浮法玻璃熔窑的结构

浮法玻璃熔窑的结构浮法玻璃熔窑和其他平板玻璃熔窑相比，结构上没有太大的区别，属浅池横焰池窑，但从规模上说，浮法玻璃熔窑的规模要大得多，目前世界上浮法玻璃熔窑日熔化量最高可达到1100t以上（通常用1000t/d表示）。浮法玻璃熔窑和其他平板玻璃熔窑虽有不同，但它们的结构有共同之处。浮法玻璃熔窑的结构主要包括：投料系统、熔制系统、热源供给系统、废气余热利用系统、排烟供气系统等。图1-1为浮法玻璃熔窑平面图，图1-2为其立面图。一投料池投料池位于熔窑的起端，是一个突出于窑池外面的和窑池相通的矩形小池。投料口包括投料池和上部挡墙（前脸墙）两部分，配合料从投料口投入窑内。1.投料池的尺寸图1-1浮法玻璃熔窑平面图1-投料口；2-熔化部；3-小炉；4-冷却部；5-流料口；6-蓄热室图1-2浮法玻璃熔窑立面图1-小炉口；2-蓄热室；3-格子体；4-底烟道；5-联通烟道；6-支烟道；7-燃油喷嘴投料是熔制过程中的重要工艺环节之一，它关系到配合料的熔化速度、熔化区的热点位置、泡界限的稳定，最终会影响到产品的质量和产量。由于浮法玻璃熔窑的熔化量较大，采用横焰池窑，其投料池设置在熔化池的前端。投料池的尺寸随着熔化池的尺寸、配合料状态、投料方式以及投料机的数量。配合料状态有粉状、颗粒状和浆状（目前一般使用粉状）；投料方式由选用的投料机而确定，有螺旋式、垄式、辊筒式、往复式、裹入式、电磁振动式和斜毯式等。（目前多采用垄式投料机和斜毯式投料机）。（1）采用垄式投料机的投料池尺寸采用垄式投料机的投料池宽度取决于选用投料机的台数，投料池的长度可根据工艺布置情况和前脸墙的结构要求来确定。（2）采用斜毯式投料机的投料池尺寸斜毯式投料机目前在市场上已达到了普遍使用，它的投料方式与垄式投料机相似，只是投料面比垄式投料机要宽得多，因此其投料池的尺寸在设计上与采用垄式投料机的投料池尺寸没有太大的区别，仍然决定于熔化池的宽度和投料面的要求。随着玻璃熔化技术的成熟和熔化工艺的更新，浮法玻璃熔窑投料池的宽度越来越大。因为配合料吸收的热量与其覆盖面积是成正比的，投料池越宽，配合料的覆盖面积越大，越有利于提高热效率和节能，有利于提高熔化率。因此，目前在大型浮法玻璃熔窑的设计中，均采用投料池与熔化池等宽和准等宽的模式。随着投料池宽度的不断增大，大型斜毯式投料机也应运而生，熔化池和投料池宽度均在11m的熔窑，采用两台斜毯式投料机即可满足生产和技术要求。二熔化部浮法玻璃熔窑的熔化部是进行配合料熔化和玻璃液澄清、均化的部位。熔化部前后由熔化区和澄清区组成；上下又分为上部火焰空间和下部窑池。其中上部空间又称为火焰空间，由前脸墙、玻璃液表面、窑顶的大碹与窑壁的胸墙所围成的充满火焰的空间；下部池窑由池底和池壁组成。也就是说熔化区的功能是配合料在高温下经物理、化学反应形成玻璃液，而澄清区的功能是使形成的玻璃液中的气泡迅速完全排出，达到生产所需的玻璃液质量。熔化部的下部池窑由池底和池壁组成，如图1—3所示。1、火焰空间火焰空间内充满了来自热源供给的灼热火焰气体，火焰气体将自身热量用于熔化配合料，同时也辐射给玻璃液、窑墙和窑顶。火焰空间应能够满足燃料完全燃烧，保证供给玻璃熔化、澄清和均化所需的热量，并应尽量减少散热。2、池窑池窑是配合料熔化成玻璃液并进行澄清和均化的部位，它应该能供给足够量的熔化完全的透明玻璃液。为使窑池达到一定的使用年限，池壁厚度一般在250～300㎜.池底厚度根据其保温情况而异，不采用保温带池底厚度一般为300㎜。（1）前脸墙结构前脸墙是熔化部火焰空间的前部端墙，横跨在投料池的上部，以阻挡熔窑前端投料口处的的热气体（含火焰）的逸出和热辐射。由于前脸墙受到火焰的烧损和料粉侵蚀容易损坏，并且在热风烤窑时容易变形，为此，目前国内大多数浮法玻璃生产企业采用的是L型吊墙，L型吊墙结构见图1—4。L型吊墙与以往的多幅碹相比，具有延长前脸墙使用寿命、增强节能效果、改善现场环境、保护投料机、提高熔化速度、减少粉尘飞扬、提高格子体的寿命等特点。在前脸墙的设计过程中，应注意合理选择与熔化部1#小炉中心线的距离。距离过小会加速前脸墙的烧损，减少配合料的预热效果，增加1#、2#小炉烧损及堵塞等；距离过大又会造成投料池温度过低，料堆熔化、前进困难等缺陷，目前国内浮法玻璃生产线根据燃料和吨位的不同，前脸墙与熔化部1#小炉中心线的距离范围一般在3.2～4.3m。①拱碹结构前脸墙这种前脸墙是由两层或三层碹和砌在碹上耐火砖构成，前脸墙下弓形形口还需加挡火墙阻挡火焰喷出，以节约燃料，保护投料机。挡火墙的承重靠一横跨投料池的大水包提供，大水包上挂刀把形耐火砖，以阻止火焰直接与水包接触，刀把形砖上码砌条形砖，其结构如图1-5所示。采用这种结构形式的前脸墙，由于安全因素，受到其股跨比的限制，其跨度不宜太大，一般不超过7m，即便这样，由于前脸碹和挡火墙受到火焰烧损和碱性气氛的侵蚀，很容易损坏，挡火墙和水包损坏后，可以热修更换，前脸碹一旦烧损严重，只能放水冷修。因此，这种前脸墙结构在浮法玻璃熔窑上正在被淘汰，浮法玻璃熔窑以外的平板玻璃熔窑仍在使用。普通拱碹结构前脸墙受到跨度和安全因素的限制，而欲进一步提高熔化面积，必须加宽投料池、扩大投料面，为解决此矛盾，产生了L形吊墙。②L形吊墙结构大型浮法玻璃熔窑较为广泛采用的是L形前脸吊墙。该吊墙是单独悬吊的，通过机械千斤顶可以调节吊墙距玻璃液面对高度。L形吊墙由耐热钢件和耐火材料构图1—3熔化部剖面结构图1—4L型吊墙结构1-窑顶（大碹）；2-碹脚（碹碴）；3-上间隙砖；1-垂直墙区；2-下鼻区；3-吊杆；4-钢壳；5-水冷门4-胸墙；5-挂钩砖；6-下间隙砖；7-池壁；8-池底；9-拉条；10-立柱；11-碹碴角钢；12-上巴掌铁；13-联杆；14-胸墙托板；15-下巴掌铁；16-池壁顶铁；17-池壁顶丝；18-柱脚角钢；19-柱脚螺栓；20-扁钢；21-次梁；22-主梁；23-窑柱图1-5普通拱碹结构前脸墙1-大碹；2-前脸墙；3-刀把砖；4-水包；5-投料口池壁成，其结构安全性不会受其宽度的影响，L形吊墙的宽度可与熔化池等宽，这样可满足投料池的等宽或准等宽设计需要。采用L形吊墙的同时加长加料池，不但减少了粉尘，还加强了对配合料的预熔作用。L形吊墙分为直段部分和L形部分，直段耐火材料用优质硅砖，鼻部用烧结莫来石和烧结锆玉材料，吊墙外墙壁采用陶瓷纤维毡进行保温，鼻部前端设有水包，起到冷却后密封的作用。其结构形式如图1-4所示。（2）胸墙结构浮法玻璃熔窑由于各个部位受侵蚀情况及热修时间各不相同，为了分开热修损坏最严重的部分，将胸墙、大碹、窑池分成三个单独支撑部分，最后将负荷传到窑底钢结构上，胸墙的承重是由胸墙托板（用铸铁或角钢）及下巴掌铁传到立柱上，最后传到窑底钢结构上。胸墙的设计需保证在高温下有足够的强度，其中挂钩砖是关键部位，在胸墙的底部设有挂钩砖，挡住窑内火焰，不使其穿出烧坏胸墙托板和巴掌铁。一般熔化区胸墙采用AZS33电熔砖，上间隙砖采用低蠕变耐崩裂的烧结锆英石砖，澄清区胸墙一般采用优质硅砖。胸墙的高度取决于燃料的种类和质量、熔化率、熔化耗热量、熔窑规模、散热量、气层厚度等因素。从理论上讲，只要保证胸墙用耐火材料的抗侵蚀能力，胸墙就不会成为影响到熔窑寿命的关键部位，然而在实际使用中，很多熔窑因熔化区胸墙内倾导致熔窑寿命缩短，有的熔窑在后期由于放料不及时，出现了胸墙倒塌事故。究其原因，主要是由于大碹砌筑结束后紧固拉条时导致胸墙托板倾斜（外高内低）使胸墙内倾。另一原因是由于池壁绑砖后，胸墙托板暴露在火焰空间中，使托板变形，导致胸墙内倾，为了减少或避免这一现象的出现，对熔窑胸墙进行了改进的的设计，这种结构的特点是取消了间隙砖，大碹碹脚直接靠紧胸墙，胸墙托板降低，上层胸墙有意内倾，大碹边碹砖采用三层锆英石砖，熔化区挂钩砖取消了挂钩设计，这样可避免因电熔AZS质挂钩砖质量原因，导致挂钩砖断裂而引起胸墙内倾。另外，有些大型熔窑将50mm厚普通碳钢托板改为60mm厚中硅球墨铸铁托板，也收到良好效果。（3）大碹结构大碹的作用是与胸墙、前脸墙组成火焰空间，同时，还可以作为火焰向物料和玻璃液辐射传热的媒介，即吸收燃料燃烧时释放的热量，再辐射到玻璃液表面上。大碹的重量是由钢碹碴通过上巴掌铁并由立柱传到窑底钢结构上。大碹的高低和特性可通过股跨比来反映。从热工角度考虑，大碹低一些是有益的，能尽可能地将热量辐射给玻璃液。降低大碹高度可通过降低胸墙高度和减少大碹碹股来实现，但是，胸墙高度是受到小炉喷出口和大碹的结构强度等因素的制约；股高越小，推力越大，同时散热亦小。减少碹股会增加大碹的水平推力，碹的不稳定性加大。一般大型浮法玻璃熔窑的大碹股跨比为1：8左右。根据熔化部的长度，大碹可以分为若干节，一般至少在三节以上。砌筑时每节碹之间预留的膨胀缝约为100～120㎜，前、后山墙处的碹顶膨胀缝要留宽些。大碹一般用优质硅砖砌筑，砖的形状为契形，横缝采用错缝砌筑，灰缝（又称泥缝）的大小根据所采用砌筑灰浆（又称泥浆）的具体要求来确定，一般为1～2㎜。浮法玻璃熔窑大碹碹碴大多采用钢碹碴，并要求吹风冷却。两边钢碹碴的斜面延长线需通过大碹碹弧的圆心，其形成的夹角为大碹的中心角。大碹的寿命决定了整个熔窑的窑龄，大碹在使用中的薄弱环节为测温孔、测压孔等孔洞、大碹砖的横缝（又称顶头缝）、每节碹的碹头以及大碹的边碹部分。窑炉在正常作业时，窑内为正压，碹顶的各种孔洞很容易因穿火被越烧越大，边碹如果与钢碹碴接触不够紧密，很容易被火焰冲刷、烧损，因此，这些地方应采用性能较好的耐火材料，目前使用较多的是烧结锆英石砖。（4）池壁、池底的结构窑池由池壁和池底两部分组成，池壁和池底均用大砖砌筑。窑池建筑在由窑下炉柱支撑的钢结构梁上，整个窑池的质量及其盛装的玻璃液的质量均有窑下炉柱支撑的钢结构承担，浮法玻璃熔窑的炉柱一般为混凝土质或钢质立柱。炉柱上面架设沿窑长方向的工字钢或H型钢主梁，大型浮法玻璃熔窑主梁一般为4根，在主梁上沿主梁垂直方向安装工字钢次梁。以前没有窑底保温时，直接在次梁上铺扁钢，在扁钢上铺粘土大砖，此时次梁应避开粘土大砖的砖缝，每块砖的下面要对应2根扁钢和2根次梁。目前保温技术已经普遍采用，窑底结构也随之发生变化，即在次梁上沿垂直次梁方向铺设槽钢，槽钢内卡砌垛砖，垛砖上铺设池底粘土大砖，铺大砖之前，在槽钢上焊活动钢板支撑架，并在垛砖之间，支撑架之上砌保温层。池深变浅和窑底保温后，底层玻璃液温度升高，，流动性增大，为减少玻璃液对池底砖的腐蚀，在粘土大砖之上铺保护层，即捣打一层厚25㎜的锆英石捣打料或锆刚玉质捣打料，再在其上铺一层厚度为75㎜的电熔锆钢玉或烧结锆钢玉砖。池壁砌筑在池底粘土大砖上。因熔化部玻璃液表面进行燃料的燃烧和配合料的熔化，玻璃液表面的温度达到1450℃以上，玻璃液的对流也较强，加之液面的上下波动，因此，池壁的腐蚀比较严重，特别是玻璃液面线附近池壁损坏较快。以前，因投资费用和其他因素的影响，池壁往往采用多层结构，下部用粘土砖，中部采用电熔莫来石砖，上部使用电熔锆钢玉砖，此种结构池壁的受侵蚀情况不均匀，即接近液面线处侵蚀最严重，这种池壁对玻璃液的质量影响较大。目前，浮法玻璃熔窑池壁采用整块大砖——通常采用刀把砖竖缝干砌，材质一般为AZS33电熔砖，这种池壁没有横缝，材质档次提高，受侵蚀速度较慢，对玻璃液的污染小，使用寿命长，被广泛应用。池壁厚度由300㎜减少到250㎜。随着人们对窑炉寿命的期望值不断提高，对池壁结构也在不停进行着探索，到2000年以后，刀把形池壁砖在浮法玻璃熔窑上得到应用和推广。材质为AZS33、AZS36电熔砖，也有个别企业使用AZS41电熔砖的。但是，AZS41电熔砖的热稳定性较差，在烤窑时容易发生炸裂。因此池壁厚度越小，冷却风的冷却效果就越好，采用刀把形砖可以绑两次砖，且侵蚀速度慢，因此大大延长了池壁的寿命（可以达到10年以上）。三卡脖、冷却部卡脖处于熔化部与冷却部之间，是为了安装冷却水包和搅拌器，隔离熔化部气流对冷却部玻璃成型的影响。因为熔化好的玻璃液黏度小不适于成型，必须通过