玻璃窯用耐火材料.ppt

,第十一章玻璃窯用耐火材料,各工業(yè)部門使用耐火材料比例,背景,玻璃工業(yè)的現(xiàn)狀,近年來，我國平板玻璃工業(yè)有了長足的發(fā)展。截至2007底，我國共有浮法玻璃生產(chǎn)線178條，平板玻璃產(chǎn)量完成53,192萬重箱，同比增長12.5%，其中，浮法玻璃產(chǎn)量完成44,186萬重箱，同比增長13.5%。2005年浮法線143條，2006年162條，2007年178條;,背景,玻璃數(shù)量單位:一重箱相當(dāng)于5mm玻璃4平方米，換算成2mm的玻璃就是10平方米,根據(jù)建筑材料技術(shù)情報(bào)研究所的數(shù)據(jù)，2004年前投產(chǎn)的140多條浮法線，平均窯齡為6年，2008年至2010年平均每年約有16-20條生產(chǎn)線需要冷修，平均每年新建浮法玻璃生產(chǎn)線20多條；目前我國有格法窯約120座，平均窯齡為4-5年，每年有26-34條線需要冷修改造，預(yù)計(jì)平均每年新增格法玻璃生產(chǎn)線40-60條，壓延玻璃生產(chǎn)線30-50條；日用玻璃窯、電子玻璃窯、玻璃纖維窯及特種玻璃窯等生產(chǎn)線的建設(shè)將需要大量的耐火材料。,玻璃工業(yè)的現(xiàn)狀,背景,浮法玻璃、格法玻璃、壓花玻璃的異同點(diǎn)？,相同點(diǎn)：都是平板玻璃，都要經(jīng)過熔化和退火工藝。,不同點(diǎn)：浮法玻璃采用浮法工藝，主要生產(chǎn)設(shè)備有熔窯，錫槽，退火窯和冷端；格法玻璃采用格拉威寶法工藝，主要生產(chǎn)設(shè)備熔窯，退火窯，冷端；壓花玻璃采用壓延工藝，主要設(shè)備有熔窯，壓延機(jī)，退火窯，冷端。原材料上三者各不相同，但是浮法玻璃和壓花玻璃成分比較相像，可以做到公用一個(gè)熔窯的工藝（一窯兩線，浮法+壓花，國外有，國內(nèi)還沒有）。浮法玻璃質(zhì)量最好，適合各種冷熱加工，格法玻璃平整度和表面質(zhì)量機(jī)抗沖擊程度等指標(biāo)不如浮法玻璃，壓花玻璃也是，不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品也會有很大差異。用途也不同。,本章主要知識點(diǎn),玻璃與耐火材料的相互作用,平板玻璃窯結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)流程,玻璃窯用耐火材料產(chǎn)品和性能,平板玻璃窯用耐火材料的配置,基本要求:了解耐火材料在玻璃窯中的使用，掌握玻璃窯用耐火材料損壞的原因；難點(diǎn)和重點(diǎn):玻璃窯用耐火材料的要求和性能.,思考題：1.玻璃與耐火材料的相互作用。2.玻璃窯用耐火材料的主要材質(zhì)有哪些，有些什么類型，分別用于什么部位？,平板玻璃窯結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)流程,平板玻璃窯窯池的結(jié)構(gòu),平板玻璃窯分為窯池、蓄熱室和錫槽三大部分,前臉墻,卡,脖,小爐,蓄熱室,1100C,860700C,650600C,錫槽的工作原理,浮法工藝的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，連續(xù)作業(yè)時(shí)間長，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，勞動生產(chǎn)率高，產(chǎn)品厚度均勻，上下兩平面平行度好，表面劃傷少。,退火,在玻璃工藝中，所謂玻璃的退火主要指將玻璃置于退火窯中經(jīng)過足夠長的時(shí)間通過退火溫度范圍或以緩慢的速度冷卻下來，以便不在產(chǎn)生超過允許范圍的永久應(yīng)力和暫時(shí)應(yīng)力，或者說是盡可能使玻璃中產(chǎn)生的熱應(yīng)力減少或消除的過程。,玻璃退火的目的是消除浮法玻璃中的殘余應(yīng)力和光學(xué)不均勻性，以便穩(wěn)定內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。,“冷爆現(xiàn)象”,玻璃是經(jīng)熔融、冷卻、固化形成的非晶態(tài)無機(jī)物。,透明、堅(jiān)硬，良好的耐蝕、耐熱、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，能夠通過改變化學(xué)成分調(diào)整性質(zhì)，能夠被加工成形狀大小各異的產(chǎn)品。,平板玻璃的主要成分：,玻璃與耐火材料的相互作用,生產(chǎn)平板玻璃的主要原料。,SiO2石英砂，砂巖60%70%,CaO和MgO白云石，石灰石，方解石等，,Al2O3長石，包括鉀長石和鈉長石,Na2O純堿，芒硝（Na2SO4）,K2O鉀長石，有時(shí)用碳酸鉀或硝酸鉀,普通玻璃的熔制過程分為5個(gè)階段：,(1)硅酸鹽形成：8001000C硅酸鹽+游離SiO2,(2)玻璃液形成：1200C，含氣泡、溫度與成分不均、透明,(3)玻璃液澄清：T粘度可見氣泡、透明度,(4)玻璃液均化：高溫、對流、擴(kuò)散、攪拌溫度、成分均勻,(5)玻璃液冷卻：粘度滿足成型需要,耐火材料對玻璃質(zhì)量的影響,耐火材料造成的條紋耐火材料緩慢溶解到玻璃液中而成為條紋；玻璃液上下波動，大量的條紋就會流入玻璃液中。,解決辦法：提高耐火材料抗玻璃液侵蝕的能力，耐火材料表面要平整；,玻璃中的結(jié)石玻璃中各種固態(tài)夾雜物無論其來源都統(tǒng)稱為“結(jié)石”。耐火材料是玻璃中形成結(jié)石的原因之一；被侵蝕掉的耐火材料成分有的不完全溶解于玻璃液中，有的溶解后又再次析晶出來。,消除結(jié)石的措施：,1）根據(jù)玻璃制品不同及熔化工藝要求，選用適當(dāng)?shù)哪突鸩牧蠈μ岣卟Ａз|(zhì)量、減少結(jié)石缺陷的產(chǎn)生是重要的。采用適合熔化玻璃的耐侵蝕、耐高溫又耐熱沖擊的新材料。,2）不要將易起反應(yīng)的耐火材料砌筑在一起。,3）合理的工藝操作和熔化制度是延長耐火材料使用壽命、減少結(jié)石出現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。合理控制火焰走向、爐溫高低，并使液流波動小。,1）耐火材料內(nèi)部存在氣孔或孔洞，由于耐火材料被侵蝕而被打開，其中的空氣溢出而形成氣泡；另一種情況是玻璃液在毛細(xì)管的作用下被吸入到耐火材料內(nèi)部，氣孔中的氣體被排擠到玻璃液內(nèi)。,氣泡,2）耐火材料中含鐵化合物，對于玻璃液內(nèi)的殘余鹽類有催化作用，也將引起氣泡；,3）耐火材料中的存在著的少量碳素，在燃燒中引起排氣，形成氣泡；,玻璃池爐用耐火材料的侵蝕主要從以下幾個(gè)方面考慮：溫度條件、化學(xué)侵蝕條件、物理侵蝕條件和時(shí)間條件；,1）熔融玻璃與耐火材料的反應(yīng)造成的侵蝕；,2）玻璃配合料粉塵與耐火材料化學(xué)反應(yīng)造成的侵蝕；,3）玻璃配合料揮發(fā)物與耐火材料反應(yīng)造成的化學(xué)侵蝕；,4）燃料的灰分及燃燒產(chǎn)物與耐火材料的化學(xué)反應(yīng)造成的化學(xué)侵蝕；,玻璃池爐用耐火材料的侵蝕,1）熔融玻璃與耐火材料的反應(yīng)造成的侵蝕玻璃的種類，根據(jù)化學(xué)成分可以簡化為SiO2含量、堿金屬氧化物(Na2O+K2O+Li2O)含量和堿土金屬氧化物(CaO+MgO+BaO)來考慮。如果沒有物理作用同時(shí)存在，玻璃液對耐火材料的侵蝕則會進(jìn)行的非常緩慢。,2）玻璃配合料粉塵與耐火材料化學(xué)反應(yīng)造成的侵蝕；3）玻璃配合料揮發(fā)物與耐火材料反應(yīng)造成的化學(xué)侵蝕；主要發(fā)生在池爐熔化池上部結(jié)構(gòu)和蓄熱室。粉塵的主要成分為SiO2、Na2O、SO3、K2O、B2O3和Al2O3等。揮發(fā)物除上述物質(zhì)外，還有氟化物、氯化物等，一些揮發(fā)物除以氣相狀態(tài)與耐火材料發(fā)生反應(yīng)外，在低溫處還會凝結(jié)成液相與耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由此造成破壞。,4）燃料的灰分及燃燒產(chǎn)物與耐火材料的化學(xué)反應(yīng)造成的化學(xué)侵蝕；重油和煤氣中的硫分，在燃燒中生成SO2，并與揮發(fā)成分中的R2O作用生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉與耐火材料的化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈。,一、硅磚（窯頂，胸墻）,硅磚最大缺點(diǎn)是：,熱震穩(wěn)定性差(水中熱交換1-4次),其次是,耐火度不高(1690-1730),玻璃窯用耐火材料產(chǎn)品和性能,玻璃窯用硅磚應(yīng)具有下列特征：1)高溫體積穩(wěn)定，不會因溫度波動而引起爐體變形,硅磚的荷重軟化溫度高、蠕變率小。玻璃窯在1600下可保持爐體不變形，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。,2)對玻璃液無污染,硅磚的主要化學(xué)成分是SiO2，在使用時(shí)如果有掉塊或表面熔滴，不影響玻璃液的質(zhì)量。,3)耐化學(xué)侵蝕,上部結(jié)構(gòu)的硅磚受玻璃配料中含R2O的氣體的侵蝕，表面生成一層光滑的變質(zhì)層，使侵蝕速率降低，起到保護(hù)作用。,4)體積密度小，可減輕爐體重量,優(yōu)質(zhì)硅磚含有方石英45%，鱗石英50%，12%的玻璃相,0.5%的熔融指數(shù)（2R2O+Al2O3）和少量殘余石英。硅磚大碹的壽命可達(dá)10余年，一般，硅磚不再是弱點(diǎn)，沿磚縫的侵蝕則是一個(gè)問題。所以，應(yīng)該盡量減少磚縫。最大磚縫寬度應(yīng)該1.5mm，尺寸公差應(yīng)該0.5mm。鼠洞的形成機(jī)理是：窯氣外泄；窯氣中Na2O在磚縫中沉積；Na2O侵蝕硅磚；腐蝕產(chǎn)物下流，蝕洞不斷擴(kuò)大和碹頂損毀。針對這一機(jī)理，可以在硅磚背后加敷密封層和保溫層，使堿蒸汽的凝聚溫度區(qū)間（954788）落入不定形密封材料中。這樣，就可以避免堿在磚縫冷凝，防止鼠洞的危害，從而大幅度延長大碹的壽命,二、粘土磚荷重軟化溫度只有1300左右，當(dāng)受到大量R2O侵蝕時(shí)，其荷重軟化溫度還要進(jìn)一步下降到1050，因而限制了其使用范圍。只能用在池壁的下部或池底溫度較低處。由于其熱震穩(wěn)定性好，因此在蓄熱室下部溫度較低處格子磚、煙道及日用玻璃池爐上供料機(jī)附近的料碗等處有應(yīng)用。,大型粘土制品用于砌筑玻璃窯池窯底部和錫槽。錫槽對耐火材料質(zhì)量的要求很高。早期，槽底耐火材料采用耐火混凝土。后來，燒結(jié)材料取代了含有結(jié)合水的混凝土。大磚可以采用搗打或真空澆注成型制作。但是，搗打的勞動強(qiáng)度大、干燥和燒成周期長、且難保結(jié)構(gòu)均勻；真空澆注的脫水時(shí)間長、磚坯強(qiáng)度低、烘干燒成慢，產(chǎn)品的合格率不高。所以，可采用超低水泥澆注料工藝成型，再用燒結(jié)辦法制成大磚。錫槽底磚要求較低的霞石化傾向和氫擴(kuò)散度。降低霞石化傾向的辦法：一是控制Al2O3含量為3843，顯氣孔率23；二是或者控制Al2O3含量為4348，顯氣孔率15。氫擴(kuò)散度是用于表征氣體滲透性的指標(biāo)，其數(shù)值應(yīng)150mmH2O。,莫來石礦相在堿金屬氧化物作用下的損壞：3Al2O32SiO2+Na2ONa2(AlSiO4)2+2Al2O3,三、高鋁磚耐火度和荷重軟化溫度較高，耐玻璃侵蝕性和抗熱震性較好。在玻璃窯上主要用于蓄熱室、工作池池壁、料道等處。可用于玻璃熔窯的高溫部位，如蓄熱室碹頂和上部墻。并可在供料機(jī)料槽與玻璃液接觸部位。氣孔率適當(dāng)抗熱震性能較好的，可用于供料機(jī)配件及料道上部結(jié)構(gòu)。,四、硅線石磚和莫來石磚二者具有更高的荷重軟化溫度，并不易使玻璃液產(chǎn)生氣泡，因而適宜于供料槽、泥筒、沖頭和料碗。,五、熔鑄耐火材料,熔鑄耐火材料是一種與其它耐火材料有顯著差異的耐火材料。生產(chǎn)工藝、顯微結(jié)構(gòu)都不同于一般的耐火材料。其工藝是，將原料經(jīng)電爐熔融后澆鑄成形，再經(jīng)過退火和機(jī)械加工而成。與一般耐火材料的粉料混練、成型、干燥與燒成的工藝有很大的區(qū)別。它的顯微結(jié)構(gòu)較一般耐火材料均勻。,由于熔鑄耐火材料具有致密的顯微結(jié)構(gòu)且純度較高，因此，熔鑄耐火材料的強(qiáng)度、荷重軟化溫度以及熱導(dǎo)率都較高，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗侵蝕性能也較好。但抗熱震穩(wěn)定性能較差。,熔鑄耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝與其它耐火材料有很大的區(qū)別。在使用性質(zhì)上與其它耐火材料也有不同之處。除了常見的性能外，還有二個(gè)其它耐火材料所沒有的重要性質(zhì)，即：玻璃相（液相）滲出和氣體的析出溫度。,高溫下，液相滲出時(shí)會在耐火材料中留下孔洞，玻璃液在毛細(xì)管的作用下進(jìn)入耐火材料的內(nèi)部，加速耐火材料的侵蝕。同時(shí)，滲出的液相進(jìn)入熔融玻璃中也可能導(dǎo)致產(chǎn)生玻璃缺陷，如：氣泡、結(jié)石、節(jié)瘤和條紋等,在實(shí)際生產(chǎn)中，常用液相滲出溫度與大量液相滲出溫度來衡量熔鑄耐火材料中液相滲出的能力。將邊長為4mm的試樣放在使用溫度不低于1600，放大倍數(shù)不低于20倍的高溫顯微鏡下，以710/min的速度升溫，仔細(xì)觀察液相滲出的情況。當(dāng)液相開始出現(xiàn)時(shí)，即為液相開始出現(xiàn)溫度。,耐火材料的化學(xué)成分是影響其玻璃相數(shù)量的重要因素。雜質(zhì)含量越高，耐火材料中的玻璃相越多，也越容易滲出。溶劑加得越多，耐火材料中的玻璃相含量也越高，高溫下也越易滲出。,玻璃相的成分也是影響玻璃相滲出溫度的重要因素。加熱過程中產(chǎn)生的氣體是玻璃相滲出的推動力。這些氣體包括：存在于氣孔中的氣體、溶解在耐火材料中的氣體、存在于耐火材料中的雜質(zhì)被氧化或其它化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。,熔鑄耐火材料生產(chǎn)的工藝過程,配料混合壓塊煅燒粗碎熔煉澆鑄退火精加工檢驗(yàn)成品,還原熔融法,氧化熔融法,將石墨電極直接插入熔融液中；,石墨電極和熔融液不接觸，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候吹入氧氣。但需要更大的功率；,為了消除鑄造應(yīng)力，減少鑄件在冷卻及使用過程中開裂的機(jī)會，熔融耐火材料制品澆鑄成型后必須進(jìn)行退火處理。退火方法與工藝對熔鑄耐火材料產(chǎn)品的質(zhì)量有很大影響。退火不當(dāng)，甚至?xí)甬a(chǎn)品的炸裂。熔鑄耐火材料的退火方法分為兩類：即保溫退火法與外供熱退火法。,退火,1、電熔莫來石磚玻璃相在磚中的比例達(dá)到25%，其中含有許多低熔點(diǎn)的物質(zhì)，因此抗侵蝕性比其他電熔磚差，玻璃相中還存在氣泡和還原性物質(zhì)，因而使用時(shí)會污染玻璃液。,2、電熔鋯剛玉磚電熔鋯剛玉磚不但用于溫度高、侵蝕嚴(yán)重的與玻璃液接觸的部位，而且廣泛用于玻璃窯上部結(jié)構(gòu)中。,熔鑄AZS材料含有斜鋯石、剛玉和玻璃相三種物質(zhì)。斜鋯石是最能抵抗池窯玻璃侵蝕的組分，起提高耐火材料抗侵蝕性能的作用，但也容易引起炸裂和結(jié)石。熔鑄AZS材料接觸玻璃液后，首先是磚中的玻璃相被低粘度的池窯玻璃取代；繼而是剛玉相熔解。玻璃相起到降低熔化溫度，擴(kuò)大澆鑄溫度范圍，松弛熱應(yīng)力的作用。但是，玻璃相是耐火材料中的薄弱環(huán)節(jié)和侵蝕物質(zhì)易于擴(kuò)散的通道，極大影響材料的抗侵蝕性。下圖顯示了熔鑄AZS磚的顯微組織：,圖中：P斜鋯石；C鋁鋯共晶體；G-玻璃相。,3、電熔剛玉磚1）-剛玉磚熔鑄-Al2O3制品含有少量的玻璃相（2%），充填結(jié)晶間的孔隙，純度很高。由于它不污染玻璃液，且在1350以下具有良好的抗玻璃侵蝕性能和優(yōu)良的高溫耐磨性能，所以它是玻璃熔窯澄清部、冷卻部、工作池等部位較為理想的耐火材料。,2）-剛玉磚由于Al2O3本身在2000以上被鈉飽和，所以在高溫下對堿蒸汽作用非常穩(wěn)定。此外，其熱震穩(wěn)定性也是熔鑄磚中最好的。但與SiO2接觸時(shí)，-剛玉磚中的Na2O分解，與SiO2反應(yīng)，-Al2O3容易變成-Al2O3，產(chǎn)生較大的體積收縮，有使磚產(chǎn)生裂紋、造成損壞的危險(xiǎn)。所以它只適用于遠(yuǎn)離含SiO2飛塵的上部結(jié)構(gòu)，例如：工作池的上部結(jié)構(gòu)、燃燒口附近的胸墻，小爐嘴及吊墻等。,3）-剛玉磚熔鑄-Al2O3材料約含45%的Al2O3和55%的Al2O3相，雜質(zhì)相約為1%，氣孔2%。熔鑄Al2O3主要由大晶粒Al2O3組成，雜質(zhì)相可忽略，氣孔約4%。熔鑄-或Al2O3材料不含玻璃相，又沒有難熔晶相，對玻璃質(zhì)量不產(chǎn)生不良影響，在1350以下對鈉鈣玻璃或堿蒸汽的侵蝕還有良好的抵抗力。因此，-Al2O3材料被廣泛用于冷卻部。Al2O3材料則被用于冷卻部無粉塵部位的上部結(jié)構(gòu)。-Al2O3熔鑄材料作為全氧燃燒玻璃窯的大碹使用48年后，幾乎沒有發(fā)生明顯變化。-Al2O3熔鑄材料作為碹磚至少可以使用2個(gè)窯役。因此，-Al2O3磚是全氧玻璃窯上部結(jié)構(gòu)的首選材料。,4、電熔鉻剛玉磚在AZS-33中引入10%30%的Cr2O3。由于Cr2O3會對玻璃液著色，不能用于無色透明玻璃，同時(shí)，其發(fā)泡指數(shù)也不理想，所以對池窯上部結(jié)構(gòu)來說是理想的材質(zhì)。有色玻璃熔窯可以采用含Cr2O3的熔鑄AZCS磚砌筑池壁，提高抗侵蝕性。,六、鎂質(zhì)耐火材料一般，蓄熱室格子體的最上層使用98、97級鎂磚；上層使用9695級鎂磚；中層使用直接結(jié)合鎂鉻磚；下層使用低氣孔粘土磚。筒型磚的穩(wěn)固性和換熱效果都優(yōu)于條型格子磚。如筒型磚的比換熱面積為16/m，條形磚碼成的結(jié)構(gòu)只有10.412.7/m。格子體的重要性能是抗侵蝕性和抗蠕變性。提高抗蠕變性需使用高純、低氣孔、大晶粒和低鐵的原料，并采用高的燒結(jié)溫度和進(jìn)行充分的燒結(jié)。直接結(jié)合鎂鉻磚中的鉻對提高抗侵蝕能力有重要作用，但會產(chǎn)生有毒的Cr6+。為解決鉻公害，開發(fā)了鎂鋯磚。鎂鋯磚的參考性能為MgO7378%、ZrO213%、SiO2118%、體密3.103.20g/cm3、顯氣孔率1511%、耐壓強(qiáng)度100130MPa、荷重軟化溫度T0.615701670。,平板玻璃窯用耐火材料的配置,熔池各部位耐火材料應(yīng)用情況（1）,續(xù)前表,玻璃窯大碹窯襯布置,高級硅磚；特種硅質(zhì)泥漿密封磚縫；硅質(zhì)密封料；輕質(zhì)硅磚；超細(xì)孔隔熱材料；保溫涂料；外加紅外掃描窯襯情況自動報(bào)警檢測系統(tǒng)。,玻璃窯胸墻窯襯布置,第一層：低導(dǎo)熱復(fù)合熔鑄AZS耐火材料；第二層：高溫隔熱涂料；第三層：中溫隔熱涂料；維護(hù)：紅外掃描加自動報(bào)警檢測系統(tǒng)。,玻璃窯池壁窯襯布置,熔鑄AZS耐火材料；新型輕質(zhì)絕熱材料；生物可溶耐火纖維或普通耐火材料纖維；低檔隔熱纖維；外加紅外掃描窯襯情況自