寿命周期理论在浮法玻璃熔窑管理中的应用

吕应成

(中国耀华玻璃集团有限公司,秦皇岛 066000)

我国第一条浮法玻璃生产线于1971年建成投产，经过25年的发展，1996年浮法玻璃产量首次超过普通平板玻璃，之后持续在平板玻璃总产量中占据主导地位。特别是近年来，国家化解产能过剩，优化产业结构，不断淘汰落后产能，浮法玻璃已成为玻璃行业发展的主流。浮法玻璃生产线具有一次性投资，连续性生产的特点。一旦生产线建成投产，如没有特殊情况，至少要运行6年时间。熔窑是浮法玻璃生产过程中最重要的热工设备之一,人们把它比喻为浮法玻璃生产线的“心脏”。熔窑的运行稳定直接决定着该浮法玻璃生产线产品产量及质量；而熔窑的寿命则直接决定了该生产线的冷修时间[1]。正因如此，浮法玻璃企业总是期待用最优的前期性价比投入，加上使用及维护过程中的精细化管理，最大限度地延长熔窑寿命周期，以降低成本获取最佳的回报率。

1 寿命周期相关概念

寿命周期是指产品从开始设计到投入使用,直至产品因功能完全丧失而最终退出使用的总时间长度。设备寿命周期管理则以生产经营为目标，通过一系列的技术、经济、组织措施，对设备的规划、设计、制造、选型、购置、安装、使用、维护、维修、改造、更新直至报废的全过程进行管理，以获得设备寿命周期费用最经济、综合产能最高的理想目标。通过设备寿命周期管理不断提高产品质量，降低成本，以增强企业的市场竞争能力。

对于浮法玻璃熔窑而言，寿命周期主要涵盖：设计、砌筑、烤窑、日常使用、维护及维修等几个方面。浮法玻璃熔窑由耐火材料砌筑而成，是玻璃制造中用于熔制配合料的热工设备。其主要功能是将按浮法玻璃设计成分配合好的砂岩等混合料在窑内经高温熔化、澄清并形成符合成型要求的玻璃液。浮法玻璃熔窑经过近50年的发展，无论从结构设计、还是耐火材料的选择使用，以及现场操作、运营管理等方面，都较过去有了大幅度的提高。国内浮法玻璃熔窑窑龄普遍可以达到6～8年，但与国际先进水平的8～10年相比还有很大差距。需要我们广大科技人员继续加强对熔窑的科学研究，改进熔窑结构、作业条件及规范操作，延长熔窑寿命周期。

2 影响浮法玻璃熔窑寿命周期因素分析

按照寿命周期理论，浮法玻璃熔窑的寿命周期大致可分为初始期、成熟期、稳定期以及衰退期四个阶段。

2.1 初始期

浮法玻璃熔窑初始期主要涵盖熔窑的设计、砌筑、烤窑至投产初期。浮法玻璃熔窑设计通常由具有相关资质的设计院(研究院)根据玻璃企业投资情况、产品定位(品种、板宽、厚度等)以及使用要求等内容，对浮法玻璃熔窑熔化能力、结构、耐火材料选用以及保温等技术指标进行设计。设计中根据窑龄的要求选择不同的耐火材料；熔窑砌筑是决定熔窑寿命周期的根基，浮法玻璃熔窑的砌筑是以熔窑纵向中心线、1#小炉中心线以及标高为基准。根据所选用耐火砖材质的不同，除要求干砌的部位外，均需用相应的耐火泥浆砌筑，砌体的膨胀缝按耐火砖的膨胀系数计算留设。烤窑则直接关系该座浮法玻璃熔窑所出产品的质量及寿命周期。务必事前制定合理的升温曲线，并按照预定方案严格执行，切记盲目加速升温。之后熔窑、设备和操作进入运行阶段，熔窑的温度、窑压、液面等工艺参数需要不断调试摸索优化，浮法玻璃的总成品率、一级品率、入库产量等技术指标均受到影响。因此稳定工艺参数和合理的操作规程是加快进入成熟期的前提。

2.2 成熟期

浮法玻璃熔窑成熟期阶段，对熔窑的温度、窑压、液面等指标，原料、燃料、设备等工艺参数均已摸索出一定的经验，控制及操作得当。此时要重点关注偶发事件的影响，尤其是偶发事件对熔窑造成的后续问题。要减少黑天鹅事件，一是用记录正确评估和衡量风险；二是不遗余力地寻找任何看似毫不相关的风险之间可能存在的相关性，在熔窑使用中适当用技改去延长成熟期。特别是应注意生产计划的合理性，包括转产变化、拉引量调整等，都会影响熔窑寿命周期。

2.3 稳定期

对熔窑的温度、窑压、液面等指标，原料、燃料、设备、工艺参数等控制相对稳定。此时因长期使用，但设备及熔窑系统逐渐老化，问题渐显，带有普遍性和规律性，如解决不当有可能由小问题转化成大问题，使熔窑进入衰退期。要杜绝灰犀牛事件，就必须用制度去保证。杜绝得过且过造成的问题延误，杜绝手忙脚乱解决问题。此阶段用制度规范运行、稳定拉引量等工艺参数、科学诊断和养护是延长熔窑寿命的保证。

2.4 衰退期

熔窑运行晚期，问题不断增多，窑压不稳，出现熔洞及池壁砖有透红等现象。该阶段应制定排查隐患的措施并及时对熔窑进行日常维护、维修及热修补，适当降低拉引量，增加风机降低温度，以延长熔窑的寿命周期。

3 延长浮法玻璃熔窑寿命周期管理建议

对于不同熔化能力、生产不同产品品种的浮法玻璃熔窑而言，延长寿命周期的管理方法也各不相同。该文以国内某设计窑龄8年的浮法玻璃熔窑为例，分享浮法玻璃熔窑在投入使用后的初始期、成熟期、稳定期以及衰退期的使用管理经验。

3.1 浮法玻璃熔窑实例存在问题

该座浮法玻璃熔窑设计窑龄8年，于2011年点火投产。熔窑全部使用国产耐火材料，设计熔化量500 t/d。主要产品有茶玻、灰玻等颜色玻璃。该熔窑在投产前就存在一定设计缺陷，直接影响到了玻璃产量和质量。如该熔窑喷嘴砖设置靠后，气枪火焰的喷射对挂钩砖烧损严重；熔窑池底没有采用阶梯型池底结构，给玻璃熔化质量和节能造成了较大困难；熔窑冷却部池底保温不好，导致微气泡难以消除。在投入使用后，由于客观原因也对熔窑造成一定的损害。如在生产过程中，由于转色频繁；由于外网供电线路突发故障，造成全厂停电24 h；投产初期使用油气混合燃烧，燃烧系统没有采取单枪控制，不能精确控制油流曲线及火焰长度，对熔窑烧损严重。

3.2 浮法玻璃熔窑初始期管理建议

浮法玻璃熔窑初始期，即熔窑工艺设备磨合阶段。此阶段机械处于磨合过程，啮合不顺，润滑油污染快，紧固件也容易松动，电气系统处于元件的初始“时效老化”时期。容易出现电参数的漂移或偏差，加上操作的熟练度不够，出现故障的频率较高。此时设备管理采取措施主要包括对设备的检查、记录、紧固、调整、润滑、磨合期的油品替换、控制生产负荷逐渐达到设计值。熔窑通过记录、观察、检测等手段逐渐将原料、料堆、泡界线、热点、窑压、火焰长度等控制在合理的范围内。同时对操作人员进行严格的技术培训，制定合理的操作规程，规范操作。

3.3 浮法玻璃熔窑成熟期管理建议

浮法玻璃熔窑成熟期熔窑的控制方法主要包括：通过记录去评估风险，通过技改解决问题，实现提质增效。在经过设备磨合及工艺的调整后，熔窑逐渐进入成熟期。此时，为了稳定生产并维护好熔窑，主要采取以下措施：

3.3.1 用数据记录保障熔窑安全

为了保证熔窑及生产设备的合理使用，适应生产需要，便于进行技术分析，在原有的熔窑日常运行记录的基础上，建立完善了熔窑技术档案。包括设计任务书、设计计算书、设计图、竣工验收资料、熔窑所用耐火材料技术资料。主要设备明细及维护保养记录，热工测量、控制系统和燃烧系统使用和维护保养要求，熔窑运行工艺规程等一系列技术档案，保证做到熔窑的每一阶段都有档案可查，进行技术分析，做到了有“症”必查，治“病”有依，对熔窑的安全运行提供依据。

3.3.2 用电子档案促进熔窑健康

为了保证熔窑安全运行，生产更加优质的玻璃，建立了熔窑内窥检查电子档案，做到了数据可对比、可分析化。依托专业的技术、专业人员操作，根据实际需求对熔窑进行检查并建档，根据电子档案，提前规避风险，保障了熔窑安全运行，全面延长熔窑使用寿命。

3.3.3 用环保技术延长熔窑寿命

环保指标具有一票否决权，只要熔窑烟气中二氧化硫和氮氧化物等污染物不满足国家排放标准，无论熔窑的窑龄长短，随时都面临着停产的可能性。为了保证达标排放，该熔窑进行了全方位的保温，定期检测各小炉余氧含量；控制配合料，水分在4%左右；优化原料配方，硫酸盐用量保持下线，减少燃烧时产生的颗粒物。在不影响生产的情况下优化风火比，减少燃油的用量，减少烟气中的硫化物含量。同时为了保证烟气实现超低排放，将燃料混烧改为纯天燃气，减小燃料中的硫含量；加强烟道密封，减少烟气含量，降低废气处理量；加强对熔窑压力和火焰的控制，减少熔化部高窑压对耐火砖的烧蚀，减少热损失；保持冷却部窑压高于熔化部，防止碱性气体经过卡脖进入工作部，碱性气氛会侵蚀工作部的硅质大碹和胸墙，从而产生鳞石英结石；实时跟踪烟气在线排放监测数据，定期检查各部废气排放治理工作，减少熔窑废气的产生，降低对环境的污染[2]。

3.3.4 用工艺调整提升熔窑效率

1)为保证废气充分利用，将生产中的烟气用于余热发电，减少外部供电。同时加强内部管理，严格控制原料及能耗，科学制定精细的水、电、天然气等使用指标。做到有效降低能耗的使用成本，提高能源利用率。

2)为保证降低能耗同时提高熔窑产量，定期测定每个小炉废气中氧含量来确定各个小炉的燃烧情况，分析风火配比是否合理，精确调整火焰燃烧。

3)为了保证参数准确性，定期对仪表进行校正，减少因检测参数不准确带来错误的工艺调整。控制热电偶每隔4周进行校正，碹顶热电偶每隔12周进行校正。

4)增加鼓泡系统加快玻璃液对流，使配合料更容易熔化，还有助于玻璃液的均化和澄清，减少助熔剂和澄清剂的使用，提高熔化效率。

5)改变气枪喷嘴扩散角度，降低火焰喷射角度对挂钩砖的损害，解决困扰产品升级的色道缺陷[3]。

3.4 浮法玻璃熔窑稳定期管理建议

浮法玻璃熔窑稳定期采取制度规范运行、科学诊断方法延长熔窑寿命周期。这个阶段看似稳定，实际上潜在的隐患非常多，小问题很有可能转换成大问题，因此一定用制度规范运行，实行精细化管理。

3.4.1 建立实施四级巡检制度

为了保证玻璃熔窑的稳定及安全运行，建立实施熔窑四级巡查制度(即班组每班巡查；工段进行日常巡检；车间每周进行检查；公司每月进行由生产、技术、槽窑等熔窑专家、技术人员和一线管理者参加的联合查窑制度)，时时关注熔窑变化情况，从生产控制上严格落实各项工艺管理制度。巡检重点放在熔化部、投料池拐角、熔化部池壁、胸墙、小炉、卡脖拐角、吊墙、蓄热室等部位，关注熔化部大碹、冷却部大碹、池底等。发现问题及时按照公司制定的应急预案或应急处置措施处理和上报，把隐患消除在萌芽状态。

3.4.2 适时优化调整工艺参数

根据熔窑使用情况，分析熔窑运行状态，不断优化调整工艺指标，包括温度曲线、窑压、液面、料堆、泡界线及燃烧工艺操作参数，根据不同的燃料品种、质量制定相应的燃烧工艺参数，跟踪反馈，持续改进。

3.4.3 问题专业治理

为了保证对熔窑的状况进行实时监控，建立熔窑维护专业队伍，坚持隐患抓小抓早。在工段设立专业保窑人员，专人专治，对日常巡检发现的隐患和问题及时处理。如根据火焰的情况，判断格子体的堵塞情况并及时清理。采用风冷措施对池壁进行保护，通过对池壁液面以下100 mm左右的外侧吹风冷却，使池壁砖内部的局部温度下降，延缓料堆及玻璃液对池壁砖的侵蚀。通过检测科学设置吹风位置和吹风量，减少池壁砖侵蚀速度，防止池壁风控制不稳定引起池壁砖受急热急冷而炸裂。

3.5 浮法玻璃熔窑衰退期管理建议

浮法玻璃熔窑衰退期应及时采取热修、热补等维护措施，同时适当降低拉引量，熔窑内部保温、外部冷却等方式，延长熔窑寿命周期。

3.5.1 对风险进行辨识，分级管控，提升熔窑安全保障

为全力保障熔窑安全运行，制定全面排查熔窑运行风险的工作计划，车间组织具体实施方案，将辨识的风险进行分级管控。对风险隐患窑体钢结构、拉条进行检查加固。对易烧损部位进行加强巡查，对池壁根据各部位温度变化和侵蚀程度不同，分层次进行绑砖和加强冷却处理，对堵塞的蓄热室格子体进行疏通、维修，保证蓄热畅通及燃料充分燃烧。大碹、胸墙有熔洞，及时进行封堵和焊补[4]。

3.5.2 制定抢修应急预案，定期进行模拟演习

为了防止出现突发状况，制定熔窑应急处理预案并定期进行演练，保证应急队伍处理各种事故的反应速度。通过应急演练，强化员工的操作能力和处理突发事件应对能力，防止大事故发生。

3.5.3 以质量监督安全体系为纽带促进熔窑安全管理

建立和完善企业内部的安全生产责任制度。明确各岗位的生产权利和职责，积极抓落实，保证各项工作的顺利开展。为了调动企业工作人员的生产和工作的积极性、主动性和创造性，将薪酬和工作表现挂钩。

应用寿命周期理论，通过实施上述管理措施，该设计窑龄为8年的熔窑目前已平稳运行9年时间，且预计仍可继续运行1年。

4 结 论

该文应用寿命周期理论，通过实例分析，摸索出一整套相对完整的，在浮法玻璃熔窑初始期、成熟期、稳定期以及衰退期等不同时期的管理措施和经验，对延长浮法玻璃熔窑窑龄具有一定的指导性意义。