一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉及熔化工艺
阅读说明：本技术 一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉及熔化工艺 (Large-length-width-ratio high-electric-load type mixed melting kiln and melting process ) 是由 杨国洪 赵龙江 王答成 杨威 张峰 孔令歆 李豹 于 2021-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉,包括电极砖、喉管流液洞、投料口、投料装置、侧池壁砖、后池壁砖、燃枪口、胸墙和前池壁砖；前池壁砖、后池壁砖和两个侧池壁砖合围形成窑炉池,两个侧池壁砖上设置有若干对电极砖；窑炉池的上方设置有胸墙,胸墙上设置有燃枪口,用于固定燃枪,电极砖和燃枪对窑炉池内部进行混合加热；前池壁砖上设置有投料口,投料口上设置有投料装置,后池壁砖的底部设置有喉管流液洞；窑炉池内部从投料口至喉管流液洞依次为预熔区、澄清区和均化区,澄清区的长度大于均化区的长度,均化区的长度大于预熔区的长度。满足了大投料量玻璃配合料的熔化、澄清、均化过程,提供了低缺陷、高质量的熔化工艺。(The invention discloses a large length-width ratio high-power load type mixed melting kiln which comprises electrode bricks, throat flow holes, a feed port, a feed device, side pool wall bricks, rear pool wall bricks, a burner port, a breast wall and front pool wall bricks; the front tank wall brick, the rear tank wall brick and the two side tank wall bricks surround to form a kiln tank, and a plurality of counter electrode bricks are arranged on the two side tank wall bricks; a breast wall is arranged above the kiln pool, a burning gun port is arranged on the breast wall and used for fixing a burning gun, and the electrode brick and the burning gun are used for mixing and heating the inside of the kiln pool; a feed port is arranged on the front pool wall brick, a feed device is arranged on the feed port, and a throat flow liquid hole is arranged at the bottom of the rear pool wall brick; the inside of the kiln pool is sequentially provided with a pre-melting zone, a clarifying zone and a homogenizing zone from a feeding port to a throat, wherein the length of the clarifying zone is greater than that of the homogenizing zone, and the length of the homogenizing zone is greater than that of the pre-melting zone. The melting, clarifying and homogenizing processes of the glass batch with large batch size are met, and a melting process with low defect and high quality is provided.)
技术领域
本发明属于玻璃基板制造技术领域，具体属于一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉及熔化工艺。
背景技术
玻璃制品在显示领域一直有着广泛的应用，从传统的彩色显象管工业到现在的平板显示行业，玻璃一直作为关键元器件在显示器件中起着关键作用，实际上是整个器件的框架和载体，也是光学元件，作为平板显示器件的上、下两个基板，都需要精细的微观半导体工艺加工制程，玻璃基板在制造过程中要先将玻璃配合料在窑炉内熔融、澄清、均化，为下道工序提供合格均质的玻璃液。窑炉熔融的玻璃液为无碱高铝硼硅酸盐玻璃，此玻璃制品主要为平板显示用玻璃基板。
高世代、宽板幅、超精细的玻璃基板的生产制造必然需要高吨位的引出量及工艺质量来满足玻璃基板的连续生产需要，现有的窑炉结构和加热工艺并不能生产出高世代、宽板幅、超精细的玻璃基板。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉及熔化工艺，满足了大投料量玻璃配合料的熔化、澄清、均化过程，为高世代玻璃基板的生产提供了低缺陷、高质量的熔化工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉，包括电极砖、喉管流液洞、投料口、投料装置、侧池壁砖、后池壁砖、燃枪口、胸墙和前池壁砖；
所述前池壁砖、后池壁砖和两个侧池壁砖合围形成窑炉池，所述两个侧池壁砖上设置有若干对电极砖；窑炉池的上方设置有胸墙，胸墙上设置有燃枪口，用于固定燃枪，电极砖和燃枪对窑炉池内部进行混合加热；
所述前池壁砖上设置有投料口，投料口上设置有投料装置，后池壁砖的底部设置有喉管流液洞；所述窑炉池内部从投料口至喉管流液洞依次为预熔区、澄清区和均化区，所述澄清区的长度大于均化区的长度，均化区的长度大于预熔区的长度。
优选的，所述窑炉池的底部设置有池底砖，池底砖上设置有热电偶孔。
优选的，所述窑炉池中的玻璃液面线的高度不低于960mm。
优选的，所述电极砖和燃枪的加热热量比为30～36:64～70。
优选的，所述预熔区、澄清区和均化区的长度比为20～24％：39～43％：32～36％。
优选的，所述混合窑炉的熔窑长宽比为3.28～3.48，混合窑炉的宽度为2105～2116mm，混合窑炉的熔化率不小于1.32T/D.m2。
优选的，所述预熔区的长度范围为1640～1650mm；澄清区的长度范围为3140～3145mm；均化区的长度范围为2550～2555mm。
一种玻璃窑炉熔化工艺，包括以下过程，将玻璃配合料通过投料口上的投料装置加入到混熔窑炉，玻璃配合料在预熔区中进行加热形成流场为混合流的玻璃液，混合流的玻璃液从预熔区中流入澄清区，混合流的玻璃液在澄清区中继续加热形成流场为层流状态的玻璃液，层流状态的玻璃液从澄清区中流入均化区，层流状态的玻璃液在均化区中继续加热形成流场为层流和环流混合状态的玻璃液，层流和环流混合状态的玻璃液通过喉管流液洞流入下一道工序。
优选的，所述混熔窑炉的热传递效率为25％～35％。
优选的，所述玻璃液在窑炉内部的加热时间不小于45.43h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉，通过采用电极砖和燃枪对窑炉池内部的玻璃液进行混合加热，在窑炉池内部形成预熔区、澄清区和均化区，玻璃原料在预熔区中进行融化，转化为玻璃相，形成玻璃液，玻璃液经过澄清区，对玻璃液中的气泡进行澄清，然后经过均化区，对排泡后的玻璃液进行均质处理。满足了大投料量玻璃配合料的熔化、澄清、均化过程，为高世代玻璃基板的生产提供了低缺陷、高质量的熔化工艺。
进一步的，通过设置混合窑炉的熔窑长宽比为3.28～3.48之间，熔化率不小于1.32T/D.m2，大长宽比有效的保证了窑炉池内部的预熔区、澄清区、均化区合理布局，保证了高质量的熔化工艺。
进一步的，混合窑炉的宽度为2105～2116mm，当熔窑宽度为2105～2116mm之间时电极的电压、电流处于最稳定状态，且满足熔窑热点分布位置及各功能区加热功率的要求。
本发明一种玻璃窑炉熔化工艺，通过在混熔窑炉内部对玻璃配合料加热，依次形成混合流的玻璃液、层流状态的玻璃液和层流和环流混合状态的玻璃液，依次经过预熔区、澄清区和均化区，去除玻璃液中的杂质和气泡，提高玻璃融化质量和融化效率，满足了大投料量玻璃配合料的熔化、澄清、均化过程，为高世代玻璃基板的生产提供了低缺陷、高质量的熔化工艺。
进一步的，通过将玻璃液在窑炉内部滞留时间为不小于45.43h，为高效澄清，有效均化提供排泡和环流时间，提高了玻璃融化的质量。
附图说明
图1为本发明实施例一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉结构侧视图；
图2为本发明实施例一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉玻璃液有效空间的工艺功能区分布图；
图3为本发明实施例玻璃液在熔窑不同工艺功能区域的俯视示意图；
图4为本发明实施例玻璃液在熔窑不同工艺功能区域的侧视示意图；
附图中：1为电极砖；2为预熔区；3为澄清区；4为均化区；5为热电偶孔；6为喉管流液洞；7为投料口；8为投料装置；9为投料区域；10为池壁砖；11为后池壁砖；12为燃枪口；13为胸墙；14为前池壁砖；15为液面线。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供了一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉及熔化工艺，大长宽比高电负荷型混熔窑炉内部设置有电熔加热系统和燃气加热系统，电熔加热系统包括若干对氧化锡电极，燃气加热系统包括若干对燃枪；依据熔窑加热体系能量守恒原理，混熔窑炉燃气热量+电熔热量＞玻璃熔化所需热量+熔窑烟气带走热量+整个熔窑墙体散热+窑碹散热；大长宽比高电负荷型混熔窑炉的热效率为25％～35％，通过多用电、少用气的特点实现熔窑温度的精确化控制，结合能量守恒及耗热计算对气电比的分配。
实施例
如图1所示，本发明一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉，包括电极砖1、喉管流液洞6、投料口7、投料装置8、侧池壁砖10、后池壁砖11、燃枪口12、胸墙13和前池壁砖14；
前池壁砖14、后池壁砖11和两个侧池壁砖10合围形成窑炉池，所述两个侧池壁砖10上设置有若干对电极砖1；窑炉池的底部设置有池底砖，池底砖上设置有热电偶孔5。窑炉池的上方设置有胸墙13，胸墙13上设置有燃枪口12，用于固定燃枪，燃枪的火焰喷口方向指向窑炉池的内部，燃枪口12位置高于窑炉池中的液面线15；电极砖1和燃枪对窑炉池内部进行混合加热。
如图2所示，前池壁砖14上设置有投料口7，投料口7上设置有投料装置8，后池壁砖11的底部设置有喉管流液洞6；窑炉池内部从投料口7至喉管流液洞6依次为预熔区2、澄清区3和均化区4，所述澄清区3的长度大于均化区4的长度，均化区4的长度大于预熔区2的长度。
预熔区2、澄清区3、均化区4是依据玻璃配合料在转化为玻璃液后的流体状态；预熔区22在1580-1610℃的温度范围之间将配合料转化为玻璃相形成玻璃液，澄清区3是在1620-1650℃的温度范围之间，对玻璃液中的气泡进行澄清；均化区4是在1620-1630℃的温度范围之间，对排泡后的玻璃液进行均质处理，去除成份上的偏析问题。
本发明一种玻璃窑炉熔化工艺，包括以下过程，将玻璃配合料通过投料口7上的投料装置8加入到混熔窑炉，玻璃配合料在投料区域9堆积，玻璃配合料在预熔区2中进行加热形成流场为混合流的玻璃液，混合流的玻璃液从预熔区2中流入澄清区3，混合流的玻璃液在澄清区3中继续加热形成流场为层流状态的玻璃液，层流状态的玻璃液从澄清区3中流入均化区4，层流状态的玻璃液在均化区4中继续加热形成流场为层流和环流混合状态的玻璃液，层流和环流混合状态的玻璃液通过喉管流液洞6流入下一道工序。
本发明中依据电极电阻率计算公式和对电极电熔加热系统的电极砖1之间的距离进行计算，当电极砖1的间距为2105～2116mm之间时电极的电压、电流处于最稳定状态，且满足熔窑热点分布位置及各功能区加热功率的要求；
本发明实施例中依据玻璃液澄清排泡的斯托克斯计算公式及熔窑液面高度不低于960mm可以计算出澄清排泡区的长度约为3140～3145mm之间；依据GFM模拟软件对920kg/h投料量进行计算，预熔区2的长度约为1640～1650mm之间；澄清区3的长度范围在3140～3145mm之间；均化区4的长度为2550～2555mm之间。因此混熔窑炉的长宽比设计在3.28～3.48之间，熔化率为不小于1.32T/D.m2；预熔区2、澄清区3和均化区4的长度比为20～24％：39～43％：32～36％。大长宽比既有效的保证了预熔区、澄清区、均化区的合理布局，同时满足熔窑热点分布位置及各功能区电极的加热功率要求；且玻璃液在窑炉内部滞留时间不小于45.43h，为高效澄清，有效均化提供排泡和环流时间。
本发明为一种大长宽比高电负荷型混熔窑炉及熔化工艺，如图1所示为M8型窑炉的侧视图，其侧部包含若干对电极、若干对燃枪，分别为混合熔窑的电熔加热系统和燃气加热系统。根据窑炉体系能量守恒原理，混熔窑炉燃气热量+电熔热量＞玻璃熔化所需热量+熔窑烟气带走热量+整个熔窑墙体散热+窑碹散热；通过热量计算设计混熔窑炉的热效率控制在25％～35％，电极砖1和燃枪的加热热量比为30～36:64～70，通过多用电、少用气的特点实现熔窑温度的精确化控制，结合能量守恒及耗热计算，对气电比的分配优选为G：E＝35:65。
在图2中依据电极电阻率计算公式和对电极间距及熔窑宽度进行计算，电极截面积、电极电压、电极电流、电极体积电阻率等参数已经确定，如表1所示，通过计算确定电极间距/熔窑宽度在2105～2116mm之间时满足熔窑热点分布位置及各功能区加热功率的要求。
在图2中依据玻璃液澄清排泡的斯托克斯计算公式及熔窑玻璃液面高度不低于960mm可以计算出澄清排泡区的长度约为3140～3145mm之间；依据GFM模拟软件对920kg/h投料量进行计算，熔窑预熔区的长度约为1640～1650mm之间；熔窑均化区的长度为2550～2555mm之间。因此混熔窑炉的长宽比设计在3.28～3.48之间，熔化率不小于1.32T/D.m2；大长宽比既有效的保证了预熔区2、澄清区3、均化区4混合熔窑熔化工艺的合理布局，同时满足熔窑热点分布位置及各功能区电极的加热功率要求；且玻璃液在窑炉内部滞留时间不小于45.43h，为高效澄清，有效均化提供排泡和环流时间，从图3、图4中可以看到玻璃配合料通过投料口7进入到混合熔窑之后，在预熔区2玻璃液的流场主要为混合流，在澄清区3玻璃液的流场主要为层流状态，在均化区4玻璃液的流场主要为层流和环流的混合状态，此混熔窑炉具有功能区分明、多用电少用气及高效熔解有效澄清排泡等特点，满足了大投料量玻璃配合料的熔化、澄清、均化过程，为高世代玻璃基板的生产提供了低缺陷、高质量的熔化工艺。
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