一种玻璃配合料的加热方法与流程

本发明涉及玻璃制造技术领域，特别是涉及一种对玻璃配合料进行加热的方法。

背景技术：

生产难熔玻璃时，如高铝玻璃、高硼硅玻璃、微晶玻璃，玻璃的熔化澄清十分困难，需要通过提高熔化温度、采用特殊熔化方式、向玻璃配合料中添加澄清剂的方式来解决。提高熔化温度会加重火焰对玻璃窑炉中胸墙、大碹等的烧损程度，导致玻璃窑炉的寿命降低；特殊熔化方式会降低玻璃窑炉的安全性；添加澄清剂会增加玻璃生产成本。

同时由于难熔玻璃的熔化温度高，且燃烧喷枪交替燃烧，为了保证玻璃液温度的稳定，燃烧火焰的长度均要超过玻璃熔化池的中心区域，如此两侧的火焰都会覆盖玻璃液中心区域，火焰对该区域胸墙、大碹的冲刷和烧损严重，导致玻璃窑炉的寿命大大降低。此外，玻璃液中心区域被重复加热，与周边区域的温差大，使得玻璃液混合不均匀，熔化质量差，导致生产出的玻璃缺陷多，影响玻璃产品的质量。

生产易挥发玻璃时，如硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、高碱硅酸盐玻璃，玻璃的原料组成中有容易挥发的原料，在加热熔化过程中，由于现有玻璃窑炉会重复加热熔化池的中心区域，使得这一区域的温度高，从而增大了易挥发玻璃原料的挥发量，导致玻璃产品中易挥发原料的含量达不到设计要求，影响玻璃质量。为了保证这些易挥发原料在最终形成的玻璃产品中的含量，只能在熔化前的配料过程中增加易挥发原料的用量，以补偿这些原料在熔化时的挥发量。这样不仅会增加原料成本，易挥发原料挥发后进入烟气，还会导致烟气中固体颗粒物的浓度增高，造成排烟通道的堵塞，增加烟气除尘的负荷，提高玻璃的制备成本。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种保证玻璃产品质量的前提下降低玻璃制备成本的玻璃配合料的加热方法，在加热熔化玻璃配合料的过程中使用玻璃窑炉用来将玻璃配合料加热熔化成玻璃液，所述玻璃窑炉包括窑炉侧壁，熔化池，和位于熔化池上方、构成玻璃窑炉顶部的大碹，在熔化池底部设有多个燃烧喷枪，且在玻璃窑炉的侧壁上不设有燃烧喷枪；

加热过程为：控制熔化池底部的燃烧喷枪中燃料燃烧，喷出竖直向上的火焰将熔化池内的玻璃配合料加热熔化成玻璃液。

所述加热过程具体为：控制熔化池底部的所有燃烧喷枪同时开启，进行燃烧；同时，调整燃烧喷枪的火焰高度不超过设定的玻璃液深度的3/4；竖直向上的火焰将熔化池内的玻璃配合料加热熔化成玻璃液。

所述燃烧喷枪中的燃料选自天然气、液化气或重油。

所述燃烧喷枪中的助燃介质选用氧气。

所述燃烧喷枪的燃烧用量为30-150nm³/h。

所述燃烧喷枪的枪头朝向玻璃液面线方向，且与玻璃液面线垂直。

所述燃烧喷枪按4-9支/m²熔化池底部面积设置。

相邻两个所述燃烧喷枪的间隔为40-90cm；优选的，所述燃烧喷枪与熔化池池壁的距离≥30cm。

所述玻璃窑炉中大碹垂直方向的高度与水平方向的宽度比值为1/10-1/6。

只在所述熔化池池壁的一侧上部设有排烟口；优选的，排烟口的面积是窑炉熔化尺寸的1/20-1/10。

本发明提供的玻璃配合料的加热方法，是从熔化池底部喷出火焰，火焰向上燃烧加热玻璃配合料，使其熔融成玻璃液。由于火焰直接在玻璃配合料内部对其加热，避免了从上至下的热量传导，玻璃液上方的温度降低，对于易挥发玻璃，可以使这一位置易挥发原料的挥发量减少，保证了在最终形成的玻璃产品中各元素的含量在设计范围内。由于原料的挥发量减少，无需额外加大易挥发原料的添加量，玻璃的制备成本降低；且进入烟气的挥发的原料量减少，烟气中固体颗粒物的浓度降低，烟气除尘的负荷降低。本发明的加热方法对于难熔玻璃，由于火焰在玻璃配合料内部，燃烧产物也在玻璃配合料内部产生，燃烧产物有助于玻璃液的澄清，可减少澄清剂的加入量，甚至不加澄清剂，在保证玻璃液的熔化澄清质量的前提下，可降低玻璃的制备成本。

同时本发明的加热方法中，由于火焰在玻璃液内部而不是玻璃液液面上方，无需在胸墙上设置燃烧系统、蓄热室和小炉等，可降低胸墙和大碹的高度，使得玻璃窑炉的结构更加紧凑；且玻璃液面上方无需燃烧的火焰空间，对胸墙、大碹的火焰冲刷和烧损程度大大减轻，从而使得玻璃窑炉的寿命也得以延长；不仅如此，胸墙和大碹使用的耐火材料的耐火等级也可降低，减少了玻璃窑炉的投资成本和运行维护成本。

此外，玻璃液没有被重复加热的区域，玻璃液整体温差小，玻璃液混合更加均匀，熔化质量高，生产出的玻璃缺陷少，玻璃产品的成品率提高。

附图说明

图1所示为本发明加热方法中所用玻璃窑炉内部的剖视结构示意图；

图2所示为本发明加热方法中所用玻璃窑炉内部的俯视结构示意图；

图中，1大碹，2加料口，3熔化池池壁，4排烟口，5流液洞，6燃烧喷枪，7火焰，8玻璃液，9熔化池池底，10玻璃液面线。

具体实施方式

现有玻璃窑炉主要以空气作为助燃气体，包括相对的侧壁(即胸墙)；设在侧壁顶部并用来连接相对侧壁，从而构成玻璃窑炉顶部的大碹(即碹顶)；以及置于窑炉内的底部，用来盛放玻璃液的熔化池。现有玻璃窑炉加热玻璃配合料时，由本侧蓄热室预热到一定温度(一般小于1000℃)的空气经小炉排至玻璃窑炉内，和燃料在火焰空间相遇，燃烧产生高温，燃烧产物(即烟气)通过侧壁上设置的排烟口进入对侧的蓄热室后经烟道排出，对侧蓄热室的格子砖将烟气中的热量储存下来，待烟气经烟道排出后，用于助燃的空气进入该侧蓄热室，蓄热室的格子砖将烟气中收集到的热量用于预热助燃空气，预热后的空气再经该侧小炉排至玻璃窑炉内，和燃料在火焰空间相遇，燃烧产生高温，燃烧产物再通过对侧侧壁上设置的排烟口进入对侧蓄热室后经烟道排出。玻璃窑炉燃烧系统如此循环燃烧对窑炉中熔化池内的玻璃配合料进行加热，使玻璃配合料熔融，成为玻璃液。

现有玻璃窑炉的加热过程，是在侧壁设有(且对称设有)燃烧喷枪，燃烧喷枪成对分布设置在相对的侧壁上，枪头均朝向玻璃熔化池。燃烧喷枪通常采用换向燃烧方式，即先开启一侧的燃烧喷枪(作为正常燃烧侧)，关闭另一侧的燃烧喷枪(此时该位置玻璃液上部没有火焰覆盖，作为无火焰燃烧侧)，对玻璃熔化池进行加热一段时间；然后换向，即：关闭这一侧的燃烧喷枪，开启另一侧的燃烧喷枪，如此反复，一般加热20-30min左右换向一次；正常燃烧侧负责加热玻璃液，无火焰燃烧侧负责将正常燃烧侧燃烧产生的燃烧产物排出玻璃窑炉，因此也称“烟气产生侧”。由于一侧燃烧喷枪开启后，该侧有火焰覆盖，该侧窑炉温度急剧升高，另一侧由于无火焰覆盖，窑炉温度升高慢，使得窑炉温度分布不均匀；为了保证玻璃液温度的稳定，就要求燃烧火焰的长度较长，超过玻璃熔化池的中心区域，这样两侧的火焰都会覆盖玻璃液中心区域，使得窑炉中心区域与窑炉周边区域的温差加大，也导致窑炉温度分布不均匀。窑炉温度分布不均匀会导致熔化池不同区域的玻璃液温差大，从而使得玻璃配合料熔化后形成的玻璃液混合不均匀，从而影响玻璃的熔化质量，导致生产出的玻璃缺陷多；同时由于温差大，温度高的位置氮气和氧气发生反应的速度也加快，产生的氮氧化物的量也增多，使得nox排放浓度和排放总量增加。

同时，用于加热的火焰在玻璃液液面上方，直接加热的是液面处的玻璃液，由上部的玻璃液将热量传递给底部的玻璃液；为了保证底部玻璃液的温度能够达到熔化温度，上部的玻璃液温度会比底部玻璃液的温度高很多，使得上部玻璃液中易挥发原料的挥发量增加，需要在配料时，增加易挥发原料的添加量以补偿挥发量，增加玻璃制备成本；挥发的玻璃原料随烟气排出，加重烟气处理负荷。

此外，加热过程中每次换向之间会有30s-2min的时间两侧的燃烧喷枪均处于关闭状态，即两侧都没有火焰燃烧，火焰的时有时无会使侧壁和大碹的温度骤升骤降，容易使构成其的耐火砖炸裂，降低玻璃窑炉的使用寿命。

在此基础上，本发明提供一种玻璃配合料的加热方法，将玻璃配合料熔化为玻璃液。该加热方法中将燃烧喷枪改设在熔化池底部，同时调整燃烧喷枪中燃料喷出速度(即燃料用量)，以实现火焰在玻璃配合料内部燃烧，在玻璃配合料内部对其加热，避免玻璃液液面中心区域持续加热，从而实现玻璃窑炉烟气中nox排放浓度和排放总量的显著减少。

对于易挥发玻璃，其产品中需要含有三氧化二硼(b2o3)、五氧化二磷(p2o5)、氧化钠(na2o)、氧化钾(k20)、氧化锂(li2o)等物质，因此需要在玻璃配合料中引入能够提供这些物质的硼酸、硼砂、磷酸二氢铵、碳酸钠、硝酸钠、碳酸钾、硝酸钾、碳酸锂等作为玻璃原料。这些玻璃原料具有易挥发的性质，采用现有玻璃窑炉加热，由于局部温度过高，使得易挥发原料大量挥发，使最终得到的玻璃产品中元素的组成和含量发生改变，达不到设计要求，严重影响玻璃产品的成品率。

由于本发明的加热方法中火焰在玻璃液内部，热量在玻璃液内部水平传导或由下而上传导，而不是由上部玻璃液传导给下部玻璃液，因此玻璃液内部温差小，玻璃液混合均匀，熔化质量高，生产出的玻璃缺陷少，玻璃产品的成品率提高。玻璃液之间的热量传导模式虽然也会使易挥发原料挥发，然而挥发的玻璃原料以气泡方式从下往上挥发的过程中，会将热量传导给上部玻璃液，使得气泡本身的温度降低，将至其挥发温度以下，又“冷凝”回液态留在玻璃液内，以使玻璃原料的挥发量减少。当玻璃原料中有易挥发原料时，会在设计原料用量时，将在正常熔化和澄清温度下易挥发原料的挥发量考虑在玻璃配合料的用量中，只要保证不发生易挥发原料加速挥发的情况，就能够保证制备得到的玻璃产品中维持所设计的元素组成和含量。

对于难熔玻璃，需要额外添加澄清剂和/或提高熔化温度来解决熔化、澄清困难的问题。本发明用熔化池底部喷出火焰的方式来加热玻璃配合料，并将其作为玻璃窑炉的燃烧方式(简称“底烧”)，这种方式下燃烧产物(二氧化碳和水蒸气)均是气态，会以气泡形式从玻璃液内挥发至玻璃液液面上方的窑炉空间中，燃烧产物从下往上从玻璃液排出的过程可以对玻璃液起澄清作用，不仅可以加快玻璃液的澄清排泡过程，提高熔化和澄清质量，使得生产出的玻璃缺陷减少，玻璃产品的成品率提高；还可减少澄清剂的加入量，甚至不加澄清剂，降低了玻璃的制备成本。

本发明提供的这种底烧方式中，火焰四周都是玻璃液，所有热量均直接传导给玻璃液(原有玻璃窑炉只有火焰下方是玻璃液，其余方向的热量均不是直接传导给玻璃液的，热量传导效率低)，燃料燃烧效率提高；由于采用全氧燃烧，且燃料与空气接触少，燃烧产物中的nox、sox、粉尘等浓度降低。

本发明的加热过程中火焰不需要换向，因此，可避免因火焰换向造成的玻璃配合料飞料问题(原有玻璃窑炉中火焰换向时，火焰会冲刷最上方的玻璃配合料，使得玻璃配合料悬浮在空气中，被烟气带走)。此外，由于不存在火焰换向的情况，玻璃窑炉中的火焰持续燃烧，可维持窑炉内的温度稳定，对侧壁、大碹等的耐火砖不会造成温度骤升骤降的伤害，火焰在玻璃液内部，也避免了因火焰冲刷侧壁和大碹造成的烧损，延长了玻璃窑炉的使用寿命。

以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。

本发明提供的玻璃配合料的加热方法中使用了玻璃窑炉，玻璃窑炉的结构如图1和图2所示，取消了原本设在侧壁的燃烧喷枪，将燃烧喷枪改设在熔化池底部，即：熔化池池底9设有若干燃烧喷枪，燃烧喷枪的枪头朝正上方，也就是朝向熔化池内部，垂直于玻璃液面线10。燃烧喷枪6枪尾处设有燃料入口和氧气入口，燃料和氧气在燃烧喷枪枪头位置相遇，燃烧产生火焰，对玻璃配合料进行加热，将其加热熔化成熔融的玻璃液。一般按熔化池池底9面积的大小设置燃烧喷枪，4-9支/m²，相邻两支喷枪之间的间距为40-90cm，燃烧喷枪与熔化池池壁3的距离≥30cm。燃烧喷枪中的燃料可选自天然气、液化气或重油，燃料用量为30-150nm³/h；助燃介质只能选用纯氧气。

由于本发明方法中用到的玻璃窑炉侧壁不再设置燃烧系统，结构如图1所示，下部为方形，砌筑有熔化池，熔化池内盛装有玻璃液8，熔化池池壁3顶部砌筑有大碹1，用来将相对的一组熔化池池壁3连接起来。大碹1形成玻璃窑炉的顶部，采用拱形，其碹升高(指大碹垂直方向的高度与碹水平宽度比值)为1/10-1/6。熔化池池壁3一侧的上部设有加料口2，加料口2距离大碹1碹顶的高度h1为20-50cm，加料口2位于设定的玻璃液面线10上方且与设定的玻璃液面线10的距离h2为50-80cm。熔化池池壁3另一侧(加料口2侧的对侧且只在这一侧)上部设有排烟口4，下部设有流液洞5。排烟口4的面积是窑炉熔化尺寸(窑炉熔化尺寸是指窑炉长与宽的乘积)的1/20-1/10，为方形，有利于排烟口4的砌筑和维护。熔化池池壁和熔化池池底均采用33#无缩孔浇筑azs电熔耐火材料(是指电熔zro2-al2o3-sio2材料，其中zro2的质量百分含量为33％，无缩孔浇筑是指一种电熔耐火材料的浇筑方法，其结构致密均一，购自河南瑞泰科实业有限公司)，燃烧喷枪周围采用41#无缩孔浇筑azs电熔耐火材料(购自河南瑞泰科实业有限公司)，玻璃窑炉的大碹1采用33#普通浇筑azs电熔耐火材料(购自河南瑞泰科实业有限公司)。

熔化池池底、熔化池池壁和玻璃窑炉的大碹均用耐火砖密实砌筑而成，即：只用耐火砖相互砌筑，砖和砖之间不用任何密封料，耐火砖的各个表面都抛光至光滑，防止温度过高时玻璃液穿过，引发安全事故。加料口和排烟口也用耐火砖砌筑得到，采用半封闭状态，即：加料口只有在加料时打开，加完玻璃配合料后关闭，排烟口在燃烧时打开，用来将燃烧产生的烟气排出，不燃烧时排烟口关闭，减少能量损失。

本发明加热玻璃配合料时，先控制熔化池池底9的所有燃烧喷枪6同时开启(而不是像原有玻璃窑炉中的交替开启)，进行燃烧。同时，调整熔化池池底9燃烧喷枪6的火焰7高度，使得火焰7的高度不超过设定的玻璃液深度的3/4，即：火焰7的高度从下至上不超过设定玻璃液高度的3/4；玻璃液的设定深度一般在30-60cm之间。火焰调整好后，将与目标玻璃产品组成相同的碎玻璃通过熔化池池壁3上设置的加料口2加入熔化池内，燃烧喷枪6将碎玻璃加热熔化至熔融，然后通过加料口2加入混合好的玻璃配合料进行加热，使其熔化形成玻璃液8，玻璃液8在熔化池中继续加热进行澄清，澄清完成后将玻璃液8通过流液洞5(设在加料口对侧的熔化池池壁3上)送至下一工序。加热过程中产生的燃烧产物和烟气通过流液洞5上方设置的排烟口4排出。

实施例一：难熔玻璃

用外火点燃熔化池底部的燃烧喷枪，并控制燃烧喷枪的燃料用量在正常燃烧时的燃料用量的1/15-1/10，将与目标玻璃产品组成相同的碎玻璃和玻璃配合料依次通过加料口加入熔化池中，随着熔化池中的玻璃配合料的增多，燃料用量随之增加，温度达到玻璃的熔化温度后，继续燃烧以使玻璃液液面稳定；此时继续燃烧，一方面是为了保证熔化温度的稳定，另一方面是为了使燃烧产物发挥澄清的作用，以在保证玻璃熔化质量的前提下，减少澄清剂的用量，甚至不使用澄清剂。加热难熔玻璃时，可适当增加燃烧喷枪点燃的数量，以减少玻璃液的对流。

实施例二：易挥发玻璃

用外火点燃熔化池底部的燃烧喷枪，并控制燃烧喷枪的燃料用量在正常燃烧时的燃料用量的1/15-1/10，将与目标玻璃产品组成相同的碎玻璃和玻璃配合料依次通过加料口加入熔化池中，随着熔化池中的玻璃配合料的增多，燃料用量随之增加，温度达到玻璃的熔化温度后，继续燃烧以使玻璃液液面稳定；继续燃烧会促使玻璃液整体从下向上翻动，加快玻璃液的均一化，会降低玻璃液的上下温差(原有加热方法燃烧喷枪在侧壁上，玻璃液液面温度高，底部温度低，玻璃液液面处的挥发量大，造成玻璃液组成发生变化)，减少易挥发原料的挥发量；同时控制窑压在0.5-3pa，进一步降低易挥发原料的挥发量。

针对易挥发玻璃的实验：

分别使用现有加热方法和本发明加热方法分别对同样质量的硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、高碱硅酸盐玻璃进行加热(加热是将玻璃配合料从常温固态加热到熔融液态，当玻璃液不含有气泡、结石、线道等缺陷时，为加热完成)，燃料为天然气，助燃气体为氧气，结果见表1。表1中a表示现有加热方法，b表示本发明加热方法，挥发量是指单位烟气中挥发物的质量百分含量，氮氧化物浓度的单位是mg/m³烟气，燃料消耗量的单位是nm³/吨玻璃液。

表1现有加热方法与本发明加热方法的效果比较

表1可知，用本发明方法加热玻璃配合料，可使玻璃熔化温度降低，从而使得易挥发原料的挥发量减少，进入烟气中的易挥发原料量也随之减少，不仅如此，加热熔化单位玻璃液所消耗的燃料量也显著减少；由于不存在重复加热区域，氮氧化物的浓度也有所降低，玻璃液内温差减小，玻璃熔化质量高，成品率也有了显著的提升。

针对难熔玻璃的实验：

实验一：

分别使用现有加热方法和本发明加热方法分别对同样质量的高铝玻璃、高硼硅玻璃、微晶玻璃进行加热(加热是将玻璃配合料从常温固态加热到熔融液态，当玻璃液不含有气泡、结石、线道等缺陷时，为加热完成)，燃料为天然气，助燃气体为氧气，结果见表2。表2中a表示现有加热方法，b表示本发明加热方法，氮氧化物浓度的单位是mg/m³烟气，燃料消耗量的单位是nm³/吨玻璃液。

表2现有加热方法与本发明加热方法的效果比较

表2的结果可以看出，在制备同样类型的玻璃时，用本发明的加热方法可显著降低难熔玻璃的熔化温度，同时烟气中的氮氧化物浓度和燃料消耗量也显著降低，玻璃的成品率显著提高。

实验二：

在加热高硼硅玻璃时，还对加热玻璃配合料的玻璃窑炉内不同位置的温度进行检测，由于玻璃窑炉内玻璃配合料的加料口位于窑炉一端的侧壁上，流液洞位于窑炉另一端的侧壁上，流液洞与加料口位于相对的侧壁上，以距离加料口端距离的远近设置9个检测位置，这9个检测位置距离加料口的距离分别为0.5m，1m，2m，3m，4m，5m，6m，8m，10m。这9个位置分别编号1#-9#，每个检测位置的温度情况见表3。距离加料口位置(玻璃液前进方向)

表3本发明加热方法使用的玻璃窑炉内温度变化情况

由表3的结果可知，使用本发明的加热方法后，玻璃窑炉内不同位置(距左侧壁、右侧壁1m处，大碹中点)的温度差降低了，说明窑炉内温度保持一致或者接近，表明玻璃液的温度差也会减小，玻璃窑炉内温度分布均匀，保持玻璃窑炉内温度的稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的内容。