玻璃熔窯鼓泡是玻璃熔化過程中一種強制性的助熔措施,由於鼓泡技術比較經濟、安全和易於操作而被廣泛地應用於各種玻璃熔窯。
1、鼓泡的作用
(1)整體上改善並強化了池窯玻璃液的對流循環體系(大環流) ,促進了玻璃熔制所必需的熱能傳遞、交換與吸收,加速了玻璃熔化,提高了火焰空間輻射熱能的利用率。
(2)在鼓泡區局部形成氣動攪拌,產生強制玻璃液上中下各層間混合的局部環形對流,使玻璃形成各組分之間的反應、擴散、融合更趨充分,速度加快。
(3)玻璃液大環流的強化與局部環流的建立,縮小了液面層與底層玻璃液之間的溫度差(降低了溫度梯度),提高了整體玻璃液的溫度,使澄清區玻璃液黏度顯著降低、供料道玻璃液溫度大幅度提高。
(4)每組鼓泡呈「一」字形橫向排列,在玻璃液橫斷面形成一道氣幕屏障,有效阻擋了配合料堆的分散前移(防止跑料),玻璃液質量更趨穩定。
(5)鼓入壓縮空氣,使玻璃液局部氧化性增強。
2、鼓泡技術工藝
鼓泡不是玻璃熔制所需的熱源,而是有效輔助玻璃高溫熔制的一種強化手段,它與窯爐結構、溫度制度、火焰狀況、配方特性、加料狀況、質量要求、操作水平等共同構成了池窯熔化工藝的整體,換言之,它是池窯熔化工藝不可分割的一部分。因此鼓泡的運行和調整必須與其它工藝條件有機結合。生產中發現一個產品出現質量問題,往往是各工藝條件共同作用的結果,單獨依靠鼓泡解決不了問題。
2.1 鼓泡與熔化工藝
在此特別提醒注意,玻璃窯爐即便是其它條件相同,有鼓泡的池窯與無鼓泡的池窯在熔化工藝制度上存在著較大區別。
熔化溫度: 在增大出料量或解決熔化質量問題當中,沒有鼓泡的池窯往往靠提高熔化溫度就可以做到,有鼓泡的池窯則強調爐溫、火焰與鼓泡的配合。一般說熔化溫度制度應以將玻璃液熱點區控制在鼓泡與窯坎之間為最佳,鼓泡以左右均勻平衡,各支鼓泡點作用區在玻璃液面接近相切為最佳狀態。
火焰: 馬蹄焰火焰長度需越過鼓泡達到窯坎位置,火焰氣氛以偏氧化焰較理想,這樣有利於消除或減弱鼓泡區周圍泡沫層。
加料: 採用鼓泡時不再刻意強調薄層加料,但料堆橫向分布均勻至關重要,否則在鼓泡的作用下容易造成玻璃液橫向溫度波動、玻璃液流紊亂。料堆(小料包) 可趨近鼓泡,但不允許有大料堆越過鼓泡,否則在鼓泡的推力作用下,料堆前移更遠。配方應根據玻璃料的組成和熔制特性進行調整,氧化性配合料與鼓泡氣的氧化作用一致,一般不需調整。其它非氧化性配合料則需要微量調整還原劑比例,以平衡鼓泡的氧化氣氛。
2.2 鼓泡的工藝調整
鼓泡的調整是通過調節泡頻和泡徑來實現的,通常情況下泡徑一次性調整到位即可,只有在玻璃液實際溫度大幅波動的情況下才會出現明顯偏差,調整為各鼓泡點作用區相切的狀態為最佳。而泡頻則是根據出料量、池底溫度的變化來調整,出料量增大、池底溫度降低泡頻提高,出料量減小、池底溫度增加則泡頻降低。在正常生產情況下,泡頻可以進行微調,通常一次調整0.5次/min,至多可以調整1次/min(微調目的是確保玻璃液溫度恆定,玻璃液流平穩,生產穩定)。
2.3 鼓泡(以單排均化鼓泡為例)與窯爐工藝設計
鼓泡的設計與排布需要考慮3個方面的問題:
(1)窯型結構、火焰長度、池深、有無窯坎、池窯運行周期;
(2)玻璃配合料熔制特性,如熔化速度、高溫黏度、碎玻璃比例等;
(3)設計熔化率、設置鼓泡工藝目的(偏重提高產量或質量)。
一般情況下,鼓泡點間距為500 mm左右,兩端鼓泡點與池壁側牆間距為650 mm左右; 一組鼓泡呈「一」字形橫向排列,鼓泡口突出鼓泡磚上沿約100 mm。馬蹄焰池窯的鼓泡位置一般為窯長的55%~70%處( 距窯坎近邊1000 mm以上)。
2.4 鼓泡安全運行的兩方面
(1)鼓泡系統的安全運行是由鼓泡設備和材料性能以及正常的供氣、供電和操作維護所決定的,特別是鼓泡設備的性能、可靠程度,既決定了鼓泡運行精度,又直接影響了系統使用壽命。
(2)鼓泡區及爐底的侵蝕衝刷是不可避免的,它是由液流循環加劇和深層玻璃液溫度提高所造成的,使用池底鼓泡時,除通過鼓泡冷卻風強制冷卻外,還必須合理調整鼓泡避免劇烈運行,在滿足熔化工藝前提下儘量弱化。
3、鼓泡綜合作用工藝效果
某公司80 m2 窯爐泡徑一定時不同料色不同泡頻鼓泡應用前後技術經濟指標對比如表1 所示。
(1) 有效地提高了玻璃液的溫度和理化均勻性,瓶罐玻璃的環切提高一個等級,密度差值縮小可達 △d ≤5×10-4,成品率顯著提高。
(2)原料結石率大幅降低。
(3)支持提高碎玻璃比例,碎玻璃由原來的 50%提高至 80%時,各種理化性能指標未見明顯降低,支持縮短換料時間,一般可縮短近1 /3。
(4)玻璃液澄清質量進一步提高,外觀可見氣泡基本完全消除,很難產生二次氣泡。
(5)池窯熔化能力提高、產量增加,池窯熔化率可增加 15%以上。
(6)火焰空間熱能利用率提高,有效提高了玻璃液溫度,特別是池底玻璃液溫度可提高200 ℃左右,出料量不變時,熔化溫度可降低 20~30 ℃,熔化溫度不變時,出料量明顯增加。
(7)供料道玻璃液溫度大幅度提高後,明顯減少供料道能耗。
(8)壓縮空氣對玻璃液的氧化作用,生產棕色料時噸玻璃碳粉的消耗量需要增加。
4、結語
鼓泡技術是強化玻璃熔融過程和穩定熔制工藝的十分有效措施,必須結合窯爐具體情況合理設置、合理使用才能發揮其最佳效果,達到改善熔化、澄清效果,提高產品質量產量,降低熔化溫度,節省能源消耗,延長窯爐使用壽命。