玻璃熔窑常用的耐火材料

玻璃熔窑是耐火材料构成的熔制玻璃的热工设备。选择玻璃窑用耐火材料，应该考虑窑型、使用部位以及损毁机理、熔制玻璃的品种和颜料的种类等。玻璃窑用耐火材料首先应该能很好的抵抗玻璃熔体和气体作用物的侵蚀，并应具有足够高的荷重软化温度和热稳定性。

通常希望窑炉各个部位的耐火材料不出现局部早蚀损现象，以确保整个窑炉具有足够长的使用寿命。但由于玻璃窑各部位的机械、物理和化学条件不同，这就要求所用耐火材料的性能要与其相适应，同时要求对相邻的其他种类砖材不产生不利的影响。

以下从多个方面分析玻璃窑选择耐火砖的考虑因素。

1.粘土砖

粘土制品属于酸性的耐火制品，随着SiO2含量的增加其酸性增加。它对酸性具有一定的侵蚀抵抗能力，而对碱性侵蚀抵抗能力较差。黏土砖有不同的品种，诸如低气孔黏土砖，超低气孔黏土砖，低蠕变，低气孔，低铁黏土砖等等。因此粘土制品宜用于做酸性窑炉的耐火材料。玻璃窑用大型粘土砖是用砌筑玻璃窑用的单重不小于50kg的粘土质耐火砖。

粘土砖使用条件，由于不同成型方法和粘土砖的骨料和结合剂不同。根据这些特点，在池炉的不同部位，由于侵蚀条件不同，可以选用不同粘土砖。蓄热室下部炉条碹及下部格子砖，受到配合料粉尘和挥发物的侵蚀比较小，温度也较低，而荷重大，这种砖就要求机械强度高。因此，砖中结合物可以含有适量的SiO2、Fe2O3，但是用于高温部位的粘土砖，主要要求耐火度高，其结合物中含杂质少。

2.硅砖

硅制耐火材料属酸性材料，它具有较强的抵抗酸性渣或溶液侵蚀的能力，具有良好的高温性能：如耐火度为1690-1730℃，荷重软化开始温度为1640-1680℃。体积膨胀率较大，当温度为1450℃时约产生的总体积膨胀，有利于保证砌体的结构强度和气密性。故硅砖是玻璃窑的主要材质，广泛应用在大碹，胸墙，蓄热室顶等部位。

硅砖在烤窑时注意事项：硅砖在200-300℃和573℃时，由于晶型转变，体积骤然膨胀，因此烘烤时在600℃以下升温不要太快，在冷却至600℃以下时应避免剧烈的温度变化，尽可能不与碱性物质接触。

3. 电熔锆刚玉砖

ZA系列氧化法电熔锆刚玉产品是采用优质提纯原料, 使用特制的电弧炉, 经过长弧熔和氧化处理的熔铸工艺制成。这种电熔铸造工艺几乎没有来自电极的碳污染。

由于采用这种熔铸工艺和使用高纯原料，ZA系列氧化法电熔锆刚玉产品具有特殊的，高的抗玻璃液侵蚀性能，并且，对玻璃的污染也是极小的。

AZS-33制品在防止污染玻璃液方面是特别的优越,它在玻璃中造成结石,气泡及基本玻璃相析出的趋向是很小的。它适用于熔化池的上部结构，工作池的池壁砖和铺面砖，料道等。

AZS-36是标准的氧化法电熔锆刚玉砖，它具有特别的高抵抗玻璃液侵蚀性能和低污性的特点，且在这二方面的性能是均衡的。它适用于玻璃熔窑中与玻璃液直接接角的部位，如熔化池池壁砖，铺面砖，加料口等。

AZS-41是最高档的氧化法电熔锆刚玉砖，它具有最高的抗玻璃液侵蚀性能和杰出的对玻璃液的低污染性。它适用于玻璃窑炉中对耐侵蚀性能要求特别高的部位，如全电熔窑、流液洞、窑坎、鼓泡、加料口拐角的砖等。

电熔锆刚玉砖的性质、性能指标—斜锆石相能耐玻璃液的侵蚀，玻璃相可缓冲体积变化产生的应力，能使制品保持不透气的结构，但其数量偏多，渗出温度越低，则砖的质量就越差。玻璃相的渗出会破坏砖的结构，影响寿命。渗出的同时会放出气泡，并有可能产生不溶于玻璃的结石，严重影响玻璃的质量。通常用发泡指数表示渗出温度。

4.电熔刚玉砖

刚玉砖的主晶相为刚玉，它具有优良的性质，如熔点高，硬度大，是中性矿物，因而制品硬度大，抗冲刷，耐磨，同时抗侵蚀。熔铸α-Al2O3砖，主要是由α型刚玉组成的严密结实的细晶结构实体。主要用于玻璃窑。适用于熔制硼硅玻璃、乳白玻璃。但是它的高温抗侵蚀性较差，它在1600℃ 高温时，耐玻璃液侵蚀性会迅速降低，所以某些硼硅质玻璃窑，倾向于使用熔融石英砖。熔铸α-Al2O3砖制品容重3.15-3.30g/cm3，含有少量的玻璃相(约2%)，充填结晶间空隙，纯度很高。由于它不污染玻璃液，且在1350℃ 以下具有良好的耐玻璃液侵蚀性能和优良的高温耐磨性能，所以它是玻璃熔窑的澄清部、冷却部、工作池等部位，较理想的耐火材料。

β-Al2O3 粗大光亮的晶体构成的白色制品，含Al2O3 92%-95%，只有1%以下的玻璃相，且因晶格疏松而导致制品结构强度低。β-Al2O3中含有的Na2O与SiO2反应，产生较大的体积收缩，有使砖产生裂纹、造成损坏的危险。所以它只适用于原理含SiO2飞尘的上部结构，例如，工作池的上部结构，燃烧口附近胸墙，小炉嘴及吊墙等。因为这种砖和和挥发性碱金属氧化物不发生作用，故不必担心从砖表面上滴下熔融物污染玻璃。

5.镁质耐火材料

(1)玻璃窑蓄热室用镁质材料

一般蓄热室格子体的最上层用高档镁砖(w(MgO) > 97 % ); 上层使用中档镁砖(w (MgO)约为95 % ~ 96 % ); 中层使用直接结合镁铬砖; 下层使用低气孔黏土砖。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、低铁、低气孔和大晶粒的原料, 并采用高温进行充分烧结。

(2)使用替代燃料时蓄热室的配置

使用石油焦后, 玻璃窑蓄热室的耐火材料易于受到侵蚀, 其中，95镁砖受损最为严重。大量 SiO2和CaO侵入了砖体,破坏了原有的MgO- M2S结合,形成了连续的CMS-M2S低熔结合相。另一方面,石油焦着火难, 燃烧慢。使用石油焦后, 未燃净的组分进入蓄热室,在蓄热室继续燃烧, 提高了蓄热室的温度。这样, 在高温和侵蚀的作用下, 格子体发生软化并随后发生垮塌。基于损毁原因,玻璃企业扩大了蓄热室中97镁砖和直接结合镁铬砖的用量,替换了性能较差的95镁砖,蓄热室寿命由1年延长到3年,使用石油焦的试验取得了初步成功。为满足使用替代燃料的需求, 还需要开发抗侵蚀性好,又适应氧化-还原气氛变化的高纯镁铝尖晶石材料。高纯镁铝尖晶石砖的抗蠕变性和抗碱蒸气侵蚀性很好,也可用于全氧燃烧玻璃熔窑。

6、其他耐火材料

锆英石在1680℃受热大量分解，锆英石制品也有良好的抗侵蚀性，锆英石砖具有耐高温、抗热震稳定性好和耐玻璃液侵蚀性等优良性能。铝锆硅系(AZS)熔铸砖和烧成砖具有较好的耐玻璃液侵蚀性，可用于玻璃熔化池窑的池壁和上部结构。

7、隔热耐火材料

为了节能，玻璃窑带有保温结构的日益增多。这些隔热材料如黏土质隔热耐火砖，硅质隔热 耐火砖，硅藻土砖以及保温捣打料等。

那么在选择及购买玻璃熔窑用耐火材料时，应该首先要考虑的指标性能是哪些呢?

(1) 组织结构

耐火材料是由固相(包括结晶和玻璃相)和气孔两部分构成的非均质体。制品的宏观组织结构特征是影响其高温使用性质的主要因素。

①气孔率

在耐火材料中，常有许多大小不等、形状不一的气孔。与大气相通的称为开口气孔(也称显气孔)，其中互相贯穿的称为连通气孔，不和大气相通的称为闭口气孔。通常用气孔率来反映耐火材料的致密程度，即砖中的气孔体积占总体积的百分率。

气孔率是耐火材料的基本技术指标，它几乎影响耐火制品的各项性能。气孔率越小，耐火材料的耐侵蚀性能越好，结构强度越高。气孔率越高，材料的热导率越低。

②体积密度

体积密度是耐火材料单位体积(含气孔在内的总体积)所具有的质量。它直观地反映了耐火制品的致密程度，是衡量耐火材料、致密耐火制品质量水平的重要指标。一般来说，体积密度越高，气孔率越小，强度、高温荷重软化温度等一系列性能越好。

③真密度

真密度是指多孔体材料的质量与其真体积(不含气孔在内)之比。真体积是指多孔体中固体材料的体积。其值的大小与致密度、气孔率无关，而和耐火材料的化学矿物组成有关。

(2)热学性质

①热膨胀性

耐火材料加热时，体积随温度的升高而膨胀的性质称为热膨胀性。通常用线膨胀系数或体膨胀系数来表示。

在使用耐火材料时，必须十分重视其热膨胀性，在熔窑结构中应根据耐火材料的受热膨胀的特性预留膨胀缝，在点火烤窑时要按耐火材料的受热膨胀情况制定合理的升温曲线和采用调整拉条等必要措施。

②导热性

导热性表示耐火材料导热能力的大小，用热导率表示。所谓热导率是指在单位温度梯度下，通过材料单位面积的热流速率。它主要取决于材料的化学组成和组织结构。

③热容量

热容量又称比热容，指在常压下，加热1kg耐火材料使之升温1℃需要的热量。在设计和控制熔窑升温、蓄热能力时具有重要意义。