錫槽底磚設計及應用要點

陸 晨,朱永清

(中國建材國際工程集團有限公司，上海 200063)

錫槽是浮法玻璃工藝的典型熱工設備，承擔著浮法玻璃成形的重要任務。配合料在熔窯熔化成玻璃液進入錫槽，在錫液面上攤開展薄，經過拉邊機的作用，達到產品需要的厚度后進一步冷卻定形離開錫槽，這就是浮法玻璃的成形過程。

浮法錫槽的工作溫度一般為600～1 100 ℃，因此，和熔窯的耐火材料相比，從耐火度的角度來看，錫槽底磚的要求并不高。然而，錫槽由于錫液和保護氣體的存在，對于錫槽底磚提出了很多獨特的要求。

1 我國錫槽底磚的應用發展歷程

自20世紀50年代末，英國皮爾金頓玻璃公司宣告平板玻璃的浮法成形工藝研制成功，浮法玻璃技術席卷全球，唯獨對中國實施了嚴格的技術封鎖。中國玻璃行業的從業者意識到，只有通過自己開發研究，走出一條自主創新之路，開發出中國自主知識產權的浮法玻璃技術，才是中國浮法玻璃發展的唯一出路。而西方對中國的封鎖絕不僅僅局限于浮法玻璃技術本身，其配套的耐火材料也對我們實施了嚴格的封鎖，尤其是錫槽的關鍵材料—底磚。即使“洛陽浮法”技術開發成功之后，高檔平板玻璃生產線所需錫槽底磚仍然需要依賴進口。

改革開放以來，隨著中國經濟和城市發展的突飛猛進，中國的耐火材料行業得到了長足的發展。錫槽底磚已經基本不再依賴進口，我們自己生產的錫槽底磚已經出口全世界，成為世界上主要玻璃生產廠商的第一選擇。

2 錫槽底磚關鍵技術要求

錫槽底磚是浮法成形的關鍵耐火材料，錫槽底磚圍成的槽池里盛著熔融的錫液，為了保護錫液不被氧化，錫槽內充滿了氮氫保護氣，玻璃液在錫液上攤開，在拉邊機的作用下成形。

在錫槽內部玻璃液、錫液、保護氣體和錫槽底磚組成了一個“生態系統”，里面存在著以下3個循環：

1)熔融的錫液通過底磚內部的氣孔向磚體內滲透，滲透隨著貫通氣孔不斷進行，直到通道阻斷而停止。抑或不斷滲透至槽底螺柱將其侵蝕，導致錫槽底磚漂起，造成重大生產事故。

2)錫槽保護氣體中的氫氣分子體積非常小，具有很強的滲透力。氫氣溶解在錫液里，繼而通過錫槽底磚的氣孔向內部擴散。氣體溶解度隨著溫度升高而降低，隨著錫槽溫度的變化，氣體從磚體析出，存于玻璃板下，在玻璃板下表面產生凹坑，形成氣泡缺陷[1]。

3)熔融玻璃液成分中的堿金屬和堿土金屬氧化物向錫液擴散，再向錫槽底磚表面擴散。這些氧化物和錫槽底磚內的SiO2和Al2O3發生霞石化反應[2]，反應得到的產物體積膨脹，隨著錫液流動及溫度變化而剝落，給玻璃生產帶來隱患。

第一個循環造成事故在20世紀70年代左右曾有發生，隨著錫槽底磚制作工藝的進步，錫槽底磚內部貫通氣孔率已經控制到很低的水平，錫槽底磚使用安全性大大提高。

第二個循環目前還是頻繁出現在浮法玻璃生產過程中，尤其是投產初期，磚體內部氣孔形成通道，氫氣輕易地在內部擴散。在生產穩定之后，隨著錫液的滲透，溫度制度的穩定以及氣體溶解度飽和，因氫氣擴散造成的板下氣泡缺陷也很少出現。錫槽底磚抵抗氫氣在內部擴散的能力主要依靠氫擴散率來表征。

第三個循環長期存在于玻璃生產過程中。錫槽底磚霞石化是一個非常漫長的反應，有些錫槽底磚在使用兩三年后就會出現霞石化剝落的情況，有些在使用七八年后才會出現霞石化。然而，隨著窯爐耐火材料的性能提升，現在對于窯爐窯齡的要求越來越高[3]，國外已經有連續生產15年的記錄，而且已經有廠家提出要建設20年窯齡的窯爐。這對于錫槽底磚抗霞石化能力提出了非常高的要求，需要從錫槽底磚的化學組成、晶相結構和燒成工藝來優化提升。

錫槽底磚之間留有膨脹縫，用于錫槽升溫時消化底磚的膨脹。如果脹縫留設偏大，預留的膨脹縫不能合攏；如果留設偏小，磚體之間互相擠壓，造成磚體開裂。事實上，錫槽底磚在膨脹過程中無法避免這兩種情況的發生。這就要求錫槽底磚本身具有一定的“彈性”，能夠承受磚體互相之間的擠壓，這對錫槽底磚提出了彈性模量的要求。

3 錫槽底磚設計要點

錫槽底磚由很多塊單獨的磚組合而成。錫液在1 000 ℃時的密度約為6.8 g/cm3，而錫槽底磚的密度約為2.1～2.4 g/cm3，密度小于錫液。為了保證錫槽底磚浸沒在錫液中而不浮起來，每一塊錫槽底磚通過槽底螺柱和槽底鋼板固定，槽底螺柱焊接在槽底鋼板上，錫槽底磚設計時要留設用于安裝固定螺栓的開孔，下半部分為直徑約40 mm的直形孔，用于槽底螺柱穿過，槽底螺柱四周的間隙用石墨粉或石墨套管填充，阻擋錫液倒灌進直形孔內，進一步侵蝕螺柱，造成漂磚事故。錫槽底磚上半部分開孔為圓臺孔，圓臺上直徑約為70 mm，下直徑約為100 mm。槽底螺柱穿過下部直形孔而伸入上部圓臺孔內，利用鋼墊片和螺母，將圓臺下表面和槽底螺柱固定在一起。最后在圓臺孔內灌入和錫槽底磚化學成分、膨脹系數接近的封孔料，搗實后上部抹平。如圖1所示，是錫槽底磚的斷面圖，錫槽底磚下部開孔不宜過大或過小，應保證螺柱外側具有適當厚度的石墨層，石墨層厚度太薄容易導致錫液向內部滲透侵蝕螺柱，石墨層太厚容易導致石墨層不易搗實而形成空隙導致錫液向內滲透侵蝕螺柱。上部宜設置圓臺孔，孔徑上小下大，即使在浮力的作用下，封孔料不易因結合不緊而漂出。圓臺孔應要求加工時不要刻意拋光，應保持一定的粗糙度，增強磚體和封孔料之間的結合力。

錫槽底磚設計時應重視膨脹縫的留設。每一批錫槽底磚出廠前應送專業檢測機構檢驗，測試關鍵理化指標及不同溫度下的膨脹系數。根據膨脹系數，技術人員計算后確定不同溫度區間下底磚脹縫值，并設計出脹縫布置圖。錫槽底磚上表面溫度可高達1 000～1 100 ℃，下部溫度僅為100 ℃左右，巨大的溫差會導致磚塊上下膨脹不一致，磚縫留設時需考慮這一點。另外，磚縫留設應考慮槽底鋼板的膨脹量，槽底鋼板正常生產時的溫度一般控制在100 ℃左右，而錫槽施工時冬季和夏季的氣溫偏差很大，即槽底鋼板的膨脹起始溫度相差最大約20～30 ℃，鋼板的膨脹率約為1.2×10-5/℃，假設磚的長度為600 mm，30 ℃的溫差，槽底鋼板的膨脹量差值為0.216 mm，這是一個無法忽略的差值，膨脹縫計算時，應綜合考慮升溫前的環境溫度。

4 錫槽底磚應用要點

錫槽底磚結構的合理設計，磚縫的恰當留設，是決定錫槽底磚能否滿足玻璃生產的基礎，對于錫槽底磚能否長期穩定使用有著重要影響，但是好的設計只是成功的一半，后期的安裝、烘烤都對錫槽底磚的長期穩定使用起著重要作用。

4.1 錫槽底磚安裝

錫槽底磚安裝步驟可簡單劃分為底磚定位、焊接螺柱、填充石墨、旋緊螺母和填充封孔料[4]。其中每一步都至關重要，直接關系到錫槽底磚長期使用的穩定性和安全性。

底磚定位要根據磚縫留設圖進行施工，確保磚縫實際尺寸滿足設計公差要求。過緊會導致脹縫片不易取出，存在傷磚的風險。過松會導致脹縫無法合攏。底磚上表面標高要嚴格控制，要求偏差控制在1 mm以內，底磚下部墊片要墊實，以磚塊四個角均不晃動為合格，墊片數量盡可能少。底磚定位完成后用膠帶將磚縫貼好，避免雜物掉進磚縫無法取出，影響錫槽底磚膨脹。

螺柱焊接關系到螺柱和槽底鋼板是否有足夠的強度固定錫槽底磚。焊接一定要由具有豐富經驗的焊工施焊，焊接前要試焊以確定合適的電流和熔接時間，焊接完成后要用扭力扳手進行扭力測試，不滿足要求的應將底磚吊起，然后將焊接處磨平后重新施焊。

石墨墊圈要按圖紙安裝，如果采用石墨粉填充，石墨粉務必要求搗實。如果采用石墨套管，要精確測量石墨套管的長度，現場切割，不得過高或過低。

螺母旋緊前將鋼墊圈安裝就位，旋緊時應控制合適的松緊度，使用扳手帶上勁即可。

封孔料填充前要用毛刷蘸水將孔壁潤濕，以增加其和磚體間的結合力。封孔料每次倒孔內剩余體積的1/3即可，打實后上表面刮毛，再繼續倒入封孔料進行搗打，直到搗打完成的封孔料略微高出磚面，使用刮刀將高出磚面的封孔料刮掉并磨平。

4.2 錫槽底磚的烘烤

錫槽烘烤是使錫槽向正常生產過渡的過程，是讓耐火材料排出水分，緩慢膨脹的過程。正常生產時，錫槽不同區段有著不一樣的工作溫度，因此，錫槽烘烤也根據區段劃分烘烤溫度，且一般比工作溫度略高。錫槽烘烤過程對于錫槽底磚在正常生產時的工作性能有著至關重要的作用。

錫槽烘烤的升溫速率一般控制在3～5 ℃/h，且在升溫過程中應在多個溫度點進行保溫，整個錫槽升溫過程可根據錫槽的大小確定，一般在20～28 d左右。合理的升溫曲線、充分的保溫以及足夠的升溫時間有利于錫槽底磚水分的充分排出，有利于控制錫槽底磚上下表面不均勻膨脹，有利于封孔料和磚體的均勻膨脹，有利于膨脹縫的充分合攏。

5 結 語

錫槽底磚是浮法錫槽的關鍵材料之一，直接影響著浮法玻璃生產。得益于我國耐火材料行業的快速發展，目前我們已經擺脫了國外廠商的限制，可以使用到大量優質的性能可靠的國產錫槽底磚。在這樣的大好形勢下，應該不斷優化設計，改進施工方式，提升控制水平，著眼于高窯齡錫槽底磚的要求，著眼于特種浮法錫槽底磚的特殊要求，力爭早日使我們全面從玻璃行業“追趕者”成為“領導者”。