃料量的关系。

图7是一个图表，显示了如图6所示的两种熔化炉中的能量消耗与玻璃料量的关系。

图8是据本发明的一个电极及其支架布置方式的剖面图。

图9是据本发明的炉化炉原材料组分的分布方式的示意图。

图10是电极支架的实施方式的部分剖视图。

由图1的纵剖视图和图2的俯视图所显示熔化池是传统的一般形式的熔化池，尤其是装有喷嘴的熔化炉。熔化池是由耐火材料组成的，其大小可以改变，它与预定的生产量的多少有关，然而我们知道据本发明的熔化炉可以达到很高的玻璃料生产量。换句话说，对于给定的玻璃料量所需的熔化炉表面积可以相对进行限制。同样可以强调说，据本发明的熔化炉的加热方式，可以在比正常的玻璃料量还要更少的状态下实施，而不会带来很大的不便，尤其是不会造成消耗率的很大波动变化。

熔化池的深度与传统的熔化炉的深度是类似的，最低限度的深度有利于形成垂直的温度梯度而且能够直接从熔化池的底部直接回收精炼好的玻璃料。这样的最低限度可以使熔融的物料保持大约500毫米的深度。依据本发明可以大比例地改变电极的浸插深度，从而，如果需要时，可以使用比正常熔化池还要深的熔化池，例如，可以采用其熔浴高度超过1500毫米的熔化池。

所示的方式中，熔融物料通过一个凹槽2排出，该槽位于熔化池一侧，并与炉底3是处于同一个水平上。其中凹槽2与“给料器”或前炉4直接相通，使熔融物料输送到不同的加工位置上。

电极5和6分布在炉底上的靠近槽或直接置于凹槽的位置上。可以使用这些电极以使在玻璃料生产中断或料量剧减的时候，可以保持物料处于熔化状态，而且可以防止留在凹槽中的少量物料全部凝固。

另外，电极5和6可以用来调节排出物料的温度，在正常的操作状态下，不必使用这些电极。

当这些电极布置在炉底时，在这个水平上的耗散功率总是比用浸插电极进行熔化的可用功率限制的小得多，以至于可以忽略腐蚀现象。本文中，在电极5和6水平上的最大的耗散功率没有超过在实例中用六个浸插电极进行操作时所作功率的二十分之一。

根据图1所示的实例中，炉底是水平面，这是最常用的熔化池的形式。当人们用置于炉底的电极实施电熔化操作时，就需要采用这种形式的炉底，以便能尽力取得均匀的热量分布。在采用浸插电极的情况下，炉底的外形实际上就不受这个问题的限制了。我们还可以预计，例如，稍微倾斜于排出凹槽方向的炉底，同样可以把出口设置在炉底的任一部位，特别是置于其中心处。

在图1和图2的实例中，总共设有六个浸插电极，向它们提供R.S.T分布的三相电流，即如图2所示，这种分布可以得到较好的相平衡，使整个熔浴范围内得到较均匀的能量耗散分布。

另外，浸插电极7以有规则的间隔分布，以使每个电极显然都置于各熔浴表面区域的中心部位，所有的区域大小相同。这种分布方式使电极7与各耐火材料侧壁之间保持合适的距离。如本发明实例所示，两个相邻电极之间的距离约计为各电极与其最靠近的侧壁之间的距离。如前述，该距离可以较小些，但最好是电极与侧壁的距离不小于两个相邻电极之间距离的一半。

所采用的电极数目取决于熔化炉的表面积。即取决于玻璃料量。对于容量很大的熔化炉，采用三相电流的电极的分布情况最好是如上述申请中所说的那样，尤其是，可以采用其外形相应于两倍熔化池长度的熔化炉实施本发明，相当于把两个装置头对头地连接起来一起使用。当然，还可以采用其它的外形，但是为此要对有关的电极支架作出特殊的布置，这将在下文中通过实例加以说明。

图1还显示了被连成一片的原材料表面层10所覆盖的熔浴9，这个均匀的表面层的厚薄是根据操作运转状态而变化的，在操作状态下，人们应该维持其最小的表面层厚度约计为100毫米，以使在熔浴和外部环境之间形成隔热层。表面层厚度最好大些，但是实际上以不超过300毫米为有利。否则会导致熔化区域中厚度出现严重不规则性。

如图1中所示，电极7是穿过原材料表面层并且插入到熔浴中去。浸插深度原则上取决于操作中的玻璃料量，也取决于电极表面上的电流密度。对于较大的玻璃料量的情况来说，就要在用较浅的浸插所形成的表面加热方面，和工艺极限允许范围内维持所需的电流密度方面进行比较，并采取折衷方案。对于大的玻璃料量，最好使浸插深度小于熔浴深度的三分之二，甚至可以小于熔浴深度的二分之一。

当玻璃料量减少时，如我们前述，应该使最热的区域向较深的水平高度转移。在这种情况下，应使电极浸插至熔浴深度的一半甚至更多些，例如，浸插至四分之三熔浴深度。

当使用同样的熔化炉和同样的电极分布，而每日每平方米熔化池的处理玻璃料量是3吨时，这时电极浸插至熔浴深度的三分之一。而当处理的玻璃料量减到一吨时，则应使电极浸插至熔浴深度的四分之三处。

在以上所有情况下，电极的浸插面积应该与允许的电流密度相适应，否则腐蚀是很严重的。实际上，人们通过选用合适的电极直径以摆脱这个约束。

图3显示了在前述的每日每平方米熔化池处理1.5吨玻璃料量的操作状态下的熔化池中的温度梯度，所有的温度是在不同的水平上有系统地测得的。

在这个图表中，正面突出部分的熔料水平和原材料表面层是用混合的水平直线表示的。在实例中，相应于彼此最远离的两个混合直线的组分的厚度大约是200毫米。

温度曲线A是在如图2中点11的垂线位置上测定的。曲线G是在同样的实施条件下，在离电极S100毫米处的垂线位置上测定的。

人们可以首先考虑这两条曲线是在同样的操作状态下所观察到的每个水平上的两组温度极限。

对于这两组曲线，浸插深度略小于熔浴深度的三分之一。

这些曲线的第一个特点是在电极附近的温度很高，与最高区域的温差是最大，当靠近炉底时则温差减少。在电极S附近较合适的“中心”地方测得的温度的差异不大，因此，比起其它不同的情况更加不易受到侧壁的冷却。

第二个特点是，除了紧靠着要熔融的组分的熔浴的最高部位以外，这些曲线显示了温度由高到低的有规则的递减，在同一个垂直线位置上的最高温度和最低温度的差异达200℃左右。

在所考虑的实例中，相应于曲线A的最不热的区域的最高限温度位于相应于电极端头的深度上。在最热的区域内（曲线G），最高限温度位于        靠近表面层的位置上。

曲线C相应于曲线A，其中的电极浸插到熔浴深度的四分之三，玻璃料量保持不变。这种情况下，可以看到最高限温度比前例明显增加，实际上最高限值同样维持在熔浴高度上的大部分区域。在炉底水平上的温度增加100℃以上，因此较深的浸插有利于很少的玻璃料量，在这种情况下可以导致减少耗散功率，而且可以同样相应地减少熔炉的玻璃料量，炉底水平上的温度也可以归并为曲线A的值上。

温度分布图C与其中的电极是置于炉底的类似熔炉的温度分布图相仿。

图4显示了在各种不同的玻璃料量下同样的温度分布图（曲线E相对约每日每平方米2.40吨料量，曲线F相对约3吨料量），在这些实例中，它们的浸插情况与曲线A的一致。

人们发现温度是随料量而增加的，很明显，当将电极保持在熔浴的高部位时，实际上可以加倍增加玻璃料量，而取得可以与曲线C情况下测得的温度相比较的炉底水平上的温度。这种情况反映了一个好处，即存在对浸插深度的限制。

图3中，曲线D是对“不透光”玻璃的类似于曲线A的情况，该玻璃的氧化铁含量是0.60，而在曲线A则是0.20，这种氧化物的存在导致了对红外线的强烈吸收。把曲线A和曲线D进行比较，显示出所处理玻璃的“不透光”特性的影响是很小。特别是，原材料表面层上的温度和最高限温度值，在两个曲线上的情况实际无差异。对于其中的电极是插入到炉底的一些熔化炉则情况相反。大家知道，氧化铁含量的增加，显然需要使温度最高限值和炉底温度大增，以维持表面层温度。

图5a显示了在熔浴不同水平位置上温度的变化情况（从炉底以上0，300，600和900毫米处），这些温度是            在通过点11的垂直平面上测得的。曲线显示了在同一个水平位置上的有规则性的温度，而表面层上的温度除外，这些温度对造成电极附近的对流运动的局部变化是很灵敏的。这种情况下的温差限制在大约50度左右。

图表5a所代表的操作状态是每日每平方米1吨玻璃料量，图表5b是同一种类，但其玻璃料量是每日每平方米2.5吨，在5b情况下，人们可以看到这些温度的一般高度都在所有水平上，包括炉底水平在内，炉底和最热水平面之间的温度梯度没有前述情况的广阔，大约只有100度左右。在紧靠着组分的最不热的区域的温度是经得住该水平上的热损失量（这热损比温度很高位置上的更加显著）。

根据这些结果，有系统地探讨了炉底最高温度值和玻璃料量的关系。在据本发明的熔化炉（Ⅱ）和其电极插到炉底的类似熔化炉（Ⅰ）上同时进行上述研究。

这些措施是用以从传统的原材料生产玻璃的，尤其是用焙烧白云石和10%重量的玻璃屑作为原料生产出的玻璃组成如下：

SiO₂64.55 Na₂O 15.60

Al₂O₃3.35 K₂O 1.35

CaO 7.25 B₂O₃3.60

MgO    3.00    F    0.60

这种玻璃是用于生产绝缘玻璃纤维的。

其结果在图6中得到表示。在两种情况下，温度和玻璃料量都同时增加。在所有的不同玻璃料量中，据本发明的熔化炉的温度都比其电极插到炉底的温度更低些。从本发明的熔化炉的角度考虑，虽然温度差异由于玻璃料量很少而更加扩大，然而在3吨/米²日的料量情况下的温差大约是50度左右，这种差异对于耐火材料的使用寿命来说是相当可观的。这种优越性可用不同方式表现。虽然人们估计耐火材料的容许磨损是与一个不能超越的一定温度有关的。在实施据本发明的熔化炉时，则可以达到在其电极是插到炉底的熔化炉时所不能达到的玻璃料处理量。在如前所述的硅-钠-钙型玻璃的情况下，采用本发明的熔化炉，其玻璃料量是2.5吨/米²日的时候，炉底的温度能至少维持在1400℃。

据本发明的熔化炉的消耗率很低。这至少是由于如前所述的，温度很低，从而导致热量消耗减少的缘故。这个机理决不是确定消耗的唯一因素，而这种消耗情况已在图7中根据前述的两种不同形式的熔化炉的情况，分别用两个曲线表示出来。如图所示，当料量增加时，两种情况下的消耗率都下降了，而同时温度如图6所示都上升了。人们看到，据本发明的情况（Ⅱ），在同样条件下熔化同量的原料时，可根据温度使其消耗率小于10-15%左右。这种差别在玻璃料量很少时则更加扩大。在至少是1吨/米²日的操作状态下用于熔化硅-钠-钙玻璃的消耗率不会超过每吨1000千瓦小时。

本发明的熔化炉显示出令人满意的消耗率，这消耗率随料量变化很小。这种在应用上的“灵活性”已如前述，使实现料量很大的操作状态成为可能。

为了实现上述操作，有必要使熔浴表面覆盖着均匀的原料以形成良好的隔热层。为此，应该使原料分布到熔化池的整个表面上。这种分布技术已在其电极插到炉底的电熔化炉上广泛应用。这涉及到装有连续供料带的传送装置，倾倒原料的顶端是通过综合的传送移动作用带动的。使原料倒入整个表面层上，这还涉及到一些装置，使原料能够倒入到熔化池整个宽度上。这个装置同样通过传动作用可以移动，以使能覆盖熔化池的整个长度。

这种分布是“点状的”或“线状的”，这个分布装置应该能在熔化池上方自由移动，在电极浸插的情况下，不会阻碍这种移动。图8显示了据本发明的能满足这些条件的分布方式。

图8只是部分地表示熔化炉，显示了由炉底3和侧壁8所组成的耐火材料熔化池，在熔化炉上方，有横跨熔化炉的耐火材料拱顶口，它悬挂在金属架子上。

熔化炉的供料是由线性分布装置13完成的，该装置位于熔化池的整个宽度上，该分布装置13通过在轨道14上的轮子转动而前后移动，该轨道通过垂直梁15挂在框架上。

图9以图解方式，显示了分布装置的移动情况，在A位置上：在熔化池一端并在熔化炉围墙外部的位置上，分布装置13接受来自送料斗16的原料，然后把分布装置移动至熔化炉上方。在B位置上，开始进行分布原料，分布装置连续放料，按预定的组分量分布在熔化池的整个宽度上，分布装置13有规律地移动至C位置上，即到了熔化池的另一端上，沿着整个行程，每隔一定间隔，分布装置向熔化池倾倒一些组分原料，接着把分布装置13又送回A位置上，这种分布供料过程可以以单行程的方式进行，或者可以以来回两个行程的方式进行。在分布装置13移动期间，可以以已知方法向料斗16连续供料，尤其是可用传送带供料，接着又可重复上述的操作循环。

刚才所说的供料方式，应该在熔化炉和拱顶之间留有可供装置移动的自由通道。在熔化炉的一端的对着它的方面有料斗16，只有这一端可以用耐火材料围住。据本发明可以看到，在敞口的熔化炉的三侧的上方有移动的耐火材料板壁，如图中由17表示，当把这些板壁17降到熔化池的侧壁8上时，可以使熔浴与外界隔热，这个作法可以在熔化炉中止生产“备用”的时候实施，因为这时不必向炉内供料。在上述合拢期间，可以避免大量的热损，而且可以在不必提供外部能源的情况下使熔浴延续几个小时。

如图中所示，一般是把电极7提升以后才降下移动板壁17，然而也可以在板壁17上挖些与电极支臂18相吻合的凹形缺口，一面使熔化炉周围被封闭，一面使电极保持在原来位置上。因此，这种安排可以提供所需的热量以使熔化炉能够持续时间很长的停车备用状态。

如果其场地实际上受限制时，对于熔化炉本身来说，上述那种类型的分布装置13是很适宜的。当把使用燃料能源的熔化炉改装成电解熔化炉时，实施本发明是非常有益的。在装有燃料喷嘴的熔化炉的情况下，组分的熔制实际是以点状的方式在熔化池的一端实现的。因此，不能考虑在熔化炉附近有能装下庞大的供料装置的场地。

如果不存在场地问题时，人们能够提出其它的供料装置，特别是包括皮带输送机可在熔化池上方移动装置。在这种情况下，一般把输送机安置在熔化池的一侧，它应该有足够的长度，以使在移动时它的端头能达到熔化池的另一侧，另一方面，当输送机处于“缩回”位置时，也就是说，当它的端头位于最靠近熔化池的边沿时，至少在整个熔化池的宽度上，该输送机伸到熔化炉外面。不管选择什么样的供料方式，它总是安置在电极和电极支架的上方，正如图8中特别表示的在实施过程中分布是均匀的，而不顾在放下组分的轨迹上的其它构件的存在。实际上，电极及它们的支架的截面是足够小的，以至于不会妨碍上述的均匀分布，另外，为了避免在支臂18上出现组分的积聚，则最好采用圆形外廓的支臂。例如可以采用圆柱形截面的支臂。

为了更换电极或为了使熔炉处于停车备用状态等的操作上的变更，应该使电极能从熔浴中被取出。图8还显示了实施上述操作的简单的专门装置。在所示的实例中，电极是被固定在支臂18的一端上，正如我们比较清楚地看到的那样，它还装有电线的导管以及通冷却液的导管。

支臂18通过19与轴绞接，以使整个支臂和电极能够摇出熔炉，为此，根据在侧壁8上的边缘和熔化池上的耐火材料之间可利用的间隔选择支臂的形状和绞接点的位置。当熔炉的尺寸较小时，这种布置同样是很容易的。超过支臂18的一定长度时，就不考虑进行上述摇出操作了。同样的道理，在如图1和2的实例中，应该在熔炉的一侧放置三个用以支撑电极的支臂，而在另一侧则放置另外三个支臂。然而，也可采用其它的放置方式，即只在熔炉的单侧安置支臂，通过这些支臂提举电极和它们的支架。在以上所有情况下，需要使用又能转动又能移动的移动式支臂，以便在熔化炉中有两组以上电极的情况下实施上述操作。

使电极支架在水平方向能移动是至关重要的，以便为适应某些特定操作形态时能够改变电极的放置位置。支架的上述移动能力可以用常规方法实现，例如，在移动起落架上放置能支撑电极的装置19，或者采用伸缩式的支架18。

实施本发明方法的特点在于电极的浸插深度是可以调节的，在前述的许多建议中，也有许多有关改变浸插深度的设想，然而，这种改变深度的作法一般是通过移动电极主体本身达到的，这些电极则装在用于支撑它们的装置上，或者通过移动支架本身达到的。

第二个解决方法不符合下列理由。在玻璃电熔化过程中所采用的电极是钼电极，它们的支架一般是耐热钢。为了防止空气对钼的氧化作用，电极和支架的接头是放在熔浴液面下，因此整个钼电极是浸入浴中，因而不受外界空气的侵袭。相反，支架的浸插应该尽可能的少，以防止过快的损坏，如果要限制上述损坏，支架的端头应该高度冷却。因此，不可能采用这样的支架实施改变浸插深度的操作。它只能在熔浴表面上方保持不变的位置。

关于第一个解决方法，即移动装在支架套里的电极，则需要考虑本发明支架分布的机构。这机构务必装在位于熔炉围墙范围内的支架上。这势必增加了支架的体积，我们知道为了使组分能够很好地分布，希望使支架尽可能少地干扰这种分布。因此这种解决方法也不是适当的。另外，在熔炉围墙范围内布置一个调节机构，这个机构势必受到氧化和应力的影响，将对其使用寿命不利。

因此，根据本发明，通过挑选适当的电极主体来确定调节浸插电极的长度。在较佳实施例中，能够方便地更换电极。支臂18能够摇转的事实，马上就能表达出电极主体的实际意义。它在支架上的固定方式也是很简单的，如图10中所示。即把电极主体7用螺钉在支架上相应的螺纹端20上拧紧。

在图10的实例中，电极支架包括两个部分，第一部分是由支臂18组成的，其中特别安置用于循环冷却液的两个管道21和22，在支臂18上还装有电线23。管道21、22和电线都固定在绝缘盘24上，盘24与导电盘25相贴合，而盘25又与电极支架26相联结。

支架26是由两个同心的圆柱形管所组成，以形成冷却液的循环范围可及到端头20为止，而该端头20上装有电极，为了保护好支架26和电极主体7的联结，应把内管27延伸至螺塞20上，在这里与外管28端头合拢。

在实施中，在臂18和支架26之间的联结深深地浸入熔炉中，换言之，所有用于循环冷却液或用于装载电线的上述连接都经受很高的温度。实际上最好应该把上述构件的连接放置到熔炉外部或者至少是与熔炉的侧壁一般高的位置上。

Claims (15)

1、用于处理玻璃炉料的电熔化工艺方法，其中通过在熔融料中的垂直浸插的电极使能量以焦耳效应的方式耗散，欲熔融的组分以均匀的相层散布在熔浴的表面，其特征是其中的电极是与耐高温熔化池壁保持一定的距离分布的，电极与最靠近的侧壁的距离至少是相邻的两个电极之间距离的一半，而且其中的最高温度值是由电极的浸插深度所调节。

2、据权利要求1的方法，其中熔浴的深度至少是500毫米。

3、据权利要求2的方法，其中在操作状态下电极的浸插深度不超过熔浴深度的四分之三。

4、据权利要求2的方法，其中在操作状态下电极的浸插深度不超过熔浴深度的一半。

5、据上述权利要求中之一的方法，其中在处理硅-钠-钙玻璃时，当其操作量是2.5吨/米²日以上时，熔炉底的温度值维持在1400℃以下。

6、据上述权利要求中之一的方法，其特征是在生产硅-钠-钙玻璃时，当其操作量是在1吨/米²日以上时，其能量消耗都小于1000千瓦小时/吨玻璃。

7、用于处理玻璃炉料的电解熔化炉，其中在熔融料中能量是以焦耳效应的方式耗散的，熔化电极从熔浴（9）表面开始，穿过覆盖熔浴的欲熔化组分的表面层（10）垂直浸插至熔浴中，其特征在于，电极（7）是由移动式支撑物（18，26）携带，支架和电极的连接紧紧地位于熔浴表面下，组成电极（7）的构件是可相互替换的，不同长度的构件组（7）可以改变其浸插深度，因此熔浴的区域所持的温度为最高。

8、用于处理玻璃炉料的电解熔化炉，其中在熔融料中能量是以焦耳效应的方式耗散的，熔化电极从熔浴（9）表面开始，穿过覆盖熔浴的欲熔化组分的表面层（10）垂直浸插至熔浴中，其特征在于，它包括耐高温熔化池，有规则地分布在熔浴表面上的通入三相电流的电极（7），这些电极至少分布成每排各有三个电极的两排电极组，第一排的电极分别供入R.S.T分布的三相之一，另一排的电极分别供入T.S.R相反分布的三相之一，R.S.T和T.S.R的相反分布使每排中的当中的电极变成同相，而每排两端的电极则变成异相，两排之间的距离与同一排中两个电极之间距离近似相等，熔化池耐高温侧壁与最近电极之间的距离至少是两个相邻电极之间距离的一半。

9、据权利要求7或权利要求8中之一的熔化炉，其中的熔浴深度至少是500毫米。

10、据权利要求7-9中之一的熔化炉，其中熔化池顶上置有耐高温的拱顶（12），把电极（7）和支撑这些电极的构件（18、20）插入到拱顶（12）和熔化池之间的空间，其中熔炉的侧边没有贯穿拱顶。

11、据权利要求7-9中之一的熔化炉，其中电极（7）和它的支架（26）固定在与轴（19）相铰接的支臂18上，支臂（18）的形状和其铰接位置（19）能够使电极及其支架通过围绕轴（19）的支臂（18）的摇转而被提举。

12、据权利要求7-11中之一的熔化炉，其中通过位于电极（7）和其它支撑构件（18，26）上方的装置（13）向熔化池输送欲熔化的组分，这装置（13）是可以移动的，通过它在熔化池上方的移动即可确保组分（10）能完全覆盖在熔化池表面上。

13、据权利要求12的熔化炉，其中供料用的装置（13）包括在整个熔化池宽度上展开的分布装置（13），该分布装置能在占居整个熔化池长度的轨道（14）上移动。

14、据权利要求13的熔化炉，其中还包括置于熔化炉一端的用于向装置（13）加料的设备（16）。

15、据权利要求10的熔化炉，其中还包括一个或几个可移动的垂直板壁（17），使其在熔化炉停车“备用”期间与拱顶（12）一起在熔化池上方合拢，在熔炉处于操作状态时，这些可移动的板壁抽回原处，在熔化池和拱顶（12）之间留有能足以使提供欲熔化组分的装置（13）自由通过的空间。

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