生产玻璃管材的技术资料.docx

太阳能高硼硅玻璃管生产工艺

培训资料

山东泰和光能有限公司
2009年9月16日

目 录

一、玻璃基础知识
1.玻璃的定义
玻璃是在熔融时能形成连续网络结构的氧化物（如氧化硅、氧化硼、氧化磷等），其熔融体在冷却过程中黏度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐无机非金属材料。
2.玻璃的性质
玻璃与结晶状态不同，它的质点的排列仅在短距离内呈规则性，超过一定距离，排列的规则性逐渐消失而形成无规则性，因此，玻璃具有各向同性，即在不同的方向上具有相同的性质。
（1）光学性质
玻璃的光学性质主要从折射率，色散率，反射率以及透过率四个方面考量。
a 折射率
当光从一种介质进入到另一种介质时，在两种介质的界面处，一部分光进入到另一种介质中，并且改变了原来的传播方向，这种现象称为光的折射。折射率是物质光学性质中最基本的性质。对透明玻璃，特别是光学玻璃，折射率是玻璃使用过程中最重要的物理性质。
b 色散率
多列波在媒质中传播，它们的频率不同，传播的速度亦不同，这种现象叫色散。对于光波，复合光通过三棱镜等分光器被分解为各种单色光的现象，叫做光的色散。不同波长的光线玻璃具有不同的折射率，将折射率对波长作图，可得玻璃的色散曲线。
c 反射率
当光从一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上，一部分光被反射回原来的介质中，这种现象叫做光的反射。镜面反射率取决于反射光线的介质的折射率及入射角。反射又分为镜面放射和漫反射。当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，因面上凹凸不平，造成反射光线向不同的方向无规则的反射，这种现象叫做漫反射。漫发射光是指从光源发出的光进入样品内部，经过多次反射，折射，散射及吸收后返回样品表面的光。漫反射的测量在提取样品组成和结构信息方面更为直接可靠。
d 透过率
强度为I0的光束通过玻璃，强度降为I，它们的比值I0/I称为透过率。透过率高说明玻璃透光性能较好。
（2）热学性质
一般来讲，材料的热学性质主要包括:热容、热膨胀、导热性、热稳定性等。玻璃的热容随温度上升而增加。在转变温度 (Tg)以下，热容的增加不显著；温度升至Tg以上时，热容迅速增加；熔融态玻璃的热容随着温度的上升而急剧增加。玻璃的热胀系数主要由玻璃的化学组成决定，Na2O和K2O显著地提高热胀系数；石英玻璃的热胀系数最小;增加SiO2 的含量可获得低热胀系数的玻璃。玻璃是热的不良导体，当玻璃突然遇冷时，常常因收缩差异引起的体积效应造成局部或表面张应力，致使玻璃破裂。能经受急剧的温度变化而不破裂的性能称为玻璃的热稳定性，它主要取决于玻璃的热胀系数、弹性模量和强度。钠钙玻璃热胀系数大，耐急冷急热能力差;硼硅酸盐玻璃热胀系数小，耐急冷急热能力强，称为耐热玻璃；热胀系数最低的石英玻璃，热稳定性最好。
（3）电学性质
在室温下玻璃是电的绝缘体,当玻璃被加热时,其导电性能随温度升高而明显增强.熔融状态下的玻璃完全变成了导电体。玻璃电熔是将电流通过电极引入玻璃液中,通电后两电极间的玻璃液在交流电的作用下产生焦耳热,从而达到熔化和调温的目的。
玻璃导电性与温度有一定的相关性，在生产玻璃需要温度很高，用热电偶测量困难时可采用测量玻璃液导电率的方式来控制玻璃液的温度。
3.高硼硅玻璃
高硼硅3.3玻璃是玻璃的一种，其成分中SiO2>80%，B2O3>12%，平均线热膨胀系数(20-300度)为α=(3.3±0.1)×10-6k-1，由此得名。高硼硅3.3玻璃的特点是：一级抗水解性能：耐水性能：在98度时耐水性为一级，在121度时耐水性为二级；化学稳定性高：耐碱性能:A2级，耐酸性能Na20≤100μgm-2；耐高温冲击：可以耐受230度的高温冲击而不会炸裂；玻璃机械性能好，耐用，耐冲击；太阳照射累计100小时后，其太阳透射比不会下降。
二、工艺流程
玻璃制造工艺分为熔融法和非熔融法。熔融法是传统的制造方法。工艺流程为：原料预加工、配合料制备、熔制、成型、退火和后加工，即得成品。工业化生产普通玻璃多用熔融法。对于不同形状的玻璃制品，常用的玻璃成型方法有吹制法、压制法、拉引法、浇筑法、压延法等。玻璃的后加工分为冷加工、热加工和化学处理三大类。冷加工包括研磨抛光、切割、喷砂、钻孔。热加工包括烧口、火抛光、火切割、火钻孔、真空成型和玻璃灯工。
硼硅3.3玻璃管具有熔化温度高、易挥发、易分层、易分相等特殊性，一般的生产工艺方法为：
配合料混合均匀后加送入电熔窑内，熔化好的玻璃液经流液洞进入上升道、料道，玻璃液在料道经溢流排泄掉表层废料，将均化好、满足成型温度的玻璃液供给供料机，再经匀料筒、吹气杆、料碗、端头进入真空跑道、保温跑道、激光检测、水平拉管机成型，然后经分选机、梳理机分拣合格玻璃管，最后经人工包装后，运输入库。

工艺流程图如下：
玻璃熔制
温度约1600度
配合料

熔窑

流液洞

水淬
上升道

玻璃液输送，形成可供成型的温度
温度约1300度

溢流
供料道

供料机

料碗

端头

真空、保温跑道

水平拉管机

质量检测
废品
分选机

梳理机

不合格品
检验、包装

合格品

运输入库

切断机
拉管机
保温跑道
真空跑道
供料道
电熔窑
玻璃管生产简图

三、主要原材料及要求
生产高硼硅3.3玻璃的主要原材料有：石英砂，五水硼砂，硼酸，食盐，氢氧化铝，碎玻璃。
1石英砂
石英砂又称硅砂，引入二氧化硅的原料。主要由SiO2(质优者可达99%以上)组成，并含少量的Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2和Fe2O3等。其中，Fe2O3是有害成分，它能使玻璃着色而降低透明度。某些石英砂还含有CrO3，它是一种着色能力比Fe2O3强30-50倍的着色剂，使玻璃着成绿色。TiO2使玻璃着成黄色。因此，在制造无色玻璃制品时，应控制这些氧化物的含量。SiO2是形成玻璃的最主要成分，它以硅氧四面体[Si04]的结构组成不规则的连续网络结构，从而形成玻璃的"骨架"，因此又称为玻璃形成体氧化物。SiO2本身就可形成玻璃，即石英玻璃。引入二氧化硅可以提高玻璃的熔制温度、黏度、化学稳定性、热稳定性、硬度和机械强度，但同时又能降低玻璃的热胀系数和密度。SiO2的缺点是熔点高、黏度大，导致玻璃熔化、澄清和均化困难，能耗增加。
石英砂的颗粒组成与颗粒大小对原料制备、玻璃熔制、有重要影响，因此是评价其质量的重要指标。在同一份石英砂中颗粒大小不同，其铁、铝氧化物含量也不相同，粒度越小其铁铝含量越高。
SiO2相对分子量60.06，密度2.4－2.5g/m3。
石英砂的技术要求
化学成分 SiO2＞99％
Fe2O3＜0.04％
粒度范围 32－150目
150目以下超细粉≤10%
32目以上≯0%

2五水硼砂
五水硼砂是引入B2O3和导电Na+的原料。
B203也是玻璃形成氧化物，它以硼氧三角体[BO3]和硼氧四面体[B04]为结构组元，在硼硅酸玻璃中与硅氧四面体共同组成结构网络。B2O3能降低玻璃的热胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性和力学性能，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光泽，B2O3还起助熔剂作用，降低玻璃熔融温度，加速玻璃的澄清和降低玻璃的结晶能力。B2O3常随水蒸气挥发，当B2O3的引人量过高时，会导致玻璃熔体的黏度降低、玻璃的热胀系数增大和硬度降低等，发生反常现象。
对硼砂的质量要求：B2O3>35%,Fe3O2<0.01%,SO42-<0.02%。
3硼酸
硼酸（H3BO3）也是提供B2O3的重要原料。相对分子量61.82，密度1.44g/cm3，理论化学组成为B2O356.45%,H2O43.5%。硼酸为无色透明鳞片状晶体，微有光泽，触之有脂肪感，易融于水。硼酸在玻璃熔制的过程中易挥发。
玻璃工业对硼酸的质量要求是：H2BO3>99%,Fe3O2<0.01%,SO42-<0.2%。
4食盐
高硼硅玻璃熔化温度高，难于澄清，采用传统的澄清剂，澄清效果不明显。现在普遍采用氯化钠作为澄清剂，氯化钠的沸点为1 413 ℃。在更高的温度下，氯化钠便会从玻璃液扩散到残余气泡内，使之膨胀，从而上升溢出玻璃液。
5氢氧化铝
是提供氧化铝的主要原料。A1203能提高玻璃的黏度，降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀，并有助于氟化物的乳浊。因此，绝大多数玻璃中都引人1%-3.5%的Al203，一般不超过8%-10%。
6碎玻璃
碎玻璃在使用过程中又称孰料，生产中对玻璃的用应对生产工艺制度影响很大，在配合料中加入碎玻璃可以使熔化进行得较为顺利，也可以降低气泡率。碎玻璃的加入可降低生产成本和能源消耗，增加熔出率，消除废渣公害和改善生态环境。
电熔窑正常运行时，碎玻璃量控制在30%左右。碎玻璃应经过挑选，清洗后破碎成20mm左右的小块。碎玻璃的比例过大，使玻璃含铁量增加，影响玻璃质量。

四、主要生产设备
高硼硅玻璃管生产的主要设备有冷顶电熔窑，料道，供料机，真空跑道、保温跑道，拉管机，切断设备，分选机，梳理机等。
1.电熔窑
电熔窑都是指冷顶电熔窑。高硼硅玻璃生产采用冷顶电熔炉熔制，配合料在电熔窑中熔化成玻璃液，然后拉制成玻璃管。冷顶电熔炉为全电能运行，在整个熔化池的表面有着连续分布的均匀的配合料复盖层。全电熔窑采用“冷顶”式垂直熔制工艺。整个熔化池玻璃液表面覆盖着配合料层，阻挡了熔体向窑顶热辐射，使窑炉上部空间温度降到150℃以下。同时配合料中大部分挥发成分在覆盖层中冷凝回流至玻璃，而熔制过程中放出的CO2等气体很容易穿过覆盖层进入空间。配合料层下玻璃熔体慢慢地往下流入电极区，玻璃在此区内完全熔化后，开始澄清，再流向熔化池下部，完成澄清匀化过程。熔制好的玻璃经流液洞、上升道和供料道进入工作池。
电熔窑由炉体、加热电极、电控系统等组成。炉体上半部为融化部，混合料在此熔化成玻璃液，均化澄清部在电熔窑的下部，熔化的玻璃液在此均化、澄清，形成可以成型的玻璃液。

全电窑熔化硼硅玻璃料层温度曲线分布

启动
电极
主熔底插电极
均化澄清部
熔化部
电熔窑
流液洞
上升道
供料道

冷顶电熔窑示意图
①砌窑材料
电熔窑采用无缩孔的电熔耐火材料，而且儿个砖面都经加工磨平，使砖缝十分严密。通常在耐火材料厂进行预拼装，经检验合格后发给用户。用在电熔窑中的耐火材料，必须考虑其电阻率，要与所熔制的玻璃相比较。当然，在熔制钠钙玻璃和其他软玻璃时，这是不成问题的。但在熔制像E玻璃一类的硬玻璃时必须特别小心谨慎，以免出现电流流向砖块而不通过玻璃，一旦这样，将造成耐火材料的提前受蚀损坏。电熔窑耐火材料的选择主要考虑耐火材料的侵蚀性和电阻特性。耐火材料的侵蚀速度一般随温度按指数规律增加，并与时间成线性关系。在靠近液面线、电极的四周(尤其是电极的上方)，流液洞和盖砖蚀损速率比液面下整个砖面的侵蚀速率高五倍，玻璃液流也会极大地提高侵蚀速率。对于电熔窑来说，耐蚀性尤其重要，因为这些窑的熔化温度很高，而且玻璃液流的速度快。砌筑电熔窑的耐火材料须用电熔锆刚玉砖、电熔铬锆刚玉砖、电熔刚玉砖、电熔石英砖。
使用最为广泛的电熔锆刚玉砖是含ZrO233%~41%的电熔锆刚玉砖，该材料耐蚀性好，产生小气泡的倾向小，而且不会渗出玻璃相。
ZrO2含量为33%的电熔锆刚玉砖称为33#锆刚玉砖（AZS-33#），具有良好的抗玻璃侵蚀性能，玻璃相渗出温度高，气泡指数低、不污染玻璃液，是显像管玻璃、平板玻璃、仪器玻璃和日用瓶罐玻璃窑熔化部池壁、胸墙、小炉、池底铺面等重要部位筑炉材料。
ZrO2含量为41%的电熔锆刚玉砖称为41#锆刚玉砖（AZS-41#），它具有最高的抗玻璃侵蚀性能和杰出的对玻璃液的低污染性能。适用于玻璃熔窑中对耐侵蚀性能要求特别高的部位，如全电熔窑、流液洞、加料口拐角砖等。
耐火材料的钻孔
电极砖的质量要求较严。利用人工晶体钻头在普通的125摇臂钻上(要加工一个连接卡头)钻一个稍大于电极套且向上倾斜5。的孔。上倾的目的是利于冷却水在电极套中循环和不形成集流而排出，防止冷却水在保护套中停顿，以减少水垢的形成。钻孔时，将电极砖固定在一个与钻床工作台面呈5。角的特制台面上。此台面又固定在钻床的工作台面上，以防位移和旋转。采取手控进刀法切削钻孔，由于电极砖具有较高的硬度，故采取研磨性切削。为了克服钻进过程中发热使钻头退火而损坏，以及让研磨中出现的砖屑顺利排出，必须在钻进时随同钻头不间断地向钻孔中进水，且由于电极砖的砖屑远大于水，随着钻人量的加大，沉积将逐渐增加，而影响钻削速度，为此每进3~4mm就抬起钻头让水将钻下的粉末冲净再行入钻。

电极孔资料图片
②电极
目前电熔窑可供选择的电极材料有石墨,铂,氧化锡,钼和纯铁。高硼硅玻璃生产常用钼电极加热玻璃液。
（1）电极的选择原则
电熔窑的发展与合适的电极材料的开发和发展有很大的关系。对电极材料提出的要求如下:①在不考虑氧气分压和电流负载的情况下,能承受的温度为1700℃.②至少在800℃时不会被空气氧化。③具有与金属相当的电导率.④在1700℃以下具有足够的机械强度。⑤具有足够的耐急冷急热性.⑥与玻璃液润湿性能好。⑦不污染玻璃,在各种介质中结构稳定。⑧耐玻璃液的冲刷侵蚀作用强。⑨本身含杂质很少,不与耐火材料起作用，使用寿命长。⑩膨胀系数低，与玻璃接触电阻率低，价格便宜。符合上述所有要求的电极材料目前尚未找到,而且也许永远也找不到。因而,不得不降低要求,根据应用场合和在这些应用场合中存在的技术和经济条件,选择不同的电极材料。电熔电极材料的研究,在玻璃电熔工艺研究中是非常重要的课题。生产高硼硅玻璃管的电熔窑采用的是钼电极。
（2）钼电极的特点
钼基本上能满足上述要求,适用范围广,除了铅玻璃以外,能用于熔化大多数玻璃,如难熔玻璃,粘度大的玻璃,挥发组分高的玻璃等,钼对其它玻璃组分都是稳定的。
钼电极的突出优点是:①能被玻璃液浸润,所以接触电阻小,电极表面可以承受较高的电流密度,约1～3A/cm2。②电极的热损失低。③不易使玻璃着色。钼电极的缺点是：钼电极在空气中受热时容易氧化,600℃时产生MoO3,该氧化物对钼电极毫无保护作用。
钼电极生产过程有两种方法:一是先把钼粉液压成形后烧结,经过锻打和热处理,以形成抗形变的晶粒结构。另一种方法是粉末冶金法，锻打并挤压的钼材质量比粉末冶金的好。钼电极是金属电极,可以做成板,棒,球等各种形状。目前,钼电极通常制成棒状电极,常用的棒状电极直径在32～50mm之间,棒状电极有加粗的趋势,直径可做到100mm。可提供的棒状电极长度在1～2m之间。提供的电极可带有平端连接螺纹,采用螺纹,有很大的优点,电极可以被推入。当然,必须注意,螺纹接头的电阻不宜过大。无杂质的精密切削标准螺纹符合这一要求。为了便于旋入电极,可使用少量的润滑剂,但必须是不含铅的润滑剂。
（3）钼电极的布置
在使用中有三种基本类型:侧墙插入型,池底插入型,顶部插入型。不论电极电流方向如何,80%的能量都释放在相当10倍电极直径的范围内,在能量如此集中的情况下,正确选择电极布置方式就显得相当重要。最理想的电极布置，应保证电极对玻璃液影响最小，能量在玻璃液中均匀分配。电极布置与电流密度、热量输出、玻璃液流有关，对玻璃液的质量，电极的侵蚀和使用寿命有影响。电极布置还应该考虑耐火材料质量与安装维修条件。
电极布置有水平棒状电极、垂直棒状电极、顶插电极等。
① 水平棒状电极
下图是水平侧墙棒状电极。冷却水管把水送到钼电极与大气接触的地方，该出温度低于3000C,以免钼的氧化。

水平侧墙棒电极
② 底插垂直棒状钼电极
由底部插入的垂直棒状电极,安装在电极套内,在电极周围提供了一个冷却套,以保证电极暴露于空气中的部分的温度低于安全值。底部安装对于电极布置来说几乎没有什么限制。并且所有电极在电流负载上达到一个非常精确的平衡。不论是每组一根还是每组多根电极棒,都是一样的。电流密度的均匀性和整个长度上腐蚀的均匀性,使得钼电极棒能够获得最佳状态的使用。在几乎所有应用形式中,从初始装置一直到熔炉寿命的结束,都可以提供足够的棒材。在绝大部分窑炉中,都无须推进，但在使用期间应该可以更换，钼电极可以不必停炉而挖成更换工作。

底插电极示意图
③ 顶插的棒状钼电极
电极从侧墙或顶部伸人窑内，可任意改变位置和倾角。在池窑的运行过程中，如有电极损坏待修时，可用这种斜插电极暂时给玻璃液加热。如损坏的电极无法更换，则也可用该电极代替。
顶插式电极水套和钼电极处于正常生产情况时如下图（b）所示，电极和电极水套头部全部被冷料层所覆盖，半熔化玻璃液层只浸没电极的2/3，这时钼电极的使用达到最佳理想状态，电极套烧损的可能性最小。但是这种状态在生产中难以长时间维持，料层的厚度时有波动。图(a)为冷料层液面上升(投料过多或其他原因)，这时钼电极仍处于正常工作，但是电极套冷却头部处于14000C左右的半熔化玻璃液中，电极水套的耐热材料受到强烈的腐蚀，导致水套体严重烧损。图(c)所示为供料系统出现故障(如加料机故障)，冷料层液面下降，冷顶料层被破坏，钼电极根部暴露于空气中，这时钼电极迅速氧化，电极套同样也受到高温腐蚀，损坏较快。通过分析电极套的使用情况发现电极套的损坏主要来自高温腐蚀以及密封层的损伤。

钼电极的插入方法
冷插入法。烤炉前或窑炉冷修后可采用冷插入法。在点火前,保护套装入电极砖孔内,用绝缘的简易支架固定好,电极放入保护套内,电极头部用石墨块及耐火砖保护。当炉温升到1250℃以后,玻璃液面满过电极孔中心线200mm以上,将电极推入窑内。
热插入法。窑炉热态时将钼电极插入炉内玻璃液中,这种方法为热插入法。①热插入法简单省事。②电极插入炉内后应立即打开冷却水冷却电极。③采用热插入法时其它电极带电运行,要注意安全。
③电极冷却水套
由于金属钼的耐热性能特别好,可经受2600℃的温度,属难熔金属。但它的氧化性能在温度600℃以上明显加剧。因此，为了保护钼电极,使其不致很快被氧化,必须采用电极水冷却套装置,否则会影响整个熔炉的正常运转,严重时将迫使电熔窑停产。
电极水冷却套的主要作用是:①把电极安全可靠地安装在窑炉的耐火材料上。②要把暴露在空气中的那部分电极冷却到400℃以下。③防止在电极插入部位的耐火材料温度过高,造成耐火材料局部损坏。
电极冷却水套的结构包括间接水冷却保护套和直接水冷却保护套。在实际使用中已达到以下要求：①对周围玻璃液和耐火材料未产生不良影响。②对玻璃液和耐火材料吸收的热量最少。③电极水冷却套及其冷却系统简单,操作方便,不须经常维修。④电极易于快速向窑内推进。
下面分述直接冷却水套和间接冷却水套。
a.直接冷却水套
直接水套是直接水冷电极，电极和护套配合,堵头焊在套管端部,电极安装在炉墙上预先留下的倾斜孔内。冷却水直接冷却三相界面和热影响区（整个电极分为四个区域,A—电极体,处于窑内,被熔融玻璃覆盖;B—电极,熔融玻璃,大气三相结合面,称三相界面;C—热影响区;D—低温区）,护套充满半凝固态的玻璃保护了三相界面.整个电极在低温下工作,可以防止钼电极氧化。消耗式电极采用这种结构是很方便的。电极安装或电极消耗到需要向里推入时,短时间停止冷却水,适当升高电极温度,待三相界面处的半凝固玻璃液化以后,即可把电极向里推入到正常的工作长度,随即送冷却水,使电极仍保持低温工作状态。

直接冷却水套的结构
直接水冷套操作方便,冷却可靠,但强度过大,有时会造成周围耐火材料的开裂，使用硬水时,可能在电极上产生水垢,当电极向里推进时,就会引起电极和套管之间粘结,妨碍电极的进一步推进，有时冷却水溅到热玻璃上,还会引起较大的颠簸。进水压力稍大即会出现"水鼓泡"现象。堵头的取材一般是高温合金质的,不应对玻璃造成污染。
直接水冷却套设计和使用应注意以下几点:①水套前部堵头愈厚,保护效用愈差。这是因为当插进电极再回拉时,玻璃液很难填充全部间隙。应注意到,钼和水蒸气的反应温度约700℃左右。当堵头前部有耐火材料圆台阶作隔离时,亦会造成上述情况。在国内运行的进口水套,就是因此造成该部钼棒变成"细脖"。②当堵头过分靠近热玻璃时,它就参与导电而加快损耗。电极孔砖侵蚀后,亦会将堵头暴露给热玻璃,这同样会加快堵头损耗或造成其它损伤。当水套漏水后,会给生产带来很大麻烦,所造成的"水鼓泡"会直接在产品中反映出来。③直接水冷却套的尾部不能密封,否则过大的水压会使水沿着电极间隙内碎裂的玻璃缝进入熔化池而造成"水鼓泡",降低水压时,这种现象可减弱以致消失。为使冷却水更顺利地淌出,水套可倾斜5°角,让回水在无压下自然流到收集器中。直接水冷却套的用水一般在5L/min左右。当尾部需密封时,为保证冷却和避免"水鼓泡"现象,可在进水管,出水口附近加一密封垫并压紧.④直接水冷却套尾部是敞开的,必要时可用热电偶丝插入水套内部进行温度监视。这种水套的优点是:节水,工艺简单,成本较低。缺点是易出现"水鼓泡"现象,加上前后密封虽好,但工艺复杂,并且在意外停水时,密封垫易损坏。

b.间接冷却水套
如下图所示的冷却水套，电极的水冷却系统是密封的，冷却水不直接与钼电极接触，但在使用中要注意利用水套端部的玻璃进行密封，当冷却水关闭后，熔融的玻璃液渗透进水套端部的各个空隙中，这些玻璃可以阻止钼电极在其可渡区被氧化。数分钟后，打开冷却水，这些玻璃即被冻结，从而使钼电极处于安全状态。但要注意，若密封玻璃不能填满空隙，还是可能造成钼电极的氧化。

水平间接冷却水套的结构
④冷却水系统
为了保证电极的正常工作，防止钼电极结垢，所需的冷却水必须经过软化，水质要达到锅炉用水标准。为了节约冷却水量，需采用循环水系统。
冷却水系统有软化水装置，冷却水塔，循环水池等组成。
⑤硅碳棒电热元件
硅碳棒有无定形和晶体两种,熔点2227℃,使用温度为1400℃±50℃,硅碳棒元件质地坚硬,高温下不容易变形,具有良好的机械强度和冷热急变性能。这种元件用在料道上方,它具有易于更换,高温下不会弯曲下垂等优点，同时元件不会破碎,不存在碎片掉进玻璃液内形成结石的危险。硅碳棒元件与许多普通金属加热元件不同,它不是按单位功率输出确定大小的,它将电能转变为热能的能力取决于炉内的环境温度和元件作业时周围的气氛。
使用这种元件的关键在于防止老化。防老化的主要办法是在发热端涂保护层。
硅碳棒使用的注意事项：
(1)为了使每支硅碳棒都能处于正常而理想的工作状态,安装前对整批硅碳棒测定其电阻值,将其分类,电阻值相近的装在同一调整区,使之工作电源相近。
(2)为了检验每支硅碳棒电热元件是否良好工作,通电试验时可用钳形电流表逐一测定电流。同一区域在相等的电压下要求电流相近,偏差不超出10%,如果个别电流太大就说明阻值太小。如果电流太小,不是阻值太大就是管脚接触不良。如果没有电流可能是硅碳棒电热元件已断裂,应进一步检查更换。
(3)硅碳棒电热元件质脆易断,特别在带螺纹位置最为脆弱,安装要特别小心,轻拿轻放,安装时要特别注意绝不允许单边受力,必要时应用耐热钢管套住硅碳棒轻轻推入然后拔出钢管套,安上护套固定好。
(4)为防止硅碳棒电热元件与上部结构的耐火材料互相影响,各个元件的管脚均用陶瓷纤维套管绝缘,陶瓷纤维套管不但起着电气绝缘的作用而且还起到固定硅碳棒的作用
(5)在窑炉中使用硅碳棒,操作温度可达1700℃.在还原性气氛下,其最高操作温度为1350℃。碳化硅加热元件的寿命一般为1～2个月,最多达到3个月。
(6)料道中使用的硅碳棒,为了延长硅碳棒加热元件的寿命。可改进料道上部结构,用挡砖将料道与工作池隔开,严格控制料道气氛。
(7)减少使用温度的影响。碳化硅元件的老化速度与使用温度成正比,使用温度越高,老化越快,其寿命越短。
（8)通过调整加于硅碳棒元件的电力负荷,降低表面荷密度。如采用较小的负荷和较低的表面负荷密度,窑内温度虽高,也可以保持相当长的寿命。可通过改变硅碳棒元件的安装支数,或改变元件的规格,以调节发热表面的大小来实现。表面负荷密度与炉膛温度成反比,炉膛温度越高,允许表面负荷密度越小。超负荷使用会引起碳化硅元件过热分解导致发热部表面脱落,烧损。为确保元件寿命,切忌让电热元件在超负荷条件下使用,一般其值控制在6～8W/cm2。
(9)硅碳棒电热元件使用一定时间后,由于电阻值增大,需要提高电压,用以补偿电阻增加的损失,因此需要变压器有一定的电压调节范围,对于连续运行的窑炉和料道,电压调整范围为0.7～2.5V(V是指硅碳棒元件初期使用的电压).通过增压调节,可以延长碳化硅元件的使用寿命。
(10)硅碳棒元件的接线方法,可采用并联,串联,角型,星型以及其它形式的接线方式。但是并联优越于串联,并联可以调节负荷不平衡的因素,而多支串联则加重了不平衡的因素,提高了工作电压。为了延长硅碳棒元件的寿命,保证安全使用,应避免采用多支串联。
(11)硅碳棒碎片落入玻璃液中会造成气泡,这是由于碳化硅有强还原作用,会与溶解于玻璃液中的气体和玻璃组分起化学反应。因此残缺的硅碳棒碎片必须设法取出,但一般情况下碳化硅棒只会断裂不会破碎。
(12)窑炉气体内含有大量硫、钠、硼等氧化物,会与硅碳棒起强烈反应,几天之内就会使整个棒体发胖而损坏。使用硅碳棒发热体时,料道必须与工作池火焰空间完全分隔。一般料道中因挥发含量低,对其影响甚小。
2．供料道部分
供料道是玻璃液自窑炉通往成型的通道，玻璃液在流经料道的过程中，使玻璃液进一步得到均化并促使其温度均匀、稳定，以保证液流的一致。生产高硼硅玻璃的供料道为了避免硼挥发，一般采用电调节全封闭料道，分段控制，各段温度能够单独控制，互不影响，并通过设置硅碳棒进行热补偿；同时通过设置钼电极以减少玻璃液的横向、纵向温差。料道采用密封结构后，可以大大减少易挥发组分的挥发，降低料盆端头处溢流口的表层玻璃液的溢流量。

供料道资料图片
3．供料机
供料机匀料筒采用齿轮传动、变频调速，视生产情况开启和停止。供料机上有固定吹气杆的调节装置。供料机采用压缩空气冷却。
成形部件包括：吹气杆、套筒、料碗、端头。这些部件均安装在供料机上，完成玻璃管的成形。吹气杆和端头采用耐高温的镍基合金制成，套筒和料碗由热稳定性好、耐侵蚀的特殊耐火材料制成。通过变化端头直径可生产不同管径的玻璃管。

供料机资料图片

4．拉管设备
玻璃成型分为垂拉和水平拉管，水平来管分为维罗法和丹纳法。目前大规模高硼硅玻璃管生产装置一般采用水平拉管――维罗法水平拉管，如下图所示。
真空跑道、保温跑道

维罗法是在垂直引下法的基础上改进而来，首先在成型池漏料孔的中心部位设置空心的耐火材料管，玻璃液沿管而下，当用压缩空气通入管后随即形成玻璃管，待管下降到一定距离再渐拐弯而成水平状态，有拉管机拉伸成制品。该拉管方法由于开始成型阶段类似于垂直引下法，生产能力较大，而且成品的壁厚均匀，没有螺旋线条等缺陷。
拉管机采用激光在线测量管径的方式精确控制玻璃管直径，管径不合格的玻璃管将自动剔除。
5．切断
成型后的玻璃管根据工艺要求定长切断，切断一般采用机械撞击和水激相结合的方式，具体如下图所示。
切断机示意图
切断玻璃管时玻璃管的温度应合理控制。
6．分配机和梳理机
分配机把检测设备检出的废品挑出来。梳理机起到整理成品玻璃管的作用，同时也起到冷却玻璃管的作用。
五、电熔窑的供电
玻璃的熔化、均化和玻璃液温度的稳定是保证正常生产的关键之一，供电是提供热量的前提，控制供给热量的前提。控制供给热量的多少是保证生产过程中玻璃熔化，均化和玻璃液温度稳定的手段。供电量控制主要是通过控制电流和电压来实现的，以及延伸出来的功率，这种控制是与温度紧密相连的。
根据供热量来调整电压或稳定电压，另加隔离作用，所以采用变压器是一种基本选择，进而引出了各种类型的变压器，另外调压也可以采用可控硅元件，再加隔离作用引出了可控硅元件+隔离变压器
常用的玻璃电熔的供电控制装置有下述几种：1 可控硅+隔离变压器，2 可控硅+磁性调压器，3 感应调压器+隔离变压器，4 抽头变压器，5 T型变压器。由于可控硅+隔离变压器的价格低廉，性能稳定，能耗较低，成为现在玻璃电熔的主要供电方式。
1．可控硅+隔离变压器
电熔窑采用可控硅+隔离变压器的供电方式。其原理图如下：一一般为单相控制，若用于三相，既可用三个单相变压器各自独立调节，也可用一个三相可控硅控制系统带一个三相变压器。其优点是设备轻便，价格便宜。
电熔窑采用单相供电还是三相供电,这两种供电方式都具有各自的优缺点。三相供电能使供电电源三相平衡,但存在杂散电流,这种杂散电流影响耐火材料的使用寿命,并且干扰其它区域的温度控制。而单相供电一般不容易做到三相平衡,但可以隔离杂散电流对电窑炉的影响,延长窑炉寿命,稳定窑炉工艺。
2．恒流控制
玻璃的电阻是温度和成分的函数，料方确定之后，则玻璃的电阻与温度成一一对应的关系。而电阻又是电压和电流的函数，所以恒定了电流，也就恒定了温度。并且恒流在可控硅交流调压装置中较易实现，且灵敏度高，稳定性好。
恒流控制通常是用在熔化部、上升道等处。熔化部采用恒流控制在加料前后电流不发生变化，采用恒流控制比调压器控制稳定性高。恒流控制不受加生料的影响。加速生料熔化提高熔化质量。
3．应急电源与停电时的处理方法
电熔窑在停电2小时以内，能够完全控制而无需采取其它措施。停电期间电熔窑各部位的温度均下降。来电后即可将各处电极通电，使各处温度恢复正常。停电时间在2～8小时之内，就必须放下熔化池的炉门，点燃煤气喷嘴，用火焰加热，使原先的冷顶变为热顶，并用备用发电机对流液洞、上升道、料道和工作池等部位进行电加热。
停电最多不能超过8小时，若超过8小时，电熔窑的某些部位的玻璃液将会凝固。因为火焰加热只能加热熔化池表层玻璃液，发电机所供电能也只能加热流液洞至工作池的某些区域，所以存在着一些既不能用火焰加热、也不能用电加热的区域。仅靠邻近玻璃传导的热量是无法阻止这些区域的玻璃液温度下降，最终导致凝固的。
电熔窑在运行过程中停电超过9小时。可采用以下方法解决。
(1)首先从工作池挑料，向熔化池加料，促使整个系统产生工作流，使熔化池上层的热玻璃液流入流液洞和上升道，将流液洞和上升道内的冷玻璃排放出去。
(2)打乱原来的电极间配对关系，使流液洞和上升道这段区域内的每个电极间都可导通，消除了无法进行电加热的区域，同时将熔化池下部的起动电极也接上发电机电源，对熔化池下部进行加热。流液洞和上升道区域内电极电流逐步升高，恢复供电后电熔窑也恢复正常生产,用这种方法解决长时间停电问题。
停电时备用发电机给关键部位供电的布置图如下：

六、产品的质量要求
太阳能高硼硅玻璃管质量应符合国家标准QB/T2436-99的要求。
l 国家标准（QB/T2436-99）主要指标：
（一）材质:
1．玻璃管：3.3硼硅玻璃
2．灯工加工：加工部位不允许有黑化条纹。
3 太阳透射比：太阳照射累计100小时后，其太阳透射比不应下降。
4 耐热冲击:230度不准炸裂。
（二）性能：
1平均线热膨胀系数(20-300度)
α=(3.3±0.1)×10-6k-1
2密度(20度)
ρ=2.23±0.02g/cm-3
3太阳投射比(AM1.5mm)
τ≥0.89
4内应力
双折射光程差≤180mmcm-1
5耐碱性能:A2级
6耐酸性能Na20≤100μgm-2玻璃
7耐水性能：
1.在98度时耐水性为一级
2.在121度时耐水性为二级
（三）外观：
1玻璃管上不得有石棉印、铁锈、泥土和油污。
2气线：宽度小于0.5mm、长度近100mm的气线不得超过2条，小气线在10mm×10mm范围内不得超过三条。
3节瘤：玻璃管上大于2.5mm的节瘤不得超过5个；1mm以下的节瘤不得密集，即在10mm×10mm范围内不得超过2个。
4结石：玻璃管上不得有大于1.5mm的结石，1.0~1.5mm的结石不得超过2个；1mm以下的结石不得密集，即在10mm×10mm范围内不得超过2个。
5不允许有严重的直楞线，必要时可封实物标样。
七、生产中常见的质量问题及原因分析：
1、气泡及气线
气泡是玻璃中肉眼可观察到的气体形态，是一直被重视的缺陷之一，它影响了玻璃的透明度和机械强度。气泡在拉管成型的过程中可能会改变形状，变成气线。气泡的成分通常有以下几种：O2,N2,CO,CO2,水蒸气等。
根据产生原因，玻璃制品中的气泡可分为一次气泡(配合料残留气泡)、二次气泡、外界空气气泡、耐火材料气泡和金属铁引起的气泡等多种。气泡形成有以下原因：
①一次气泡(配合料残留气泡)
在玻璃配合料的熔化过程中，由于各组分一系列的化学反应和易挥发组分的挥发，释放出大量气体。尽管通过澄清作用，可以除去玻璃中的气泡，但实际上，玻璃澄清完结后，往往有些气泡没有完全逸出，或是由于平衡破坏，使溶解了的气体又重新析出，残留在玻璃之中，这种气泡叫做一次气泡。
配合料中砂子颗粒粗细不均匀，澄清剂用量不足、配合料的气相单一，或是配合料和碎玻璃投料的温度太低，熔化和澄清温度低等，都会产生一次气泡。若熔制气氛条件、压力条件不尽合理，也会形成一次气泡。此外，玻璃的氧化还原指数不适宜也可能引起配合料气泡。
产生一次气泡的主要原因是澄清不良，解决办法主要是适当提高澄清温度和适当调整澄清剂的用量。根据澄清过程消除气泡的两种方式(大气泡逸出和极小气泡被溶解吸收)，提高澄清温度有利于大气泡的逸出，降低温度则便于小气泡的溶解吸收。此外降低窑内气体压力，降低玻璃与气体界面上的表面张力也可以促使气体逸出。在操作上，严格遵守正确的熔化制度是防止一次气泡产生的重要措施。
②二次气泡
玻璃液在澄清结束后同溶解于其中的气体处于某种平衡状态，这时玻璃中不含气泡，但尚有再发生气泡的可能。如有些系统的玻璃液在冷却过程中，由于外界气相中某些组分分压的改变，使溶解气体不再处于平衡状态，则在己经澄清的玻璃液内又出现气泡或灰泡。因为这时产生的气泡很小，而冷却时玻璃的黏度增大，二次生成的气泡一经形成，排除就非常困难。
造成二次气泡的原因有物理和化学两种。如果降温后的玻璃液又一次升温超过一定限度，原来溶解于玻璃液中的气体将由于温度的升高引起溶解度的降低，析出十分细小的、均匀分布的二次气泡。这种情况属于物理上的原因。化学上的原因，主要与玻璃的化学组成和使用原料有关，如玻璃中含有过氧化物或高价态氧化物，这些氧化物的分解易于产生二次气泡。
二次气泡的形成与玻璃熔制工艺密切相关，如果熔制工艺制度控制不当，二次气泡将是不可避免的。熔制温度制度的稳定与否。直接关系到玻璃液的质量。如果己经冷却的玻璃液，由于熔窑温度的升高再次被加热，很容易使溶于玻璃中的残余气体形成气泡。与此相似，当生产中由于碎玻璃的用量增加，窑产量降低，机器停歇，或因加料减少等引起温度的提高，熔化带缩短，这时可能形成透明的或带有乳白膜的小气泡、灰泡。如果由于原料中含铁量的降低，或是配合料中引入氧化剂，造成玻璃液透明度的增加，玻璃液温度提高，这样也可能出现二次气泡。
因此，为了避免二次气泡的形成，不但要采用正确的温度压力制度，而且还要对玻璃中产生气泡的特殊条件加以控制。
③耐火材料气泡
玻璃液和耐火材料接触，由于两者可能发生交代作用，如SiO2和A12O3溶入玻璃液，将导致平衡的改变，结果使原有溶入的气体放出而形成气泡。另外，耐火材料气孔中还有