浮法锡槽技术的进展模板.docx

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浮法锡槽技术的进展模板

浮法锡槽技术的进展

周天辉

（杭州聚能玻璃技术有限公司杭州310014）

摘要:

浮法锡槽技术一直处在不断发展中。

中国由耐热混凝土槽底发展为粘土砖槽底,当前国外用一种兼具高弹性及低渗透性的粘土砖槽底。

锡槽顶盖国内多使用耐热混凝土预制块吊平顶结构,国外则采用硅线石质的烧成砖组合吊顶。

国外锡液流动的调控技术已非常成熟,主要有槽底挡坎、侧面挡板、直线电机,国内在这方面探索时间不长。

控制硫及氧污染物的最新技术主要采用足量保护气、并加上高温区导流排空技术、同时在锡槽尾部采用直线电机及时排除锡渣。

关键词:

浮法锡槽,锡液流动,硫污染,氧污染,直线电机,气氛导流

 锡槽是浮法玻璃生产的核心热工设备,国内外都对其严格保密,因此技术进展轨迹也各不相同。

回顾进展历程,理解最新进展,对进一步发展中国浮法技术水平、引进吸收国外真正高水平的浮法技术,将起积极的作用。

1槽底耐火材料的演变

锡槽底砖是用于砌筑锡槽槽体内衬的特殊耐火材料,对其的质量要求着重在尺寸精度、高弹性、低发泡性及低渗透性等方面,对于耐压强度等一些常规的指标则无特殊要求。

当前衡量底砖发泡倾向的指标为氢扩散度,一般认为氢扩散度小于150mmH2O即可防止冒泡。

透气度则用于判断底砖抗Na2O的渗透能力,从一个侧面间接判断抗霞石化的能力,透气度越小,抗Na2O渗透能力越好。

高弹性可防止砖体水平断裂上浮,常见应变率指标恒量弹性--即砖体经过变形释放内应力的能力。

1.2国内底砖的进展

80年代中期之前,由于早期株洲初步探索试验锡槽漏锡的教训,中国设计的几座锡槽特别强调槽底的密封。

当时的洛阳一线、南宁一线、通辽一线、洛阳二线均采用在槽底钢壳内现场捣打大块耐热混凝土的做法,混凝土块与块之间的膨胀缝夹石棉板,缝上部用水玻璃砂浆灌封。

此种槽底含有大量水分,槽内温度波动时会大量冒泡,气泡上浮冲击并破坏柔软的玻璃带。

槽底中的水分被烘烤升华之后,留下许多贯通气孔,锡槽保护气很容易渗透,也易引起冒泡[1]。

洛阳二线因冒泡问题被迫于1986年进行小冷修,首次尝试用粘土砖更换高温区10米左右的混凝土槽底获成功,之后国内开始大量采用粘土砖槽底。

开始时锡槽底砖直接从熔窑专用的底砖中挑选,这些砖基本满足当时的浮法技术要求,但应变率指标不合要求,砖体弹性很差,必须预留足够大的砖缝,以防止砖体相互挤压受损。

这种”大砖缝”的做法一直沿用至今。

”大砖缝”保证了槽底的安全性,但牺牲了锡槽高温区锡液的温度均匀性。

锡液温度的均匀性对于生产优质薄玻璃是极其关键的。

大砖缝中贯通到钢壳的锡液成为优良的热导体,在承托玻璃的锡液中形成”冷筋”,最终作用到玻璃上加重了表面变形。

采用应变率较大的底砖,能预留较小的砖缝,升温后砖之间相互挤紧,将渗下的锡液量减少到最低程度,有利于锡液中的热均匀。

应变率较大的底砖,其砖体弹性较好,受热膨胀产生的较高挤压应力能经过变形得到部分释放,避免了应力蓄积引起砖体断裂浮起。

当前国内已有多家专业槽底砖生产厂家,产品的氢扩散度和透气度指标优于国外产品,因此基本没有冒泡和霞石化剥落的问题。

但国内底砖生产厂只是经过降低气孔率的办法来获取低氢扩散度和低透气度的产品,生产工艺与其它粘土质产品大同小异,并没有真正掌握锡槽砖的生产技术。

由于国内锡槽设计上一直沿用大砖缝的做法,没有对砖材应变率指标提出要求,故底砖生产厂并未刻意控制此指标,生产的底砖在应变率指标方面存在较大差距,无法适应现代浮法的技术要求。

应变率与氢扩散度、透气度二指标存在逆向相关关糸[2],如不考虑前者,后二者是很容易控制的。

同时控制三个指标与只控制二个指标,在砖材生产技术上是完全不一样的。

1.2国外槽底砖的进展过程

从浮法工艺诞生之日起,国外锡槽就一直使用粘土砖槽底[3]。

1970年之前,所用的粘土砖的氧化铝含量约25%左右,并富含1.5%的碱金属氧化物。

此种砖在吸收从玻璃扩散出的钠后,在砖表面形成含Na2O20%的低共熔物,其低共熔点为732oC。

在锡槽作业温度下,砖表面产生大量液相共熔物,它们呈”小蝌蚪”状上浮粘在玻璃上形成缺陷。

因此1970-1980年之间,将砖中铝含量增加到38%--40%,砖吸收20%左右的Na2O之后,Na2O-Al2O3-SiO2糸统的低共熔点上升为760oC,大大减少了液相量,很好地解决了”小蝌蚪”问题。

但又出现了新问题,这种砖的玻璃相含量高达30%,应变率较低,脆性大、易断裂,导致了多起在砖厚方向的断裂事故,砖上半部分约7英寸厚上浮,俗称”7英寸效应”。

继而在1980?

990年期间,采用降低碱金属氧化物含量、提高氧化铝含量的办法,将砖体中玻璃相含量降低到15%。

这种砖氧化铝含量在43--46%左右,虽然经过降低砖中的玻璃相增加了弹性,但这种砖的抗渗透性能力较差,钠扩散入砖体形成霞石类产物,反应产物因体积膨胀,出现卷曲剥落的问题。

1990年之后,国外开发出了同时具备低氢扩散度、低透气度和高应变率的锡槽专用底砖,很好地满足了现代浮法工艺对底砖的要求。

这种底砖含有合适的玻璃相,在底砖表面形成阻碍钠进一步扩散的阻挡层,不会出现霞石化问题。

这种砖又兼具较高的应变率,虽然在作业温度下砖体相互挤压,仍不会发生”7英寸效应”。

2锡槽顶盖结构的演变

浮法成型工艺要求严格的热均匀性,拱形顶盖对热辐射有聚焦效应,无法满足锡槽横向温度分布的要求,因此国内外不约而同地采用吊平顶结构。

2.1国内顶盖结构的发展

国内最早的洛阳一线、南宁一线、通辽一线的锡槽结构比较简单,顶盖上没有钢制密封罩,必须靠耐火材料顶盖本身密封。

因此当时使用大块的耐热钢筋混凝土预制块,吊挂组合在支承钢梁上,预制块之间用砂浆灌缝,形成比较严密的锡槽顶盖。

为了改进整个锡槽的密闭性,1985年投产的洛阳二线锡槽首先采用钢制大密封罩,但顶盖仍采用耐热钢筋混凝土预制块。

这种结构被随后新建的大多数浮法线所采用。

就这样,耐热钢筋混凝土预制块渐渐成为中国浮法的特点之一。

耐热混凝土预制块吊平顶结构最大优点在于造价低、底部平整、易吹扫、安装容易。

缺点在于形状复杂、预埋件多、笨重、电加热器布置灵活性差、容易开裂、寿命只有一个窑期。

80年代后期发展出了组合式锡槽顶盖[4],结合了耐热混凝土顶盖与烧成砖顶盖的优点,将顶盖分成支承模块与加热模块二部分。

支承模块仍采用耐热钢筋混凝土预制块,预制块形状得到简化、尺寸较小、不易开裂、可重复使用几个窑期。

加热模块用莫来石烧成砖制成,电加热元件安装在此模块上。

国内当前的锡槽许多采用组合式锡槽顶盖。

2.2国外顶盖结构的发展

国外一直采用硅线石质烧成砖与保温砖的组合模块,各种模块拼装成锡槽吊顶,吊顶外有钢制密封罩密闭整个锡槽顶盖。

1990年代初期之前,采用的硅线石砖形状复杂、砖型繁多、尺寸较小、精度要求高,组装后的平顶其下表面是波浪形的,锡槽内的挥发物易冷凝聚集在波谷,需要频繁吹扫以防止冷凝物滴落污染玻璃带[5]。

1990年代中后期,根据对锡槽顶盖结构与玻璃锡滴缺陷之间关糸的最新认识[6],国外对顶盖结构进行了重新设计。

新老顶盖之间的最大区别,在于内表面改用了平面结构,避免了旧式波浪型结构的缺点。

新型顶盖能更好地发挥热端气氛导流技术的作用,大大减轻了锡滴危害。

3槽内硫及氧污染物的控制

国内外早期的锡槽均采用过煤气及半燃烧煤气作为锡槽保护气体,这些气体纯度很低,含有大量污染物。

当时的槽内污染主要来自保护气体本身。

现代锡槽全部改用高纯氮氢混合气作为保护气体,气体纯度己非常高。

锡槽内的污染物主要是氧和硫。

氧的来源主要归结于密封不严引起的空气渗透。

而硫则主要来自玻璃液本身。

3.1氧污染物的控制

氧在锡液中的溶解度随温度而变,其关糸见表1。

高温时氧的溶解度大,低温时氧溶解度急剧减小,因此锡槽出口端的锡液表面易生成氧化锡浮渣,如不及时清除,很容易导致玻璃沾锡。

锡槽高温区的过量氧会引起氧化亚锡挥发,冷凝在顶盖上,最终落在玻璃带上形成缺陷,但与硫污染相比,这并不是主要的。

玻璃下表面渗锡量也与氧有关,过量的渗锡易产生钢化彩虹。

表1氧在锡液中的溶解度与温度的关糸[7]

温度oC

550

650

750

850

950

1050

溶解度ppm

3

15

70

280

650

900

控制氧污染的根本措施在于加强锡槽的密封性,尽量减少外部空气进入锡槽。

锡槽的密封主要包括三个方面:

进口端、出口端、以及两侧边封,其中出口端的密封是最关键的。

锡槽出口端经过过渡辊台与退火窑联结。

过渡辊及传动完全是退火窑的延伸,而过渡辊台壳体（渣箱）则与锡槽连成一体,同一装置的不同部分分别附属于不同的热工设备,其热状态经常处于矛盾之中,因此几乎每条生产线在投产时均会在此处出问题,在高温环境下,往往只解决传动问题,根本无瑕顾及密封问题。

因此,沾锡一直是氧污染引起的最令人头痛的问题。

解决氧污染问题的最新思路是将锡槽尾端与过渡辊台作为一个糸统,统一考虑热变形、密封、槽体几何形状及锡液流态等因素之间的协调关系。

组织好热变形是要保证各机构高温下依然能维持其基本功能。

密封主要靠保持机构功能与合理选用材料二个方面,缺一不可。

组织好热变形与良好密封二者共同起作用,就能尽量减少外部空气进入锡槽。

对于难免泄漏进的少量氧生成的污染物,可借助合理的锡液流动及时从玻璃板下清除。

槽体几何形状是要保证锡液自然流动的有序性,使污染物不蓄积在玻璃板下面。

在同样的密封条件下,有些锡槽,如某地一座进口锡槽,对沾锡特别敏感,其原因就是不合理的槽体几何尺寸,紊乱的自然锡液流使污染物累积在玻璃板下方。

采用直线电机加强有益的锡液流,被证明是一种非常有效的清除污染物的方法[8],但必须以有序的自然液流作为基础。

根据锡槽尾部槽体的不同尺寸,设计最优化的诱导式扒渣耳池,己成为最新的氧污染控制技术。

3.2硫污染物的控制

芒硝（硫酸钠）是玻璃有效的澄清剂,在浮法配合料中占较大比例,因此硫主要由玻璃液本身带进锡槽。

硫从流进锡槽的玻璃液中挥发及溶解在锡液中。

纯锡的蒸气压很小（见表2）,但受硫污染的锡的挥发性很大（见表3）,形成的硫化物蒸气冷凝在顶盖上,被氢还原成金属锡滴落到玻璃上形成缺陷。

表2金属锡的蒸气压[9]

温度oC

730

812

880

940

蒸气压mmHg

0.00000142

0.0000751

0.000173

0.00301

表3SnS的蒸气压[10]

温度oC

594

705

760

900

1010

蒸气压mmHg

0.01

0.1

1.0

10

100

进入锡槽的硫的数量是无法控制的,减少污染的传统办法是定期吹扫顶盖。

最新的技术主要采取加大保护气体用量、分比例供氢、并加上高温区导流排空技术,形成向上游的逆向气氛流,将污染物迅速排出。

在保护气体中加入氢气的目的是消耗漏进的氧,因此氢只对控制氧污染起作用。

氢对控制硫污染起到的是反面作用,因此对硫污染而言,氢比例越低越好。

这就要求在锡槽的不同区域,针对各区域的首要污染物,采用不同比例供氢。

增加保护气体供给量,是为运用高温区导流排空技术创造条件。

理想的导流技术应该连续排空、排气量至少为总供气量的15%、同时须保持槽内压力至少达到40Pa,并借助在线露点仪实时监测尾部槽