玻璃生产过程有两大主要生产环节,即炉料环节和成型环节,因此对应两大主要核心技术,一是炉料技术,二是成型技术。这两大环节或技术决定了玻璃生产企业的产品合格率,也决定了产品的成本及售价,最终决定了企业的竞争力。

      由于现在耐火材料品质的提高,新产品的开发,以及窑炉结构的不断改进优化,其结构的先进性、合理性越来越高;窑炉砌筑质量的提高,以及玻璃生产企业的正确使用和维护,使得玻璃窑炉的使用寿命越来越长,普遍寿命为5～7年(视玻璃的不同种类和计算标准存在一定差异,有的甚至更长,我们的计算标准是停火检修即使用结束)。如果玻璃生产企业设有2～3座窑炉,也就是2～3年修1次,其相关工程技术人员2～3年经历1次窑炉的修建。他们平时的主要精力放在保障正常生产上,即他们关注的是日常管理和维护,他们即使有一些对窑炉某一结构改进的想法,也无实践的机会;对于成型环节,模具几乎每天都换,模具的造型、设计、吹气、翻身动作可以随时调整,若要对机器设备作一些小的改进,可以把电闸拉下,进行更换。而窑炉却不能随便停炉,几乎是一投产就不能停下来,其结构“从一而终”,在一个窑期内其结构是不能改变的。专业窑炉公司一年要建几十座窑炉,他们关注窑炉结构的先进性、合理性、稳固性,接触面较宽,有条件吸收他人之长(包括听取使用单位工程技术人员的意见及建议),能对窑炉结构作一些改进。

      玻璃窑炉是玻璃工厂的重要设备,它投资大,动辄千万,而且投产后不能停下来,所以玻璃窑炉也是玻璃工厂的心脏设备,一旦“心脏”有问题,玻璃生产企业就面临生死的问题。因此,玻璃窑炉其基本结构大多是一些小而循序渐进的改进。窑炉公司及设计人员往往不敢随意改动,有想法只能一点点改进,并在实践中加以验证。随着科学技术的发展,人们的认识在不断深化,作为窑炉公司及窑炉工程技术人员也应该与时俱进,大胆而又小心谨慎地对窑炉进行改进创新。

      数十年来,国内玻璃窑炉的蓄热室墙都是用230mm×114mm×65mm标准砖砌筑,一个稍大一点的蓄热室要用几千吨材料。窑炉砌筑工人劳动强度大,这种传统的砌筑方式不但费工费时、效率低,而且砖缝多,质量难以保证。

      从窑炉停炉检修的情况分析,蓄热室出问题的地方多是在砖缝(含膨胀缝)的位置,而且蓄热室墙体耐火材料大面积被烧损腐蚀不到30%,由于泥浆烧结在砖体上,这些拆下来的砖材一般都不能再次利用,这是很大的资源浪费,甚至可能对环境造成污染。砖缝(含膨胀缝)是窑炉的薄弱环节,如何减少砖缝,提高窑炉整体寿命,耐火材料大型化是发展的需要。现在耐火材料生产厂家生产设备的成型压力足够大,燃料及烧成设备完全可以满足大型耐火材料烧结要求,即硬件设施条件已经具备,因此我们有能力将蓄热室墙砖做得大一些,既可以减少砖缝,又能像搭积木式地采用机械设备提高建炉速度,减轻窑炉砌筑工人的劳动强度。根据墙体腐蚀情况,我们还可以将墙体设计得薄一些,使蓄热室墙内衬材料由350mm厚(主要是考虑错开砖缝及安全性)减小到300mm厚(甚至更薄,安全性可通过结构设计的改变而加强),这一改变将使每座窑炉蓄热室耐火材料用量节约15%～20%左右,用户花费相同的成本,既提高了窑炉寿命,还能提前投产,创造效益。

      除了耐火材料大型化外,还可以在工厂将蓄热室墙体预组装,使其模块化,到建炉时将模块化的耐火材料运输到现场进行吊装,从而提高建炉速度,早投产,增加客户的收益。

      玻璃窑炉最薄弱的地方是火焰空间,这里温度最高,还有碱性气体、硫酸盐气体、氟化物及各种粉尘的侵蚀,工作环境最差。提高硅质材料的致密度、减少砖缝、砖体的大型化及在工厂的预砌筑,是提高窑炉寿命的方法。因此,改进目前的砖体结构及形状,提高砌筑精度及砌筑方法是亟待解决的问题。

      国内长期使用标准砖(230mm×114mm×65mm)来砌筑蓄热室的墙体,原因有以下几点:

      (1)以前压机设备成型压力较小,若压制尺寸稍大的砖材,受设备限制,大多用手工锤打成型,由于压力不够,致使砖体致密度差(气孔率高),砖体致密度不仅影响砖体的抗压强度、砖体的荷重软化温度,还影响砖体的抗侵蚀性能;

      (2)以前用于耐火材料烧结用的燃料,基本上是以煤为主,并且炉型落后,火焰温度不高,且炉内温度不均匀,造成耐火材料“欠烧”,因此限制了耐火材料砖体的大型化;

      (3)230mm×114mm×65mm的标准砖,重量一般为3～4kg,便于人工抓握,再大的砖不便操作。

      现在耐火材料生产企业,上千吨的压机比比皆是,而且钢铁行业压力更大的各型压机也可以借鉴,因此,耐火材料的致密度达标没有问题;国家大力推广清洁能源,许多企业采用了高热值的天然气作燃料,耐火材料烧结所需的火焰温度很容易达到,一百多米长的隧道窑也非常普遍,解决了耐火材料“欠烧”的问题,因此具备了将标准砖大型化的基础。

      在将标准砖大型化初期,可以先易后难。例如,初期可将类似3块标准砖的尺寸作为1块砖(也可以将类似4块标准砖的尺寸作为1块砖),可以减少2～3条砖缝,耐火材料的致密度、烧结程度都不会受影响,砖体大了以后,再用人工砌筑操作有困难,可以用类似国外建筑行业的机器人或机械手在工厂进行预砌筑。当然终极目标是做成像池壁砖这样大块的,甚至可以上磨床,让炉盖的砖缝小于0.5mm,那时不但建炉速度大幅提高,而且窑炉的建筑质量将产生质的飞跃,窑炉寿命提高得更多。这无疑是耐火材料行业和窑炉行业的一次重大革命。

      目前我公司正在寻找并联合耐火材料生产企业,做这项耐火材料生产与窑炉砌筑的较大变革。耐火材料大型化、模块化,让传统窑炉砌筑尽可能多地用机械设备代替部分人工,这是社会的必然发展。

      目前,建议由窑炉公司来承担一些玻璃生产企业窑炉的日常维护保养工作,因为窑炉公司对窑炉结构熟悉,对耐火材料的采用、维护方法与维护工具更为专业。进而,玻璃生产企业无需储备窑炉维护所需的材料,亦无需额外配备相关技术人员,便于企业管理。企业目前配备工人做窑炉维护保养的方式,一方面造成人员工作量分配不均衡,影响其他工种、其他车间员工的情绪;另一方面,窑炉维护管理者缺乏专业知识,有时维护保养不当,导致孔隙孔越补越大,例如,某些生产企业采用含AZS颗粒的锆质热补料去堵补胸墙与炉盖之间的间隙,补后一段时间会再次穿火,这是由于选材不合理,两种材料产生了界面反应。硅质材料与电熔AZS砖之间本应该用锆英石砖进行隔离过渡,含AZS颗粒的锆质热补料去堵补,完全没有隔离的作用,所以缝越补越大。但如若企业不配制工人进行窑炉维护,易形成“孔小不补、孔大叫苦”的困境。

      现在生产高白料的一些中小企业,司炉工年龄普遍偏大,而且专业知识不足,他们对火焰的四大特性不了解,不会对火焰进行调整(会调火焰的人员,在炉顶温度一样高的情况下,液面的火焰温度要高20～30℃)。为了适应客户的需求,可在建窑炉的同时,考虑建立2套窑炉自动控制数据采集传输系统,1套在玻璃生产企业内部,1套在窑炉公司的中心数据室,通过事先预设置的传感器传输过来的数据及资料,对这些原始数据进行加工、整理、分析,对窑炉的运行状态、窑炉腐蚀、烧损情况作出全面的分析和评估,提出预警,从而采取相应的对策,确保窑炉达到预期的目标。因此将窑炉的维护保养交给专业窑炉公司来做,可以大大减少因维护保养方法不当而造成缩短窑炉寿命的事件发生。

      目前企业生产的玻璃制品比如酒瓶,其化学成份差别不大,主要的原料几乎一样,大都采用石英砂、纯碱、方解石(氧化铝)、长石、白云石等,只是用量及原料品质上存在微小差异。但是,其他辅助原料差别很大,例如,一家企业就采用了多种澄清剂,既有变价氧化物如氧化铈等,又有硝酸盐、硫酸盐及氟化物,使得一个窑炉熔化池表面产生很厚的泡沫,既影响热量传递,又导致熔化温度提高造成能源浪费,还影响窑炉寿命。

      在国外,同种类形玻璃,采用芒硝和碳粉作澄清剂,我国浮法玻璃以前也采用芒硝和碳粉作澄清剂。由于各个玻璃生产企业负责配方设计的人员经验不一样,配合料的成本也存在较大差异。有的人希望增加玻璃液中的氧化气氛,配方中的硝酸盐用量较大,但是硝酸盐在200～300℃时放出初生态的氧,生成亚硝酸盐(Na NO3→O+Na NO2),亚硝酸盐在700～800℃时分解成氧化钠(Na2O)和二氧化氮(NO2),而这一时间点处于硅酸盐反应阶段,还未形成玻璃。此时使用大量的硝酸盐,实际上属于资源浪费。

      虽然配方中都要引进氧化鈉,这里硝酸钠也能引进氧化钠,但仍然是浪费资源,可以从分子量角度来分析。1kg纯碱(碳酸钠)高温分解后得到0.58kg氧化钠,而1kg硝酸钠高温分解后得到0.36kg氧化钠,同样1kg纯碱引入的氧化钠量是硝酸钠的1.61倍。目前,重质纯碱市场价约1400元/t,而硝酸钠市场价约2500元/t,买1kg硝酸钠的成本可以买1.78kg纯碱,1.78kg纯碱可以引入1.03kg氧化钠,是硝酸钠的2.87倍。因此,引入过量的硝酸盐是浪费。另外,有的生产硼硅酸盐玻璃的企业,在配方中既引入纯碱,又采用硼酸。硼酸不仅价格高(含B2O3 56.45%,约4500元/t),而且硼的挥发比硼砂高很多,但是硼砂(含B2O3 48.4%,Na2O22.08%)价格约2800～3700元/t。可见,配合料原料成本的节约潜力是非常大的。

      炉料环节是玻璃生产企业的龙头环节,一旦这个环节出现问题,即使再好的机器设备也无法发挥性能。现在一些玻璃生产企业,在出现玻璃质量问题时,玻璃工艺负责人员往往认为是窑炉出现问题,而窑炉负责人认为是配方或配合料的问题,互相推诿,使问题得不到及时解决。

      现在很多省、市地区设置了玻璃工业园区,这为集中建立配合料工厂创造了条件,配合料集中处理有许多好处:

      (1)玻璃原料集中采购费用低由于采购的量大,原料的采购单价及集中运输成本得到优化,而且节约差旅与人力费用。国外优质石英砂,量大运到岸的价格比国内低,土耳其的无水硼砂在国内很有竞争力,这对我国环境资源也是一种保护。

      (2)配料设备充分利用为一个日产几十上百吨的企业建设配合料车间成本不合算,既要占用地面空间,而且设备利用率也低,还要建除尘系统,固定资产拆旧摊在配合料中的成本高;在空气湿度较大的地区,配合料中吸潮比较严重的原料,很容易附着在设备上,增加维护保养费用。

      (3)环保设施利用效率更高一般小型企业不愿建设配料系统的环保设施,集中做环保设施比各个单位单独做节约成本,同时也便于粉尘的处理,符合国家集约化的生产的产业政策。

      (4)集中建立玻璃理化实验室,科学指导生产现在许多规模不大的企业,没有自己的理化实验室,对进厂的玻璃原材料不能及时分析化验,对产品的理化性能无法掌握,生产过程中问题的分析多是凭经验,耽误了解决问题的时间。

      (5)可优化玻璃配方可最大程度优化玻璃配方,减少资源的浪费,降低配合料成本,节约能源,延长窑炉寿命。

      从现在水泥行业的经验可以看到,从水泥到混凝土,混凝土的标号有保障,提高了混凝土的质量,减少了库房,避免了施工现场粉尘及污水的污染。

      随着大生产社会分工越来越细,越来越专业,建立专门的配合料生产企业,改变一些分散的、小型的、落后的生产工艺,集中提供适合各种玻璃生产的玻璃配合料是集约化生产的一种形式,是社会发展的必然需求。解决了炉料问题,就是解决玻璃生产企业龙头环节的技术问题,没有了后顾之忧,玻璃生产企业就可以集中精力做好生产市场上需要的好产品。窑炉公司不仅需要建造窑炉,还可以对窑炉运行过程中的问题进行优化,使窑炉达到预期的经济技术指标。玻璃生产企业的兴衰与窑炉公司息息相关,窑炉公司和玻璃生产企业不是简单的买卖关系,而是生死与共的命运共同体。

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