浮法玻璃退火窑技术现状与发展

浮法玻璃退火窑技术现状与发展

0浮法玻璃退火窑生产的技术措施浮法玻璃的换热是指将针槽中的玻璃带冷却，消除玻璃中的残余内应力、光学不均匀性和稳定玻璃的内部结构，并通过一定的温度曲线进行冷却的工艺过程。玻璃的退火可分为两个主要过程：一是内应力的减弱和消除；二是防止内应力的重新产生。浮法玻璃退火窑作为浮法玻璃生产的三大热工设备之一，对浮法玻璃的产品质量和生产成本起到至关重要的作用。随着我国浮法玻璃行业的发展，全国浮法玻璃生产线从当初的几十条发展到今天近300条，规模从最初的80t/d发展到现在的1300t/d。市场对浮法玻璃的质量要求越来越高，近年来新材料、新工艺在浮法玻璃退火窑生产中不断应用。因此，很有必要对浮法玻璃退火窑的现有技术状况进行归纳整理，对需要改进和提高的地方进行深入分析探讨，为进一步提高浮法玻璃退火窑的技术水平和浮法玻璃行业的持续、稳定发展提供保证。1浮法玻璃退火窑浮法玻璃退火窑位于锡槽后端过渡辊台的后部，其后端连接冷端输送辊道。主要包括：退火窑壳体、电加热系统、冷却风系统、输送辊道和电控系统。退火窑一般分为A区（600～550℃）、B区（550～480℃）、C区（480～380℃）、D和RET区（380～220℃）、E区（220℃）及F区（220～70℃），其中A～C区是保温区，D～F区为非保温区。A～C区壳体由多节壳体依次连接而成，壳体内侧为耐热钢板（C区除外，为普通钢板），外侧为普通钢板。壳体上下层及两侧墙内充填实优质的保温纤维毡。相邻两节壳体之间留有膨胀缝，膨胀缝中填充保温棉密封，保证壳体受热不变形。每节壳体两侧墙均开有观察孔和扒渣孔。D区完成保温区和非保温区的过渡，内无冷却风，RET区内有热风循环系统。E区为敞开无风冷区，完成Ret区与F区的过渡，F区为敞开强制冷却区。电加热系统包括板上和板下电加热器，板上分布于A～C区的壳体两侧，板下一般布置在A～B区的壳体两侧。冷却风系统包括保温区辐射式冷却（包括板上和板下独立的可调冷却系统）、RET区冷却和F区强制冷却。输送辊道包括输送辊子、辊道梁、吊挂轴承座及传动系统。电控部分包括输送辊道传动控制、加热控制和风冷控制。目前，国际上制造浮法玻璃退火窑设备的最具代表性的公司主要有两家：即比利时的CNUD（克努德）公司和法国的STEIN（斯坦因）公司，它们分别以各自独特的设备结构和退火工艺，向世界各国浮法玻璃生产厂家提供了许多条不同规模的退火窑设备。从这两大公司的技术装备及结构特点看，各具特色，其玻璃退火质量均处领先地位。其中比利时CUND公司采用冷风退火工艺，从事退火窑设备制造历史较为久远。法国STEIN公司为后起之秀，以其独特的热风退火工艺也占领了世界范围内一定的份额，STEIN结构的退火窑在B区板上为热风循环退火工艺，其它区的退火工艺与CNUD结构的退火窑相同。两家公司的退火窑壳体固定保温层的钢结构形式和风管截面形式有所不同，其分区方法基本相同，但分区命名的代号字母不同，本文使用CNUD公司的退火窑分区代号。近几年来，两家公司在技术领域互相渗透，取长补短，使退火窑技术日臻成熟和完善。我国浮法玻璃退火窑技术是伴随着浮法玻璃技术的不断发展而发展的。1971年9月，我国研发团队在洛阳玻璃厂建成了第一条用于工业生产的80t/d浮法玻璃生产线，当时的退火窑为砖结构隧道式，成功生产出原板宽近1.3m、厚6mm质量较好的浮法玻璃，投入市场后取得良好的经济效益。1985年，熔化量为400t/d的洛阳浮法二线于7月3日顺利投产，使用CNUD退火窑。该线为我国引进的第一条CNUD退火窑，原板宽度为3.5m，是我国当时最大的一条玻璃生产线。1983年，中英合资企业——上海耀皮玻璃集团股份有限公司引进国内第一条STEIN结构的退火窑。至今，国内曾先后选用引进过该两家公司提供的许多条不同规模的退火窑设备，数量上基本各半，从使用效果来讲，基本能满足出优质玻璃的要求。秦皇岛玻璃工业研究设计院在2004年在国内首创设计完成大吨位的玻璃生产线——900t/d的浮法玻璃生产线，其退火窑内宽达5.8m，长度达155m左右，并于当年年底投入使用，一次引板成功。随后我院又设计了江门950t/d和河北元华1000t/d等大吨位浮法玻璃退火窑。目前，国内较成熟的大吨位浮法玻璃退火窑的内宽为5.7～5.8m，长150～190m。目前，国内最大吨位1300t/d的浮法玻璃退火窑，于2012年10月在河北省沙河市正式投入使用。3国内外市场发展现状目前，国内对退火窑的工艺研究、各组件的设计、制作和安装水平达到了较高水平，主要表现在以下几个方面：(1）中国自主开发的退火窑与外国公司退火窑的主要技术参数相比水平相当，见表1。(2）退火窑辊道，特别是超薄玻璃和大吨位退火窑辊道的加工质量，满足了生产高质量浮法玻璃的要求。90年代以前，高质量的退火窑辊道基本依靠进口，价格昂贵。国内当时仅有一家高合金离心铸造厂家，铸管长度仅有3m，直径不足200mm。今天，我国已拥有铸造厂十几家，辊道加工厂近10家，规模最大可满足生产玻璃原板5.2m，退火窑外宽近7m的辊子（辊子最大直径f365mm，最大长度8m）。2001年，洛阳浮法玻璃集团0.8mm超薄浮法玻璃生产线应用了高精度的国产钢辊。目前国内生产的辊子性能与国外对比见表2。(3）探索出了适合退火窑壳体保温的较理想的保温材料，并通过精确的热工计算得出各部位所需的最佳保温厚度，开发了有利于保温材料铺设的结构层铺错缝的科学布置和装填方式，使退火窑具有优良的保温绝热性能，更加稳定了窑内气氛。目前，退火窑保温材料一般使用优质的硅酸铝陶瓷纤维毯（毡），具有低导热率、低热容量、优良的热稳定性及抗热震性。它的分类温度为1100℃，体积密度128kg/m3，填充后密度160kg/m3，主要化学成分中，含Al2O344%，SiO250%。(4）退火窑A～C区控制设置单风冷却和单电加热控制回路。为了克服温度控制系统的纯滞后和大惯性的影响，单风冷却和单电加热控制采用规则协调PID控制算法，电加热由变周期过零触发阻性负载调功器进行加热功率控制，提高了控制精度，减少了对电网的干扰。RET区的温度控制回路采取PID控制算法，调节风管上的调节阀开度来控制热风循环温度，大大降低了玻璃板横向温差。(5）退火窑所有热工参数全部进入DCS系统，集中显示、报警，其控制方式的实现也均由DCS系统完成。DCS控制系统能实现分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。(6）退火窑主传动控制可靠性较高。主传动采用交流变频调速，2台变频器互为备用。正常情况下主变频器以100%带载工作，备用变频器以95%速度跟踪，当主变频器出故障时，备用变频器自动投入并提升至原设定速度运行。(7）国内对退火窑安装调试也达到了较高水平。国内一些生产退火窑的专业厂家，比如洛阳建材机械厂、秦皇岛华勘玻璃机械厂等，成立了专业的设备安装队，配置了先进的测量仪器，完全符合国家规定的设备安装标准、行业标准和设计要求，辊子安装精度达到了较高水平。与国外对比见表3。4加强石棉制品，提高玻璃热性能国内浮法玻璃退火窑经过40多年的发展，其技术水平不断得到完善，但在结构和控制方面仍存在一些不足之处，需要改进和提高。(1）解决大吨位玻璃生产中A区前部温度过高问题。由于大吨位玻璃板的宽度比较大，其从过渡辊台进入退火窑后带入的热量较多，造成退火窑前部内部空间温度较高，不利于玻璃的正常退火。应采取必要措施将退火窑A区板上进风口引到厂房外，前部板下加独立的冷却系统，以便降低其空间温度。国内有的玻璃厂尝试在玻璃板下增加冷却水包进行冷却，取得了不错的效果。(2）普通钢辊的热变形严重影响A区玻璃的外在质量，石英陶瓷辊的热稳定性是普通钢辊无法比拟的。为进一步提高玻璃质量，应大力推进石英陶瓷辊在浮法玻璃退火窑中的应用，而通过技术创新来降低石英陶瓷辊的成本是非常迫切的。(3）鉴于石棉制品材料对人体的危害，应尽快研究开发能替代石棉辊道，且成本低廉的辊子，以利于环保。(4）开发新型电加热器，并研究其较合理的布置方式，使退火窑内能够建立一种多层次立体化的易控的温度场。电加热器（电称之为电加热手）应结构紧凑、体积小、重量更轻、更换简单、调节范围广。(5）进一步优化玻璃板下风管截面设计和空间布置方式，依据板上、板下风机独立的风系统设计理念，在不产生过大的暂时应力条件下提高冷却速度，以便减少退火窑的长度，节约投资和生产成本。(6）进一步优化退火窑A～C区风冷却横向分区，提高控制精度，进一步减少玻璃板的横向温差，提高玻璃退火质量。重点优化控制程序，提高测温和控制组件的精度和可靠性。特别是STEIN结构的退火窑B区板上为热风循环退火，应进一步提高冷热风混合比例的调节精度。(7）进一步完善和简化窑内风管热膨胀补偿结构，精简热膨胀补偿器的数量，解决超长的窑内风管热膨胀消除问题，保证窑内风管、风箱之间接头不泄露，稳定窑内气氛，降低设备造价。(8）优化重要退火区B区的结构设计，使B区玻璃永久应力大大降低，进一步提高玻璃的退火质量。(9）优化RET