玻璃窯爐結(jié)構(gòu)和各部位使用耐火材料

玻璃窯窯型結(jié)構(gòu)及內(nèi)襯耐材 

2008-05-12 20:22:42|  分類： 默認(rèn)分類 |舉報(bào) |字號(hào) 訂閱

 耐火材料是玻璃熔窯的主要構(gòu)筑材料，它對(duì)玻璃質(zhì)量、能源消耗乃至產(chǎn)品成本都有決定性的影響。玻璃熔制技術(shù)的發(fā)展在很大程度上依賴于耐火材料制造技術(shù)的進(jìn)步和質(zhì)量的提高。

玻璃熔窯的爐型結(jié)構(gòu)

對(duì)于大型浮法線來(lái)說(shuō)，玻璃窯的構(gòu)成通常由L型吊墻（通常使用硅磚）、熔化部（與玻璃液直接接觸的地方使用電熔磚，靠上部使用硅磚或電熔）、卡脖（通常使用硅磚）、冷卻部包括耳池（與玻璃液直接接觸的地方通常使用剛玉質(zhì)材料，不與玻璃液接觸的地方使用硅磚或剛玉）、退火窯（）、蓄熱室（由黏土、高鋁、直接結(jié)合鎂鉻磚）等部分構(gòu)成。

玻璃熔窯主要部位的使用條件及耐火材料的選擇

1、         碹頂

 玻璃熔窯熔化部和冷卻部的碹頂（包括拱角），該部位經(jīng)常處于1600℃的作業(yè)溫度下，使用在該部位的耐火材料既要受到高溫、荷重而又要受到堿蒸汽及配合料的沖刷作用，因此，用作頂部的材質(zhì)需要具備高的耐火度、高的荷重軟化溫度及良好的耐蠕變性，而且導(dǎo)熱系數(shù)小，高溫下的侵蝕物不污染玻璃液，容重較小，高溫強(qiáng)度好等特點(diǎn)。而高質(zhì)量高純硅磚恰恰具備以上特點(diǎn)：1、荷重溫度高接近耐火度；2、高溫下穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高；3、由于主要成分SiO2，含量＞96%，與玻璃組成的主要成分相同，所以高溫下的侵蝕物基本不污染玻璃液；4、價(jià)格便宜。所以，目前在大型玻璃碹頂，高純高質(zhì)量高純硅磚成為各玻璃生產(chǎn)廠家的推薦。

配合飛料和堿蒸汽與耐火材料的高溫化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的化學(xué)侵蝕，以及由于溫度和物相遷移所產(chǎn)生的晶型轉(zhuǎn)化和組織結(jié)構(gòu)致密性變化是造成碹頂磚損毀的主要原因。研究結(jié)果表明：碹頂用高質(zhì)量玻璃窯硅磚，在高溫作用下的蝕變過(guò)程基本上是相變和雜質(zhì)遷移，化學(xué)侵蝕和熔解作用極其輕微。相變和自凈化的結(jié)果，使工作帶逐漸改變性能，其高溫性能得到提高。（下圖為高質(zhì)量硅磚使用后圖片）

2、         池壁

 （不與玻璃液接觸的部位）            （與玻璃液接觸的部位）

A）、與玻璃液接觸的部位

熔化部與冷卻部池壁與玻璃液直接接觸的部分，受到高溫玻璃液引起的化學(xué)侵蝕和玻璃液流動(dòng)引起的機(jī)械物理沖刷，這個(gè)部位對(duì)耐火材料主要的要求是具有良好的抗玻璃液侵蝕性能，同時(shí)不污染玻璃液。國(guó)內(nèi)外普遍采用電熔鋯剛玉磚和α-β剛玉磚、β剛玉磚砌筑。電熔鋯剛玉磚的高溫性能和抗玻璃液的性能優(yōu)異，這是它獲得了燒結(jié)耐火材料不可能獲得的抗侵蝕性極好的斜鋯英石與α-Al2O3的共晶體，所以它作為熔化部池壁磚特別合適。α-β剛玉磚、β剛玉磚的主要晶相是剛玉，玻璃相含量?jī)H為1-2%，具有良好的抗侵蝕性能，與電熔鋯剛玉磚相比，由于不含有ZrO2晶體，其反應(yīng)層黏度小，高溫下不穩(wěn)定，所以磚的表面與玻璃液之間的擴(kuò)散速度較大，窯襯損毀較快。但在使用溫度低于1350℃時(shí)，α-β剛玉磚、β剛玉磚的抗侵蝕性能優(yōu)于電熔鋯剛玉磚。因此α-β剛玉磚、β剛玉磚是冷卻部（工作部）等部位比較理想的耐火材料。

B）、不與玻璃液接觸的部位

熔化部與冷卻部池壁不與玻璃液直接接觸的部分（也叫胸墻），這個(gè)部位主要受堿蒸汽及配合料的沖刷作用，根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，有的使用剛玉質(zhì)材質(zhì)，有的使用硅磚，這2種材料都能滿足要求。對(duì)于硅磚來(lái)說(shuō)掛鉤磚、直型磚都使用在該部位。

3、         蓄熱室

 （1）、蓄熱室碹和側(cè)墻

蓄熱室碹和側(cè)墻的內(nèi)表面受到高溫、粉塵、堿蒸汽的侵蝕，從上而下，侵蝕程度逐漸減弱，耐火材料的選用根據(jù)蓄熱室碹頂，側(cè)墻上、中、下段所承受的溫度及侵蝕程度不同來(lái)確定。碹頂和側(cè)墻一般選用硅磚和高質(zhì)量硅磚，中段側(cè)墻一般選用高鋁磚和低氣孔黏土磚；下段選用低氣孔黏土磚和一般黏土磚。依據(jù)設(shè)計(jì)不同，近年來(lái)，側(cè)墻中、上段采用直接結(jié)合鎂鉻磚、普通鎂鉻磚、鎂鋁磚等堿性磚也獲得了較好的使用效果。

（2）、格子體

格子體因全部磚體處于高溫荷重，粉塵、堿蒸汽的作用下，受到的侵蝕程度較碹和側(cè)墻嚴(yán)重，使用條件更為苛刻。格子體的堵塞、倒塌往往是玻璃窯停爐冷修的原因之一。所以要求格子體耐火材料機(jī)械強(qiáng)度高，蠕變率低，對(duì)溫度和氣氛的變化及堿侵蝕有較強(qiáng)的抵抗能力，不黏附粉塵，損壞速度緩慢。在格子體的頂部：所處的溫度高，可達(dá)到1400-1500℃，受到堿蒸汽和粉塵侵蝕嚴(yán)重，一般選用電熔再結(jié)合鎂磚。由于電熔再結(jié)合鎂磚制品中硅酸鹽相較少，方鎂石晶體發(fā)育完全且已經(jīng)長(zhǎng)大，方鎂石之間形成直接結(jié)合，延緩及遏止方鎂石晶體在堿蒸汽作用下逐漸長(zhǎng)大的速度，不容易使磚體發(fā)生龜裂、粉化。

格子體上部：該處溫度可達(dá)1100-1400℃，一般使用電95再結(jié)合鎂磚即可。

格子體中部：所處溫度為800-1100℃，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)堿金屬硫酸鹽凝結(jié)，鎂、鈣質(zhì)格子體受到SO3和Na2O的嚴(yán)重侵蝕并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，伴隨較大的磚體膨脹，損壞嚴(yán)重，所以該部位不宜選用鎂磚，而應(yīng)選用直接結(jié)合鎂鉻磚、鎂鋁尖晶石，鎂橄欖石磚和鎂鋯磚。

格子體下部：此段作業(yè)溫度低，荷重大，受堿侵蝕小，但因接近煙道，直接受冷空氣的影響，需要耐急冷急熱性好，價(jià)格低廉即可。故一般采用低氣孔黏土磚。

4、高質(zhì)量玻璃窯硅磚的選擇

二分公司高質(zhì)量玻璃窯硅磚，在目前市場(chǎng)上具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)國(guó)外先進(jìn)水平，具體表現(xiàn)在以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：

1、高純?cè)�料：制造硅磚的原料按其結(jié)晶狀態(tài)，可分為結(jié)晶硅石和膠結(jié)硅石，通常從原料選擇的角度來(lái)看，選擇純度較高（SiO2＞99%），雜質(zhì)含量較低，堅(jiān)硬而致密的結(jié)晶硅石作為制品的原料較好，因?yàn)槟z結(jié)硅石雜質(zhì)含量較高，耐火度低，不夠堅(jiān)硬致密而不宜采用。從物相轉(zhuǎn)化的角度看，膠結(jié)硅石是軟硅石因其膠結(jié)物的影響，容易向磷石英方向轉(zhuǎn)化，而不是玻璃窯用高質(zhì)量硅磚所需要的方石英，結(jié)晶硅石恰恰能滿足這些要求。

2、方石英化明顯：高質(zhì)量硅磚從礦物組成看，主要由方石英、磷石英及少許殘余石英組成，其中方石英為主要組成。以方石英為主晶相的硅磚，其荷重軟化開(kāi)始的溫度就是其方石英遭受破壞的溫度，而以磷石英為主晶相的硅磚，其荷重軟化溫度就是磷石英大量轉(zhuǎn)化為方石英的溫度，由于前者溫度高于后者20-30℃，所以以方石英為主晶相的硅磚荷重軟化開(kāi)始溫度高達(dá)1690℃，接近其耐火度，作為玻璃窯用磚，有較為顯著的優(yōu)點(diǎn)。另外，方石英的高純結(jié)構(gòu)使方石英型硅磚具有比其它硅磚更高的耐侵蝕性；而且，殘余石英的含量低使硅磚具有良好的體積穩(wěn)定性，從而延長(zhǎng)了使用壽命。但不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)方石英含量的多少，并做為指標(biāo)來(lái)考核：1）以方石英為主晶相的硅磚，在300℃以前，方石英的體積膨脹為2.8%，而磷石英的體積膨脹只有0.5%左右，體積穩(wěn)定性差，在玻璃窯用煤氣或重油直接烘爐的過(guò)程中，因火焰溫度較高，因容易造成硅磚剝落或開(kāi)裂而影響窯爐的使用壽命。2），我們從拆遷玻璃窯上取樣分析，從使用結(jié)果上看，在爐內(nèi)側(cè)向表層，通常由方石英帶、磷石英帶、硅酸鹽富積帶、原磚帶4個(gè)帶組成，靠?jī)?nèi)側(cè)由于硅磚的“自凈化”作用，有一段方石英帶，通常在60毫米以上，較好抵觸著堿蒸汽的侵蝕；緊接著是磷石英帶及硅酸鹽富積帶，是由于在高溫作用下，R2O和其他低熔雜質(zhì)由內(nèi)向外遷移而形成。從這個(gè)角度來(lái)看，沒(méi)必要過(guò)分強(qiáng)調(diào)方石英的含量。線膨脹和重?zé)�線變化率和真密度一樣是硅磚相組成的宏觀表現(xiàn)，控制這些指標(biāo)的目的在于間接衡量相組成。

3、熔融指數(shù)低：熔融指數(shù)（Al2O3+2R2O）是越來(lái)越多的用戶在選擇高質(zhì)量玻璃窯硅磚時(shí)，需要考量的一個(gè)指標(biāo)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)起源于國(guó)外，但在我們現(xiàn)在的國(guó)標(biāo)中也有同樣的要求。洛耐高質(zhì)量玻璃窯硅磚使用高純度的結(jié)晶硅石作為原料，硅含量達(dá)到99%以上，采用合理的粒度級(jí)配，使得制品具有高純度、高強(qiáng)度、高密度等特點(diǎn)。在硅磚燒成過(guò)程中，Al2O3、R2O起礦化劑的作用，含量偏少時(shí)，在燒成過(guò)程中產(chǎn)生的液相偏少，促進(jìn)石英轉(zhuǎn)化的能力減弱，達(dá)不到燒結(jié)的目的，影響制品的強(qiáng)度、氣孔和真比重，而且制品容易產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。但當(dāng)?shù)V化劑使用過(guò)多時(shí)，顯著降低耐火度，且磷石英化比較嚴(yán)重。通�？刂艭aO <2.0%，F(xiàn)e2O3<0.5%，熔劑指數(shù)：Al2O3+2R2O<0.5%，SiO2≥96%，的條件下，強(qiáng)化燒成制度，能使殘存石英含量〈1.0%，獲得高質(zhì)量玻璃窯用硅磚。

4、外形尺寸的選擇：通過(guò)微機(jī)控制的電子配料系統(tǒng)，充分的保證了配料準(zhǔn)確性，也保證了粒度級(jí)配的穩(wěn)定性，對(duì)產(chǎn)品外觀規(guī)整打下了良好的基礎(chǔ)。再通過(guò)對(duì)半成品外觀尺寸的嚴(yán)格檢查，干、濕坯兩次把關(guān)，保證了成品尺寸準(zhǔn)確。在國(guó)內(nèi)，玻璃窯在硅質(zhì)大碹砌體中，磚縫是個(gè)突出的薄弱環(huán)節(jié)，是堿蒸汽鉆蝕的起始點(diǎn)，玻璃窯損壞主要表現(xiàn)為“鼠洞”形式，產(chǎn)生這方面的原因有兩方面：1、按照現(xiàn)在硅磚生產(chǎn)的設(shè)備及技術(shù)條件，在機(jī)制成型、燒成過(guò)程中，磚坯的扭曲、方正度控制在1mm以內(nèi)比較困難，特別是在批量生產(chǎn)時(shí)更是如此，這樣勢(shì)必造成砌筑灰縫很難控制在1mm以內(nèi)，給堿蒸汽鉆蝕提供了條件。鑒于此，建議玻璃窯用戶讓硅磚生產(chǎn)廠家對(duì)成品磚進(jìn)行二次加工（工作面除外）；2、要求使用特種高質(zhì)量硅火泥來(lái)砌筑大碹，既要有良好的施工性能和結(jié)合強(qiáng)度，又要具有比硅磚更優(yōu)越的高溫強(qiáng)度性能，從而使磚縫結(jié)合緊密，在大碹加蓋保溫層后能形成封閉結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)使用壽命。

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