玻璃窯爐生產中小爐噴火口掛鉤磚熱態更換的探討

玻璃窯爐是玻璃工廠的心臟，其運行安全性極其重要。窯爐作為大型的熱工綜合體，其作業空間的火焰最高溫度一般在1600℃以上，玻璃液最高溫度要達到1450℃以上，生產中必然存在一些對窯體耐材高溫火焰燒損、高溫玻璃液侵蝕的現象，這會對窯爐的安全運行及使用壽命產生影響。

在公元2000 年以前，窯爐運行噸位最大的浮法玻璃窯爐，其窯爐一個生產運行周期（行業俗稱“窯齡”）大多在5～8 年；隨著窯爐主體耐材的質量提升和窯爐運行維護技術的進步，玻璃窯爐的運行年限越來越長。2000 年以后，浮法玻璃窯爐的運行周期即窯齡普遍達到10 年以上，最長的窯齡有達到15 年之久。窯齡的延長，對玻璃工廠能帶來巨大的經濟效益，各個企業都在追求安全受控前提下的更長窯齡。

窯爐在運行的燒損及侵蝕現象，通過專業的熱態維修可以控制和減輕窯體燒損程度，較為常見的熱修工作有池壁貼磚、池壁貼磚更換、陶瓷焊補、噴嘴磚更換、格子體更換、大碹及蓄熱室鼠洞修補、蓄熱室墻體傾斜維修等。小爐噴火口的掛鉤磚，是直接對著火焰下火沖擊的部位，雖然都采用最為耐燒損侵蝕的電熔AZS 磚，但也存在著逐漸燒損的情況，隨著窯齡的延長，燒損到一定程度會將其下部保護的胸墻托板部分暴露在火焰空間，甚至直接受到火焰氣流的沖擊燒損，對安全運行及窯爐壽命帶來較大隱患，在公元2000年以前甚至是決定窯爐是否結束一個窯齡周期進行停爐冷修的主要因素。

近年來，隨著窯爐維護技術的提高，在窯爐正常的生產運行中，通過熱態維修的方式，對燒損的小爐噴火口掛鉤磚進行更換，已是比較成熟的窯爐維護作業，可以有效保護胸墻托板免受燒損，延長窯爐的安全使用的壽命。還有一些窯爐，由于其耐材質量或窯爐作業火焰控制不好鄧等因素，造成掛鉤磚部分異常快速的燒損，通過熱態更換部分掛鉤磚，就具有更加重要的作用。

1 控制掛鉤磚燒損的因素

橫火焰蓄熱室空氣助燃窯爐是當前最為普遍的窯型，以及部分輕工行業的馬蹄焰空氣助燃窯爐，大多采用底燒式的噴槍，其噴火口結構如圖1、圖2所示。

圖1 小爐噴火口剖面示意圖

圖2 某線新砌筑的噴火口照片

窯爐冷修后的窯檢，以及生產中的窯爐窯檢照片，顯示噴火口的燒損比較嚴重。在實際生產中，碰到過掛鉤磚燒損嚴重，或者鉤頭掉落后胸墻托板被燒損變形，托板下沉變形達到5mm之多。圖3為窯內噴火口掛鉤磚燒損較為嚴重的照片。

圖3 某在運行窯爐的噴火口照片（內窺鏡拍攝，窯齡6年）

影響小爐噴火口掛鉤磚燒損或鉤頭斷裂的因素：

⑴掛鉤磚材質及結構因素，選用較好的耐高溫耐侵蝕的電熔氧化法無縮孔AZS 材質，對材質的成分、體密、耐火度等質量指標上明確標準。在掛鉤磚的尺寸及結構方面也要優化，減少鉤角的應力。尤其鉤頭位置的拐角，圖4、圖5 為兩種鉤頭拐角結構，相比之下，圖4 的結構在磚材澆筑制作過程中就容易有裂紋產生，而圖5 的結構更利于磚材制作過程的應力減少，相應在窯爐運行中鉤頭炸裂的情況會好。

圖4 2000年以前的掛鉤磚圖

圖5 近年改進后的掛鉤磚圖

⑵生產中的火焰角度及長度不合理的情況，也會加劇掛鉤磚及噴嘴磚的燒損，尤其在投產初期，火焰角度不合理可能會直接燒損。

⑶生產中的飛料過多，以及燃料中的硫含量較高的情況，在小爐口的磚材表面粘附，會和磚材形成共融，以及料堆偏斜，對池壁上間隙及掛鉤磚形成侵蝕沖刷，也會加快燒損。

⑷生產中由于溫度突變、窯壓突變等意外因素，引起的掛鉤掛鉤頭斷裂情況也有出現。對于生產中的火焰、飛料等因素，需要及時的檢查發現糾正，并形成規范的作業制度，提高窯爐作業運行的穩定性，減少波動。

2 生產中熱態更換小爐噴火口掛鉤磚的控制要點

玻璃窯爐生產運行中，小爐噴火口是燒損最為嚴重的部位，尤其蓄熱式燃燒的窯爐，噴火口受到上火和下火的反復循環氣流沖擊變化，在下火側更是被熱氣流甚至火焰直接沖擊，因此小爐口的掛鉤磚常被燒損的較為嚴重。掛鉤磚下面保護的是鋼結構胸墻托板，在掛鉤磚燒損侵蝕到一定程度的時候，就會將部分胸墻托板暴露在火焰空間，而托板直接被火焰沖擊會造成托板變形、燒損的情況，會對胸墻的結構安全造成隱患。

窯爐運行中，需要定期對窯體的燒損情況進行窯檢，采取看火鏡觀察、標尺測量、測溫、內窺鏡拍照等方法，對掛鉤磚的燒損情況進行評估，確定是否需要維修以及維修時機。熱態維修更換噴火口掛鉤磚是高度專業的熱工維修作業，對窯爐安全和作業人員的安全具有一定的危險性，需要系統的方案，專業的工作。

對操作過程的主要步驟如下：

2.1 熱修計劃制定，人員分工，和材料工具準備

制定熱修計劃，專業的窯爐檢查維護人員采用專業的窯爐檢查工具，內窺鏡、照相機等對窯爐燒損情況進行檢查拍照，確定熱修計劃，明確哪些掛鉤磚更換；

人員分工明確，有主操人員，有配合輔助人員，有應急安全監護人員；

相應的熱工勞保用品準備充足，應急水槍、氣槍，鏟子、臨時加固用鋼材等準備到位；

熱修磚材準備方面，噴火口掛鉤磚和噴嘴磚及間隔磚一并一起更換，考慮到熱態更換操作的難度以及新磚材熱態更換的急速升溫避免炸裂等情況，一般將新的掛鉤磚在寬度方向尺寸定小一些，如圖6和圖7所示。

圖6 原始掛鉤磚組裝圖

圖7 熱態更換掛鉤磚示意圖

2.2 砌筑烤磚爐砌筑，將新磚進行預升溫

根據準備更換的掛鉤磚及噴嘴磚等的數量，進行靠磚窯的砌筑，利用靠磚窯進行預升溫。如圖8 和圖9 所示，一般采用天然氣槍進行升溫。

圖8 烤磚窯照片

圖9 掛鉤磚和噴嘴磚在烤磚窯內照片

在新的掛鉤磚及噴嘴磚裝窯之前，使用手電筒對每塊磚材進行檢查，發現沒有問題后方可入窯。為了防止掛鉤磚升溫炸裂，噴嘴磚、間隔裝安裝在火道一側，掛鉤磚放在遠離火道一側。烤磚窯砌筑完成后，磚材入窯后做好密封及保溫，安裝好噴槍及監控電偶等，升溫燃料優先使用順序為天然氣、液化氣，如采用柴油要注意升溫的均勻性，避免火焰直接燒到預升溫的磚材。

制定詳細的升溫方案，根據熱修計劃時間，提前3天開始進行烤磚窯升溫，磚材升溫到800℃以上進行保溫8h 左右，再開始熱修。升溫計劃如下表，參照這個升溫速率。一般在升溫前，新磚材已放置熔窯邊上1-2 個月時間，自然烘干水分；如新磚材沒有經過窯爐邊上自然烘烤，則升溫速率相應調整，低溫段升溫速率放緩。常用升溫速率表如表1所示。

表1 熱態更換掛鉤磚烤磚窯升溫速率

2.3 制定熱修期間的工藝調整方案

為規范小爐噴火口掛鉤磚更換期間，對小爐的噴火燃燒會有一定的影響，需制定熔化工藝調整方案，有詳細操作方案和應急預案，避免更換過程中工藝操作的隨意性、避免拉引量和燃燒等工藝調整不及時造成對生產的影響。小爐掛鉤磚更換期間，熔化工藝的主要影響是噴槍調整、窯內溫度下降和料山變遠，故熱修期間工藝調整的主要方向是要及時調整燃料分布、增加相鄰噴槍燃料量，保持溫度、料山穩定。

2.4 更換掛鉤磚及小爐噴槍調整

在熱修開始施工時，熔化工及鉗工在火梢一側拆除更換掛鉤磚位置對應的噴槍及槍架；然后保窯班組開始拆除舊的噴嘴磚、間隔磚、掛鉤磚，換掛鉤磚，拆除過程注意保護托板，碎磚塊控制不要掉入窯內玻璃液中；注意新掛鉤磚要比舊掛鉤磚寬度偏小，從小爐口的一邊開始拆，拆兩塊掛鉤磚后，熱態安裝一塊新掛鉤磚；注意新磚在烤磚窯內一支保溫，安裝時用專用工具快速將新磚取出并到托板上就位；拆磚等作業盡量在上火側作業，下火時做好保溫棉擋火。要考慮一定的新磚備用量。

拆磚時盡量左右撬，減少直接敲打次數，防止帶動托鐵板；取新磚過程中烤磚窯溫度下降比較快，需要注意磚材保溫；安裝新掛鉤磚前需仔細查看是否存在炸裂紋，有炸裂紋的磚材不許使用；

待新噴嘴磚安裝完成后，熔化工及設備鉗工在火梢一側恢復對應位置的噴槍和槍架；恢復噴槍燃燒后，再拆除下一只噴槍。有3 支噴槍的小爐更換操作過程中最多停1 支噴槍，保證有2 支槍燃燒；有2 個噴槍的小爐在熱修過程中需停掉1 支槍；即在熱修過程中盡量保持至影響一支槍的燒火，且一個小爐口一天要熱修完成，在中夜班恢復該小爐的正常燃燒，減少對正常工藝的影響。

2.5 熱修期間拉引量及工藝控制

準備更換掛鉤磚前，綜合評估當前負荷及蓄熱室堵塞情況，結合設計熔化率及澄清率，以確定更換前拉引量下降幅度（根據評估情況可降低2%～10%）；更換過程中根據窯內工況，拉引量進行動態控制，即根據施工不同階段，窯內火焰燃燒狀態、溫度、料堆、泡界線的變化，進行小幅升降調整，確保產質量的穩定，熱單耗的受控；更換完成后恢復更換前的拉引量，恢復量應≤5t/d。

碎玻璃比例調整：根據庫存情況，在外購碎玻璃質量受控的前提下，可上調2%～4%，更換過程中可視情況進行臨時調整。掛鉤磚更換完成后，可結合拉引量和窯內工況、玻璃質量情況逐步下調恢復。

燃料及風火量調整：將熱修小爐的燃料量適當分至相鄰小爐，具體需根據火焰燃燒情況分配，對應調整助燃風量，保證窯內總燃料量和總熱量變化不大，保證料山、溫度可控；燃料調整應保證火焰燃燒充分、穩定、有一定的清亮度；更換過程中密切關注料山、泡界線和偏料情況，出現異常時相應調整拉引量或投料系數；燃料及助燃風的調整需通知環保，保證環保進口數據可控。

投料控制：正式熱修更換前，投料機切換為左右分別一拖一的控制模式，便于更換過程中左右兩側料山的平衡控制；

窯壓控制：應盡量控制在正常窯壓指標范圍內，更換過程中非換火波動不得超過正常窯壓設定值5Pa，窯爐其他部位如有拉開縫隙及時封堵、做好臨時密封；

碹頂溫度根據窯內工況，制定臨時溫度指標進行控制，確保班組操作的一致性、連續性。

掛鉤磚更換后恢復生產的方案，應遵守以下控制原則：碹頂溫度控制：1#小爐、熱點小爐碹頂溫度、澄清溫度，應恢復到更換前的正常溫度指標；料山位置控制：拉引量提升過程中，料山應控制在正常位置偏前；拉引量恢復到位后，料山應恢復到降拉引量前的正常位置；窯壓控制：拉引量提升過程，窯壓按正常指標控制；

各小爐燃料占比控制：恢復更換前的各小爐熱負荷分配比例控制，如需優化應在拉引量到位后，根據實際情況再進一步摸索；助燃風控制：應按更換前的小爐風油比指標控制，熔化工程師需測量廢氣中O2含量、CO 含量，測量各小爐胸墻溫度；

以上未提及的工藝參數都應參考正常生產時的指標恢復；在恢復生產的同時，窯爐所有密封都要快速整改恢復到位，避免熱耗增加。

2.6 安全注意事項

烤磚時嚴格按照升溫曲線烘烤，安排專人24 h 值守現場；小爐過道及過道下方要做好安全防護。

熱修期間，班組要派專人負責聯系換火，必要時需要采取手動換火延長燒火時間；安裝噴槍和槍架、新掛鉤磚都是在火根側作業，在換向前要做好胸墻托板的保護；

用氧熔棒割磚時，產生的鐵屑不能進窯，舊磚盡量全部取出；采用專用工具，清理附著物，盡量刮干凈，更換期間避免敲打掛鉤磚產生碎屑掉落窯內，影響玻璃質量；

做好勞動保護，更換掛鉤磚時，操作人員需穿戴好勞保用品；要避免現場人員出現中暑、燙傷等情況。

3 結語

噴火口掛鉤轉是窯爐內直接受到火焰沖擊的部位，噴火口的掛鉤磚類似于早期煤氣窯爐的舌頭，其燒損會直接到影響窯爐的運行壽命。從材質上選用較好的電熔AZS，結構上優化減少磚材澆筑成型時鉤頭拐角的應力裂紋，以及熔窯作業上控制火焰、飛料及溫度穩定性，能有效減緩掛鉤轉的燒損。

熱態更換嚴重燒損的噴火口掛鉤磚，是近年來才開展的一種高度專業的熱工作業，能夠有效延長玻璃熔窯的窯齡周期。制定詳盡的更換組織方案，并砌筑專門的烤磚窯進行預升溫，按照步驟逐步實施熱修工作，并對熱修期間的熔化工藝控制做好預案，可以做到安全更換小爐噴火口掛鉤磚，且可以保證熱修期間的生產基本不受影響。