玻璃窑炉生产中小炉喷火口挂钩砖热态更换的探讨

2023-12-29陈鑫

广东建材 2023年12期

玻璃窑炉是玻璃工厂的心脏，其运行安全性极其重要。窑炉作为大型的热工综合体，其作业空间的火焰最高温度一般在1600℃以上，玻璃液最高温度要达到1450℃以上，生产中必然存在一些对窑体耐材高温火焰烧损、高温玻璃液侵蚀的现象，这会对窑炉的安全运行及使用寿命产生影响。

在公元2000 年以前，窑炉运行吨位最大的浮法玻璃窑炉，其窑炉一个生产运行周期（行业俗称“窑龄”）大多在5～8 年；随着窑炉主体耐材的质量提升和窑炉运行维护技术的进步，玻璃窑炉的运行年限越来越长。2000 年以后，浮法玻璃窑炉的运行周期即窑龄普遍达到10 年以上，最长的窑龄有达到15 年之久。窑龄的延长，对玻璃工厂能带来巨大的经济效益，各个企业都在追求安全受控前提下的更长窑龄。

窑炉在运行的烧损及侵蚀现象，通过专业的热态维修可以控制和减轻窑体烧损程度，较为常见的热修工作有池壁贴砖、池壁贴砖更换、陶瓷焊补、喷嘴砖更换、格子体更换、大碹及蓄热室鼠洞修补、蓄热室墙体倾斜维修等。小炉喷火口的挂钩砖，是直接对着火焰下火冲击的部位，虽然都采用最为耐烧损侵蚀的电熔AZS 砖，但也存在着逐渐烧损的情况，随着窑龄的延长，烧损到一定程度会将其下部保护的胸墙托板部分暴露在火焰空间，甚至直接受到火焰气流的冲击烧损，对安全运行及窑炉寿命带来较大隐患，在公元2000年以前甚至是决定窑炉是否结束一个窑龄周期进行停炉冷修的主要因素。

近年来，随着窑炉维护技术的提高，在窑炉正常的生产运行中，通过热态维修的方式，对烧损的小炉喷火口挂钩砖进行更换，已是比较成熟的窑炉维护作业，可以有效保护胸墙托板免受烧损，延长窑炉的安全使用的寿命。还有一些窑炉，由于其耐材质量或窑炉作业火焰控制不好邓等因素，造成挂钩砖部分异常快速的烧损，通过热态更换部分挂钩砖，就具有更加重要的作用。

1 控制挂钩砖烧损的因素

横火焰蓄热室空气助燃窑炉是当前最为普遍的窑型，以及部分轻工行业的马蹄焰空气助燃窑炉，大多采用底烧式的喷枪，其喷火口结构如图1、图2所示。

图1 小炉喷火口剖面示意图

图2 某线新砌筑的喷火口照片

窑炉冷修后的窑检，以及生产中的窑炉窑检照片，显示喷火口的烧损比较严重。在实际生产中，碰到过挂钩砖烧损严重，或者钩头掉落后胸墙托板被烧损变形，托板下沉变形达到5mm之多。图3为窑内喷火口挂钩砖烧损较为严重的照片。

图3 某在运行窑炉的喷火口照片（内窥镜拍摄，窑龄6年）

影响小炉喷火口挂钩砖烧损或钩头断裂的因素：

⑴挂钩砖材质及结构因素，选用较好的耐高温耐侵蚀的电熔氧化法无缩孔AZS 材质，对材质的成分、体密、耐火度等质量指标上明确标准。在挂钩砖的尺寸及结构方面也要优化，减少钩角的应力。尤其钩头位置的拐角，图4、图5 为两种钩头拐角结构，相比之下，图4 的结构在砖材浇筑制作过程中就容易有裂纹产生，而图5 的结构更利于砖材制作过程的应力减少，相应在窑炉运行中钩头炸裂的情况会好。

图4 2000年以前的挂钩砖图

图5 近年改进后的挂钩砖图

⑵生产中的火焰角度及长度不合理的情况，也会加剧挂钩砖及喷嘴砖的烧损，尤其在投产初期，火焰角度不合理可能会直接烧损。

⑶生产中的飞料过多，以及燃料中的硫含量较高的情况，在小炉口的砖材表面粘附，会和砖材形成共融，以及料堆偏斜，对池壁上间隙及挂钩砖形成侵蚀冲刷，也会加快烧损。

⑷生产中由于温度突变、窑压突变等意外因素，引起的挂钩挂钩头断裂情况也有出现。对于生产中的火焰、飞料等因素，需要及时的检查发现纠正，并形成规范的作业制度，提高窑炉作业运行的稳定性，减少波动。

2 生产中热态更换小炉喷火口挂钩砖的控制要点

玻璃窑炉生产运行中，小炉喷火口是烧损最为严重的部位，尤其蓄热式燃烧的窑炉，喷火口受到上火和下火的反复循环气流冲击变化，在下火侧更是被热气流甚至火焰直接冲击，因此小炉口的挂钩砖常被烧损的较为严重。挂钩砖下面保护的是钢结构胸墙托板，在挂钩砖烧损侵蚀到一定程度的时候，就会将部分胸墙托板暴露在火焰空间，而托板直接被火焰冲击会造成托板变形、烧损的情况，会对胸墙的结构安全造成隐患。

窑炉运行中，需要定期对窑体的烧损情况进行窑检，采取看火镜观察、标尺测量、测温、内窥镜拍照等方法，对挂钩砖的烧损情况进行评估，确定是否需要维修以及维修时机。热态维修更换喷火口挂钩砖是高度专业的热工维修作业，对窑炉安全和作业人员的安全具有一定的危险性，需要系统的方案，专业的工作。

对操作过程的主要步骤如下：

2.1 热修计划制定，人员分工，和材料工具准备

制定热修计划，专业的窑炉检查维护人员采用专业的窑炉检查工具，内窥镜、照相机等对窑炉烧损情况进行检查拍照，确定热修计划，明确哪些挂钩砖更换；

人员分工明确，有主操人员，有配合辅助人员，有应急安全监护人员；

相应的热工劳保用品准备充足，应急水枪、气枪，铲子、临时加固用钢材等准备到位；

热修砖材准备方面，喷火口挂钩砖和喷嘴砖及间隔砖一并一起更换，考虑到热态更换操作的难度以及新砖材热态更换的急速升温避免炸裂等情况，一般将新的挂钩砖在宽度方向尺寸定小一些，如图6和图7所示。

图6 原始挂钩砖组装图

图7 热态更换挂钩砖示意图

2.2 砌筑烤砖炉砌筑，将新砖进行预升温

根据准备更换的挂钩砖及喷嘴砖等的数量，进行靠砖窑的砌筑，利用靠砖窑进行预升温。如图8 和图9 所示，一般采用天然气枪进行升温。

图8 烤砖窑照片

图9 挂钩砖和喷嘴砖在烤砖窑内照片

在新的挂钩砖及喷嘴砖装窑之前，使用手电筒对每块砖材进行检查，发现没有问题后方可入窑。为了防止挂钩砖升温炸裂，喷嘴砖、间隔装安装在火道一侧，挂钩砖放在远离火道一侧。烤砖窑砌筑完成后，砖材入窑后做好密封及保温，安装好喷枪及监控电偶等，升温燃料优先使用顺序为天然气、液化气，如采用柴油要注意升温的均匀性，避免火焰直接烧到预升温的砖材。

制定详细的升温方案，根据热修计划时间，提前3天开始进行烤砖窑升温，砖材升温到800℃以上进行保温8h 左右，再开始热修。升温计划如下表，参照这个升温速率。一般在升温前，新砖材已放置熔窑边上1-2 个月时间，自然烘干水分；如新砖材没有经过窑炉边上自然烘烤，则升温速率相应调整，低温段升温速率放缓。常用升温速率表如表1所示。

表1 热态更换挂钩砖烤砖窑升温速率

2.3 制定热修期间的工艺调整方案

为规范小炉喷火口挂钩砖更换期间，对小炉的喷火燃烧会有一定的影响，需制定熔化工艺调整方案，有详细操作方案和应急预案，避免更换过程中工艺操作的随意性、避免拉引量和燃烧等工艺调整不及时造成对生产的影响。小炉挂钩砖更换期间，熔化工艺的主要影响是喷枪调整、窑内温度下降和料山变远，故热修期间工艺调整的主要方向是要及时调整燃料分布、增加相邻喷枪燃料量，保持温度、料山稳定。

2.4 更换挂钩砖及小炉喷枪调整

在热修开始施工时，熔化工及钳工在火梢一侧拆除更换挂钩砖位置对应的喷枪及枪架；然后保窑班组开始拆除旧的喷嘴砖、间隔砖、挂钩砖，换挂钩砖，拆除过程注意保护托板，碎砖块控制不要掉入窑内玻璃液中；注意新挂钩砖要比旧挂钩砖宽度偏小，从小炉口的一边开始拆，拆两块挂钩砖后，热态安装一块新挂钩砖；注意新砖在烤砖窑内一支保温，安装时用专用工具快速将新砖取出并到托板上就位；拆砖等作业尽量在上火侧作业，下火时做好保温棉挡火。要考虑一定的新砖备用量。

拆砖时尽量左右撬，减少直接敲打次数，防止带动托铁板；取新砖过程中烤砖窑温度下降比较快，需要注意砖材保温；安装新挂钩砖前需仔细查看是否存在炸裂纹，有炸裂纹的砖材不许使用；

待新喷嘴砖安装完成后，熔化工及设备钳工在火梢一侧恢复对应位置的喷枪和枪架；恢复喷枪燃烧后，再拆除下一只喷枪。有3 支喷枪的小炉更换操作过程中最多停1 支喷枪，保证有2 支枪燃烧；有2 个喷枪的小炉在热修过程中需停掉1 支枪；即在热修过程中尽量保持至影响一支枪的烧火，且一个小炉口一天要热修完成，在中夜班恢复该小炉的正常燃烧，减少对正常工艺的影响。

2.5 热修期间拉引量及工艺控制

准备更换挂钩砖前，综合评估当前负荷及蓄热室堵塞情况，结合设计熔化率及澄清率，以确定更换前拉引量下降幅度（根据评估情况可降低2%～10%）；更换过程中根据窑内工况，拉引量进行动态控制，即根据施工不同阶段，窑内火焰燃烧状态、温度、料堆、泡界线的变化，进行小幅升降调整，确保产质量的稳定，热单耗的受控；更换完成后恢复更换前的拉引量，恢复量应≤5t/d。

碎玻璃比例调整：根据库存情况，在外购碎玻璃质量受控的前提下，可上调2%～4%，更换过程中可视情况进行临时调整。挂钩砖更换完成后，可结合拉引量和窑内工况、玻璃质量情况逐步下调恢复。

燃料及风火量调整：将热修小炉的燃料量适当分至相邻小炉，具体需根据火焰燃烧情况分配，对应调整助燃风量，保证窑内总燃料量和总热量变化不大，保证料山、温度可控；燃料调整应保证火焰燃烧充分、稳定、有一定的清亮度；更换过程中密切关注料山、泡界线和偏料情况，出现异常时相应调整拉引量或投料系数；燃料及助燃风的调整需通知环保，保证环保进口数据可控。

投料控制：正式热修更换前，投料机切换为左右分别一拖一的控制模式，便于更换过程中左右两侧料山的平衡控制；

窑压控制：应尽量控制在正常窑压指标范围内，更换过程中非换火波动不得超过正常窑压设定值5Pa，窑炉其他部位如有拉开缝隙及时封堵、做好临时密封；

碹顶温度根据窑内工况，制定临时温度指标进行控制，确保班组操作的一致性、连续性。

挂钩砖更换后恢复生产的方案，应遵守以下控制原则：碹顶温度控制：1#小炉、热点小炉碹顶温度、澄清温度，应恢复到更换前的正常温度指标；料山位置控制：拉引量提升过程中，料山应控制在正常位置偏前；拉引量恢复到位后，料山应恢复到降拉引量前的正常位置；窑压控制：拉引量提升过程，窑压按正常指标控制；

各小炉燃料占比控制：恢复更换前的各小炉热负荷分配比例控制，如需优化应在拉引量到位后，根据实际情况再进一步摸索；助燃风控制：应按更换前的小炉风油比指标控制，熔化工程师需测量废气中O2含量、CO 含量，测量各小炉胸墙温度；

以上未提及的工艺参数都应参考正常生产时的指标恢复；在恢复生产的同时，窑炉所有密封都要快速整改恢复到位，避免热耗增加。