电熔锆刚玉砖受到的侵蚀分析及如何延长其使用寿命

电熔锆刚玉砖的晶相由斜锆石(ZrO?)、刚玉(Al?O?)、莫来石(3Al?O??2SiO?)、锆英石(ZiSiO4)组成，其主要晶相ZrO?斜锆石为32%~33%，Al?O?刚玉含量为45%~48%，莫来石3Al?O??2为0%~2%，玻璃相为17%~20%，以及从原料中带来的少量ZiSiO?。

电熔锆刚玉砖表层冷却速度快，玻璃相较多，但是由于部分结晶滞后现象，部分低熔点物质迁移聚集到中心，造成玻璃相增多，除玻璃相量不均匀性外，其组成及热性能也还存在差异。

试验从浇筑底到中心以20mm为一段，测量玻璃相的含量如下:0~20mm为21.92%、20~40mm为19.22%、40~60mm为18.45%、60~80mm为17.65%、80~100mm为20.63%。

电熔锆刚玉砖的侵蚀

电熔锆刚玉砖受到的侵蚀主要分为物理作用和化学作用。物理作用是指玻璃熔窑池壁在长期运行过程中，反复经受急冷急热的冲击，其表层必然经历收缩一膨胀的变化过程。由于疲劳过度导致电熔锆刚玉砖的结构受到破坏，致使表层裂隙增多，结构疏松。因此，在气流、物料及玻璃液冲刷作用下而开裂、剥落，并且这一过程会不断地重复进行。

化学作用对电熔锆刚玉砖侵蚀更为复杂和剧烈，可以分成4个方面：

(1) 玻璃相的析出

池壁电熔锆刚玉砖长期受高温玻璃液的作用(>1500℃)，一方面砖内的玻璃相会逐渐熔融析出(最低析出温度为1150℃左右);另一方面含Na?O的碱性玻璃液会沿砖体的气孔、裂隙侵入砖内，与析出的玻璃相扩散、相互渗透，因而使析出的玻璃液黏度降低、流动性提高，进而使侵蚀行为加剧，并向纵深扩展。

(2) 骨架受损

随着玻璃液向纵深的侵蚀加剧，构成砖体的骨架矿物也逐渐被含Na?O的玻璃液所浸润、包围，骨架也开始受到侵蚀。首先被溶解的莫来石分解为α-Al?O?和SiO?，进而又促使α-Al?O?转为β-Al?O?。随着温度的升高β-Al?O?全部溶解在玻璃液中，斜锆石、刚玉晶格也受到破坏，进而碎裂、解体、部分溶融。β-Al?O?在高温下逐步溶解在玻璃中，很少被保留下来，随着玻璃的不断扩散渗透，斜锆石微晶成为游离状态，一部分随玻璃液被带走，可能成为玻璃结石，一部分被保留下来。斜锆石虽然能够溶入玻璃中，但是溶解度很小，随着温度的波动，ZrO?便从玻璃液中快速析晶，形成骨架状或串珠状斜锆石晶体。

(3) 新矿物的析晶

由于砖体的骨架矿物部分熔融于玻璃液中，改变了原玻璃液的成分。因此，当玻璃液中的SiO?-Al?O?-Na?O的比值接近于霞石的理论组成时，便有大量的霞石晶体析出。

Al?O?+2SiO?+Na?O→2NaAlSiO?(霞石)

(4) 霞石的侵损

由于霞石的密度小于砖体的密度，因此在析出霞石晶体的同时，伴随着较大体积的膨胀，使砖体结构疏松。尽管此时砖中部分结晶相的熔融会使玻璃液黏度提高，对疏松结构有一定的粘结保护作用，但仍不能完全阻挡窑内气流、物料及玻璃液冲刷和重力的作用，而开裂、剥落进入玻璃液，形成玻璃结石。剥落后的创面继续受到玻璃液的侵蚀、冲刷而继续剥落。结果必然导致电熔锆刚玉砖的侵蚀、解体。

延长电熔锆刚玉砖在玻璃电熔炉中的使用寿命

众所周知，玻璃池窑水平熔化，料液面水平移动，除流液洞外在三相界面处侵蚀严重，如图1所示。玻璃电熔炉是垂直熔化，大部分都是冷顶熔化，玻璃液面被一层生料层覆盖，有较少三相界面的出现。由于是垂直熔化，对池壁砖侵蚀不再集中在三相界面，而是整体侵蚀，所以电熔刚玉砖的薄弱环节就是侵蚀的突破口，如图2?4所示。

针对电熔锆刚玉砖侵蚀机理，首先要严格控制电熔锆刚玉砖原料成分里Na?O的含量，国家标准要求33#WS中Na?O的含量在1.45%以下，41#WS中Na?O的含量在1.3%以下，我公司电熔炉标准要求33WS中Na?O的含量在1.35%以下，41#WS中Na?O的含量在1.05%以下。

针对图2的侵蚀部位，要求冒口与砖材比例必须达到1.5:1,通过冒口料的压力,有效减少砖材中气孔的残留，增强注口处砖材抗侵蚀能力，并且要求注口没有明显的缩孔残留。

针对图3的侵蚀部位，在电熔锆刚玉砖组装过程中严格检验砖缝，要求在0.3mm以下，烤窑过程中严格控制各部位的膨胀差别，保证过程中砖缝的严密程度，从而减少气体进入，防止在砖缝处形成三相界面，减轻图3部位的侵蚀。

针对图4部位的侵蚀，设计过程中要求砖的宽度小于400mm，过宽会导致砖材内部存在缩孔残留多，内部疏松;要求冒口与砖材比例必须达到1.5:1，通过压力、排出气体率，提高砖材内部质量;窑炉运行后期减少保温，通过降低砖材温度，降低侵蚀速度。

结语

在分析了电熔锆刚玉砖的侵蚀特征和电熔炉与池炉侵蚀区别之后，采取相应的措施，可以预防和减少侵蚀,延长窑炉寿命。选用优质电熔锆刚玉砖，可以在一定程度上延长玻璃电熔炉的使用寿命，增强玻璃电熔炉的市场竞争力。为此，除提高电熔锆刚玉砖原料质量外，主要还是要降低玻璃相含量，加大冒口比例，进而提高玻璃电熔炉使用寿命。