浮法玻璃熔窑设计的改进宋　庆　余(蚌埠玻璃工业设计研究院　蚌埠市　233018) 近些年来,我国浮法玻璃熔窑的设计技术取得了长足的发展,20年前中国只有一座浮法玻璃熔窑,当时的熔化能力只有230t/d,窑炉的寿命只有3年,熔化率为1.13t/m2・d,热耗11675kJ/kg玻璃液,玻璃质量仅能达到当时厂标的二、三等品,总成品率为65%。

现在我国已有浮法窑61座,我国自己设计的最大吨位为600t/d的窑已投产2年,与20年前相比,熔化能力增加了2.6倍,熔化率达到2.26t/m2・d,提高了近一倍,热耗为6688kJ/ kg玻璃液,降低了43%,产品质量大幅度提高,制镜级和加工级玻璃达到90%,总成品率大于80%。

以上的浮法玻璃熔窑技术指标,我国只有少数生产线可以达到,多数浮法玻璃熔窑达不到。

这少数的浮法玻璃熔窑与国外先进的相比还有不小的差距。

本文主要讨论目前我国浮法玻璃熔窑应如何改进。

1　投料池设计的改进投料是熔制过程中的重要工艺环节之一,它关系到配合料的熔化速度、熔化区的位置、泡界线的稳定,最终会影响到产品的质量和产量。

1.1　应设计与熔化部等宽的投料池投料池越宽,配合料的覆盖面积就越大,配合料的吸热是与覆盖面积大小成正比的。

因此采用与熔化部等宽或接近等宽的投料池,有利于提高热效率,有利于节能,有利于提高熔化率。

1.2　采用无水包的45度“L”型吊墙传统的“L”型吊墙都有水包,由于水包的寿命短、易损坏、漏水,造成吊墙砖的炸裂,吊墙砖实际上在热工作状态下无法更换,这样就影响窑炉的寿命。

所谓无水包吊墙,就是水包被一排吊砖所代替,这就解决了因水包漏水所造成的吊墙砖炸裂问题,同时也解决了更换损坏水包对生产的影响。

1.3　投料口采用全密封结构投料池内的压力一般是正压,所以由窑内向外部的溢流和辐射热损失较大。

采用全密封结构,构成预熔池,将减少这部分热损失,使配合料进入熔化池之前能吸收一定的热量,将其中的水分蒸发并进行预熔,这样料堆进入熔化池后很快就会熔化摊平,因此加速了熔化过程。

同时,由于料堆表面被预熔,就减少了粉料被烟气带入蓄热室的量,也减轻了飞料对熔窑上部结构的化学侵蚀。

投料池采用全密封结构,可以防止外界的干扰,保证窑内压力制度、温度制度的稳定,保证泡界线的稳定。

特别是保证玻璃对流的稳定,有利于减少生料对池壁砖的侵蚀,延长窑炉寿命,是一条宝贵的经验。

2　熔化部设计的改进2.1　加长1#小炉至前脸墙的距离加长1#小炉至前脸墙的距离,可开大1#小炉,提高熔化效率和热效率。

从辐射传热公式可以清楚地看出这个问题。

Q=C・T11004-T21004・F式中:Q——配合料吸收的热量,kJ;T1——火焰的温度,K;T2——配合料的温度,K; C——综合辐射系数,kJ/m2h・K4;F——加热面积,m2。

配合料吸收的热量与本身温度的4次幂和火焰温度的4次幂的差成正比,在熔窑中只有1#小炉这个区域两者的温差最大。

这说明加大1#小炉的热负荷,可获得很高的热效率,合理的加长1#小炉至前脸墙的距离可提高熔化量10%以上。

这个措施除了新窑设计可采用外,特别是老窑改造更应该采用。

为了提高产量和质量,这是一个花钱不多效果明显的技术措施。

国外一些浮法玻璃熔窑1#小炉中心线至前脸墙的距离为4m至4.5m,而国内该部位尺寸最大的是洛玻一线,是3.9m。

2.2　新设计的浮法窑应合理的增加熔化部的宽度宽熔化部的设计会带来以下优点:(1)提高火焰对玻璃液的传递长度,火焰的热量被充分吸收,提高热效率。

(2)增加从热点附近返回窑头配合料底面的温度,有利于提高熔化率。

(3)减缓配合料的流动速度,从而有利于减小对池壁砖的侵蚀速度。

(4)减少对格子体的烧损和堵塞。

2.3　窑底结构设计的改进末对小炉后的池底应设计成浅池平底,这样可以减小玻璃液的回流系数,减少玻璃液的重复加热,有利于节能。

末对小炉以前的池底,应设计成阶梯式的,池深由浅逐渐变深,投料池的池深是最大的,这样的池深变化,会加长配合料在高温带的滞留时间,有利于提高热效率,有利于提高熔化率,有利于提高玻璃液的质量。

实践证明,这是一种理想的池底结构。

2.4　熔化部大碹结构设计的改进众所周知,决定熔窑寿命的三个环节是大碹、池壁、蓄热室,其中有一个环节使用期限到头了,整个熔窑也就到期限了。

熔化部大碹受侵蚀最严重的有三个部位,第一是各种测孔,如测压孔、测温孔及压石墨挡条的压杠孔等。

因碹顶是正压,在孔洞处穿火,火力集中,孔洞越烧越大,直至无法热修而停窑。

根据国内外的实践经验,测温孔砖、测压孔砖、压杠孔砖等由硅砖改成“骨料型锆英石砖”是最好的办法。

大碹被侵蚀严重的第二个部位是三块边碹砖。

这主要是受高温环流的侵蚀,该部位责任重大,是大碹的基础,它承担大碹本身和保温层的全部重量。

根据国内外的实践经验,这三块边碹砖采用“骨料型锆英石砖”是行之有效的技术措施。

它的高温使用性能高于优质硅砖,同时它与电熔A ZS砖直接接触在高温下不共熔,而优质硅砖在高温下与电熔AZS砖严重共熔,正因为二者之间严重共熔,导致窜火烧坏钢结构,严重的会造成胸墙向窑内倾倒,无法热修而停窑。

大碹易出问题的第三个部位是膨胀缝处。

大碹膨胀缝处的碹头是自由端,没有约束,膨胀缝密封不好易窜火。

所以有时大碹塌落从此处开始。

要解决好这个问题,在施工砌筑碹头时要砌筑紧一些,砖缝要小,拉条要紧。

膨胀缝的结构设计也是很重要的,设计成台阶式的膨胀缝使用效果较好;在烤窑膨胀结束后,在台阶上湿砌标砖,然后在上面用优质硅质热补料严格密封,这样处理效果很好。

2.5　如何解决胸墙内倾问题(1)三块边碹砖用“骨料型锆英石砖”解决与电熔AZS砖的高温共熔问题。

采用广州石井特耐厂的锆砖最为可靠。

(2)设计的胸墙,其重心尽量向外。

(3)为防止挂勾砖断裂应解决以下问题:・设计挂勾砖的尺寸,长宽比要合理;・烤窑升温曲线要合理,更不能停电;・生产中不能停电,停电会造成挂勾砖炸裂。

・挂勾砖与胸墙托板之间加3mm厚的“多晶莫来石纤维板”,可减少砖炸裂。

・选择离退火质量好的挂勾砖。

(4)采用中硅球墨铸铁做胸墙托板目前浮法窑的胸墙托板一般都采用50m m厚的钢板,这种材质抗氧化性能差,易被烧损,抗弯性能差,在挂勾砖断裂后,暴露在火焰中易弯曲,易烧损,会造成胸墙内倾。

国内有的大型浮法窑的胸墙托板用60mm厚的“中硅球墨铸铁,收到了较好的效果。

2.6　熔化带池壁砖应采用“刀把砖”的结构形式池壁砖的寿命也是决定熔窑寿命的重要因素之一。

因此延长池壁砖的寿命,也就是延长窑炉寿命的重要技术措施之一。

为了延长池壁砖的寿命,一般采用风冷的办法。

众所周知,风冷的目的是为了降低池壁砖内表面温度,从而降低被侵蚀的速度。

池壁砖内表面温度的降低与本身厚度有重要的关系。

当池壁砖厚度为300mm或200mm时,其内表面温度只降低几度。

池壁砖内表面的温度,可按下列公式计算:t1=(A t3-Ks t2)(Ks+A)式中:t1,t2——分别为内外表面的温度,℃;t3——熔融玻璃液表面的温度,℃;K——导热系数kJ/m・h・℃;s——池壁砖的厚度,m;A——导热系数kJ/m・h・℃。

从计算公式可以看出,池壁砖厚度太大,冷却风的效果很差。

池壁砖厚度为150m m时才开始风冷有效果。

因此“刀把砖”上部的厚度设计成175 mm是合适的,下部厚度设计成250m m厚,帮砖可用75mm厚的砖。

当池壁厚度被侵蚀剩下20～30 mm时,冷却效果最佳,所以不过早地帮砖,可延长其寿命。

国外有的浮法窑可帮三次砖,其寿命超过十年,在设计上要考虑留有帮砖空间。

为防止池壁砖炸裂漏玻璃水,在池壁顶铁与池壁砖之间加铁篦子。

在窑的后期,为了延长其寿命,可采用风、水双冷的办法,除了在池壁砖上贴水包外,还要吹风,效果也较好。

3　冷却部设计的改进冷却部的作用是将来自熔化部已被熔化和澄清好的玻璃液降低到成形温度,且不污染玻璃,所以接触玻璃液的池底、池壁砖应选用电熔A-B Al2O3砖,因为它的发泡指数是零,污染玻璃的指数是零。

一般老窑冷修改造都要提高熔化量,这样觉得原冷却部面积小了,温度降不下来。

为了解决这个问题,可采用以下的办法。

即缩小卡脖的宽度和加大卡脖的长度,在卡脖上设置深层水包。

一般可取卡脖的宽度是熔化部宽度的28～50 %。

卡脖的长度一般可取6m,国外也有9m长的。

新设计采用窄卡脖、小冷却部也是方向,这样有利于成形部的稳定,减少投资。

4　蓄热室设计的改进玻璃熔窑的热平衡测试结果表明,废气从窑膛中带走的热量高达50%,这部分热量主要靠蓄热室回收。

所以加强蓄热室的热回收是十分重要的。

搞好蓄热室的设计要做到以下几点:(1)加强蓄热室的密封,防止冷空气吸入。

如吸入冷空气占助燃空气量的20%,就会浪费燃料16%,可见密封对节能是很重要的。

为了保证密封,施工时墙体要做到二类砌体的质量,其外面应涂上50m m厚的保温涂料。

(2)加强蓄热室的保温,减少蓄热室的散热损失。

现在蓄热室墙一般采用镁砖,其导热系数是硅砖的两倍左右,因此要加强保温,除采用优质保温砖外,还要在外层加高质量的保温涂料,成都飞峰公司的保温涂料的导热系数只有0.1675kJ/m・h ・℃,值得推广使用。

(3)选择优质的耐火材料做格子砖。

碱性耐火材料格子砖是理想的选择,其优点是耐火度高,耐碱的侵蚀性能好,蓄热能力强,容积比热大,是低气孔粘土砖的1.36倍;导热系数大,是低气孔粘土砖的两倍左右。

所以使用碱性格子砖换热效率高,可提高助燃空气的预热温度,提高火焰温度,可节能10%左右。

我国高纯镁砖的热稳定性差,用于格子体的上部易剥落。

国外研制的镁锆砖热稳定性好,用到格子体上部效果好。

我国耐火材料行业应加快研制,争取早日投放市场。

(4)合理选择格子砖的结构形式。

筒型格子砖是最佳的选择。

蓄热室热交换过程中,热废气传给空气的热量可用下列传热方程式表示:Q=R・F・$t m,kJ/周期Q——蓄热室的热回收,即每一换向周期热废气传给空气的热量,kJ/周期;R——传热总系数,kJ/m2・周期・℃;F——格子砖的传热面积,m2;$t m——平均温差,℃。

从上述方程式可以看出,蓄热室格子体换热面积越大,蓄热室的热回收就越多。

为了增加换热面积,蓄热室的格子体采用筒型砖是最佳的选择。

采用筒型砖做格子体有以下优点:¹采用筒型砖的格子体,可以获得较大的换热面积。

表1格子体砖型/mm 单位体积格体的换热面积/m2・m-3筒型砖140×140(格孔)16.0十字型砖13.7空穴式格子体300×150×6412.7编篮式格子体300×150×6410.4 下表是筒型砖与其它各种格子砖换热面积的比较。

从上表可以看出,筒型格子砖组成的格子体比传统编篮式格子体增加换热面积50%以上。