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    玻璃熔窯常用的耐火材料及最需要考量的指標是這些

    人氣:發表時間:2021-08-19 17:48:51

    玻璃熔窯是耐火材料構成的熔制玻璃的熱工設備。選擇玻璃窯用耐火材料,應該考慮窯型、使用部位以及損毀機理、熔制玻璃的品種和顏料的種類等。玻璃窯用耐火材料首先應該能很好的抵抗玻璃熔體和氣體作用物的侵蝕,并應具有足夠高的荷重軟化溫度和熱穩定性。

    通常希望窯爐各個部位的耐火材料不出現局部早蝕損現象,以確保整個窯爐具有足夠長的使用壽命。但由于玻璃窯各部位的機械、物理和化學條件不同,這就要求所用耐火材料的性能要與其相適應,同時要求對相鄰的其他種類磚材不產生不利的影響。

    以下從多個方面分析玻璃窯選擇耐火磚的考慮因素。

    1.粘土磚

    粘土制品屬于酸性的耐火制品,隨著SiO2含量的增加其酸性增加。它對酸性具有一定的侵蝕抵抗能力,而對堿性侵蝕抵抗能力較差。黏土磚有不同的品種,諸如低氣孔黏土磚,超低氣孔黏土磚,低蠕變,低氣孔,低鐵黏土磚等等。因此粘土制品宜用于做酸性窯爐的耐火材料。玻璃窯用大型粘土磚是用砌筑玻璃窯用的單重不小于50kg的粘土質耐火磚。

    粘土磚使用條件,由于不同成型方法和粘土磚的骨料和結合劑不同。根據這些特點,在池爐的不同部位,由于侵蝕條件不同,可以選用不同粘土磚。蓄熱室下部爐條碹及下部格子磚,受到配合料粉塵和揮發物的侵蝕比較小,溫度也較低,而荷重大,這種磚就要求機械強度高。因此,磚中結合物可以含有適量的SiO2、Fe2O3,但是用于高溫部位的粘土磚,主要要求耐火度高,其結合物中含雜質少。

    2.硅磚

    硅制耐火材料屬酸性材料,它具有較強的抵抗酸性渣或溶液侵蝕的能力,具有良好的高溫性能:如耐火度為1690-1730℃,荷重軟化開始溫度為1640-1680℃。體積膨脹率較大,當溫度為1450℃時約產生的總體積膨脹,有利于保證砌體的結構強度和氣密性。故硅磚是玻璃窯的主要材質,廣泛應用在大碹,胸墻,蓄熱室頂等部位。

    硅磚在烤窯時注意事項:硅磚在200-300℃和573℃時,由于晶型轉變,體積驟然膨脹,因此烘烤時在600℃以下升溫不要太快,在冷卻至600℃以下時應避免劇烈的溫度變化,盡可能不與堿性物質接觸。

    3. 電熔鋯剛玉磚

    ZA系列氧化法電熔鋯剛玉產品是采用優質提純原料, 使用特制的電弧爐, 經過長弧熔和氧化處理的熔鑄工藝制成。這種電熔鑄造工藝幾乎沒有來自電極的碳污染。

    由于采用這種熔鑄工藝和使用高純原料,ZA系列氧化法電熔鋯剛玉產品具有特殊的,高的抗玻璃液侵蝕性能,并且,對玻璃的污染也是極小的。

    AZS-33制品在防止污染玻璃液方面是特別的優越,它在玻璃中造成結石,氣泡及基本玻璃相析出的趨向是很小的。它適用于熔化池的上部結構,工作池的池壁磚和鋪面磚,料道等。

    AZS-36是標準的氧化法電熔鋯剛玉磚,它具有特別的高抵抗玻璃液侵蝕性能和低污性的特點,且在這二方面的性能是均衡的。它適用于玻璃熔窯中與玻璃液直接接角的部位,如熔化池池壁磚,鋪面磚,加料口等。

    AZS-41是最高檔的氧化法電熔鋯剛玉磚,它具有最高的抗玻璃液侵蝕性能和杰出的對玻璃液的低污染性。它適用于玻璃窯爐中對耐侵蝕性能要求特別高的部位,如全電熔窯、流液洞、窯坎、鼓泡、加料口拐角的磚等。

    電熔鋯剛玉磚的性質、性能指標—斜鋯石相能耐玻璃液的侵蝕,玻璃相可緩沖體積變化產生的應力,能使制品保持不透氣的結構,但其數量偏多,滲出溫度越低,則磚的質量就越差。玻璃相的滲出會破壞磚的結構,影響壽命。滲出的同時會放出氣泡,并有可能產生不溶于玻璃的結石,嚴重影響玻璃的質量。通常用發泡指數表示滲出溫度。

    4.電熔剛玉磚

    剛玉磚的主晶相為剛玉,它具有優良的性質,如熔點高,硬度大,是中性礦物,因而制品硬度大,抗沖刷,耐磨,同時抗侵蝕。熔鑄α-Al2O3磚,主要是由α型剛玉組成的嚴密結實的細晶結構實體。主要用于玻璃窯。適用于熔制硼硅玻璃、乳白玻璃。但是它的高溫抗侵蝕性較差,它在1600℃ 高溫時,耐玻璃液侵蝕性會迅速降低,所以某些硼硅質玻璃窯,傾向于使用熔融石英磚。熔鑄α-Al2O3磚制品容重3.15-3.30g/cm3,含有少量的玻璃相(約2%),充填結晶間空隙,純度很高。由于它不污染玻璃液,且在1350℃ 以下具有良好的耐玻璃液侵蝕性能和優良的高溫耐磨性能,所以它是玻璃熔窯的澄清部、冷卻部、工作池等部位,較理想的耐火材料。

    β-Al2O3 粗大光亮的晶體構成的白色制品,含Al2O3 92%-95%,只有1%以下的玻璃相,且因晶格疏松而導致制品結構強度低。β-Al2O3中含有的Na2O與SiO2反應,產生較大的體積收縮,有使磚產生裂紋、造成損壞的危險。所以它只適用于原理含SiO2飛塵的上部結構,例如,工作池的上部結構,燃燒口附近胸墻,小爐嘴及吊墻等。因為這種磚和和揮發性堿金屬氧化物不發生作用,故不必擔心從磚表面上滴下熔融物污染玻璃。

    5.鎂質耐火材料

    (1)玻璃窯蓄熱室用鎂質材料

    一般蓄熱室格子體的最上層用高檔鎂磚(w(MgO) > 97 % ); 上層使用中檔鎂磚(w (MgO)約為95 % ~ 96 % ); 中層使用直接結合鎂鉻磚; 下層使用低氣孔黏土磚。格子體的重要性能是抗侵蝕性和抗蠕變性。提高抗蠕變性需使用高純、低鐵、低氣孔和大晶粒的原料, 并采用高溫進行充分燒結。

    (2)使用替代燃料時蓄熱室的配置

    使用石油焦后, 玻璃窯蓄熱室的耐火材料易于受到侵蝕, 其中,95鎂磚受損最為嚴重。大量 SiO2和CaO侵入了磚體,破壞了原有的MgO- M2S結合,形成了連續的CMS-M2S低熔結合相。另一方面,石油焦著火難, 燃燒慢。使用石油焦后, 未燃凈的組分進入蓄熱室,在蓄熱室繼續燃燒, 提高了蓄熱室的溫度。這樣, 在高溫和侵蝕的作用下, 格子體發生軟化并隨后發生垮塌?;趽p毀原因,玻璃企業擴大了蓄熱室中97鎂磚和直接結合鎂鉻磚的用量,替換了性能較差的95鎂磚,蓄熱室壽命由1年延長到3年,使用石油焦的試驗取得了初步成功。為滿足使用替代燃料的需求, 還需要開發抗侵蝕性好,又適應氧化-還原氣氛變化的高純鎂鋁尖晶石材料。高純鎂鋁尖晶石磚的抗蠕變性和抗堿蒸氣侵蝕性很好,也可用于全氧燃燒玻璃熔窯。

    6、其他耐火材料

    鋯英石在1680℃受熱大量分解,鋯英石制品也有良好的抗侵蝕性,鋯英石磚具有耐高溫、抗熱震穩定性好和耐玻璃液侵蝕性等優良性能。鋁鋯硅系(AZS)熔鑄磚和燒成磚具有較好的耐玻璃液侵蝕性,可用于玻璃熔化池窯的池壁和上部結構。

    7、隔熱耐火材料

    為了節能,玻璃窯帶有保溫結構的日益增多。這些隔熱材料如黏土質隔熱耐火磚,硅質隔熱 耐火磚,硅藻土磚以及保溫搗打料等。

    那么在選擇及購買玻璃熔窯用耐火材料時,應該首先要考慮的指標性能是哪些呢?

    (1) 組織結構

    耐火材料是由固相(包括結晶和玻璃相)和氣孔兩部分構成的非均質體。制品的宏觀組織結構特征是影響其高溫使用性質的主要因素。

    ①氣孔率

    在耐火材料中,常有許多大小不等、形狀不一的氣孔。與大氣相通的稱為開口氣孔(也稱顯氣孔),其中互相貫穿的稱為連通氣孔,不和大氣相通的稱為閉口氣孔。通常用氣孔率來反映耐火材料的致密程度,即磚中的氣孔體積占總體積的百分率。

    氣孔率是耐火材料的基本技術指標,它幾乎影響耐火制品的各項性能。氣孔率越小,耐火材料的耐侵蝕性能越好,結構強度越高。氣孔率越高,材料的熱導率越低。

    ②體積密度

    體積密度是耐火材料單位體積(含氣孔在內的總體積)所具有的質量。它直觀地反映了耐火制品的致密程度,是衡量耐火材料、致密耐火制品質量水平的重要指標。一般來說,體積密度越高,氣孔率越小,強度、高溫荷重軟化溫度等一系列性能越好。

    ③真密度

    真密度是指多孔體材料的質量與其真體積(不含氣孔在內)之比。真體積是指多孔體中固體材料的體積。其值的大小與致密度、氣孔率無關,而和耐火材料的化學礦物組成有關。

    (2)熱學性質

    ①熱膨脹性

    耐火材料加熱時,體積隨溫度的升高而膨脹的性質稱為熱膨脹性。通常用線膨脹系數或體膨脹系數來表示。

    在使用耐火材料時,必須十分重視其熱膨脹性,在熔窯結構中應根據耐火材料的受熱膨脹的特性預留膨脹縫,在點火烤窯時要按耐火材料的受熱膨脹情況制定合理的升溫曲線和采用調整拉條等必要措施。

    ②導熱性

    導熱性表示耐火材料導熱能力的大小,用熱導率表示。所謂熱導率是指在單位溫度梯度下,通過材料單位面積的熱流速率。它主要取決于材料的化學組成和組織結構。

    ③熱容量

    熱容量又稱比熱容,指在常壓下,加熱1kg耐火材料使之升溫1℃需要的熱量。在設計和控制熔窯升溫、蓄熱能力時具有重要意義。


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