在玻璃熔窑中,窑衬除了我们在之前所说过的与火焰接触外,从熔化部、冷却部直到成形部,整个窑池都与高温玻璃液相接触。玻璃液温度范围℃,处于对流状态,呈多种流动方式,且各个部位的流速不同,玻璃液面之上流动着燃烧气流。因此具有很强的侵蚀性能。这部分接触的砖体可分成池壁、池底、加料池、冷却部(或工作部)、流道等。
一、各部分损坏特征及常用的材质。
(1)池壁砖
目前,池壁砖主要采用电熔锆刚玉砖。该砖的损毁机理是多相材质的熔解过程。损毁过程大致分为三步:
①高温玻璃相渗出电熔AZS砖的熔融取决于高温玻璃相渗出温度(在℃),砖中玻璃相渗出与附近玻璃液形成高黏度玻璃液,阻止了砖的进一步被侵蚀。但在电熔砖中留下了孔洞。由于电熔砖的表面张力比玻璃液小,故电熔砖永远被玻璃液所湿润。熔融速度的大小取决于玻璃相渗出温度、玻璃相数量和熔蚀物的黏度。
②熔融层由于玻璃液的流动和冲刷,使电熔砖表面的高黏度玻璃液层离开原位,进入玻璃液中。使留下的孔洞暴露。
③玻璃液的渗入熔融层后,新玻璃液渗入暴露出的新表面和孔洞,与孔周围的物相进行反应,继续使电熔砖熔融。首先,使结构中的莫来石分解,形成铝氧化物和新玻璃相,进而对结构中的斜锆石与刚玉细粒溶解,最终使砖体结构完全解体。渗透速度取决于扩散速度和砖的组织结构(如气孔的大小、形状、数量及分布情况)。
上述三步过程不断地重复进行,使电熔砖连续被蚀损。玻璃液温度升高时,蚀损会加快。池壁砖外表面吹风冷却时,蚀损会减慢。玻璃成分不同时蚀损情况也各异,如用芒硝料时,液面会有“硝水”,对池壁砖侵蚀加剧,含氟化物时蚀损极快。
池壁砖的砖缝非常容易被蚀损,这是由于玻璃液流和向上钻蚀的作用。此处也是气、液、固三相界面,界面上的气泡促进液相搅动,加速固相溶解,反应层易被玻璃液冲刷带走。作为池壁砖的材质,要求能耐侵蚀,不给玻璃液造成任何缺陷(如条纹、结石、气泡),不对玻璃液着色,有一定的抗热震性和较低的导热性。理想的池壁砖是电熔锆刚玉砖,熔化部池壁通常采用含氧化锆41%的电熔AZS砖,冷却部采用含氧化锆33%的电熔AZS砖。对于电熔AZS产品,烤窑时要注意在℃由于晶型转变伴随的体积异常变化。
也有企业选择采用α-β-电熔刚玉产品,这种产品是由紧密交错排列的α-氧化铝(53%)和β-氧化铝(45%)细粒构成的,晶体间的空间被玻璃相(2%)填充,可以用作冷却部池壁竖砌大砖及冷却部铺底砖和盖缝砖等。在上部结构的材料中,也推出一种β-电熔刚玉的产品,它由β-氧化铝大晶粒构成,砖体内部含有一定量的气孔,但几乎无玻璃相存在,因此这种砖具有卓越的抗热冲击和与抗碱蒸气侵蚀的能力。
(2)池底砖
池底砖所处的条件是玻璃液温度较低,流动较弱。它具有如下三个损毁特征。
①向下钻孔由配合料(主要是碎玻璃)带入的金属杂质(主要是铁质,金属侵蚀强烈程度的次序为:Sn、Pb、Cu、Al、Zn)和由玻璃还原得到的熔融金属沉在池底,形成球状或扁平环状熔体。它们由于表面张力较大,因而在玻璃液和池底砖之间形成一个楔形口,导致向下钻孔侵蚀,尤其是向池底砖缝中钻入。边钻入,边侵蚀,并扩展到不耐蚀的池底砖部分(如黏土砖,甚至是轻质保温砖),严重时可将大部分池底砖(在铺面砖下面)淘空。
②向上钻蚀当玻璃液和金属液熔蚀砖缝材质、渗入铺面砖下面的垫层时,垫层受蚀损坏。玻璃液和金属液即对铺面砖进行垂直向上的凹坑状侵蚀,即向上钻蚀。上下夹攻,直至将铺面砖熔穿。
③机械磨损池底保温时,底层玻璃液都处在对流状态。循环的液流磨损着池底,尤其是加料区域,此处对流剧烈,磨损较重。
鉴于上述损毁特征,要求池底砖能耐磨,且具整体性。现在多采用多层式复合池底结构,一般是底砖(黏土大砖)的下面砌保护层,黏土大砖的上面设锆英砂捣打料或电熔锆刚玉捣打料,后者较好。这层捣打料和池底烧结后成一整体,要求不收缩也不膨胀,没有裂缝,十分致密,最大限度地阻止了玻璃液的渗漏,形成了具有足够强度的坚固底层结构。
铺面砖直接和玻璃液接触,能够很好地保护捣打料池底,常用具有良好耐蚀、耐磨性能的电熔AZS砖(优质的烧结AZS砖也能用,不足处是尺寸规格小、砖缝多)。复合池底结构的使用效果是:减少了散热损失,延长了池底寿命,提高了玻璃液质量。
(3)加料池砖
加料池砖受到料粉和玻璃液的侵蚀、料层的磨损、液流的冲刷、火焰的影响,所以,损坏情况较为严重,尤其是加料池转角砖,其转角凸出部分遭受强烈的磨蚀和冲刷,砖内外表面有较大的温差,产生较大的机械应力,加之该部位有一定的温度波动,故极易损坏,
被视为池窑薄弱部位之一,须用高温耐磨、耐蚀材质,常用无缩孔的含ZrO2:41%的电熔锆刚玉砖,并且增加砖厚,加强风冷。除转角砖外,其他部位可用普通浇铸的AZS-33砖。
(4)冷却部用砖
冷却部是已经熔化、澄清好的玻璃液,已进入熔制过程的后期,绝对不能给玻璃液造成任何缺陷(包括结石、条纹、气泡)。由于该处玻璃液的温度较熔化部低,对砖的蚀损就较轻。冷却部需用氧化法生产的AZS-33砖,其玻璃相析出温度高,不会给玻璃液带来气泡。
(5)流道用砖
流道用电熔AZS-3砖或电熔α-Al2O3砖。这些材料均呈细晶致密结构,晶体间充填的玻璃相极少,对玻璃液的污染最少,在℃以下耐侵蚀性能优于AZS砖。流道和流槽砖(℃,玻璃液流速0..67m/min甚至更高)很易磨损,更须用优质材料。实践证明,流道也可用硅线石砖和莫来石砖,由于它们具有致密的细粒结构,不易使玻璃液产生气泡。