ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ВАРКА СТЕКЛА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПЛАМЕННО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ

Для того чтобы нагреть стекломассу до высокой тем­пературы без излишних тепловых потерь, теплоту еле дует вводить непосредственно внутрь расплава. С этими целями используют теплоту, выделяющуюся при пропу­скании через стекломассу переменного электрического тока.

В электрических печах нагревателем является стек­ломасса, при высоких температурах выполняющая роль электролита. Как известно, количество теплоты Q, кДж, выделяющееся в электролите, рассчитывается по закону Джоуля — Ленца:

Q = 0,24/2 # = 0,24-у-£,

Где I — сила тока, А;. V— прилагаемое напряжение, кВт; R — сопро­тивление электролита, Ом; і — время прохождения тока, с.

Q тем больше, чем выше сопротивление R, поэтому для нагревателей используют проводники с высоким удельным сопротивлением. К таким проводникам отно­сится и стекломасса.

Электронагрев стекломассы ведут при относительно низких напряжениях (80—120 В) и высокой силе тока (~ 10 000 А).

Для подвода тока в стенах и в дне печей устанавли­вают электроды, предпочтительно из молибдена, так как этот металл устойчив к воздействию стекломассы и вы­соким электрическим нагрузкам. Для варки стекол, со­держащих оксид свинца, применяют электроды из окси­да олова. Расход электроэнергии на варку различных стекол составляет от 0,8 до 1,5 кВт-ч на 1 кг стекло­массы, максимальная производительность печей до 200 т/с. Ввиду высокой стоимости электроэнергии элек­трические печи большей производительности экономиче­ски невыгодны, несмотря на то что их тепловой КПД в 2—3 раза выше, чем пламенных. Действительно, в элек­трических печах нет потерь теплоты с дымовыми газа­ми, а потери теплоты в окружающую среду меньше, чем в пламенных печах, так как стены верхнего строения и своды электрических печей покрывают тепловой изоля­цией. Срок службы таких печей между ремонтами око­ло 3 лет.

Электрические печи используют в производстве лю­бых видов стекла. В нашей стране на таких печах про­изводят оптическое, электровакуумное, радиотехничес­кое, строительное, сортовое и техническое стекло, стек­лянные изоляторы, хрусталь и стекловолокно. В на­стоящее время получили распространение главным

Образом печи с донными электродами из молибденовых стержней диаметром 32—50 мм (рис. 7.8, а). Эта схема принята в наиболее крупных печах для тарного стекла. Для производства технических, более тугоплавких сте­кол используют печи с пластинчатыми или стержневы­ми молибденовыми электродами, установленными в бо­ковых стенах бассейна в несколько ярусов. Такие печи оснащают глубинными протоками и съемными сводами в варочной части: своды устанавливают на время пуска печи, а при работе снимают, располагая на их месте за­грузчики шихты, с помощью которых всю поверхность стекломассы накрывают плотным шихтным слоем (рис. 7.8, б).

Вследствие малой теплопроводности шихты, под ней в стекломассе развиваются высокие температуры — до 1500—1650 °С, а поверхность ее остается холодной. Электрические печи, в которых варка стекла протекает под «одеялом» шихты, имеют самую высокую удельную производительность и самый высокий КПД из всех элек­тропечей. КПД в них достигает 60—70 % (в печах дру­гих типов — 40—50 %). При варке тарного стекла мож­но получить удельный съем стекломассы 3000—4000 кг с 1 м2 варочной части, а при варке тугоплавких сте­кол — 1000—1500 кг/(м2 • сут).

Общий недостаток электрических печей — понижен­ная температура необогреваемой поверхности стекло­массы, которая затрудняет осветление. Поэтому в некоторых конструкциях печей предусмотрены самосто­ятельные мелкие осветительные бассейны с концентри­рованным электрическим нагревом (рис. 7.8,в). Освет­
ление ускоряется и при сочетании электронагрева с пла­менным обогревом. В печах глубинной варки (под «одеялом» шихты) стекломассу для осветления нагрева­ют по всей глубине, для чего электроды располагают в два яруса.

Комбинированный пламенно-электрический нагрев используют в современных мощных ванных печах листо­вого и тарного стекла для повышения их производитель­ности и улучшения качества стекла. В таких печах тре­буемый удельный расход электроэнергии составляет 0,9-106—1,35-106 Дж на 1 кг сваренной стекломассы. В СССР в пламенно-электрических ванных печах варят тарное, бутылочное и листовое стекло.

На газоэлектрической ванной печи листового стекла суточной производительностью более 400 т стекломассы электронагрев осу­ществляют в двух зонах печи: вблизи загрузочного кармана и в квельпункте. В этих зонах электронагрев позволяет поддерживать высокую температуру расплава под свежезагруженной холодной шихтой и в зоне осветления стекломассы. Общая мощность электро­нагрева — до 3500 кВ. Вертикальные донные электроды в виде стерж­ней диаметром 40 мм из молибденового сплава ВМ-1 вдвигают в печь на длину до 1,2 м в зависимости от требуемого режима подо­грева стекломассы. К ннм подведен трехфазный переменный ток, напряжение которого регулируют печными трансформаторами; при максимальной мощности подогрева напряжение на электродах со­ставляет до 120 В при силе тока 2000—2500 А. Электроды в квель­пункте расположены в три ряда в шахматном порядке; соседние электроды в ряду и в каждых двух параллельных рядах подключают к разным фазам.

Электроды вводят в печь с помощью электрододержателей, пред­ставляющих собой укрепленные под диом печи манжеты из жаро­упорной стали, интенсивно охлаждаемые умягченной очищенной во­дой в замкнутом цикле. Молибденовые электроды на контакте с воздухом необходимо охлаждать, так как они начинают окисляться уже при 400° С. В стекломассе электроды также медленно окисля­ются, оксид молибдена растворяется в стекломассе и длина рабочей части электродов постепенно уменьшается; их приходится перио­дически продвигать вверх в расплав.