2 電場(chǎng)和熱能場(chǎng)

       玻璃電熔窯既是一個(gè)隨時(shí)間變化的復(fù)合電場(chǎng)，又是一個(gè)隨時(shí)間而變化的熱力場(chǎng)。熱力場(chǎng)是高度非線性變化的物理場(chǎng)。

      熔化玻璃的主要熱能來自導(dǎo)電玻璃液的電阻發(fā)熱而自身加熱。一小部分是由于電極自身的電阻在電場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的熱能。因此，隨著電場(chǎng)各處不同的電壓、電流產(chǎn)生不同數(shù)量的熱能形成玻璃窯爐中溫度變化的熱力場(chǎng)。

       熔融玻璃液是流動(dòng)液體，由于熱脹冷縮和重力作用，以及熱力推動(dòng)，玻璃流場(chǎng)成為一個(gè)復(fù)雜的熱流動(dòng)的熱力場(chǎng)。

       熱能是由高能量向低能量傳遞。玻璃液的流動(dòng)不僅是按當(dāng)?shù)販囟鹊母叩蛠砹鲃?dòng)的。即不僅是較高溫度的熱玻璃流向較低溫度的玻璃區(qū)域，例如熱對(duì)流。由于玻璃在高溫區(qū)的體積比在低溫區(qū)要大，因此可以克服類似重力、摩擦力等外力，上部的較高溫度的玻璃下行運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)驅(qū)使下部較低溫度玻璃向較高溫度區(qū)上升流動(dòng)，這是不同于液體通常成為熱對(duì)流的運(yùn)動(dòng)。是一種熱力推動(dòng)流動(dòng)。

      上部較高溫度玻璃向下部流動(dòng)，擠壓下部溫度低的玻璃向上運(yùn)動(dòng)，到達(dá)高溫區(qū)后被加熱。這是一個(gè)不同于熱對(duì)流的逆向流動(dòng)模式。根據(jù)這個(gè)原理，加大上部區(qū)域內(nèi)吸收更多熱能是在窯爐中施加更大的電功率的一個(gè)重要途徑。從傳統(tǒng)由西方引進(jìn)到中國(guó)的電熔爐的電極插入玻璃液中深度約600~700 mm（玻璃液深度1.2m時(shí)）。我司在2014年在玻纖窯內(nèi)首先開始采用鉬電極頂部插入距離液面僅150 ~200mm，插入深度為1m左右的實(shí)踐后，西方的傳統(tǒng)的中國(guó)被改變了。現(xiàn)在一臺(tái)熔化面積約140m2的玻纖窯產(chǎn)量達(dá)14萬(wàn)~16萬(wàn)t/a以上，電加熱的安裝電功率高達(dá)6000~7000 kW的高產(chǎn)、高成品率熔窯。                             

     進(jìn)一步的改進(jìn)是要增大在一支電極周圍可以吸收更多熱能的玻璃體積。使玻璃窯可以充分采用更大電功率，使單位體積玻璃吸收更多的電能，提高熔化功率，提高更多產(chǎn)量。。

      采用熱力推動(dòng)流動(dòng)原理的另一個(gè)重要的好處是增大了熔化玻璃的流動(dòng)性運(yùn)動(dòng)的范圍，減少了玻璃窯爐內(nèi)玻璃流動(dòng)的死角。熔化玻璃流動(dòng)性運(yùn)動(dòng)的加大，很大程度上均勻化了熔窯的溫度分布，即優(yōu)化了熱能分布的均勻度。這是提高熱效率的重要作用。

      提高熔化功率是有限度的。在較大熔化功率下，上部玻璃的溫度也相應(yīng)增高，過高的玻璃溫度將加大熱量向上部空間的發(fā)散損失。向下流動(dòng)的高溫玻璃的流量同樣增大，更多的熱量流向窯底部，致使窯底部溫度提高。窯底耐火材料的抗高溫能力達(dá)到相關(guān)程度時(shí)，這就是可以增加電功率的限度。

       對(duì)于池深為1.2m的玻璃纖維窯，電極插入深度要略為減少，原來電極頂端距離液面150~180mm，可以增大到200~250mm，使可加熱玻璃體積進(jìn)一步增加，提高用于熔化玻璃的電功率，從而在不增加熔窯體積的情況下，加大產(chǎn)量。

       原則上玻璃加熱的溫度限制是使高溫玻璃的熱量不會(huì)大幅度散失到窯爐上部空間, 因此高溫玻璃區(qū)的溫度不大于玻璃熔化溫度。加熱區(qū)玻璃電功率加大的另一個(gè)限制是由于高溫區(qū)玻璃向下流動(dòng)，使?fàn)t底溫度升高，這個(gè)爐底溫度將會(huì)不大于耐火材料允許使用溫度,一般不超過1200~1400℃。

      由此可見，玻璃電熔窯中的電場(chǎng)和熱力場(chǎng)是相互影響，相互依托而存在。相同電壓下，溫度高的區(qū)域玻璃中的電阻較小，電流較大，運(yùn)行功率高、熱效率高。反之，玻璃溫度低的區(qū)域熔化效率較低。解決這個(gè)熱效率的辦法是增加玻璃流的流動(dòng)量。同時(shí)，帶來的好處是使玻璃熔窯中的溫度分布更為均勻，從而不僅提高了產(chǎn)量，同時(shí)又提高了質(zhì)量。這在國(guó)內(nèi)玻纖廠的實(shí)踐中得到證實(shí)。熔制玻璃的單位產(chǎn)品綜合能耗從1200 kcal/kg下降到800~850kcal/kg，能耗值下降了33.33%~29.17%，滿筒率達(dá)到97%左右，遠(yuǎn)超西方的工藝技術(shù)水平。

       十分明顯，在正確理解了電功率和熱力流場(chǎng)關(guān)系的基本理論，可以在調(diào)節(jié)窯爐中經(jīng)過詳細(xì)分析，制訂嚴(yán)密的對(duì)電極組加載過程來控制玻璃液的流動(dòng)，達(dá)到優(yōu)化的目標(biāo)。實(shí)踐證明對(duì)提高熔制效率和維持窯爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性是確實(shí)可行的。