玻璃窯爐爐蓋（大碹）的壽命，在很大程度上決定整個窯爐的壽命，因此必須在設(shè)計選材造型、耐火材料訂購、耐火材料檢驗(yàn)驗(yàn)收、運(yùn)輸保管、砌筑施工、烤窯設(shè)備及烤窯過程、日常的正確使用及維護(hù)保養(yǎng)這些環(huán)節(jié)上全過程中進(jìn)行質(zhì)量控制，才有望達(dá)到預(yù)期壽命。這里就每個環(huán)節(jié)談?wù)勛约旱目捶ǎ云谶_(dá)到拋磚引玉的作用。
一、選磚
1 設(shè)計時對硅磚的選擇
在設(shè)計過程中，必須選擇優(yōu)質(zhì)硅磚，仔細(xì)檢查硅磚的內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)，如硅磚的荷重軟化溫度、真體積密度、氣孔率、常溫抗壓強(qiáng)度、熔融指數(shù)等指標(biāo)都非常好的優(yōu)質(zhì)硅磚。
2 訂購耐火材料對生產(chǎn)廠家的選擇
對耐火材料對生產(chǎn)廠家的選擇首先要看該單位的硬件及軟件，要看該廠的生產(chǎn)設(shè)備，壓機(jī)的壓力是否足夠大。壓機(jī)壓力大、產(chǎn)品致密度高、氣孔率低，抗堿蒸汽的能力強(qiáng)的產(chǎn)品。另外就是燒結(jié)爐，是否是隧道窯，隧道窯的長度，用什么作為燃料。這涉及燒結(jié)溫度，燒結(jié)過程中礦化反應(yīng)是否完全徹底，退火是否良好是否殘存應(yīng)力等等。除了了解生產(chǎn)廠家的硬件外，還要了解軟件即生產(chǎn)工序管理過程，是否嚴(yán)格遵守工藝規(guī)章制度，原材料的來源及庫房管理，是否井井有條。在簽合同時除了規(guī)格型號外，一定要有詳細(xì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，什么牌號，標(biāo)準(zhǔn)號等內(nèi)容。
我們有的廠家，在訂購耐火材料時，把價格作為主要考慮因素，其他質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)考慮不足。毫無疑問材料的性價比是我們主要考慮的因素，國內(nèi)某合資企業(yè)購買國外某知名企業(yè)的硅磚，用了15年，只是厚度被侵變薄了之外，其他并無穿孔透火透氣等其他問題，該廠中途還因文山地震停爐一次（停爐的降溫升溫是對窯爐壽命有一定影響的），可見該磚的性價比之高。現(xiàn)在國內(nèi)耐火材料廠家，經(jīng)過激烈的優(yōu)勝劣汰的競爭，生存下來的廠家質(zhì)量都有較大提升。
3 耐火材料的檢驗(yàn)驗(yàn)收
此外還必須注意硅磚的外觀質(zhì)量，如磚體尺寸偏差、磚體的平整度等。在施工過程中，程序較多，比較復(fù)雜。首先要選磚。因?yàn)楣璐u在生產(chǎn)過程中，由于水分的變化（同一堆料，由于水分蒸發(fā)、上午下午的含量是不一樣的，夏季更甚）在堆碼干燥、燒結(jié)過程中有輕微的變形，模具在使用過程中有磨損沒有及時更換，國家標(biāo)準(zhǔn)也明確允許有正負(fù)公差等等。因此在砌筑前要對磚進(jìn)行分選，將同一規(guī)格的磚編上號（主要是大小頭一樣），堆碼在一起，以保證在砌筑時同一排碹磚規(guī)格尺寸基本相同。
二、砌筑
1 校正窯爐立柱等有關(guān)部件的相關(guān)尺寸，確定砌筑基準(zhǔn)線
在分選磚的同時，要對熔化池兩側(cè)的立柱進(jìn)行校正，使兩立柱之間的距離相同，確保整個爐蓋縱向灰縫大小一致。具體方法是先校準(zhǔn)前后兩對橫向兩對立柱的距離，以該立柱作為標(biāo)桿，因此在安裝豎立該立柱時要十分注意它們的垂直度，然后在同側(cè)前后立柱間拉一細(xì)線，讓每對立柱靠近細(xì)線，以便確保兩立柱之間的距離相等，從而保證每排磚的泥漿厚度相同。
在兩側(cè)立柱等距離校對調(diào)整完畢后，然后在每根立柱上測量水平標(biāo)高，并作好標(biāo)識，以確保碹腳磚在同一水平面上，進(jìn)而安裝碹腳鋼，并砌筑好碹腳磚。檢查完砌筑好的碹腳磚并在符合設(shè)計要求后，在碹腳磚下部畫上水平標(biāo)高基準(zhǔn)線，該基準(zhǔn)線是架設(shè)拱胎及砌筑碹磚的基準(zhǔn)。搭設(shè)碹胎之前，要對碹胎每件單獨(dú)作檢查，碹胎的圓弧一定要跟爐蓋的設(shè)計要求吻合；碹胎的支撐點(diǎn)要根據(jù)大碹的跨度確定，還要根據(jù)碹胎的厚度等自身強(qiáng)度考慮來設(shè)置支撐點(diǎn)的數(shù)量；要足夠多的支撐點(diǎn)以確保碹胎荷重后不變形。搭設(shè)好碹胎后，要讓碹胎荷重，搬運(yùn)足夠多的碹磚壓在碹胎上，然后逐一按水平標(biāo)高墊緊碹胎的各個支撐點(diǎn)。在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作做好后，就可以開始砌筑爐蓋。
2 砌筑方式的選擇
根據(jù)對爐蓋磚縫大小要求，有“沾漿法”和“打漿法”兩種砌筑方式。沾漿法是要求砌縫很薄時采用的砌筑方法。即是將磚的砌筑面浸在稀軟的耐火泥漿（主要是氣硬性泥漿）中，再進(jìn)行砌筑。擔(dān)心砌縫熔損和有收縮危險的高溫燃燒室內(nèi)墻和多面受熱的高溫部位的磚柱等處，用這種方法砌筑比較好，但是要注意，磚形不精確時會產(chǎn)生相反的效果。
玻璃工廠若要求爐蓋磚縫在1mm左右，必須用“沾漿法”才能達(dá)到磚縫要求。我們在幾十年的窯爐砌筑建造、使用過程中，嚴(yán)格按照“沾漿法”砌筑了不少的窯爐，但多少存在不同程度的“抽簽”現(xiàn)象，有的窯爐碹磚用角磨機(jī)反復(fù)研磨，即磨得相當(dāng)平整，但烤窯時發(fā)現(xiàn)抽簽還更厲害些。對此現(xiàn)象我們進(jìn)行了反復(fù)分析、比較和研究，我們發(fā)現(xiàn)這種“沾漿法”砌筑有誤區(qū)。
首先我們從泥漿的功能和作用談起：
（1）耐火泥漿的功能是將耐火磚砌體粘結(jié)成整體，使之具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和氣密性，并能經(jīng)受高溫下各種化學(xué)和物理作用，保證熱工設(shè)備安全地、正常地運(yùn)行，達(dá)到高效、長壽、低消耗的要求。（2）硅質(zhì)耐火泥漿是由硅石粉、硅磚粉、塑性黏土、結(jié)合劑和外加劑配制而成。硅質(zhì)耐火泥漿的作業(yè)性和結(jié)合強(qiáng)度要靠結(jié)合劑和外加劑來調(diào)整，如生產(chǎn)硅磚時所采用的石灰乳、鐵鱗、木質(zhì)素磺酸鹽等礦化劑和結(jié)合劑來調(diào)節(jié)其作業(yè)性能和物理性能。（3）泥漿在砌筑工業(yè)窯爐中明顯具有兩種用途：填充灰縫，使砌體密實(shí)；使磚與磚互相粘在成為一個整體。鑒于這兩種用途，筑爐工砌筑時的基本要求就是要使灰漿飽滿。（4）我們根據(jù)在玻璃行業(yè)幾十年的經(jīng)驗(yàn)，把硅質(zhì)泥漿的功能和作用歸納為以下三種：
① 泥漿在低溫時的粘結(jié)作用。現(xiàn)在的優(yōu)質(zhì)硅質(zhì)耐火泥其顆粒較細(xì)，它們大多采用超微設(shè)備研磨出來的，超細(xì)硅粉、超細(xì)硅磚粉，加上其他一些輔料，如甲基纖維素等配制而成。在低溫時它們有較強(qiáng)的粘附作用（如范德華引力等，范德華引力的大小與泥漿的細(xì)度有很大關(guān)系，如納米材料就有質(zhì)的變化）。若泥漿太薄、稠度太稀，其粘附作用較弱。若泥漿太稀太薄，在碹磚豎起來砌筑期間，泥漿容易流失，形成上部泥漿不飽滿，兩磚上部泥漿不飽滿形成比較空的磚縫，這樣泥漿形成的粘附力就小。由于上部泥漿太稀、太薄，其物理粘附力不夠，在烤窯初期，下部受熱膨脹，由于硅磚是熱的不良導(dǎo)體，因而上部溫度低，膨脹少，上部就產(chǎn)生裂縫，加上泥漿不飽滿整個磚體之間的夾持力不夠，因而容易“抽簽”掉磚。而“沾漿法”所用泥漿較稀較薄，所以發(fā)生烤窯初期容易“抽簽”掉磚。
② 泥漿在高溫時由超細(xì)粉、各種輔料及結(jié)合劑形成低共熔點(diǎn)，使磚和磚之間形成一個整體。若上部泥漿少，形不成低共熔點(diǎn)，因而爐蓋的整體性差。以前硅質(zhì)耐火泥顆粒較粗，級配不合理時，泥漿沒有在磚和磚之間形成低共熔點(diǎn)，因而拆爐時，碹磚還是一塊一塊的，沒有形成整體結(jié)構(gòu)。
③ 泥漿填充碹磚表面凹凸不平使其密實(shí)的作用。在硅碹磚的實(shí)際生產(chǎn)過程中，在干燥、燒結(jié)過程中有輕微的變形，因而碹磚的表面是凹凸不平的，這是現(xiàn)實(shí)的客觀情況；而且我們玻璃工廠也不可能將碹磚全部都拿出去研磨（即使將硅碹磚再次加工研磨，其研磨磨盤的直徑要大于磚的對角線長度才有效；研磨時還要保證碹磚的夾角符合設(shè)計要求，其磚體大小頭形成的射線正好交于圓心）。如果采用“粘漿法”砌筑，它所用的泥漿較稀較薄，就好像刷了一層油漆似的，起不到填充硅磚表面凹凸不平使其密實(shí)的作用。
而“打漿法”則不一樣，它要求磚縫在2mm左右，其泥漿稠度大，粘接力大；泥漿飽滿度高，因而爐蓋砌筑質(zhì)量好。1998年我們在青島玻璃廠首次接觸到磚縫要求2mm時，我們當(dāng)時心里也接受不了，這是挑戰(zhàn)傳統(tǒng)作法，但烤窯結(jié)束后效果非常好，沒有以前那種一座窯爐總有幾塊碹磚“抽簽”掉磚現(xiàn)象，這促使我們的反思，當(dāng)時擔(dān)心磚縫較大是否會影響窯爐壽命，事后我注意觀察并和工廠的技術(shù)人員討論，實(shí)際上這種擔(dān)心是多余的，因?yàn)樵撃酀{燒結(jié)后SiO2含量在96%以上；特別是我們公司2002年在四川天馬公司砌筑引進(jìn)國外窯爐爐蓋的過程中，德國人要求爐蓋磚縫2mm，磚縫小了不行。我們接受這種砌筑方法后，近10多年砌筑了約300座窯爐，都是打漿砌筑，磚縫在2mm左右，基本上杜絕了爐蓋碹磚“抽簽”掉磚現(xiàn)象。
在爐蓋的砌筑過程中，我們也走過一些彎路，初期要求磚縫小，就不管磚的大小頭弧長是否符合比例，一味要求將磚與磚之間敲緊。若磚體的上部尺寸都是負(fù)公差，那么在碹磚砌筑過程中，負(fù)公差累計而產(chǎn)生鋸齒狀（圖一）。
即該種碹磚磚縫形成的射線是不會通過圓心的，這種狀況的爐蓋在烘烤的過程中容易產(chǎn)生不規(guī)則而且較大的裂紋。而我們現(xiàn)在的作法是，在砌筑時，要求碹磚小頭的下端面整個底面一定要跟碹胎靠緊（圖二），在確保碹磚底面與碹胎靠緊的情況下主要敲下部，以確保每條磚縫的射線延伸線都通過圓心（圖三），這樣砌筑的爐蓋使用8~10年完全沒有問題。
若爐蓋磚縫一定要求1mm，那么碹磚每塊都應(yīng)該進(jìn)行研磨，而且應(yīng)采用“打漿法”砌筑。在爐蓋砌筑時，還存在一些其他做法，一種是硅磚不準(zhǔn)澆水，用干磚直接砌筑，但這種砌法是不好的，因此硅磚的吸水性很強(qiáng)，泥漿打上去后馬上就干了，泥漿不容易滲入磚的毛細(xì)管中去；最好的砌筑方法是“濕砌”，即在砌磚之前最好將磚用水浸透然后抹灰漿，使灰漿始終保持可塑性和不致在滲入磚的毛細(xì)管中時變硬而獲得砌筑后將磚塑性結(jié)合的效果。
爐蓋砌筑好后，要用鋼結(jié)構(gòu)將爐蓋頂起來，爐蓋頂緊受力后，爐蓋碹磚要與碹胎產(chǎn)生脫離，爐蓋兩端容易看到大碹是否與碹胎脫離，而且也容易檢查脫離開的距離是否一樣高，但是中間就不好檢查了，我們又沒有合適的壓力搬手使各個立柱的受力一樣。這時可在爐頂上兩端擺上一塊標(biāo)磚，然后在標(biāo)磚上拉線，讓爐蓋各點(diǎn)的距離相等。
三
升溫烤窯
1 大碹的保溫
窯爐砌筑竣工后，涉及到窯爐烘烤的問題，在窯爐烘烤前要明確爐蓋的保溫問題，爐蓋是冷態(tài)保溫（簡稱“冷保”）呢或是熱態(tài)保溫（窯爐烘烤到1500度以上開始生產(chǎn)時才開始保溫，簡稱“熱保”）的問題，目前在行業(yè)中還存在這兩種做法。我們行業(yè)二十多年前傳統(tǒng)做法都是“熱保”，等窯爐烘烤到1450度以上時才開始保溫，這樣可以看到爐蓋是否發(fā)生“抽簽”現(xiàn)象，若有“抽簽”也便于處理。上個世紀(jì)80年代，原上海申光玻璃廠（后來的澳聯(lián)玻璃有限公司前身）當(dāng)時是引進(jìn)中國的第一座窯爐，我有幸參觀了他們的做法。去看時（當(dāng)時正在烤窯），他們在冷態(tài)就將爐蓋保溫砌好，只預(yù)留爐蓋中間約一米多寬的地方暫不砌保溫（烤窯結(jié)束后再做保溫），而蓋上硅酸鋁纖維氈，其目的是盡可能降低該部位磚體上下端溫差又便于檢查；因?yàn)樵诳靖G過程中，爐蓋受熱膨脹而產(chǎn)生的裂縫主要集中在爐蓋中間部位，在烤窯過程中，用鐵鉤將硅酸鋁纖維氈鉤開就可以檢查爐蓋裂縫的情況，烤窯結(jié)束后將中間部位的硅酸鋁纖維氈打掃干凈，然后灌漿（或灌填很細(xì)的石英砂粒、或硅質(zhì)耐火泥），最后將中間部位的保溫材料砌好。
這種做法當(dāng)時也是沖擊我們的傳統(tǒng)思維及行為準(zhǔn)則的事，參觀時我們非常困惑，萬一爐蓋發(fā)生碹磚“抽簽”掉磚現(xiàn)象怎么辦？！事后我們經(jīng)歷了反復(fù)比較，也將其原理想通了，爐蓋在冷態(tài)保溫后，爐蓋在烤窯的過程中內(nèi)外溫差小，上下膨脹均勻，這樣反而不容易發(fā)生碹磚“抽簽”掉磚現(xiàn)象（我認(rèn)為用“打漿法”砌筑、磚縫較大是前題條件）。而我們“熱保”，雖然烤窯時爐蓋上也蓋了纖維氈，但是畢竟保溫較薄，上下溫差很大。特別是將纖維氈揭開清掃爐蓋后，爐蓋內(nèi)外溫差上1000~1200度。在這種狀態(tài)下將爐蓋保溫層做好后，爐蓋表面溫度會迅速升高，外端部（外弧線）會發(fā)生較大的膨脹量，而內(nèi)端面整個膨脹基本到位，外弧的膨脹量應(yīng)該是讓上端面的裂縫來吸收，但是這些裂縫被石英砂粒或硅質(zhì)耐火泥填充掉了，若此時松頂絲、爐蓋可能形成“下張口”見圖四。
若不松頂絲，就會形成爐蓋上升，形成輕微的“上張口”，只是被爐蓋保溫遮掩住了，沒法看見而己。整個窯爐頂絲、夾具的受力就會發(fā)生較大變化。特別是爐蓋保溫時，碹頂爬高標(biāo)志己經(jīng)拆除（即使不拆除也會發(fā)生碰撞移位而失去指導(dǎo)作用），由于沒有壓力搬手及其他檢測設(shè)備，只憑人的感覺是不完全可靠的，各部位的受力情況是不一致的，受力不均就會產(chǎn)生應(yīng)力，這對磚體的壽命是有影響的。另外“熱保”時，環(huán)境溫度過高，爐蓋上的熱空氣、輻射熱使人有窒息感、腳下的熱傳導(dǎo)，勞保皮鞋烤變形，腳燙、汗流浹背，工人上到爐蓋上是呆不住的，上去馬上就想下來，這種工作環(huán)境，爐蓋的保溫工作是不可能做得很仔細(xì)的。
通過我們幾十年的工作經(jīng)歷及大量的案例作比較，爐蓋“冷保”比“熱保”效果更好，出問題的幾率更小（若出現(xiàn)爐蓋透火，有相當(dāng)部分原因是同排磚前后磚縫泥漿不飽滿造成的），壽命更長，例如，四川天馬115m2窯爐爐蓋就是“冷保”，已經(jīng)用了快13年了，現(xiàn)在從外表面上，仍然很好，沒有發(fā)生過透火、穿火現(xiàn)象。
現(xiàn)在我們這個行業(yè)，個別廠家爐蓋的施工上還存在誤區(qū)，他們?yōu)榱吮Ｕ蠣t蓋砌筑質(zhì)量，不允許大量的人上爐頂砌筑，一個爐蓋下來要做5~6天。我們在砌筑四川天馬115m2窯爐爐蓋時德國人要求我們事先把準(zhǔn)備工作做好，在窯爐爐蓋砌筑的過程中，要一鼓作氣，砌筑時間不超過兩天，理由是：若砌筑時間長了，磚縫中的泥漿干了（特別是夏天），泥漿的可塑性降低了，在窯爐砌筑完畢將爐蓋頂起來后，由于受力后原來的磚縫大小，方向（是否通過圓心）都會發(fā)生一些微小的變化，由于泥漿干了，泥漿的可塑性降低，粘附力減小，對爐蓋的整體性是有影響的。有的工廠在頂爐蓋時向磚縫加水，希望增加泥漿的可塑性，由于時間短，又沒有攪拌，其作用甚微。
2 烤窯的升溫曲線
窯爐的烘烤也是一個非常重要的環(huán)節(jié)，采用熱風(fēng)烤窯時，一定要摒棄快速烤窯的誤區(qū)，以前有的廠家三天放大火，結(jié)果是磚體炸裂得一塌糊涂，窯體變形嚴(yán)重。這種做法是違背了各種耐火材料的客觀規(guī)律所致。耐火材料大都是熱的不良導(dǎo)體，比如硅質(zhì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)是鋼材的1/50。熱傳導(dǎo)都有一個過程，需要一定的時間，前后溫差才盡可能小。再加上有的耐火材料自身還存在晶相的轉(zhuǎn)變。晶形的轉(zhuǎn)變往往伴隨著體積的變化。若升溫速度太快，高溫端產(chǎn)生相變、發(fā)生體積變化，而外端面溫度較低而沒有發(fā)生相變，就要阻滯它體積變化，這時就會產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力大于它自身的強(qiáng)度時，就產(chǎn)生裂紋而釋放應(yīng)力。現(xiàn)在許多窯爐烤窯時，注意了硅質(zhì)材料的晶形的轉(zhuǎn)變及相對應(yīng)的溫度，卻又忽略了電熔鋯剛玉磚的晶形轉(zhuǎn)變及對應(yīng)的溫度，“含31%~33%ZrO2的磚…，在900~1200℃間有反常膨脹現(xiàn)象，這是由于ZrO2單斜晶形逆向轉(zhuǎn)變?yōu)閆rO2正方晶形造成的”，我們在烤窯時發(fā)現(xiàn)電熔鋯剛玉磚在放大火后普遍炸裂，除電熔鋯剛玉磚在生產(chǎn)過程中、保溫退火不好而產(chǎn)生較大應(yīng)力外，大都與放大火后升溫速度太快有關(guān)。
我們放大火一般都在1000℃以上，放大火后溫度急劇上升，特別是燃發(fā)生爐煤氣的窯爐，放大火后，由于煤氣量、煤氣壓力不好調(diào)節(jié)，加上放大火初期，防止煤氣爆炸等問題，因而爐溫很快就上升250~350℃，因而造成電熔鋯剛玉磚在放大火后普遍炸裂。特別是燃發(fā)生爐煤氣烘烤的窯爐，由于煤氣供應(yīng)的壓力起不來，雖然貌似熱風(fēng)烤窯，但是期間整個烤窯期間窯爐爐內(nèi)壓力起不來，燃燒后的廢氣主要聚集在窯爐上部空間，對流和傳導(dǎo)傳熱效果都很差，因此爐蓋800℃或900℃時（用發(fā)生爐煤氣烤窯，不但溫度波動大，而且要升到900℃以上比較困難），熔化池中下部溫度要低150~200℃。我們用天然氣或柴油烤窯時，爐內(nèi)壓力很大，溫度場很均勻，爐蓋縱向前后各點(diǎn)溫度相差都不會超過3℃，蓄熱室兩側(cè)溫差也不會超過3℃。用發(fā)生爐煤氣烤窯，表面看節(jié)約了10~20萬燃料費(fèi)，但是暗地對窯爐的損害絕不是10~20萬可以彌補(bǔ)的。
下面推薦國外某著名窯爐公司的烤窯升溫曲線表，它的長處是它不僅考慮了硅質(zhì)材料、33號電熔鋯剛玉磚的晶形轉(zhuǎn)化溫度，還考慮了41號電熔鋯剛玉磚的晶形轉(zhuǎn)化溫度，在1300~1350℃時，升溫速度為每小時3℃左右。我們通過實(shí)踐，若能嚴(yán)格按照該升溫曲線升溫，電熔鋯剛玉磚的炸裂會極大減輕，窯爐的烤窯質(zhì)量非常好。
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