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电熔锆刚玉砖受到的侵蚀分析及如何延长其使用寿命

发布日期:2019-11-19 15:53

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。
 
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