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耐火材料在玻璃熔窯中常見的幾種損壞情況


耐火材料在玻璃窯中使用時的損壞情況

耐火材料在玻璃窯爐中使用時,由於高溫、火焰、料粉、氣氛、氣流和液流等作用,會遭到嚴重的破壞,大大影響了窯爐的使用壽命。從烤窯起,耐火材料在窯爐中的使用即開始,操作不當,同樣會使耐火材料受到很大的,甚至是很嚴重的損壞,需特別注意。下麵介紹幾種損壞情況。

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蝕損

窯內料粉、玻璃液和火焰氣體在高溫下都會侵蝕耐火材料。配合料中的純堿、芒硝、硼酸鹽、氟化物、氧化物在高溫下與耐火材料表麵作用,生成低共熔物或疏鬆狀物,並借助耐火材料本身的空隙或界麵的交代反應繼續向磚體內部滲透擴散,而使耐火材料逐漸被溶解、剝落而減薄、變質、進行重結晶等。上述各種鹽類與化合物的蝕損機理是不同的,芒硝比純堿的蝕損作用強得多。

料粉對耐火材料的蝕損作用主要表現在粉料高溫蒸發的堿性蒸氣對耐火材料的侵蝕,如矽磚表麵的熔蝕、內部的“鼠洞”等,以及格子磚中的反霞石化作用等。再者,粉料中超細粉的飛料在蓄熱室格子體中集聚,形成瘤子,堵塞格子孔,嚴重時造成格子磚倒塌、損毀,被迫熱修。蝕損作用隨溫度升高而加劇,熔化溫度每提高50〜60℃就會使使用期限縮短約一年。前臉牆、加料口、熔化部前部空間、池壁、小爐、蓄熱室上層格子體等部位都會受到料粉的蝕損。

璃液對耐火材料的蝕損作用比料粉要小得多,玻璃液與耐火材料界麵層上的相反應是複雜的。玻璃液首先溶解耐火材料中的遊離的SiO2。莫來石的溶解速度較小,它聚集到玻璃液和耐火材料的界麵上,雖然小結晶的莫來石溶解了,但在使用時大結晶的莫來石甚至有了增長。耐火材料被侵蝕後,與它接觸的熔融物中增添了SiO2和Al2O3的成分。熔融物將擴散到玻璃液的其餘部分中去。在擴散過程中,熔融物的成分發生變化,SiO2和堿液增加了,而在界麵上發生了β-Al2O3結晶的聚集作用,所以,在耐火材料與玻璃液的接觸麵上,首先是莫來石層,接著是β-Al2O3層,然後是未受侵蝕的耐火材料。耐火材料溶解後,使玻璃液黏度增大,促使在耐火材料表麵形成較難移動的保護層,減弱了繼續侵蝕的作用。

玻璃液對耐火材料的侵蝕作用,取決於其黏度和表麵張力等物理性質。黏度低和表麵張力小的玻璃液最容易浸潤耐火材料,並從其表麵細孔吸入內部,使整個耐火材料受到強烈的侵蝕。高堿玻璃具有較低的黏度,硼矽酸鹽玻璃的表麵張力小,所以,它們的侵蝕作用就劇烈。提高熔製溫度會降低熔融玻璃液的黏度和表麵張力,從而也加速了侵蝕作用。含硼酸、磷酸、氟、鋁、鋇化合物的玻璃液,對耐火材料有劇烈的侵蝕作用,強烈的玻璃液對流和不穩定的液麵會把保護層衝刷掉,加速蝕損。對耐火材料本身來說,蝕損程度主要與它的化學組成、礦物組成和結構狀態有關。一般耐火材料的結構都是由一個或多個晶相、玻璃相和氣相組成的。氣孔,特別是開口氣孔,是侵蝕劑滲入耐火材料內部的通道,並使侵蝕麵增加。相對於晶相來說,玻璃相是薄弱環節,其化學穩定性差,要提高耐火材料的抗侵蝕,必須使其高溫的穩定晶相增多,玻璃相含量減少,且軟化溫度和黏度要大,氣孔率盡可能低。此外,還要求晶相細小並均勻分布在玻璃相中,形成均勻致密的組織結構。耐火材料表麵不平整和裂紋會使侵蝕加劇,液麵處的池壁磚和池壁磚砌縫處於易被玻璃液蝕損的地方,水平縫的蝕損比垂直縫嚴重,故要求砌體表麵光滑,砲縫小,並要整塊立砌。

煤氣與重油的燃燒產物(內含SO2、V2O5等腐蝕性氣體)及個別配合料組分的揮發物,也會腐蝕火焰空間、小爐、蓄熱室等處的耐火材料。高溫下不同築爐材料之間會相互反應,以致損壞。如1600〜1650℃,黏土磚和矽磚會劇烈反應,高鋁磚和矽磚會起中等反應,電熔鋯剛玉磚與矽磚會起劇烈反應,嚴重共熔。電熔鋯剛玉磚與石英磚、白泡石起中等反應,而與剛玉磚起接觸反應。所以,剛玉磚可用作過渡材料。

在蓄熱室使用的格子體還因氧化還原氣氛作用而損毀,其損毀機理主要在於變價離子在氧化和還原狀態其價態不同,配位狀態不同,產生體積變化,導致製品強度降低,開裂。


燒損

在高溫長時間作用下,耐火材料會被燒熔(又稱燒流)或軟化變形而損壞。窯內某部位局部過熱或所砌耐火材料的耐火度不夠.耐火材料就被燒熔。有時,耐火度合格,但荷重軟化溫度偏低,則長期使用時,耐火材料也會軟化變形,影響了整個砌體的穩性和使用壽命。燒損嚴重程度視溫度和耐火材料的性質而定。小爐噴火口镟、小爐腿、舌頭、蓄熱室镟、熔化部窯镟和胸牆等是易被燒損的部位。


裂損

裂損主要發生在烤窯階段。烤窯時,在耐火磚內部出現一定的溫度差,產生相應的機械應力。如升溫速度過快,超過了耐火材料允許的極限強度時,將出現裂紋,甚至裂成碎塊。電熔的、高度燒結的致密耐火材料最易破損。除溫差產生應力外,耐火材料晶型變化所造成的膨脹或收縮亦會產生應力。升溫過快時,晶型變化快,體積變化過劇,產生應力過大,使耐火材料開裂。因而,在烤窯時必須按事先製定的烤窯曲線升溫。烤窯後,耐火材料長期處在高溫作用下,在該作業溫度下的耐火材料機械強度比在室溫下要低得多。如果作用於耐火材料的機械負荷偏大,則耐火材料會產生非彈性變形(與極黏的液體流動相似),而導致破壞。


磨損

玻璃液沿著耐火材料流動時具有滴水穿石的功效,把耐火材料磨出一條條溝槽,這是機械磨損。主要磨損部位在玻璃液麵處。另外,在循環液流流動處(特別是液流紊亂處)也明顯可見。當液麵波動及液流變化(如受溫度波動影響)時,磨損加劇。


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