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玻璃窯爐電熔AZS磚池壁的非正常侵蝕的原因分析和控制

玻璃制造行業內,同樣的玻璃制品,同樣的玻璃窯爐,維修時間、維修部位、窯爐使用壽命卻不盡相同。正常的材料侵蝕是材料的設計使用時間范圍,非正常材料侵蝕是在不一定固定的位置和材料的設計使用壽命之內出現的惡性狀況。出現這些狀況的隱性負面效應很大,影響的不僅是玻璃企業的經濟利益,一定程度上也影響和制約了整個玻璃行業的健康發展。
1 電熔AZS磚內必然存在的有害成分及侵蝕機理
1.1 玻璃相
電熔鋯剛玉耐火材料制品的相組成是斜鋯石、剛玉、少量莫來石、玻璃相和氣孔。在電熔鋯剛玉磚制造過程中,為了減少和消除殘余熱應力,制品中需要有一定量的玻璃相作為緩沖熱應力的吸收劑。然而,由于玻璃相的存在,也帶來一些弊端,就耐火材料抗玻璃液的侵蝕而言,玻璃相是薄弱環節。在發生侵蝕過程中,首先是玻璃相析出,并與高溫玻璃熔體發生置換,進而加速對晶體的侵蝕。玻璃相在高溫使用條件下,還會發生滲出并伴隨放出氣泡,進而污染玻璃熔體。
1.2 滲碳
一般還原法生產的鋯剛玉電熔磚制品,滲碳均比較嚴重,據文獻報導,依耐火材料斷面口的顏色判斷其相應的碳含量:淺灰色0.03%~0.06%,灰白色<0.03%,灰色0.08%~0.18%,深灰色0.15%~0.19%。即使先進的氧化法(長電弧與吹氧法)生產的制品也含有一些碳(<0.01%)。滲碳是以碳化物、會夾雜氮化物、硫化物、固體碳及殘存還原性氣體形式存在。在氧化條件下使用時放出氣體,引起玻璃相滲出溫度降低的現象。AZS磚中含有玻璃相較多(33一般是20%左右)時,在1100℃以上,將軟化滲出,并隨溫度的升高而加劇流失,玻璃相的滲出,與磚中存在的碳、碳化物、低價的鐵鈦等雜質有關。當窯內為氧化氣氛時,由于氧向磚體擴散,與這些雜質反應,放出CO2、SO2等氣體。這些氣體將熔融的玻璃相擠出,并且表面形成核泡,結晶相因失去玻璃相的結合而造成流失,這就是AZS磚的侵蝕原因。
2電熔AZS磚生產過程中有害成分的進入
2.1夾砂現象和其它異物進入制品內
石英砂加水玻璃生產的澆注模型,夾砂現象是指類似池壁磚型在澆注時,高溫熔液在模型內逐漸上升,沒有被熔液覆蓋的部分經過高溫,表面面砂塊狀脫離,掉入熔液內,形成夾砂現象。由于經過1750℃的高溫,加入砂皮呈玻璃態存在于制品內部。另外,熔化過程中有一個平料程序,平料工具為鑄鋼鋼釬,鋼釬長時間在高溫熔液內會使其質地軟化,在撬動未熔料塊時有鋼釬斷掉的現象,斷掉在熔液內的鋼釬有可能被完全熔化在熔液內,使制品內鐵含量加大,也有可能沒有完全熔化,澆注時進入制品。
2.2 電熔AZS磚的氧化均勻程度
電熔AZS磚的氧化程度或者氧化均勻程度是制品品質是否優良的關鍵指標之一。在吹氧工藝制定方面各個廠家都有完善的制度要求,但在氧槍位置設置方面大多存在缺陷。在吹氧時氧槍孔堵塞是一個不可避免的現象。氧槍一般有7個出氧孔分布在球頭的四周或底部,當某一個或者幾個出氧孔堵塞時就會造成制品氧化程度不均勻,嚴重的能看出來,不嚴重的不易直觀判斷。即便是在一塊單磚上就會有顏色不一致現象,顏色深表示滲碳量大,顏色淺表明滲碳量小。氧槍孔的堵塞直接導致制品氧化效果差,制品滲碳量增加。在玻璃窯爐運行時,玻璃相伴隨氣泡析出,大多是二氧化碳氣體。
3 玻璃窯爐縫隙的形成
3.1 研磨加工或者砌筑窯爐
制品在加工研磨時,機床床面老化后平整度達不到要求,造成制品直面中間凸起或者凹進,預組裝時把縫隙上下均化,看似縫隙不大。窯爐砌筑時由于基礎平整度誤差或者制品底部缺陷,施工者的疏忽造成制品底部架空。最終烤窯時制品膨脹未必按照均化的縫隙定型,有可能造成池壁磚底部或者上部縫隙明顯加大。
3.2窯坎規格設計方面
玻璃窯爐中,窯坎磚的排列設置不恰當同樣會造成窯坎因玻璃液沖擊出現變形的現象,由于窯坎磚要經得住玻璃液翻動時的沖擊力,因此窯坎要有足夠的厚度以及支撐。支撐磚高度需超出窯坎磚高度的1/2才會更加有效支撐。當窯坎磚受到玻璃液沖擊而變形時,就會使磚與磚連接處縫隙變寬。
3.3窯爐變形
在烤窯的溫度區間,電熔AZS磚內的鋯成分在1100℃時其單斜相轉變為四方相,這時會產生一些體積變化,溫度不穩定時的溫度降低又會向相反的方向發生一些體積變化,這種溫度波動造成鋯成分的體積逆向變化是制品炸裂的根本原因?靖G時通常在1100℃設一個保溫階段,使電熔AZS磚體積轉換充分。
4 非正常侵蝕現象
4.1 玻璃液的黏度與溫度
窯爐溫度越高玻璃液黏度越小。玻璃窯爐工藝溫度高是有因素要求的(如全氧燃燒技術,超白玻璃等),適當提高玻璃熔制溫度可提高熔化率,降低玻璃液黏度,有利于氣泡的排出。降低玻璃液黏度有利于玻璃品質的提升,但對池壁磚的耐侵蝕方面是不利的,主要表現為對池壁磚縫隙的侵蝕,屬于非正常侵蝕。黏度低,玻璃液易
進入磚縫,磚的玻璃相伴隨氣泡析出,氣泡的向上運動以及玻璃液的回流機械運動產生的摩擦力更加重對磚縫的侵蝕,這是磚縫非正常侵蝕的根源所在,因此磚縫越小越好。
4.2 池壁豎縫的非正常侵蝕
窯爐運行時,玻璃液會滲入超標磚縫。在此環境下,磚縫內的玻璃液與磚縫內析出的玻璃相、氣泡同時向上的機械運動造成了磚縫的加劇侵蝕,再加上玻璃液的流動在縫隙處有一個回流作用,這個回流作用是一個機械流動的沖刷過程,會使磚縫越來越大,這就是非正常侵蝕狀態之一。
4.3 池壁磚液面線處的非正常侵蝕
制品玻璃相含量大時,低劣的制品品質含有大量雜質,玻璃相嚴重超標,其鈉含量會達到2%以上,在窯爐運行時,玻璃相大量析出,隨著玻璃液的流動與玻璃相的液體摩擦運動,玻璃相一面大量析出,一面被玻璃的流動帶走,三相交界處的侵蝕速度非?,窯齡設計5年的有些不到2年就把池壁上部300mm處部分全部侵蝕掉。這就是典型的非正常侵蝕現象。其它侵蝕因素已有大量文獻報道,這里不再贅述。
4.4 窯坎磚的豎縫侵蝕現象
當窯坎磚受到玻璃液沖擊而變形時,就會在磚與磚連接處出現縫隙變寬的現象。變寬的縫隙給玻璃液提供了存在空間,玻璃相伴隨氣泡析出時與液態玻璃的向上運動摩擦導致窯坎磚的非正常侵蝕,顯示的鋸齒狀。
4.5 池壁鉆洞侵蝕因素
(1)制品內存在異物鐵釬時,鐵是有害物質之一,要嚴格控制。鐵本身含有超過2%的碳含量,會加劇對制品侵蝕,也是影響玻璃制品質量的有害物質之一。
(2)制品內存在夾砂現象,并且是集中存在。
(3)因氧槍出氧孔堵塞,不能均勻氧化時,造成的制品內滲碳量高,在遇到縫隙時,由于氣泡伴隨玻璃相析出,加劇了對制品的局部非正常侵蝕。
(4)制品的跨棱裂紋或者局部裂紋、滲碳量大匯聚一起時,玻璃液的回流沖刷、玻璃相含量過高而析出大量玻璃相伴隨氣泡,甚至是玻璃熔液泄露事故。
5 結論
(1)玻璃液無縫不入,制品之間的縫隙會造成玻璃液回流的機械沖刷,縫隙內析出玻璃時伴隨氣泡析出,加劇了對制品縫隙的侵蝕,在窯爐整體驗收時,對縫隙的要求越嚴格越好。
(2)窯爐砌筑時,確;A平穩,不能有制品架空現象,膨脹縫預留合理或者砌筑人員的業務把關要嚴格。
(3)窯坎磚內側護磚的高度與寬度規格要適當加大。護磚要切實起到支撐作用。
(4)電熔AZS磚生產過程要對氧槍出氧孔是否堵塞進行有效的制度管理,對氧槍位置設置要便于觀察氧槍出氧孔的狀態。
(5)石英砂加水玻璃制作的砂型,水玻璃比例不能低于8%,水玻璃量小時會造成澆注時的面砂脫落現象,給制品帶來內在隱患。最好選擇樹脂砂模型制作的電熔AZS磚。


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