浮法玻璃熔窑卡脖处水包压入深度和位置对玻
璃液流动的影响
正文： 1引言
卡脖深层水包置于熔窑的熔化部和冷却部之间的卡脖处,故曰卡脖水包，是浮法玻璃生产线上重要的生产设备之一，它的作用主要是对玻璃液流动起阻碍作用，控制玻璃液的回流，同时拦截玻璃液面上的浮渣流向冷却部，此外还可以进行纵向搅拌。在卡脖处加入水包可以获得更好的玻璃质量和更低的能耗，是一直受浮法玻璃行业普遍关注的技术之一。按照卡脖水包插入玻璃液面的深浅,将卡脖水包分为深层卡脖水包和浅层卡脖水包,目前玻璃行业大多采用深层卡脖水包。
国内厂家在生产线上对卡脖冷却水包的实际应用中，采用的其插入玻璃液面以下的深度和位置主要来源于经验，插入深度数据各个工厂不尽相同，大致在0.12 m到0.3 m之间变动，理论与实验讨论较少，本论文将从玻璃质量和熔窑能耗两方面来衡量卡脖冷却水包的插入液面以下的深度以及在卡脖处的位置。
2 实验部分
2.1卡脖水包深度变化对温度场、流场和回流的影响
本文数据主要针对460t/d浮法玻璃窑，改变水包深度研究其对浮法玻璃池窑的流场、温度场等的影响，通过分析比较得到最佳的水包配置方案。浮法玻璃池窑的尺寸结构及温度制度如下图1.1和1.2。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
图1.1玻璃池窑的尺寸结构
图1.2温度制度
保持水包位置不变，位于窑长方向上的38.9m处，改变水包深度测得流场、温度场等数据，得到图1.3。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
水包压卡脖入口处截面 卡脖出口处截面 回生产流? h _l回生产流平 均温度/K 1661.6回流平均 温度/K 1638.43 1661.79 1662.27 1663.07 1663.97 9 1664.92 1647.65 37.1860 0 图1.3不同卡脖深度下的实验数据 2 1640.15 1642.33 1644.81638.840.9752 6 40.7033 32.4566 31.8425 30.9999 29.9894 28.9644.52 9 生产流量 /m ? h\ 13回流耗生产流平 均温度/K 1570.1回流平均 温度/K 1553.44 1569.79 1569.08 1568.18 1567.07 1565.97 1 1550.91.91 7 1551.61553.19 3.11 3.05 热 (x 10/J ? h—丨） 6回流量 流31回流3流数 量 hn /m h\ ? 系数 量 /m ? 系h~' 32.7660.0 0.1 54.5252 46.1188 6.57 5 54.1709 45.662 6.51 4.98 6 4.94 0.2 0.3 0.4 52.9340 44.5360 6.39 51.1045 42.7167 6.16 48.8402 40.4637 5.89 40.0562 39.2066 38.1962 4.86 4.76 4.64 1552.74 1552.22.86 2.57 1.92 0.5 46.3496 37.9826 5.58
从图中可以看出，随着水包压入深度的增加(深度从0.0m变至0.5 m),卡脖入口和出口的生产流和回流逐渐下降;在卡脖入口处，生产流和回流的平均温度都随着水包压入深度的增加而提高，这是由于从卡脖回到熔化部的玻璃液回流量减少，回流的温度相对稍低，从而减少了再次被加热所需的能耗，导致此处的生产流温度略有升高，而回流由于经过水包处，其与流过水包的生产流相互交换热量，温度升高较大。
在卡脖出口处，生产流和回流的平均温度都随着水包压入深度的增加而减小，并且生产流降温显著，这是由于生产流要绕行过水包，并且与冷却部回来的液流交换热量，致使温度降低;卡脖内的此流动换热过程改变了液流各向速度，起到了类似于搅拌和均化的作用。
随着卡脖水包深度的增加，卡脖入口处的回流耗热逐渐减少，这说明在卡脖中间处插入冷却水包，不仅起到了搅拌和均化的作用，而且减少了玻璃液从冷却部流向熔化部的回流，一定程度上降低了能耗。
2.2卡脖水包位置变化对温度场、流场和回流的影响
图1.4 玻璃池窑的各个环流和冷却水包简化图
当熔化部只有一个热点时，浮法玻璃池窑内一般存在四个环流，两个分布在熔化部，以热点为
界分开，第三个为熔化部和冷却部共有，第四个位于冷却部。玻璃池窑出口处玻璃液流量为三个环流流出量之和，Zhijun Feng等人利用ANSYS的格点数粗略计算了出口处玻璃液来源流比例，其中，环流I约占12%,环流II占约72%，环流IV占约16%。
保持水包深度不变为0.4m，的水包，改变其在卡脖处的位置，研究对玻璃液温度制度、流场和生产流及回流变化的影响，得到图1.5。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
图1.5 深度为0.4m的水包不同位置条件下的实验结果比较
(深度 0.4m的 水包不同 位置） 卡脖入口处截面 生产 回流量生产流流量 (m3/h) 回 流 平 均温(m3/h系 数 度(K) ) 43.8242 48.1674 49.0334 49.3547 51.5365 41.5093 5.19 1663.36 1643.12 38.3118 28.4922 3.89 1564.85 1S5I.0 2.44 393640 4.97 1663.68 1644.59 39.7330 2S.9043 3.93 1567.47 1552.66 2.18 39.0168 4.94 1664.46 1646.01 39.5668 29.7378 4.02 1568.29 1552.92 2.09 38.2240 4.86 1664.55 1646.2 39.8784 30.0475 4.05 1568.79 1553.09 2.04 33.8478 4.42 1666.09 1647.88 40.7757 50.9833 4.14 1569.45 155338 1.79 卡脖出口处截? 回流量 生产 流(m3/h) 回 流 平 均温 系 数 度(K) 回流 耗热(*106J/h) 回流 平生产流量 均 温度 (m3/h) (K) 回流平均温度 (K) X=37.4m X=38.4m X=38.9m X=39.4m X=40.4m 当水包位置愈靠近卡脖入口时，卡脖入口处的生产流和回流减少愈明显，平均温度也随之增高，这是由于卡脖入口处的回流量减少，减少了回流因加热而带走的热量，从而整体提升了卡脖入口之前的玻璃液流温度。因此，回流系数和回流的耗热量也减少。
当水包愈靠近卡脖出口处时，同样地，卡脖出口处的生产流和回流都随之降低，这还是由于水包的阻碍作用;而卡脖出口处的生产流和回流温度随着水包位置的后移而降低，其原因可能为:水包具有搅拌和均化玻璃液的作用，在水包下面，玻璃液的生产流和回流之间有大量的热交换，而且，环流III尺寸增加，玻璃液流增多，降低了其平均温度，使得玻璃液的生产流流过水包后温度降低。
3 分析与讨论
卡脖处插入水包，将会使得玻璃液在卡脖入口处的回流减少，从而减少回流耗热，此外，由于热负荷后移，提高了末对小炉的温度，即提高了玻璃液的澄清温度。卡脖水包阻挡作用的增强，延长了玻璃液在澄清区域的滞留时间，提高了澄清效果，减少了成形玻璃液中气泡缺陷的数量，为生产优质玻璃提供了条件。
3.1水包深度
1.从能耗角度：卡脖水包加深后，减少冷却部的供回流量，冷却部回流量减少，熔化所需要加热的低温玻璃液减少，熔化池玻璃液整体温度升高，熔化速度加快，玻璃液澄清温度升高，能耗降低。但另一方面讲，进入冷却部的热玻璃液量少了，降温速度加快，而流道的温度是一定，必须满足成型的要求，这就需要提高末对小炉温度，来满足成型需要，增加能耗。一个窑炉上采用不同深度的水包，水包插入深度由浅逐渐加深，其能耗变化是从能耗高逐渐降低，到达最低点后又逐渐升高，它是一个抛物线形式的变化曲线。