浮法玻璃退火窯技術現(xiàn)狀與發(fā)展

浮法玻璃退火窯技術現(xiàn)狀與發(fā)展

0浮法玻璃退火窯生產(chǎn)的技術措施浮法玻璃的換熱是指將針槽中的玻璃帶冷卻，消除玻璃中的殘余內(nèi)應力、光學不均勻性和穩(wěn)定玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并通過一定的溫度曲線進行冷卻的工藝過程。玻璃的退火可分為兩個主要過程：一是內(nèi)應力的減弱和消除；二是防止內(nèi)應力的重新產(chǎn)生。浮法玻璃退火窯作為浮法玻璃生產(chǎn)的三大熱工設備之一，對浮法玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本起到至關重要的作用。隨著我國浮法玻璃行業(yè)的發(fā)展，全國浮法玻璃生產(chǎn)線從當初的幾十條發(fā)展到今天近300條，規(guī)模從最初的80t/d發(fā)展到現(xiàn)在的1300t/d。市場對浮法玻璃的質(zhì)量要求越來越高，近年來新材料、新工藝在浮法玻璃退火窯生產(chǎn)中不斷應用。因此，很有必要對浮法玻璃退火窯的現(xiàn)有技術狀況進行歸納整理，對需要改進和提高的地方進行深入分析探討，為進一步提高浮法玻璃退火窯的技術水平和浮法玻璃行業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展提供保證。1浮法玻璃退火窯浮法玻璃退火窯位于錫槽后端過渡輥臺的后部，其后端連接冷端輸送輥道。主要包括：退火窯殼體、電加熱系統(tǒng)、冷卻風系統(tǒng)、輸送輥道和電控系統(tǒng)。退火窯一般分為A區(qū)（600～550℃）、B區(qū)（550～480℃）、C區(qū)（480～380℃）、D和RET區(qū)（380～220℃）、E區(qū)（220℃）及F區(qū)（220～70℃），其中A～C區(qū)是保溫區(qū)，D～F區(qū)為非保溫區(qū)。A～C區(qū)殼體由多節(jié)殼體依次連接而成，殼體內(nèi)側(cè)為耐熱鋼板（C區(qū)除外，為普通鋼板），外側(cè)為普通鋼板。殼體上下層及兩側(cè)墻內(nèi)充填實優(yōu)質(zhì)的保溫纖維氈。相鄰兩節(jié)殼體之間留有膨脹縫，膨脹縫中填充保溫棉密封，保證殼體受熱不變形。每節(jié)殼體兩側(cè)墻均開有觀察孔和扒渣孔。D區(qū)完成保溫區(qū)和非保溫區(qū)的過渡，內(nèi)無冷卻風，RET區(qū)內(nèi)有熱風循環(huán)系統(tǒng)。E區(qū)為敞開無風冷區(qū)，完成Ret區(qū)與F區(qū)的過渡，F(xiàn)區(qū)為敞開強制冷卻區(qū)。電加熱系統(tǒng)包括板上和板下電加熱器，板上分布于A～C區(qū)的殼體兩側(cè)，板下一般布置在A～B區(qū)的殼體兩側(cè)。冷卻風系統(tǒng)包括保溫區(qū)輻射式冷卻（包括板上和板下獨立的可調(diào)冷卻系統(tǒng)）、RET區(qū)冷卻和F區(qū)強制冷卻。輸送輥道包括輸送輥子、輥道梁、吊掛軸承座及傳動系統(tǒng)。電控部分包括輸送輥道傳動控制、加熱控制和風冷控制。目前，國際上制造浮法玻璃退火窯設備的最具代表性的公司主要有兩家：即比利時的CNUD（克努德）公司和法國的STEIN（斯坦因）公司，它們分別以各自獨特的設備結(jié)構(gòu)和退火工藝，向世界各國浮法玻璃生產(chǎn)廠家提供了許多條不同規(guī)模的退火窯設備。從這兩大公司的技術裝備及結(jié)構(gòu)特點看，各具特色，其玻璃退火質(zhì)量均處領先地位。其中比利時CUND公司采用冷風退火工藝，從事退火窯設備制造歷史較為久遠。法國STEIN公司為后起之秀，以其獨特的熱風退火工藝也占領了世界范圍內(nèi)一定的份額，STEIN結(jié)構(gòu)的退火窯在B區(qū)板上為熱風循環(huán)退火工藝，其它區(qū)的退火工藝與CNUD結(jié)構(gòu)的退火窯相同。兩家公司的退火窯殼體固定保溫層的鋼結(jié)構(gòu)形式和風管截面形式有所不同，其分區(qū)方法基本相同，但分區(qū)命名的代號字母不同，本文使用CNUD公司的退火窯分區(qū)代號。近幾年來，兩家公司在技術領域互相滲透，取長補短，使退火窯技術日臻成熟和完善。我國浮法玻璃退火窯技術是伴隨著浮法玻璃技術的不斷發(fā)展而發(fā)展的。1971年9月，我國研發(fā)團隊在洛陽玻璃廠建成了第一條用于工業(yè)生產(chǎn)的80t/d浮法玻璃生產(chǎn)線，當時的退火窯為磚結(jié)構(gòu)隧道式，成功生產(chǎn)出原板寬近1.3m、厚6mm質(zhì)量較好的浮法玻璃，投入市場后取得良好的經(jīng)濟效益。1985年，熔化量為400t/d的洛陽浮法二線于7月3日順利投產(chǎn)，使用CNUD退火窯。該線為我國引進的第一條CNUD退火窯，原板寬度為3.5m，是我國當時最大的一條玻璃生產(chǎn)線。1983年，中英合資企業(yè)——上海耀皮玻璃集團股份有限公司引進國內(nèi)第一條STEIN結(jié)構(gòu)的退火窯。至今，國內(nèi)曾先后選用引進過該兩家公司提供的許多條不同規(guī)模的退火窯設備，數(shù)量上基本各半，從使用效果來講，基本能滿足出優(yōu)質(zhì)玻璃的要求。秦皇島玻璃工業(yè)研究設計院在2004年在國內(nèi)首創(chuàng)設計完成大噸位的玻璃生產(chǎn)線——900t/d的浮法玻璃生產(chǎn)線，其退火窯內(nèi)寬達5.8m，長度達155m左右，并于當年年底投入使用，一次引板成功。隨后我院又設計了江門950t/d和河北元華1000t/d等大噸位浮法玻璃退火窯。目前，國內(nèi)較成熟的大噸位浮法玻璃退火窯的內(nèi)寬為5.7～5.8m，長150～190m。目前，國內(nèi)最大噸位1300t/d的浮法玻璃退火窯，于2012年10月在河北省沙河市正式投入使用。3國內(nèi)外市場發(fā)展現(xiàn)狀目前，國內(nèi)對退火窯的工藝研究、各組件的設計、制作和安裝水平達到了較高水平，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1）中國自主開發(fā)的退火窯與外國公司退火窯的主要技術參數(shù)相比水平相當，見表1。(2）退火窯輥道，特別是超薄玻璃和大噸位退火窯輥道的加工質(zhì)量，滿足了生產(chǎn)高質(zhì)量浮法玻璃的要求。90年代以前，高質(zhì)量的退火窯輥道基本依靠進口，價格昂貴。國內(nèi)當時僅有一家高合金離心鑄造廠家，鑄管長度僅有3m，直徑不足200mm。今天，我國已擁有鑄造廠十幾家，輥道加工廠近10家，規(guī)模最大可滿足生產(chǎn)玻璃原板5.2m，退火窯外寬近7m的輥子（輥子最大直徑f365mm，最大長度8m）。2001年，洛陽浮法玻璃集團0.8mm超薄浮法玻璃生產(chǎn)線應用了高精度的國產(chǎn)鋼輥。目前國內(nèi)生產(chǎn)的輥子性能與國外對比見表2。(3）探索出了適合退火窯殼體保溫的較理想的保溫材料，并通過精確的熱工計算得出各部位所需的最佳保溫厚度，開發(fā)了有利于保溫材料鋪設的結(jié)構(gòu)層鋪錯縫的科學布置和裝填方式，使退火窯具有優(yōu)良的保溫絕熱性能，更加穩(wěn)定了窯內(nèi)氣氛。目前，退火窯保溫材料一般使用優(yōu)質(zhì)的硅酸鋁陶瓷纖維毯（氈），具有低導熱率、低熱容量、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及抗熱震性。它的分類溫度為1100℃，體積密度128kg/m3，填充后密度160kg/m3，主要化學成分中，含Al2O344%，SiO250%。(4）退火窯A～C區(qū)控制設置單風冷卻和單電加熱控制回路。為了克服溫度控制系統(tǒng)的純滯后和大慣性的影響，單風冷卻和單電加熱控制采用規(guī)則協(xié)調(diào)PID控制算法，電加熱由變周期過零觸發(fā)阻性負載調(diào)功器進行加熱功率控制，提高了控制精度，減少了對電網(wǎng)的干擾。RET區(qū)的溫度控制回路采取PID控制算法，調(diào)節(jié)風管上的調(diào)節(jié)閥開度來控制熱風循環(huán)溫度，大大降低了玻璃板橫向溫差。(5）退火窯所有熱工參數(shù)全部進入DCS系統(tǒng)，集中顯示、報警，其控制方式的實現(xiàn)也均由DCS系統(tǒng)完成。DCS控制系統(tǒng)能實現(xiàn)分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。(6）退火窯主傳動控制可靠性較高。主傳動采用交流變頻調(diào)速，2臺變頻器互為備用。正常情況下主變頻器以100%帶載工作，備用變頻器以95%速度跟蹤，當主變頻器出故障時，備用變頻器自動投入并提升至原設定速度運行。(7）國內(nèi)對退火窯安裝調(diào)試也達到了較高水平。國內(nèi)一些生產(chǎn)退火窯的專業(yè)廠家，比如洛陽建材機械廠、秦皇島華勘玻璃機械廠等，成立了專業(yè)的設備安裝隊，配置了先進的測量儀器，完全符合國家規(guī)定的設備安裝標準、行業(yè)標準和設計要求，輥子安裝精度達到了較高水平。與國外對比見表3。4加強石棉制品，提高玻璃熱性能國內(nèi)浮法玻璃退火窯經(jīng)過40多年的發(fā)展，其技術水平不斷得到完善，但在結(jié)構(gòu)和控制方面仍存在一些不足之處，需要改進和提高。(1）解決大噸位玻璃生產(chǎn)中A區(qū)前部溫度過高問題。由于大噸位玻璃板的寬度比較大，其從過渡輥臺進入退火窯后帶入的熱量較多，造成退火窯前部內(nèi)部空間溫度較高，不利于玻璃的正常退火。應采取必要措施將退火窯A區(qū)板上進風口引到廠房外，前部板下加獨立的冷卻系統(tǒng)，以便降低其空間溫度。國內(nèi)有的玻璃廠嘗試在玻璃板下增加冷卻水包進行冷卻，取得了不錯的效果。(2）普通鋼輥的熱變形嚴重影響A區(qū)玻璃的外在質(zhì)量，石英陶瓷輥的熱穩(wěn)定性是普通鋼輥無法比擬的。為進一步提高玻璃質(zhì)量，應大力推進石英陶瓷輥在浮法玻璃退火窯中的應用，而通過技術創(chuàng)新來降低石英陶瓷輥的成本是非常迫切的。(3）鑒于石棉制品材料對人體的危害，應盡快研究開發(fā)能替代石棉輥道，且成本低廉的輥子，以利于環(huán)保。(4）開發(fā)新型電加熱器，并研究其較合理的布置方式，使退火窯內(nèi)能夠建立一種多層次立體化的易控的溫度場。電加熱器（電稱之為電加熱手）應結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量更輕、更換簡單、調(diào)節(jié)范圍廣。(5）進一步優(yōu)化玻璃板下風管截面設計和空間布置方式，依據(jù)板上、板下風機獨立的風系統(tǒng)設計理念，在不產(chǎn)生過大的暫時應力條件下提高冷卻速度，以便減少退火窯的長度，節(jié)約投資和生產(chǎn)成本。(6）進一步優(yōu)化退火窯A～C區(qū)風冷卻橫向分區(qū)，提高控制精度，進一步減少玻璃板的橫向溫差，提高玻璃退火質(zhì)量。重點優(yōu)化控制程序，提高測溫和控制組件的精度和可靠性。特別是STEIN結(jié)構(gòu)的退火窯B區(qū)板上為熱風循環(huán)退火，應進一步提高冷熱風混合比例的調(diào)節(jié)精度。(7）進一步完善和簡化窯內(nèi)風管熱膨脹補償結(jié)構(gòu)，精簡熱膨脹補償器的數(shù)量，解決超長的窯內(nèi)風管熱膨脹消除問題，保證窯內(nèi)風管、風箱之間接頭不泄露，穩(wěn)定窯內(nèi)氣氛，降低設備造價。(8）優(yōu)化重要退火區(qū)B區(qū)的結(jié)構(gòu)設計，使B區(qū)玻璃永久應力大大降低，進一步提高玻璃的退火質(zhì)量。(9）優(yōu)化RET