通過對(duì)各類浮法玻璃熔窯保溫材料的了解，依據(jù)保溫材料的選取原則，明確玻璃熔窯傳熱機(jī)理后，再利用計(jì)算機(jī)軟件輔助，得到材料的傳熱系數(shù)、冷面溫度和熱面溫度的曲線圖。將目前涌現(xiàn)的幾種新型保溫材料與傳統(tǒng)保溫材料進(jìn)行比較，對(duì)比分析證明，采用新型保溫材料在節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)性方面取得效果。

0前言

國(guó)內(nèi)浮法玻璃市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保要求不斷提高。熔窯作為浮法玻璃生產(chǎn)的三大熱工設(shè)備之一，進(jìn)入玻璃熔窯的熱量約有30%左右消耗在窯體散熱上，這不僅造成能源的浪費(fèi)，而且惡化了生產(chǎn)操作環(huán)境，因此，熔窯保溫已成為玻璃行業(yè)行之有效的節(jié)能手段之一。熔窯保溫不僅可以大大減少窯體向外界的散熱，而且可以增加窯體的熱容量，提高火焰溫度，提高熔化率和改善玻璃質(zhì)量;同時(shí)也降低能耗，節(jié)約燃料，從而可以降低生產(chǎn)成本，節(jié)約資金，最終提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

目前熔窯的保溫技術(shù)主要是從熔窯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及保溫材料的選擇等方面著手，其中，保溫材料的選擇對(duì)熔窯保溫具有舉足輕重的作用。近幾十年來關(guān)于熔窯隔熱保溫材料的研發(fā)有很大的進(jìn)展，本文重點(diǎn)對(duì)幾類玻璃熔窯隔熱保溫材料與傳統(tǒng)保溫材料進(jìn)行對(duì)比分析。

1、熔窯保溫材料選取的原則

由于熔窯保溫材料所處的環(huán)境較惡劣，所以選取保溫材料應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：

(1) 具有良好的保溫性能，即導(dǎo)熱系數(shù)入矣λ≤0.14W/(m·K)(350K);

(2) 具有一定的耐火度，特別是在復(fù)合保溫下，各保溫層應(yīng)能滿足界面溫度的要求，否則會(huì)極大影響保溫性能，甚至失效;

(3) 具有高溫穩(wěn)定性，能夠保證在使用溫度條件下不粉化、不脫落;

(4) 具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，使用過程中不得被侵蝕或腐蝕本體結(jié)構(gòu)，且可固定貼合耐火材料;

(5) 具有一定抗沖擊強(qiáng)度和較輕的自重;

(6) 材料配置方案應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)性。

熔窯的大碹頂、池底、池壁等是散熱最多的部位，總計(jì)占整個(gè)熔窯窯體散熱的85%左右，而窯體表面?zhèn)鳠岱绞綖閷?duì)流換熱與輻射傳熱，這跟窯體的表面溫度和環(huán)境溫度有關(guān)，窯體的表面溫度與外界環(huán)境的溫差越小，散熱損失就越低。因此，為了實(shí)現(xiàn)保溫節(jié)能的目的，必須降低窯體表面的溫度。而保溫后的窯體表面溫度的降低與保溫材料物性有很大關(guān)系，尤其是保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，兩者呈正相關(guān)的關(guān)系。

2、熔窯保溫材料的分類及新型保溫材料的介紹

根據(jù)熔窯保溫材料的發(fā)展歷程，可以分為很早已開發(fā)出的傳統(tǒng)保溫材料和近年來研發(fā)出來的新型熔窯保溫材料。傳統(tǒng)的熔窯保溫材料主要包括：輕質(zhì)黏土磚、硅酸鋁纖維板、輕質(zhì)硅酸鈣板、輕質(zhì)硅磚、耐高溫涂料等新型的納米熔窯保溫材料主要包括高性能纖維噴涂材料、納米級(jí)微孔隔熱板、鈦納硅納米保溫毯、高發(fā)射率節(jié)能材料等。傳統(tǒng)保溫材料都比較熟悉，這里不再贅述，而著重來介紹新型的保溫材料。

2.1 高性能纖維噴涂材料

主要用于熔窯散熱面外層，產(chǎn)品保溫和密封性能出色，節(jié)能環(huán)保效果顯著。

2.2 納米級(jí)微孔隔熱板

納米級(jí)為空隔熱板是最新高科技技術(shù)制作的新材料，是用特殊的無機(jī)耐火粉末，形成了微笑的超級(jí)氣孔，其導(dǎo)熱系數(shù)比靜止空氣還要小，性能參數(shù)如表2所示。該產(chǎn)品為板狀，可以組合PE塑料薄膜、鋁箔、纖維布等形式的外保護(hù)層材料。該產(chǎn)品的工作原理：

(1) 傳導(dǎo)傳熱:納米級(jí)微細(xì)粉，固體顆粒很微小的納米級(jí)點(diǎn)接觸熱阻很大，使得傳導(dǎo)傳熱作用很小;

(2) 對(duì)流傳熱:納米級(jí)氣孔平均20 nm .靜止空氣常溫?zé)徇\(yùn)動(dòng)平均自由程60 nm，空氣分子被鎖住而不能做對(duì)流傳熱,使得對(duì)流傳熱作用非常小;

(3)輻射傳熱:隔熱材料加入了納米級(jí)的反紅外輻射物質(zhì)，使得高溫下以輻射為主的輻射傳熱被降到最低點(diǎn)。

2.3 鈦納硅氣凝膠納米保溫毯 - - -

利用含鈦的二氧化硅連續(xù)材料內(nèi)部的特殊納米孔穴結(jié)構(gòu),如圖1所示，材料的組成特點(diǎn):三維立體骨架、小于空氣自由程的納米級(jí)孔穴、高孔隙率使得導(dǎo)熱系數(shù)極低，該類產(chǎn)品主要為硅酸鋁纖維毯層、高效保溫氣凝膠層多次復(fù)合構(gòu)成，其性能參數(shù)如下:

(1) 導(dǎo)熱系數(shù)低，0.012~0.016 W/(m ? K);

(2) A1級(jí)不燃，且高溫下不分解;

(3) 使用溫度范圍廣(0~1 050℃);

(4) 極強(qiáng)的耐壓、防震、抗伸縮等性能;

(5) 不吸潮、不老化，長(zhǎng)期使用保溫性能不下降;

(6) 熱膨脹系數(shù)極小,避免熱脹冷縮出現(xiàn)斷裂斷層;

(7) 安裝體積小,節(jié)省空間,顯著降低安裝和運(yùn)輸成本;

(8) 極輕型柔性材料,施工極其簡(jiǎn)便,任意裁剪、拼貼。

2.4 高發(fā)射率節(jié)能材料

傳統(tǒng)保溫材料的保溫機(jī)理是通過隔熱減少熱量傳遞，一般用于耐火材料的冷面，而高發(fā)射率節(jié)能材料在熔窯上應(yīng)用是噴涂于熔窯散熱面內(nèi)壁，能夠在增加窯內(nèi)熱輻射量的同時(shí)，減少玻璃液對(duì)外傳遞的熱量。這樣不但減少玻璃液面以上的耐火材料中流失的熱量，更大大減少了煙氣中帶走的熱量。其性能參數(shù)如下：

(1) 適用于耐火材料表面，噴涂、固化后的厚度只有0.1 ~0.2 mm。

(2) 抗熱震性能強(qiáng)，延展性極佳，可隨著噴涂基體的膨脹而延展，以抵消熱震產(chǎn)生的剝離力。

(3) 耐酸堿腐蝕能力高，適用于玻璃溶窯內(nèi)復(fù)雜的燃燒氣氛。

(4) 高發(fā)射率材料區(qū)別于上述幾種保溫材料，它本身并不是一種保溫材料。而是在高溫條件下吸收輻射和對(duì)流的熱量，并將其中95%再輻射出去，使得熱量可以在熔窯內(nèi)部循環(huán)。

(5) 發(fā)射系數(shù)在高溫下保持在0.85 ~0.95之間不變，而一般耐火材料在高溫條件下的發(fā)射系數(shù)只有0.2 ~0.3之間。

3、保溫材料的選擇

3.1 熔窯不同部位的保溫材料類別選擇

(1) 由于熔窯的碹頂部位都是曲面，因而在選擇這些部位保溫材料的時(shí)候，應(yīng)該使用可噴涂或者毯狀的保溫材料，不使用板狀的保溫材料，避免材料因折彎被破壞。

(2) 熔窯各個(gè)部位的內(nèi)表面溫度相差較大，所以，在選擇保溫材料的時(shí)候(特別是復(fù)合保溫)，必須考慮各層材料之間的界面溫度是否在適合的工作溫度范圍內(nèi)，以防止保溫性能失效。

3.2 保溫材料使用方案的配置

在確定了保溫材料的使用種類以后，還需要通過計(jì)算才能確定使用的保溫材料的規(guī)格以及用量。

熔窯傳熱的機(jī)理可簡(jiǎn)化為:熔窯內(nèi)壁向熔窯外壁傳熱的過程和熔窯外壁向周圍環(huán)境的傳熱過程，忽略熔窯孔口輻射、換向等等對(duì)熔窯傳熱的影響，建立一個(gè)理想的熔窯散熱模型。該模型利用傳熱系數(shù)與冷曲溫度、熱面溫度作為變量，通過熱力學(xué)方程建立熱平衡公式，然后用軟件編程計(jì)算程序獲得數(shù)據(jù)組，最后得到這3個(gè)變量的曲線圖如圖3所示，根據(jù)熔窯需要做保溫的部位熱而溫度和想要達(dá)到的冷面溫度.從曲線圖中即可得到該部位各層材料的總傳熱系數(shù)，以這個(gè)傳熱系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，在原有耐火材料上配置保溫材料規(guī)格和用量即可。

4、不同保溫材料的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性對(duì)比

根據(jù)以上的保溫材料性能和傳熱系數(shù)與溫度曲線圖，為國(guó)內(nèi)某條600 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線提出的保溫材料使用方案。

5、結(jié)論

(1) 通過建立理想的玻璃熔窯模型，分析其傳熱機(jī)理及熱平衡公式，提出傳熱系數(shù)與溫度曲線圖，方便計(jì)算熔窯保溫的熱工參數(shù)。

(2) 新型保溫材料的選擇應(yīng)由熔窯的保溫部位外表面形貌以及使用溫度來確定，本文提到的多種新型保溫材料具有低導(dǎo)熱、耐高溫、高發(fā)射率等特點(diǎn)，因此，靈活設(shè)計(jì)復(fù)合新型保溫材料應(yīng)用方案，可以達(dá)到更好的節(jié)能保溫效果。

(3) 通過對(duì)比分析熔窯新型保溫材料和傳統(tǒng)保溫材料的設(shè)計(jì)方案，使用新型保溫材料的熔窯散熱量較之傳統(tǒng)保溫材料有明顯降低，節(jié)能率更高，整體保溫性能持續(xù)性更好。