当前玻璃窑炉耐火材料应用的趋势

1、第三届玻璃容器行业技术进步交流会文集当前玻璃窑炉耐火材料应用的趋势michaelanelson(著)贾路(译)(北京西普耐火材料有限公司，北京，102202)耐火材料的发展变化有三个主要的推动力：保持和改进玻璃的质量： 对玻璃窑炉经济上的要求以使窑炉的运行周期更长以及采用纯氧燃烧系 统以后带来的冲击和影响。“当前一词对电子行业和计算机行业发生的变化可以解读为几个月 乃至几个星期，而谈及玻璃工业的耐火材料发展和应用时，它很容易被解 读为五年或十年。根据这一时间概念，我们将回顾和讨论在后一领域(更 为保守的步伐)中在“当前已经发生的变化。耐火材料的变化和发展有三个主要的推动力。第一是玻璃制造商为至

2、少要保持而通常则需改进玻璃质量的需求。第二是玻璃窑炉的经济要求以 使窑炉运行周期更长，以及第三是纯氧燃烧系统带来的冲击和影响。这三 项要求通常决定了在修窑时选用改进了的耐火材料。这些推动力也促使玻 璃制造商在窑炉保养维护时选用改进了的耐火制品以及在运行周期中为 大范围检修时采用新技术。熔融浇铸氧化铝砖已经在熔化池顶这一部位确立了它的应用，主要是 在熔化高质量玻璃的纯氧燃烧池炉中得到应用。在纯氧燃烧技术问世以 前，只有b一氧化铝砖被用于熔化池的上部结构，并且没有熔融浇铸的氧 化铝砖被用到熔化池顶上。而今，无论b氧化铝还是qb氧化铝的熔融 浇铸制品都被用在生产彩色电视(屏和锥)、浮法玻璃以及硼硅酸

3、盐玻璃的 纯氧燃烧池炉的部分或全部炉顶上。熔融浇铸的azs砖一般能够使用到1600或1650(取决于玻璃制品)，而用电熔氧化铝砖砌成的炉顶则可 成功地在1700下运行。这为玻璃制造商在生产难熔玻璃时创造了更好 的条件和更大的灵活性。许多年来，熔融浇铸azs炉顶已成功地经受了冷却和再加热的考验， 以使它们能够使用多个运行周期。现在积累了一点经验，成功地实施了电 熔氧化铝炉顶冷却和再加热，当它们在使用两个或更多的运行周期时体现 出经济上更强的生命力。电熔氧化铝炉项在使用中观察(热态观察和停炉 冷修观察)结果显示了这些材料既具有化学稳定性又具有机械稳定性。这 是最早对这种砌筑的观察研究，因为在当时既

4、没有电熔氧化铝的参考资一96第三届玻璃容器行业技术进步交流会文集料，也没有其在炉顶应用的经验基础。 高铬耐火制品过去主要应用于增强玻璃熔炉，以及少量应用于保温棉玻璃池炉中。现在高铬砖正在越来越多地被某些钠钙玻璃池炉采用。其主 要用途已经不仅限于全部或部分流液洞，而且还用于端墙以及在有限的程 度上用于加料口的角砖。对于高铬砖的成分来说，它们存在有潜在的着色 危险，以至于高铬制品通常与非常“白”的玻璃并不相容。最初时期这种 制品主要用于有色玻璃，但是现在高铬制品也已经被成功地用于透明的容 器玻璃池炉中。高铬制品在玻璃熔炉中使用的数量在很大程度上取决于其 流液洞的设计、流液洞的冷却、池炉的日产量、以

5、及熔炉的操作。某个玻 璃制造商可能只使用一块或两块氧化铬的盖板砖，而另一个玻璃制造商则 可能把高铬砖用于全部盖板再加上熔化池的端墙。高铬砖砌筑的流液洞提 供了增加窑炉寿命的潜力，因为这种材料对大多数玻璃的抗侵蚀性能至少 要比熔融azs砖强两倍。然而，某些设计和操作参数却与熔融azs砖有所 不同，就必须要与供应商进行讨论。低玻璃相电熔azs耐火材料在有限的基础上成功地用于熔化池的上 部结构已有好几年了。纯氧燃烧技术引起其在熔化池的上部结构中更广泛 地使用，其原因有二：第一，低玻璃相含量导致玻璃相的渗出量很低，比 传统的熔融azs砖筑成的上部结构更为“干燥”。第二，低玻璃相含量使 其具有更高的抗蠕

6、变性能，从而能够把正常的使用温度从1600提高到1650。这对于纯氧燃烧窑炉的加料区域上部结构则更为有用，该部位的 熔融azs砖不仅要具有抵抗燃烧气流带来的料粉颗粒的侵蚀，而且还要能 够承受更高的使用温度，1650。熔化池池壁砖近来已经开发出能提高顶部(液线部位)抗侵蚀性能的 新品种并已在进行实地试验。这种池壁砖采用独一无二的方法，能控制液 线部位的晶体结构，使该砖在液线部位具有比标准的熔铸azs砖强得多的 抗侵蚀性能，o这种新型的池壁砖被考虑用于火焰燃烧池炉(主要是钠钙玻 璃)，我们发现其正常的侵蚀形态是在液线部位或者说在距离砖的顶部300mm处的侵蚀最为严重。当这些池壁砖的优良的显微结构与

7、其热机械性 能相结合时(由液线部位的冷风产生的影响)，有理由相信可以使其抗侵蚀 性能有大幅度的提高的可能(降低液线部位的侵蚀速度)。应用该技术的池 壁砖在正在运行的池炉中得到监测，这些试验结果将开始在今后几年中逐 步积累。高锆电熔制品(hzfc或电熔氧化锆)已被广泛地接受，作为与玻璃相-97-第三届玻璃容器行业技术进步交流会文集接触的耐火材料，用于某些高质量玻璃窑炉中的特定部位。采用该种成分 的耐火材料的理由各不相同，随玻璃的品种而各异。彩色电视显像管屏幕 玻璃对hzfc的侵蚀颇为严重，但是它还是被用于熔化池的流液洞一端的 铺底砖和池墙砖，因为它能大大减少玻璃的缺陷，诸如节瘤、气泡和结石。 熔

8、融氧化锆耐火材料的抗侵蚀性能并不优于熔融azs，但是通常它能足够 维持一整个窑炉周期。这样，在彩色电视显像管屏幕玻璃池炉中采用hzfc 可以大大改进玻璃的质量而又不降低窑炉顶寿命。对于铅玻璃和铅晶质玻璃，采用熔融氧化锆有两个优点。第一，它比 熔融azs砖具有更强的抵抗铅金属下钻侵蚀的性能；第二，由于它的玻璃 一耐火材料界面性能使玻璃制品的质量更高，使玻璃的缺陷更少，特别是 气体夹杂物。最后，hzfc还被使用在某些低碱玻璃或硬质硼硅酸盐玻璃窑炉之中。 这里我们再一次看到玻璃质量的改进(低的缺陷水平)，而且与熔融azs 砖相比改进了抗侵蚀性能。因此我们发现玻璃制造商接受这种优质耐火材 料具有不同的

9、出发点，采用该材料的理由也随着玻璃组成的不同而各异。 新的和改进的格子砖成分和设计已为许多蓄热式池炉所接受。三十年 前开始于单一形状和成分的熔融azs格子砖得到了持续的发展和改进，而 今这一系列产品已经具有六种不同的类型(几何形状)以及三种不同的成 分。每一种格子砖都是专门为不同的玻璃池炉蓄热室的特定应用而设计制 造的。其设计依据包括所给定的小炉的燃烧气体的体积、玻璃配合料的飞 料量、操作温度、窑炉中所熔制的玻璃以及蓄热室的总体尺寸和几何形状。 最新一代的熔融azs格子砖是为轻荷载向下气流的小炉或多通道冷气流 蓄热室而设计的。在制造过程中它也使用一定数量的在制造过程中的回收 原料，故也是一个有

10、效的环保措施。已经成功地应用于玻璃池炉蓄热室的 另一系列产品是标准形状的镁一锆砖。虽然该系列的格子砖在欧洲使用得 比美国更早，但是它们越来越在世界范围内被广泛地接受。当设计者希望 砌筑无铬的烧结格子砖时，镁一锆格子砖产品比氧化镁质产品具有更好的 性能。镁一锆格子砖较之烧结镁砖的优越性也体现在使用高钒燃料的池炉中。尖晶石耐火材料是一种新的烧结材料，它用电熔尖晶石颗粒制成，在 玻璃池炉上部结构中具有潜在的应用前景。虽然这种耐火材料目前还尚未 得到广泛的应用，但是在近几年来无论是在熔化钠钙玻璃或是硼硅酸盐玻 璃的传统的火焰燃烧池炉还是纯氧燃烧池炉中都已经进行“试用”。一98第三届玻璃容器行业技术进步

11、交流会文集另一方面，虽然熔融浇铸的尖晶石制品早在二十年前就已开发出来， 但是尚未在玻璃工业中得到应用。然而，纯氧燃烧池炉给耐火材料带来的 麻烦使这种材料或其派生品种被考虑用于熔化池的上部结构和窑顶。它被 认为在大多数玻璃熔化的气氛中具有良好的化学稳定性。最初的现场试验 确认了在高温下的良好化学稳定性和机械稳定性(抗蠕变性)，与前面所谈 到的熔融氧化铝的性能差不多。无论是烧结尖晶石材料还是电熔尖晶石材料都还处于新产品开发的 早期阶段，但是已经显示出未来在玻璃池炉的上部结构中应用的可能性。 熔化池窑顶用的不定形材料制品现在既用于新的窑顶砌筑，又用于窑顶的 热修。该种材料已在硅砖窑顶的修理以及为了延

12、长硅砖窑顶的寿命方面使 用了好多年。然而，纯氧燃烧的操作条件加速了硅砖窑项的侵蚀，从而需 要更高级的材料和大大提高维修的水平。目前使用的窑炉维修措施是耐火 材料补贴、火泥、可塑料、浇注料、流动料、泵浇注料、喷补料、捣打料 与陶瓷熔接。这些材料的成分主要是熔融石英、锆英石和高铝材料。上述 措施的任何组合都可能用于密封一个新的窑项或修补一个老的、已损坏到 威胁窑炉寿命的窑顶。不是所有的纯氧燃烧玻璃熔炉都需要熔融浇铸或优 质的烧结材料的窑顶。只要正确安装和维护，硅砖在许多玻璃池炉窑项中 无论是技术性能还是经济方面都是可行的。不定形材料的使用可以帮助 玻璃制造商在使用硅砖窑顶的前提下达到他的目标。一个

13、有趣的、正在日益显露的趋势是浇注料正在开始替代某些烟道和 烟囱的耐火砖。这在修理硼硅酸盐玻璃的纯氧燃烧或空气一燃料燃烧的池 炉时最为常见。浇注料也正在被用作纯氧燃烧的钠钙玻璃池炉烟囱衬砖的 替代品。窑底修补技术最近已经应用于正在运行的即“热的窑炉中。窑底的 侵蚀导致某些部位变得很薄。这些薄的部位可以用热探测法检测到，然后 进行修补以避免不希望的窑底蚀穿漏料的可能性。有几种工艺技术和操作 方法被用于热修，使窑底的厚度完全或部分地得到恢复，从而重新保持窑 炉的安全运行。这种方法可以修复窑底而无需把窑炉冷却到室温。这样避 免了昂贵的关闭窑炉的费用、节省了时间、消除了其它与玻璃相接触的耐 火材料和上部结构遭到损坏的危险。一种办法是把窑炉中的玻璃放空，然后在窑底侵蚀最大的部位或在 “凹处部位钻孔，把这些较小区域的玻璃排出。用一种助熔剂喷到已被-99-第三届玻璃容器行业技术进步交流会文集损坏的区域再进行局部加热，将粘附在需要修补的耐火材料上的剩余的玻 璃彻底清除。通过喷枪把一种喷补料直接喷到被损坏的窑底部位，直到达 到所希望的厚度为止。第二种方法是放空玻璃，做好对已损坏的窑底区域的清理和准备工 作，如上所述。通过喷枪把预定数量的耐火骨料用气流输送到窑底的损坏 部位。同样，直到足够