浮法玻璃一窯兩線熔窯理論剖析

賀有樂

（成都南玻玻璃有限公司 成都 610200）

0 引言

自2014年浮法玻璃市場危機(jī)后，很多浮法玻璃生產(chǎn)線被迫放水冷修、技術(shù)改造，尤其是千噸級(jí)的生產(chǎn)線，雖然成本較低，但品種大多只能生產(chǎn)5～12 mm厚玻璃，有些甚至只能生產(chǎn)5～8 mm厚玻璃，缺乏靈活性，無法滿足差異化競爭戰(zhàn)略。有些富有創(chuàng)新精神的企業(yè)基于這種假設(shè)：將千噸大線改造成一窯兩線或一窯多線，其中一條線生產(chǎn)6～22 mm厚玻璃，另一條線生產(chǎn)1.6～5 mm薄玻璃。兩條線分工明確，品種齊全，靈活高效地適應(yīng)迅速變化的市場需求，產(chǎn)品厚度、規(guī)格品種齊全且變換頻次減少，大大提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。可是又產(chǎn)生了兩點(diǎn)擔(dān)憂：一是能耗高，兩條線兩個(gè)工作部加通路，散熱面積增加一倍或更多，需要增加末對(duì)小爐的熱負(fù)荷，或者在工作部增加燃燒器補(bǔ)充過度散失的熱量，才能滿足成形所需的溫度；二是玻璃液流通過卡脖后，玻璃液流發(fā)生較大變化，造成玻璃液溫度不均勻，影響斑馬角。

到2016年底國內(nèi)首條一窯兩線改造投產(chǎn)后，取得了超預(yù)期的效果，迄今為止，全國已有十條以上一窯兩線浮法玻璃生產(chǎn)線投產(chǎn)運(yùn)行。

本文旨在深入剖析總結(jié)其規(guī)律，充分發(fā)揮其優(yōu)越性。

1 工藝布置

圖1為不對(duì)稱一窯兩線浮法玻璃生產(chǎn)線平面布置示意圖。

圖1 一窯兩線浮法玻璃生產(chǎn)線平面布置示意圖

圖1為一種不對(duì)稱布置（壓延玻璃一窯多線生產(chǎn)線平面布置多采用對(duì)稱布置），這種布置是在原有一窯一線的基礎(chǔ)上改造而成，首先充分利用原有的熔窯工作部、錫槽、退火窯基礎(chǔ)，再根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)立柱等建筑物因地制宜，結(jié)合起來考慮玻璃生產(chǎn)工藝布置方案。

為敘述方便，將拉引量較大的生產(chǎn)線稱為大線，拉引量較小的生產(chǎn)線稱為小線。

（1）兩條線拉引量不對(duì)稱，一條小線拉引量占總?cè)刍康?0%，主要用于生產(chǎn)3 mm及以下至1.6 mm薄玻璃，一條大線拉引量占總?cè)刍康?0%，主要用于生產(chǎn)6 mm及以上至22 mm厚玻璃。

（2）兩條線的工藝布置不對(duì)稱，小線拉引量較小，需合理設(shè)計(jì)工作部面積，既要考慮減少玻璃液的散熱面積，又要考慮小拉引量情況下保證工作部較高的熱容量，滿足生產(chǎn)薄玻璃需要較高的成形溫度。大線由于拉引量較大，帶入的熱量較多，又因橫通路較長，增加了冷卻效果，工作部面積相比同等規(guī)模一窯一線浮法窯冷卻部要小很多。

（3）為保證流道溫度和拉引量的精確控制，兩條線的工作部均獨(dú)立地配置稀釋風(fēng)機(jī)和天然氣加熱裝置。

（4）流道流槽尺寸的設(shè)計(jì)。小線中心線與熔窯中心線重合，由于是一窯一線改造，流道流槽尺寸沿用了原生產(chǎn)線流道流槽尺寸，其鋼結(jié)構(gòu)及前期備用的流道閘板和唇磚直接使用。大線偏在一側(cè)，流道流槽尺寸根據(jù)拉引量大小和錫槽成形工藝的需要進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。

（5）橫通路設(shè)計(jì)。主要考慮該區(qū)域是工作部的一部分，除使澄清均化好的玻璃液流入到一側(cè)大線的工作部，必須考慮在此過程中玻璃液的冷卻速度，所以通路的長度不能過長，在保證兩線錫槽間距（布置兩條線的拉邊機(jī)），盡量縮短通路長度，一般不超過30 m。通路的寬度，需根據(jù)拉引量的大小，玻璃液的流速，通路的長度等因素綜合考慮進(jìn)行取值。

（6）卡脖前的熔化部和澄清部，各部位尺寸、結(jié)構(gòu)、選材與一窯一線熔窯設(shè)計(jì)相同，但卡脖處的攪拌器基本不用，一是熔化部熔化澄清和均化的玻璃液已能滿足玻璃成形的要求，二是攪拌器對(duì)玻璃液的冷卻強(qiáng)度較大。

（7）錫槽、退火窯和冷端的主線配置分別根據(jù)生產(chǎn)的玻璃厚度、板寬和拉引量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 玻璃液的均勻性

根據(jù)玻璃液對(duì)流理論，配合料進(jìn)入熔窯吸收熱量熔化成玻璃液滿足成形需要經(jīng)歷兩個(gè)較大的對(duì)流循環(huán)即熔化對(duì)流循環(huán)和成形對(duì)流循環(huán)，如圖2所示。

圖2 玻璃液的縱向?qū)α魇疽鈭D

回流的動(dòng)力主要來源于玻璃的溫度差、密度差、液位差和成形的牽引力。溫度差使玻璃液流從高溫處流向低溫處。密度差是未完全熔化，含氣泡和雜質(zhì)的玻璃液密度比較輕，向熔化池的上方浮，且向熔窯兩側(cè)流動(dòng)。玻璃液在成形牽引力和液位差的作用下形成從投料口向錫槽方向的縱向主對(duì)流，又在溫差和密度差的動(dòng)力作用下形成向熔窯兩側(cè)的橫向?qū)α?，如圖3所示，玻璃液在熔窯中是螺旋式前進(jìn)的。

圖3 玻璃液的橫向?qū)α魇疽鈭D

在工作部的成形回流過程中，由于工作部和卡脖水包的降溫作用，玻璃液的溫度分布不均勻，呈現(xiàn)兩側(cè)溫度比中間低，上表面溫度比下部溫度高，出現(xiàn)工作部橫向?qū)α骷觿?，玻璃液的均勻性變差，玻璃形成后中間出現(xiàn)縱向“波筋”，斑馬角偏低。

一窯一線改造成一窯兩線后，玻璃液的成形對(duì)流發(fā)生了很大變化，進(jìn)入通路的玻璃液不再延續(xù)卡脖前的層流繼續(xù)流動(dòng)，而是經(jīng)通路后，分成兩股玻璃液形成湍流，在各自的工作部中重新形成回流。玻璃液經(jīng)過通路分流后，溫差減小，回流的強(qiáng)度大大減弱，尤其工作部的橫向?qū)α髯兊幂p微，玻璃液的均勻性保持較好，出現(xiàn)的縱向波筋輕微，斑馬角較高，這應(yīng)是一窯兩線沒有出現(xiàn)我們?cè)谌鄹G設(shè)計(jì)時(shí)所擔(dān)憂的斑馬角降低的原因。

3 能耗下降

根據(jù)成形流的縱向回流理論，玻璃液流在成形回流循環(huán)過程中，只有1/3的上表面液流進(jìn)入成形階段，2/3的中下部液流回流到工作部底部，甚至越過卡脖水包進(jìn)入澄清部底部（圖2），這部分玻璃液經(jīng)工作部強(qiáng)制冷卻后，溫度很低，回到澄清部后，吸收熱量，重新被加熱，增加能耗，這就是壓深卡脖水包減少工作部回流，降低能耗的原理。

一窯一線改造成一窯兩線后，橫通路起到阻止回流的作用，偏在一側(cè)的工作部液流很難回流到卡脖處；與熔窯中心線重合的工作部由于拉引量偏小，回流的量很小，受橫通路液流的阻擋，也較少回流到卡脖水包處，大大減少了成形流回流到澄清部重新加熱，增加能耗的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

根據(jù)玻璃熔化和成形回流理論，分析討論了一窯一線改造成一窯兩線后，取得了與設(shè)計(jì)初期的兩個(gè)擔(dān)憂相反的結(jié)果的原因。一窯一線改造成一窯兩線的工藝布置，受原生產(chǎn)線基礎(chǔ)和重要設(shè)施的限制，不得不因地制宜，因勢(shì)而為，采用不對(duì)稱的形式布置，超越了壓延玻璃生產(chǎn)線對(duì)稱布置的思路，取得了較好的效果，大大降低了改造投資費(fèi)用。新投資的一窯兩線生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)成兩條噸位相同、對(duì)稱布置的兩條線，也能取得相同的效果，但投產(chǎn)后生產(chǎn)品種的分工并不很理想。

在能耗方面，取得了預(yù)想不到的效果，對(duì)于同樣類型的熔窯能耗比一窯兩線熔窯高2%～3%，這是對(duì)玻璃企業(yè)很了不起的貢獻(xiàn)，尤其是目前“碳達(dá)峰、碳中和”要求嚴(yán)格的情況下，每降一點(diǎn)點(diǎn)能耗都是一個(gè)可喜的進(jìn)步。

玻璃液的均勻性差、斑馬角低是浮法生產(chǎn)薄玻璃的一大難題，浮法玻璃生產(chǎn)工作者為此做出很多努力，采取升高流道溫度、升高錫槽成形溫度、抬高卡脖水包等措施只能改善斑馬角3°～5°，一窯一線熔窯改造成一窯兩線后，斑馬角問題基本解決，大大提升了產(chǎn)品的品質(zhì)。