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當前玻璃窯爐耐火材料應用的趨勢


   耐火材料的發(fā)展變化有三個(gè)主要的推動(dòng)力:保持和改進(jìn)玻璃的質(zhì)量;對玻璃窯爐經(jīng)濟上的要求以使窯爐的運行周期更長(cháng)以及采用純氧燃燒系統以后帶來(lái)的沖擊和影響。 
   “當前”一詞對電子行業(yè)和計算機行業(yè)發(fā)生的變化可以解讀為幾個(gè)月乃至幾個(gè)星期,而談及玻璃工業(yè)的耐火材料發(fā)展和應用時(shí),它很容易被解讀為五年或十年。根據這一時(shí)間概念,我們將回顧和討論在后一領(lǐng)域(更為保守的步伐)中在“當前”已經(jīng)發(fā)生的變化。 
  耐火材料的變化和發(fā)展有三個(gè)主要的推動(dòng)力。第一是玻璃制造商為至少要保持而通常則需改進(jìn)玻璃質(zhì)量的需求。第二是玻璃窯爐的經(jīng)濟要求以使窯爐運行周期更長(cháng),以及第三是純氧燃燒系統帶來(lái)的沖擊和影響。這三項要求通常決定了在修窯時(shí)選用改進(jìn)了的耐火材料。這些推動(dòng)力也促使玻璃制造商在窯爐保養維護時(shí)選用改進(jìn)了的耐火制品以及在運行周期中為大范圍檢修時(shí)采用新技術(shù)。
  熔融澆鑄氧化鋁磚已經(jīng)在熔化池頂這一部位確立了它的應用,主要是在熔化高質(zhì)量玻璃的純氧燃燒池爐中得到應用。在純氧燃燒技術(shù)問(wèn)世以前,只有βˉ氧化鋁磚被用于熔化池的上部結構,并且沒(méi)有熔融澆鑄的氧化鋁磚被用到熔化池頂上。而今,無(wú)論βˉ氧化鋁還是α-β氧化鋁的熔融澆鑄制品都被用在生產(chǎn)彩色電視(屏和錐)、浮法玻璃以及硼硅酸鹽玻璃的純氧燃燒池爐的部分或全部爐頂上。熔融澆鑄的AZS磚一般能夠使用到1600℃或1650℃(取決于玻璃制品),而用電熔氧化鋁磚砌成的爐頂則可成功地在1700℃下運行。這為玻璃制造商在生產(chǎn)難熔玻璃時(shí)創(chuàng )造了更好的條件和更大的靈活性。
  許多年來(lái),熔融澆鑄AZS爐頂已成功地經(jīng)受了冷卻和再加熱的考驗,以使它們能夠使用多個(gè)運行周期?,F在積累了一點(diǎn)經(jīng)驗,成功地實(shí)施了電熔氧化鋁爐頂冷卻和再加熱,當它們在使用兩個(gè)或更多的運行周期時(shí)體現出經(jīng)濟上更強的生命力。電熔氧化鋁爐頂在使用中觀(guān)察(熱態(tài)觀(guān)察和停爐觀(guān)察)結果顯示了這些材料既具有化學(xué)穩定性又具有機械穩定性。這是最早對這種砌筑的觀(guān)察研究,因為在當時(shí)既沒(méi)有電熔氧化鋁的參考資料,也沒(méi)有其在爐頂應用的經(jīng)驗基礎。 
  高鉻耐火制品過(guò)去主要應用于增強玻璃熔爐,以及少量應用于保溫玻璃池爐中?,F在高鉻磚正在越來(lái)越多地被某些鈉鈣玻璃池爐采用。其主要用途已經(jīng)不僅限于全部或部分流液洞,而且還用于端墻以及在有限的程度上用于加料口的角磚。對于高鉻磚的成分來(lái)說(shuō),它們存在有潛在的著(zhù)色危險,以至于高鉻制品通常與非常“白”的玻璃并不相容。最初時(shí)期這種制品主要用于有色玻璃,但是現在高鉻制品也已經(jīng)被成功地用于透明的容器玻璃池爐中。高鉻制品在玻璃熔爐中使用的數量在很大程度上取決于其流液洞的設計、流液洞的冷卻、池爐的日產(chǎn)量、以及熔爐的操作。某個(gè)玻璃制造商則可能把高鉻磚用于全部蓋板再加上熔化池的端墻。高鉻磚砌筑的流液洞提供了增加窯爐壽命的潛力,因為這種材料對大多數玻璃的抗侵蝕性能至少要比熔融A(yíng)ZS磚強兩倍。然而,某些設計和操作參數卻與熔融A(yíng)ZS磚有所不同,就須要與供應商進(jìn)行討論。
  低玻璃相電熔AZS耐火材料在有限的基礎上成功地用于熔化池的上部結構已有好幾年了。純氧燃燒技術(shù)引起其在熔化池的上部結構中更廣泛地使用,其原因有二:第一,低玻璃相含量導致玻璃相的滲出量很低,比傳統的熔融A(yíng)ZS磚筑成的上部結構更為“干燥”。第二,低玻璃相含量使其具有更高的搞蠕變性能,從而能夠把正常的使用溫度從1600℃提高到1650℃。這對于純氧燃燒窯爐的加料區域上部結構則更為有用,該部位的熔融A(yíng)ZS磚不僅要具有抵抗燃燒氣流帶來(lái)的料粉顆粒的侵蝕,而且還要能夠承受更高的使用溫度,1650℃。熔化池池壁磚近來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出能提高頂部(液線(xiàn)部位)抗侵蝕性能的新品種并已在進(jìn)行實(shí)地試驗。這種池壁磚采用獨一無(wú)二的方法,能控制液線(xiàn)部位的晶體結構,使該磚在液線(xiàn)部位具有比標準的熔鑄AZS磚強得多的抗侵蝕性能。這種新型的池壁磚被考慮用于火焰燃燒池爐(主要是鈉鈣玻璃),我們發(fā)現其正常的侵蝕形態(tài)是在液線(xiàn)部位或者說(shuō)在距離磚的頂部300mm處的侵蝕最為嚴重。當這些池壁磚的優(yōu)良的顯微結構與其熱機械性能相結合時(shí)(由液線(xiàn)部位的冷風(fēng)產(chǎn)生的影響),有理由相信可以使其抗侵蝕性能有大幅度的提高的可能(降低液線(xiàn)部位的侵蝕速度)。應用該技術(shù)的池壁磚在正在運行的池爐中得到監測,這些試驗結果將開(kāi)始在今后幾年中逐步積累。 
  高鋯電熔制品(HZFC或電熔氧化鋯)已被廣泛地接受,作為與玻璃相接觸的耐火材料,用于某些高質(zhì)量玻璃窯爐中的特定部位。采用該種成分的耐火材料的理由各不相同,隨玻璃的品種而各異。彩色電視顯像管屏幕玻璃對HZFC的侵蝕頗為嚴重,但是它還是被用于熔化池的流液洞一端的鋪底磚和池墻磚,因為它能大大減少玻璃的缺陷,諸如節瘤、氣泡和結石。熔融氧化鋯耐火材料的抗侵蝕性能并不優(yōu)于熔融A(yíng)ZS,但是通常它能足夠維持一整個(gè)窯爐周期。這樣,在彩色電視顯像管屏幕玻璃池爐中采用HZFC可以大大改進(jìn)玻璃的質(zhì)量而又不降低窯爐的壽命。
  對于鉛玻璃和鉛晶質(zhì)玻璃,采用熔融氧化鋯有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一,它比熔融A(yíng)ZS磚具有更強的抵抗鉛金屬下鉆侵蝕的性能;第二,由于它的玻璃—耐火材料界面性能使玻璃制品的質(zhì)量更高,使玻璃的缺陷更少,特別是氣體夾雜。 
  最后,HZFC還被使用在某些低堿玻璃或硬質(zhì)硼硅酸鹽玻璃窯爐之中。這里我們再一次看到玻璃質(zhì)量的改進(jìn)(低的缺陷水平),而且與熔融A(yíng)ZS磚相比改進(jìn)了抗侵蝕性能。因此我們發(fā)現玻璃制造商接受這種優(yōu)質(zhì)耐火材料具有不同的出發(fā)點(diǎn),采用該材料的理由也隨著(zhù)玻璃組成的不同而各異。
  新的和改進(jìn)的格子磚成分和設計已為許多蓄熱式池爐所接受。三十年前開(kāi)始于單一形狀和成分的熔融A(yíng)ZS格子磚得到了持續的發(fā)展和改進(jìn),而今這一系列產(chǎn)品已經(jīng)具有六種不同的類(lèi)型(幾何形狀)以及三種不同的成分。每一種格子磚都是專(zhuān)門(mén)為不同的玻璃池爐蓄熱室的特定應用而設計制造的。其設計依據包括所給定的小爐的燃燒氣體的體積、玻璃配合料的飛料量、操作溫度、窯爐中所熔制的玻璃以及蓄熱室的總體尺寸和幾何形狀。最新一代的熔融A(yíng)ZS格子磚是為輕荷載向下氣流的小爐或多通道冷氣流蓄熱室而設計的。在制造過(guò)程中它也使用一定數量的在制造過(guò)程中的回收原料,故也是一個(gè)有效的環(huán)保措施。 
  已經(jīng)成功地應用于玻璃池爐蓄熱室的另一系列產(chǎn)品是標準形狀的鎂—鋯磚。雖然該系列的格子磚在歐洲使用得比美國更早,但是它們越來(lái)越在世界范圍內被廣泛地接受。當設計者希望砌筑無(wú)鉻的燒結格子磚時(shí),鎂—鋯格子磚產(chǎn)品比氧化鎂質(zhì)產(chǎn)品具有更好的性能。鎂—鋯格子磚較之燒結鎂磚的優(yōu)越性也體現在使用高釩燃料的池爐中。 
  尖晶石耐火材料是一種新的燒結材料,它用電熔尖晶石顆粒制成,在玻璃池爐上部結構中具有潛在的應用前景。雖然這種耐火材料目前還尚未得到廣泛的應用,但是在近幾年來(lái)無(wú)論是在熔化鈉鈣玻璃或是硼硅酸鹽玻璃的傳統的火焰燃燒池爐還是純氧燃燒池爐中都已經(jīng)進(jìn)行“試用”。 
  另一方面,雖然熔融澆鑄的尖晶石制品早在二十年前就已開(kāi)發(fā)出來(lái),但是尚未在玻璃工業(yè)中得到應用。然而,純氧燃燒池爐給耐火材料帶來(lái)的麻煩使這種材料或其派生品種被考慮用于熔化池的上部結構和窯頂。它被認為在大多數玻璃熔化的氣氛中具有良好的化學(xué)穩定性。最初的現場(chǎng)試驗確認了在高溫下的良好化學(xué)穩定性和機械穩定性(抗蠕變性),與前面所談到的熔融氧化鋁的性能差不多。 
  無(wú)論是燒結尖晶石材料還是電熔尖晶石材料都還處于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段,但是已經(jīng)顯示出未來(lái)在玻璃池爐的上部結構中應用的可能性。 
  熔化池窯頂用的不定形材料制品現在既用于新的窯頂砌筑,又用于窯頂的熱修。該種材料已在硅磚窯頂的修理以及為了延長(cháng)硅磚窯頂的壽命方面使用了好多年。然而,純氧燃燒的操作條件加速了硅磚窯頂的侵蝕,從而需要更高級的材料和大大提高維修的水平。目前使用的窯爐維修措施是耐火材料補貼、火泥、可塑料、澆注料、流動(dòng)料、泵澆注料、噴補料、搗打料與陶瓷熔接。這些材料的成分主要是熔融石英、鋯英石和高鋁材料。上述措施的任何組合都可能用于密封一個(gè)新的窯頂或修補一個(gè)老的、已損壞到威脅窯爐壽命的窯頂。 
  不是所有的純氧燃燒玻璃熔爐都需要熔融澆鑄或優(yōu)質(zhì)的燒結材料的窯頂。只要正確安裝和維護,硅磚在許多玻璃池爐窯頂中無(wú)論是技術(shù)、性能還是經(jīng)濟方面都是可行的。不定形材料的使用可以幫助玻璃制造商在使用硅磚窯頂的前提下達到他的目標。 
  一個(gè)有趣的、正在日益顯露的趨勢是澆注料正在替代某些煙道和煙囟的耐火磚。這在修理硼硅酸鹽玻璃的純氧燃燒或空氣—燃料燃燒的池爐時(shí)最為常見(jiàn)。澆注料也正在被用作純氧燃燒的鈉鈣玻璃池爐煙囟襯磚的替代品。 
  窯底修補技術(shù)最近已經(jīng)應用于正在運行的即“熱的”窯爐中。窯底的侵蝕導致某些部位變得很薄。這些薄的部位可以用熱探測到,然后進(jìn)行修補以避免不希望的窯底蝕穿漏料的可能性。有幾種工藝技術(shù)和操作方法被用于熱修,使窯底的厚度完全或部分地得到恢復,從而重新保持窯爐的安全運行。這種方法可以修復窯底而無(wú)需把窯爐冷卻到室溫。這樣避免了昂貴的關(guān)閉窯爐的費用、節省了時(shí)間、消除了其它與玻璃相接觸的耐火材料和上部結構槽到損壞的危險。 
  一種辦法是把窯爐中的玻璃放空,然后在窯底侵蝕最大的部位或在“凹處”部位鉆孔,把這些較小區域的玻璃排出。用一種助熔劑噴到已被損壞的區域再進(jìn)行局部加熱,將粘附在需要修補的耐火材料上的剩余的玻璃徹底清除。通過(guò)噴槍把一種噴補料直接噴到被損壞的窯底部位,直到達到所希望的厚度為止。 
  第二種方法是放空玻璃,做好對已損壞的窯底區域的清理和準備工作,如上所述。通過(guò)噴槍把預定數量的耐火骨料用氣流輸送到窯底的損壞部位。同樣,直到足夠的厚度為止。這種方法還可用于玻璃不被放空的情況下操作。這里必須要了解玻璃的對流情況以使修補用耐火材料噴到正確的位置,并在損壞的窯底的恰當部位凝固。在池爐充滿(mǎn)玻璃時(shí)進(jìn)行爐底修補不是最好的辦法,但是有時(shí)由于環(huán)保的要求限定這樣做。

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