全氧燃燒玻璃窯會(huì)用到哪些耐火材料？

一般玻璃窯會(huì)采用耐火材料有：電熔鋯剛玉磚、電熔剛玉磚、鋯英石磚、高純鎂磚、直接結(jié)合鎂磚、高鋁磚硅線石磚、粘土磚、硅磚、輕質(zhì)及不定形耐火材料。

玻璃熔窯采用全氧燃燒技術(shù)后，由于火焰空間中的水蒸氣的體積濃度大大增加，堿揮發(fā)物的體積濃度增加3～6倍。傳統(tǒng)空氣助燃窯爐上部空間較多的情況下會(huì)使用硅質(zhì)材料，高濃度水蒸氣和高濃度的堿揮發(fā)物形成較強(qiáng)的堿性氣氛，對(duì)上部結(jié)構(gòu)中硅磚的使用性能造成危害。

SiO2+2NaOH+O2→Na2SiO4+H2O

相比大碹，胸墻、山墻等部位的堿蒸汽濃度會(huì)略低，但是同樣面臨酸堿中和的反應(yīng)，超出常規(guī)的侵蝕速度讓窯爐的壽命變得無(wú)法預(yù)期。另外，被侵蝕剝落的物質(zhì)落到玻璃表面上形成浮渣，進(jìn)一步影響熔化性能和玻璃質(zhì)量。 

示意圖

1、材料選擇需考慮的因素

在耐火材料的選擇原則上，除了耐高溫、可加工、經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)性等以外，還應(yīng)該根據(jù)全氧燃燒的特點(diǎn)選擇適用的耐火材料，無(wú)論是電熔AZS還是電熔氧化鋁產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)全氧燃燒玻璃窯爐上已經(jīng)積累了較為豐富的成功經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)窯爐特點(diǎn)及產(chǎn)品特征的不同，國(guó)內(nèi)也有使用其它耐火材料的案例。

目前全氧燃燒玻璃窯爐上部結(jié)構(gòu)使用較多的耐火材料以熔鑄材料為主，如電熔AZS系列、電熔氧化鋁系列、電熔鉻剛玉系列(目前有使用燒結(jié)鉻剛玉代替的傾向)等。電熔AZS系列中，除了常見(jiàn)的ER1681、ER1685和ER1711外，還包括ER1851、ER1195。電熔氧化鋁系列包括電熔α-β氧化鋁、電熔β-氧化鋁材料。

2、低玻璃相產(chǎn)品-ER1851

低玻璃相產(chǎn)品-ER1851典型化學(xué)成分和晶相分析見(jiàn)圖1。

圖1 低玻璃相產(chǎn)品-ER1851典型化學(xué)成分和晶相分析

這是一種低玻璃相的熔鑄AZS系列的產(chǎn)品，與普通的AZS產(chǎn)品相比，其成分中二氧化硅和氧化鈉含量均有一定的降低，使得產(chǎn)品內(nèi)玻璃相含量通常低于14%，使用到窯爐上不僅可以減少玻璃相對(duì)玻璃的污染，其良好的抗堿蒸汽能力、抗飛料能力、較好的抗蠕變性能是抗碹滴污染的優(yōu)良耐火材料。表1為不同種類耐火材料的滲出相情況。

表1 不同種類耐火材料的滲出相

近年來(lái)，ER1851系列的產(chǎn)品已經(jīng)運(yùn)用到一些全氧燃燒項(xiàng)目上并取得了令人滿意的效果，在低滲出、抗侵蝕方面有著良好的表現(xiàn)。國(guó)內(nèi)一些廠家也在積極開發(fā)此類產(chǎn)品，低玻璃相產(chǎn)品市場(chǎng)前景廣闊。

3、高鋯系列耐火材料

高鋯系列產(chǎn)品通常是指氧化鋯含量為85%～95%的產(chǎn)品。雖然其生產(chǎn)難度較高，售價(jià)較高，但是由于其優(yōu)越的性能又在眾多玻璃行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。

由于其優(yōu)異的特性，在玻璃生產(chǎn)中減少了結(jié)石和氣泡的產(chǎn)生，因此更適用于玻璃窯爐中與玻璃接觸的部位，在硼硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻璃、玻璃陶瓷和展示玻璃的熔窯中具有良好的性能。根據(jù)要求不同，又有高電阻率的細(xì)分產(chǎn)品。

表2 高鋯磚技術(shù)指標(biāo)

表3 Er1195主要技術(shù)參數(shù)

其主要成分接近，在電導(dǎo)率上會(huì)有部分差別，需要根據(jù)玻璃的成分和工藝要求與來(lái)選擇合理的方案。部分性能見(jiàn)表3、表4。

表4 耐火材料對(duì)各種玻璃的抗侵蝕性能等級(jí)

ER1195具有更高的荷重軟化溫度、更高的抗侵蝕等級(jí)、與ER1851接近的低滲出特性，在全氧燃燒窯爐中，池壁、電極磚、流液洞部位均有廣泛應(yīng)用，也是全氧燃燒電子微晶玻璃窯爐流液洞檔磚的優(yōu)先選擇。

4、電熔α-β氧化鋁質(zhì)制品

由各約50%的α-氧化鋁和β-氧化鋁構(gòu)成，二者結(jié)晶交錯(cuò)形成了非常致密的組織結(jié)構(gòu)，耐強(qiáng)堿性能非常好，在1350℃以下具有非常好的耐侵蝕性。因?yàn)椴缓�鐵、鈦等有害雜質(zhì)，玻璃相含量非常少，其剝落物對(duì)玻璃的污染微乎其微，除了應(yīng)用在常見(jiàn)的流道、澄清池、浮法玻璃熔窯的唇磚等部位以外，亦可用作窯爐的碹頂(主要考慮較長(zhǎng)的壽命、懸滴對(duì)玻璃液的污染問(wèn)題)。 

示意圖

5、電熔β-氧化鋁質(zhì)制品

由100%的β-氧化鋁構(gòu)成，有大塊平板狀的β-氧化鋁結(jié)晶體組織，結(jié)晶相互交錯(cuò)而且晶相很粗大，氣孔率較高、強(qiáng)度較低。但是抗剝落性很好，尤其對(duì)強(qiáng)堿蒸汽具有較高的耐侵蝕性，由于與二氧化硅反應(yīng)后β-氧化鋁容易與α-氧化鋁和氧化鈉較易崩裂，所以要使用在粉塵飛揚(yáng)較輕的部位，作為窯爐的碹頂一般應(yīng)用在后端。

電熔α-β或β-氧化鋁制品在國(guó)內(nèi)已經(jīng)使用的窯爐上表現(xiàn)出理想的耐侵蝕性和對(duì)玻璃很少的污染特性，應(yīng)用效果非常好。較高的價(jià)格是其廣泛使用的障礙。

6、燒結(jié)α-β氧化鋁制品

燒結(jié)α-β氧化鋁制品相對(duì)價(jià)格低廉，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)窯爐上也有成功使用的案例，由于其特殊的組份，成為中低溫料道較好的選擇。隨著技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)的類似燒結(jié)材料也已經(jīng)上市，并取得了較好的使用效果。較小的爐型或?qū)�碹頂形成的碹滴污染要求不是很高的情況下，可以考慮其作為碹頂材料。

7、新型耐火材料的應(yīng)用

7.1高純鎂鋁尖晶石

鎂鋁尖晶石的化學(xué)式為MgO-Al2O3，含MgO為28.3%，Al2O3為71.7%(局部數(shù)據(jù)，僅供參考)。其主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)還原性氣氛如游離CO2、游離SOX及游離K2O/Na2O的抗蝕性強(qiáng)，具有較好的熱穩(wěn)定性與耐磨性。鎂鋁尖晶石具有較高的熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)小、熱應(yīng)力低、熱震穩(wěn)定性好、相比電熔材料體積密度較小(2.7g/cm3)，對(duì)堿性氣氛具有較強(qiáng)的抵抗能力。

在國(guó)內(nèi)空氣助燃和全氧燃燒玻璃窯爐上均有運(yùn)用鎂鋁尖晶石的實(shí)際案列，但是多出現(xiàn)了大碹馬鞍形變形問(wèn)題。

7.2等靜壓成型高鋯磚

等靜壓成型高鋯磚由于其優(yōu)良的致密性、耐侵蝕性和相對(duì)電熔高鋯磚更低廉的價(jià)格，已經(jīng)應(yīng)用于全氧燃燒窯爐，應(yīng)用效果良好。

7.3致密氧化鉻磚

致密鉻磚由于其優(yōu)良的熱震性能、耐堿性能、耐沖刷性，已廣泛應(yīng)用于玻纖窯爐中，也包括全氧燃燒玻纖窯爐的火焰空間部位。致密鉻磚中的鉻根據(jù)不同的使用部位，采用不同的鉻含量，一般Cr2O3>90%、容重>4.0g/cm3。

目前，除國(guó)外和合資企業(yè)生產(chǎn)外，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)也可以提供相同的產(chǎn)品，但品質(zhì)和理化穩(wěn)定性差異較大。鉻的污染問(wèn)題較難解決，許多歐美國(guó)家對(duì)含鉻的產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用有眾多限制。氧化鉻具有較強(qiáng)的著色能力，一般高白料或更高品質(zhì)的玻璃不建議使用含鉻的耐材，特別是與玻璃液接觸的部位。對(duì)于顏色玻璃或品質(zhì)要求較低的青白料為延長(zhǎng)窯爐壽命可考慮使用。

7.4電熔再燒結(jié)莫來(lái)石

電熔再燒結(jié)莫來(lái)石磚的產(chǎn)品典型數(shù)據(jù)為：Al2O376%，F(xiàn)e2O30.1%，SiO223%。荷重軟化溫度T0.5>1700℃，體積密度2.66g/cm3，常溫耐壓強(qiáng)度1100N/mm2，玻璃相含量<4%。由于其相對(duì)中性的特質(zhì)，目前全氧燃燒玻纖窯爐的大碹使用較多。

7.5無(wú)鈣硅磚

其產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)為：①使用了電熔氧化硅結(jié)合相，不含氧化鈣成分，二氧化硅含量可達(dá)98.5%以上；②密度更小(1.8g/cm3)，降低了整個(gè)大碹的重量；③價(jià)格相比同級(jí)別電熔材料更低；④比硅磚具有更低的膨脹系數(shù)(650℃時(shí)0.6%)、更高的使用溫度(T0.5為1690℃)；⑤更好的體積穩(wěn)定性。在國(guó)內(nèi)某全氧燃燒窯爐上有使用經(jīng)歷，但大碹出現(xiàn)威脅到窯爐安全的變形問(wèn)題。

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