梯度增氧助燃玻璃窑炉熔化部和冷却部结构的改进设计

玻璃窑炉应用梯度增氧助燃后，燃烧产物的温度、碱蒸气和水蒸气含量以及NOx浓度等均发生了改变，导致熔化部和冷却部各部位的作业环境和耐火材料使用过程中损毁的原因也发生了改变，必须对熔化部和冷却部各部位的结构进行设计改进，才能满足窑炉窑龄的要求。

窑炉窑池是由熔化部（由投料口、熔化区、澄清区构成）、卡脖和冷却部的池壁和池底构成，在正常运行的窑炉中，这些部位的耐火材料砖材要受到双重侵蚀：高温炽热的玻璃液与这些部位的耐火材料发生化学反应形成侵蚀；窑炉内玻璃液形成的生产流、回流等冲刷这些部位的耐火材料，形成物理侵蚀。根据这种情况，确定了熔化部、卡脖和冷却部窑池部位耐火材料砖材的选取原则：耐火材料砖材的选取应满足整体窑龄要求，各部位砖材的使用寿命与窑炉寿命相匹配；具有很好的抗玻璃液侵蚀、冲刷性能；池壁砖采用整块应用更佳；不污染玻璃液，影响玻璃液质量。

（1）池壁：熔化部池壁砖侵蚀严重的部位是发生在顶层气（窑炉内火焰气体）—液（玻璃液）—固（池壁砖）形成的三相界面处和池壁砖与砖之间的横向缝接缝处，因此，池壁砖选用整块砖并且立砌筑，砖与砖之间要求精磨加工，膨胀缝留在两端。池壁砖下部厚度一般设计为250mm；上部液面线三相交界区域，为了强化冷却效果，延缓池壁砖的侵蚀，将传统厚度250mm减少至200mm左右。改进后的池壁砖结构见图1，池壁砌筑结构见图2。

图1改进后的池壁结构

图2池壁砌筑结构

（2）池底：①池底鼓泡，池底鼓泡是受玻璃液侵蚀、冲刷更严重的部位，选用抗玻璃液侵蚀、冲刷性能更好的砖，如无缩孔浇铸的AZS41#砖。玻璃窑炉中组合在一起的鼓泡砖见图3。单块鼓泡砖几何尺寸尽可能地小，避免在制作过程中出现裂纹等缺点，影响其使用寿命。

图3鼓泡砖

②窑坎，窑坎结构位于鼓泡附近靠后位置，也是受玻璃液侵蚀、冲刷更严重的部位，应选用抗玻璃液侵蚀、冲刷性能更好的砖，如无缩孔浇铸的AZS41#砖。组装后窑坎结构示意图见图4。

图4组装后窑坎结构示意图

（3）熔化部熔化区挂钩砖：传统的挂钩砖结构见图5。挂钩砖在制造过程中，A面容易产生裂纹，无法避免；在烤窑和窑炉正常运行过程中，窑炉升温和生产运行时的火焰换向、温度发生波动、温差导致A面容易掉头断裂，火焰直接烧损支撑窑体的钢构件，减少窑炉的使用寿命。

图5改进前挂钩结构示意图

改进后的挂钩砖结构见图6。平缓的A面，避免了该处裂纹的产生和温差产生的应力集中而导致挂钩砖的掉头断裂，从而保证挂钩砖顺利安全地运行整个窑龄作业期。

图6改进后挂钩结构示意图

（4）熔化部熔化区胸墙结构：熔化区胸墙除了受火焰冲刷烧蚀和配合料飞料侵蚀外，还受到火焰换向时温度发生波动而产生的热冲击。胸墙在窑龄期往往因为烧蚀导致重心偏移，向窑内倾斜，减少窑炉的使用寿命。在立柱侧的胸墙砖上钻一个锚拉孔，用金属耐热钢制作的锚拉杆勾住胸墙砖，固定于立柱翼板上，从而避免了胸墙砖向窑内倾斜，保证胸墙顺利安全地运行整个窑龄作业期。改进后的胸墙砖见图7。

图7改进后的胸墙砖结构示意图

在分析研究熔化部、卡脖和冷却部窑池和上部空间结构各部位在使用过程中损毁机理的基础上，合理的选择和配置耐火材料，同时通过对熔化部和冷却部池壁、胸墙等结构设计的改进，减轻了玻璃液、火焰和碱蒸气、水蒸气及配合料飞料对窑体冲刷的物理侵蚀和化学侵蚀，提高了熔化部、卡脖和冷却部整体结构在运行过程中的安全性和稳定性，在提高窑炉熔化能力和玻璃液质量的同时，也降低了窑炉的NOx排放浓度和熔化玻璃液的热耗。改进内容均在梯度增氧助燃玻璃窑炉上实施，目前窑炉运行状况良好，主要技术经济指标均达到了预期的设计目标。