2 電場和熱能場

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

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內(nèi)產(chǎn)生的熱能。因此，隨著電場各處不同的電壓、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。

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

熱能是由高能量向低能量傳遞。玻璃液的流動不僅是按當(dāng)?shù)販囟鹊母叩蛠砹鲃拥?。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動，推動驅(qū)使下部較低溫度玻璃向較高溫度區(qū)上升流動，這是不同于液體通常成為熱對流的運動。是一種熱力推動流動。

上部較高溫度玻璃向下部流動，擠壓下部溫度低的玻璃向上運動，到達(dá)高溫區(qū)后被加熱。這是一個不同于熱對流的逆向流動模式。根據(jù)這個原理，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重要途徑。從傳統(tǒng)由西方引進(jìn)到中國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）。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左右的實踐后，西方的傳統(tǒng)的中國被改變了?，F(xiàn)在一臺熔化面積約140m2的玻纖窯產(chǎn)量達(dá)14萬~16萬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。。

采用熱力推動流動原理的另一個重要的好處是增大了熔化玻璃的流動性運動的范圍，減少了玻璃窯爐內(nèi)玻璃流動的死角。熔化玻璃流動性運動的加大，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，這就是可以增加電功率的限度。

對于池深為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限制是由于高溫區(qū)玻璃向下流動，使?fàn)t底溫度升高，這個爐底溫度將會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和熱力場是相互影響，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。解決這個熱效率的辦法是增加玻璃流的流動量。同時，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，同時又提高了質(zhì)量。這在國內(nèi)玻纖廠的實踐中得到證實。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)密的對電極組加載過程來控制玻璃液的流動，達(dá)到優(yōu)化的目標(biāo)。實踐證明對提高熔制效率和維持窯爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性是確實可行的。