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发表人：bojishu |
发表时间：2010/12/28 10:16:00 |
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| 本栏论题： |
玻璃工业与耐火材料(大纲) [2435] |
中国建筑材料科学研究总院
北京瑞泰高温材料科技股份有限公司
曾大凡 袁林
玻璃工业的现状
◆近年来，我国平板玻璃工业有了长足的发展。截至2007底，我国共有浮法玻璃生产线l80条，平扳玻璃产量完成53192万重箱，同比增长12.5％。其中，浮法玻璃产量完成44186万重箱，同比增长13.5％。
◆2005年浮法线143条，2006年162条，2007年180条；
◆根据建筑材料技术情报研究所的数据，2004年前投产的140多条浮法线，平均窑龄为6年，2008年至2010年平均每年约有16~20条生产线需要冷修，平均每年新建浮法玻璃生产线20多条；目前我国有格法窑约120座，平均窑龄为4~5年，每年有26~34条线需要冷修改造，预计平均每年新增格法玻璃生产线40~60条，压延玻璃生产线30~50条；日用玻璃窑、电子玻璃窑、玻璃纤维窑及特种玻璃窑等生产线的建设将需要大量的耐火材料。
玻璃熔窑的结构
耐火材料的配置
◆玻璃窑大碹窑衬布置
◆玻璃窑胸墙窑衬布置
◆玻璃窑池壁窑衬布置
◆玻璃窑池底窑衬布置
玻璃熔窑对耐火材料的要求
1、熔铸锆刚玉材料
熔铸AZS材料含有斜锆石、刚玉和玻璃相三种物质。斜锆石是最能抵抗池窑玻璃侵蚀的组分，起提高耐火材料抗侵蚀性能的作用，但也容易引起炸裂和结石。熔铸AZS材料接触玻璃液后，首先是砖中的玻璃相被低粘度的池窑玻璃取代；继而是刚玉相熔解。玻璃相起到降低熔化温度，扩大浇铸温度范围，松弛热应力的作用。但是，玻璃相是耐火材料中的薄弱环节和侵蚀物质易于扩散的通道，极大影响材料的抗侵蚀性。
2、熔铸氧化铝材料
熔铸α-β-A12O3材料约含45％的α-A12O3和55％的β-A12O3相，杂质相约为1％，气孔2％。熔铸β-A12O3主要由大晶粒β-A12O3组成，杂质相可忽略，气孔约4％。熔铸α-β或β-A12O3 材料不含玻璃相，又没有难熔晶相，对玻璃质量不产生不良影响，在1350℃以下对钠钙玻璃或碱蒸汽的侵蚀还有良好的抵抗力。因此，α-β-A12O3材料被广泛用于冷却部。β-A12O3材料则被用于冷却部无粉尘部位的上部结构。
α-β-A12O3熔铸材料作为全氧燃烧玻璃窑的大碹使用4—8年后，几乎没有发生明显变化。α-β-A12O3熔铸材料作为碹砖至少可以使2个窑役。因此，α-β-A12O3砖是全氧玻璃窑上部结构的首选材料。
3、硅质耐火材料
◆优质硅砖含有方石英45％，鳞石英50％，l～2％的玻璃相，<0.5％的熔融指数(2R2O+A12O3)和少量残余石英。硅砖大碹的寿命可达10余年，一般，硅砖不再是弱点，沿砖缝的侵蚀则是一个问题。所以，应该尽量减少砖缝。最大砖缝宽度应该≤1.5mm，尺寸公差应该≤0.5mm。
◆鼠洞的形成机理是：窑气外泄，窑气中Na2O在砖缝中沉积；Na2O侵蚀硅砖；腐蚀产物下流，蚀洞不断扩大和碹顶损毁。针对这一机理，可以在硅砖背后加敷密封层和保温层，使碱蒸汽的凝聚温度区间(954～788℃)落入不定形密封材料中。这样，就可以避免碱在砖缝冷凝，防止鼠洞的危害，从而大幅度延长大碹的寿命。
4、镁质耐火材料
一般，蓄热室格子体的最上层使用98、97级镁砖；上层使用96—95级镁砖；中层使用直接结合镁铬砖；下层使用低气孔粘土砖。筒型砖的稳固性和换热效果都优于条型格子砖。如筒型砖的比换热面积为16／m，条形砖码成的结构只有10.4～12.7／m。
◆格子体的重要性能是抗侵蚀性和抗蠕变性。提高抗蠕变性需使用高纯、低气孔、大晶粒和低铁的原料，并采用高的烧结温度和进行充分的烧结。直接结合镁铬砖中的铬对提高抗侵蚀能力有重要作用，但会产生有毒的Cr6+。为解决铬公害，开发了镁锆砖。镁锆砖的参考性能为MgO73—78%、ZrO213％、SiO211—8％、体密3.1—3.2 g／cm3、显气孔率15一11％、耐压强度100—130MPa、荷重软化温度T0.6l570—1670℃。
5、粘土质耐火材料
大型粘土制品用于砌筑玻璃窑池窑底部和锡槽。锡槽对耐火材料质量的要求很高。早期，槽底耐火材料采用耐火混凝土。后来，烧结材料取代了含有结合水的混凝土。大砖可以采用捣打或真空浇注成型制作。但是，捣打的劳动强度大、干燥和烧成周期长、且难保结构均匀；真空浇注的脱水时间长、砖坯强度低、烘干烧成慢，产品的合格率不高。所以，可采用超低水泥浇注料工艺成型，再用烧结办法制成大砖。锡槽底砖要求较低的霞石化倾向和氢扩散度。降低霞石化倾向的办法：一是控制A12O3含量为38～43％，显气孔率≤23％；二是或者控制A12O3含量为43～48％，显气孔率≤15％。氢扩散度是用于表征气体渗透性的指标，其数值应≤150mmH2O。
玻璃工业的发展趋势
◆提高玻璃质量：影响质量的结石、气泡、玻筋等均与耐火材料相关。为提高玻璃质量，必须采用具有优异抗侵蚀和气泡析出性能的耐火材料。
◆扩人熔窑规模：熔窑大型化是降低能耗的主要途径之一。目前，浮法窑的规模已从400T／D增加到≥900T／D。熔窑大型化后，跨度增大、温度和熔化率提高，需要采用更高档的耐火材料。
◆提高熔窑寿命：目前我国熔窑寿命6～8年，若能提高到8～12年可以大大减少冷修带来的经济损失。提高窑龄主要应提高熔窑关键部位所使用耐火材料的质量。
◆进一步降低能源消耗：全氧燃烧技术和减压澄清技术等具有明显的节能效果，是熔窑的发展方向之一。采用这些技术会加速对耐火材料的侵蚀，需要使用性能更高的耐火材料。
提高深加工的档次：发达国家玻璃产品的深加工率的比例高达60～70％。一些深加工产品是：中空、夹层、镀膜、制镜、钢化和防盗玻璃。
◆玻璃窑用耐火材料将满足10年以上窑炉寿命。
◆满足减少玻璃缺陷和生产优质玻璃的要求。
◆满足国家对节能减排的要求。
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