千噸級大跨度玻璃熔窯大碹的設計和施工

“碳達峰、碳中和”是我國重大的戰(zhàn)略決策,國家特別提出“堅決遏制高耗能、高排放項目的盲目發(fā)展,并提升其準入標準”。而玻璃行業(yè)屬于高耗能、高污染的雙高型行業(yè),節(jié)能減排將面臨更高的要求。目前,通過提高玻璃熔窯的熔化量可以起到降低玻璃單位能耗的效果。例如日熔化量600t的玻璃熔窯,玻璃單位能耗1330~1610kcal/kg(1kcal/kg=4.1816kJ/kg)玻璃;日熔化量1000t的玻璃熔窯,玻璃單位能耗1250~1400kcal/kg玻璃。因此,日熔化量千噸以上的玻璃熔窯具有低能耗的優(yōu)勢。熔窯碹頂處于火焰上方,在生產(chǎn)過程中承受配合料粉塵的侵蝕和高溫堿性氣體的侵蝕。大碹設計和施工直接影響到窯爐的使用壽命、玻璃成品率和優(yōu)良品率,特別是大噸位玻璃熔窯大碹跨度更大,在設計和施工過程中都有更高的要求。

1耐火材料的選擇目前,國內(nèi)千噸級玻璃熔窯主要是一窯兩線浮法玻璃熔窯和一窯多線光伏壓延玻璃熔窯,屬于空氣蓄熱室橫火焰玻璃熔窯,主要生產(chǎn)普通建筑浮法玻璃、高檔汽車浮法玻璃、超白光伏玻璃等鈉鈣硅酸鹽玻璃。玻璃熔窯大碹一般指熔窯火焰空間的上部拱形結構。熔化部大碹與胸墻組成熔化的玻璃液面上部火焰的燃燒空間,大碹起到向上封閉的作用,同時反射火焰輻射的能量向配合料和玻璃液做輻射傳熱。玻璃熔窯大碹結構如圖1所示。鈉鈣硅酸鹽玻璃熔窯熔化部熱點溫度一般控制在(1580±10)℃范圍。圖1玻璃窯爐大碹結構示意圖硅磚具有荷重軟化溫度高、高溫耐沖擊性好、對玻璃液污染小、價格低的特點。在正常操作下,爐內(nèi)溫度不超過1630℃時,硅磚是十分耐用的[3]。硅磚在1600℃以下受到玻璃池爐中R2O(堿金屬)氣體的侵蝕后,表面會生成一層十分光滑的變質(zhì)層,這層變質(zhì)層起到保護作用,使繼續(xù)侵蝕的速度減慢。但是如果熔化操作出現(xiàn)問題,火焰噴向碹頂而造成局部過熱達到1690℃以上時,會很快熔融硅磚。千噸級玻璃熔窯熔化量大,生產(chǎn)時常采用雙高操作方式,即高溫熔化和高溫澄清,大碹內(nèi)側溫度更高。大跨度窯碹的耐火磚也承受更大的壓力載荷。因此,大噸位玻璃熔窯應采用標準更高的優(yōu)質(zhì)硅磚。依據(jù)JC/T616—2003《玻璃窯用優(yōu)質(zhì)硅磚》和YB/T147—2007《玻璃窯用硅磚》,大型玻璃熔窯大碹優(yōu)質(zhì)硅磚要求如表1所示。表1玻璃窯爐大碹用優(yōu)質(zhì)硅磚的理化指標

2設計要求一般大碹的半徑和跨距選同樣的尺寸,即中心角60°。由于熔窯熔化量達到了千噸級,熔窯的窯寬比以往更寬,窯寬在13.5m以上,胸墻內(nèi)側和池壁內(nèi)側距離一般為350mm左右。因此,大碹的跨距在14m以上。碹的厚度根據(jù)碹跨進行選擇,建議14m以上跨度的窯寬碹厚取500mm以上,15m以上跨度的窯寬碹厚取525mm。14m以上硅磚大碹圓弧一般由131塊以上的楔形磚砌筑而成。硅磚大小頭尺寸在100~120mm之間。大跨度窯碹對碹磚的要求更嚴格。大碹楔形磚尺寸偏差及外觀質(zhì)量要求如表2。表2玻璃窯爐大碹磚尺寸偏差及外觀質(zhì)量要求

3砌筑質(zhì)量控制3.1支設大碹碹胎支設大跨度大碹碹胎前應進行力學計算,選擇安全合理的方案。玻璃窯爐碹胎如圖2所示。合理的碹胎設計和支設是保證砌筑施工安全和砌筑質(zhì)量的前提。碹胎支社施工質(zhì)量控制如下:(1)支設所有碹胎時,碹片頂端需用水準儀測取相對標高,保證碹片頂部整體水平度在3mm以內(nèi),碹片兩端用長靠尺找平,驗收合格后方可釘碹胎條。碹胎頂面標高偏差±3mm,縱向不平整度≤2mm/m,累計≤5mm。用弧度板檢查碹胎表面不平整度≤2mm/m。(2)碹胎板條間隙不大于40mm,木條釘完,需用長靠尺檢測平整度,尤其是接頭部位,如不合格需現(xiàn)場刨平。(3)所有碹胎上均需覆蓋3mm三合板,注意三合板質(zhì)量要盡量好。應檢查弧長,弧長與設計弧長偏差±10mm。每節(jié)碹均勻檢查4處,4處弧長尺寸偏差±3mm。(4)碹胎下面張貼警示牌,嚴禁吸煙及動火。

3.2大碹預排安裝拱胎并檢驗合格后,可進行上一部分磚到碹胎上預排碹磚。預排碹磚施工質(zhì)量控制如下:圖2玻璃窯爐碹胎正面圖(1)橫向預排,每節(jié)碹預排3道。因為一般設計有每節(jié)碹頭和碹末的刀把磚,磚廠制作時刀把磚的模具和主砌磚模具可能有誤差,最好除主砌磚預排外,也要預排一道刀把磚。(2)原則上,預排泥縫控制在1.5~1.8mm以內(nèi)。如過大或過小,或者出現(xiàn)下張口現(xiàn)象,砌筑時最多在兩側25環(huán)內(nèi)消化掉,跟上控制線。(3)預排時減掉一環(huán)磚成為偶數(shù)環(huán)為正常現(xiàn)象,不必變更設計。(4)縱向預排,確定第一節(jié)碹前端基準線后,先縱向砌筑3塊碹磚,包括兩環(huán)劍頭磚及一環(huán)碹磚,壓緊立縫,完成后按實際砌筑情況放脹縫控制線,釘好限位木條。

3.3大碹砌筑放線預排結束后確定泥縫大小,然后根據(jù)拱磚的厚度和泥縫按3環(huán)放一條平行控制線作為砌筑基準線。以1#小爐中心線為基準放出測溫孔磚的位置。在每節(jié)的兩端龍骨上同樣彈出控制點,此點為每環(huán)拱磚面上拉線的基準。大碹砌筑放線施工質(zhì)量控制如下:(1)縱向控制線,按預排實際情況,每3環(huán)一道,從窯爐中心線向兩端均勻放設。(2)橫向脹縫控制線(脹縫位置),以第一節(jié)大碹前端線為基準,按實際預排(預砌筑)情況向后端放設,脹縫位置可有小幅偏移(目的是壓緊碹磚的立縫并盡量減少加工磚),但要保證脹縫位于雙立柱和兩節(jié)碹腳梁之間。

3.4砌筑大碹前的檢查項目為了保證施工安全和質(zhì)量,砌筑前應對大碹相關的鋼結構和碹胎進行檢查。檢查項目包括:(1)所有柱頂拉條螺栓檢查,每個都拆卸一遍,確保能手擰順滑。(2)立柱處上巴掌鐵,碹碴后座螺栓擰緊。(3)碹碴梁與上巴掌鐵、碹碴后座和立柱之間墊實。(4)檢查柱腳立柱,柱腳頂絲頂緊,拉桿螺栓帶到位,檢查柱底板與次梁焊縫,角鋼與柱底板焊縫及其他焊縫。(5)大碹碹胎應穩(wěn)定牢固,檢查柱腳木楔子,立柱剪刀撐等。(6)走臺欄桿必須焊接完成,保證施工人員安全。

3.5砌筑大碹大碹的砌筑方案有對稱砌筑和單向砌筑兩種。第一種:對稱砌筑,每環(huán)縱向砌筑,每環(huán)拱磚從每節(jié)碹的兩端同時往中間砌,如需加工磚時,把所加工的磚放在每節(jié)碹中間那根立柱的中心。第二種:單向砌筑,每環(huán)縱向砌筑,從每節(jié)碹一端往另一端砌筑,如需加工磚時,把所加工的磚放在每環(huán)的倒數(shù)第2塊。為了在碹磚之間的泥縫灰漿干之前完成鎖磚和緊碹,砌筑大碹應該在較短的時間內(nèi)完成。建議5天之內(nèi)完成大碹的砌筑。施工前應檢驗火泥的砌筑性能,確定火泥的加水量及添加劑的用量等。大碹砌筑施工質(zhì)量控制如下:(1)要求火泥打到磚上,砌筑時要上下揉動一下,保證泥漿飽滿度(需跟工人強調(diào),必須有此動作)。(2)每節(jié)碹兩端的刀把磚環(huán)數(shù)不允許搶砌超過5環(huán),臨近鎖碹時例外。(3)跟上控制線后,不允許搶線和虧線。(4)砌筑時,每環(huán)碹砌完都要用弧度板檢測是否隨弧,用靠尺檢測上口平整度,如圖3所示。碹磚小頭掉角、微量掉角可用。碹磚要求小頭向下、大頭向上,要絕對避免碹磚砌反磚的現(xiàn)象。建議每砌筑完縱向一環(huán),安排人標記檢查是否反磚,發(fā)現(xiàn)后立即改正。(7)大碹測溫孔磚不能放在鎖磚環(huán),且需統(tǒng)一放在一側,位置根據(jù)排磚情況可做微量調(diào)整。(8)大碹磚剩余30環(huán)時,必須再次預排,確?；铱p均勻以達到順利鎖磚的目的。(9)加工磚寬度不小于120mm,除特殊情況,不允許打磨碹磚。(10)最后3環(huán)交錯同時砌筑,留出一環(huán)鎖磚。鎖磚高出碹頂面部分在100~120mm為宜。同一節(jié)砌完后統(tǒng)一打入鎖磚。打入鎖磚時須在碹磚上墊一塊木板,大木錘不能直接接觸碹磚。整個碹鎖完后,將碹頂清理干凈,用稀釋泥漿進行灌縫。圖3弧度板檢測現(xiàn)場圖

3.6大碹緊碹緊拉條讓碹頂上升是為了使整個大碹的磚體與支撐鋼結構相互成為一個整體。緊起數(shù)據(jù)根據(jù)碹跨的大小來定,傳統(tǒng)上控制在碹跨距的1‰左右。14m以上大跨度碹的緊起高度可以小一些,控制在碹跨距的0.8‰左右。一般采用直接觀察碹頂高度變化的辦法,通過觀測碹頂在受到拉條的水平拉力后向上隆起的多少來反映碹頂?shù)氖芰Υ笮?。在每?jié)碹的頭部、中部、尾部的拉條附近,碹斷面的正中和兩側位置作出測點位置標記。用水準儀和尺桿測出測點處未緊拉條時碹的標高數(shù)值,然后每緊一次拉條就測一次各測點標高數(shù)值的變化情況并做好記錄,直至起碹數(shù)值達到預期數(shù)值為止。大拱砌完后,要隨即緊拉條,緊拉條前先去除鋼件上的臨時固件及兩側胸墻的木楔,包括:(1)掛鉤磚與池壁磚間的木楔,必須拔除碹胎加固木條與胸墻間木楔。(2)檢查立柱柱底頂絲是否頂緊,柱底拉桿是否擰緊,柱底臨時焊點是否清除。(3)清除臨時支撐立柱。(4)需用506焊條將橫向拉條與花籃螺母滿焊連接。將雙拉條限位角鋼焊牢。

3.7拆除碹胎大碹升到設計數(shù)值后要觀察12h以上,直至數(shù)值不再變化,經(jīng)檢查確認后方能開始拆模。拆除標準為碹磚脫胎2~3mm,木模支腿木楔松動。不允許將碹胎整片放倒,碹胎拆除前應對掛鉤磚頭部進行保護。

3.8清理大碹清理干凈上下表面及脹縫內(nèi)泥漿。

4結語跨度14m以上的玻璃窯爐大碹因其跨度大、重量大,因