小型全氧电助熔窑炉烤窑操作要点分析

蔡赛松

摘   要：小型全氧电助熔玻璃窑炉与传统玻璃窑炉的烤窑操作有较大不同，主要体现在温度曲线的制定更有针对性;对窑炉下层砖结构与支撑钢结构以及热端设备间的绝缘要求更严格;对不同材质的配套设备（如电极，鼓泡等）在烤窑过程中受温度和气氛的影响表现出来的不同特性进行准确判断，并做出切实可行的保护措施等。同时，在借鉴以往经验的基础上，通过改良烤窑设备和工器具，优化操作流程，最大限度地保证窑炉的使用寿命。

关键词：升温曲线  氧化锡电极  鼓泡系统  氧化气氛  还原气氛

中图分类号：TQ171                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）09（a）-0042-03

近几年，全氧燃烧技术因成本偏高导致玻璃成品价格优势丧失，在大型浮法和光伏玻璃生产线上的应用越来越少。而在一些对玻璃液质量要求高，利润空间相对较大的特种玻璃，如电子玻璃，高档器皿玻璃，玻璃纤维等生产线，全氧燃烧配合电助熔技术，获得越来越广泛的应用。

玻璃窑炉作为关键的热工设备，在由冷态转入热态并投入使用的过程中，烤窑是一个至关重要的环节，直接影响窑炉的使用寿命和玻璃质量。本文结合多年经验，对烤窑操作的一些要点进行简要分析。

1  升温曲线的制定

窑炉的结构不同，耐火材料匹配也不同。烤窑温度曲线的制定也要随窑炉结构的不同进行相应调整。

从图（1）可以看出，不同耐火材料在不同温度段的膨胀特性存在很大差异。比如带有冷却部的窑炉，因部分采用硅砖结构，在制定温度曲线时，在兼顾各种电熔材料膨胀特性的同时，一定要考虑硅砖集中膨胀的特性。一般情况下，需要分别为熔化部，冷却部制定不同的升温曲线。如图2，3（数据仅供参考）。

而对于一些采用铂金通道的生产线，窑炉大多为全电熔砖结构，所有耐火材料均为线性膨胀。因此可尽量取消保温点，为直线型升温曲线，如图4（数据仅供参考）。需要说明的是，150℃保温点主要作用是排除水分，保温时间可根据耐火材料加工时带来的水分高低以及工厂所在地理位置的空气湿度做相应调整，一般为24～48h。

另外，电熔AZS砖在1100℃时，有明显的收缩。因此过大火（接火）温度应快速跳过1100℃这个温度点，以1150℃或1200℃为宜。一般情况下，采用天然气（热值8500Kcal/NM3）或柴油（热值9500Kcal/NM3）烤窑时较为容易。采用其他燃料时，应视情况尽可能提高过火温度。

2  烤窑前的检查

本文着重介绍电助熔全氧窑炉的烤窑，对于窑炉的常规普查不做赘述。所谓电助熔，就是利用熔融状态下的玻璃液因电阻降低而具有导电性，对玻璃液通电从而产生焦耳热，达到不断熔化玻璃的目的。也就是说，高温状态下，玻璃液是帶电的。池壁砖，铺面砖等与玻璃液接触的下层砖结构在高温状态下因电阻降低也会成为导体而带电，熔化区电极组电压能达到600V以上。因此在窑炉设计上就已经考虑了下层砖结构与窑炉钢结构的绝缘问题。而与窑炉相关的一些辅助设备，如电极，鼓泡系统，窑底热电偶等，同样需要做好绝缘处理。任何一个环节的绝缘处理不好，都会造成钢结构带电，对窑炉的操作和维护人员构成极大的威胁，同时也会使电助熔系统无法正常运行。一般情况下，电助熔系统都是在热装阶段才通电，如果把问题遗留到这个阶段，处理起来难度非常大。因此，绝缘检查是这类窑炉的重点，必须把所有隐患提前消除。绝缘检查主要有如下几项。

（1）检查池壁顶丝，池底顶丝与耐火材料间的绝缘垫是否有遗漏或损坏，绝缘垫耐火度是否达标。

（2）检查池底跺砖与跺梁间的绝缘垫是否遗漏或破损。

（3）检查池壁保窑风管与池壁间是否有接触，临时焊点是否清除。

（4）电极一般分为侧插式与底插式两种。对于底插式电极，检查电极支架，水套与窑底钢结构的绝缘是否彻底。对于侧插式电极，检查电极支架，水套以及铜排与窑炉立柱和池壁揽铁绝缘是否彻底。

（5）出于绝缘考虑，电极水套冷却水均采用纯水。烤窑前，必须确保水系统正常运行，检测纯水是否达标。

（6）如果配有鼓泡器，检查鼓泡杆支架与窑底钢结构间间绝缘是否彻底。鼓泡杆接地是否有遗漏或损坏。

（7）检查投料机（一般采用螺旋给料机）的水套与给料机机体间是否绝缘。检查给料机水套进回水管路是否绝缘。

（8）检查窑底热电偶支架与窑底钢结构间绝缘是否彻底。

3  相关设备的保护

3.1 电极的保护

目前常用的电极一般有钼电极和氧化锡电极两种，以下分别介绍两种电极在烤窑过程中的保护。

钼电极在常温状态下是稳定的，在400℃时会发生轻微氧化，随着窑内温度的不断升高，钼电极会发生剧烈氧化并在电极表面生成MoO3，对电极使用寿命造成极大影响。因此，钼电极不能暴露在高温氧化气氛当中。由于钼电极直径一般较小，重量较轻，在升温前应将电极退到电极砖内或池壁砖内，在电极砖孔或池壁砖孔内塞入碎玻璃，并在外面覆盖一到两块玻璃板。对于侧插式电极，玻璃板要采用熔化温度较高的高硼玻璃，以免碎玻璃熔化后氧化气氛对电极造成影响。热装时，当玻璃液位超过电极设计高度后，再将电极缓慢插玻璃液内。

氧化锡电极在常温下也是稳定的，但在300℃以上时，在还原气氛下，电极表面会还原出Sn，同样对电极使用寿命造成极大影响。因此，氧化锡电极不能暴露在高温还原气氛当中。相比钼电极，氧化锡电极出于增加电流分布面积的考虑，直径较大，重量较重，退到电极砖里的方式无法采用，只能将电极插入窑内到设计高度。针对氧化锡电极，可采取如下保护措施：

（1）烤窑风机的出风量适当加大。这里需要注意一点，当出现断电情况时，风机停转，燃烧器熄灭后，一定要先向窑内鼓风3min以上，将窑内还原气氛质换掉才能再次点火。

（2）过火时，烤窑系统停火不停风。生产用枪的氧气与天然气配比适当加大，参考数值2.5：1。待玻璃液完全覆盖电极后再调回设计配比。

（3）由于还原气氛难以识别，在整个烤窑过程中，可以用过氧检测装置对窑内气氛做定时不定点检测，一般20～30min一次，过氧量控制在5%以上。

（4）在电极表面涂抹耐高温涂层，一般采用氧化铝粉，碎玻璃，水玻璃的调合物。涂层厚度5mm。

（5）氧化锡电极是一种n型半导体陶瓷材料，易碎，因此不能采用风送热装方式，以免碎玻璃损坏电极。可以考虑人工投料或给料机投料。

3.2 鼓泡杆的保护

如果窑炉装有鼓泡系统，鼓泡杆也应视情况加以保护。是否保护，取决于窑炉的热装方式。

大多数鼓泡杆都是由易碎的刚玉管制成，若窑炉采用风送式热装，碎玻璃的冲击会对鼓泡杆造成极大损伤。因此在烤窑前，应将鼓泡杆退到鼓泡砖下，在鼓泡孔上覆盖玻璃板。另外，为避免热装时碎玻璃粉末堵塞鼓泡孔，熔窑升温前应确保鼓泡杆内通入鼓泡介质（氧气或压缩空气）。并对相关参数加以设定。一般情况下，空窑状态脉冲时间设定为1s，间隔30s，介质压力1.5Bar。加料前，压力增加到2Bar，间隔10s。待玻璃液深度能够覆盖鼓泡杆，间隔可增加到20s，并将鼓泡杆缓慢插入玻璃中。

如果采用人工投料或给料机投料，鼓泡杆可插入窑内到设计深度。但对于一些包铂金的鼓泡杆，不能暴露在高温还原气氛中，也要按上述方法加以保护。

3.3 铂金料道与窑热电偶的保护

如果熔窑连接铂金料道，为避免高温气流冲击铂金料道以及高温状态下还原气氛对铂金管造成损伤，窑炉升温前，一定要在料道入口填充足够的高硼碎玻璃，并在入口外覆盖几层高硼玻璃板。

此类窑炉窑底热电偶多为穿透式，一般在500℃时安装。考虑到铺面砖与池底砖膨胀时可能使电偶孔错位，有剪断热电偶的风险，所以，安装时也应退到铺面砖下，待膨胀基本结束后再插入玻璃液内。

4  其他應引起重视的问题

4.1 碹顶保温

从以往几座窑炉的经验来看，因电熔AZS和αβ砖线性膨胀的特性，一旦碹砖上下表面温差过大，大碹上表面砖与砖间会出现缝隙，有时会达到20～30mm，即便升温结束也很难恢复。因此无论大碹采取冷态保温还是热态保温方式，都应尽量多覆盖几层保温棉。

4.2 悬挂式自动膨胀仪的使用

传统胀尺一般在1100℃就被迫拆除，但升温还没结束。有条件的情况下，可以安装自动膨胀仪作为高温阶段拉条松出量的精确参考，取代以往凭经验的做法。

4.3 池壁保窑风的开启

空窑状态下，池壁砖接受的主要是辐射热，此时内外表面温差相对较大。如果过早开启池壁保窑风，会造成温差进一步加大，从而导致池壁砖炸裂。首先，在升温前，应在裸露的池壁砖外表面加盖保温棉，待玻璃液到达标准液位，传导热量使池壁砖内外温差趋于平衡并稳定后，开启保窑风机，并缓慢加大风量。注意风机开启后不要立即拆除保温棉。各人推荐池壁保窑风在引头子后，窑内温度制度形成后开启。

5  结语

烤窑是对一座窑炉从设计到砌筑的最终检验，所有设计上的疏漏和砌筑过程中的失误都会在烤窑过程中显现出来，这些都需要我们在这个阶段尽力弥补。所以窑烤窑方案应该是严谨的，详细的，合理的。窑炉操作应该是专业化，规范化的。在总结并运用以往经验的同时，对所有可能出现的意外情况都要做好充足的备案。细节决定成败，对细节的掌控决定一座窑炉能否从冷态顺利过渡到热态并投入使用。

参考文献

[1] 姜宏.浮法玻璃全氧燃烧技术[J].玻璃，2017（12）：12-18.

[2] 张世俭，涂淑进.氧化锡电极材料的研制[J].玻璃与搪瓷，1992（6）.

[3] 玻璃窑内的电极应用[J].玻璃与搪瓷，2004（4）：34-37.