全電熔窯的設計與調試

2006年，由承華設計公司設計安裝的1.5t和2t琺瑯全電焊爐相繼完成，琺瑯裝載量成功。在設計和調試過程中有所收獲,具體介紹如下。1保溫降溫系統及熔窯結構生產搪瓷釉的化學組成見表1。釉料偏酸性,密度為2.5kg/dm3。由于搪瓷釉料的特性與鈉鈣玻璃、高硼玻璃特性的差別較大(如熔化溫度低、電阻小等),所以在熔窯的熔制、澄清等部位采用了特殊結構。該窯由熔化池、流液洞、上升道和料道組成,結構如圖1所示。熔化池采用冷頂豎井式垂直熔化形式,將熔化過程集中。平面呈四邊形,熔化體積視出料量大小而不同。熔化池又分為上部熔化和下部澄清兩部分,深度的確定保證了搪瓷釉料液有足夠長的熔化時間和澄清時間(與熔窯形狀、電極種類、電極排布等有關)。外部采用全保溫式結構,減少了搪瓷釉料液散熱,節省了運行成本。正常生產時,熔窯保持冷頂狀態,減少搪瓷釉料液散熱和配合料揮發。上升道為搪瓷釉料液保溫、再澄清的過渡階段。采用兩支棒狀鉬電極平行放電,起保溫、均化、攪拌作用。值得注意的是,高溫下搪瓷釉料液電阻較低,以保持電極間距大于600mm為宜。產品的成型溫度決定了料道的尺寸與加熱方式。2材料選擇的確定合理選用全電熔窯各部耐火材料來滿足熔制工藝要求,直接關系到全電熔窯的壽命、瓷釉的質量、投資成本等。常用的耐火材料包括電熔鋯剛玉磚、燒結鋯剛玉磚、莫來石磚、硅線石磚、高鋁磚、粘土磚、熔融石英制品等。關鍵點是在熔化溫度下,與搪瓷釉料液接觸的耐火材料的電阻應大于釉料液電阻,不同耐火材料間不發生接觸反應,耐火材料在高溫下不與釉料液發生反應。依據電熔窯的侵蝕情況,在侵蝕嚴重部位用高耐侵蝕的耐火材料,其它部位的耐火材料酌情選用。從全電熔窯使用情況看,一期工程比預期要求延長了3個月使用壽命,目前正在大修;二期工程使用壽命目前已經達到設計要求,因此材料的選擇是否合理關系重大。常見的鉬電極有棒狀和板狀兩種形狀。棒電極的優點是長插深、可續進、易保護、適用范圍廣,缺點是引起釉料液較強對流、溫度分布不均勻;板電極的優點是釉料液對流平穩、溫度分布均勻,適用于小型電熔窯和供料道加熱,缺點是不可續進、難保護。考慮到熔制工藝的要求、電極本身的特點、耐火材料的選用等因素,熔化部選用板狀鉬電極,澄清部選用棒狀鉬電極。其中三個關鍵點:⑴板電極與鉬棒連接部位,當電流密度過大或密封不嚴時都能導致鉬棒蝕斷;⑵板電極需要冷態安裝,所以烤窯升溫過程中對電極的保護極其重要;⑶板電極安裝位置的確定。烤窯時電極的保護措施:⑴可采用低熔點玻璃覆蓋;⑵使用化學穩定的氣體(如氮氣)保護;⑶使用低熔點玻璃纖維布將要保護部分嚴密纏繞。通過長時間的使用發現,當設計電熔窯使用壽命小于1年時,鉬板電流密度可控制在1～1.2A/cm2;當設計電熔窯使用壽命超過1年半時,電流密度可控制在0.5～0.8A/cm2范圍內。3變壓器技術參數電熔窯采用隔離變壓器供電,一次電壓采用可控硅調壓控制系統,主回路采用兩個可控硅反并聯加在變壓器一次側。可控硅觸發電路采用寬脈沖移相觸發,為使供電電源三相平衡,熔化池電極變壓器采用斯考特連接變壓器,避免了采用單相供電相間的干擾以及溫度不均,使供電電源容易作到三相平衡。電熔窯各部位采用恒流或恒溫控制。電熔窯熔化電氣參數的確定。⑴熔化功率的確定,根據瓷釉料組成及其熔化特性,結合我公司多年研制開發電熔窯的熔制經驗,其熔化單耗大約為1.2kW·h/kg,熔化功率為100kW。⑵電壓電流的確定,板電極搪瓷釉料液電阻的確定:R=KρL/SR=ΚρL/S式中K——經驗系數,采用鉬板電極可取1.2ρ——搪瓷釉料液熔化溫度下的平均電阻率,Ω·cmL——電極間導電距離,cmS——導電截面積,cm2結合窯體尺寸計算出電阻R=0.103Ω,根據板電極電壓計算公式U=PR???√U=ΡR,推算出正常運行可能的電壓U=72V,副邊電流I=694A,板電極的電流密度為0.77A/cm2。考慮到起爐及停電降溫等因素,變壓器要留出余量,電流確定20%余量,電壓確定30%余量。變壓器技術參數:視在功率S=160kVA副邊電壓2×65V/2×85V/2×95V,三相干式抽頭式斯考特變壓器,副邊電流I=2×842A實際運行情況是起爐時82～85V、750A,正常運行時75V、700A,出料量2t,板電極的電流密度0.77A/cm2。變壓器電壓檔位稍低,起爐較慢,停電降溫恢復稍有困難,但不影響正常使用。4生產中的問題4.1電熔窯結構改良資原因是搪瓷釉料液中含易揮發物F及B2O3導致硅碳棒的加速老化,縮短其使用壽命。改進措施一是改進電熔窯結構,避免揮發物接觸硅碳棒;二是對加熱體進行隔離保護。二期電熔窯改進后,硅碳棒使用壽命明顯延長,使用效果良好。4.2耐火磚的力學性能該電熔窯在使用一個窯齡后,池壁磚的侵蝕情況如圖2所示。由于該電熔窯出料量穩定,電氣控制合理,熔化池采用板狀鉬電極,所以熔化池內搪瓷釉料液流相對穩定,對耐火磚的侵蝕十分均勻,未出現明顯的溝壑狀。針對該窯出現的問題,大修工程在