延长超白太阳能玻璃窑炉窑龄维护实践

黄才富 杨国伟 覃红武

0 引言

窑炉是平板玻璃生产的核心设备，其直接决定着一个窑期的使用年限，同时影响着玻璃产质量及成本的控制。

超白太阳能玻璃在熔化过程中其玻璃液有着良好的透热性，缩小了玻璃液深度方向的温度梯度，玻璃液总体温度高，黏度更小，流动性更强，对池壁侵蚀、冲刷更剧烈。为平衡窑炉整体寿命，设计上虽采取了加深池深，增加一层池壁密封料层等措施，但目前国内超白太阳能玻璃窑炉运行寿命一般为4～7年，池壁是影响窑龄的最大短板。本文通过分析超白玻璃窑炉池壁加剧侵蚀状况和机理，配合日常维护处理实践，找出提高窑炉运行安全及延长使用寿命的有效方法。

1 普通玻璃与超白玻璃窑炉池壁烧蚀对比

经收集观察普通玻璃与超白玻璃窑炉池壁烧蚀程度差异，超白玻璃窑炉主要表现出以下两大特点：

（1）全池壁蚀损严重，深度上不分上、中、下，区域上不分熔化区、澄清区；

（2）熔化区池壁砖缝从上至下“贯穿式”侵蚀，且断裂部位侵蚀明显严重，掏洞穿孔漏玻璃液风险大。

图1 普通玻璃窑炉料堆区池壁侵蚀外观

图2 超白玻璃窑炉料堆区池壁侵蚀外观

2 超白窑炉池壁侵蚀严重原因分析

目前国内超白窑炉池壁多数选用与普通窑炉基本相同的材质，即为电熔锆刚玉砖（AZS砖）。虽同质，但却有不同侵蚀结果。

2.1 全池壁侵蚀过快原因分析

单从耐火材料来看，池壁侵蚀速度随玻璃液温度升高而增快。特别是在高温度条件下工作，试验数据表明：温度每升高100 ℃，侵蚀速率加快2倍。同时，玻璃液温度高，其黏度小，流速更快，冲刷侵蚀也会随之加快。因此，受超白玻璃液温度高与流速快两因素“叠加”作用，是导致超白玻璃窑炉全池壁整体侵蚀过快的主要原因。玻璃液温度对池壁侵蚀关系曲线如图3所示。

图3 温度与耐材侵蚀速度的关系

2.2 池壁砖掏缝、掏洞原因分析

一般情况下，玻璃液渗入池壁砖缝，与砖缝内析出的玻璃相和气泡向上运动以及缝隙处回流作用，会导致砖缝侵蚀加重。而超白玻璃窑炉池壁砖缝都出现整体掏缝现象，故必然有其自身特殊条件及原因。

从超白玻璃工艺差异看：①成分中超白玻璃含铁量极低；②为进一步提高超白玻璃透过率，需提供更多的氧，氧化还原反应易导致气泡的产生及澄清困难，故超白玻璃液中相对会有更多气泡残留。从超白玻璃与AZS砖坩埚反应试验 （30 h）测试得：低温下（1100～1150 ℃）超白玻璃中AZS的敏感性高，发泡最为剧烈，且随AZS耐材锆含量增加而呈增多趋势，如图4所示。

图4 AZS砖发泡变化曲线

从锆钢玉砖膨胀系数看：在温度为1100～1200 ℃时，其膨胀率有急剧变小趋势；且当温度升到约1400 ℃，膨胀并未超过之前最大点，如图5所示。并在1020 ℃、1210 ℃、1435 ℃三个温度下模拟试验观察AZS砖砖缝变化，后两个温度条件砖缝仍有透亮，说明无法合缝，如图6所示。

图5 锆钢玉砖（AZS）膨胀系数曲线

图6 AZS砖砖缝间隙与温度变化

超白玻璃窑炉内玻璃液的温度大多数与AZS砖收缩大的区域重合，致使砖缝更易出现无法合缝现象，即“内张口”的开缝，从而可导致更多玻璃液和外界空气的渗入。空气和玻璃液通过耐材中电子的传导发生氧化还原反应，可析出众多气泡。在1120 ℃温度下模拟砖缝发泡的再现试验结果显示：砖缝区域气泡众多，如图7所示。

图7 砖缝发泡现象

从以上分析可得：当温度为1100～1200 ℃时，由于超白玻璃液工艺原因，自身有更多气泡残留，可诱使AZS砖剧烈“发泡”；同时，窑炉池深方向大部分区域均处该温度条件下，与AZS砖急剧收缩温度区重合，故AZS砖缝开缝易造成玻璃液和外界空气渗入，形成固、液、气三相共存界面发泡及侵蚀加剧；应是导致超白玻璃窑炉池壁呈现全池壁“气泡向上钻蚀”掏缝、掏洞的主要影响原因。

3 某司超白太阳能玻璃窑炉池壁维护实践

某司超白太阳能压延窑炉2012年点火投产，生产过程共分四次进行池壁绑砖。虽受投产初期改变冷却方式，绑砖相对提前，但该窑炉现安全运行已过9年，成为现有国内运行时间最长的一座超白太阳能玻璃窑炉。

3.1 重视池壁冷却保护

超白玻璃窑炉池壁砖厚设计为250 mm，点火投产运行半年一直未开池壁冷却风，后在小炉区池壁上沿直接贴高150 mm的水包冷却再运行一年，但当移开池壁冷却水包检查时发现，热点区池壁上沿局部已出现较重渗透玻璃液现象，最终窑炉运行不到两年时间进行了第一次上半部池壁绑砖保护，相比正常时间提前了1～2年。由此可见，正确选择池壁冷却方式对保护池壁有着事半功倍的效果，而直接风冷仍是目前最优的方式之一。同时运行过程仍需严密监控池壁外表发红情况与外表温度变化，及时作出增加冷却风等优化调整。

3.2 原池壁（未绑砖时）局部侵蚀隐患处理保护

在窑炉运行到4年时，巡检发现熔化澄清部后山墙池壁中部黏土保温砖砖缝有“挤牙膏”式渗漏玻璃液现象，如图8所示；后用直径为60 mm空心水钻头，加水钻取池壁外围黏土保温砖，分步、分层查找池壁侵蚀漏点，如图9所示；随着钻孔越接近漏点，孔内越发亮，并在钻到第4个孔时，刚钻进约一半，明显感到钻头已“不受力”，事后发现原黏土保温砖已被玻璃液侵蚀掉约40 mm厚，抽出钻头时玻璃液直接满孔“外窜”，紧急插入水管“冷冻”，止住了玻璃液。经清理发现池壁掏洞大小约为250 mm×150 mm，蚀洞如图10所示；最后采取局部绑砖并加风冷却进行热修，绑砖如图11所示。因此，要保证超白窑炉池壁运行安全，必须通过有效检查，第一时间发现风险部位并提前作“钻洞”或“开槽”处理（清掉池壁砖缝外黏土砖），方便周围降温、人员观察与抢修。

图8 渗漏玻璃液外观

图9 钻保温砖查漏点

图10 池壁侵蚀漏点

图11 局部绑小砖

3.3 分步多次池壁绑砖保护

目前该窑炉池壁先后分步四次进行绑砖保护。其中2#～ 4#炉上半部分池壁已是第三层直贴绑砖。按国内多层池壁绑砖操作方式有三种：①降低玻璃液面替换原绑砖；②水包（水管）“冷冻”玻璃液替换原绑砖；③不拆除原绑砖，直接外贴新绑砖。由于前两种方式会造成生产线全线停产及严重影响玻璃质量，同时操作风险难把控，故选择直接外贴。在窑炉设计时，专门加宽了挂钩砖尺寸，将胸墙托铁板相对外移近100 mm，为三层直接贴砖留足空间。目前第三层绑砖虽与脑墙托铁板有近20～30 mm的重叠，但经设计“刀把”形间隙砖，留出冷却空隙，效果理想。绑砖时间及区域如表1所示。

表1 窑炉池壁绑砖操作时间及区域

图12 原池壁结构

图13 第二层池壁绑砖

图14 池壁全绑砖

图15 第三层绑砖

可见，由于各区域池壁烧损情况与速度不同，窑炉池壁选择合适的绑砖时机非常重要。过早会加剧原池壁的烧损速度，反而带来不利；过晚绑砖操作安全风险极大。故分区、分步、多次进行池壁绑砖对于池壁保护有很好的实践意义。

4 结语

超白太阳能玻璃窑炉池壁“无厘头”的侵蚀，直接威胁着整个窑炉安全及使用寿命。究其原因主要是超白玻璃与目前池壁锆刚玉砖自身特性短板造成。因此，在建新超白窑炉时，需优先选择更先进的新型耐火材料加以解决，同时需对现用锆刚玉池壁砖侵蚀有充分认识，并在日常运行过程中有针对性进行保护与应急处理，并通过分步、多次池壁绑砖保护，最终达到窑炉安全运行及更长窑龄。