黃才富 楊國偉 覃紅武

0 引言

窯爐是平板玻璃生產(chǎn)的核心設(shè)備，其直接決定著一個(gè)窯期的使用年限，同時(shí)影響著玻璃產(chǎn)質(zhì)量及成本的控制。

超白太陽能玻璃在熔化過程中其玻璃液有著良好的透熱性，縮小了玻璃液深度方向的溫度梯度，玻璃液總體溫度高，黏度更小，流動(dòng)性更強(qiáng)，對(duì)池壁侵蝕、沖刷更劇烈。為平衡窯爐整體壽命，設(shè)計(jì)上雖采取了加深池深，增加一層池壁密封料層等措施，但目前國內(nèi)超白太陽能玻璃窯爐運(yùn)行壽命一般為4～7年，池壁是影響窯齡的最大短板。本文通過分析超白玻璃窯爐池壁加劇侵蝕狀況和機(jī)理，配合日常維護(hù)處理實(shí)踐，找出提高窯爐運(yùn)行安全及延長使用壽命的有效方法。

1 普通玻璃與超白玻璃窯爐池壁燒蝕對(duì)比

經(jīng)收集觀察普通玻璃與超白玻璃窯爐池壁燒蝕程度差異，超白玻璃窯爐主要表現(xiàn)出以下兩大特點(diǎn)：

（1）全池壁蝕損嚴(yán)重，深度上不分上、中、下，區(qū)域上不分熔化區(qū)、澄清區(qū)；

（2）熔化區(qū)池壁磚縫從上至下“貫穿式”侵蝕，且斷裂部位侵蝕明顯嚴(yán)重，掏洞穿孔漏玻璃液風(fēng)險(xiǎn)大。

圖1 普通玻璃窯爐料堆區(qū)池壁侵蝕外觀

圖2 超白玻璃窯爐料堆區(qū)池壁侵蝕外觀

2 超白窯爐池壁侵蝕嚴(yán)重原因分析

目前國內(nèi)超白窯爐池壁多數(shù)選用與普通窯爐基本相同的材質(zhì)，即為電熔鋯剛玉磚（AZS磚）。雖同質(zhì)，但卻有不同侵蝕結(jié)果。

2.1 全池壁侵蝕過快原因分析

單從耐火材料來看，池壁侵蝕速度隨玻璃液溫度升高而增快。特別是在高溫度條件下工作，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：溫度每升高100 ℃，侵蝕速率加快2倍。同時(shí)，玻璃液溫度高，其黏度小，流速更快，沖刷侵蝕也會(huì)隨之加快。因此，受超白玻璃液溫度高與流速快兩因素“疊加”作用，是導(dǎo)致超白玻璃窯爐全池壁整體侵蝕過快的主要原因。玻璃液溫度對(duì)池壁侵蝕關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 溫度與耐材侵蝕速度的關(guān)系

2.2 池壁磚掏縫、掏洞原因分析

一般情況下，玻璃液滲入池壁磚縫，與磚縫內(nèi)析出的玻璃相和氣泡向上運(yùn)動(dòng)以及縫隙處回流作用，會(huì)導(dǎo)致磚縫侵蝕加重。而超白玻璃窯爐池壁磚縫都出現(xiàn)整體掏縫現(xiàn)象，故必然有其自身特殊條件及原因。

從超白玻璃工藝差異看：①成分中超白玻璃含鐵量極低；②為進(jìn)一步提高超白玻璃透過率，需提供更多的氧，氧化還原反應(yīng)易導(dǎo)致氣泡的產(chǎn)生及澄清困難，故超白玻璃液中相對(duì)會(huì)有更多氣泡殘留。從超白玻璃與AZS磚坩堝反應(yīng)試驗(yàn) （30 h）測試得：低溫下（1100～1150 ℃）超白玻璃中AZS的敏感性高，發(fā)泡最為劇烈，且隨AZS耐材鋯含量增加而呈增多趨勢，如圖4所示。

圖4 AZS磚發(fā)泡變化曲線

從鋯鋼玉磚膨脹系數(shù)看：在溫度為1100～1200 ℃時(shí)，其膨脹率有急劇變小趨勢；且當(dāng)溫度升到約1400 ℃，膨脹并未超過之前最大點(diǎn)，如圖5所示。并在1020 ℃、1210 ℃、1435 ℃三個(gè)溫度下模擬試驗(yàn)觀察AZS磚磚縫變化，后兩個(gè)溫度條件磚縫仍有透亮，說明無法合縫，如圖6所示。

圖5 鋯鋼玉磚（AZS）膨脹系數(shù)曲線

圖6 AZS磚磚縫間隙與溫度變化

超白玻璃窯爐內(nèi)玻璃液的溫度大多數(shù)與AZS磚收縮大的區(qū)域重合，致使磚縫更易出現(xiàn)無法合縫現(xiàn)象，即“內(nèi)張口”的開縫，從而可導(dǎo)致更多玻璃液和外界空氣的滲入。空氣和玻璃液通過耐材中電子的傳導(dǎo)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可析出眾多氣泡。在1120 ℃溫度下模擬磚縫發(fā)泡的再現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果顯示：磚縫區(qū)域氣泡眾多，如圖7所示。

圖7 磚縫發(fā)泡現(xiàn)象

從以上分析可得：當(dāng)溫度為1100～1200 ℃時(shí)，由于超白玻璃液工藝原因，自身有更多氣泡殘留，可誘使AZS磚劇烈“發(fā)泡”；同時(shí)，窯爐池深方向大部分區(qū)域均處該溫度條件下，與AZS磚急劇收縮溫度區(qū)重合，故AZS磚縫開縫易造成玻璃液和外界空氣滲入，形成固、液、氣三相共存界面發(fā)泡及侵蝕加??；應(yīng)是導(dǎo)致超白玻璃窯爐池壁呈現(xiàn)全池壁“氣泡向上鉆蝕”掏縫、掏洞的主要影響原因。

3 某司超白太陽能玻璃窯爐池壁維護(hù)實(shí)踐

某司超白太陽能壓延窯爐2012年點(diǎn)火投產(chǎn)，生產(chǎn)過程共分四次進(jìn)行池壁綁磚。雖受投產(chǎn)初期改變冷卻方式，綁磚相對(duì)提前，但該窯爐現(xiàn)安全運(yùn)行已過9年，成為現(xiàn)有國內(nèi)運(yùn)行時(shí)間最長的一座超白太陽能玻璃窯爐。

3.1 重視池壁冷卻保護(hù)

超白玻璃窯爐池壁磚厚設(shè)計(jì)為250 mm，點(diǎn)火投產(chǎn)運(yùn)行半年一直未開池壁冷卻風(fēng)，后在小爐區(qū)池壁上沿直接貼高150 mm的水包冷卻再運(yùn)行一年，但當(dāng)移開池壁冷卻水包檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，熱點(diǎn)區(qū)池壁上沿局部已出現(xiàn)較重滲透玻璃液現(xiàn)象，最終窯爐運(yùn)行不到兩年時(shí)間進(jìn)行了第一次上半部池壁綁磚保護(hù)，相比正常時(shí)間提前了1～2年。由此可見，正確選擇池壁冷卻方式對(duì)保護(hù)池壁有著事半功倍的效果，而直接風(fēng)冷仍是目前最優(yōu)的方式之一。同時(shí)運(yùn)行過程仍需嚴(yán)密監(jiān)控池壁外表發(fā)紅情況與外表溫度變化，及時(shí)作出增加冷卻風(fēng)等優(yōu)化調(diào)整。

3.2 原池壁（未綁磚時(shí)）局部侵蝕隱患處理保護(hù)

在窯爐運(yùn)行到4年時(shí)，巡檢發(fā)現(xiàn)熔化澄清部后山墻池壁中部黏土保溫磚磚縫有“擠牙膏”式滲漏玻璃液現(xiàn)象，如圖8所示；后用直徑為60 mm空心水鉆頭，加水鉆取池壁外圍黏土保溫磚，分步、分層查找池壁侵蝕漏點(diǎn)，如圖9所示；隨著鉆孔越接近漏點(diǎn)，孔內(nèi)越發(fā)亮，并在鉆到第4個(gè)孔時(shí)，剛鉆進(jìn)約一半，明顯感到鉆頭已“不受力”，事后發(fā)現(xiàn)原黏土保溫磚已被玻璃液侵蝕掉約40 mm厚，抽出鉆頭時(shí)玻璃液直接滿孔“外竄”，緊急插入水管“冷凍”，止住了玻璃液。經(jīng)清理發(fā)現(xiàn)池壁掏洞大小約為250 mm×150 mm，蝕洞如圖10所示；最后采取局部綁磚并加風(fēng)冷卻進(jìn)行熱修，綁磚如圖11所示。因此，要保證超白窯爐池壁運(yùn)行安全，必須通過有效檢查，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)部位并提前作“鉆洞”或“開槽”處理（清掉池壁磚縫外黏土磚），方便周圍降溫、人員觀察與搶修。

圖8 滲漏玻璃液外觀

圖9 鉆保溫磚查漏點(diǎn)

圖10 池壁侵蝕漏點(diǎn)

圖11 局部綁小磚

3.3 分步多次池壁綁磚保護(hù)

目前該窯爐池壁先后分步四次進(jìn)行綁磚保護(hù)。其中2#～ 4#爐上半部分池壁已是第三層直貼綁磚。按國內(nèi)多層池壁綁磚操作方式有三種：①降低玻璃液面替換原綁磚；②水包（水管）“冷凍”玻璃液替換原綁磚；③不拆除原綁磚，直接外貼新綁磚。由于前兩種方式會(huì)造成生產(chǎn)線全線停產(chǎn)及嚴(yán)重影響玻璃質(zhì)量，同時(shí)操作風(fēng)險(xiǎn)難把控，故選擇直接外貼。在窯爐設(shè)計(jì)時(shí)，專門加寬了掛鉤磚尺寸，將胸墻托鐵板相對(duì)外移近100 mm，為三層直接貼磚留足空間。目前第三層綁磚雖與腦墻托鐵板有近20～30 mm的重疊，但經(jīng)設(shè)計(jì)“刀把”形間隙磚，留出冷卻空隙，效果理想。綁磚時(shí)間及區(qū)域如表1所示。

表1 窯爐池壁綁磚操作時(shí)間及區(qū)域

圖12 原池壁結(jié)構(gòu)

圖13 第二層池壁綁磚

圖14 池壁全綁磚

圖15 第三層綁磚

可見，由于各區(qū)域池壁燒損情況與速度不同，窯爐池壁選擇合適的綁磚時(shí)機(jī)非常重要。過早會(huì)加劇原池壁的燒損速度，反而帶來不利；過晚綁磚操作安全風(fēng)險(xiǎn)極大。故分區(qū)、分步、多次進(jìn)行池壁綁磚對(duì)于池壁保護(hù)有很好的實(shí)踐意義。

4 結(jié)語

超白太陽能玻璃窯爐池壁“無厘頭”的侵蝕，直接威脅著整個(gè)窯爐安全及使用壽命。究其原因主要是超白玻璃與目前池壁鋯剛玉磚自身特性短板造成。因此，在建新超白窯爐時(shí)，需優(yōu)先選擇更先進(jìn)的新型耐火材料加以解決，同時(shí)需對(duì)現(xiàn)用鋯剛玉池壁磚侵蝕有充分認(rèn)識(shí)，并在日常運(yùn)行過程中有針對(duì)性進(jìn)行保護(hù)與應(yīng)急處理，并通過分步、多次池壁綁磚保護(hù)，最終達(dá)到窯爐安全運(yùn)行及更長窯齡。