摘 要 本文針對(duì)鈣鎂系黑色微晶玻璃料粘度變化大、結(jié)晶上限溫度高和導(dǎo)熱系數(shù)低等特征，對(duì)微晶玻璃池窯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行了一些探索，并在中試中應(yīng)用，得到了較好的效果。

關(guān)鍵詞 鈣鎂系，微晶玻璃，池窯，壓延法

1前 言

2005年我公司增開一條年產(chǎn)18萬m²的鈣鎂系黑色壓延礦渣微晶玻璃生產(chǎn)線，其基礎(chǔ)玻璃的化學(xué)組成（wt%）為：SiO² 45～65、CaO 10～20、MgO 1～5、Al₂O₃ 6～12、K₂O 1～3、Na₂O 1～3、Fe₂O₃ 3～6、CoO 0～0.5、I.L 1～5^[1]；其基礎(chǔ)玻璃的DTA分析見圖1。從玻璃組成范圍和基礎(chǔ)玻璃的DTA分析可看出，該種玻璃具有粘度變化大、結(jié)晶上限溫度高、玻璃熔料導(dǎo)熱系數(shù)低的特性。

黑色壓延礦渣微晶玻璃池窯是在原微晶熔塊池窯上改造而成的，重慶某公司的設(shè)計(jì)方案如圖2所示，其主要結(jié)構(gòu)如表1。

該池窯試產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)加料困難、流液洞堵塞和成形困難等問題。筆者針對(duì)鈣鎂系黑色微晶玻璃的特性、壓延法生產(chǎn)的基本條件及中試的情況對(duì)玻璃池窯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)并在生產(chǎn)方面進(jìn)行了一些探索性的中間生產(chǎn)試驗(yàn)。

2新池窯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新設(shè)計(jì)的池窯結(jié)構(gòu)特征如表2所示，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：池窯由小爐、熔化澄清池、加料小池、放料孔、液面測(cè)試孔、窯坎、擋料過橋磚、料道及料道放料孔等組成。采用兩對(duì)螺旋加料機(jī)雙邊錯(cuò)位加料并配合激光液面控制儀來保持液面的穩(wěn)定；工作部采用可上下移動(dòng)的流延式簡(jiǎn)易工作部。工作部保溫良好，且在頂部裝有一組輕油槍。壓延機(jī)為獨(dú)特三輥壓延機(jī)并由送料輥、壓延上輥、壓延下輥、承接輥、機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)及水冷卻系統(tǒng)組成。機(jī)架呈45°角傾斜，承接輥與機(jī)架垂直。

3結(jié)果與分析

3.1 中試結(jié)果

重新設(shè)計(jì)改造的池窯在2005年12月進(jìn)行了試產(chǎn)，試產(chǎn)時(shí)投料和放料生產(chǎn)作業(yè)都比較順利。當(dāng)將工作部唇磚下降到液面下100mm位置后，液面開始穩(wěn)定下來，生產(chǎn)時(shí)沒有出現(xiàn)斷板、卡棍、粘輥、纏輥的現(xiàn)象，爐內(nèi)的熱點(diǎn)、料毯層、泡沫層和泡界線分布穩(wěn)定。生產(chǎn)時(shí)的工藝技術(shù)參數(shù)如表3所示。經(jīng)晶化窯核化、晶化、退火后的產(chǎn)品物理性能如表4所示。

3.2 小爐結(jié)構(gòu)分析

原池窯小爐的設(shè)計(jì)存在小爐短、噴火口小、噴火口磚角度離心和回火嚴(yán)重等問題。由于小爐是關(guān)系熔爐節(jié)能的最直接因素，上述問題將造成燃料利用率低，浪費(fèi)能源。重新設(shè)計(jì)時(shí)，我們將小爐噴火口寬度由原來的900mm增加至1000mm，噴火面積明顯增大，并對(duì)噴火口磚進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。對(duì)山墻材料進(jìn)行了調(diào)整：一方面將山墻全部換為電熔磚，另一方面設(shè)置了過渡鋯質(zhì)磚。原小爐橫向磚的設(shè)計(jì)與窯體縱向硅磚有抵觸，在烤窯時(shí)出現(xiàn)頂裂胸墻現(xiàn)象，對(duì)此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)留了兩條膨脹縫，從而解決了以上問題。

3.3 加料口結(jié)構(gòu)及其裝備分析

原設(shè)計(jì)方由于過多考慮回爐料的再利用而忽略了微晶配合料粘性變化大、析晶上限溫度高的特征，設(shè)計(jì)的加料口為敞開的加料池結(jié)構(gòu)，加料方式為單側(cè)壟式加料。該結(jié)構(gòu)在中試投熟料不到半小時(shí)就出現(xiàn)加料口堵塞和預(yù)熔池凍結(jié)的現(xiàn)象，并三次燒毀電機(jī)，后改為人工加料，直到液面線升高后方可自動(dòng)加料。從窺火孔看到的現(xiàn)象是熔化區(qū)內(nèi)的配合料呈“冰山”狀，沒有形成“料毯”層和“泡沫”層，泡界線也不穩(wěn)定；料層區(qū)過不了熔爐中心線，倒槍后，料層區(qū)略微可見呈壟狀，加料口對(duì)面的鏡面三角區(qū)略有縮小，而料層三角區(qū)則延伸至耳池附近，澄清區(qū)分布在耳池對(duì)面的區(qū)域，這與陳興孝描述的單邊加料料層分布情況大不相同^[2]。停產(chǎn)后，我們發(fā)現(xiàn)加料口對(duì)面的小爐及蓄熱室腐蝕特別嚴(yán)重，小爐內(nèi)發(fā)現(xiàn)有很多鐘乳石狀玻璃柱，而加料口側(cè)完好無損；加料口胸墻腐蝕較嚴(yán)重。從上面的情況可知：由于微晶配合料粘度變化大、析晶上限溫度高，所以在預(yù)熔池內(nèi)基本呈結(jié)晶狀態(tài)，加料口的玻璃液也呈粘度極高的粘稠凍融體；這些凍融體封堵住加料口，使配合料很難進(jìn)入熔池內(nèi)。

新設(shè)計(jì)的池窯加料機(jī)為大功率不銹鋼機(jī)頭且?guī)Ю渌穆菪恿蠙C(jī)，為避免在加料機(jī)附近形成大堆積料，新設(shè)計(jì)的加料結(jié)構(gòu)采用多臺(tái)大功率機(jī)雙邊加料。微晶玻璃由于硬化速度快、結(jié)晶傾向大，在窯爐的底部最易形成一層不動(dòng)層，在玻璃液的表面又會(huì)形成一層變質(zhì)層(因易揮發(fā)成分的揮發(fā))。形成的不動(dòng)層和變質(zhì)層會(huì)導(dǎo)致玻璃的析晶。當(dāng)采用螺旋式加料后，由于密封保溫好，能使玻璃液內(nèi)部高溫區(qū)域增大、對(duì)流加快，從而降低了析晶的傾向，使玻璃液質(zhì)量提高。多臺(tái)加料機(jī)的均勻布置，解決了熔池內(nèi)料毯層、泡沫層和熱點(diǎn)鏡面區(qū)的不合理分布，從而真正解決了熔化率低和單側(cè)加料口對(duì)面小爐侵蝕嚴(yán)重的問題。

3.4 熔爐主爐、分隔裝置及工作料道結(jié)構(gòu)分析

原池窯在試產(chǎn)時(shí)，投入熟料不久就看到工作料道液面已凝固，用硅酸鋁纖維毯對(duì)流液洞進(jìn)行保溫后，給工作料道加熱至1400℃并保溫4h，然后用不銹鋼中空管向流液洞鼓入高壓空氣才有局部流通，但半小時(shí)后又出現(xiàn)流液洞堵塞的情況，最后只能進(jìn)行放液處理。在放液初期，玻璃液粘度大、流量小，4h后（約放料6～10t），玻璃液粘度劇減，出現(xiàn)玻璃液失控事故。在試產(chǎn)時(shí)，工作部唇磚、檔磚和托磚均出現(xiàn)凝固“黑料”和結(jié)晶“白料”，最后“白料”和“黑料”越來越多，動(dòng)態(tài)玻璃料“紅料”越來越少，板越來越窄，再加上流液洞堵塞和加料機(jī)難以加料而停產(chǎn)放液。停爐拆遷工作料道和流液洞時(shí)，發(fā)現(xiàn)流液洞和工作料道液線下400mm以下已結(jié)晶。

根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，黑色鈣鋅系微晶玻璃料在火焰空間以下100mm內(nèi)，液面每下降1mm，溫度將下降1℃；在火焰空間以下200mm至300mm內(nèi)，液面每下降1mm，溫度將下降1.2℃，而微晶玻璃料的上限結(jié)晶溫度是1180℃。因此，若液面溫度為1500℃，則流液洞取料口應(yīng)在液面下400mm部位，且熔池深不應(yīng)超過600mm，料線至池底板的高度應(yīng)不大于500mm。新設(shè)計(jì)的池窯在結(jié)構(gòu)上還考慮到熔池內(nèi)對(duì)流域和工作流分布情況，使玻璃液流通無阻滯、無死區(qū)，溫度場(chǎng)更合理。

3.5 工作部及壓延機(jī)的結(jié)構(gòu)分析

原成形供料工作部和壓延機(jī)組的設(shè)計(jì)以溢流法供料和等徑雙輥水平壓延為主，因該方法對(duì)玻璃液阻滯較嚴(yán)重，且全部在裸露情況下作業(yè)，故很難滿足壓延微晶玻璃的生產(chǎn)要求。新設(shè)計(jì)的工作部與壓延機(jī)組徹底取消了所謂的“壓延三磚”（閘板磚、擋磚和托磚），使供料少了三種阻滯；新設(shè)計(jì)中還將供料方式改為流延方式，利用重力和粘度作用使料均勻穩(wěn)定地供給；將壓延機(jī)適當(dāng)前傾，將下輥更換為大輥并增加一根給料輥，這些改動(dòng)可杜絕出現(xiàn)壓延機(jī)出口料的死角。此外，筆者還將水箱改小為三根可通水的傳動(dòng)輥?；顒?dòng)輥臺(tái)的長(zhǎng)度改為500mm之內(nèi)，并且增設(shè)保溫輕質(zhì)活動(dòng)箱體結(jié)構(gòu)和紅外線測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)玻璃帶的溫度進(jìn)行測(cè)控。新設(shè)計(jì)方案在壓延機(jī)定位（即測(cè)厚定位）和壓延輥溫度控制方面充分吸取了塑料壓延機(jī)在這方面的成功技術(shù)，使得厚度偏差控制在±0.5mm內(nèi)，為后期拋光作好準(zhǔn)備。壓延輥溫度的精確控制對(duì)解決纏輥、粘輥和卡輥起到了很好的作用。

新池窯的工作部采用活動(dòng)工作部，工作部耐火材料組成為：厚400mm、長(zhǎng)400mm、寬1600mm的唇底磚（由兩塊厚400mm、長(zhǎng)400mm、寬800mm的﹟41電熔磚組成）、厚300mm、長(zhǎng)800mm、高800mm的側(cè)墻磚（由四塊厚300mm、長(zhǎng)400mm、高800mm的﹟36電熔磚組成）；前山墻由厚300mm、高400mm、長(zhǎng)2200mm的基礎(chǔ)磚（由兩塊厚300mm、高400mm、長(zhǎng)1100mm的﹟33電熔磚組成）、氧化鋁空心球標(biāo)磚、280mm厚的輕質(zhì)保溫磚和20mm厚硅酸鋁纖維毯保溫層組成；側(cè)墻也同樣采用280mm輕質(zhì)粘土磚和20mm硅酸鋁纖維棉組成；碹角磚用燒結(jié)鋯質(zhì)；碹頂磚用280mm氧化鋁空心球鍥形磚、50mm鋯纖維毯和20mm硅酸鋁纖維保溫層。機(jī)械液壓控制部分包括：10mm不銹鋼金屬框架、輕軌鋼導(dǎo)軌、導(dǎo)輪、液壓缸、泵站和液壓控制元件等組成。生產(chǎn)時(shí)由PLC和電磁閥來控制工作部的上下移動(dòng)。此外，工作部流延口頂部還裝有液化氣槍，前墻裝有窺視孔和處理孔。工作時(shí)，玻璃液流注到壓延機(jī)三輥組成的工作腔內(nèi)，經(jīng)給料輥的動(dòng)態(tài)均勻給料和上下壓輥的壓延形成穩(wěn)定板根，從而為產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了前題。

3.6 控制點(diǎn)分布及控制情況分析

原設(shè)計(jì)窯池的溫度控制點(diǎn)僅考慮了燃料的燃燒情況，而沒有對(duì)玻璃液的溫度場(chǎng)加以測(cè)控。新池窯溫度控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)主要以控制玻璃液溫度場(chǎng)為重點(diǎn)，并以基礎(chǔ)玻璃的DTA分析、玻璃的粘性、池窯結(jié)構(gòu)和工作部結(jié)構(gòu)特性為依據(jù)，新設(shè)計(jì)的溫度測(cè)控工作點(diǎn)如圖4、圖5所示。

原設(shè)計(jì)池窯的玻璃液面控制儀為接觸式氣動(dòng)液面控制儀，測(cè)控點(diǎn)為澄清區(qū)的耳池。由于耳池散熱大，影響池窯玻璃液溫度場(chǎng)分布且受氣壓影響較嚴(yán)重，所以新結(jié)構(gòu)采用激光液面控制儀。測(cè)控點(diǎn)也增為兩個(gè)：一個(gè)是分隔裝置前澄清區(qū)燃燒室側(cè)墻；另一個(gè)是工作部前的工作料道側(cè)墻。在生產(chǎn)時(shí)，不僅要使澄清區(qū)玻璃液面穩(wěn)定在±1mm內(nèi)，也要使工作料道液面與澄清區(qū)液面之差穩(wěn)定在±1mm內(nèi)。

3 結(jié)論

(1) 黑色壓延微晶玻璃池窯的設(shè)計(jì)一定要打破傳統(tǒng)壓延玻璃池窯的設(shè)計(jì)觀念，避免設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，減少投資風(fēng)險(xiǎn)；

(2) 玻璃料性粘性變化大、導(dǎo)熱系數(shù)低和結(jié)晶上限溫度高是池窯結(jié)構(gòu)及其附件設(shè)計(jì)的基本依據(jù)；

(3) 本探索性試驗(yàn)的成功為黑色壓延微晶玻璃池窯設(shè)計(jì)開辟了一條新的思路，也為壓延微晶玻璃池窯的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了一個(gè)較為成功的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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