光伏玻璃窯池池壁磚材質(zhì)的選擇與配置對(duì)比

隨著光伏組件廠商對(duì)玻璃的要求不斷提高，光伏壓延玻璃熔窯的大型化和薄板化的需求已成必然趨勢(shì)。目前，光伏壓延玻璃熔窯規(guī)模已發(fā)展到1000?1200t/d的級(jí)別。今后隨著光伏組件廠商逐漸對(duì)厚度為2.5mm、2mm和1.6mm光伏玻璃的大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用，光伏玻璃供應(yīng)商必然調(diào)整生產(chǎn)，尤其是對(duì)成形及其溫度要求有所改變，勢(shì)必影響通路的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的調(diào)整。由于光伏壓延玻璃中鐵含量極低，導(dǎo)致玻璃液透光率高，熱透性強(qiáng)，水平方向上對(duì)流強(qiáng)度大，而光伏壓延窯爐卡脖處已很少有使用攪拌器的情況，同時(shí)卡脖逐漸往縮短、變窄的方向發(fā)展，這就導(dǎo)致玻璃液在卡脖位置的降溫幅度有限，使得卡脖出口附近玻璃液溫度較高，從而影響卡脖出口附近通路池壁磚材質(zhì)的選擇。有些光伏壓延窯爐通路池壁完全選用電熔α-β剛玉磚，而卡脖出口附近溫度較高，對(duì)電熔α-β剛玉磚的侵蝕劇烈，有可能存在隱患。筆者建議在卡脖出口附近下游的池壁適當(dāng)選擇電熔鋯剛玉磚，達(dá)到優(yōu)化合理的配置，從而更靈活地適應(yīng)溫度和產(chǎn)品規(guī)格的變化。兩種池壁磚材質(zhì)的配置優(yōu)缺點(diǎn)1.1通路池壁磚材質(zhì)的2種配置卡脖出口附近通路的池壁磚在材質(zhì)選擇上尚未統(tǒng)一，有的光伏壓延窯爐全部采用電熔α-β剛玉磚;有的光伏壓延窯爐采用33#氧化法無縮孔的電熔鋯剛玉磚和電熔α-β剛玉磚搭配使用，但在搭配使用時(shí)采用的比例及距離卡脖的位置尚待探討。1.2兩種不同材質(zhì)的電熔磚的優(yōu)缺點(diǎn)光伏壓延窯爐池壁磚一般選擇優(yōu)質(zhì)主流品牌生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，普通澆鑄的電熔α-β剛玉池壁磚價(jià)格在4萬/t左右，而33#氧化法無縮孔的電熔鋯剛玉池壁磚價(jià)格在3.5萬/t左右。這是因?yàn)殡娙郐?β剛玉磚的制造難度和技術(shù)投入都高于電熔鋯剛玉磚，因此在池壁磚價(jià)格方面，電熔α-β剛玉磚價(jià)格要略高于33#氧化法無縮孔的電熔鋯剛玉磚。電熔鋯剛玉磚抗污染性不如電熔α-β剛玉磚，這是因?yàn)檠趸X系電熔磚十分純凈，Al2O3含量占90%以上，在玻璃液中磚體表面生成的霞石變質(zhì)層的黏度不如含ZrO2的霞石變質(zhì)層黏度大，比較容易溶解，所以高溫下耐侵蝕性能不如電熔鋯剛玉磚，但由于流入玻璃液中的雜質(zhì)與玻璃液黏度相差越大越不易溶解消除，而氧化鋁磚的霞石變質(zhì)層黏度小，易溶于玻璃液，所以對(duì)玻璃液的污染小。因此在高溫區(qū)域(>1350℃)，氧化法無縮孔的電熔鋯剛玉磚在耐玻璃液侵蝕性能上要強(qiáng)于電熔α-β剛玉磚;在低溫區(qū)域(<1350℃)，電熔α-β剛玉磚與電熔鋯剛玉磚比較，耐侵蝕性相差甚微，甚至略優(yōu)于后者。電熔α-β剛玉磚由于含玻璃相極少，對(duì)玻璃液污染又較少，所以在溫度低于1350℃的地方使用較好。玻璃液在卡脖處的溫降玻璃液在通過卡脖的溫降幅度，有很多種計(jì)算方法，如實(shí)測(cè)、模擬或理論計(jì)算等。模擬和理論計(jì)算比較繁瑣，也會(huì)有不同程度的誤差，筆者選擇實(shí)測(cè)法，通過測(cè)溫儀分別對(duì)窯爐A和窯爐B測(cè)溫取得的數(shù)據(jù)如表1所示。表1窯爐A和B卡脖入口和出口測(cè)量所得的玻璃液溫度對(duì)比各個(gè)窯爐在生產(chǎn)時(shí)對(duì)玻璃液溫度監(jiān)控的位置選擇有所不同，這里選擇的位置是以卡脖入口和出口的玻璃液溫度作為溫度的監(jiān)控點(diǎn)，以2座窯爐A和B作為對(duì)比，對(duì)卡脖入口和出口的玻璃液溫度做相應(yīng)的測(cè)溫，用3臺(tái)不同的高溫測(cè)溫儀相互校驗(yàn)測(cè)溫，經(jīng)測(cè)同一地方的溫度，誤差在5℃以內(nèi)，從而防止在測(cè)量中誤差較大，保證了3臺(tái)測(cè)溫儀的測(cè)溫準(zhǔn)確性。表1中2座窯爐結(jié)構(gòu)與尺寸完全一致，2座窯爐卡脖出口附近池壁磚材質(zhì)均為電熔α-β剛玉磚。窯爐A卡脖出口的溫度接近1370℃，窯爐B卡脖出口溫度在1350℃左右，同樣的窯爐在生產(chǎn)同樣規(guī)格的玻璃時(shí)采取的溫度工藝制度差別還是比較明顯的。窯爐A在卡脖出口附近的玻璃液溫度明顯高于1350℃，卡脖出口附近池壁磚材質(zhì)又是電熔α-β剛玉磚，同樣的拉引量，溫度更高，玻璃液對(duì)池壁磚的侵蝕會(huì)更快，因此要加強(qiáng)對(duì)卡脖出口附近池壁磚的監(jiān)控，尤其是距離卡脖出口拐角磚最近的通路池壁。同時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，比如對(duì)池壁磚進(jìn)行吹風(fēng)降溫，以減緩對(duì)池壁的侵蝕。我們發(fā)現(xiàn)窯爐A在卡脖入口處的玻璃液溫度比窯爐B高20℃左右，而2座窯爐玻璃液在經(jīng)過卡脖散熱和卡脖深層水包散熱以后到達(dá)卡脖出口的溫降幅度差別不大，同樣為20℃左右。引起2座窯爐卡脖出口的玻璃液溫度的主要差別在于澄清溫度的設(shè)定。筆者建議可以適當(dāng)降低窯爐A的澄清溫度，同時(shí)適當(dāng)減少橫通路和支通路的散熱，這樣既滿足了成形溫度，又減少了對(duì)窯爐的侵蝕，也達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。通過表1我們還發(fā)現(xiàn)窯爐A和窯爐B的玻璃液經(jīng)過卡脖的溫降幅度在90℃左右，而浮法玻璃窯爐玻璃液在卡脖的溫降幅度為110℃左右。這是因?yàn)楦》úＡЦG爐卡脖位置除了有卡脖深層水包，還有水平攪拌器或垂直攪拌器，同時(shí)冷卻部有稀釋風(fēng)、空間冷卻水包等調(diào)溫手段，而很多光伏壓延玻璃窯爐在取消攪拌器和稀釋風(fēng)的基礎(chǔ)上，又加強(qiáng)了通路的保溫，導(dǎo)致光伏壓延窯爐玻璃液在通過卡脖后的溫降幅度小。因此光伏壓延窯爐在卡脖出口附近池壁磚的材質(zhì)選擇上要特別注意。設(shè)置電熔鋯剛玉磚的必要性3.1較高的澄清溫度現(xiàn)在很多窯爐普遍采用“雙高”作業(yè)制度，即“高溫熔化”和“高溫澄清”，而光伏壓延玻璃的熱透性強(qiáng)，玻璃液上下層溫差小，其澄清區(qū)域的深層氣泡較難澄清，一般溫度工藝設(shè)置時(shí)也會(huì)相應(yīng)提高澄清溫度。如上表1中窯爐A在卡脖入口的溫度都高于1455℃，設(shè)定這么高的澄清溫度，勢(shì)必導(dǎo)致玻璃液在卡脖出口的溫度也有所提高。3.2逐漸縮短變窄的卡脖卡脖一般采用窄長形式，目前卡脖尺寸有逐漸往縮短、變窄的發(fā)展趨勢(shì)，表1中2座窯爐卡脖長度均為7500mm，寬度均為4000mm，而目前同等規(guī)模的窯爐卡脖長度為5000mm，寬度為2200mm，在其他條件相同的情況下，玻璃液在通過后者窄短卡脖時(shí)的溫降幅度會(huì)小于90℃。更窄的卡脖減少了通路玻璃液的回流，也就減少了二次加熱，有利于節(jié)能降耗，但玻璃液在通過更短更窄的卡脖時(shí)流速更快，散熱面積又減小了，玻璃液在通過卡脖后的溫降幅度會(huì)變小，從而造成玻璃液在卡脖出口的溫度有所升高。3.3節(jié)能和保溫的需要通路溫度調(diào)節(jié)的措施一般為開關(guān)散熱孔觀察孔，稀釋風(fēng)或保溫層的增減，使用空間水包或者擋板等。為了節(jié)能降耗，光伏壓延窯爐通路會(huì)盡量采取良好的保溫措施，合適緩慢的降溫，有利于玻璃液液流的穩(wěn)定和玻璃液對(duì)微氣泡的吸收。良好的保溫措施，同樣會(huì)造成卡脖出口玻璃液溫度較高。電熔鋯剛玉池壁磚距離的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，熔窯噸位越大，玻璃液的降溫速率越慢。以700t/d的熔窯為例，玻璃液從熱點(diǎn)到卡脖平均溫降約為7.5℃/m，而在同樣的冷卻強(qiáng)度或者同樣的保溫情況下，高溫處的溫降要大于低溫處的溫降，出于安全保守的考慮，筆者設(shè)定玻璃液在卡脖出口附近的溫降為6℃/m。同時(shí)33#氧化法無縮孔電熔鋯剛玉磚的玻璃相初析溫度不低于1400℃，筆者再設(shè)定較高的卡脖出口玻璃液溫度為1400℃，取6℃/m的溫降，當(dāng)溫度降至1350℃以下視為安全溫度。因此筆者認(rèn)為從溫度方面考慮，在距離卡脖出口拐角磚9000mm距離的下游不宜再使用電熔鋯剛玉磚。以典型的一窯四線窯爐和一窯五線窯爐簡單說明，圖1為一窯四線的窯爐，分別以卡脖出口兩個(gè)拐角磚為圓心，9000mm的長度為半徑畫圓，在這兩個(gè)圓內(nèi)以紅色粗線條示意的池壁全部選用33#氧化法無縮孔電熔鋯剛玉磚。玻璃液在出卡脖以后到達(dá)最近的支通路時(shí)，其實(shí)際溫度已經(jīng)降至1350℃以下，玻璃液對(duì)該支通路池壁磚的沖刷侵蝕已明顯減弱，因此一窯四線的窯爐支通路池壁全部選用電熔α-β剛玉磚。圖1一窯四線窯爐卡脖出口附近通路池壁材質(zhì)配置示意圖圖2為一窯五線的窯爐，同樣分別以卡脖出口的2個(gè)拐角磚為圓心，9000mm的長度為半徑畫圓，在這2個(gè)圓內(nèi)以紅色粗線條示意的池壁全部選用33#氧化法無縮孔電熔鋯剛玉磚。橫通路寬度一般在3500~7000mm范圍內(nèi)，玻璃液在進(jìn)入最中間的支通路時(shí)溫度還是比較高，同時(shí)玻璃液對(duì)此支通路入口附近池壁磚沖刷侵蝕也會(huì)比較嚴(yán)重，因此此支通路入口池壁需部分選用33#氧化法無縮孔電熔鋯剛玉磚，其它4條支通路池壁選用電熔α-β剛玉磚。圖2一窯五線窯爐卡脖出口附近通路池壁材質(zhì)配置示意圖對(duì)于已投產(chǎn)窯爐的生產(chǎn)建議基于對(duì)電熔α-β剛玉磚的耐玻璃液侵蝕性能的考慮，筆者建議應(yīng)控制卡脖出口玻璃液的溫度，盡量低于1350℃，尤其對(duì)于通路池壁全部是電熔α-β剛玉磚的窯爐，可以從以下幾個(gè)方面著手：(1)適當(dāng)降低澄清溫度。過高的澄清溫度，對(duì)提升玻璃液澄清效果并無改善，反而增加能耗，還加重對(duì)窯爐耐火材料的侵蝕，影響玻璃質(zhì)量。(2)加強(qiáng)卡脖深層水包的冷卻強(qiáng)度和卡脖散熱，必要時(shí)增加其它冷卻手段。適當(dāng)增加卡脖深層水包的壓入深度，對(duì)玻璃液的降溫有明顯效果，同時(shí)在節(jié)能和改善玻璃質(zhì)量方面也有好處，其壓入深度又不可過深，可以根據(jù)具體的窯爐結(jié)構(gòu)尺寸做相應(yīng)調(diào)整，其壓入深度為卡脖深度的35%~50%左右即可。(3)加強(qiáng)卡脖出口附近通路池壁外表面的散熱和冷卻，尤其是液面線附近，此處為氣固液3相交界處，侵蝕最快。采用風(fēng)冷是比較好的方式，必要時(shí)對(duì)此處池壁上部采取綁磚的方式來延長池壁磚的壽命。對(duì)于卡脖出口附近通路池壁使用電熔鋯剛玉磚和電熔α-β剛玉磚搭配的窯爐，在可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玻璃的情況下，適當(dāng)降低溫度，不論在節(jié)能降耗上還是在減輕對(duì)窯爐侵蝕方面均有好處。經(jīng)驗(yàn)證明，在正常熔制作業(yè)溫度范圍內(nèi)，窯內(nèi)溫度每升高50℃，對(duì)耐火材料的侵蝕速率增加1倍，同時(shí)也不利于玻璃質(zhì)量和窯爐安全。結(jié)論綜上所述，為了適應(yīng)光伏壓延玻璃熔窯的大型化和產(chǎn)品薄板化的大趨勢(shì)，對(duì)光伏玻璃的成形及其溫度要求有所變化，因此在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，需要對(duì)通路耐火材料的配置做相應(yīng)調(diào)整，充分利用2種磚材的優(yōu)點(diǎn)，不僅有利于工藝的調(diào)整，同時(shí)并未增加在窯爐上的投資。筆者通過對(duì)玻璃液經(jīng)過卡脖的溫降幅度分