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对热风烤窑高温过火技术应用的探讨



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俄罗斯熔铸耐火材料产量只占其定形耐火材料产量的2%。但是,由于具有独特的性能,熔铸耐火材料能够有效地应用于高温窑炉的内衬,尤其是在玻璃熔窑(生产平板玻璃、装潢玻璃、各种容器等)中占据特别重要的地位。依据玻璃窑炉结构的不同,熔铸耐火材料的用量占其耐火材料用量的40%~80%。此外,熔铸耐火材料也能有效地用于玻璃塑料、玄武岩纤维、矿物棉、晶体硅和焊剂生产设备中,也可以用于放射性废料的有效利用装置上。

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众所周知,对于一个玻璃生产企业来说,熔窑是企业的心脏,玻璃熔窑合理的结构、优秀的砌筑质量和成功的烤窑无论是对于延长熔窑使用寿命还是提高玻璃产品的产量质量都具有重大的意义。随着玻璃工业技术的发展,玻璃窑炉寿命普遍延长,热利用率及玻璃质量显著提高,这与耐火材料质量的提高、新品种耐火材料的出现有关。特别是与上个世纪电熔耐火材料的发展有着紧密关系。由于电熔耐火材料具有致密度高、耐磨、良好的高温机械性能和抗玻璃液侵蚀性能,因此目前玻璃熔窑的重要部位都为电熔锆刚玉砖所代替。在我国多年以来,大小玻璃熔窑建成后进行点火烘炉基本都是沿袭老的传统,那就是熔窑升温10—13天后,在熔窑内部800—850℃温度区间过大火,而在这个温度间过火主要是考虑了硅质耐火材料和粘土质耐火材料内部结构晶体转化,根据这两种耐火材料的热膨胀系数和温度范围制定升温曲线、过大火。国内的玻璃熔窑烤窑,在升温预热期间,基本能做到按升温曲线升温,并及时调节拉条,使得熔窑各部位耐火材料膨胀均匀。但在800—850℃过大火后,从850—1200℃区间温度波动大、并且难以控制,有的时候一小时内上下波动达百度以上,这将引起耐火材料的激烈变化,尤其是电熔耐火材料在950—1200℃时会发生晶体转变,并伴有6.9%的体积收缩。所以在此温度区间内,升温操作要特别考虑电熔AZS材料,如温度波动较大,则会造成电熔砖炸裂。电熔锆刚玉砖受高温剧烈波动影响在短时间内即会形成横纵向裂纹,特别是火焰空间部位,如:胸墙挂钩砖、入口碹砖、小炉垛和小炉口部位,这些地方出现炸裂后,一般在新窑运行初期影响并不明显,但进入窑炉运行中期,则会出现挂钩砖掉头,从而暴露托板,造成胸墙向窑内倾斜。国内玻璃企业曾发生数起因上述原因胸墙倾斜严重导致倒塌、放水停产,遭受重大经济损失。在西方工业发达国家,随着材料科学的进步、烤窑技术和控温手段的发展,目前玻璃熔窑烤窑过大火温度已升至1100—1150℃,在这个温度区间熔窑各部位的耐火材料基本已完成了晶体转变,处于平稳阶段,这时过大火较容易与过大火后的温度衔接,不会造成较大波动,从而防止了电熔砖的炸裂,为窑炉的安全运行奠定了良好的基础。目前,发达国家玻璃窑炉的使用寿命一般在10年以上,高温烤窑是其中一条重要因素。在国内,玻璃熔窑的使用寿命近年来也显著提高,已经由以前的3—4年窑期提高到6—8年。目前国内新设计的玻璃生产线计划窑龄也都在十年以上,这与耐火材料质量的提高,熔窑结构、砌筑质量的改善以及合理的运行使用是分不开的,而我们同样不能忽略高质量的烤窑预热工作。在国内玻璃工业的发展过程中,因不合理的烤窑留下安全隐患,造成窑炉事故甚至提前放水的案例屡见不鲜,已经引起技术人员和玻璃生产企业高层管理者的高度重视,但由于各种原因,国内玻璃生产企业无论是在新建窑炉还是冷修的窑炉烤窑施工中选择高温过大火的并不多,究其原因无非有两个:其一、出于短期经济利益的考虑。高温过大火与传统850℃过大火相比,所需能耗较高、升温时间较长,如:熔化量为500t/d的熔窑1150℃过大火与850℃过大火相比,需多用柴油80—100吨,850℃过大火升温至1150℃所需重油约100—120吨,计算差价,1150℃过大火油耗比850℃过大火多支出10万元左右,还要增加3—5天的烤窑升温期。然而10万元费用相对于因不合理的低温过火留下的窑炉隐患所造成的百万甚至千万大修支出;3—5天相对于高温过火所延长的1—2年窑龄,我们的企业管理者会怎么选择呢?其二、国内能够达到1100℃以上过大火的烤窑专业队伍众里难寻。高温过大火需要的不仅仅是高超的专业技术,更需要先进、过硬的设备支持。目前绝大多数国内专业烤窑企业的设备水平与发达国家比较还有一定差距,一是升温控温能力有限、一是材料设备抗高温能力有限。比如国内的燃烧器喷火管,一般在900℃以上时就会掉头,温度自然也上不去了。所以长期以来,国内的合资或独资玻璃企业一直出高价聘请国外窑炉公司进行烤窑烘炉。近年来,国内专业化窑炉公司已经意识到高温烤窑是玻璃工业未来大势所趋,努力向这个方向发展突进。2002年,秦皇岛耀华窑炉热态工作有限公司率先突破技术和设备瓶颈提出并实现了高温烤窑在1100℃以上过大火。先前,我公司依托耀华企业多年积累的技术和人才优势,投重资与研究设计单位联合开发了具有国际领先水平的新型烤窑设备。该设备由工控计算机控制烤窑风机启停、实时监测各测点温度及碹体膨胀,并绘制升温曲线。新设备中尤值注意的是该公司购进的16台介质雾化燃烧器。
它采用内外夹套及独特的旋流和切线导流技术,使用介质雾化,在低温低油压时,可以保证燃烧更加充分、不冒烟且油的利用率高、热效能好。新燃烧器与风机改用金属软管连接,燃烧器前的喷火管选用进口优质耐热材料经特殊工艺焊接制作,可耐1200℃高温,从而保证了在1100℃以上过大火的需要。该烤窑设备自动化程度高、控温能力强,能均衡、准确的控制熔窑由室温升至1100℃以上,有效避免了因过大火时温度梯度过大,造成电熔砖炸裂、墙体倾斜等现象,从而确保了烤窑工作的科学、安全、合理和可靠性,提高熔窑的使用寿命。该设备代表了目前国内烤窑装备的最高水平。我公司在2002、2003两年中,使用新型烤窑设备先后为秦皇岛耀华玻璃工业园450t/d浮法玻璃生产线、北方玻璃集团公司压花玻璃生产线、秦皇岛耀华股份公司500t/d浮法玻璃生产线、阜新恒瑞玻璃有限公司500t/d浮法玻璃生产线、佳木斯佳星玻璃股份有限公司360t/d燃煤浮法玻璃生产线、沈阳耀华玻璃有限公司500t/d浮法玻璃生产线以及天津远洋玻璃有限公司269t/d格法玻璃生产线等多家企业的玻璃熔窑提供了高温烤窑服务,均达到了1100℃以上过大火,熔窑各部位膨胀合理,都没有出现AZS砖炸裂情况,得到了各企业的一致好评。这两年,国内新玻璃生产线建设和老线冷修都进入高峰期,我们建议有条件的玻璃企业、特别是大型浮法窑,在点火烤窑时尽可能的选用高温过大火方案,要知道,今天的付出是明天的窑龄和质量。(end)

过去20年来,俄罗斯的熔铸耐火材料的产量减少了3成,目前只有3家企业生产熔铸耐火材料:谢尔滨斯基电熔耐火材料厂、РХИ博多利斯基耐火材料厂和朵玛杰多夫斯基电熔制品厂。这些企业的主要技术装备落后,只能提供两种类型的耐火材料产品:锆刚玉制品和刚玉制品。

  近十几年来,我国玻璃工业用耐火材料有了长足的进步,综合体现在大型浮法玻璃熔窑窑龄,由3~4年提高到5~8年,并且全部材料实现了国产化,大大缩小了与国外先进水平的差距,为玻璃工业用耐火材料今后的发展,奠定了比较坚实的基础。但是与玻璃工业进一步发展的需要和国外先进水平相比,仍然存在不少问题亟待解决。

目前,俄罗斯国内熔铸耐火材料无论是产量还是产品品种和质量均不能满足俄罗斯用户的要求,大多数企业所用的熔铸耐火材料都依靠进口。

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锆刚玉耐火材料

  我国加入WTO后,国外优质价廉产品可以长驱直入,同时中国优质产品进入国际市场也变得更加便利。抓住机遇认真分析我国玻璃工业用耐火材料存在的问题和与世界先进水平的差距,采取正确的对策,尽快缩小与发达国家的差距,赶超世界先进水平,这将是我们应对入世后挑战的最佳回应。下面将根据目前存在的主要问题,结合对今后发展的思考,提出一些解决意见。

锆刚玉熔铸耐火材料是目前俄罗斯境内唯一能批量生产的熔铸耐火材料(牌号Бк-33、Бк-37、Бк-41),其化学组成与国外产品相同。应该指出的是,俄罗斯国内的熔铸技术还是能够生产出玻璃窑用大多数品种的熔铸耐火材料,其抗侵蚀性和进口制品的处于同样的水平。但是,与国外主要公司的同类产品相比,俄罗斯生产的锆刚玉制品的主要特点是其向玻璃料中析出夹杂物的可能性比较高。中国企业供应到俄罗斯市场的锆刚玉砖产生这类缺陷的可能性也较高,而获得SEPR和Monofrax公司技术授权的中国企业生产的制品就避免了这些缺点。国外企业生产的锆刚玉砖质量高的原因是其在电弧炉中按照氧化熔融工艺生产。谢尔滨斯基电熔材料厂曾用氧化熔融工艺进行了工业试验,生产出1000多吨锆刚玉制品,供应到平板玻璃生产厂使用。上世纪90年代,由于经济状况发生变化,关于氧化熔融工艺的所有工作都被终止。

  一、做大做强具有雄厚技术创新实力和国际竞争力的科工贸一体化的大型配套耐火材料领军企业,使之成为提升行业整体水平、带动整个行业发展的主导力量。

刚玉质耐火材料

  目前,玻璃工业用耐火材料行业存在着企业多、规模小,力量分散、低水平重复建设、各自为战、市场无序竞争等现象,致使行业整体水平提高缓慢。以熔铸耐火材料为例,近年来我国先后建成了熔铸耐火材料企业30多家,这些企业近年来尽管多数有了不同程度的进步,但大多数企业生产规模较小,技术力量薄弱,工艺装备落后,产品质量难以保证。烧结耐火材料也有类似情况。从而形成一方面普通产品过剩,另一方面高档产品尚需进口的局面,且由于这些企业低价倾销,造成市场混乱,成为骨干企业提升产品档次的障碍。因此,亟需有实力的科工贸一体化的耐火材料公司,保证提供质量可靠的优质配套耐火材料。这种公司可以运用自己雄厚的实力整合资源,做大做强,引导行业不断提高整体水平,攀登新的高峰。所谓做大就是公司要有自己可控的一定规模的熔铸耐火材料、碱性耐火材料、硅砖、锆质、锆刚玉质、硅线石、莫来石耐火材料和新型不定形耐火材料生产基地与配套体系,可以提供整窑优质配套耐火材料,满足整个玻璃行业包括玻璃纤维行业对耐火材料的需要。所谓做强,就是要靠新出强,充分利用雄厚的技术优势,不断进行技术创新,提升行业整体水平,使之成为具有国际竞争力的大型耐火材料配套公司。

在世界范围内,刚玉质熔铸耐火材料生产和使用规模仅次于锆刚玉砖。由于其向玻璃料中析出夹杂物的可能性最小,使用优质熔铸刚玉砖可保证玻璃制品具有较高的质量。PХИ博多利斯基耐火材料是俄罗斯国内唯一的一家熔铸刚玉耐火材料(КЭЛ-93与КЭЛ-95)生产企业。该厂生产的这种耐火材料成功应用于钢锭和钢坯热处理加热炉炉底内衬,但是,由于向玻璃料中析出夹杂物的几率高,其在玻璃熔窑中的应用受到限制。只有国外公司生产的熔铸刚玉耐火材料可以满足玻璃生产企业,尤其是光学玻璃、照明玻璃、医用玻璃制造企业的需求。应该指出的是,俄罗斯国内的企业也具有生产熔铸刚玉制品的经验。

  二、玻璃熔窑的设计、耐火材料的生产、熔窑的操作、维护、使用和耐火材料生产与使用的科研四者之间的紧密结合,是延长熔窑窑龄,尽快达到国际先进水平的重要条件之一。

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  要延长熔窑窑龄必须具备两个条件:一是有科工贸一体化的配套耐火材料公司,能够提供熔窑所需的各种优质配套耐火材料;二是要设计、生产、使用和科研紧密结合,发挥各自的优势,使整窑耐火材料的配置更加合理,尤其是窑龄8年以上的高龄熔窑,已经不完全是靠提高耐火材料质量所能达到的。高超的设计,精心的操作,维护管理和优质耐火材料的配套供给必须紧密结合,过去那种各管一段,互不沟通,相互脱节,缺乏整体观念的局面,是熔窑窑龄长期徘徊不进的重要原因之一。

  现在的问题是如何落实?由谁来落实,首先是由谁将四方组合起来?根据以往的经验,具有雄厚技术实力的科工贸一体化的耐火材料配套集团公司最为适合,他一方面根据对耐火材料性能的深刻认识和数据掌握,可以向设计和使用部门推荐各种配套方案,供选择;另一方面又可向使用部门提供所需的各种优质配套耐火材料,并跟踪使用情况,不断为用户提供服务,协助解决使用中可能出现的问题,将四方串起来,经常沟通,优势互补,形成一个整体,共同为提高熔窑窑龄和各项有关技术经济指标而努力。当然,行业协会也应该充分发挥行业自律和行业协调的职能,组织行业精英共同实现这一目标。

  

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