乳白玻璃生產(chǎn)中節(jié)能優(yōu)化的探索

江湘輝

摘 要：針對(duì)日用玻璃陶瓷生產(chǎn)過(guò)程的能耗環(huán)節(jié)進(jìn)行探索，優(yōu)化配方使其更適合于電熔爐的生產(chǎn)工藝，通過(guò)對(duì)配方中各氧化物引入的原料進(jìn)行優(yōu)化，降低原料整體熔點(diǎn)，增加出料量，最終達(dá)到降低能耗、減少成本的目的，提高企業(yè)在行業(yè)中的竟?fàn)幜Α?/p>

關(guān)鍵詞：能耗環(huán)節(jié);生產(chǎn)工藝;配方優(yōu)化;原料優(yōu)化

1 引 言

目前在生產(chǎn)的日用玻璃陶瓷企業(yè)，基本是采用全電熔爐工藝，其相對(duì)傳統(tǒng)的馬蹄火焰爐具有節(jié)能環(huán)保、揮發(fā)率低、產(chǎn)品白度高的優(yōu)勢(shì);但電價(jià)成本整體較高，加之電熔爐的鉬電極工藝對(duì)爐體侵蝕較為嚴(yán)重，爐體后期維修困難，電熔爐體的使用壽命較之火焰爐周期短。目前電熔爐的能耗雖然相對(duì)于火焰爐能耗減少，但是生產(chǎn)成本還是居高不下。本文主要探索在目前的電熔爐技術(shù)條件下，通過(guò)配方配比和原料選擇的優(yōu)化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步降低能耗成本，提高出料量，延長(zhǎng)爐體使用周期，并期望能對(duì)企業(yè)生產(chǎn)有一定的參考意義。

2調(diào)試的思路

通過(guò)在2.5噸電熔爐上進(jìn)行配方調(diào)試，得到結(jié)果參數(shù)后，再運(yùn)用到40噸大爐上進(jìn)行正式生產(chǎn)應(yīng)用。主要是從配方調(diào)整和原料選擇、工藝調(diào)整等方面來(lái)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。

2.1配方上的優(yōu)化調(diào)整

（1）選擇合適的氧化鈉含量，提高電熔爐中高溫玻璃液的導(dǎo)電性;根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt，電流的大小跟發(fā)熱量成正比;玻璃液在高溫狀態(tài)下，由于堿金屬離子導(dǎo)電性，電流通過(guò)并產(chǎn)生熱量，提供給玻璃液進(jìn)行熔化澄清;當(dāng)電熔爐出料量固定時(shí)，所需的熱量是固定的，所需的電流也是恒定的;在恒電流前提下，從公式P=I2/R和I2=P/R中知道，當(dāng)配方調(diào)試到電熔爐的高溫玻璃液電阻率在較低的狀態(tài)，那么所需的輸入功率也處于低水平，也就達(dá)到了低單耗水平的目標(biāo)。

在表1中可以看出，在恒電流為1.39kA和恒出料為2.6T/D的熔化工藝條件下，隨著氧化鈉含量的增加，功率和用電量在下降，單耗也在往下減少。從而驗(yàn)證了在一定的條件下，隨著氧化鈉含量的增加，高溫玻璃液導(dǎo)電性變好，電阻率減少的規(guī)律;從電爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，用電量最高值跟最低值相差達(dá)到11%，單耗相差達(dá)到10.8%，幅度還是較大。

表1中隨著氧化鈉含量增加，玻璃液導(dǎo)電性能變好的遞增趨勢(shì)在減弱，產(chǎn)品料線變長(zhǎng)，成型較困難，后期產(chǎn)品的化學(xué)性能穩(wěn)定性和耐熱性能變差，綜合這些因素的影響，配方氧化鈉的含量最后確定在13%。單耗相對(duì)比單耗最大值減少8.4%。

（2）共堿的助熔作用。

表2調(diào)試的前提條件是：在電熔爐恒功率、恒用電量的條件下，通過(guò)調(diào)整配方中氧化鉀和氧化鈣含量，來(lái)觀察共堿在電熔爐的高溫助熔能力。

從表中可以看到，通過(guò)在配方中進(jìn)行增加氧化鉀減少氧化鈣的調(diào)試，使鈉鉀的總量提高，增加其共堿的作用，在用輸入功率恒定的條件下，出料量有一定的提高，單耗也下調(diào)了，從而驗(yàn)證了共堿對(duì)玻璃液高溫熔化有較好助熔作用，考慮到氧化鈣對(duì)成形料性的控制作用和提高產(chǎn)品的化學(xué)穩(wěn)定作用，原料價(jià)格便宜，有利于原料的成本價(jià)格控制等因素，配方的氧化鈣控制在2%，鈉鉀共堿總量在15.5%。

2.2原料選擇上的優(yōu)化

2.2.1硅元素的加入原料

（1）SiO2在玉晶玻璃配方中約占67%，主要加入物原料是石英砂，其熔點(diǎn)在1800℃以上，加入量多且熔點(diǎn)高，所以選擇符合熔化工藝參數(shù)的石英砂，就顯得較為重要。

從表中可以看到，當(dāng)石英砂在20-60和40-100這兩個(gè)目數(shù)規(guī)格時(shí)，顆粒太粗，造成熔化不完成，有砂泡的現(xiàn)象，產(chǎn)品合格率較低。如提高電熔爐的熔化溫度，可以解決該問(wèn)題，但同時(shí)也增加單耗，不是最佳的解決方式。

在40-180目這個(gè)目數(shù)規(guī)格時(shí)，由于細(xì)顆粒數(shù)量較多，這部分顆粒較早反應(yīng)后形成的玻璃液跟主體玻璃液形成不同體系，容易在玻璃液底部形成死料層，造成了產(chǎn)品內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，并形成產(chǎn)品冷炸的這種質(zhì)量情況。

顆粒度在40-140這個(gè)規(guī)格時(shí)，熔化效果基本達(dá)到正常水平，既保證了熔化溫度和單耗的低水平，產(chǎn)品合格率也最高，是最合適的參數(shù)。

（2）用鈉長(zhǎng)石代替部分二氧化硅。

鈉長(zhǎng)石中含有SiO2約70%，Na2O約10%，熔點(diǎn)為1100℃，通過(guò)鈉長(zhǎng)石代替部分SiO2，能夠降低熔點(diǎn)，代替部分純堿，能夠降低成本。

從表中可以看出，隨著鈉長(zhǎng)石的加入，代替部分石英砂的量，原料的熔化溫度在下降，節(jié)省了用電成本和原料成本，但是同時(shí)也引入更多的雜質(zhì)，特別是氧化鐵雜質(zhì)的引入，使產(chǎn)品的白度降低，在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下，最終確定鈉長(zhǎng)石的加入量在8%。

2.2.2鋁元素的加入原料：

在玉晶玻璃配方中，氧化鋁在一定條件下，一部分是以氧鋁六面體的形式，跟硅氧一起并在玻璃網(wǎng)絡(luò)中，起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作用，一部分與氟形成氟化鋁，減少其揮發(fā)性，是較重要的原料。

在表5中可以看到，當(dāng)原料中的鋁元素以氧化鋁形式加入時(shí)，由于其熔點(diǎn)高，使玻璃整體的熔化溫度跟著提高，在1480℃時(shí)，熔化效果還稍差，因?yàn)闋t體工藝問(wèn)題，再提升溫度難度較大;而以氫氧化鋁形式加入時(shí)，由于其在脫去水份子后，生成活性的Y-Al2O3，在1440℃就可以達(dá)到較好的熔化，較大降低熔化溫度。

2.2.3 氟元素的加入原料：

在本廠的玉晶玻璃配方中，氟元素的加入是起到乳濁劑作用。

在恒功率100.5kW和恒出料量2.6T/D的工藝條件下，從表中可以看出，采用冰晶石基本也能達(dá)到較好效果，但其價(jià)格偏高，氟元素在原料中占比高，是主要加入量，考慮到原料價(jià)格成本的原因，最后放棄;

氟化鈣由于較難分解，導(dǎo)電性差，導(dǎo)致料層越來(lái)越厚，只有通過(guò)減少出料量來(lái)維持電熔爐工藝平衡和料層的厚度，使單耗較大增加。

氟硅酸鈉最容易熱分解，在電熔爐的熱料層中就可以分解出Na+，較大提高導(dǎo)電性能和鉬電極的導(dǎo)電效率，但也使得電熔爐的冷料層太薄，工藝稍微波動(dòng)時(shí)，容易出現(xiàn)料層“紅頂”事故。

通過(guò)氟化鈣和氟硅酸鈉兩種原料一起配合使用，其中氟化鈣占比20%，氟硅酸鈉占比80%，料層基本可以控制在15cm左右，達(dá)到既保持生產(chǎn)穩(wěn)定又提高鉬電極導(dǎo)電效率、減少單耗的目的。

2.2.4硼元素的原料加入

在玉晶配方中，加入硼元素的主要目的是降低膨脹系數(shù)，提高耐熱性能，是主要元素之一。

在保持恒功率恒出料量的相同工藝條件下，表7記錄各硼原料分別投產(chǎn)2天后的冷料層厚度，從表中可以看到冷料層的厚度：硼酸〉十水硼砂>五水硼砂，并且隨著時(shí)間的推移，硼酸跟其他兩種硼原料的冷料層厚度差異會(huì)越來(lái)越大，其原因是由于五水、十水硼砂，分解產(chǎn)物有氧化鈉，提高料層的導(dǎo)電性，使熱點(diǎn)提高，從而提高導(dǎo)電熔化效果。

由于十水硼砂在電熔爐的熱料層中失去結(jié)晶水時(shí)損失的熱量相對(duì)比五水硼砂更大，并且五水硼砂有更高的氧化硼含量，更少的結(jié)晶水，在價(jià)格成本中更有優(yōu)勢(shì)。單耗更少，采用五水硼砂。

3其他工藝優(yōu)化

3.1配合料中水份控制

水分的控制在配合料較為重要，水份太少，除了粉塵多之外，石英砂之類的難熔原料，其表面跟純堿結(jié)合度不夠，造成混合料在運(yùn)送過(guò)程容易分層，均勻度也不好。結(jié)合度不夠也導(dǎo)致難熔原料在電熔爐熔化中，產(chǎn)生負(fù)面影響。

水份過(guò)量，由于堿的水解作用跟氟原料發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生熱量，加上混料過(guò)程中機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生了一定的溫度，這些因素造成混合料容易結(jié)塊，使配合料運(yùn)送過(guò)程的堵死。水份太多也易使電熔爐的冷料層加厚，加大耗電成本。

通過(guò)在原料中加入不同水份含量的調(diào)度，對(duì)配合料的均勻度、結(jié)塊情況、電熔爐冷料層厚度、電熔的熔化情況等方面進(jìn)行判斷，最后確定水分控制在1.5%較為合適，達(dá)到確保配合料在較少水份的情況下，堿和硅能夠有足夠的結(jié)合度和混合料的均勻度，降低單耗。

3.2冷料層厚度的確定：

在表中可以看到，在恒功率的工藝條件下，隨著冷料層的加厚，爐面的溫度下降，電熔爐熱點(diǎn)下移，外鉬電極的導(dǎo)電效率降低，為了維持電熔爐的工藝平衡，出料量一直減少，使得單耗明顯增大。

但當(dāng)冷料層太薄時(shí)，由于爐面溫度高，散熱快，單耗反而增大，而且也容易造成“紅頂”的生產(chǎn)事故，所以在保障不“紅頂”的情況下，盡量減少冷料層的厚度，提高鉬電極導(dǎo)電效率。本次得到的較佳參數(shù)是20cm，較好的通過(guò)料層厚度調(diào)節(jié)來(lái)降低單耗。

通過(guò)以上措施在2.5噸電熔爐上進(jìn)行配方、原料和其他重要工藝的優(yōu)化調(diào)試，確定最佳的參數(shù)并總結(jié)如表9，把優(yōu)化的參數(shù)在40噸電熔爐上進(jìn)行試驗(yàn)。出料量較大的提高，鉬電極的用電效率進(jìn)一步的上升，能耗又再進(jìn)一步降低。

當(dāng)然，40噸爐的使用過(guò)程，不可避免又帶來(lái)了系列的難題，比如大爐電流密度不均勻，使得爐體中間部位跟四周溫度相差較大;

通過(guò)跟窯爐廠家的合作，改變鉬電極的放電方式：由原來(lái)的兩支鉬對(duì)角放電改為三支鉬電極的三角放電，較好解決了這個(gè)問(wèn)題;

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上配方上導(dǎo)電性能的調(diào)整、原料品種的合理選擇、工藝合理控制，并在大爐上的順利實(shí)施進(jìn)行。整體的能耗下調(diào)了15%左右，較好的節(jié)省了能耗成本，為公司的可持續(xù)發(fā)展提供了有強(qiáng)力支撐。

參考文獻(xiàn)