玻璃窑炉结构和各部位使用耐火材料

玻璃窑窑型结构及内衬耐材 

2008-05-12 20:22:42|  分类： 默认分类 |举报 |字号 订阅

 耐火材料是玻璃熔窑的主要构筑材料，它对玻璃质量、能源消耗乃至产品成本都有决定性的影响。玻璃熔制技术的发展在很大程度上依赖于耐火材料制造技术的进步和质量的提高。

玻璃熔窑的炉型结构

对于大型浮法线来说，玻璃窑的构成通常由L型吊墙（通常使用硅砖）、熔化部（与玻璃液直接接触的地方使用电熔砖，靠上部使用硅砖或电熔）、卡脖（通常使用硅砖）、冷却部包括耳池（与玻璃液直接接触的地方通常使用刚玉质材料，不与玻璃液接触的地方使用硅砖或刚玉）、退火窑（）、蓄热室（由黏土、高铝、直接结合镁铬砖）等部分构成。

玻璃熔窑主要部位的使用条件及耐火材料的选择

1、         碹顶

 玻璃熔窑熔化部和冷却部的碹顶（包括拱角），该部位经常处于1600℃的作业温度下，使用在该部位的耐火材料既要受到高温、荷重而又要受到碱蒸汽及配合料的冲刷作用，因此，用作顶部的材质需要具备高的耐火度、高的荷重软化温度及良好的耐蠕变性，而且导热系数小，高温下的侵蚀物不污染玻璃液，容重较小，高温强度好等特点。而高质量高纯硅砖恰恰具备以上特点：1、荷重温度高接近耐火度；2、高温下稳定性好，强度高；3、由于主要成分SiO2，含量＞96%，与玻璃组成的主要成分相同，所以高温下的侵蚀物基本不污染玻璃液；4、价格便宜。所以，目前在大型玻璃碹顶，高纯高质量高纯硅砖成为各玻璃生产厂家的推荐。

配合飞料和碱蒸汽与耐火材料的高温化学反应所产生的化学侵蚀，以及由于温度和物相迁移所产生的晶型转化和组织结构致密性变化是造成碹顶砖损毁的主要原因。研究结果表明：碹顶用高质量玻璃窑硅砖，在高温作用下的蚀变过程基本上是相变和杂质迁移，化学侵蚀和熔解作用极其轻微。相变和自净化的结果，使工作带逐渐改变性能，其高温性能得到提高。（下图为高质量硅砖使用后图片）

2、         池壁

 （不与玻璃液接触的部位）            （与玻璃液接触的部位）

A）、与玻璃液接触的部位

熔化部与冷却部池壁与玻璃液直接接触的部分，受到高温玻璃液引起的化学侵蚀和玻璃液流动引起的机械物理冲刷，这个部位对耐火材料主要的要求是具有良好的抗玻璃液侵蚀性能，同时不污染玻璃液。国内外普遍采用电熔锆刚玉砖和α-β刚玉砖、β刚玉砖砌筑。电熔锆刚玉砖的高温性能和抗玻璃液的性能优异，这是它获得了烧结耐火材料不可能获得的抗侵蚀性极好的斜锆英石与α-Al2O3的共晶体，所以它作为熔化部池壁砖特别合适。α-β刚玉砖、β刚玉砖的主要晶相是刚玉，玻璃相含量仅为1-2%，具有良好的抗侵蚀性能，与电熔锆刚玉砖相比，由于不含有ZrO2晶体，其反应层黏度小，高温下不稳定，所以砖的表面与玻璃液之间的扩散速度较大，窑衬损毁较快。但在使用温度低于1350℃时，α-β刚玉砖、β刚玉砖的抗侵蚀性能优于电熔锆刚玉砖。因此α-β刚玉砖、β刚玉砖是冷却部（工作部）等部位比较理想的耐火材料。

B）、不与玻璃液接触的部位

熔化部与冷却部池壁不与玻璃液直接接触的部分（也叫胸墙），这个部位主要受碱蒸汽及配合料的冲刷作用，根据设计的不同，有的使用刚玉质材质，有的使用硅砖，这2种材料都能满足要求。对于硅砖来说挂钩砖、直型砖都使用在该部位。

3、         蓄热室

 （1）、蓄热室碹和侧墙

蓄热室碹和侧墙的内表面受到高温、粉尘、碱蒸汽的侵蚀，从上而下，侵蚀程度逐渐减弱，耐火材料的选用根据蓄热室碹顶，侧墙上、中、下段所承受的温度及侵蚀程度不同来确定。碹顶和侧墙一般选用硅砖和高质量硅砖，中段侧墙一般选用高铝砖和低气孔黏土砖；下段选用低气孔黏土砖和一般黏土砖。依据设计不同，近年来，侧墙中、上段采用直接结合镁铬砖、普通镁铬砖、镁铝砖等碱性砖也获得了较好的使用效果。

（2）、格子体

格子体因全部砖体处于高温荷重，粉尘、碱蒸汽的作用下，受到的侵蚀程度较碹和侧墙严重，使用条件更为苛刻。格子体的堵塞、倒塌往往是玻璃窑停炉冷修的原因之一。所以要求格子体耐火材料机械强度高，蠕变率低，对温度和气氛的变化及碱侵蚀有较强的抵抗能力，不黏附粉尘，损坏速度缓慢。在格子体的顶部：所处的温度高，可达到1400-1500℃，受到碱蒸汽和粉尘侵蚀严重，一般选用电熔再结合镁砖。由于电熔再结合镁砖制品中硅酸盐相较少，方镁石晶体发育完全且已经长大，方镁石之间形成直接结合，延缓及遏止方镁石晶体在碱蒸汽作用下逐渐长大的速度，不容易使砖体发生龟裂、粉化。

格子体上部：该处温度可达1100-1400℃，一般使用电95再结合镁砖即可。

格子体中部：所处温度为800-1100℃，在这个温度范围内碱金属硫酸盐凝结，镁、钙质格子体受到SO3和Na2O的严重侵蚀并发生化学反应，伴随较大的砖体膨胀，损坏严重，所以该部位不宜选用镁砖，而应选用直接结合镁铬砖、镁铝尖晶石，镁橄榄石砖和镁锆砖。

格子体下部：此段作业温度低，荷重大，受碱侵蚀小，但因接近烟道，直接受冷空气的影响，需要耐急冷急热性好，价格低廉即可。故一般采用低气孔黏土砖。

4、高质量玻璃窑硅砖的选择

二分公司高质量玻璃窑硅砖，在目前市场上具有较强的技术优势，主要技术指标均达到或超过国外先进水平，具体表现在以下几方面的优势：

1、高纯原料：制造硅砖的原料按其结晶状态，可分为结晶硅石和胶结硅石，通常从原料选择的角度来看，选择纯度较高（SiO2＞99%），杂质含量较低，坚硬而致密的结晶硅石作为制品的原料较好，因为胶结硅石杂质含量较高，耐火度低，不够坚硬致密而不宜采用。从物相转化的角度看，胶结硅石是软硅石因其胶结物的影响，容易向磷石英方向转化，而不是玻璃窑用高质量硅砖所需要的方石英，结晶硅石恰恰能满足这些要求。

2、方石英化明显：高质量硅砖从矿物组成看，主要由方石英、磷石英及少许残余石英组成，其中方石英为主要组成。以方石英为主晶相的硅砖，其荷重软化开始的温度就是其方石英遭受破坏的温度，而以磷石英为主晶相的硅砖，其荷重软化温度就是磷石英大量转化为方石英的温度，由于前者温度高于后者20-30℃，所以以方石英为主晶相的硅砖荷重软化开始温度高达1690℃，接近其耐火度，作为玻璃窑用砖，有较为显著的优点。另外，方石英的高纯结构使方石英型硅砖具有比其它硅砖更高的耐侵蚀性；而且，残余石英的含量低使硅砖具有良好的体积稳定性，从而延长了使用寿命。但不能过分强调方石英含量的多少，并做为指标来考核：1）以方石英为主晶相的硅砖，在300℃以前，方石英的体积膨胀为2.8%，而磷石英的体积膨胀只有0.5%左右，体积稳定性差，在玻璃窑用煤气或重油直接烘炉的过程中，因火焰温度较高，因容易造成硅砖剥落或开裂而影响窑炉的使用寿命。2），我们从拆迁玻璃窑上取样分析，从使用结果上看，在炉内侧向表层，通常由方石英带、磷石英带、硅酸盐富积带、原砖带4个带组成，靠内侧由于硅砖的“自净化”作用，有一段方石英带，通常在60毫米以上，较好抵触着碱蒸汽的侵蚀；紧接着是磷石英带及硅酸盐富积带，是由于在高温作用下，R2O和其他低熔杂质由内向外迁移而形成。从这个角度来看，没必要过分强调方石英的含量。线膨胀和重烧线变化率和真密度一样是硅砖相组成的宏观表现，控制这些指标的目的在于间接衡量相组成。

3、熔融指数低：熔融指数（Al2O3+2R2O）是越来越多的用户在选择高质量玻璃窑硅砖时，需要考量的一个指标。这个标准起源于国外，但在我们现在的国标中也有同样的要求。洛耐高质量玻璃窑硅砖使用高纯度的结晶硅石作为原料，硅含量达到99%以上，采用合理的粒度级配，使得制品具有高纯度、高强度、高密度等特点。在硅砖烧成过程中，Al2O3、R2O起矿化剂的作用，含量偏少时，在烧成过程中产生的液相偏少，促进石英转化的能力减弱，达不到烧结的目的，影响制品的强度、气孔和真比重，而且制品容易产生网状裂纹。但当矿化剂使用过多时，显著降低耐火度，且磷石英化比较严重。通常控制CaO <2.0%，Fe2O3<0.5%，熔剂指数：Al2O3+2R2O<0.5%，SiO2≥96%，的条件下，强化烧成制度，能使残存石英含量〈1.0%，获得高质量玻璃窑用硅砖。

4、外形尺寸的选择：通过微机控制的电子配料系统，充分的保证了配料准确性，也保证了粒度级配的稳定性，对产品外观规整打下了良好的基础。再通过对半成品外观尺寸的严格检查，干、湿坯两次把关，保证了成品尺寸准确。在国内，玻璃窑在硅质大碹砌体中，砖缝是个突出的薄弱环节，是碱蒸汽钻蚀的起始点，玻璃窑损坏主要表现为“鼠洞”形式，产生这方面的原因有两方面：1、按照现在硅砖生产的设备及技术条件，在机制成型、烧成过程中，砖坯的扭曲、方正度控制在1mm以内比较困难，特别是在批量生产时更是如此，这样势必造成砌筑灰缝很难控制在1mm以内，给碱蒸汽钻蚀提供了条件。鉴于此，建议玻璃窑用户让硅砖生产厂家对成品砖进行二次加工（工作面除外）；2、要求使用特种高质量硅火泥来砌筑大碹，既要有良好的施工性能和结合强度，又要具有比硅砖更优越的高温强度性能，从而使砖缝结合紧密，在大碹加盖保温层后能形成封闭结构，延长使用寿命。

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