無機(jī)物料熔制方法及其熔窯。特別是浸沒燃燒方法及其熔窯。

背景技術(shù)：

無機(jī)物料，包括玻璃、金屬、陶瓷、耐火材料等的熔制是材料制造工藝中最重要、最核心的工藝。它的優(yōu)劣對(duì)于綠色環(huán)保、節(jié)能減排以及材料的制造質(zhì)量和成本的高低，有著舉足輕重的作用。

以玻璃熔制為例：目前，用燃料連續(xù)熔制玻璃液均采用表面加熱的方法。它有著幾個(gè)難以克服的缺點(diǎn)：一是熱效率較低，熱損耗嚴(yán)重；二是熔化率較低；三是熔化池燃燒空間的燃?xì)鉁囟雀摺⒘魉俅?，?duì)窯爐耐火材料侵蝕較快，降低了窯爐使用壽命。為了節(jié)省能源、減少排放和降低成本并提高窯爐使用壽命，國內(nèi)外都在探索更有效的加熱方法代替表面加熱，例如浸沒燃燒和電極加熱。

但是，迄今為止，所謂浸沒燃燒是將氣態(tài)燃料燃燒器從窯底插入窯內(nèi)，使燃燒的廢氣以高溫高速直接噴入熔池玻璃液中，攪動(dòng)著玻璃液，并將大部分熱量傳給玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化。

這種方法不僅可使燃燒氣體的熱量被玻璃液充分吸收，熱損失小，熔化率高，節(jié)能效果十分顯著（國外介紹浸沒燃燒方法的熔化率可達(dá)9~10噸/平方米·日，每公斤玻璃液熱耗在1000~1300千卡）。而且由于高溫氣體翻騰，對(duì)玻璃液起攪拌作用，使池內(nèi)的玻璃液更均勻。又由于離開玻璃液的廢氣溫度基本和熔池中表面玻璃液的溫度相同，因而降低了熔窯空間的溫度，延長了窯爐的使用壽命。

浸沒燃燒方法有許多優(yōu)點(diǎn)，因此包括中國在內(nèi)的美、日、法、俄等國都先后進(jìn)行了深入的研究和試驗(yàn)，但到目前為止均未在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用上獲得成功。

其原因在于，這種傳統(tǒng)浸沒燃燒的方法有著難以解決的問題：1、澄清問題：在向玻璃液中噴入燃?xì)夂涂諝饣旌衔飼r(shí)(燃燒產(chǎn)物)，噴嘴的作業(yè)條件比較困難，只有混合氣體耗量大大超過用空氣或蒸汽鼓抱時(shí)，熔制才會(huì)正常進(jìn)行。由于玻璃液的激烈鼓泡翻騰，使玻璃液呈泡沫狀，自身的微小氣體夾雜物顯著增多，因此，使玻璃液澄清很困難。2、燃料問題：在熔體中吸留或夾雜的灰泡成分主要是未參加反應(yīng)的不活潑氣體，也就是燃料燃燒過程中釋放出的氮，如：用天然氣一空氣混合氣體的浸沒燃燒噴嘴所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物中，含氮量超過70%，而一般的燃燒方法則允許在燃燒產(chǎn)物中的含氮量不超過30%，對(duì)于平板玻璃，則最好不超過10%(重量)。因此，這也是氣體夾雜物多的主要原因。用純氧燃燒工藝可有效解決上述兩個(gè)問題，但帶來的問題是，火焰溫度過高，噴嘴蝕損過快，又無法補(bǔ)償或更換。3、燃燒器問題：由于燃燒器是浸沒在熔體中的，其質(zhì)量、安放位置以及操作控制都比以往要求嚴(yán)格，否則，一旦燃燒發(fā)生故障，使玻璃液進(jìn)人其內(nèi)固化，則不能繼續(xù)使用。另外，當(dāng)玻璃液達(dá)到一定深度時(shí)，噴嘴的沖力不夠，火焰則不進(jìn)玻璃液，而從旁邊耐火材料噴出。秦皇島玻璃研究院在試驗(yàn)中就遇到過這種情況?？s小噴嘴直徑可解決上述問題，但又會(huì)造成燃燒熱量不足的問題。4、耐火材料問題：由于玻璃液在窯內(nèi)劇烈翻騰，上部結(jié)構(gòu)空間會(huì)被飛濺出來的玻璃液所沖刷，一般的硅磚和鉻磚適應(yīng)不了這種熔窯的需要。當(dāng)在池底設(shè)置多個(gè)燃燒噴嘴時(shí)，也會(huì)削弱耐火材料的強(qiáng)度。另外，如在熔液中燃燒天然氣(為供入窯內(nèi)總量的7-10%),會(huì)使熱交換大大加強(qiáng)。過多地提高直接在熔窯中燃燒的天然氣量，耐火材料受蝕嚴(yán)重。5、玻璃液粘度、氣源壓力和流量的波動(dòng)，對(duì)混合氣體壓力和噴速的影響很大，使其難以長期恒定地保持在玻璃液中燃燒，極易造成脫火或回火現(xiàn)象。6、最為關(guān)鍵的問題是：由于受材料限制，燃燒器(尤其是噴火嘴)極易損耗、壽命較短，而且既無法補(bǔ)償也難以更換。所以盡管經(jīng)過長期的研究和試驗(yàn)，卻難以投入實(shí)際應(yīng)用。而電極加熱存在的問題是：熔化率低；加熱面積有限；電極昂貴并更換困難且易氧化；需先用其它加熱方式將玻璃熔化成液體后，才能夠通電加熱，增加了設(shè)備及工藝成本。因此。目前電極加熱的玻璃電熔窯僅用于高硼硅玻璃、乳白玻璃等小規(guī)模產(chǎn)品的生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種對(duì)噴浸沒燃燒熔制無機(jī)材料的方法及其熔窯，其特征是：這種熔窯去除了頂蓋和胸墻，只有窯底和池壁構(gòu)成的熔池；將燃料噴管和助燃劑噴管分別從熔池頂部和熔窯底部相對(duì)應(yīng)位置插入熔池中，并方向相對(duì)，噴出燃料和助燃劑，使其在熔液內(nèi)部相遇燃燒，從而達(dá)到熔化物料的目的；在熔融液體上表面，始終鋪蓋有一層待熔的原料配合料層，熔液內(nèi)的燃燒煙氣經(jīng)此料層逸出，并通過與料層換熱降溫后排掉；燃燒煙氣中未完全燃燒的燃料，在熔液表面以及原料配合料層中遇氧氣燃燒，并給原料配合料加熱；隨著原料配合料層底層不斷熔化，頂層不斷鋪上新料層，熔窯便能夠連續(xù)生產(chǎn)出所需要的熔液。

上述燃料即可從窯底噴入，也可從窯頂噴入；助燃劑亦然。也就是說，燃料噴管和助燃劑噴管的位置可以相互交換。

上述燃料噴管和助燃劑噴管應(yīng)為多組排列，設(shè)置在遠(yuǎn)離熔池池壁的中央位置。

為了保證燃料能夠完全燃燒，上述燃料噴管和助燃劑噴管可以非等徑、非等量對(duì)應(yīng)。

上述燃料可以是氣體燃料、液體燃料或粉體燃料。

上述助燃劑可以是空氣、富氧或純氧氣體。

上述原料配合料層的厚度控制在燃燒煙氣能夠低壓逸出為宜。

上述熔制的無機(jī)材料為玻璃。

上述熔制的無機(jī)材料為石灰石。

上述熔制的無機(jī)材料為陶瓷材料。

上述熔制的無機(jī)材料為耐火材料。

可通過調(diào)節(jié)燃料和助燃劑的噴出壓力以及噴管高低位置，以調(diào)節(jié)燃燒效果，使燃料盡量完全燃燒。

從窯頂插入的噴管，透過原料配合料層插入熔液內(nèi)。并可在被侵蝕后不斷得到補(bǔ)償或更換。

從窯底插入的噴管，不露出窯底耐火材料表面以防被侵蝕。它不必補(bǔ)償或更換，將與熔窯同壽命而長久使用。

其它浸沒燃燒方法和熔窯相比，這種對(duì)噴浸沒燃燒熔制無機(jī)材料的方法及其熔窯的有益之處在于：1、窯爐及燃燒設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長；2、方法可靠，燃燒完全；3、熔化效率高，熔液均化效果好；4、對(duì)耐火材料的侵蝕?。?、高溫?zé)煔庠谌垡汉驮吓浜狭蠈又械膿Q熱時(shí)間長，熱利用率高；6、適合于純氧高溫燃燒，不僅可以熔化高熔點(diǎn)物料，而且煙氣量大為減少，利于熔液的澄清；具有十分重大的節(jié)能減排效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例之一剖面原理圖。

圖中1.窯底耐火材料，2.窯底噴管，3.窯頂噴管，4.熔融液體，5.燃燒煙氣路徑，6.熔液液面，7.原料配合料層。

具體實(shí)施方式

圖1中，將燃料噴管和助燃劑噴管分別從熔窯頂部和底部相對(duì)應(yīng)位置插入熔池中，并方向相對(duì)，噴出燃料和助燃劑，使其在熔融液體（4）內(nèi)部相遇燃燒，從而達(dá)到熔化物料的目的；在熔融液體（4）的上表面，始終鋪蓋有一層待熔的原料配合料層（7），熔液內(nèi)的燃燒煙氣，沿著燃燒煙氣路徑（5）經(jīng)原料配合料層（7）逸出，并通過與原料配合料層（7）換熱降溫后排掉；燃燒煙氣中未完全燃燒的燃料，在熔液表面（6）以及原料配合料層（7）中遇氧氣燃燒，并給原料配合料加熱。

開始熔化物料時(shí)，將窯底噴管（2）和窯頂噴管（3）噴口近距離相對(duì)，埋于待熔的物料中并點(diǎn)火燃燒。隨著物料的熔化，逐漸增大噴射壓力和上下噴管的距離，調(diào)節(jié)燃料和助燃劑相遇燃燒的高度位置，直至在熔融液體（4）中穩(wěn)定燃燒。

隨著原料配合料層底層不斷熔化，頂層不斷鋪上新料層，熔窯便能夠連續(xù)生產(chǎn)出所需要的熔液。