1 復(fù)合電場(chǎng)和高溫低速玻璃流場(chǎng)

      正常工作的電熔窯是一個(gè)從加料口投入配合料一直到流液洞出口流出熔化好的玻璃液體的容器。一個(gè)配合料單元從進(jìn)入熔窯到流出的時(shí)間，根據(jù)不同窯爐設(shè)計(jì)和玻璃成品質(zhì)量的不同而不同。整個(gè)熔制過程中，熔窯是一個(gè)復(fù)雜的流體，是一個(gè)非均勻分布的電場(chǎng)，非均勻分布溫度和質(zhì)量玻璃液體的流動(dòng)模態(tài)，其多樣性并隨時(shí)間變化，非常復(fù)雜。因此對(duì)一個(gè)熔窯的電場(chǎng)描述、熱/電場(chǎng)描述和流場(chǎng)描述是一項(xiàng)非常復(fù)雜和困難的工作。由于玻璃液的高溫，致使幾乎所有現(xiàn)有的測(cè)量工具和手段都不太有效。這正是電熔玻璃窯爐設(shè)計(jì)中難題。

        現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的描述熔窯內(nèi)部的數(shù)學(xué)模擬軟件都處于數(shù)字和經(jīng)驗(yàn)?zāi)M結(jié)合的結(jié)果形態(tài)，大量的描述玻璃流場(chǎng)和電場(chǎng)圖像與實(shí)際結(jié)果有相當(dāng)大的差別。窯爐設(shè)計(jì)仍然大量依據(jù)于經(jīng)驗(yàn)和假設(shè)，因此幾乎所有的窯爐的發(fā)展周期都很長(zhǎng)，而且也難以估計(jì)可以達(dá)到的效率。

1.1 復(fù)合電場(chǎng)

      電熔窯爐是一個(gè)復(fù)合電場(chǎng)，熔化的玻璃是導(dǎo)電體，加熱用的電極是電源體，通常電熔窯的電極由幾支到幾十支不等。常用電熔窯的平面形狀一般為六角形、八角形等多邊形。大型電熔窯的平面面積可以有一百幾十平方米以上，或更大，通常是矩形平面。

      加熱用電極布置有垂直于爐側(cè)壁，垂直于爐底平面或傾斜于爐底部，個(gè)別采用從窯爐上部頂插式電極，用于較小型的玻璃窯爐。

1.2 玻璃流場(chǎng)

      電熔爐中電極的布置影響整個(gè)復(fù)合電場(chǎng)的狀態(tài)。插入玻璃液中的電極相對(duì)比較長(zhǎng)，以底插式為例，當(dāng)池深為1.2m左右，插入玻璃電極頂端距玻璃液面距離為150~180mm。插入深度根據(jù)在電極上施加功率的大小而不同（如圖3，圖4所示）。熔化玻璃的溫度分布和流動(dòng)比較復(fù)雜，并且電極電導(dǎo)率隨長(zhǎng)度變化有比較多的模態(tài)。沿著電極長(zhǎng)度方向的電壓影響相應(yīng)位置附近玻璃的電流變化，所以復(fù)合電場(chǎng)的電壓、電流和溫度也是一個(gè)沿電極長(zhǎng)度方向的變量。      

       窯爐電場(chǎng)中任何一點(diǎn)的電性質(zhì)（電壓V，電流A，溫度T）的變化將影響整個(gè)電場(chǎng)中其他所有點(diǎn)的電場(chǎng)性質(zhì)。玻璃窯爐中的玻璃是一個(gè)流動(dòng)體，一座15萬t/a的熔窯，每天流量約420t/d。所以，平均橫向流動(dòng)速度0.8~1.0m/h，很慢的流速。這個(gè)流速隨玻璃產(chǎn)量的不同而變化。實(shí)際上這個(gè)橫向玻璃流動(dòng)是一個(gè)由多種流動(dòng)模式綜合的結(jié)果，實(shí)際玻璃液在窯爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是非常復(fù)雜的。如圖5至圖9所示，玻璃窯爐內(nèi)的玻璃由于溫度差別而產(chǎn)生的熱力推動(dòng)造成復(fù)雜的多方向的干擾性流動(dòng)。流動(dòng)速度隨位置而變化。在溫差大的區(qū)域的流動(dòng)速度應(yīng)當(dāng)很可觀。

     （1）足夠高的溫度支持完成配合料的化學(xué)反應(yīng)，形成玻璃。

     （2）足夠長(zhǎng)的時(shí)間使化學(xué)反應(yīng)完全，形成合格玻璃。

      這里玻璃生成過程中的能量由電場(chǎng)電能和玻璃配合料化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能的總和，這是完成以上兩個(gè)過程的能量基礎(chǔ)。

      合理控制玻璃能量場(chǎng)和高溫?zé)岵ＡЯ鲃?dòng)是玻璃電加熱熔制的關(guān)鍵技術(shù)。窯爐設(shè)計(jì)的第一步應(yīng)當(dāng)是完成能量控制和流動(dòng)控制設(shè)計(jì)。