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摘 要 本文针对钙镁系黑色微晶玻璃料粘度变化大、结晶上限温度高和导热系数低等特征，对微晶玻璃池窑结构设计和施工进行了一些探索，并在中试中应用，得到了较好的效果。
关键词 钙镁系,微晶玻璃，池窑,压延法
1前 言
2005年我公司增开一条年产18万m2的钙镁系黑色压延矿渣微晶玻璃生产线，其基础玻璃的化学组成（wt%）为：SiO2 45～65、CaO 10～20、MgO 1～5、Al2O3 6～12、K2O 1～3、Na2O 1～3、Fe2O3 3～6、CoO 0～0.5、I.L 1～5[1]；其基础玻璃的DTA分析见图1。从玻璃组成范围和基础玻璃的DTA分析可看出，该种玻璃具有粘度变化大、结晶上限温度高、玻璃熔料导热系数低的特性。
黑色压延矿渣微晶玻璃池窑是在原微晶熔块池窑上改造而成的，重庆某公司的设计方案如图2所示，其主要结构如表1。
该池窑试产时出现加料困难、流液洞堵塞和成形困难等问题。笔者针对钙镁系黑色微晶玻璃的特性、压延法生产的基本条件及中试的情况对玻璃池窑结构进行了重新设计并在生产方面进行了一些探索性的中间生产试验。
2新池窑结构设计
新设计的池窑结构特征如表2所示，其结构示意图如图3所示：池窑由小炉、熔化澄清池、加料小池、放料孔、液面测试孔、窑坎、挡料过桥砖、料道及料道放料孔等组成。采用两对螺旋加料机双边错位加料并配合激光液面控制仪来保持液面的稳定；工作部采用可上下移动的流延式简易工作部。工作部保温良好，且在顶部装有一组轻油枪。压延机为独特三辊压延机并由送料辊、压延上辊、压延下辊、承接辊、机架、传动系统及水冷却系统组成。机架呈45°角倾斜，承接辊与机架垂直。
3结果与分析
3.1 中试结果
重新设计改造的池窑在2005年12月进行了试产，试产时投料和放料生产作业都比较顺利。当将工作部唇砖下降到液面下100mm位置后，液面开始稳定下来，生产时没有出现断板、卡棍、粘辊、缠辊的现象，炉内的热点、料毯层、泡沫层和泡界线分布稳定。生产时的工艺技术参数如表3所示。经晶化窑核化、晶化、退火后的产品物理性能如表4所示。
3.2 小炉结构分析
原池窑小炉的设计存在小炉短、喷火口小、喷火口砖角度离心和回火严重等问题。由于小炉是关系熔炉节能的最直接因素，上述问题将造成燃料利用率低，浪费能源。重新设计时，我们将小炉喷火口宽度由原来的900mm增加至1000mm，喷火面积明显增大，并对喷火口砖进行了重新设计。对山墙材料进行了调整：一方面将山墙全部换为电熔砖，另一方面设置了过渡锆质砖。原小炉横向砖的设计与窑体纵向硅砖有抵触，在烤窑时出现顶裂胸墙现象，对此，我们在设计时留了两条膨胀缝，从而解决了以上问题。
3.3 加料口结构及其装备分析
原设计方由于过多考虑回炉料的再利用而忽略了微晶配合料粘性变化大、析晶上限温度高的特征，设计的加料口为敞开的加料池结构，加料方式为单侧垄式加料。该结构在中试投熟料不到半小时就出现加料口堵塞和预熔池冻结的现象，并三次烧毁电机，后改为人工加料，直到液面线升高后方可自动加料。从窥火孔看到的现象是熔化区内的配合料呈“冰山”状，没有形成“料毯”层和“泡沫”层，泡界线也不稳定；料层区过不了熔炉中心线，倒枪后，料层区略微可见呈垄状，加料口对面的镜面三角区略有缩小，而料层三角区则延伸至耳池附近，澄清区分布在耳池对面的区域，这与陈兴孝描述的单边加料料层分布情况大不相同[2]。停产后，我们发现加料口对面的小炉及蓄热室腐蚀特别严重，小炉内发现有很多钟乳石状玻璃柱，而加料口侧完好无损；加料口胸墙腐蚀较严重。从上面的情况可知：由于微晶配合料粘度变化大、析晶上限温度高，所以在预熔池内基本呈结晶状态，加料口的玻璃液也呈粘度极高的粘稠冻融体；这些冻融体封堵住加料口，使配合料很难进入熔池内。
新设计的池窑加料机为大功率不锈钢机头且带冷水包的螺旋加料机，为避免在加料机附近形成大堆积料，新设计的加料结构采用多台大功率机双边加料。微晶玻璃由于硬化速度快、结晶倾向大，在窑炉的底部最易形成一层不动层，在玻璃液的表面又会形成一层变质层(因易挥发成分的挥发)。形成的不动层和变质层会导致玻璃的析晶。当采用螺旋式加料后，由于密封保温好，能使玻璃液内部高温区域增大、对流加快，从而降低了析晶的倾向，使玻璃液质量提高。多台加料机的均匀布置，解决了熔池内料毯层、泡沫层和热点镜面区的不合理分布，从而真正解决了熔化率低和单侧加料口对面小炉侵蚀严重的问题。
3.4 熔炉主炉、分隔装置及工作料道结构分析
原池窑在试产时，投入熟料不久就看到工作料道液面已凝固，用硅酸铝纤维毯对流液洞进行保温后，给工作料道加热至1400℃并保温4h，然后用不锈钢中空管向流液洞鼓入高压空气才有局部流通，但半小时后又出现流液洞堵塞的情况，最后只能进行放液处理。在放液初期，玻璃液粘度大、流量小，4h后（约放料6～10t），玻璃液粘度剧减，出现玻璃液失控事故。在试产时，工作部唇砖、档砖和托砖均出现凝固“黑料”和结晶“白料”，最后“白料”和“黑料”越来越多，动态玻璃料“红料”越来越少，板越来越窄，再加上流液洞堵塞和加料机难以加料而停产放液。停炉拆迁工作料道和流液洞时，发现流液洞和工作料道液线下400mm以下已结晶。
根据笔者经验，黑色钙锌系微晶玻璃料在火焰空间以下100mm内，液面每下降1mm，温度将下降1℃；在火焰空间以下200mm至300mm内，液面每下降1mm，温度将下降1.2℃，而微晶玻璃料的上限结晶温度是1180℃。因此，若液面温度为1500℃，则流液洞取料口应在液面下400mm部位，且熔池深不应超过600mm,料线至池底板的高度应不大于500mm。新设计的池窑在结构上还考虑到熔池内对流域和工作流分布情况，使玻璃液流通无阻滞、无死区，温度场更合理。
3.5 工作部及压延机的结构分析
原成形供料工作部和压延机组的设计以溢流法供料和等径双辊水平压延为主，因该方法对玻璃液阻滞较严重，且全部在裸露情况下作业，故很难满足压延微晶玻璃的生产要求。新设计的工作部与压延机组彻底取消了所谓的“压延三砖”（闸板砖、挡砖和托砖），使供料少了三种阻滞；新设计中还将供料方式改为流延方式，利用重力和粘度作用使料均匀稳定地供给；将压延机适当前倾，将下辊更换为大辊并增加一根给料辊，这些改动可杜绝出现压延机出口料的死角。此外，笔者还将水箱改小为三根可通水的传动辊。活动辊台的长度改为500mm之内，并且增设保温轻质活动箱体结构和红外线测温点，对玻璃带的温度进行测控。新设计方案在压延机定位（即测厚定位）和压延辊温度控制方面充分吸取了塑料压延机在这方面的成功技术，使得厚度偏差控制在±0.5mm内，为后期抛光作好准备。压延辊温度的精确控制对解决缠辊、粘辊和卡辊起到了很好的作用。
新池窑的工作部采用活动工作部，工作部耐火材料组成为：厚400mm、长400mm、宽1600mm的唇底砖（由两块厚400mm、长400mm、宽800mm的﹟41电熔砖组成）、厚300mm、长800mm、高800mm的侧墙砖（由四块厚300mm、长400mm、高800mm的﹟36电熔砖组成）；前山墙由厚300mm、高400mm、长2200mm的基础砖（由两块厚300mm、高400mm、长1100mm的﹟33电熔砖组成）、氧化铝空心球标砖、280mm厚的轻质保温砖和20mm厚硅酸铝纤维毯保温层组成；侧墙也同样采用280mm轻质粘土砖和20mm硅酸铝纤维棉组成；碹角砖用烧结锆质；碹顶砖用280mm氧化铝空心球锲形砖、50mm锆纤维毯和20mm硅酸铝纤维保温层。机械液压控制部分包括：10mm不锈钢金属框架、轻轨钢导轨、导轮、液压缸、泵站和液压控制元件等组成。生产时由PLC和电磁阀来控制工作部的上下移动。此外，工作部流延口顶部还装有液化气枪，前墙装有窥视孔和处理孔。工作时，玻璃液流注到压延机三辊组成的工作腔内，经给料辊的动态均匀给料和上下压辊的压延形成稳定板根，从而为产品的稳定生产提供了前题。
3.6 控制点分布及控制情况分析
原设计窑池的温度控制点仅考虑了燃料的燃烧情况，而没有对玻璃液的温度场加以测控。新池窑温度控制点的设计主要以控制玻璃液温度场为重点，并以基础玻璃的DTA分析、玻璃的粘性、池窑结构和工作部结构特性为依据，新设计的温度测控工作点如图4、图5所示。
原设计池窑的玻璃液面控制仪为接触式气动液面控制仪，测控点为澄清区的耳池。由于耳池散热大，影响池窑玻璃液温度场分布且受气压影响较严重，所以新结构采用激光液面控制仪。测控点也增为两个：一个是分隔装置前澄清区燃烧室侧墙；另一个是工作部前的工作料道侧墙。在生产时，不仅要使澄清区玻璃液面稳定在±1mm内，也要使工作料道液面与澄清区液面之差稳定在±1mm内。
3 结论
(1) 黑色压延微晶玻璃池窑的设计一定要打破传统压延玻璃池窑的设计观念，避免设计上的误区，减少投资风险；
(2) 玻璃料性粘性变化大、导热系数低和结晶上限温度高是池窑结构及其附件设计的基本依据；
(3) 本探索性试验的成功为黑色压延微晶玻璃池窑设计开辟了一条新的思路，也为压延微晶玻璃池窑的设计和生产提供了一个较为成功的经验。
参考文献
1 韩复兴等.多种工业矿渣微晶玻璃的研制[J].佛山陶瓷，2005（4）：8～10
2 陈兴孝.偏心式流液洞[J].玻璃与搪瓷，2001（3）：31～32
关键词 钙镁系,微晶玻璃，池窑,压延法
1前 言
2005年我公司增开一条年产18万m2的钙镁系黑色压延矿渣微晶玻璃生产线，其基础玻璃的化学组成（wt%）为：SiO2 45～65、CaO 10～20、MgO 1～5、Al2O3 6～12、K2O 1～3、Na2O 1～3、Fe2O3 3～6、CoO 0～0.5、I.L 1～5[1]；其基础玻璃的DTA分析见图1。从玻璃组成范围和基础玻璃的DTA分析可看出，该种玻璃具有粘度变化大、结晶上限温度高、玻璃熔料导热系数低的特性。
黑色压延矿渣微晶玻璃池窑是在原微晶熔块池窑上改造而成的，重庆某公司的设计方案如图2所示，其主要结构如表1。
该池窑试产时出现加料困难、流液洞堵塞和成形困难等问题。笔者针对钙镁系黑色微晶玻璃的特性、压延法生产的基本条件及中试的情况对玻璃池窑结构进行了重新设计并在生产方面进行了一些探索性的中间生产试验。
2新池窑结构设计
新设计的池窑结构特征如表2所示，其结构示意图如图3所示：池窑由小炉、熔化澄清池、加料小池、放料孔、液面测试孔、窑坎、挡料过桥砖、料道及料道放料孔等组成。采用两对螺旋加料机双边错位加料并配合激光液面控制仪来保持液面的稳定；工作部采用可上下移动的流延式简易工作部。工作部保温良好，且在顶部装有一组轻油枪。压延机为独特三辊压延机并由送料辊、压延上辊、压延下辊、承接辊、机架、传动系统及水冷却系统组成。机架呈45°角倾斜，承接辊与机架垂直。
3结果与分析
3.1 中试结果
重新设计改造的池窑在2005年12月进行了试产，试产时投料和放料生产作业都比较顺利。当将工作部唇砖下降到液面下100mm位置后，液面开始稳定下来，生产时没有出现断板、卡棍、粘辊、缠辊的现象，炉内的热点、料毯层、泡沫层和泡界线分布稳定。生产时的工艺技术参数如表3所示。经晶化窑核化、晶化、退火后的产品物理性能如表4所示。
3.2 小炉结构分析
原池窑小炉的设计存在小炉短、喷火口小、喷火口砖角度离心和回火严重等问题。由于小炉是关系熔炉节能的最直接因素，上述问题将造成燃料利用率低，浪费能源。重新设计时，我们将小炉喷火口宽度由原来的900mm增加至1000mm，喷火面积明显增大，并对喷火口砖进行了重新设计。对山墙材料进行了调整：一方面将山墙全部换为电熔砖，另一方面设置了过渡锆质砖。原小炉横向砖的设计与窑体纵向硅砖有抵触，在烤窑时出现顶裂胸墙现象，对此，我们在设计时留了两条膨胀缝，从而解决了以上问题。
3.3 加料口结构及其装备分析
原设计方由于过多考虑回炉料的再利用而忽略了微晶配合料粘性变化大、析晶上限温度高的特征，设计的加料口为敞开的加料池结构，加料方式为单侧垄式加料。该结构在中试投熟料不到半小时就出现加料口堵塞和预熔池冻结的现象，并三次烧毁电机，后改为人工加料，直到液面线升高后方可自动加料。从窥火孔看到的现象是熔化区内的配合料呈“冰山”状，没有形成“料毯”层和“泡沫”层，泡界线也不稳定；料层区过不了熔炉中心线，倒枪后，料层区略微可见呈垄状，加料口对面的镜面三角区略有缩小，而料层三角区则延伸至耳池附近，澄清区分布在耳池对面的区域，这与陈兴孝描述的单边加料料层分布情况大不相同[2]。停产后，我们发现加料口对面的小炉及蓄热室腐蚀特别严重，小炉内发现有很多钟乳石状玻璃柱，而加料口侧完好无损；加料口胸墙腐蚀较严重。从上面的情况可知：由于微晶配合料粘度变化大、析晶上限温度高，所以在预熔池内基本呈结晶状态，加料口的玻璃液也呈粘度极高的粘稠冻融体；这些冻融体封堵住加料口，使配合料很难进入熔池内。
新设计的池窑加料机为大功率不锈钢机头且带冷水包的螺旋加料机，为避免在加料机附近形成大堆积料，新设计的加料结构采用多台大功率机双边加料。微晶玻璃由于硬化速度快、结晶倾向大，在窑炉的底部最易形成一层不动层，在玻璃液的表面又会形成一层变质层(因易挥发成分的挥发)。形成的不动层和变质层会导致玻璃的析晶。当采用螺旋式加料后，由于密封保温好，能使玻璃液内部高温区域增大、对流加快，从而降低了析晶的倾向，使玻璃液质量提高。多台加料机的均匀布置，解决了熔池内料毯层、泡沫层和热点镜面区的不合理分布，从而真正解决了熔化率低和单侧加料口对面小炉侵蚀严重的问题。
3.4 熔炉主炉、分隔装置及工作料道结构分析
原池窑在试产时，投入熟料不久就看到工作料道液面已凝固，用硅酸铝纤维毯对流液洞进行保温后，给工作料道加热至1400℃并保温4h，然后用不锈钢中空管向流液洞鼓入高压空气才有局部流通，但半小时后又出现流液洞堵塞的情况，最后只能进行放液处理。在放液初期，玻璃液粘度大、流量小，4h后（约放料6～10t），玻璃液粘度剧减，出现玻璃液失控事故。在试产时，工作部唇砖、档砖和托砖均出现凝固“黑料”和结晶“白料”，最后“白料”和“黑料”越来越多，动态玻璃料“红料”越来越少，板越来越窄，再加上流液洞堵塞和加料机难以加料而停产放液。停炉拆迁工作料道和流液洞时，发现流液洞和工作料道液线下400mm以下已结晶。
根据笔者经验，黑色钙锌系微晶玻璃料在火焰空间以下100mm内，液面每下降1mm，温度将下降1℃；在火焰空间以下200mm至300mm内，液面每下降1mm，温度将下降1.2℃，而微晶玻璃料的上限结晶温度是1180℃。因此，若液面温度为1500℃，则流液洞取料口应在液面下400mm部位，且熔池深不应超过600mm,料线至池底板的高度应不大于500mm。新设计的池窑在结构上还考虑到熔池内对流域和工作流分布情况，使玻璃液流通无阻滞、无死区，温度场更合理。
3.5 工作部及压延机的结构分析
原成形供料工作部和压延机组的设计以溢流法供料和等径双辊水平压延为主，因该方法对玻璃液阻滞较严重，且全部在裸露情况下作业，故很难满足压延微晶玻璃的生产要求。新设计的工作部与压延机组彻底取消了所谓的“压延三砖”（闸板砖、挡砖和托砖），使供料少了三种阻滞；新设计中还将供料方式改为流延方式，利用重力和粘度作用使料均匀稳定地供给；将压延机适当前倾，将下辊更换为大辊并增加一根给料辊，这些改动可杜绝出现压延机出口料的死角。此外，笔者还将水箱改小为三根可通水的传动辊。活动辊台的长度改为500mm之内，并且增设保温轻质活动箱体结构和红外线测温点，对玻璃带的温度进行测控。新设计方案在压延机定位（即测厚定位）和压延辊温度控制方面充分吸取了塑料压延机在这方面的成功技术，使得厚度偏差控制在±0.5mm内，为后期抛光作好准备。压延辊温度的精确控制对解决缠辊、粘辊和卡辊起到了很好的作用。
新池窑的工作部采用活动工作部，工作部耐火材料组成为：厚400mm、长400mm、宽1600mm的唇底砖（由两块厚400mm、长400mm、宽800mm的﹟41电熔砖组成）、厚300mm、长800mm、高800mm的侧墙砖（由四块厚300mm、长400mm、高800mm的﹟36电熔砖组成）；前山墙由厚300mm、高400mm、长2200mm的基础砖（由两块厚300mm、高400mm、长1100mm的﹟33电熔砖组成）、氧化铝空心球标砖、280mm厚的轻质保温砖和20mm厚硅酸铝纤维毯保温层组成；侧墙也同样采用280mm轻质粘土砖和20mm硅酸铝纤维棉组成；碹角砖用烧结锆质；碹顶砖用280mm氧化铝空心球锲形砖、50mm锆纤维毯和20mm硅酸铝纤维保温层。机械液压控制部分包括：10mm不锈钢金属框架、轻轨钢导轨、导轮、液压缸、泵站和液压控制元件等组成。生产时由PLC和电磁阀来控制工作部的上下移动。此外，工作部流延口顶部还装有液化气枪，前墙装有窥视孔和处理孔。工作时，玻璃液流注到压延机三辊组成的工作腔内，经给料辊的动态均匀给料和上下压辊的压延形成稳定板根，从而为产品的稳定生产提供了前题。
3.6 控制点分布及控制情况分析
原设计窑池的温度控制点仅考虑了燃料的燃烧情况，而没有对玻璃液的温度场加以测控。新池窑温度控制点的设计主要以控制玻璃液温度场为重点，并以基础玻璃的DTA分析、玻璃的粘性、池窑结构和工作部结构特性为依据，新设计的温度测控工作点如图4、图5所示。
原设计池窑的玻璃液面控制仪为接触式气动液面控制仪，测控点为澄清区的耳池。由于耳池散热大，影响池窑玻璃液温度场分布且受气压影响较严重，所以新结构采用激光液面控制仪。测控点也增为两个：一个是分隔装置前澄清区燃烧室侧墙；另一个是工作部前的工作料道侧墙。在生产时，不仅要使澄清区玻璃液面稳定在±1mm内，也要使工作料道液面与澄清区液面之差稳定在±1mm内。
3 结论
(1) 黑色压延微晶玻璃池窑的设计一定要打破传统压延玻璃池窑的设计观念，避免设计上的误区，减少投资风险；
(2) 玻璃料性粘性变化大、导热系数低和结晶上限温度高是池窑结构及其附件设计的基本依据；
(3) 本探索性试验的成功为黑色压延微晶玻璃池窑设计开辟了一条新的思路，也为压延微晶玻璃池窑的设计和生产提供了一个较为成功的经验。
参考文献
1 韩复兴等.多种工业矿渣微晶玻璃的研制[J].佛山陶瓷，2005（4）：8～10
2 陈兴孝.偏心式流液洞[J].玻璃与搪瓷，2001（3）：31～32