浮法熔窯干式鼓泡器應用分析

屈武

（東莞南玻太陽能玻璃有限公司 東莞 523141）

0 引言

隨著社會工業(yè)化發(fā)展的進步，傳統(tǒng)制造業(yè)中玻璃生產技術為了同步適應市場需求也相應不斷地進行技術革新與完善。有助于提升玻璃產量、質量及窯爐壽命、降低能耗等新興技術應運而生。玻璃行業(yè)的發(fā)展與壯大得益于新理念新技術的推廣應用。

1966年世界第一個鼓泡技術發(fā)明專利產生，后逐漸應用于玻璃生產。簡單來說，玻璃熔窯池底鼓泡技術就是采用將部分氣體通過鼓泡裝置在熔窯池底連續(xù)鼓泡，通過氣泡的攪動來促進玻璃液的對流和均化。多年實踐證明，鼓泡技術是最有效、最經濟的強化玻璃液流的措施［1］。由于玻璃熔窯的鼓泡技術經濟、安全、實用、易操作而被廣泛地應用。

目前在玻璃窯爐上使用兩類鼓泡器，水冷式鼓泡器和風冷式鼓泡器（又稱干式鼓泡器）［2］，兩者各有優(yōu)劣。水冷式鼓泡器：水冷式鼓泡槍由金屬管復合而成，用高壓水冷卻金屬管內部，可在1600 ℃高溫下使用，壽命可達一個窯期。冷卻水量較大（單支鼓泡管用水約3.6 m3/h），水質要求高，不可避免地存在一定的安全隱患。且水冷式鼓泡系統(tǒng)投入、運行成本要高于干式鼓泡。干式鼓泡系統(tǒng)中，鼓泡管插入到玻璃液的長度少，約為300 mm，可取消對鼓泡管的水冷卻；另停電停氣可保證鼓泡管不堵；鼓泡管采用特殊材料，抗侵蝕、耐沖刷，可減少熔窯生產隱患。且目前國內干式鼓泡技術可達到單獨精確控制每根鼓泡管的泡徑及鼓泡頻率。缺點是對鼓泡磚的材質要求相對較高且需要單獨的冷卻風對池底鼓泡磚進行冷卻，使用不當對池底鼓泡磚的侵蝕過快會造成安全隱患。

本文立足所在浮法生產線熔窯實際工藝配置及熔化工藝理論，結合生產實際總結干式鼓泡的多年穩(wěn)定運行及維護經驗。

1 干式鼓泡器使用前后對比

我司700 t/d熔窯生產普白玻璃（玻璃鐵含量800×10-6），6對小爐，干式鼓泡器位于4號小爐

中心線后1050 mm位置，干式鼓泡器工藝參數(shù)：

①鼓泡介質：凈化壓縮空氣；

②鼓泡管規(guī)格：金屬陶瓷管直徑13 mm，長度950 mm；

③鼓泡器使用數(shù)量：24支（熔窯內寬13.3 m，鼓泡管間隔520 mm）；

④鼓泡器插入玻璃液深度：350～400 mm；

⑤單支鼓泡器鼓泡方式：連續(xù)式，單支鼓泡管壓縮空氣壓力5×104Pa；

⑥鼓泡泡徑：300～400 mm。

某浮法線在2017年安裝干式鼓泡管前后工藝對比見表1。

表1 熔窯溫度對比 ℃

由表1可以看出，使用連續(xù)式干式鼓泡可以大幅降低碹頂溫度和提高池底玻璃液溫度。

2 使用溫度制度分析

長期保持熔化工藝核心參數(shù)的穩(wěn)定是浮法玻璃生產板面質量最重要的保障。熔化工藝核心是“四小穩(wěn)”和氣氛，且溫度制度是玻璃生產人員普遍最重視的工藝技術，同時鼓泡對溫度的影響是很明顯的，鼓泡的運用必須結合溫度制度來進行調整控制。

建立合理的溫度制度的目的是要控制好窯內的溫度，使窯內的玻璃液始終保持良好的熔化質量和達到最高的熱效率。普通的浮法熔窯往往采用“雙高熱負荷點”溫度制度，即在配合料較多的1#、 2#小爐投入較多的燃料，使配合料在此處被基本熔化。增大5#小爐燃料量，利于強化玻璃液的高溫澄清和均化作用。適當減少處在泡沫稠密區(qū)的3#、 4#小爐的燃料量，這樣合理分配燃料能夠降低燃料的消耗量。我司有鼓泡的浮法熔窯根據(jù)實際工藝配置未按雙高熱負荷給定溫度制度，選取“山形”曲線，具體參數(shù)見表2。

表2 溫度制度控制參數(shù)

24支干式鼓泡器采用連續(xù)式鼓泡，單支通入壓縮空氣壓力為5×104Pa（整體泡徑一致）。很明顯24支鼓泡的作用直接影響碹頂溫度和池底溫度，所鼓氣泡劇烈浮升帶來強大的機械力穩(wěn)定沫子區(qū)，玻璃液熱效率上升，澄清溫度也明顯提高（手測澄清紅外溫度1430 ℃左右），故5#爐熱負荷不再需要 如“雙高熱負荷”高溫澄清給定的那么高。

對應采用“山形曲線”熱負荷分配是合適的，控制沫子在鼓泡前突出熱點穩(wěn)定液流，在大幅升降拉引量過程中調整熱負荷保證液流匹配是可行的。具體溫度曲線見圖1。

圖1 熔窯手測小爐前腿紅外溫度曲線

3 日常維護

3.1 鼓泡安全

鼓泡管一般是從熔窯底部穿過池底磚結構深入玻璃液的，因此鼓泡區(qū)磚結構必須配合鼓泡裝置進行相應設計，并要防止鼓泡區(qū)漏料現(xiàn)象的發(fā)生［3］。 我司浮法線熔窯鼓泡磚選用41#AZS磚，厚度450 mm。24塊鼓泡磚下方分別單獨吹風冷卻，并輔助測溫監(jiān)控，根據(jù)溫度高低相應調整吹風冷卻強度。鼓泡磚用紅外槍測量溫度，多年來保持300 ℃左右。

考慮鼓泡加速了液流，增加了深層玻璃液的溫度，加快了池底的侵蝕，因此鼓泡噴嘴至少要在池底以上300 mm左右［4］。浮法熔窯選用的金屬陶瓷干式鼓泡器滿足插入池底300 mm以上條件，為了安全考慮，采取定期更換的形式（每2年更換一次），確保窯爐池底安全。

干式鼓泡器有脈沖式和連續(xù)式兩種主要控制方式，精密脈沖式鼓泡多應用在日用玻璃熔窯中。筆者從玻璃液流基礎理論出發(fā)堅持浮法熔窯選用連續(xù)式鼓泡，降低鼓泡對玻璃液上下對流的沖擊力影響來延緩鼓泡磚侵蝕。

3.2 鼓泡對液流的影響

熔窯內的玻璃液從大的方面可分為三個區(qū)域，分別為投料回流區(qū)、成形流區(qū)和不動層。就熔化操作來講，各個區(qū)域都有自己的特征。投料回流區(qū)主要用來熔化原料，成形流區(qū)用于澄清、均化和冷卻玻璃液，而不動層三角區(qū)則由投料回流和成形流二者相互作用而成，是熔化制度是否穩(wěn)定、運行工況是否合理的主要特征之一。玻璃液流發(fā)生了紊亂易將熔化不良的玻璃液帶入成形流，同時不動層三角區(qū)長時間沉積的雜質可能帶入成形流影響玻璃質量。要獲得優(yōu)質的適合于成形的玻璃液，關鍵就是要控制好玻璃液流狀況，包括玻璃液溫度場和速度場，保證前行流和回流的直流流速和流層厚度，使得玻璃液的宏觀質量不受影響。

正常穩(wěn)定拉引量生產時，因鼓泡設計安裝在窯爐熱點區(qū)域，其平穩(wěn)運行，保障窯內液流保持相對穩(wěn)定。然而當遇到換砂或者硅砂換批次時，窯內熔化速度發(fā)生變化造成泡沫區(qū)的變化，直接影響之前穩(wěn)定熔化形成的熱點前移或推后。由于鼓泡器位置固定，鼓泡機械流是一直不變的，因原料變化造成的熔化速度快慢變化在邊界條件內波動時難以看出其對玻璃質量的影響，但是當變化超過鼓泡液流的屏障作用后玻璃產品出現(xiàn)的氣泡結石缺陷會有明顯變化。日常生產中熔化區(qū)域工程師要重點監(jiān)控熔窯泡沫區(qū)的變化，及時調整工藝保持與鼓泡工藝的匹配，盡量控制泡沫區(qū)不出鼓泡，同時鼓泡前泡沫區(qū)也不要明顯變小。泡沫區(qū)飽滿泡界線清晰說明窯內熱點穩(wěn)定突出。

另在拉引量大幅變化時，如何盡可能減少玻璃液流和溫度場的波動就顯得十分關鍵。不同拉引量下，料堆和泡界線位置會有相當大的變化。提升拉引量時，單位時間內單位熔化面積熔化的玻璃液將增加，此時如果熱量供給不足，會引起料堆偏遠，降低拉引量時，單位時間內單位熔化面積熔化的玻璃液將減少，此時如果熱量過多，料堆會變近，泡界線也會有相應的變化。而針對有干式鼓泡的熔窯，強大的機械力遠大于窯內溫度差造成的回流強度，大幅升降拉引量造成的液流變化幅度必須匹配鼓泡影響的前后回流，即升降拉引量運行時熱點位置不能與鼓泡位置偏差過多造成液流紊亂。

4 結語

浮法熔窯干式鼓泡器的成功應用得益于從實際生產中提煉總結出來的工藝參數(shù)，可操作性強，經過多年的實踐，可保證生產產品質量的穩(wěn)定，非常適合大型玻璃熔窯的推廣和借鑒。但每座窯爐都有自己的特點，加上熔化影響因素較多，在實施過程中應根據(jù)自身的工藝制度和操作控制經驗，靈活調整加以優(yōu)化和改善。