【中玻網(wǎng)】玻璃窯爐爐蓋施工質(zhì)量的全過程控制

　　重慶萊弗窯爐技術(shù)有限公司陳興孝郵編400700

　　玻璃窯爐爐蓋（大碹）的壽命，在很大程度上決定整個窯爐的壽命，因此必須在設計選材造型、耐火材料訂購、耐火材料檢驗驗收、運輸保管、砌筑施工、烤窯設備及烤窯過程、日常的正確使用及維護保養(yǎng)這些環(huán)節(jié)上全過程中進行質(zhì)量控制，才有望達到預期壽命。這里就每個環(huán)節(jié)談談自己的看法，以期達到拋磚引玉的作用。

　　一、選磚

　　1設計時對硅磚的選擇

　　在設計過程中，必須選擇優(yōu)異硅磚，仔細檢查硅磚的內(nèi)在質(zhì)量指標，如硅磚的荷重軟化溫度、真體積密度、氣孔率、常溫抗壓強度、熔融指數(shù)等指標都非常好的優(yōu)異硅磚。

　　2訂購耐火材料對生產(chǎn)廠家的選擇

　　對耐火材料對生產(chǎn)廠家的選擇首先要看該單位的硬件及軟件，要看該廠的生產(chǎn)設備，壓機的壓力是否足夠大。壓機壓力大、產(chǎn)品致密度高、氣孔率低，抗堿蒸汽的能力強的產(chǎn)品。另外就是燒結(jié)爐，是否是隧道窯，隧道窯的長度，用什么作為燃料。這涉及燒結(jié)溫度，燒結(jié)過程中礦化反應是否完全完全，退火是否良好是否殘存應力等等。除了了解生產(chǎn)廠家的硬件外，還要了解軟件即生產(chǎn)工序管理過程，是否嚴格遵守工藝規(guī)章制度，原材料的來源及庫房管理，是否井井有條。在簽合同時除了規(guī)格型號外，一定要有詳細的質(zhì)量標準，什么牌號，標準號等內(nèi)容。

　　我們有的廠家，在訂購耐火材料時，把價格作為主要考慮因素，其他質(zhì)量標準考慮不足。毫無疑問材料的性價比是我們主要考慮的因素，國內(nèi)某合資企業(yè)購買國外某知名企業(yè)的硅磚，用了15年，只是厚度被侵變薄了之外，其他并無穿孔透火透氣等其他問題，該廠中途還因文山地震停爐一次（停爐的降溫升溫是對窯爐壽命有一定影響的），可見該磚的性價比之高。現(xiàn)在國內(nèi)耐火材料廠家，經(jīng)過激烈的優(yōu)勝劣汰的競爭，生存下來的廠家質(zhì)量都有非常大提升。

　　3耐火材料的檢驗驗收

　　此外還必須注意硅磚的外觀質(zhì)量，如磚體尺寸偏差、磚體的平整度等。在施工過程中，程序較多，比較復雜。首先要選磚。因為硅磚在生產(chǎn)過程中，由于水分的變化（同一堆料，由于水分蒸發(fā)、上午下午的含量是不一樣的，夏季更甚）在堆碼干燥、燒結(jié)過程中有輕微的變形，模具在使用過程中有磨損沒有及時更換，國家標準也明確允許有正負公差等等。因此在砌筑前要對磚進行分選，將同一規(guī)格的磚編上號（主要是大小頭一樣），堆碼在一起，以保證在砌筑時同一排碹磚規(guī)格尺寸基本相同。

　　二、砌筑

　　1校正窯爐立柱等有關(guān)部件的相關(guān)尺寸，確定砌筑基準線

　　在分選磚的同時，要對熔化池兩側(cè)的立柱進行校正，使兩立柱之間的距離相同，確保整個爐蓋縱向灰縫大小一致。具體方法是先校準前后兩對橫向兩對立柱的距離，以該立柱作為標桿，因此在安裝豎立該立柱時要十分注意它們的垂直度，然后在同側(cè)前后立柱間拉一細線，讓每對立柱靠近細線，以便確保兩立柱之間的距離相等，從而保證每排磚的泥漿厚度相同。

　　在兩側(cè)立柱等距離校對調(diào)整完畢后，然后在每根立柱上測量水平標高，并作好標識，以確保碹腳磚在同一水平面上，進而安裝碹腳鋼，并砌筑好碹腳磚。檢查完砌筑好的碹腳磚并在符合設計要求后，在碹腳磚下部畫上水平標高基準線，該基準線是架設拱胎及砌筑碹磚的基準。搭設碹胎之前，要對碹胎每件單獨作檢查，碹胎的圓弧一定要跟爐蓋的設計要求吻合；碹胎的支撐點要根據(jù)大碹的跨度確定，還要根據(jù)碹胎的厚度等自身強度考慮來設置支撐點的數(shù)量；要足夠多的支撐點以確保碹胎荷重后不變形。搭設好碹胎后，要讓碹胎荷重，搬運足夠多的碹磚壓在碹胎上，然后逐一按水平標高墊緊碹胎的各個支撐點。在各項準備工作做好后，就可以開始砌筑爐蓋。

　　2砌筑方式的選擇

　　根據(jù)對爐蓋磚縫大小要求，有“沾漿法”和“打漿法”兩種砌筑方式。沾漿法是要求砌縫很薄時采用的砌筑方法。即是將磚的砌筑面浸在稀軟的耐火泥漿（主要是氣硬性泥漿）中，再進行砌筑。擔心砌縫熔損和有收縮危險的高溫燃燒室內(nèi)墻和多面受熱的高溫部位的磚柱等處，用這種方法砌筑比較好，但是要注意，磚形時會產(chǎn)生相反的效果。

　　玻璃工廠若要求爐蓋磚縫在1mm左右，必須用“沾漿法”才能達到磚縫要求。我們在幾十年的窯爐砌筑建造、使用過程中，嚴格按照“沾漿法”砌筑了不少的窯爐，但多少存在不同程度的“抽簽”現(xiàn)象，有的窯爐碹磚用角磨機反復研磨，即磨得相當平整，但烤窯時發(fā)現(xiàn)抽簽還更厲害些。對此現(xiàn)象我們進行了反復分析、比較和研究，我們發(fā)現(xiàn)這種“沾漿法”砌筑有誤區(qū)。

　　首先我們從泥漿的功能和作用談起：

　　（1）耐火泥漿的功能是將耐火磚砌體粘結(jié)成整體，使之具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和氣密性，并能經(jīng)受高溫下各種化學和物理作用，保證熱工設備安全地、正常地運行，達到效率高、長壽、低消耗的要求。（2）硅質(zhì)耐火泥漿是由硅石粉、硅磚粉、塑性黏土、結(jié)合劑和外加劑配制而成。硅質(zhì)耐火泥漿的作業(yè)性和結(jié)合強度要靠結(jié)合劑和外加劑來調(diào)整，如生產(chǎn)硅磚時所采用的石灰乳、鐵鱗、木質(zhì)素磺酸鹽等礦化劑和結(jié)合劑來調(diào)節(jié)其作業(yè)性能和物理性能。（3）泥漿在砌筑工業(yè)窯爐中明顯具有兩種用途：填充灰縫，使砌體密實；使磚與磚互相粘在成為一個整體。鑒于這兩種用途，筑爐工砌筑時的基本要求就是要使灰漿飽滿。（4）我們根據(jù)在玻璃行業(yè)幾十年的經(jīng)驗，把硅質(zhì)泥漿的功能和作用歸納為以下三種：

　　①泥漿在低溫時的粘結(jié)作用。現(xiàn)在的優(yōu)異硅質(zhì)耐火泥其顆粒較細，它們大多采用超微設備研磨出來的，超細硅粉、超細硅磚粉，加上其他一些輔料，如甲基纖維素等配制而成。在低溫時它們有較強的粘附作用（如范德華引力等，范德華引力的大小與泥漿的細度有很大關(guān)系，如納米材料就有質(zhì)的變化）。若泥漿太薄、稠度太稀，其粘附作用較弱。若泥漿太稀太薄，在碹磚豎起來砌筑期間，泥漿容易流失，形成上部泥漿不飽滿，兩磚上部泥漿不飽滿形成比較空的磚縫，這樣泥漿形成的粘附力就小。由于上部泥漿太稀、太薄，其物理粘附力不夠，在烤窯初期，下部受熱膨脹，由于硅磚是熱的不良導體，因而上部溫度低，膨脹少，上部就產(chǎn)生裂縫，加上泥漿不飽滿整個磚體之間的夾持力不夠，因而容易“抽簽”掉磚。而“沾漿法”所用泥漿較稀較薄，所以發(fā)生烤窯初期容易“抽簽”掉磚。

　　②泥漿在高溫時由超細粉、各種輔料及結(jié)合劑形成低共熔點，使磚和磚之間形成一個整體。若上部泥漿少，形不成低共熔點，因而爐蓋的整體性差。以前硅質(zhì)耐火泥顆粒較粗，級配不合理時，泥漿沒有在磚和磚之間形成低共熔點，因而拆爐時，碹磚還是一塊一塊的，沒有形成整體結(jié)構(gòu)。

　　③泥漿填充碹磚表面凹凸不平使其密實的作用。在硅碹磚的實際生產(chǎn)過程中，在干燥、燒結(jié)過程中有輕微的變形，因而碹磚的表面是凹凸不平的，這是現(xiàn)實的客觀情況；而且我們玻璃工廠也不可能將碹磚全部都拿出去研磨（即使將硅碹磚再次加工研磨，其研磨磨盤的直徑要大于磚的對角線長度才有效；研磨時還要保證碹磚的夾角符合設計要求，其磚體大小頭形成的射線正好交于圓心）。如果采用“粘漿法”砌筑，它所用的泥漿較稀較薄，就好像刷了一層油漆似的，起不到填充硅磚表面凹凸不平使其密實的作用。

　　而“打漿法”則不一樣，它要求磚縫在2mm左右，其泥漿稠度大，粘接力大；泥漿飽滿度高，因而爐蓋砌筑質(zhì)量好。1998年我們在青島玻璃廠初次接觸到磚縫要求2mm時，我們當時心里也接受不了，這是挑戰(zhàn)傳統(tǒng)作法，但烤窯結(jié)束后效果非常好，沒有以前那種一座窯爐總有幾塊碹磚“抽簽”掉磚現(xiàn)象，這促使我們的反思，當時擔心磚縫非常大是否會影響窯爐壽命，事后我注意觀察并和工廠的技術(shù)人員討論，實際上這種擔心是多余的，因為該泥漿燒結(jié)后SiO2含量在96%以上；特別是我們公司2002年在四川天馬公司砌筑引進國外窯爐爐蓋的過程中，德國人要求爐蓋磚縫2mm，磚縫小了不行。我們接受這種砌筑方法后，近10多年砌筑了約300座窯爐，都是打漿砌筑，磚縫在2mm左右，基本上杜絕了爐蓋碹磚“抽簽”掉磚現(xiàn)象。

　　在爐蓋的砌筑過程中，我們也走過一些彎路，初期要求磚縫小，就不管磚的大小頭弧長是否符合比例，一味要求將磚與磚之間敲緊。若磚體的上部尺寸都是負公差，那么在碹磚砌筑過程中，負公差累計而產(chǎn)生鋸齒狀（圖一）。

　　圖一負公差累計產(chǎn)生的鋸齒狀碹

　　圖二碹磚下端面要與碹胎完全接觸

　　即該種碹磚磚縫形成的射線是不會通過圓心的，這種狀況的爐蓋在烘烤的過程中容易產(chǎn)生不規(guī)則而且非常大的裂紋。而我們現(xiàn)在的作法是，在砌筑時，要求碹磚小頭的下端面整個底面一定要跟碹胎靠緊（圖二），在確保碹磚底面與碹胎靠緊的情況下主要敲下部，以確保每條磚縫的射線延伸線都通過圓心（圖三），這樣砌筑的爐蓋使用8~10年完全沒有問題。

　　圖三碹磚磚縫所形成的射錢應全部通過圓心

　　若爐蓋磚縫一定要求1mm，那么碹磚每塊都應該進行研磨，而且應采用“打漿法”砌筑。在爐蓋砌筑時，還存在一些其他做法，一種是硅磚不準澆水，用干磚直接砌筑，但這種砌法是不好的，因此硅磚的吸水性很強，泥漿打上去后馬上就干了，泥漿不容易滲入磚的毛細管中去；砌筑方法是“濕砌”，即在砌磚之前將磚用水浸透然后抹灰漿，使灰漿始終保持可塑性和不致在滲入磚的毛細管中時變硬而獲得砌筑后將磚塑性結(jié)合的效果。

　　爐蓋砌筑好后，要用鋼結(jié)構(gòu)將爐蓋頂起來，爐蓋頂緊受力后，爐蓋碹磚要與碹胎產(chǎn)生脫離，爐蓋兩端容易看到大碹是否與碹胎脫離，而且也容易檢查脫離開的距離是否一樣高，但是中間就不好檢查了，我們又沒有合適的壓力搬手使各個立柱的受力一樣。這時可在爐頂上兩端擺上一塊標磚，然后在標磚上拉線，讓爐蓋各點的距離相等。

　　三、升溫烤窯

　　1大碹的保溫

　　窯爐砌筑竣工后，涉及到窯爐烘烤的問題，在窯爐烘烤前要明確爐蓋的保溫問題，爐蓋是冷態(tài)保溫（簡稱“冷保”）呢或是熱態(tài)保溫（窯爐烘烤到1500度以上開始生產(chǎn)時才開始保溫，簡稱“熱保”）的問題，目前在行業(yè)中還存在這兩種做法。我們行業(yè)二十多年前傳統(tǒng)做法都是“熱保”，等窯爐烘烤到1450度以上時才開始保溫，這樣可以看到爐蓋是否發(fā)生“抽簽”現(xiàn)象，若有“抽簽”也便于處理。上個世紀80年代，原上海申光玻璃廠（后來的澳聯(lián)玻璃有限公司前身）當時是引進中國的第1 座窯爐，我有幸參觀了他們的做法。去看時（當時正在烤窯），他們在冷態(tài)就將爐蓋保溫砌好，只預留爐蓋中間約一米多寬的地方暫不砌保溫（烤窯結(jié)束后再做保溫），而蓋上硅酸鋁纖維氈，其目的是盡可能降低該部位磚體上下端溫差又便于檢查；因為在烤窯過程中，爐蓋受熱膨脹而產(chǎn)生的裂縫主要集中在爐蓋中間部位，在烤窯過程中，用鐵鉤將硅酸鋁纖維氈鉤開就可以檢查爐蓋裂縫的情況，烤窯結(jié)束后將中間部位的硅酸鋁纖維氈打掃干凈，然后灌漿（或灌填很細的石英砂粒、或硅質(zhì)耐火泥），將中間部位的保溫材料砌好。

　　這種做法當時也是沖擊我們的傳統(tǒng)思維及行為準則的事，參觀時我們非常困惑，萬一爐蓋發(fā)生碹磚“抽簽”掉磚現(xiàn)象怎么辦？！事后我們經(jīng)歷了反復比較，也將其原理想通了，爐蓋在冷態(tài)保溫后，爐蓋在烤窯的過程中內(nèi)外溫差小，上下膨脹均勻，這樣反而不容易發(fā)生碹磚“抽簽”掉磚現(xiàn)象（我認為用“打漿法”砌筑、磚縫非常大是前題條件）。而我們“熱保”，雖然烤窯時爐蓋上也蓋了纖維氈，但是畢竟保溫較薄，上下溫差很大。特別是將纖維氈揭開清掃爐蓋后，爐蓋內(nèi)外溫差上1000~1200度。在這種狀態(tài)下將爐蓋保溫層做好后，爐蓋表面溫度會迅速升高，外端部（外弧線）會發(fā)生非常大的膨脹量，而內(nèi)端面整個膨脹基本到位，外弧的膨脹量應該是讓上端面的裂縫來吸收，但是這些裂縫被石英砂粒或硅質(zhì)耐火泥填充掉了，若此時松頂絲、爐蓋可能形成“下張口”。

　　若不松頂絲，就會形成爐蓋上升，形成輕微的“上張口”，只是被爐蓋保溫遮掩住了，沒法看見而己。整個窯爐頂絲、夾具的受力就會發(fā)生非常大變化。特別是爐蓋保溫時，碹頂爬高標志己經(jīng)拆除（即使不拆除也會發(fā)生碰撞移位而失去指導作用），由于沒有壓力搬手及其他檢驗設備，只憑人的感覺是不完全可靠的，各部位的受力情況是不一致的，受力不均就會產(chǎn)生應力，這對磚體的壽命是有影響的。另外“熱保”時，環(huán)境溫度過高，爐蓋上的熱空氣、輻射熱使人有窒息感、腳下的熱傳導，勞保皮鞋烤變形，腳燙、汗流浹背，工人上到爐蓋上是呆不住的，上去馬上就想下來，這種工作環(huán)境，爐蓋的保溫工作是不可能做得很仔細的。

　　通過我們幾十年的工作經(jīng)歷及大量的案例作比較，爐蓋“冷保”比“熱保”效果更好，出問題的幾率更小（若出現(xiàn)爐蓋透火，有相當部分原因是同排磚前后磚縫泥漿不飽滿造成的），壽命更長，例如，四川天馬115m2窯爐爐蓋就是“冷保”，已經(jīng)用了快13年了，現(xiàn)在從外表面上，仍然很好，沒有發(fā)生過透火、穿火現(xiàn)象。

　　現(xiàn)在我們這個行業(yè)，個別廠家爐蓋的施工上還存在誤區(qū)，他們?yōu)榱吮Ｕ蠣t蓋砌筑質(zhì)量，不允許大量的人上爐頂砌筑，一個爐蓋下來要做5~6天。我們在砌筑四川天馬115m2窯爐爐蓋時德國人要求我們事先把準備工作做好，在窯爐爐蓋砌筑的過程中，要一鼓作氣，砌筑時間不超過兩天，理由是：若砌筑時間長了，磚縫中的泥漿干了（特別是夏天），泥漿的可塑性降低了，在窯爐砌筑完畢將爐蓋頂起來后，由于受力后原來的磚縫大小，方向（是否通過圓心）都會發(fā)生一些微小的變化，由于泥漿干了，泥漿的可塑性降低，粘附力減小，對爐蓋的整體性是有影響的。有的工廠在頂爐蓋時向磚縫加水，希望增加泥漿的可塑性，由于時間短，又沒有攪拌，其作用甚微。

　　2烤窯的升溫曲線

　　窯爐的烘烤也是一個非常重要的環(huán)節(jié)，采用熱風烤窯時，一定要摒棄快速烤窯的誤區(qū)，以前有的廠家三天放大火，結(jié)果是磚體炸裂得一塌糊涂，窯體變形嚴重。這種做法是違背了各種耐火材料的客觀規(guī)律所致。耐火材料大都是熱的不良導體，比如硅質(zhì)材料的導熱系數(shù)是鋼材的1/50。熱傳導都有一個過程，需要一定的時間，前后溫差才盡可能小。再加上有的耐火材料自身還存在晶相的轉(zhuǎn)變。晶形的轉(zhuǎn)變往往伴隨著體積的變化。若升溫速度太快，高溫端產(chǎn)生相變、發(fā)生體積變化，而外端面溫度較低而沒有發(fā)生相變，就要阻滯它體積變化，這時就會產(chǎn)生應力，當應力大于它自身的強度時，就產(chǎn)生裂紋而釋放應力。現(xiàn)在許多窯爐烤窯時，注意了硅質(zhì)材料的晶形的轉(zhuǎn)變及相對應的溫度，卻又忽略了電熔鋯剛玉磚的晶形轉(zhuǎn)變及對應的溫度，“含31%~33%ZrO2的磚…，在900~1200℃間有反常膨脹現(xiàn)象，這是由于ZrO2單斜晶形逆向轉(zhuǎn)變?yōu)閆rO2正方晶形造成的”，我們在烤窯時發(fā)現(xiàn)電熔鋯剛玉磚在放大火后普遍炸裂，除電熔鋯剛玉磚在生產(chǎn)過程中、保溫退火不好而產(chǎn)生非常大應力外，大都與放大火后升溫速度太快有關(guān)。

　　我們放大火一般都在1000℃以上，放大火后溫度急劇上升，特別是燃發(fā)生爐煤氣的窯爐，放大火后，由于煤氣量、煤氣壓力不好調(diào)節(jié)，加上放大火初期，防止煤氣爆開等問題，因而爐溫很快就上升250~350℃，因而造成電熔鋯剛玉磚在放大火后普遍炸裂。特別是燃發(fā)生爐煤氣烘烤的窯爐，由于煤氣供應的壓力起不來，雖然貌似熱風烤窯，但是期間整個烤窯期間窯爐爐內(nèi)壓力起不來，燃燒后的廢氣主要聚集在窯爐上部空間，對流和傳導傳熱效果都很差，因此爐蓋800℃或900℃時（用發(fā)生爐煤氣烤窯，不但溫度波動大，而且要升到900℃以上比較困難），熔化池中下部溫度要低150~200℃。我們用天然氣或柴油烤窯時，爐內(nèi)壓力很大，溫度場很均勻，爐蓋縱向前后各點溫度相差都不會超過3℃，蓄熱室兩側(cè)溫差也不會超過3℃。用發(fā)生爐煤氣烤窯，表面看節(jié)約了10~20萬燃料費，但是暗地對窯爐的損害絕不是10~20萬可以彌補的。

　　下面推薦國外某有名窯爐公司的烤窯升溫曲線表，它的長處是它不僅考慮了硅質(zhì)材料、33號電熔鋯剛玉磚的晶形轉(zhuǎn)化溫度，還考慮了41號電熔鋯剛玉磚的晶形轉(zhuǎn)化溫度，在1300~1350℃時，升溫速度為每小時3℃左右。我們通過實踐，若能嚴格按照該升溫曲線升溫，電熔鋯剛玉磚的炸裂會非常大減輕，窯爐的烤窯質(zhì)量非常好。