玻璃生產工藝，特別是玻璃熔化方法。
背景技術：
目前，用燃料連續熔制玻璃液均采用表面加熱方法。它有著幾個難以克服的缺點：一是熱效率較低，熱損耗嚴重；二是熔化率較低；三是熔化池燃燒空間的燃氣溫度高、流速大，對窯爐耐火材料侵蝕較快，降低了窯爐使用壽命。為了節省能源、減少排放和降低成本并提高窯爐使用壽命，國內外都在探索更有效的加熱方法代替表面加熱，例如浸沒燃燒和電極加熱。
但是，迄今為止，所謂浸沒燃燒是將氣態燃料燃燒器從窯底插入窯內，使燃燒的廢氣以高溫高速直接噴入熔池玻璃液中，攪動著玻璃液，并將大部分熱量傳給玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化。
這種方法不僅可使燃燒氣體的熱量被玻璃液充分吸收，熱損失小，熔化率高，節能效果十分顯著（國外介紹浸沒燃燒方法的熔化率可達9~10噸/平方米·日，每公斤玻璃液熱耗在1000千卡以下）。而且由于高溫氣體翻騰，對玻璃液起攪拌作用，使池內的玻璃液更均勻。又由于離開玻璃液的廢氣溫度基本和熔池中表面玻璃液的溫度相同，因而降低了熔窯空間的溫度，延長了窯爐的使用壽命。
浸沒燃燒方法有許多優點，因此包括中國在內的美、日、法、俄等國都先后進行了深入的研究和試驗，但到目前為止均未在大規模工業應用上獲得成功。
其原因在于，這種傳統浸沒燃燒的方法有著難以解決的問題： 1、澄清問題：在向玻璃液中噴入燃氣和空氣混合物時(燃燒產物)，噴嘴的作業條件比較困難，只有混合氣體耗量大大超過用空氣或蒸汽鼓泡時，熔制才會正常進行。由于玻璃液的激烈鼓泡翻騰，使玻璃液呈泡沫狀，自身的微小氣體夾雜物顯著增多，因此，使玻璃液澄清很困難。 2、燃料問題：在熔體中吸留或夾雜的灰泡成分主要是未參加反應的不活潑氣體，也就是燃料燃燒過程中釋放出的氮，如：用天然氣一空氣混合氣體的浸沒燃燒噴嘴所產生的燃燒產物中，含氮量超過70%，而一般的燃燒方法則允許在燃燒產物中的含氮量不超過30%，對于平板玻璃，則最好不超過10%(重量)。因此，這也是氣體夾雜物多的主要原因。用純氧燃燒工藝可有效解決上述兩個問題，但帶來的問題是，火焰溫度過高，噴嘴蝕損過快，又無法補償或更換。 3、燃燒器問題：由于燃燒器是浸沒在熔體中的，其質量、安放位置以及操作控制都比以往要求嚴格，否則，一旦燃燒發生故障，使玻璃液進人其內固化，則不能繼續使用。另外，當玻璃液達到一定深度時，噴嘴的沖力不夠，火焰則不進玻璃液，而從旁邊耐火材料噴出。秦皇島玻璃研究院在試驗中就遇到過這種情況。縮小噴嘴直徑可解決上述問題，但又會造成燃燒熱量不足的問題。 4、耐火材料問題：由于玻璃液在窯內劇烈翻騰，上部結構空間會被飛濺出來的玻璃液所沖刷，一般的硅磚和鉻磚適應不了這種熔窯的需要。當在池底設置多個燃燒噴嘴時，也會削弱耐火材料的強度。另外，如在熔液中燃燒天然氣(為供入窯內總量的7-10%),會使熱交換大大加強。過多地提高直接在熔窯中燃燒的天然氣量，耐火材料受蝕嚴重。 5、玻璃液粘度、氣源壓力和流量的波動，對混合氣體壓力和噴速的影響很大，使其難以長期恒定地保持在玻璃液中燃燒，極易造成脫火、回火或燃氣沖出玻璃液面燒窯頂的現象。 6、最為關鍵的問題是：由于受材料限制，燃燒器(尤其是噴火嘴)極易損耗、壽命較短，而且既無法補償也難以更換。所以盡管經過長期的研究和試驗，卻難以投入實際應用。所以，從上世紀五十年代開始到八十年代為止，之后再也沒有出現關于玻璃浸沒燃燒方面的報道。而電極加熱存在的問題是：熔化率低；加熱面積有限；電極昂貴并更換困難且易氧化；需先用其它加熱方式將玻璃熔化成液體后，才能夠通電加熱，增加了設備及工藝成本。因此。目前電極加熱的玻璃電熔窯僅用于高硼硅玻璃、乳白玻璃等小規模產品的生產。
為解決上述問題，專利申請：低強度混泡浸沒燃燒法（申請號2016100543562）和等離子浸沒加熱熔制玻璃的方法（申請號201611179575X）提出了對玻璃液大面積鼓泡加熱的技術方案。它可以有效解決浸沒燃燒存在的上述問題，但會帶來新的問題：如鼓泡量過小時，所供熱量不足，造成熔化率較低，甚至難以熔化；鼓泡量過大時又會造成玻璃液的泡沫化而難以澄清。
技術實現要素：
為此，本發明提供了一種玻璃液浸沒加熱高溫分步熔化法，其特征是：將玻璃熔化池分為前后兩部分，其間用阻隔墻將上部空間隔離，玻璃液僅在其下部相通；在前部分玻璃熔化池的底部采用上述混泡浸沒燃燒法或等離子浸沒加熱法，將用于加熱玻璃液的氣體大流量噴人或鼓入玻璃液內，使玻璃液在劇烈鼓泡翻滾狀態下被熔化和均化；在其后部分玻璃熔化池的底部采用上述低強度混泡浸沒燃燒法或等離子浸沒加熱法或傳統的玻璃鼓泡方法，以鼓泡方式將主要用于澄清玻璃液的氣體鼓入玻璃液內，使得在前部分玻璃熔化池被熔化和均化、但仍帶有大量微小氣泡的玻璃液被大量上升的氣泡帶出玻璃液面而澄清；在前部分玻璃熔化池未完全被熔化和均化的玻璃液，在后部分玻璃熔化池繼續完成其熔化和均化過程；本發明的玻璃液熔化方式，采用高爐豎窯式的熔化方式，即原料由頂部投入，加熱氣體由原料底部進入，煙氣經與原料層換熱冷卻后從豎窯上部排除；熔化的玻璃液自然沉在其下方的前部分玻璃熔化池內，然后送入后部分玻璃熔化池內進一步熔化、均化和澄清，從而制造出用于成型的合格玻璃液。
傳統表面加熱方法的玻璃液加熱溫度不高于1600℃、傳統電極加熱方法的玻璃液加熱溫度不高于1700℃；本發明玻璃熔化池前部分的玻璃液加熱溫度（即加熱氣體的溫度）控制在2000℃以上，從而在玻璃液被快速熔化的同時，使部分原料氣化作為澄清劑使用。
上述加熱氣體為氫氣與氧氣在玻璃液內混合燃燒的高溫蒸汽；或天然氣與氧氣或與空氣在玻璃液內混合燃燒的煙氣；或被電離的空氣、水蒸氣等高溫等離子氣體。
由于本發明為高溫熔化和鼓泡澄清，因此無需在原料中特意加入用于降低玻璃液熔點的堿金屬氧化物和用于玻璃液澄清的各種含硫、硝、氟的澄清劑。 從而大幅降低原料成本、減小污染和治理成本，并大幅提高熔窯使用壽命和玻璃制品的物化性能和質量。
上述投入窯爐的原料為球狀或塊狀原料，以保證原料層中留有順暢的煙氣通道，以減小煙氣阻力。
在上述前后兩部分玻璃熔化池的池底部，均排布有噴管浸沒燃燒器（參見公開專利201610063188.3）或套管浸沒燃燒器（參見公開專利201610075858.3）；前部分玻璃熔化池窯底的燃燒器噴出或鼓出大流量氣流或氣泡，主要用于玻璃液的熔化和均化；而后部分玻璃熔化池窯底的燃燒器鼓出一個個低頻氣泡，主要用于玻璃液澄清目的。
通過調節加熱氣體在不同區域的流量，使得上述前部分和/或后部分玻璃熔化池中玻璃液的溫度呈現中間部分高于其四周部分的工藝狀態；從而通過熱對流使玻璃液在水平各個方向得以均化。
在后部分玻璃熔化池的上方設有密封的抽氣道，將玻璃液中排出的高溫氣體引入前部分玻璃熔化池上方的料層中，并經總煙道排出。
本發明的有益之處在于：可有效解決傳統浸沒加熱方法所難以解決的各種問題，使玻璃液的浸沒加熱這種高效、節能和綠色環保熔化工藝的大規模實施成為現實。
附圖說明
圖1是本發明實施例之一的原理結構剖面圖。
圖中1. 前部分玻璃熔化池，2.玻璃液，3. 大流量噴管浸沒燃燒器或套管浸沒燃燒器，4. 高爐豎窯爐體，5.玻璃原料，6.原料投料口，7. 后部分玻璃熔化池，8.玻璃液面，9.鼓泡噴管浸沒燃燒器或鼓泡套管浸沒燃燒器，10.玻璃液出料口，11. 密封抽氣道，12.總煙道，13.流液道，14. 阻隔墻，15. 大流量氣流或氣泡，16. 低頻氣泡。
具體實施方式
圖1中，玻璃熔化池分為前部分玻璃熔化池1和后部分玻璃熔化池7，其間用阻隔墻14將上部空間隔離，玻璃液2僅在其下部相通；在前部分玻璃熔化池1的底部采用上述混泡浸沒燃燒法或等離子浸沒加熱法，將用于加熱玻璃液的大流量氣流或氣泡15噴人或鼓入玻璃液2內，使玻璃液2在劇烈鼓泡翻滾狀態下被熔化和均化；在其后部分玻璃熔化池7的底部采用上述低強度混泡浸沒燃燒法或等離子浸沒加熱法或傳統的玻璃鼓泡方法，以鼓泡方式將主要用于澄清玻璃液的低頻氣泡16鼓入玻璃液2內，使得在前部分玻璃熔化池1被熔化和均化、但仍帶有大量微小氣泡的玻璃液2被大量上升的氣泡帶出玻璃液面8而澄清；在前部分玻璃熔化池1未完全被熔化和均化的玻璃液2，在后部分玻璃熔化池7繼續完成其熔化和均化過程；本發明的玻璃液熔化方式，采用高爐豎窯式的熔化方式，即原料由頂部原料投料口6投入，加熱氣體由原料底部進入，煙氣經與原料層中的玻璃原料5換熱冷卻后從豎窯上部的總煙道12排除；熔化的玻璃液2自然沉在其下方的前部分玻璃熔化池內1，然后送入后部分玻璃熔化池7內進一步熔化、均化和澄清，從而制造出用于成型的合格玻璃液。