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玻璃全电熔和电助熔窑炉技术的最新进展
发布时间：
2019-01-22
随着钼电极的研究发展，特别钼电极安全地投入使用，推进了玻璃电熔和电助熔的商业化的实现。大约在60年前，美国人LarryPenberthy首次采用电助熔，在电助熔技术发展初期，为了安全使用钼电极，需要一个专门的电极冷却系统，以确保钼电极在600℃时不被氧化。第一个电极冷却水套采用溅射冷却结构，水套为管状结构，内部的水管喷射冷却水到水套的端部，然后水沿着钼电极回流，最后经过回水管进入水循环系统的水池。这种水套效果显著，对侧墙电极而言是一个相当好的冷却装置，该水套结构简单实用，能耗低等优点，当然也有缺点和不足。这种溅射冷却水套对循环水的水质要求不高，但是对于今天规模越来越大的玻璃电熔窑炉来说是不太适用的。
1、水套的介绍
随着钼电极的研究发展，特别钼电极安全地投入使用，推进了玻璃电熔和电助熔的商业化的实现。大约在60年前，美国人LarryPenberthy首次采用电助熔，在电助熔技术发展初期，为了安全使用钼电极，需要一个专门的电极冷却系统，以确保钼电极在600℃时不被氧化。第一个电极冷却水套采用溅射冷却结构，水套为管状结构，内部的水管喷射冷却水到水套的端部，然后水沿着钼电极回流，最后经过回水管进入水循环系统的水池。这种水套效果显著，对侧墙电极而言是一个相当好的冷却装置，该水套结构简单实用，能耗低等优点，当然也有缺点和不足。这种溅射冷却水套对循环水的水质要求不高，但是对于今天规模越来越大的玻璃电熔窑炉来说是不太适用的。
随着窑炉规模的增大和更有效的底插电极技术的实现，形成了改进的电极水套，即一种有内在水路的水套。这种水套在目前的玻璃行业中应用非常广泛，但是它也有许多不足，主要是（1）容易堵塞；（2）对周边的耐火材料提出了抗热震的要求；（3）在推进电极方面有一定危险；（4）在窑炉使用后期很难进行回收利用
2、可推进电极的水套
近几年来，窑炉的炉龄增长很快，这需要冷却水套在连续操作工艺中能使用15年。
电极水套的最大问题在电极的推进过程。依照电极的推进设计，最快一般每3个月需要推进一次，最少的每7年才推进一次，如FIC设计的浮法玻璃窑炉。推进时间差异如此大，主要是由于玻璃种类，熔化率，特别是推进设计结构决定的。电极水套通常损坏在推进过程中，原因主要是为了能推进电极，需要关闭冷却水，从而使水套整体温度上升，导致水套附近固化的玻璃软化达到推进的目的。几乎所有的电极水套都是由耐热不锈钢制作，需要承受1100℃的高温。然而，在推进水套后，最大的问题出现在水套的再次进水。因为水套前端温度高达1100℃，冷却水需要非常缓慢的加入，以防止巨大温差造成的损害。然而，由于窑炉操作工在电极推进过程中已经又热又疲劳，希望早点结束该项工作，在实际操作过程中往往总是不够缓慢的进水。
很明显，冷却水因为注入太快而引起热冲击，但是已经在推进过程耽误的时间，如果不及时推进也会造成水套的损坏。一旦发生了热冲击，水套焊缝会开裂或者堵塞水套，将造成水套的永久性破坏，因而造成冷却水外溅和浪费。因为现在大多数的推进系统都是关于垂直电极的，流到地面的水损耗是很高的，导致电极的钻孔或者改变电极位置，这是一个需要深入研究的工作，而且费用昂贵。
此外，在推进电极时，引进的冷却水到达水套的高温部分后，将产生不易被观察到的热蒸汽，很容易烫伤旁边操作工。不管怎样，冷却水仍然需要缓缓引入，有些公司利用空气冷却系统来缓解这个过程。随着时间的推移，封闭冷却水套，即使使用处理过的水，也会慢慢的发生堵塞，最终冷却水停止运行，不得不采用溅射冷却。有时冷却水逆流也可能清除堵塞的水套，另外解决的办法就是注入柠檬酸。如果水套里的冷却水液流减少，注入系统的柠檬酸可以减低水套被堵塞的几率。当发生堵塞的时候，有些公司通过打开另外的独立水路，来控制冷却回路。FIC开发了一个可替换的独立水路，后来发展到多个独立水路。
3、新型高质量水套
综上所述的这些标准水套系统，水冷却旋管是水套的核心部分，它不但吸收水套前端的热量，也吸收水套周围的热量。这也导致了从耐火材料的热吸收，并导致星型裂纹。一些供应商已经认识到了这个问题，并在水套的外面包裹上绝缘材料来减少其影响。FIC早在20年前，就发明了一种新的水套，克服了上述的所有不足。
FIC的高‘Q’水套的生产已经超过了7000多支，代表了目前的先进水平，可拆卸的水路是它的主要特征。这个水路可以由普通员工进行拆卸需要不到十分钟一次，仅需要三个工具来完全分离和完成整个过程。由于有很大的截面积，因而对冷却水的水质要求不高。其实，必要的时候，也可以直接使用河水。可装卸的水路并不直接接触水套本身，它有一个空气隔层，确保冷却水仅仅对水套的前端起作用。这样就减少或者完全消除由热冲击所引起耐火材料的星型裂纹。此外，这种水套是由资深人士设计的，他们在电助熔和电熔炉方面都有丰富的经验，任何可能发生导致失败的事，其解决问题的方法在设计的时候，已经考虑进去了。
例如，为了防止万一可拆卸水路与水套其他结构粘在一起了，通过设计一个jacking系统来保证水路的正常抽出。同样，用于测量水套前端温度的热电偶是独立的，因此，需要更准确地测出水套高温部分和耐火材料的温度，精确显示水套周围的玻璃软化点，以确保电极的推进。这意味着可以很容易的确定什么时候推进电极。在这个问题上，还要说明的是，千万不要在使用水压水套的情况下来推进水套，这样不仅会造成周边耐火材料的损坏，还可能使整个水套散架。FIC的固定方法是通过使用螺杆结构，在不破坏电极和耐火砖的情况下，给电极施加合适的压力。如果施加太多的压力，螺杆会受到损害，但是耐火材料和水套自身不会受到损害。如果有必要的话，这些螺杆是很容易更换的，而且是处处都有的标准件。如果耐火材料发现意外的损坏，如果需要，该固定结构还可以往外抽出水套。
这种高‘Q’水套的另外一个重要创新点在于推进电极的时候，不必切断冷却水，因为冷却水旋管是可移动的。缩回冷却水管是为了不再接触水套前端和电极，这样玻璃就可以自然地升温。因为冷却水并没有停止，所以不会有产生过热蒸汽的危险，也不会对工作人员造成烧伤。这也是目前健康与安全劳动法的重要特征。
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