供料道的电加热——供料道电加热的设计

14.2 料道与工作池的接口

料道入口与工作池接口通常有以下几种形式：

1.敞开式：它指的是料道上部空间和澄清池空间是连通的。料道借助于工作池内火焰。本意是减少料道电加热量。结果是虽然在料道中使用了电加热，但不能完全补偿工作池带来的温度波动。所以这种料道一般用于成型温度宽、质量要求低的玻璃品种。

2.火焰空间隔离式：在敞开式料道入口处加一块挡砖隔离工作池火焰。料道温度由电加热单独控制。这种料道可获得稳定的成型温度。但电加热功率要相应增加。

3.料道入口的截面较小：料道底部有斜坡，挡砖沉入玻璃液面下2-7cm，彻 底实现工作池和料道隔离。这种料道实现更为精 确的温度控制，取工作池中下层料，避开工作池料皮可能引起的产品缺陷。但应注意：由于料道入口处玻璃液流速较快，挡砖通常用氧化法生产的AZS41号砖，如用其它材料做挡砖玻璃液以下的部分很快就会被侵蚀掉；狭长的料道入口将导致玻璃液温度下降100℃以上，所以这种料道要投入较多电加热功率；料道入口玻璃液温度低电阻大，变压器为高电压、低电流的工作方式，所以必 须有安全措施；狭长料道入口会给料道启动带来困难，所以变压器二次侧绕组应有灵活抽头和接法，启动高压一般不大于400伏。

14.3 电加热料道能耗的计算和变压器功率确定

变压器功率的数值依赖于玻璃液的热工参数：比热C、出料量m和温升△t。玻璃液每分钟吸取的热量为Q玻=GC△t=GC（t2-t1），并等效电加热产生的焦耳热量Q电=0.24P×60=14.4P，即GC△t=14.4P，式中G-出料量Kg/min，△t-温升℃，C-比热Kcal。℃，不同的玻璃液温度对应着不同的玻璃比热C，由表14.3.1给出了棕色啤酒瓶的比热。在熔融玻璃液中，当玻璃液的温度有一微小变化时，将引起一个微小的电功率变化，当玻璃液基本温度t1=1000℃时，不同的加热温度代入式Q玻=GC△t=GC（t2-t1）计算的电功率数值见表14.3.2。通常料道温度取1020-1070℃范围，这时P的范围在0.377G-1.33G（Kw）。(不考虑料道散热)

1．电加热能耗的计算

    电加热的能耗是指料道正常生产时需要补充的热量。玻璃液在料道中是一个降温过程，因此理想的情况应该是不需要补充热量的。但是由于流入料道的玻璃液有温差，而且玻璃液在料道中冷却过程还会产生温差。为了消除这些温差，就需要外加热量。

料道热平衡如下：Qi+Qf=Ql+Qo+Qc+Qd，Qi-进入料道的玻璃液带入的热量，Qf-电加热带入热量，Ql-料道散热损失，Qo-成型玻璃液带走的热量，Qc-冷却风带走的热量，Qd-克服玻璃液温差所需的热量。

电热料道所需能耗与很多因素有关，很难用一个准确的数据概括。如果用每米千瓦数来比较，则在实际料道中，高的达30Kw /m以上，低的则为0.2 Kw/m以下。对于一条特定的料道，可以根据经验估计出该料道所需的每米千瓦数，而估计的原则基本上就是以下归纳的七条。其中，玻璃液进入料道的温度、出料量和产品必需的成型温度是主要的影响因素。

（1）进入料道的玻璃液温度：从流液洞的结构和火焰空间的分隔来估算进入料道的玻璃液温度。①流液洞结构的影响：熔化池流过来的玻璃液在进入流液洞时都有相当大的温度降低，而这个温度降低值又和流液洞的结构形式有很大关系。在一些, 生产瓶罐产品的池窑中，流液洞宽、高、短，则玻璃液在进入料道时温度降低不多。但对于那些深型、长程（800-1000mm）且通道面积小的流液洞，则这个温降最高可达300℃。②火焰空间分隔的影响：有些池窑的熔化池与工作池的火焰空间完全分隔，则工作池玻璃液的温度较低；而有些池窑的熔化池与工作池的火焰空间部分分隔或不分隔，则工作池玻璃液的温度相对较高。

所以进入料道的玻璃液温度，应考虑到窑炉流液洞的结构形式（流液洞是短程还是长程）。料道是深层取料还是中层取料，截面积是扁窄还是宽大。火焰空间是全分隔还是部分分隔。

（2）料道玻璃液的出料量:出料量大时，所需补偿的热量就小；出料量小时，所需补偿热量就大；在零出料量时，需补偿的热量达到极限值。在设有刮料、放料的料道中，不要把这部分出料量算进去，而以正常生产中的最小出料量为依据。若电气设备可以满足零出料量，则非常有把握满足其它情况下的料道运行。但流液洞过来的玻璃液温度不能太低，否则在硼硅酸盐玻璃、氟化物玻璃中有可能出现析晶；在含钡玻璃和硫碳着色的玻璃中可能出现大量二次气泡。

能耗确定和设备选取以零出料量进行设计是很不经济的。因为零出料量情况是发生在更换料盆或其它停止出料的情况，不是常态。但为了保证再起动顺利，设备容量必须是正常使用值四倍以上，这就大大增加了投资并且大大降低了设备使用效率。所以在有条件的场合，不按零出料量来确定设备功率。在停止出料而使玻璃变硬后，再起动可由燃料（煤气、重油、柴油或辐射电加热）来辅助进行。

对于浸没式料道（料道内没有火焰加热，玻璃液全部充满料道），功率确定必须按零出料量来设计，因为燃料是无法协助再起动的（首次起动仍必须依靠火焰）。

（3）料盆的散热：料道温度由后向前是逐渐降低的，料盆处安装电极主要是想获得一个较均匀的温度以利于成型，此处的电加热功率有5Kw即满足需要。对于有搅拌浆、观察孔或烟囱等的料道，这部分散热（烟囱在不用时虽已封死，但仍为一个散热体。搅拌桨间隙也有辐射散热）一般取10-15Kw补偿值。

（4）料道保温情况：料道保温好与差将影响功率投入量的20%左右，对于有良好保温措施的料道，其料道外部温度不高于100℃。料道的保温应该考虑四周保温。

（5）料道上部空间的大小：料道上部空间愈大，散热面积愈大，散热愈多，但用火焰再起动的料道中，这个空间又不能太小，一般取上部空间的高度为195mm左右。还有一些料道，上部与工作池连通，借助于工作池的余热来补充料道的热损，减少电耗。这时的料道空间可以宽大些。

（6）与产品的成型温度有关：①产品的大小及形状的影响，对于如保温瓶胆这样的大产品，料盆处玻璃液温度约为980℃左右，而对于小件产品（料滴重约数十克），料滴温度在1050℃左右。小件物品耗电量大，一是成型温度要求高，散热加剧；二是由于出料量小，从工作池由玻璃液带来的热量少。所以，小件物品的耗能随其重量减少而成倍增加。对于同重量的产品，口径大小亦影响功率，口径大者，在机制成型时容易打上口，而小口径者，温度稍高些才易打上口。所以后者所需补偿能耗要稍大些。②与玻璃的品种有关，玻璃品种影响电耗是指其粘度不同所产生的影响。例如重量大约相等的小瓶，生产化工用的棕色瓶的料盆处玻璃液温度为1060℃，而生产白料墨水瓶的料盆处玻璃液温度为1200℃，显然，这一百多度的差别会使后者的补偿能耗大大高于前者。在料盆处，当把玻璃液温度从1000℃加热到1050℃用数千瓦电就足够了，但要把玻璃液温度从1150℃加热到1200℃是困难的。所以对于粘度较高的玻璃，应提前加热，并保证玻璃液从流液洞出来后就有较高温度。例如白料，以1350℃左右为好，然后才能方便地控制玻璃液温度沿料道长度斜向下降，直到料盆处的成型温度为止。

（7）电极尾棒的散热：当电极数量使用较多时，电极尾棒暴露在空气中的这一部分散热必须考虑。靠近料盆处的电极尾棒外露部分为50mm。一支电极的尾棒散热约0.2-0.3Kw。例如对于端—端导电的半球状电极，若使用窄高型截面的料道，使硬质玻璃所呈现的电阻为2Ω则一对电极需输入1Kw电，而电极尾棒则要散失0.4Kw电，其效率为60%。当电极间电阻不能保证2Ω，例如是0.5Ω时，则电极所能投入的功率（按0.6A/cm2限制值）最大为0.25Kw，其尾棒散热为0.4Kw，则这种加热就毫无意义了。

2.变压器功率的确定

电加热所需功率主要取决于料道所需补偿的能耗。 在决定变压器容量时，还要考虑到：(1)因变压器阻抗匹配而需富余的容量；(2)首次启动和中修时二次启动的情况；(3)停电之后，上部用煤气加热尽快恢复生产的情况。通常需按料道所需最高温度(例如小产品时)和最大供热情况（例如小出料量甚至是零出料量时）再次增加变压器的富余容量。因此，一般情况下，变压器容量是正常使用功率的4倍。

14.4 电极配置

插入玻璃液部分的电极是钼棒，而暴露于空气的电极采用耐热钢这样可以不用水冷却。这种电极使用寿命可达3年以上。

    电极插入深度为100mm，电极距料道底部的距离为玻璃液深度的4/9。这样在玻璃液的侧面和下部电流密度较大，因而可以补充散失的热量，使料道横截面上温差减小。

    使用这一方法时，所用电极直径一般为35mm，电流密度要控制在1A/cm2以下。所用电极数目要根据玻璃液的电阻和投入功率计算后确定。玻璃液电阻则要根据模拟试验结果来决定。

    使用这种方法时，其温度控制可以通过控制电极间平均电阻来实现。由于玻璃液电阻率是温度的函数，因此当电极间平均电阻率稳定在某一数值时，玻璃液平均温度也稳定在一定值。

当然，按照上述原理也可以用多个板状电极，或氧化锡电极，如果设计合理也可以达到上述效率。

14.5电加热料道用的耐火材料和保温材料

料道所用的耐火材料以往常用硅线石砖。为了提高玻璃的质量，现已普遍采用电熔锆刚玉砖。也有使用α、β氧化铝电熔浇铸砖的，但是这种砖制成薄壁的或形状复杂的制品是比较困难的。氧化法生产的AZS电熔锆刚玉砖，不易使玻璃液中产生结石、条纹或气泡，同时能制造相当复杂的形状，所以近来已广泛用来制造料道砖。有些玻璃厂用标准形烧结刚玉砖来砌筑料道，砌筑时一定要使砖缝接合严密，否则玻璃液透过砖缝，对刚玉砖产生剧烈的向上穿孔侵蚀，致使玻璃产生结石、条纹等缺陷。

在电加热料道中，耐火材料的导电率具有十分重要的意义。通常耐火材料的加热温度范围为1000-1500℃，其导电率比玻璃液小9-15倍。从一般意义上讲，耐火砖的导电率应越小越好，这样方可避免不必要的感应电流加热，并可防止耐火材料与熔融玻璃液间有害的离子交换，这种有害的离子交换将会污染玻璃液，导致质量下降。

采用直接电加热是在玻璃液内部产生并交换热量，这时与用火焰加热相反，玻璃液表面温度较低，因此料道必须砌筑较好的保温层以减少散热损失，提高热效率。料道耐火材料外壁温度通常在500℃以下，普通保温材料均可使用，考虑到砌筑方便，材料具有一定机械强度，内层可选用轻质粘土砖保温，外层用硅酸铝纤维。