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耐火材料在玻璃熔窑中常见的几种损坏情况
日期:2019-07-03   来源:   作者:匡国友   

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  核心提示:耐火材料是玻璃窑炉的物质基础,它对窑炉的整体效益影响极大,必须慎重选材。耐火材料 不仅用量大,一座500t/d级的浮法玻璃熔窑大概要用5000t左右的耐火材料,而且其费用占全窑造价乃至整个工厂投资的主要比重,故必须合理选材。所谓合理,即技术和经济两个方面都应 “恰如其分”。

  耐火材料是玻璃窑炉的物质基础,它对窑炉的整体效益影响极大,必须慎重选材。耐火材料 不仅用量大,一座500t/d级的浮法玻璃熔窑大概要用5000t左右的耐火材料,而且其费用占全窑造价乃至整个工厂投资的主要比重,故必须合理选材。所谓合理,即技术和经济两个方面都应 “恰如其分”。其选用原则应遵循下面几点:

  ① 满足必要的使用性能,如高温性能、化学稳定性、热稳定性、体积稳定性和机械强度。

  ⑥ 易损部位用优质材料,其他部位用一般材料,做到“合理配套,窑龄同步”。

  耐火材料在玻璃窑炉中使用时,由于高温、火焰、料粉、气氛、气流和液流等作用,会遭到严重的破坏,大大影响了窑炉的使用寿命。从烤窑起,耐火材料在窑炉中的使用即开始,操作不当,同样会使耐火材料受到很大的,甚至是很严重的损坏,需特别注意。下面介绍几种损坏情况。

  窑内料粉、玻璃液和火焰气体在高温下都会侵蚀耐火材料。配合料中的纯碱、芒硝、硼酸盐、氟化物、氧化物在高温下与耐火材料表面作用,生成低共熔物或疏松状物,并借助耐火材料本身的空隙或界面的交代反应继续向砖体内部渗透扩散,而使耐火材料逐渐被溶解、剥落而减薄、变质、进行重结晶等。上述各种盐类与化合物的蚀损机理是不同的,芒硝比纯碱的蚀损作用强得多。

  料粉对耐火材料的蚀损作用主要表现在粉料高温蒸发的碱性蒸气对耐火材料的侵蚀,如硅砖表面的熔蚀、内部的“鼠洞”等,以及格子砖中的反霞石化作用等。再者,粉料中超细粉的飞料在蓄热室格子体中集聚,形成瘤子,堵塞格子孔,严重时造成格子砖倒塌、损毁,被迫热修。蚀损作用随温度升高而加剧,熔化温度每提高50〜60℃就会使使用期限缩短约一年。前脸墙、加料口、熔化部前部空间、池壁、小炉、蓄热室上层格子体等部位都会受到料粉的蚀损。

  玻璃液对耐火材料的蚀损作用比料粉要小得多,玻璃液与耐火材料界面层上的相反应是复杂的。玻璃液首先溶解耐火材料中的游离的SiO2。莫来石的溶解速度较小,它聚集到玻璃液和耐火材料的界面上,虽然小结晶的莫来石溶解了,但在使用时大结晶的莫来石甚至有了增长。耐火材料被侵蚀后,与它接触的熔融物中增添了SiO2和Al2O3的成分。熔融物将扩散到玻璃液的其余部分中去。在扩散过程中,熔融物的成分发生变化,SiO2和碱液增加了,而在界面上发生了β-Al2O3结晶的聚集作用,所以,在耐火材料与玻璃液的接触面上,首先是莫来石层,接着是β-Al2O3层,然后是未受侵蚀的耐火材料。耐火材料溶解后,使玻璃液黏度增大,促使在耐火材料表面形成较难移动的保护层,减弱了继续侵蚀的作用。

  玻璃液对耐火材料的侵蚀作用,取决于其黏度和表面张力等物理性质。黏度低和表面张力小的玻璃液最容易浸润耐火材料,并从其表面细孔吸入内部,使整个耐火材料受到强烈的侵蚀。高碱玻璃具有较低的黏度,硼硅酸盐玻璃的表面张力小,所以,它们的侵蚀作用就剧烈。提高熔制温度会降低熔融玻璃液的黏度和表面张力,从而也加速了侵蚀作用。含硼酸、磷酸、氟、铝、钡化合物的玻璃液,对耐火材料有剧烈的侵蚀作用,强烈的玻璃液对流和不稳定的液面会把保护层冲刷掉,加速蚀损。对耐火材料本身来说,蚀损程度主要与它的化学组成、矿物组成和结构状态有关。一般耐火材料的结构都是由一个或多个晶相、玻璃相和气相组成的。气孔,特别是开口气孔,是侵蚀剂渗入耐火材料内部的通道,并使侵蚀面增加。相对于晶相来说,玻璃相是薄弱环节,其化学稳定性差,要提高耐火材料的抗侵蚀,必须使其高温的稳定晶相增多,玻璃相含量减少,且软化温度和黏度要大,气孔率尽可能低。此外,还要求晶相细小并均匀分布在玻璃相中,形成均匀致密的组织结构。耐火材料表面不平整和裂纹会使侵蚀加剧,液面处的池壁砖和池壁砖砌缝处于易被玻璃液蚀损的地方,水平缝的蚀损比垂直缝严重,故要求砌体表面光滑,砲缝小,并要整块立砌。

  煤气与重油的燃烧产物(内含SO2、V2O5等腐蚀性气体)及个别配合料组分的挥发物,也会腐蚀火焰空间、小炉、蓄热室等处的耐火材料。高温下不同筑炉材料之间会相互反应,以致损坏。如1600〜1650℃,黏土砖和硅砖会剧烈反应,高铝砖和硅砖会起中等反应,电熔锆刚玉砖与硅砖会起剧烈反应,严重共熔。电熔锆刚玉砖与石英砖、白泡石起中等反应,而与刚玉砖起接触反应。所以,刚玉砖可用作过渡材料。

  在蓄热室使用的格子体还因氧化还原气氛作用而损毁,其损毁机理主要在于变价离子在氧化和还原状态其价态不同,配位状态不同,产生体积变化,导致制品强度降低,开裂。

  在高温长时间作用下,耐火材料会被烧熔(又称烧流)或软化变形而损坏。窑内某部位局部过热或所砌耐火材料的耐火度不够.耐火材料就被烧熔。有时,耐火度合格,但荷重软化温度偏低,则长期使用时,耐火材料也会软化变形,影响了整个砌体的稳性和使用寿命。烧损严重程度视温度和耐火材料的性质而定。小炉喷火口碹、小炉腿、舌头、蓄热室碹、熔化部窑碹和胸墙等是易被烧损的部位。

  裂损主要发生在烤窑阶段。烤窑时,在耐火砖内部出现一定的温度差,产生相应的机械应力。如升温速度过快,超过了耐火材料允许的极限强度时,将出现裂纹,甚至裂成碎块。电熔的、高度烧结的致密耐火材料最易破损。除温差产生应力外,耐火材料晶型变化所造成的膨胀或收缩亦会产生应力。升温过快时,晶型变化快,体积变化过剧,产生应力过大,使耐火材料开裂。因而,在烤窑时必须按事先制定的烤窑曲线升温。烤窑后,耐火材料长期处在高温作用下,在该作业温度下的耐火材料机械强度比在室温下要低得多。如果作用于耐火材料的机械负荷偏大,则耐火材料会产生非弹性变形(与极黏的液体流动相似),而导致破坏。

  玻璃液沿着耐火材料流动时具有滴水穿石的功效,把耐火材料磨出一条条沟槽,这是机械磨损。主要磨损部位在玻璃液面处。另外,在循环液流流动处(特别是液流紊乱处)也明显可见。当液面波动及液流变化(如受温度波动影响)时,磨损加剧。

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