1 復合電場和高溫低速玻璃流場

正常工作的電熔窯是一個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。一個配合料單元從進入熔窯到流出的時間，根據不同窯爐設計和玻璃成品質量的不同而不同。整個熔制過程中，熔窯是一個復雜的流體，是一個非均勻分布的電場，非均勻分布溫度和質量玻璃液體的流動模態，其多樣性并隨時間變化，非常復雜。因此對一個熔窯的電場描述、熱/電場描述和流場描述是一項非常復雜和困難的工作。由于玻璃液的高溫，致使幾乎所有現有的測量工具和手段都不太有效。這正是電熔玻璃窯爐設計中難題。

現有國內外研究開發的描述熔窯內部的數學模擬軟件都處于數字和經驗模擬結合的結果形態，大量的描述玻璃流場和電場圖像與實際結果有相當大的差別。窯爐設計仍然大量依據于經驗和假設，因此幾乎所有的窯爐的發展周期都很長，而且也難以估計可以達到的效率。

1.1 復合電場

電熔窯爐是一個復合電場，熔化的玻璃是導電體，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壁，垂直于爐底平面或傾斜于爐底部，個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

電熔爐中電極的布置影響整個復合電場的狀態。插入玻璃液中的電極相對比較長，以底插式為例，當池深為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比較復雜，并且電極電導率隨長度變化有比較多的模態。沿著電極長度方向的電壓影響相應位置附近玻璃的電流變化，所以復合電場的電壓、電流和溫度也是一個沿電極長度方向的變量。

窯爐電場中任何一點的電性質（電壓V，電流A，溫度T）的變化將影響整個電場中其他所有點的電場性質。玻璃窯爐中的玻璃是一個流動體，一座15萬t/a的熔窯，每天流量約420t/d。所以，平均橫向流動速度0.8~1.0m/h，很慢的流速。這個流速隨玻璃產量的不同而變化。實際上這個橫向玻璃流動是一個由多種流動模式綜合的結果，實際玻璃液在窯爐內的運動是非常復雜的。如圖5至圖9所示，玻璃窯爐內的玻璃由于溫度差別而產生的熱力推動造成復雜的多方向的干擾性流動。流動速度隨位置而變化。在溫差大的區域的流動速度應當很可觀。

（1）足夠高的溫度支持完成配合料的化學反應，形成玻璃。

（2）足夠長的時間使化學反應完全，形成合格玻璃。

這里玻璃生成過程中的能量由電場電能和玻璃配合料化學反應產生的熱能的總和，這是完成以上兩個過程的能量基礎。

合理控制玻璃能量場和高溫熱玻璃流動是玻璃電加熱熔制的關鍵技術。窯爐設計的第一步應當是完成能量控制和流動控制設計。