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当前玻 璃窑炉耐火材料应用的趋势

分类:
行业资讯
作者:
2017/10/12 12:49
【摘要】:
耐火材 料的发展变化有三个主要的推动力:保持和 改进玻璃的质量;对玻璃 窑炉经济上的要求以使窑炉的运行周期更长以及采用纯氧燃烧系统以后带来的冲击和影响。   “当前”一词对 电子行业和计算机行业发生的变化可以解读为几个月乃至几个星期,而谈及 玻璃工业的耐火材料发展和应用时,它很容 易被解读为五年或十年。根据这一时间概念,我们将 回顾和讨论在后一领域(更为保守的步伐)中在“当前”已经发生的变化。   耐火材料的变
   耐火材 料的发展变化有三个主要的推动力:保持和 改进玻璃的质量;对玻璃 窑炉经济上的要求以使窑炉的运行周期更长以及采用纯氧燃烧系统以后带来的冲击和影响。 
   “当前”一词对 电子行业和计算机行业发生的变化可以解读为几个月乃至几个星期,而谈及 玻璃工业的耐火材料发展和应用时,它很容 易被解读为五年或十年。根据这一时间概念,我们将 回顾和讨论在后一领域(更为保守的步伐)中在“当前”已经发生的变化。 
  耐火材 料的变化和发展有三个主要的推动力。第一是 玻璃制造商为至少要保持而通常则需改进玻璃质量的需求。第二是 玻璃窑炉的经济要求以使窑炉运行周期更长,以及第 三是纯氧燃烧系统带来的冲击和影响。这三项 要求通常决定了在修窑时选用改进了的耐火材料。这些推 动力也促使玻璃制造商在窑炉保养维护时选用改进了的耐火制品以及在运行周期中为大范围检修时采用新技术。
  熔融浇 铸氧化铝砖已经在熔化池顶这一部位确立了它的应用,主要是 在熔化高质量玻璃的纯氧燃烧池炉中得到应用。在纯氧 燃烧技术问世以前,只有βˉ氧化铝 砖被用于熔化池的上部结构,并且没 有熔融浇铸的氧化铝砖被用到熔化池顶上。而今,无论βˉ氧化铝还是α-β氧化铝 的熔融浇铸制品都被用在生产彩色电视(屏和锥)、浮法玻 璃以及硼硅酸盐玻璃的纯氧燃烧池炉的部分或全部炉顶上。熔融浇铸的AZS砖一般能够使用到1600℃或1650℃(取决于玻璃制品),而用电 熔氧化铝砖砌成的炉顶则可成功地在1700℃下运行。这为玻 璃制造商在生产难熔玻璃时创造了更好的条件和更大的灵活性。
  许多年来,熔融浇铸AZS炉顶已 成功地经受了冷却和再加热的考验,以使它 们能够使用多个运行周期。现在积累了一点经验,成功地 实施了电熔氧化铝炉顶冷却和再加热,当它们 在使用两个或更多的运行周期时体现出经济上更强的生命力。电熔氧 化铝炉顶在使用中观察(热态观察和停炉观察)结果显 示了这些材料既具有化学稳定性又具有机械稳定性。这是最 早对这种砌筑的观察研究,因为在 当时既没有电熔氧化铝的参考资料,也没有 其在炉顶应用的经验基础。 
  高铬耐 火制品过去主要应用于增强玻璃熔炉,以及少 量应用于保温玻璃池炉中。现在高 铬砖正在越来越多地被某些钠钙玻璃池炉采用。其主要 用途已经不仅限于全部或部分流液洞,而且还 用于端墙以及在有限的程度上用于加料口的角砖。对于高 铬砖的成分来说,它们存 在有潜在的着色危险,以至于 高铬制品通常与非常“白”的玻璃并不相容。最初时 期这种制品主要用于有色玻璃,但是现 在高铬制品也已经被成功地用于透明的容器玻璃池炉中。高铬制 品在玻璃熔炉中使用的数量在很大程度上取决于其流液洞的设计、流液洞的冷却、池炉的日产量、以及熔炉的操作。某个玻 璃制造商则可能把高铬砖用于全部盖板再加上熔化池的端墙。高铬砖 砌筑的流液洞提供了增加窑炉寿命的潜力,因为这 种材料对大多数玻璃的抗侵蚀性能至少要比熔融AZS砖强两倍。然而,某些设 计和操作参数却与熔融AZS砖有所不同,就须要 与供应商进行讨论。
  低玻璃相电熔AZS耐火材 料在有限的基础上成功地用于熔化池的上部结构已有好几年了。纯氧燃 烧技术引起其在熔化池的上部结构中更广泛地使用,其原因有二:第一,低玻璃 相含量导致玻璃相的渗出量很低,比传统的熔融AZS砖筑成 的上部结构更为“干燥”。第二,低玻璃 相含量使其具有更高的搞蠕变性能,从而能 够把正常的使用温度从1600℃提高到1650℃。这对于 纯氧燃烧窑炉的加料区域上部结构则更为有用,该部位的熔融AZS砖不仅 要具有抵抗燃烧气流带来的料粉颗粒的侵蚀,而且还 要能够承受更高的使用温度,1650℃。熔化池 池壁砖近来已经开发出能提高顶部(液线部位)抗侵蚀 性能的新品种并已在进行实地试验。这种池 壁砖采用独一无二的方法,能控制 液线部位的晶体结构,使该砖 在液线部位具有比标准的熔铸AZS砖强得 多的抗侵蚀性能。这种新 型的池壁砖被考虑用于火焰燃烧池炉(主要是钠钙玻璃),我们发 现其正常的侵蚀形态是在液线部位或者说在距离砖的顶部300mm处的侵蚀最为严重。当这些 池壁砖的优良的显微结构与其热机械性能相结合时(由液线 部位的冷风产生的影响),有理由 相信可以使其抗侵蚀性能有大幅度的提高的可能(降低液 线部位的侵蚀速度)。应用该 技术的池壁砖在正在运行的池炉中得到监测,这些试 验结果将开始在今后几年中逐步积累。 
  高锆电熔制品(HZFC或电熔氧化锆)已被广泛地接受,作为与 玻璃相接触的耐火材料,用于某 些高质量玻璃窑炉中的特定部位。采用该 种成分的耐火材料的理由各不相同,随玻璃的品种而各异。彩色电 视显像管屏幕玻璃对HZFC的侵蚀颇为严重,但是它 还是被用于熔化池的流液洞一端的铺底砖和池墙砖,因为它 能大大减少玻璃的缺陷,诸如节瘤、气泡和结石。熔融氧 化锆耐火材料的抗侵蚀性能并不优于熔融AZS,但是通 常它能足够维持一整个窑炉周期。这样,在彩色 电视显像管屏幕玻璃池炉中采用HZFC可以大 大改进玻璃的质量而又不降低窑炉的寿命。
  对于铅 玻璃和铅晶质玻璃,采用熔 融氧化锆有两个优点。第一,它比熔融AZS砖具有 更强的抵抗铅金属下钻侵蚀的性能;第二,由于它的玻璃—耐火材 料界面性能使玻璃制品的质量更高,使玻璃的缺陷更少,特别是气体夹杂。 
  最后,HZFC还被使 用在某些低碱玻璃或硬质硼硅酸盐玻璃窑炉之中。这里我 们再一次看到玻璃质量的改进(低的缺陷水平),而且与熔融AZS砖相比 改进了抗侵蚀性能。因此我 们发现玻璃制造商接受这种优质耐火材料具有不同的出发点,采用该 材料的理由也随着玻璃组成的不同而各异。
  新的和 改进的格子砖成分和设计已为许多蓄热式池炉所接受。三十年 前开始于单一形状和成分的熔融AZS格子砖 得到了持续的发展和改进,而今这 一系列产品已经具有六种不同的类型(几何形状)以及三种不同的成分。每一种 格子砖都是专门为不同的玻璃池炉蓄热室的特定应用而设计制造的。其设计 依据包括所给定的小炉的燃烧气体的体积、玻璃配合料的飞料量、操作温度、窑炉中 所熔制的玻璃以及蓄热室的总体尺寸和几何形状。最新一代的熔融AZS格子砖 是为轻荷载向下气流的小炉或多通道冷气流蓄热室而设计的。在制造 过程中它也使用一定数量的在制造过程中的回收原料,故也是 一个有效的环保措施。 
  已经成 功地应用于玻璃池炉蓄热室的另一系列产品是标准形状的镁—锆砖。虽然该 系列的格子砖在欧洲使用得比美国更早,但是它 们越来越在世界范围内被广泛地接受。当设计 者希望砌筑无铬的烧结格子砖时,镁—锆格子 砖产品比氧化镁质产品具有更好的性能。镁—锆格子 砖较之烧结镁砖的优越性也体现在使用高钒燃料的池炉中。 
  尖晶石 耐火材料是一种新的烧结材料,它用电 熔尖晶石颗粒制成,在玻璃 池炉上部结构中具有潜在的应用前景。虽然这 种耐火材料目前还尚未得到广泛的应用,但是在 近几年来无论是在熔化钠钙玻璃或是硼硅酸盐玻璃的传统的火焰燃烧池炉还是纯氧燃烧池炉中都已经进行“试用”。 
  另一方面,虽然熔 融浇铸的尖晶石制品早在二十年前就已开发出来,但是尚 未在玻璃工业中得到应用。然而,纯氧燃 烧池炉给耐火材料带来的麻烦使这种材料或其派生品种被考虑用于熔化池的上部结构和窑顶。它被认 为在大多数玻璃熔化的气氛中具有良好的化学稳定性。最初的 现场试验确认了在高温下的良好化学稳定性和机械稳定性(抗蠕变性),与前面 所谈到的熔融氧化铝的性能差不多。 
  无论是 烧结尖晶石材料还是电熔尖晶石材料都还处于新产品开发的早期阶段,但是已 经显示出未来在玻璃池炉的上部结构中应用的可能性。 
  熔化池 窑顶用的不定形材料制品现在既用于新的窑顶砌筑,又用于窑顶的热修。该种材 料已在硅砖窑顶的修理以及为了延长硅砖窑顶的寿命方面使用了好多年。然而,纯氧燃 烧的操作条件加速了硅砖窑顶的侵蚀,从而需 要更高级的材料和大大提高维修的水平。目前使 用的窑炉维修措施是耐火材料补贴、火泥、可塑料、浇注料、流动料、泵浇注料、喷补料、捣打料与陶瓷熔接。这些材 料的成分主要是熔融石英、锆英石和高铝材料。上述措 施的任何组合都可能用于密封一个新的窑顶或修补一个老的、已损坏 到威胁窑炉寿命的窑顶。 
  不是所 有的纯氧燃烧玻璃熔炉都需要熔融浇铸或优质的烧结材料的窑顶。只要正确安装和维护,硅砖在 许多玻璃池炉窑顶中无论是技术、性能还 是经济方面都是可行的。不定形 材料的使用可以帮助玻璃制造商在使用硅砖窑顶的前提下达到他的目标。 
  一个有趣的、正在日 益显露的趋势是浇注料正在替代某些烟道和烟囟的耐火砖。这在修 理硼硅酸盐玻璃的纯氧燃烧或空气—燃料燃 烧的池炉时最为常见。浇注料 也正在被用作纯氧燃烧的钠钙玻璃池炉烟囟衬砖的替代品。 
  窑底修 补技术最近已经应用于正在运行的即“热的”窑炉中。窑底的 侵蚀导致某些部位变得很薄。这些薄 的部位可以用热探测到,然后进 行修补以避免不希望的窑底蚀穿漏料的可能性。有几种 工艺技术和操作方法被用于热修,使窑底 的厚度完全或部分地得到恢复,从而重 新保持窑炉的安全运行。这种方 法可以修复窑底而无需把窑炉冷却到室温。这样避 免了昂贵的关闭窑炉的费用、节省了时间、消除了 其它与玻璃相接触的耐火材料和上部结构槽到损坏的危险。 
  一种办 法是把窑炉中的玻璃放空,然后在 窑底侵蚀最大的部位或在“凹处”部位钻孔,把这些 较小区域的玻璃排出。用一种 助熔剂喷到已被损坏的区域再进行局部加热,将粘附 在需要修补的耐火材料上的剩余的玻璃彻底清除。通过喷 枪把一种喷补料直接喷到被损坏的窑底部位,直到达 到所希望的厚度为止。 
  第二种 方法是放空玻璃,做好对 已损坏的窑底区域的清理和准备工作,如上所述。通过喷 枪把预定数量的耐火骨料用气流输送到窑底的损坏部位。同样,直到足够的厚度为止。这种方 法还可用于玻璃不被放空的情况下操作。这里必 须要了解玻璃的对流情况以使修补用耐火材料喷到正确的位置,并在损 坏的窑底的恰当部位凝固。在池炉 充满玻璃时进行炉底修补不是最好的办法,但是有 时由于环保的要求限定这样做。
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