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玻璃窯爐砌筑及玻璃配合料的發(fā)展趨勢(shì)
來源：編輯：發(fā)布時(shí)間：2021/1/15
玻璃生產(chǎn)過程有兩大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié),即爐料環(huán)節(jié)和成型環(huán)節(jié),因此對(duì)應(yīng)兩大主要核心技術(shù),一是爐料技術(shù),二是成型技術(shù)。這兩大環(huán)節(jié)或技術(shù)決定了玻璃生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品合格率,也決定了產(chǎn)品的成本及售價(jià),最終決定了企業(yè)的競爭力。
由于現(xiàn)在耐火材料品質(zhì)的提高,新產(chǎn)品的開發(fā),以及窯爐結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)優(yōu)化,其結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、合理性越來越高;窯爐砌筑質(zhì)量的提高,以及玻璃生產(chǎn)企業(yè)的正確使用和維護(hù),使得玻璃窯爐的使用壽命越來越長,普遍壽命為5～7年(視玻璃的不同種類和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異,有的甚至更長,我們的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是停火檢修即使用結(jié)束)。如果玻璃生產(chǎn)企業(yè)設(shè)有2～3座窯爐,也就是2～3年修1次,其相關(guān)工程技術(shù)人員2～3年經(jīng)歷1次窯爐的修建。他們平時(shí)的主要精力放在保障正常生產(chǎn)上,即他們關(guān)注的是日常管理和維護(hù),他們即使有一些對(duì)窯爐某一結(jié)構(gòu)改進(jìn)的想法,也無實(shí)踐的機(jī)會(huì);對(duì)于成型環(huán)節(jié),模具幾乎每天都換,模具的造型、設(shè)計(jì)、吹氣、翻身動(dòng)作可以隨時(shí)調(diào)整,若要對(duì)機(jī)器設(shè)備作一些小的改進(jìn),可以把電閘拉下,進(jìn)行更換。而窯爐卻不能隨便停爐,幾乎是一投產(chǎn)就不能停下來,其結(jié)構(gòu)“從一而終”,在一個(gè)窯期內(nèi)其結(jié)構(gòu)是不能改變的。專業(yè)窯爐公司一年要建幾十座窯爐,他們關(guān)注窯爐結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、合理性、穩(wěn)固性,接觸面較寬,有條件吸收他人之長(包括聽取使用單位工程技術(shù)人員的意見及建議),能對(duì)窯爐結(jié)構(gòu)作一些改進(jìn)。
玻璃窯爐是玻璃工廠的重要設(shè)備,它投資大,動(dòng)輒千萬,而且投產(chǎn)后不能停下來,所以玻璃窯爐也是玻璃工廠的心臟設(shè)備,一旦“心臟”有問題,玻璃生產(chǎn)企業(yè)就面臨生死的問題。因此,玻璃窯爐其基本結(jié)構(gòu)大多是一些小而循序漸進(jìn)的改進(jìn)。窯爐公司及設(shè)計(jì)人員往往不敢隨意改動(dòng),有想法只能一點(diǎn)點(diǎn)改進(jìn),并在實(shí)踐中加以驗(yàn)證。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們的認(rèn)識(shí)在不斷深化,作為窯爐公司及窯爐工程技術(shù)人員也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn),大膽而又小心謹(jǐn)慎地對(duì)窯爐進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新。
數(shù)十年來,國內(nèi)玻璃窯爐的蓄熱室墻都是用230mm×114mm×65mm標(biāo)準(zhǔn)磚砌筑,一個(gè)稍大一點(diǎn)的蓄熱室要用幾千噸材料。窯爐砌筑工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,這種傳統(tǒng)的砌筑方式不但費(fèi)工費(fèi)時(shí)、效率低,而且磚縫多,質(zhì)量難以保證。
從窯爐停爐檢修的情況分析,蓄熱室出問題的地方多是在磚縫(含膨脹縫)的位置,而且蓄熱室墻體耐火材料大面積被燒損腐蝕不到30%,由于泥漿燒結(jié)在磚體上,這些拆下來的磚材一般都不能再次利用,這是很大的資源浪費(fèi),甚至可能對(duì)環(huán)境造成污染。磚縫(含膨脹縫)是窯爐的薄弱環(huán)節(jié),如何減少磚縫,提高窯爐整體壽命,耐火材料大型化是發(fā)展的需要。現(xiàn)在耐火材料生產(chǎn)廠家生產(chǎn)設(shè)備的成型壓力足夠大,燃料及燒成設(shè)備完全可以滿足大型耐火材料燒結(jié)要求,即硬件設(shè)施條件已經(jīng)具備,因此我們有能力將蓄熱室墻磚做得大一些,既可以減少磚縫,又能像搭積木式地采用機(jī)械設(shè)備提高建爐速度,減輕窯爐砌筑工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。根據(jù)墻體腐蝕情況,我們還可以將墻體設(shè)計(jì)得薄一些,使蓄熱室墻內(nèi)襯材料由350mm厚(主要是考慮錯(cuò)開磚縫及安全性)減小到300mm厚(甚至更薄,安全性可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改變而加強(qiáng)),這一改變將使每座窯爐蓄熱室耐火材料用量節(jié)約15%～20%左右,用戶花費(fèi)相同的成本,既提高了窯爐壽命,還能提前投產(chǎn),創(chuàng)造效益。
除了耐火材料大型化外,還可以在工廠將蓄熱室墻體預(yù)組裝,使其模塊化,到建爐時(shí)將模塊化的耐火材料運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行吊裝,從而提高建爐速度,早投產(chǎn),增加客戶的收益。
玻璃窯爐最薄弱的地方是火焰空間,這里溫度最高,還有堿性氣體、硫酸鹽氣體、氟化物及各種粉塵的侵蝕,工作環(huán)境最差。提高硅質(zhì)材料的致密度、減少磚縫、磚體的大型化及在工廠的預(yù)砌筑,是提高窯爐壽命的方法。因此,改進(jìn)目前的磚體結(jié)構(gòu)及形狀,提高砌筑精度及砌筑方法是亟待解決的問題。
國內(nèi)長期使用標(biāo)準(zhǔn)磚(230mm×114mm×65mm)來砌筑蓄熱室的墻體,原因有以下幾點(diǎn):
(1)以前壓機(jī)設(shè)備成型壓力較小,若壓制尺寸稍大的磚材,受設(shè)備限制,大多用手工錘打成型,由于壓力不夠,致使磚體致密度差(氣孔率高),磚體致密度不僅影響磚體的抗壓強(qiáng)度、磚體的荷重軟化溫度,還影響磚體的抗侵蝕性能;
(2)以前用于耐火材料燒結(jié)用的燃料,基本上是以煤為主,并且爐型落后,火焰溫度不高,且爐內(nèi)溫度不均勻,造成耐火材料“欠燒”,因此限制了耐火材料磚體的大型化;
(3)230mm×114mm×65mm的標(biāo)準(zhǔn)磚,重量一般為3～4kg,便于人工抓握,再大的磚不便操作。
現(xiàn)在耐火材料生產(chǎn)企業(yè),上千噸的壓機(jī)比比皆是,而且鋼鐵行業(yè)壓力更大的各型壓機(jī)也可以借鑒,因此,耐火材料的致密度達(dá)標(biāo)沒有問題;國家大力推廣清潔能源,許多企業(yè)采用了高熱值的天然氣作燃料,耐火材料燒結(jié)所需的火焰溫度很容易達(dá)到,一百多米長的隧道窯也非常普遍,解決了耐火材料“欠燒”的問題,因此具備了將標(biāo)準(zhǔn)磚大型化的基礎(chǔ)。
在將標(biāo)準(zhǔn)磚大型化初期,可以先易后難。例如,初期可將類似3塊標(biāo)準(zhǔn)磚的尺寸作為1塊磚(也可以將類似4塊標(biāo)準(zhǔn)磚的尺寸作為1塊磚),可以減少2～3條磚縫,耐火材料的致密度、燒結(jié)程度都不會(huì)受影響,磚體大了以后,再用人工砌筑操作有困難,可以用類似國外建筑行業(yè)的機(jī)器人或機(jī)械手在工廠進(jìn)行預(yù)砌筑。當(dāng)然終極目標(biāo)是做成像池壁磚這樣大塊的,甚至可以上磨床,讓爐蓋的磚縫小于0.5mm,那時(shí)不但建爐速度大幅提高,而且窯爐的建筑質(zhì)量將產(chǎn)生質(zhì)的飛躍,窯爐壽命提高得更多。這無疑是耐火材料行業(yè)和窯爐行業(yè)的一次重大革命。
目前我公司正在尋找并聯(lián)合耐火材料生產(chǎn)企業(yè),做這項(xiàng)耐火材料生產(chǎn)與窯爐砌筑的較大變革。耐火材料大型化、模塊化,讓傳統(tǒng)窯爐砌筑盡可能多地用機(jī)械設(shè)備代替部分人工,這是社會(huì)的必然發(fā)展。
目前,建議由窯爐公司來承擔(dān)一些玻璃生產(chǎn)企業(yè)窯爐的日常維護(hù)保養(yǎng)工作,因?yàn)楦G爐公司對(duì)窯爐結(jié)構(gòu)熟悉,對(duì)耐火材料的采用、維護(hù)方法與維護(hù)工具更為專業(yè)。進(jìn)而,玻璃生產(chǎn)企業(yè)無需儲(chǔ)備窯爐維護(hù)所需的材料,亦無需額外配備相關(guān)技術(shù)人員,便于企業(yè)管理。企業(yè)目前配備工人做窯爐維護(hù)保養(yǎng)的方式,一方面造成人員工作量分配不均衡,影響其他工種、其他車間員工的情緒;另一方面,窯爐維護(hù)管理者缺乏專業(yè)知識(shí),有時(shí)維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng),導(dǎo)致孔隙孔越補(bǔ)越大,例如,某些生產(chǎn)企業(yè)采用含AZS顆粒的鋯質(zhì)熱補(bǔ)料去堵補(bǔ)胸墻與爐蓋之間的間隙,補(bǔ)后一段時(shí)間會(huì)再次穿火,這是由于選材不合理,兩種材料產(chǎn)生了界面反應(yīng)。硅質(zhì)材料與電熔AZS磚之間本應(yīng)該用鋯英石磚進(jìn)行隔離過渡,含AZS顆粒的鋯質(zhì)熱補(bǔ)料去堵補(bǔ),完全沒有隔離的作用,所以縫越補(bǔ)越大。但如若企業(yè)不配制工人進(jìn)行窯爐維護(hù),易形成“孔小不補(bǔ)、孔大叫苦”的困境。
現(xiàn)在生產(chǎn)高白料的一些中小企業(yè),司爐工年齡普遍偏大,而且專業(yè)知識(shí)不足,他們對(duì)火焰的四大特性不了解,不會(huì)對(duì)火焰進(jìn)行調(diào)整(會(huì)調(diào)火焰的人員,在爐頂溫度一樣高的情況下,液面的火焰溫度要高20～30℃)。為了適應(yīng)客戶的需求,可在建窯爐的同時(shí),考慮建立2套窯爐自動(dòng)控制數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng),1套在玻璃生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部,1套在窯爐公司的中心數(shù)據(jù)室,通過事先預(yù)設(shè)置的傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù)及資料,對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、整理、分析,對(duì)窯爐的運(yùn)行狀態(tài)、窯爐腐蝕、燒損情況作出全面的分析和評(píng)估,提出預(yù)警,從而采取相應(yīng)的對(duì)策,確保窯爐達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。因此將窯爐的維護(hù)保養(yǎng)交給專業(yè)窯爐公司來做,可以大大減少因維護(hù)保養(yǎng)方法不當(dāng)而造成縮短窯爐壽命的事件發(fā)生。
目前企業(yè)生產(chǎn)的玻璃制品比如酒瓶,其化學(xué)成份差別不大,主要的原料幾乎一樣,大都采用石英砂、純堿、方解石(氧化鋁)、長石、白云石等,只是用量及原料品質(zhì)上存在微小差異。但是,其他輔助原料差別很大,例如,一家企業(yè)就采用了多種澄清劑,既有變價(jià)氧化物如氧化鈰等,又有硝酸鹽、硫酸鹽及氟化物,使得一個(gè)窯爐熔化池表面產(chǎn)生很厚的泡沫,既影響熱量傳遞,又導(dǎo)致熔化溫度提高造成能源浪費(fèi),還影響窯爐壽命。
在國外,同種類形玻璃,采用芒硝和碳粉作澄清劑,我國浮法玻璃以前也采用芒硝和碳粉作澄清劑。由于各個(gè)玻璃生產(chǎn)企業(yè)負(fù)責(zé)配方設(shè)計(jì)的人員經(jīng)驗(yàn)不一樣,配合料的成本也存在較大差異。有的人希望增加玻璃液中的氧化氣氛,配方中的硝酸鹽用量較大,但是硝酸鹽在200～300℃時(shí)放出初生態(tài)的氧,生成亞硝酸鹽(Na NO3→O+Na NO2),亞硝酸鹽在700～800℃時(shí)分解成氧化鈉(Na2O)和二氧化氮(NO2),而這一時(shí)間點(diǎn)處于硅酸鹽反應(yīng)階段,還未形成玻璃。此時(shí)使用大量的硝酸鹽,實(shí)際上屬于資源浪費(fèi)。
雖然配方中都要引進(jìn)氧化鈉,這里硝酸鈉也能引進(jìn)氧化鈉,但仍然是浪費(fèi)資源,可以從分子量角度來分析。1kg純堿(碳酸鈉)高溫分解后得到0.58kg氧化鈉,而1kg硝酸鈉高溫分解后得到0.36kg氧化鈉,同樣1kg純堿引入的氧化鈉量是硝酸鈉的1.61倍。目前,重質(zhì)純堿市場價(jià)約1400元/t,而硝酸鈉市場價(jià)約2500元/t,買1kg硝酸鈉的成本可以買1.78kg純堿,1.78kg純堿可以引入1.03kg氧化鈉,是硝酸鈉的2.87倍。因此,引入過量的硝酸鹽是浪費(fèi)。另外,有的生產(chǎn)硼硅酸鹽玻璃的企業(yè),在配方中既引入純堿,又采用硼酸。硼酸不僅價(jià)格高(含B2O3 56.45%,約4500元/t),而且硼的揮發(fā)比硼砂高很多,但是硼砂(含B2O3 48.4%,Na2O22.08%)價(jià)格約2800～3700元/t？梢,配合料原料成本的節(jié)約潛力是非常大的。
爐料環(huán)節(jié)是玻璃生產(chǎn)企業(yè)的龍頭環(huán)節(jié),一旦這個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,即使再好的機(jī)器設(shè)備也無法發(fā)揮性能，F(xiàn)在一些玻璃生產(chǎn)企業(yè),在出現(xiàn)玻璃質(zhì)量問題時(shí),玻璃工藝負(fù)責(zé)人員往往認(rèn)為是窯爐出現(xiàn)問題,而窯爐負(fù)責(zé)人認(rèn)為是配方或配合料的問題,互相推諉,使問題得不到及時(shí)解決。
現(xiàn)在很多省、市地區(qū)設(shè)置了玻璃工業(yè)園區(qū),這為集中建立配合料工廠創(chuàng)造了條件,配合料集中處理有許多好處:
(1)玻璃原料集中采購費(fèi)用低由于采購的量大,原料的采購單價(jià)及集中運(yùn)輸成本得到優(yōu)化,而且節(jié)約差旅與人力費(fèi)用。國外優(yōu)質(zhì)石英砂,量大運(yùn)到岸的價(jià)格比國內(nèi)低,土耳其的無水硼砂在國內(nèi)很有競爭力,這對(duì)我國環(huán)境資源也是一種保護(hù)。
(2)配料設(shè)備充分利用為一個(gè)日產(chǎn)幾十上百噸的企業(yè)建設(shè)配合料車間成本不合算,既要占用地面空間,而且設(shè)備利用率也低,還要建除塵系統(tǒng),固定資產(chǎn)拆舊攤在配合料中的成本高;在空氣濕度較大的地區(qū),配合料中吸潮比較嚴(yán)重的原料,很容易附著在設(shè)備上,增加維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。
(3)環(huán)保設(shè)施利用效率更高一般小型企業(yè)不愿建設(shè)配料系統(tǒng)的環(huán)保設(shè)施,集中做環(huán)保設(shè)施比各個(gè)單位單獨(dú)做節(jié)約成本,同時(shí)也便于粉塵的處理,符合國家集約化的生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)政策。
(4)集中建立玻璃理化實(shí)驗(yàn)室,科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)在許多規(guī)模不大的企業(yè),沒有自己的理化實(shí)驗(yàn)室,對(duì)進(jìn)廠的玻璃原材料不能及時(shí)分析化驗(yàn),對(duì)產(chǎn)品的理化性能無法掌握,生產(chǎn)過程中問題的分析多是憑經(jīng)驗(yàn),耽誤了解決問題的時(shí)間。
(5)可優(yōu)化玻璃配方可最大程度優(yōu)化玻璃配方,減少資源的浪費(fèi),降低配合料成本,節(jié)約能源,延長窯爐壽命。
從現(xiàn)在水泥行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)可以看到,從水泥到混凝土,混凝土的標(biāo)號(hào)有保障,提高了混凝土的質(zhì)量,減少了庫房,避免了施工現(xiàn)場粉塵及污水的污染。
隨著大生產(chǎn)社會(huì)分工越來越細(xì),越來越專業(yè),建立專門的配合料生產(chǎn)企業(yè),改變一些分散的、小型的、落后的生產(chǎn)工藝,集中提供適合各種玻璃生產(chǎn)的玻璃配合料是集約化生產(chǎn)的一種形式,是社會(huì)發(fā)展的必然需求。解決了爐料問題,就是解決玻璃生產(chǎn)企業(yè)龍頭環(huán)節(jié)的技術(shù)問題,沒有了后顧之憂,玻璃生產(chǎn)企業(yè)就可以集中精力做好生產(chǎn)市場上需要的好產(chǎn)品。窯爐公司不僅需要建造窯爐,還可以對(duì)窯爐運(yùn)行過程中的問題進(jìn)行優(yōu)化,使窯爐達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。玻璃生產(chǎn)企業(yè)的興衰與窯爐公司息息相關(guān),窯爐公司和玻璃生產(chǎn)企業(yè)不是簡單的買賣關(guān)系,而是生死與共的命運(yùn)共同體。
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