玻璃窑用烧结莫来石-刚玉复合砖(1)

玻璃窑用烧结莫来石．刚玉复合砖 王希华 杨景雷 山东君道高温材料有限公司(临沂市罗庄区0539。8501888) *l：随着富氧燃烧技术的推广和生产特种玻璃的需要，玻璃窑培化部的温度越来越高，池窑熔化部空问中 碱蒸汽、水蒸气和其它侵蚀性物质音量有极大的提高，原来用作窑顶碹砖的高纯硅砖已不能承受高浓度的 上进有害物质的侵蚀．在分析碱蒸汽侵蚀的机理的基础上，开发＆一种具有高抗侵蚀性和极低的高温蠕变 性的奠来石一刚玉复合碹砖，以保汪熔窑有足够长的寿命。 *日目奠来5，刚玉．碹砖．玻璃熔窑 、 引言 随着玻璃质景和产晕的提高，玻璃熔窑的T作韫度也越来越高，经高温燃烧后排放出的烟气内青有 人量有害的耗氮化合物。玻璃厂减少瓠氮化弁物捧放的主蛰措施就是采用出氧或全钒助燃，以减少或杜绝 空气中的氨气在高温F转变成氧氯化合物。口前困外大量的玻璃厂已经采用离氧或全氧助燃技术，圊内的 玻璃J也必将面临这样的燃烧技术的转换。如丧1所1‘1．亩氧或争氧助燃技术对降低氧氮化合物和氧硫 化台物的排放、节约燃料的效粜是1分明显的。然而，也恬来丁很^的麻烦，即富氧或全氧燃烧的艄。t 内碱蒸汽和水蒸气浓度大大提高，并且由于火焰温度高，使得熔化部俯顶的耐火材料需耍承受更商的温度 和更严重的侵蚀。柱2是毓气助燃和卒气助燃熔窑的烟气内的些成分古量的刈比“。 袭t氧气助燃熔窑的效益⋯ 芏丝缝蛩 匠垫jQ：苴堇 睦堑§垫苴重 鲢堑幽奎墼垫童堇 表2氧气助燃和l一气助燃熔窑的烟气成分“ 轼气助燃 m 52—56 2—4 31 200—220ppm F三三蓁尊蓦罢 r— f』端；#， —寸———j：b主笔—攀垩三；=三三@· 謦。盏；；#：；一【—：二I⋯。气Ⅲ，℃⋯“” 国1空‘t助燃盟示屏玻璃熔窑烟。t的成分同温 度的关系”‘ 七二#二j二。芒!=—一·掣车矛5丁—。 |；≈25T一“．I 5—TL—鲡；；；=f] 。 一i—j鼍：乏id 9‘五≥=#31一墨§蠡d 瑚 ㈣ 1％＆，℃咖 姗 蛐 图2氧气勘燃显示屏玻璃熔窑烟气的成分Jd 温度的关系”‘ 瞬1和图2分别是=|I}据热力学计算得到的熔制电视机显示屏玻璃^窑州气内的各种成分浓度唰温度 的关系”。。这些数据都显示采用氧气助然后大窑烟气内再种碱性蒸汽的浓度大大提高．从而对耐火材料的 侵蚀变得十分严重。 在如此严重的侵蚀性烟气中用传统的岛纯硅砖作确顶就会大大地缩短熔窑的工柞寿命．因此需要研 制抗碱蒸汽侵蚀高的耐火材料米替代高纯硅砖。此外些熔制无碱硼硅酸盐玻璃的熔窑，硼蒸汽和氧化硼 粉尘对氧化硅质碹顶砖的侵蚀也十分，‘晕，也需婪用更耐侵蚀的材料来特代高纯硅砖。近l多年来，圜内 外研制山几种更耐碱蒸汽侵蚀的材料，如莫来石砖、电熔dB_氧化铝砖等用作磺顶砖，取得报好效果。圈 3为高纯硅砖、烧结莫米石砖、烧结AZS砖和aP氧化铝砖自富有钠蒸汽和水蒸气的环境中I550℃下72小 时后的侵蚀深』立数据比较。从削可址烧结焚来轩砖、烧结AZS砖和电熔aB一氧化铝砖的侵蚀深度远小于高 }E醚砖，尤其足ap氧化斟砖的抗侵蚀性十分突出。烧结莫米孑T砖的抗侵蚀能力比烧结^zs砖稍强一^， 烧结^zs砖的主要问题是，旦它被侵蚀，其中的氧化锆晶较并没有被溶解，掉^髂融玻璃中就会形成结 Ⅱ，影响玻璃质量。 图3在钠蔫汽和水蒸气巾1550℃下72小时后 耐火砖的侵蚀椿J皇(根据Corhart公司的 数拥绘山) 图4 硅砖在1510℃F受含碱蒸汽气氛侵 蚀50小时后的址微结构(sE邮 电熔aP氧化铝砖的抗侵蚀性虽然1分突出，然而其价格f分昂贵。典来右砖的抗m}雀性优于前者， 热膨胀系数也比前卉小．因此综台考虑，烧结莫米石砖仍足一种很好的替代砖砖制作碹顶的材科。国山已 有川刚乇一奠来石作为玻璃帮用喷嘴砖、加料口吊磕和料道M扳砖，井收到了非常良好的使用敏粜“1。 二、 碱蒸汽的侵蚀机理 玻璃在熔化过程中原料中的一部分钾、钠在高温F会以氧化物(k0和Nam)形式棼笈到玻璃涟面之 上的空问中，遇到烟气内的水蒸气，这些氧化物会与之反应生成氢氧化物： N枷+咖=2NaOH或聊+啪=21(0H 这些氨氧化物在硅砖的表向首先侵蚀硅砖内氧化硅晶粒之闸的品界物质，形成低轱度的液棚，这种液相顺 着晶界和孔隙渗入砖的内部，并溶解聿【化硅．产生更多的涟相，进而侵蚀更多的氧化硅。这样肌砖的表面 开始，逐步向内井苹蚀砘{=睾。图4是硅砖在1510-cr经受音碱蒸汽气氛侵蚀50小时后的扫描屯子显微镜照 片，从同可见硅砖已经被碱蒸汽侵蚀得支离破碎，罔巾一色部分就足渗八到阜【化硅晶牲2问的液相冷却后 所形成的玻璃{ff． 水蒸气加述氢氧化钠同氧化硅反应的作用非常叫显，从图5可见；如果烟气山氢毓化钠的含量为 200ppn，如在水蒜6‘较少的空4C助燃烟气内，氧氧化钠同氧化硅开始反应生成硅酸钠(N＆s1A)的温度是 1455T!，而在水蒸气较多的氧气助燃烟气内，开始反j恒的温度降至水到1400℃。 从相同(见图6)可知只要有10％重量的氧化钠，在1500℃下叩可使氧化硅和相当太一部分铝硅酸 盐物质(剖6线段Sio：一吐的各种组成)完全转化成液桐．从图6也可看出：同样致量的辄化钠，在同样 温度下并币能使莫米石变成液柑。要使莫米石同氧化钠反应生成液相需要更高的温度(1580℃)．并且需 要更多的氧化钠一大约需要30％Nm0，而且氧化钠同莫来石反应后在生成液相的同时还析出氧化铝晶体： E{《g■ N＆0+AIsSizOl，一hizOd晶体)+NahlSiO(渡相) 所生成的晕【化制晶体散布在液相山起到增大渡相粘度的作用，阻碍其向砖内部洛透的作崩t闻此莫米石砖 抗碱蘸汽的侵蚀明显高于硅砖。 u∞1w⋯Ⅻ ^§Ⅱ】*tn*☆t』p蝌 罔R氯氧化钠蒸汽同氧化硅反应生成硅酸钠 图6简化的^I舢一sIm—NmO相同 的开始温度 北茭耐火材料公司(NorthAmeric卸RefractoryDo)曾对在，座光碱玻璃熔窑使用r7-8年的刚 玉一其来石碹砖进行全面分析⋯，发现砖热面部位曲莫来石被来自无碱玻璃中的CaD、MgO、N枷和B∞。&蚀， 生成H0二Ii和钙K石结晶以及它们问隙处的育硅玻璃柑。在高温下这种玻璃有高的粘度，井杖刚玉晶粒所嘲 络．蚀得砖的热而变得很稳定。随着刚玉从{I|c相内结晶，残余的富硅玻璃相向砖的内部迁移，促使莫柬石 书成．增人了磅砖的抗蠕变性。 三、 莫来石一刚玉复台砖 鉴TJ：面的分析，为了提高抗碱蒸汽的侵蚀，设引了成分为莫米石+削^的复台砖，从柏图L看，其 组成点位十刚6中线段AItSizOlchl。m}：，远离罔中的液相睦。典来石一刚币复合砖选用屯体莫来石为f要 瓜料，采川特殊成犁和高温烧成。所制造的焚来☆一刚土复合砖的性能如最3所示。 袭3莫求石一刚币复舟砖的r丰能 F婪成分 体视甯座 显4c7L率 简章软化温瞳(TO6℃，021』Po)150012*60hr02WPa ^l203： 75％ 2 6g／cm3 I卜18％ >l700℃ 的蠕变半 Si02 23％ 一0 01％ Fe203<015％ 四、 展望 莫米石一刚玉复台砖不仪具有良好的抗碱蒸汽侵蚀性能．而且也具有良好的抗热震性，田此除了用作 碹砖之外．这种材料也一Ⅱ用于玻璃窑的喷嘴砖、加料口吊砖、料道闸扳砖以及蒂热室格子砖．此外还|』以 刖来制造烧制陶瓷制品的高温匣钵。 参考文献 1 W Ryder，Oxy-FuelMeltiag—HeatRecoveryandFmergiagTechnologfes，Oxy-FuelIssuos forOlasszal【inginthe‘90s-ProceedingsofPresentationsandDiscussionsUS舱pt ofEnergy．EE一20OfficeofIndustrialTechnologies。bshingtonDC。1997 2 E Muysenberg．Refractor7CorrosionPhenomena，来源同E 3 9 Winder．SelectionofSuperstructureRefractoriesforOxy-FuelOlassMelting，来源 同上 4王立召．沈继耀，玻璃窑甩CYC复相制品的研耐、开发和应用，硅酸盐通报．No2．1997 5伊宏基编译．E玻璃窑高铝碹砖的使用经验及用后分析，国外耐火材料，31(砷，2006l 2—15 158 p．￥1 玻璃窑用烧结莫来石-刚玉复合砖 作者： 王希华， 杨景雷 作者单位： 山东君道高温材料有限公司 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7153094.aspx