玻璃熔窑炉型、耐火材料及烘炉介绍

玻璃熔窑的炉型结构

对于大型浮法线来说，玻璃窑的构成通常由L型吊墙(通常使用硅砖)、熔化部(与玻璃液直接接触的地方使用电熔砖，靠上部使用硅砖或电熔)、卡脖(通常使用硅砖)、冷却部包括耳池(与玻璃液直接接触的地方通常使用刚玉质材料，不与玻璃液接触的地方使用硅砖或刚玉)、退火窑、蓄热室(由黏土、高铝、直接结合镁铬砖)等部分构成。

玻璃窑用耐火砖性能分析

一、硅砖

硅砖具有荷重软化温度高及高温蠕变小等良好的高温性能，同时有良好的高温抗侵蚀能力，且由于其生产工艺成熟，价格便宜，在玻璃窑炉中运用广泛。众所周知，硅砖的矿物组成冇方石英、鱗石英、残余石英和少量硅酸盐液相组成，硅砖在使用时各种晶相的转变仍在进行中，且在晶相转变过程中有较大的体积变化，导致硅砖的热渡稳定性较差。当温度达到1470时，硅砖中的鱗石英会转变成方石英，方石英是硅砖中稳定的一种晶相，会增强硅砖的理化性能指标，当窑炉中有些部位低于1470时，鳞石英的存在会降低硅砖的使用性能，特别是碱尘或碱蒸气此时会对硅砖中的硅钙石(CaO ? SiO2) 产生侵蚀反应，在硅砖中开始产生玻璃相，而玻璃相会逐渐熔解硅砖中的大颗粒氧化硅，使硅砖产生溶解与剥落，从而影响硅砖的使用效果。

二、碱性砖

碱性砖对碱尘有较强的抗侵蚀能力，但在格子体高温区，镁砖易受SiO2、V2O5和CaO的侵蚀，造成格子砖体积膨胀而产生剥落。在格子体中下部，也就是格子体的冷凝区，镁砖易发生硫酸盐的侵蚀反应。直接结合镁铬砖是目前中下部格子体的佳选择，但直接结合镁铬砖中的Cr2O3会对水资源产生污染,欧美一些已禁止了镁铬砖的使用，相信不久我国也会限制含铬制品的使用。

碱性砖导热系数高，膨胀系数大且蠕变率较高，烤窑时产生变形，不利于窑体密封。相比莫来石砖，墙体散热量增加，增加窑炉保温成本。

三、电熔锆刚玉砖

电熔锆刚玉砖具有良好的抗配合料侵蚀性能，在温度相对稳定的情况下，儿乎可以用在玻璃窑炉的所有高温区。电熔锆刚玉砖大的缺点是其热震稳定性差，不适合用在温度波动较大的部位。同时电熔锆刚玉砖导热系数高，造成窑体散热量大，不利于节能和改善操作环境。相比玻璃窑炉用其它耐火材料，电熔锆刚玉砖的施工难度大且价格昂贵。

四、莫来石砖

莫来石砖分两类，一类是烧结莫来石砖，是以天然莫来石为主要原料，加以添加剂压制烧结而成，由于天然莫来石原料的化学成分和矿物组成的不稳定，烧结的莫来石砖的理化性能指标稳定性较差，高温蠕变率较高，似其高温强度和热篪稳定性较高，可以用在熔窑温度较低的区域如蓄热室的中下部。

玻璃熔窑主要部位的使用条件及耐材选择

1碹顶

玻璃熔窑熔化部和冷却部的碹顶(包括拱角)，该部位经常处于1600℃的作业温度下，使用在该部位的耐火材料既要受到高温、荷重而又要受到碱蒸汽及配合料的冲刷作用，因此，用作顶部的材质具备高的耐火度、高的荷重软化温度及良好的耐蠕变性，而且导热系数小，高温下的侵蚀物不污染玻璃液，容重较小，高温强度好等特点。

而高纯硅砖恰恰具备以上特点：

1、荷重温度高接近耐火度;

2、高温下稳定性好，强度高;

3、由于主要成分SiO2，含量>96%，与玻璃组成的主要成分相同，所以高温下的侵蚀物基本不污染玻璃液;

4、价格便宜。

所以，目前在大型玻璃碹顶，高纯高纯硅砖成为各玻璃生产厂家的。

配合飞料和碱蒸汽与耐火材料的高温化学反应所产生的化学侵蚀，以及由于温度和物相迁移所产生的晶型转化和组织结构致密性变化是造成碹顶砖损毁的主要原因。研究结果表明：碹顶用玻璃窑硅砖，在高温作用下的蚀变过程基本上是相变和杂质迁移，化学侵蚀和熔解作用极其轻微。相变和自净化的结果，使工作带逐渐改变性能，其高温性能得到提高。

2池壁

 (不与玻璃液接触的部位) (与玻璃液接触的部位)

A)、与玻璃液接触的部位

熔化部与冷却部池壁与玻璃液直接接触的部分，受到高温玻璃液引起的化学侵蚀和玻璃液流动引起的机械物理冲刷，这个部位对耐火材料主要的要求是具有良好的抗玻璃液侵蚀性能，同时不污染玻璃液。国内外普遍采用电熔锆刚玉砖和α-β刚玉砖、β刚玉砖砌筑。电熔锆刚玉砖的高温性能和抗玻璃液的性能优异，这是它获得了烧结耐火材料不可能获得的抗侵蚀性极好的斜锆英石与α-Al2O3的共晶体，所以它作为熔化部池壁砖特别合适。α-β刚玉砖、β刚玉砖的主要晶相是刚玉，玻璃相含量仅为1-2%，具有良好的抗侵蚀性能，与电熔锆刚玉砖相比，由于不含有ZrO2晶体，其反应层黏度小，高温下不稳定，所以砖的表面与玻璃液之间的扩散速度较大，窑衬损毁较快。但在使用温度低于1350℃时，α-β刚玉砖、β刚玉砖的抗侵蚀性能优于电熔锆刚玉砖。因此α-β刚玉砖、β刚玉砖是冷却部(工作部)等部位比较理想的耐火材料。

B)、不与玻璃液接触的部位

熔化部与冷却部池壁不与玻璃液直接接触的部分(也叫胸墙)，这个部位主要受碱蒸汽及配合料的冲刷作用，根据设计的不同，有的使用刚玉质材质，有的使用硅砖，这2种材料都能满足要求。对于硅砖来说挂钩砖、直型砖都使用在该部位。　

3蓄热室

 (1)、蓄热室碹和侧墙

蓄热室碹和侧墙的内表面受到高温、粉尘、碱蒸汽的侵蚀，从上而下，侵蚀程度逐渐减弱，耐火材料的选用根据蓄热室碹顶，侧墙上、中、下段所承受的温度及侵蚀程度不同来确定。碹顶和侧墙一般选用硅砖和硅砖，中段侧墙一般选用高铝砖和低气孔黏土砖;下段选用低气孔黏土砖和一般黏土砖。依据设计不同，近年来，侧墙中、上段采用直接结合镁铬砖、普通镁铬砖、镁铝砖等碱性砖也获得了较好的使用效果。

(2)、格子体

格子体因全部砖体处于高温荷重，粉尘、碱蒸汽的作用下，受到的侵蚀程度较碹和侧墙严重，使用条件更为苛刻。格子体的堵塞、倒塌往往是玻璃窑停炉冷修的原因之一。所以要求格子体耐火材料机械强度高，蠕变率低，对温度和气氛的变化及碱侵蚀有较强的抵抗能力，不黏附粉尘，损坏速度缓慢。在格子体的顶部：所处的温度高，可达到1400-1500℃，受到碱蒸汽和粉尘侵蚀严重，一般选用电熔再结合镁砖。由于电熔再结合镁砖制品中硅酸盐相较少，方镁石晶体发育完全且已经长大，方镁石之间形成直接结合，延缓及遏止方镁石晶体在碱蒸汽作用下逐渐长大的速度，不容易使砖体发生龟裂、粉化。

格子体上部：该处温度可达1100-1400℃，一般使用电95再结合镁砖即可。

格子体中部：所处温度为800-1100℃，在这个温度范围内碱金属硫酸盐凝结，镁、钙质格子体受到SO3和Na2O的严重侵蚀并发生化学反应，伴随较大的砖体膨胀，损坏严重，所以该部位不宜选用镁砖，而应选用直接结合镁铬砖、镁铝尖晶石，镁橄榄石砖和镁锆砖。

格子体下部：此段作业温度低，荷重大，受碱侵蚀小，但因接近烟道，直接受冷空气的影响，需要耐急冷急热性好，价格低廉即可。故一般采用低气孔黏土砖。　

4玻璃窑硅砖的选择

 1、高纯原料：制造硅砖的原料按其结晶状态，可分为结晶硅石和胶结硅石，通常从原料选择的角度来看，选择纯度较高(SiO2>99%)，杂质含量较低，坚硬而致密的结晶硅石作为制品的原料较好，因为胶结硅石杂质含量较高，耐火度低，不够坚硬致密而不宜采用。从物相转化的角度看，胶结硅石是软硅石因其胶结物的影响，容易向磷石英方向转化，而不是玻璃窑用硅砖所需要的方石英，结晶硅石恰恰能满足这些要求。

2、方石英化明显：硅砖从矿物组成看，主要由方石英、磷石英及少许残余石英组成，其中方石英为主要组成。以方石英为主晶相的硅砖，其荷重软化开始的温度就是其方石英遭受破坏的温度，而以磷石英为主晶相的硅砖，其荷重软化温度就是磷石英大量转化为方石英的温度，由于前者温度高于后者20-30℃，所以以方石英为主晶相的硅砖荷重软化开始温度高达1690℃，接近其耐火度，作为玻璃窑用砖，有较为显著的优点。

3、熔融指数低：熔融指数(Al2O3+2R2O)是越来越多的用户在选择玻璃窑硅砖时，需要考量的一个指标。这个标准起源于国外，但在我们现在的国标中也有同样的要求。洛耐玻璃窑硅砖使用高纯度的结晶硅石作为原料，硅含量达到99%以上，采用合理的粒度级配，使得制品具有高纯度、高强度、高密度等特点是玻璃窑用硅砖。

4、外形尺寸的选择：通过微机控制的电子配料系统，充分的保证了配料准确性，也保证了粒度级配的稳定性，对产品外观规整打下了良好的基础。再通过对半成品外观尺寸的严格检查，干、湿坯两次把关，保证了成品尺寸。

在国内，玻璃窑在硅质大碹砌体中，砖缝是个突出的薄弱环节，是碱蒸汽钻蚀的起始点，玻璃窑损坏主要表现为“鼠洞”形式，产生这方面的原因有两方面：

1、按照现在硅砖生产的设备及技术条件，在机制成型、烧成过程中，砖坯的扭曲、方正度控制在1mm以内比较困难，特别是在批量生产时更是如此，这样势必造成砌筑灰缝很难控制在1mm以内，给碱蒸汽钻蚀提供了条件。鉴于此，建议玻璃窑用户让硅砖生产厂家对成品砖进行二次加工(工作面除外);

2、要求使用特种硅火泥来砌筑大碹，既要有良好的施工性能和结合强度，又要具有比硅砖更优越的高温强度性能，从而使砖缝结合紧密，在大碹加盖保温层后能形成封闭结构，延长使用寿命。

玻璃窑烘炉前需做的准备工作

一、烤窑前由烤窑人员根据烤窑要求并结合设计图纸对熔窑主体、动力系统和附属设备进行检查，对熔窑主体的检查，主要内容为电熔锆刚玉砖砌体结构是否达到有关规范和设计要求，特别注意：

1、大碹：内表面是否平整;电熔锆刚玉砖砖缝宽度是否达到砌筑规范要求;纵向砖缝是否整齐均匀;大碹膨胀缝和碹碴砖膨胀缝情况。

2、胸墙：墙体是否平直，有无内、外倾现象;膨胀缝留设是否合适。

3、小炉：小炉膨胀缝是否满足大碹膨胀时小炉外移的要求，小炉吹出口碹是否有横向裂纹。 

4、山墙及山墙碹：山墙碹砖缝是否达到设计和砌筑电熔锆刚玉砖规范要求;碹砖有无横向裂纹;碹碴结构是否合理;碹碴挂钩砖与托铁板的间隙是否按设计要求留设。 

5、投料口L型吊墙：两侧膨胀缝是否能满足L型吊墙自由膨胀的需要。 

6、卡脖分隔墙：分隔墙砖是否有横向裂纹;分隔墙砖吊挂结构和安装是否符合要求，是否有碍分隔墙砖的膨胀;分隔墙与卡脖碹的膨胀缝是否留足。

7、膨胀缝：留设位置和宽度是否符合要求，能否满足电熔锆刚玉砖砖体膨胀的需要，缝内有无杂物。 

二、经检查合格待烤的熔窑应进行密封处理。 

1、将预先准备好的楔子砖盖住大窑的每节膨胀缝。 

2、蓄热室墙顶端与蓄热室碹之间的膨胀缝填入高铝纤维毡(墙、碹分离结构)。 

3、蓄热室碹缝用硅砖覆盖。 

4、小炉脖接缝用高铝纤维棉填充。

5、所有预留孔(电视孔、观察孔、扒渣孔)及烤窑风管人口都应予以密封。烤窑结束后，所有上述临时性密封都应认真重薪做性密封处理。 

三、烤窑前应在各测量点(如膨胀缝、山墙两侧、小炉底部、投料池底部和流道入口底部等)做好窑体膨胀标记。

四、认真清扫熔窑，清扫采用真空吸尘的方法。在清扫时应特别注意：大碹、胸墙内表面的清扫，池底和池壁的清扫，小炉的清扫，烟道的清扫等，池底至少真空吸尘三次;认真清理各处膨胀缝，清除膨胀缝内的所有杂质，如木楔、碎砖、火泥、铁件和焊渣等。有条件的话，用金属探测仪检查池底，用磁铁吸取金属。 

五、准备好烤窑在达到工作温度时需要使用的耐火砖和密封材料，并放在窑上适当位置预热。 

六、制定升温曲线，做好烤窑日志。 

七、准备好烤窑用各种工器具，并对人员分工进行安排。

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