国外玻璃窑炉设计现状

国外玻璃窑炉设计现状

玻璃窑炉设计实际上是综合考虑客户对玻璃窑炉投资，窑炉寿命和运行与维护成本的需求；对玻璃窑炉技术选择，节能和排放问题的设想；以及环境保护，卫生安全等相关法律规定。然后，按照一定的步骤程序提交完整的设计方案，确保窑炉所有重要的性能指标的过程。

由于全球经济相互融合，外国耐火材料企业集团不断以合资、独资、控股等方式进入中国市场，中国耐火材料企业也要走出去。即使在国内，企业最终面临的竞争对手也必然是外国企业。我国虽于2006年9月取消了包括耐火材料等产品的出口退税政策，但是参与国际竞争对激励耐火材料企业提高工艺技术和生产效率，提高耐火原料资源的利用率，强化社会节约意识，控制资源消耗等均起到积极推动作用。如果企业在未知国际化市场资源的情况下，贸然参与竞争是危险的。为此，从合同管理、工程设计和计算机仿真设计三个方面，介绍国外玻璃窑炉设计现状，有助于国内企业开拓窑炉耐火材料出口渠道，稳步进入国际市场。

２玻璃窑炉设计合同管理

国外玻璃窑炉设计代表性的合同管理程序流程如图1所示，它表示出窑炉设计者必须处理的典型问题。

该管理流程有利于客户在招投标过程及合同签署前。获得所有供决策的信息，特别是涉及投标预算编制中有关设备、建筑材料和工程成本的详尽计算数值，尽管这类信息的收集要牵涉到合同签署后的一些程序。

合同管理要求工程文件清晰规范，所有文件诸如图纸、会议记录和概算必须归档便于查询。设计公司利用数据管理系统，集中存储一个工程的所有信息，通过内部电子通讯系统(局域网)等数据共享的管理方式，让专业人

员随时查找工程设计数据、工程进度、专业衔接与改进方案，保证工程进展顺畅，避免差错的产生。

３玻璃窑炉的工程设计

玻璃窑炉工程技术因素如窑炉熔化率、能耗及其窑龄，财务因素如投资成本、风险和清偿期限，以及燃料污染程度与燃烧技术的选择等生态环保因素，它们相互关联、互为因果。窑炉工程设计因而需经历一个反复比较、筛选的过程。在国外，该工程设计的许多部分仍建立在经验的基础上。但是，数学模型和测试手段的发展对玻璃窑炉工程设计中工艺参数的检验作用正在增强。表１所列是国外玻璃窑炉设计中应用的有关方法。

每个玻璃窑炉的熔化系统设计和技术选择取决于客户对玻璃生产数量和质量的需要。通常，在该设计阶段开始利用数学模型进行检验。有关窑炉实际运行性能的详尽知识的积累是数模合理设定的关键，数学模型的精度通过对颗粒示踪方法在模型和实际窑池中结果的比较加以验证。

滞留时间是颗粒示踪方法结果之一，该参数具常规可靠性，能用于预先评估所能获得的玻璃质量。数学模型近年来己发展至预测玻璃中气泡的变化过程。需要指出的是数学模型不能用于设计改变很小的窑炉，玻璃窑炉运行中几个不确定变量的影响足以左右数模的计算精度。数模计算即趋势分析，利用数学模型可以研究确定玻璃窑炉设计显著改善所产生的重大变化。图２所示为数学模型仿真中典型的颗粒示踪路径，其滞留时间较短。

预测玻璃窑炉排放级别的数学模型仍在开发之中，这类数学模型将来对窑炉设计的支持作用会不断增强。玻璃窑炉窑龄的预测情况与此人体相似，目前的预测仍建立在试验室模拟玻璃窑炉条件下耐火材料试样蚀变试验的基础上。图３所示为超声波无损探伤设备，用于测定玻璃窑炉耐火砖的剩余厚度和辅助助熔电极的更换，对于合理延续玻璃窑炉寿命，减少玻璃池窑漏料危险具有重要作用。

在玻璃窑炉结构确定之后，开始规划玻璃窑炉耐火材料的选材和配置，并进行玻璃窑炉热平衡计算。其中能耗是玻璃窑炉运行成本的主要影响因素，也是其投资收益的决定性因素之一。图４是典刑的玻璃窑炉热能平衡示意图。即使假定了废气和引风带走的热量，数模实际计算精度仍可达到≤7％。根据玻璃窑炉窑龄目标值和玻璃质量的要求，热平衡计算可预测玻璃窑炉所需能耗。

为了结合资金流转周期，玻璃窑炉的热平衡计算一般多纳入一个窑期。采用优质玻璃窑炉耐火材料后，玻璃窑炉窑碹或蓄热室墙某些部位可使用两个窑期，这有利于玻璃窑炉减缓折旧，节约玻璃窑炉的再投资成本。需要说明的是，在发达国家企业的应收帐款时间期限一般为6个月，超过时间的一律视为坏账。

４玻璃窑炉计算机仿真设计

在国外玻璃窑炉初步、工程设计中，借助CAD系统制作二维工程图已是多年来的惯例。目前，三维CAD 设计系统因具有许多优良特性，在国外玻璃窑炉设计中应用不断加强。

它可作三维全景演示方便评估，可自动进行图件查错。而且模量、构件和制图相互关联则有利于工程设计的局部修改。其中CAD构件或模量总数可多达10000，耐火材料的单件形状就得以区分。它可自动输出玻璃窑炉工程部件图及其体积与质量。设计者和客户以DXF、IGES和STEP格式可实现数据共享。若将玻璃窑炉及耐火材料三维图数据电子传送给耐火材料厂商，他们就可直接用于玻璃窑炉耐火材料的加工生产。

利用三维CAD系统可以合并来自玻璃窑炉配套工程部分如配料工段、成形工段和冷却工段的工艺数据进行玻璃窑炉计算机仿真设计。三维CAD系统中的数据可设定生成数模网格单元，玻璃窑炉工程设计中某些数学模型现已允许如此变换。开始玻璃窑炉计算机仿真设计时，需首先确定玻璃窑炉每个构件或模量的尺度，接着根据所用材料确定构架图。最后，熔窑各工程部分合并组成总图。图５显示具有深澄清池马蹄焰窑的三维CAD立体图及其纵向温度场与玻璃液对流仿真示意，其中耐火材料以灰色的深浅区分。

５结语

国外发达的工程设计技术和经济条件，以及相对完善的法规体系，使其玻璃窑炉设计比较规范化向前发展，多数玻璃窑炉专业设计公司亦较正规，每隔2～3年就需经过ISO质量体系再认证。它们在选择合作伙伴时，比较注重对方企业，第一，是否具备法律资质，即根底正；第二，是否具有适合行情、生产与供给的运作模式，相关产品竞争态势与核心技术的竞争力，即底牌硬；第二，质量管理体系认证情况，即标准；第四，是否拥有严谨实在的工作规程或业务水准，即规范。国内耐火材料企业通过推进现代企业制度建设，增强产品核心竞争优势，提高经营管理、市场能力，在知悉中国相关出口贸易政策及外国法律规定后，完全可以与其合作建立玻璃窑炉耐火材料出口平台，直至赢得国际市场。