电阻式电熔窑及玻璃纤维生产工艺.pdf

本发明公开一种电阻式电熔窑及采用该窑生产玻璃纤维的工艺。电熔窑包括加料车、熔化室、均化澄清室、调温冷却室、通道、铂金漏板和拉丝机；加料车用于布料；熔化室、与均化澄清室、调温冷却室、通道、铂金漏板、拉丝机依次相连；熔化室、均化澄清室、调温冷却室和通道内均设有钼电阻加热元件。生产工艺是将钼电阻加热元件直接置于玻璃原料中，通电后将玻璃原料熔化为1400℃～1500℃的玻璃液，经均化、澄清、调温至1200℃～1300℃，再经通道加热保温后，进入铂金漏板漏出由拉丝机拉丝，制成玻璃纤维。本发明的电阻式电熔窑解决了现有玻璃电熔窑不能大规模生产无碱玻璃纤维的难题，特别适于生产高端玻璃纤维和其它高品质玻璃。

权利要求书
1.  电阻式电熔窑，其特征在于：包括加料车、熔化室、均化澄清室、调温 冷却室、通道、铂金漏板和拉丝机；熔化室与均化澄清室、调温冷却室、通道、 铂金漏板、拉丝机依次相连；在熔化室与均化澄清室之间设有流液孔；熔化室、 均化澄清室、调温冷却室和通道内均设有钼电阻加热元件。

2.  根据权利要求1所述的电阻式电熔窑，其特征在于：所述的钼电阻加热 元件由钼或钼合金制成。

3.  根据权利要求2所述的电阻式电熔窑，其特征在于：所述的钼合金是在 钼里添加含量小于等于1％的镧、铼、钽形成的钼镧合金、钼铼合金、钼钽合金、 以及钼镧合金、钼铼合金、钼钽合金的氧化物。

4.  根据权利要求1或2所述的电阻式电熔窑，其特征在于：所述的钼电阻 加热元件为蛇形，其功率为50～2000KW。

5.  电阻式电熔窑的玻璃纤维生产工艺，包括：
(7)漏液：经通道加热保温后的玻璃液通过铂金漏板漏出；
(8)拉丝：从铂金漏板流出的玻璃液，经丝根冷却，涂浸润剂，由拉丝机 拉成玻璃纤维。
其特征在于：还包括如下步骤：
(1)配料：将玻璃原料按所需要求配料；
(2)布料：将配置好的玻璃原料加入熔化室，再用加料机沿熔化室顶部往 复行走，边行走边布料，在窑炉的熔化室顶部形成200～300mm的玻璃粉料冷料层；
(3)熔化：将钼或钼合金制成的钼电阻加热元件直接置于玻璃原料中加热， 将玻璃原料熔化至1400℃～1500℃；
(4)均化澄清：熔化后的玻璃液通过流液孔进入均化澄清室而上升，玻璃 液在均化澄清室停留24～48小时，温度为1300℃～1400℃；
(5)调温冷却：将均化澄清后的玻璃液温度调节至1200℃～1300℃；
(6)通道加热：将调温冷却后的玻璃液在通道中加热保温，使玻璃液温度 保持在1200℃～1300℃。

说明书电阻式电熔窑及玻璃纤维生产工艺
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维的生产设备和生产工艺，具体是一种电阻式电熔 窑及采用该窑生产玻璃纤维的工艺。
背景技术
目前玻璃纤维的生产设备及生产工艺分为两大类：
1、坩埚法
在耐火材料制成的坩埚炉内，以玻璃球为原料，用硅碳棒对玻璃球加热使 之熔化而导电，进而用置于已熔化的玻璃液中的钼电极或铂铑合金电极电流通 过导电的玻璃液产生的热使玻璃温度达到1250℃左右，再用铂铑合金制成的多 孔漏板进行拉丝。
2、池窑法
(1)燃料池窑：以天然气或重油等为燃料，将玻璃粉料(由多种原料混 合而成)加热至熔化状态(1400℃～1500℃)，再经澄清均化，冷却至1250℃ 左右，再将玻璃溶液送到设有若干铂金漏板的通道进行拉丝。
(2)电极式电熔窑：在用耐火材料制成的炉体内设有多组钼或氧化锡 电极，以玻璃粉料为原料，以硅碳棒在炉顶加热，使玻璃粉料熔化而导电，再 以电极通入电流，使玻璃进一步熔化至1400℃～1500℃，经澄清均化，冷却至 1250℃左右，将玻璃液送入设有若干铂金漏板的通道进行拉丝。
上述设备及工艺的缺陷在于：
1、坩埚法产量低，炉内温度不均匀，单位产品电耗高，原料消耗高等缺 点，已经逐步淘汰，仅在生产高支纱(比较细的玻璃纤维纱)时有少量使用。
2、燃料池窑：随着天然气，重油的价格不断上涨，其能源成本已经不再 具有优势。其主要缺点是：
(1)环境污染大：燃料在燃烧时要产生二氧化碳、氮氧化物、硫化物等 有害气体，尽管目前大型天然气窑都采用纯氧燃烧，使用脱硫气，这样使氮氧 化物、二氧化硫大量的减少，但无疑增加了生产成本。同时二氧化碳的排放也 是无法解决的。玻璃原料在熔化过程有大量的硼化物、氟化物也随着烟道气排 出，要将此类有害气体捕捉下来，使其达标排放，其代价也是巨大的。
(2)建造成本高：由于此类玻璃窑是由炉膛(燃烧室)由上而下对玻璃 加热，因此传热慢且不均匀，为此在池窑内需设有用铂金制成的鼓泡管对玻璃 液进行鼓泡，搅拌，需要使用昂贵的贵金属。在整个窑池系统中，炉膛是温度 的最高点，当玻璃液的温度为1450℃时，炉膛局部热点温度超过1700℃，这就 必须使用昂贵的高温耐火材料。同时一次燃烧的排放烟气温度都超过1000℃， 为了提高热能利用率，这类池窑均设有热交换器(蓄热器)来回收烟气热量， 这又增加了建造成本。尽管如此，其热效率也只有50％左右。
(3)运行中不能停炉，烤炉再启动的时间很长，达20～30天。
3、电极式电熔窑：此类电熔窑的主要缺点是不能用于大规模生产无碱玻 璃纤维。这是因为无碱玻璃纤维熔液电阻率很高，在中、大型窑内电极间距离 都在1500mm以上，要使其达到熔化玻璃所需的功率很大(达200～10000KW)， 电极间的工作电压可能超过2000V，而很多耐火材料在热态下的电阻率都与无 碱玻璃溶液差不多，这样在耐火材料上就存在旁通电流，既不利于工作的稳定， 又加速耐火材料的侵触。同时电极引入线的接头都需水冷，绝缘问题很难解决， 此类电熔窑对供电的保证要求很高，一旦停电造成玻璃液冷却结块，很难再起 动，甚至使炉窑报废。同时由于功率较大，应使用三相电源，这样炉内电流紊 乱，不易控制，温度场也不均匀。
由于如上所述的缺陷，到目前为止，电熔窑仅用于生产中碱的日用玻璃， 尚无生产无碱玻璃纤维的实例。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有玻璃纤维窑炉及生产方法的缺陷，提供一种 可实现连续式生产无碱玻璃纤维的电阻式电熔窑及采用该窑生产玻璃纤的工 艺。
本发明的技术方案如下：
本发明的电阻式电熔窑包括加料车、熔化室、均化澄清室、调温冷却室、 通道、铂金漏板和拉丝机。熔化室与均化澄清室、调温冷却室、通道、铂金漏 板、拉丝机依次相连；在熔化室与均化澄清室之间设有流液孔；熔化室、均化 澄清室、调温冷却室和通道内均设有钼电阻加热元件。
本发明的电阻式电熔窑由于采用的是电阻式加热元件加热，没有燃料燃烧 时产生的二氧化碳、氮氧化物、硫化物等有害气体，几乎没有有害气体排放； 在相同产能下，与燃烧窑相比，投资约为使用天燃气燃烧窑的1/3-1/5，节省 了投资；运行及维护成本低；与电极加热式电熔窑相比，由于采用钼电阻加热 元件通电后对玻璃粉料直接加热，热效率高，具有比目前其它窑炉均匀得多的 温度场，因此物料温度均匀。
进一步的改进是：所述的钼电阻加热元件由钼或钼合金制成。
由于钼电阻加热元件内温度场均匀，几乎不存在过热点，因而使物料温度 均匀。
更进一步的改进是：所述的钼合金是在钼里添加含量小于等于1％的镧、铼、 钽形成的钼镧合金、钼铼合金、钼钽合金以及钼镧合金、钼铼合金、钼钽合金 的氧化物。
采用钼合金可使钼的再结晶温度提高至1600℃以上，更有利于对物料的加 热。
更进一步的改进是：所述的钼电阻加热元件为蛇形，功率为50～2000KW。
钼或钼合金制成的大功率蛇形电阻通电后对玻璃粉料直接加热，热效率 高。蛇形高温钼电阻加热元件的工作电压低，相邻的电阻之间的电位差仅5V， 因此电流几乎全部从钼电阻加热元件中流走，玻璃液及耐火材料表面几乎不存 在电流，因此调节功率和各层的温度十分方便。
电阻式电熔窑的玻璃纤维生产工艺，是将钼电阻加热元件直接置于玻璃原 料中，通电后将玻璃料熔化为1400℃～1500℃的玻璃液，经均化、澄清、调温 至1200℃～1300℃，再送至通道加热保温，玻璃液经通道进入钼金漏板漏出后 由拉丝机拉丝，制成玻璃纤维，具体工艺流程如下：
(1)配料：将玻璃原料按所需要求配料；
(2)布料：将配置好的玻璃原料加入熔化室后；再用加料机沿熔化室的 顶部往复行走，边行走边布料，在窑炉的熔化室顶部形成200～300mm的玻璃粉 料冷料层；
(3)熔化：将钼或钼合金制成的钼电阻加热元件直接置于玻璃原料中加 热，将玻璃原料熔化至1400℃～1500℃；
(4)均化澄清：熔化后的玻璃液通过流液孔进入均化澄清室而上升，玻 璃液在均化澄清室停留24～48小时，温度为1300℃～1400℃；
(5)调温冷却：将均化澄清后的玻璃液温度调节至1200℃～1300℃；
(6)通道加热：将调温冷却后的玻璃液在通道中加热保温，使玻璃液温 度保持在1200℃～1300℃；
(7)漏液：经通道加热保温后的玻璃液通过铂金漏板漏出；
(8)拉丝：从铂金漏板流出的玻璃液，经丝根冷却，涂浸润剂，由拉丝 机拉成玻璃纤维。
本发明的玻璃纤维生产工艺采用耐高温熔化状态的玻璃液侵触的大功率 钼电阻加热元件直接置于玻璃原料中加热，对玻璃原料垂直熔化，在同样的工 作面积上，玻璃溶液的熔化，澄清、均化的时间都比较长，同时由于炉内温度 场极其均匀，所制得的玻璃熔液的质量高，使拉丝作业稳定。由于熔化室采用 冷窑顶(即在高温玻璃熔液上始终存在200～300mm的粉料)，玻璃熔化过程中 产生的硼化物、氟化物在此被冷凝回流，几乎没有废气排放。由于本发明是将 钼合金电阻元件直接置于玻璃液中，在停电死炉后启动极为容易，不需要用硅 碳棒辅助启动。
本发明的效果在于：由于采用耐高温大功率的电阻式加热元件直接置于玻 璃原料中加热，加热效率高。在相同产能下，与现在的玻璃纤维生产窑相比， 投资小，运行及维护成本低；具有比目前其它窑炉均匀得多的温度场，因此物 料温度均匀；对供电要求不高，系统工作电压低；由于钼电阻式加热元件是一 直直接置于玻璃液中，在停电死炉玻璃冷却固化后再启动也极其容易；控制方 便，极易实现高效的自动化生产管理。解决了电极式电熔窑由于工作电压高和 供电要求高而不能大规模生产无碱玻璃纤维的难题，特别适于生产高端玻璃纤 维或其它高品质玻璃。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的生产工艺流程图。
图中：1、加料车；2、熔化室；3、均化澄清室；4、调温冷却室；5、通 道；6、铂金漏板；7、拉丝机；8、流液孔；9、钼电阻加热元件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明的电阻式电熔窑包括加料车1、熔化室2、均化澄清 室3、调温冷却室4、通道5、铂金漏板6和拉丝机7。
加料车1采用宽带式无极调速可变量加料机，安装在一个往复运动的行走 机构上。加料机1的出料与转速成正比，每转动一圈，其出料量是恒定的，该 机由一台变频调速电机拖动，调节电机转速即可得到不同的出料量。加料机1 可沿熔化室的顶部往复行走，从而实现均匀布料。
在熔化室2与均化澄清室3之间设有流液孔8；熔化室2与均化澄清室3、 调温冷却室4、通道5、铂金漏板6、拉丝机7依次相连。熔化室2、均化澄清 室3、调温冷却室4和通道5内均设有钼电阻加热元件9。
钼电阻加热元件9为蛇形，由耐高温的钼或者钼合金制成。钼合金是在钼 里添加含量小于等于1％的镧、铼、钽形成的钼镧合金、钼铼合金、钼钽合金 以及钼镧合金、钼铼合金、钼钽合金的氧化物，添加镧、铼、钽的目的是使 钼的再结晶温度可提高至1600℃以上。钼电阻加热元件9安装在窑炉内，炉 胆选用99刚玉砖。钼电阻加热元件的功率对不同熔化量的窑是不同的，单件 钼电阻加热元件的功率为50～2000KW。
在窑炉内沿垂直方向安装有多层蛇形钼电阻加热元件9，每一层分别由单 相隔离变压器供电，每一层的功率分别由可控硅调功器或自耦式调压器可连续 可调。由于钼或钼合金制成的蛇形钼电阻加热元件9通电后对玻璃粉料直接加 热，热效率高，且蛇形钼电阻加热元件9的工作电压低，相邻的电阻之间的电 位差仅5V，因此电流几乎全部从钼电阻加热元件9中流走，玻璃液及耐火材料 表面几乎不存在电流，因此调节功率和各层的温度十分方便。由于钼电阻加热 元件9内温度场均匀，几乎不存在过热点，因而物料温度均匀。
窑炉在短时间(24小时内)停电后可以直接启动，即使是长时间停炉(如 7天以上)玻璃液冷却固化，由于是钼电阻加热元件9本身发热，且一直直接 置于玻璃液中，因此不必用辅助加热手段熔化玻璃，在72小时内就可以完全 启动，即在停电死炉玻璃冷却固化后再启动也极其容易。
均化澄清室3和调温冷却室4均设有三层蛇形高温钼电阻加热元件9，其作 用主要用于冷炉启动，在正常工作的情况下钼电阻加热元件9几乎不通电。调 温冷却室4采用水平吊顶，并设有水箱以回收调温后的热量。
通道5由铬刚玉耐火砖砌成，内设一层高温钼电阻加热元件9，以保证在通 道5内的温度保持1200℃～1300℃。
与通道5相连的铂金漏板6有多台，每台均设有独立的调温加热器，以满足 拉丝作业的需要。
本发明的工艺流程如图2所示：
1、配料：将玻璃原料按所需要求配料；
2、布料：将配置好的玻璃原料加入熔化室后；再采用安装在往复运动的 行走机构上的宽带式无极调速可变量加料机，沿熔化室顶部往复行走，边行走 边布料，在窑炉的熔化室顶部形成一个200～300mm的玻璃粉料冷料层；
3、熔化：将钼电阻加热元件通电后对配好的玻璃原料直接加热，玻璃原 料由上而下垂直熔化，由于窑炉断面大，玻璃原料由窑顶下降到窑底约需48 小时，因此熔化十分充分。由于电阻加热元件内温度场均匀，几乎不存在过热 点，因而物料温度均匀；
4、均化澄清：经完全熔化的玻璃液通过流液孔进入均化澄清室而上升， 玻璃液在均化澄清室的停留时间约为24～48小时，温度1300℃～1400℃，玻璃 液得到充分的均化澄清；
5、调温冷却：将均化澄清后的玻璃液温度调节至1200℃～1300℃，以利 于拉丝作业。
6、通道加热：调温冷却后的玻璃液经通道加热保温，以保证玻璃液在通 道内的温度保持1200℃～1300℃。
7、漏液：经通道加热后的玻璃液通过铂金漏板漏出。
8、拉丝：从铂金漏板流出的玻璃液，经丝根冷却，涂浸润剂，由变频调 速拉丝机拉成玻璃纤维。
本发明经实际运行，已生产出数吨无碱玻璃纤维产品，其间经过数次人为 停炉再启动，均无任何启动障碍。本发明还可用于生产温度更高的高硅氧和玄 武岩类玻璃纤维。
本发明并不局限于上述具体实施方式。在不背离权利要求书中所阐述的本 发明的情况下，可对具体实施方式作出变更和改变。凡在本发明的精神和原则 之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。