小型全氧電助熔窯爐烤窯操作要點分析

蔡賽松

摘 ? 要：小型全氧電助熔玻璃窯爐與傳統(tǒng)玻璃窯爐的烤窯操作有較大不同，主要體現(xiàn)在溫度曲線的制定更有針對性;對窯爐下層磚結(jié)構(gòu)與支撐鋼結(jié)構(gòu)以及熱端設(shè)備間的絕緣要求更嚴(yán)格;對不同材質(zhì)的配套設(shè)備（如電極，鼓泡等）在烤窯過程中受溫度和氣氛的影響表現(xiàn)出來的不同特性進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并做出切實可行的保護(hù)措施等。同時，在借鑒以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過改良烤窯設(shè)備和工器具，優(yōu)化操作流程，最大限度地保證窯爐的使用壽命。

關(guān)鍵詞：升溫曲線 ?氧化錫電極 ?鼓泡系統(tǒng) ?氧化氣氛 ?還原氣氛

中圖分類號：TQ171 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0042-03

近幾年，全氧燃燒技術(shù)因成本偏高導(dǎo)致玻璃成品價格優(yōu)勢喪失，在大型浮法和光伏玻璃生產(chǎn)線上的應(yīng)用越來越少。而在一些對玻璃液質(zhì)量要求高，利潤空間相對較大的特種玻璃，如電子玻璃，高檔器皿玻璃，玻璃纖維等生產(chǎn)線，全氧燃燒配合電助熔技術(shù)，獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

玻璃窯爐作為關(guān)鍵的熱工設(shè)備，在由冷態(tài)轉(zhuǎn)入熱態(tài)并投入使用的過程中，烤窯是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，直接影響窯爐的使用壽命和玻璃質(zhì)量。本文結(jié)合多年經(jīng)驗，對烤窯操作的一些要點進(jìn)行簡要分析。

1 ?升溫曲線的制定

窯爐的結(jié)構(gòu)不同，耐火材料匹配也不同?？靖G溫度曲線的制定也要隨窯爐結(jié)構(gòu)的不同進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

從圖（1）可以看出，不同耐火材料在不同溫度段的膨脹特性存在很大差異。比如帶有冷卻部的窯爐，因部分采用硅磚結(jié)構(gòu)，在制定溫度曲線時，在兼顧各種電熔材料膨脹特性的同時，一定要考慮硅磚集中膨脹的特性。一般情況下，需要分別為熔化部，冷卻部制定不同的升溫曲線。如圖2，3（數(shù)據(jù)僅供參考）。

而對于一些采用鉑金通道的生產(chǎn)線，窯爐大多為全電熔磚結(jié)構(gòu)，所有耐火材料均為線性膨脹。因此可盡量取消保溫點，為直線型升溫曲線，如圖4（數(shù)據(jù)僅供參考）。需要說明的是，150℃保溫點主要作用是排除水分，保溫時間可根據(jù)耐火材料加工時帶來的水分高低以及工廠所在地理位置的空氣濕度做相應(yīng)調(diào)整，一般為24～48h。

另外，電熔AZS磚在1100℃時，有明顯的收縮。因此過大火（接火）溫度應(yīng)快速跳過1100℃這個溫度點，以1150℃或1200℃為宜。一般情況下，采用天然氣（熱值8500Kcal/NM3）或柴油（熱值9500Kcal/NM3）烤窯時較為容易。采用其他燃料時，應(yīng)視情況盡可能提高過火溫度。

2 ?烤窯前的檢查

本文著重介紹電助熔全氧窯爐的烤窯，對于窯爐的常規(guī)普查不做贅述。所謂電助熔，就是利用熔融狀態(tài)下的玻璃液因電阻降低而具有導(dǎo)電性，對玻璃液通電從而產(chǎn)生焦耳熱，達(dá)到不斷熔化玻璃的目的。也就是說，高溫狀態(tài)下，玻璃液是帶電的。池壁磚，鋪面磚等與玻璃液接觸的下層磚結(jié)構(gòu)在高溫狀態(tài)下因電阻降低也會成為導(dǎo)體而帶電，熔化區(qū)電極組電壓能達(dá)到600V以上。因此在窯爐設(shè)計上就已經(jīng)考慮了下層磚結(jié)構(gòu)與窯爐鋼結(jié)構(gòu)的絕緣問題。而與窯爐相關(guān)的一些輔助設(shè)備，如電極，鼓泡系統(tǒng)，窯底熱電偶等，同樣需要做好絕緣處理。任何一個環(huán)節(jié)的絕緣處理不好，都會造成鋼結(jié)構(gòu)帶電，對窯爐的操作和維護(hù)人員構(gòu)成極大的威脅，同時也會使電助熔系統(tǒng)無法正常運行。一般情況下，電助熔系統(tǒng)都是在熱裝階段才通電，如果把問題遺留到這個階段，處理起來難度非常大。因此，絕緣檢查是這類窯爐的重點，必須把所有隱患提前消除。絕緣檢查主要有如下幾項。

（1）檢查池壁頂絲，池底頂絲與耐火材料間的絕緣墊是否有遺漏或損壞，絕緣墊耐火度是否達(dá)標(biāo)。

（2）檢查池底跺磚與跺梁間的絕緣墊是否遺漏或破損。

（3）檢查池壁保窯風(fēng)管與池壁間是否有接觸，臨時焊點是否清除。

（4）電極一般分為側(cè)插式與底插式兩種。對于底插式電極，檢查電極支架，水套與窯底鋼結(jié)構(gòu)的絕緣是否徹底。對于側(cè)插式電極，檢查電極支架，水套以及銅排與窯爐立柱和池壁攬鐵絕緣是否徹底。

（5）出于絕緣考慮，電極水套冷卻水均采用純水。烤窯前，必須確保水系統(tǒng)正常運行，檢測純水是否達(dá)標(biāo)。

（6）如果配有鼓泡器，檢查鼓泡桿支架與窯底鋼結(jié)構(gòu)間間絕緣是否徹底。鼓泡桿接地是否有遺漏或損壞。

（7）檢查投料機(jī)（一般采用螺旋給料機(jī)）的水套與給料機(jī)機(jī)體間是否絕緣。檢查給料機(jī)水套進(jìn)回水管路是否絕緣。

（8）檢查窯底熱電偶支架與窯底鋼結(jié)構(gòu)間絕緣是否徹底。

3 ?相關(guān)設(shè)備的保護(hù)

3.1 電極的保護(hù)

目前常用的電極一般有鉬電極和氧化錫電極兩種，以下分別介紹兩種電極在烤窯過程中的保護(hù)。

鉬電極在常溫狀態(tài)下是穩(wěn)定的，在400℃時會發(fā)生輕微氧化，隨著窯內(nèi)溫度的不斷升高，鉬電極會發(fā)生劇烈氧化并在電極表面生成MoO3，對電極使用壽命造成極大影響。因此，鉬電極不能暴露在高溫氧化氣氛當(dāng)中。由于鉬電極直徑一般較小，重量較輕，在升溫前應(yīng)將電極退到電極磚內(nèi)或池壁磚內(nèi)，在電極磚孔或池壁磚孔內(nèi)塞入碎玻璃，并在外面覆蓋一到兩塊玻璃板。對于側(cè)插式電極，玻璃板要采用熔化溫度較高的高硼玻璃，以免碎玻璃熔化后氧化氣氛對電極造成影響。熱裝時，當(dāng)玻璃液位超過電極設(shè)計高度后，再將電極緩慢插玻璃液內(nèi)。

氧化錫電極在常溫下也是穩(wěn)定的，但在300℃以上時，在還原氣氛下，電極表面會還原出Sn，同樣對電極使用壽命造成極大影響。因此，氧化錫電極不能暴露在高溫還原氣氛當(dāng)中。相比鉬電極，氧化錫電極出于增加電流分布面積的考慮，直徑較大，重量較重，退到電極磚里的方式無法采用，只能將電極插入窯內(nèi)到設(shè)計高度。針對氧化錫電極，可采取如下保護(hù)措施：

（1）烤窯風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量適當(dāng)加大。這里需要注意一點，當(dāng)出現(xiàn)斷電情況時，風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，燃燒器熄滅后，一定要先向窯內(nèi)鼓風(fēng)3min以上，將窯內(nèi)還原氣氛質(zhì)換掉才能再次點火。

（2）過火時，烤窯系統(tǒng)?；鸩煌ｏL(fēng)。生產(chǎn)用槍的氧氣與天然氣配比適當(dāng)加大，參考數(shù)值2.5：1。待玻璃液完全覆蓋電極后再調(diào)回設(shè)計配比。

（3）由于還原氣氛難以識別，在整個烤窯過程中，可以用過氧檢測裝置對窯內(nèi)氣氛做定時不定點檢測，一般20～30min一次，過氧量控制在5%以上。

（4）在電極表面涂抹耐高溫涂層，一般采用氧化鋁粉，碎玻璃，水玻璃的調(diào)合物。涂層厚度5mm。

（5）氧化錫電極是一種n型半導(dǎo)體陶瓷材料，易碎，因此不能采用風(fēng)送熱裝方式，以免碎玻璃損壞電極?？梢钥紤]人工投料或給料機(jī)投料。

3.2 鼓泡桿的保護(hù)

如果窯爐裝有鼓泡系統(tǒng)，鼓泡桿也應(yīng)視情況加以保護(hù)。是否保護(hù)，取決于窯爐的熱裝方式。

大多數(shù)鼓泡桿都是由易碎的剛玉管制成，若窯爐采用風(fēng)送式熱裝，碎玻璃的沖擊會對鼓泡桿造成極大損傷。因此在烤窯前，應(yīng)將鼓泡桿退到鼓泡磚下，在鼓泡孔上覆蓋玻璃板。另外，為避免熱裝時碎玻璃粉末堵塞鼓泡孔，熔窯升溫前應(yīng)確保鼓泡桿內(nèi)通入鼓泡介質(zhì)（氧氣或壓縮空氣）。并對相關(guān)參數(shù)加以設(shè)定。一般情況下，空窯狀態(tài)脈沖時間設(shè)定為1s，間隔30s，介質(zhì)壓力1.5Bar。加料前，壓力增加到2Bar，間隔10s。待玻璃液深度能夠覆蓋鼓泡桿，間隔可增加到20s，并將鼓泡桿緩慢插入玻璃中。

如果采用人工投料或給料機(jī)投料，鼓泡桿可插入窯內(nèi)到設(shè)計深度。但對于一些包鉑金的鼓泡桿，不能暴露在高溫還原氣氛中，也要按上述方法加以保護(hù)。

3.3 鉑金料道與窯熱電偶的保護(hù)

如果熔窯連接鉑金料道，為避免高溫氣流沖擊鉑金料道以及高溫狀態(tài)下還原氣氛對鉑金管造成損傷，窯爐升溫前，一定要在料道入口填充足夠的高硼碎玻璃，并在入口外覆蓋幾層高硼玻璃板。

此類窯爐窯底熱電偶多為穿透式，一般在500℃時安裝?？紤]到鋪面磚與池底磚膨脹時可能使電偶孔錯位，有剪斷熱電偶的風(fēng)險，所以，安裝時也應(yīng)退到鋪面磚下，待膨脹基本結(jié)束后再插入玻璃液內(nèi)。

4 ?其他應(yīng)引起重視的問題

4.1 碹頂保溫

從以往幾座窯爐的經(jīng)驗來看，因電熔AZS和αβ磚線性膨脹的特性，一旦碹磚上下表面溫差過大，大碹上表面磚與磚間會出現(xiàn)縫隙，有時會達(dá)到20～30mm，即便升溫結(jié)束也很難恢復(fù)。因此無論大碹采取冷態(tài)保溫還是熱態(tài)保溫方式，都應(yīng)盡量多覆蓋幾層保溫棉。

4.2 懸掛式自動膨脹儀的使用

傳統(tǒng)脹尺一般在1100℃就被迫拆除，但升溫還沒結(jié)束。有條件的情況下，可以安裝自動膨脹儀作為高溫階段拉條松出量的精確參考，取代以往憑經(jīng)驗的做法。

4.3 池壁保窯風(fēng)的開啟

空窯狀態(tài)下，池壁磚接受的主要是輻射熱，此時內(nèi)外表面溫差相對較大。如果過早開啟池壁保窯風(fēng)，會造成溫差進(jìn)一步加大，從而導(dǎo)致池壁磚炸裂。首先，在升溫前，應(yīng)在裸露的池壁磚外表面加蓋保溫棉，待玻璃液到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)液位，傳導(dǎo)熱量使池壁磚內(nèi)外溫差趨于平衡并穩(wěn)定后，開啟保窯風(fēng)機(jī)，并緩慢加大風(fēng)量。注意風(fēng)機(jī)開啟后不要立即拆除保溫棉。各人推薦池壁保窯風(fēng)在引頭子后，窯內(nèi)溫度制度形成后開啟。

5 ?結(jié)語

烤窯是對一座窯爐從設(shè)計到砌筑的最終檢驗，所有設(shè)計上的疏漏和砌筑過程中的失誤都會在烤窯過程中顯現(xiàn)出來，這些都需要我們在這個階段盡力彌補。所以窯烤窯方案應(yīng)該是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，詳?xì)的，合理的。窯爐操作應(yīng)該是專業(yè)化，規(guī)范化的。在總結(jié)并運用以往經(jīng)驗的同時，對所有可能出現(xiàn)的意外情況都要做好充足的備案。細(xì)節(jié)決定成敗，對細(xì)節(jié)的掌控決定一座窯爐能否從冷態(tài)順利過渡到熱態(tài)并投入使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜宏.浮法玻璃全氧燃燒技術(shù)[J].玻璃，2017（12）：12-18.

[2] 張世儉，涂淑進(jìn).氧化錫電極材料的研制[J].玻璃與搪瓷，1992（6）.

[3] 玻璃窯內(nèi)的電極應(yīng)用[J].玻璃與搪瓷，2004（4）：34-37.