玻璃熔窯投料口池壁鋼結構的設計

2020-12-26 鴻夏凱榮

眾所周知,現在玻璃熔窯的投料口基本採用的都是全窯寬投料池的設計形式,其設計具有結構簡單,有助於提高熔化能力和玻璃熔化質量,節能降耗和減少偏料現象等優點; 同時,投料形式採用寬投料機,即在液面上形成連續的與投料口等寬的整片料。與之配套的投料口池壁鋼結構,國內傳統設計形式都是採用端牆攔鐵作為池壁的緊固支撐,這種投料口池壁鋼結構設計雖然可以有效應用在浮法玻璃熔窯上,而且在國內應用已經相當成熟,但是也存在較多弊端。

針對傳統玻璃熔窯投料口鋼結構的設計缺陷,本文提出介紹一種更加簡單實用的玻璃熔窯投料口鋼結構設計形式,在保證熔窯安全可靠的前提下,還能有效減少玻璃熔窯的池壁磚侵蝕 ,此外新設計還可以為投料口部位提供更多的操作空間。

1、玻璃熔窯投料口池壁鋼結構的介紹

1.1 國內傳統玻璃熔窯投料口鋼結構的設計

針對玻璃熔窯投料口的鋼結構,國內傳統大多採用橫向端壁攔鐵的結構形式,包括: 投料口立柱、投料口前端攔鐵和側壁攔鐵等,實施方式為將若干根型鋼通過拉條把緊在熔窯前臉立柱上,端壁攔鐵與投料池磚結構緊靠,以此達到支撐投料池磚結構的作用,如圖1~圖3所示。

這樣的池壁攔鐵緊固結構在國內應用已經較為成熟,但是鋼結構過於複雜,實際生產中,尤其生產特殊品種玻璃的時候,投料池侵蝕嚴重,冷卻條件差,極易造成投料池損毀。

圖 1 投料口池壁鋼結構正立面示意圖
圖 2 投料口池壁鋼結構平面示意圖
圖 3 投料口側池壁鋼結構側視示意圖

1.2 玻璃熔窯投料口池壁鋼結構的改進

通過消化吸收和引進國外玻璃熔窯設計技術,某公司的一條玻璃生產線在冷修時進行技術改造,將原有的投料口池壁鋼結構由橫向端壁攔鐵的結構形式,改為多立柱獨立支撐的結構形式。

新設計的多立柱獨立支撐結構如圖4所示,投料口側池壁的鋼結構亦可採用立柱獨立支撐結構如圖5所示,與圖1相比,減少了很多笨重的攔鐵,特別是液面位置的池壁磚外側可以自然對流散熱,減緩這個部位的池壁磚侵蝕。

圖 4 新設計的投料口池壁鋼結構正立面
圖 5 新設計的投料口池壁鋼結構平面示

2、新設計存在的問題及解決措施

2.1 新設計存在的問題

新的設計雖然對玻璃窯爐有諸多幫助,但其本身還存在著一些設計缺陷,例如:

(1)正立面的多根立柱全部落在同一根窯底次梁上,在點火烤窯的階段,會因為池壁磚的膨脹,投料口池壁磚向前移動,窯底次梁將受到較大的剪應力,從而可能導致所有立柱發生傾斜或倒塌。

(2)由於烤窯階段,隨著溫度升高窯爐磚材將會膨脹,而立柱都是各自獨立的,那麼有可能出現投料口的池壁磚向前移動的距離不一致,造成掰縫,加劇該處池壁磚的侵蝕。

(3)因為是在原有的橫向端壁攔鐵的結構形式上改動,採用新設計會使得在烤窯階段池壁磚向前移動量增加,而熔窯窯頭第一根窯底次梁距窯底主梁末端距離較少,僅有150mm左右; 另一方面,窯底的池底大磚受熱膨脹移動會跟次梁不一致,會使得池底大磚懸空沒有支撐,這些問題都會造成較大的安全隱患。

2.2 解決措施以及應用

2.2.1 解決措施

針對上述設計階段發現的問題,消除實際應用中存在的安全隱患,應採取如下的解決措施,如圖6所示。

(1)為防止窯底次梁向前移動量過大,使用若干根角鋼將窯底的4根次梁全部焊接成一個框架,焊接的角鋼橫向間距可以隨著立柱的間距走。

(2)在立柱的上部焊接一根鋼梁,並用拉條把在熔窯前臉牆邊上的大立柱上,防止投料口前池壁磚前移的位移量不一致,同時,也可以解決由於立柱生根在窯底次梁上,而立柱頂端受到熔窯膨脹的剪應力後力矩太大的問題。

圖 6新設計的投料口池壁鋼結構側視示意

2.2.2 應用結果

結合上述的解決措施,將新設計應用在某公司一條冷修的 600t/d 玻璃生產線上,點火烤窯後結果如下:

(1) 窯底首根次梁向前移動了 50mm 左右,並未發生次梁移動超過窯底主梁末端的現象。

(2) 投料口前池壁立柱並未發生傾斜,起到了支撐投料口池壁磚的作用。

(3) 若以傳統的投料口池壁鋼結構,由於熔窯寬度跨度太長,端牆攔鐵的中部會彎曲變形,從而池壁和池底磚材會發生錯位。採用新設計後,據現場核實,池壁與池底磚材熱膨脹都比較均勻,解決了某公司長久以來,投料口前池壁中部磚材侵蝕嚴重的問題。

該玻璃生產線冷修後,順利點火烤窯已正常投產,新設計的投料口池壁鋼結構實際應用如圖7所示。

圖 7 新設計的投料口池壁鋼結構應用現

3、結束語

結合國內傳統的設計形式以後,針對存在的不足之處,提出新的玻璃熔窯投料口鋼結構設計,可以有效地減緩投料口池壁磚受玻璃液的侵蝕,並因其結構簡單,維修作業也變得更加容易,有利於玻璃熔窯的生產穩定、安全可靠。另外一方面,國內玻璃生產線的設計都比較傳統和保守,因此本文提出新的投料口池壁鋼結構的設計技術,具有行業內推廣應用的意義。

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