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耐火材料行业知识

玻璃窑炉结构及窑炉用耐火材料性能

玻璃窑炉结构及窑炉用耐火材料性能
全面了解玻璃窑炉主要结构、窑炉用耐火材料的基本成分及其性能
主要内容:
1、介绍玻璃窑炉主要结构及各部位所用的材料
2、介绍玻璃窑用各种耐火材料的基本成分及其性能
三期窑炉的主要结构尺寸
一、玻璃窑炉主要结构玻璃熔窑结构
浮法或压延成型的玻璃熔窑属于横火焰式池窑,根据各部功能其构造分为:
1、玻璃熔制
2、热源供给
3、余热回收
4、排烟供气玻璃熔窑结构(4部分)
1)熔制部分:分为加料口、熔化、澄清与均化区,横、支通路(或叫冷却区)及分隔装置(或卡脖)等;
2)热源供给:天燃气系统或其它燃料的管道、蓄热室、小炉等;
3)余热回收:格子砖、余热锅炉等;
4)排烟供气:主烟道、支烟道、助燃风管道;
1.熔制部分:加料口一般是什么结构和材质?加料口也即投料口,是由投料池和上部挡墙(L形前脸吊墙)组成,加料口温度一般在1100~1400℃,对配合料起预熔作用和密封作用:
玻璃熔窑很多已采用与熔化部等宽的加料池,使得料层更薄,能防止偏料,投料池壁(砖厚250mm)使用材质为:AZS36#锆刚玉砖;
上部挡墙广泛采用L形吊墙(砖厚305mm),该吊墙是单独悬吊的,可以加长加料池,不但加强了密封减少了料尘飞扬,还加强了对配合料的预熔作用;吊墙采用材质:进口的高级硅砖,也有在下端采用电熔莫石或锆刚玉砖或其组合砖等;
上部挡墙的前端(即L形吊墙鼻区的前端)吊挂一排挡焰砖或一组水包,主要起密封作用,挡焰砖采用材质:低膨胀硅砖或烧结莫来石砖。L吊墙砖结构L吊墙砖结构熔化大碹L吊墙钢结构挡焰砖投料口池壁挡焰砖窑池铺面砖投料口池壁窑池铺面砖窑池粘土大砖
2、熔制部分:熔化部是什么结构和材质?
熔化部是进行配合料熔化和玻璃液澄清、均化的部分;由于采用火焰表面加热的熔化方式,熔化部分为上下两部分,上部称为火焰空间,下部称为窑池;熔化部温度一般在1400~1600℃。
1)火焰空间是由胸墙、大碹、前脸墙和后山墙组成的空间体系。火焰空间应能满足燃料完全燃烧,保证供给配合料熔化成玻璃及其澄清所需的热量,并应尽量减少散热而密封:
大碹(砖厚500mm,外有3*65mm轻质硅砖):其使用条件有高温碱蒸气和炽热的火焰气体,一般均采用材质:优质硅砖(有的熔化区为进口优质硅砖,澄清区为国产优质硅砖);
熔化区胸墙(砖厚320mm):包括挂钩砖及下间隙砖(砖厚230mm),其使用条件有粉料的飞散和碹顶熔融后的流下物及炽热的火焰气体,所以,宜采用AZS33#锆刚玉砖;澄清区胸墙(砖厚380mm),其使用条件无熔化区不利因素,因此采用优质硅砖即可,这样配套使用节约投资;
上间隙(或边碹砖):其使用条件同大碹并且起到分隔大碹硅砖与胸墙AZS锆刚玉砖发生接触反应,宜采用优质锆英石砖(注:硅砖属酸性,锆刚玉砖属碱性,锆英石砖属中性);
前脸墙与后山墙(砖厚450mm左右):其中前脸墙在第2条款已描述,后山墙的使用条件跟澄清区胸墙一样,均采用优质硅砖;
挂钩砖(异形):为保护托铁板的胸墙底部砖,以挡住窑内火焰对托铁板的烧损。
托铁板,为便于烘烤窑炉时膨胀及正常生产时热修,胸墙和大碹均单独支撑;托铁板起支撑胸墙作用,托铁板的内边缘由胸墙底部的挂钩砖挡住窑内火焰,以防对托铁板的烧损。
2)窑池是配合料熔化成玻璃液并进行澄清、均化的地方,尽量不污染玻璃液,呈长方形并有足够外围及底部钢结构支撑;池壁和池底均用大砖砌筑,能减少材料加工量和方便施工并减少熔蚀;
池壁(砖厚250mm左右),其使用条件是与玻璃液接触并冲刷,其熔化区的池壁上沿还受配合料飞散及火焰烧蚀,均采用AZS36#锆刚玉砖;
池底上层(铺面砖100mm,中间捣打料50mm,下层粘土大砖300mm),其使用条件是与玻璃液接触并冲刷,气--液相向上钻孔侵蚀,铺面砖采用AZS33#锆刚玉砖,熔化部胸墙熔化部大碹澄清部大碹熔化部胸墙L吊墙熔化部池壁澄清部池壁后山墙
3、熔制部分:工作部(横通路)是什么结构和材质?
冷却部是熔化好的玻璃液进一步均化和冷却的部位,供给下一道成型工序提供纯净、透明、均匀且温度稳定的玻璃液;其上部空间之胸墙可预留操作孔或排气调节温度;冷却部分为上部空间与窑池两部分,使用温度为1200~1400℃左右;
1)横通路上部空间是由胸墙、大碹、前后山墙组成的的空间体系;
胸墙(砖厚350mm)与山墙(砖厚450mm),其使用条件为温度较低且变化较小,无粉尘飞散,采用普通硅砖;
大碹(砖厚300mm),其使用条件为温度较低且变化较小,无粉尘飞散,采用普通硅砖。
2)横通路窑池是由池壁和池底两部分构成,呈长方形并有足够外围及底部钢结构支撑;
池壁(砖厚250mm),其使用条件是与玻璃液接触并冲刷,因此不能对玻璃液有任何污染,宜采用α·β电熔刚玉砖;
池底(上层铺面砖80mm,下层粘土大碹300mm),其使用条件是与玻璃液接触并冲刷,不能对玻璃液有任何污染,有较高的机械强度,铺面砖也采用α·β电熔刚玉砖。
4、熔制部分:熔窑的分隔装置有哪些?各有什么用途?
分隔装置有气体空间分隔装置和玻璃液分隔装置
1)气体空间分隔装置一般有矮碹、吊平碹、吊墙:
矮碹(吊平碹)是降低了胸墙高度,即卡脖前后与山墙交接的碹,以及支通路进入溢流口的碹,均起到阻隔空间气体对流的作用,一般降温30~50℃;
吊墙(主要有J型或U型),常与卡脖配合使用,有的吊墙可以上下移动,便于调节开度,几乎能将前后空间完全分隔,起较大的冷却作用。卡脖出口矮碹卡脖吊平碹熔化部大碹卡脖入口J形吊墙卡脖池底卡脖大水包池壁2)玻璃液分隔装置有卡脖、冷却水包、窑坎等:
卡脖是熔化部和冷却部之间的一段缩窄窑池,与矮碹、吊墙配合使用,对熔化部和冷却部之间的气体空间及玻璃液起分隔作用,从而降低玻璃液的温度;
冷却水管是由一组通过冷却水的圆形或方形钢管组成,水管高度根据实用确定。冷却水管附近的玻璃液受冷却后,形成粘度较大的不动层,构成一道挡墙、降温作用大,不但可以阻挡未熔化的浮渣进入冷却部,而且通过调节水管的沉入深度,可以控制进入冷却部玻璃液的质量;窑坎,是斜坡式分隔能阻挡玻璃液的对流,窑的纵向有多个窑坎,如澄清带,进入卡脖及进入工作部前端均可设置窑坎。
5、热源供给:蓄热室
1)用途:蓄热室是利用耐火材料做蓄热体(称为格子体)蓄积从窑内排出烟气的部分热量,用来加热进入窑内的助燃空气
这样不但可以利用烟气余热,而且使得助燃空气加热到较高温度,有利于提高作业温度;
同时还起到把窑内废气排出及助燃空气进入的通道;
2)蓄热室是什么结构和材质?蓄热室是由前、后墙、隔墙及蓄热室内格子体组成,使用温度分为上部为1200~1500℃,中部为800~1200℃,下部为<800℃:
a.蓄热室碹(砖厚350mm,外有3*64mm保温砖),其使用条件为粉料的飞散,高温的温度变化,氧化还原反应,材质为优质硅砖;
b.蓄热室目标墙(砖厚350mm,外有146的粘土砖及178mm保温砖)其使用条件同蓄热室碹,材质为AZS33#锆刚玉砖或高纯电熔镁砖;
c.主墙和隔墙:上部(砖厚350mm),使用条件同蓄热室碹,材质为优质硅砖;中部(砖厚230mm),使用条件为中温的温度变化,材质为高铝砖或镁质砖;下部(砖厚350mm),使用条件为低温的温度变化,材质为低气孔粘土砖。
d.底部炉条碹,使用条件同下部格子砖,材质为低气孔率e.格子砖(筒形,内腔160mm,壁厚40mm)
顶上部4层,使用条件为粉料的飞散,高温的温度变化(1200~1400℃),材质为镁锆74/16%砖;
上部13层,使用条件为高温的温度变化(1100~1300℃),氧化还原反应,材质为MgO98%砖;
中上部20层,使用条件为中高温的温度变化(1000~1200℃)硫酸盐的侵蚀、氧化还原反应,材质为MgO96%砖;
中部22层,使用条件为硫酸盐及碱蒸气的凝聚,中温的温度变化(800~1000℃),材质为72MgO~12CrO砖。
下部10层,使用条件低温的温度变(500~800℃)及温度荷重,材质为低气孔率粘土砖。蓄热室碹蓄热室隔墙(硅砖部分)蓄热室内格子砖蓄热室隔墙(镁砖部分)
6、热源供给:小炉小炉是玻璃熔窑的重要组成部分,是使燃料和预热空气混合、组织燃烧的装置;而燃料为天燃气时,小炉还起到预热空气进入或窑内废气排出的通道;由小炉碹、小炉墙及小炉底围成的通道,使用温度1400~1600℃:
1)小炉碹与墙(砖厚200mm),其使用条件为粉料的飞散及高温的温度变化,宜采用AZS33#锆刚玉砖;
2)小炉底(上层铺面砖75mm,中间锆质隔离层5mm,下层粘土砖114mm),其使用条件为粉料的飞散及高温的温度变化,其中上层铺面砖材质为AZS33#锆刚玉砖。大碹小炉小炉口熔化部蓄热室池壁小炉平台玻璃液格子砖7、热源供给:天燃气系统主要设施:天燃气配气室(包括减压与稳压)等压力供气管道天燃气喷枪辅助设备:空压机,提供燃烧高压气和喷枪冷却气等。
二、玻璃窑用各种耐火材料的基本成分及其性能各种耐火材料分类如下:
1、硅砖;
2、粘土砖;
3、高铝砖与硅石;
4、电熔锆刚玉砖;
5、电熔刚玉砖;
6、锆英石砖;
7、高纯镁砖;
8、直接结合镁砖;
9、轻质耐火材料;
10、不定形耐火材料。
1、硅砖硅砖是浮法或压延玻璃熔窑使用量最多、也是最重要的一个砖种。对于大型熔窑,硅砖主要用于:熔化部及工作部窑顶大碹、胸墙和前后端墙、蓄热室顶碹和蓄热室上部隔墙等。
硅砖的基本成分及其性能
硅砖的高档制品SiO2含量为96~98%;
它是属于酸性耐火材料;
其密度为2.35至2.38g/cm3;
具有很高的高温结构强度,如荷重软化温度高(1640~1700℃)和蠕变率低;而且在吸收少量碱质组分后除了极轻微的熔蚀外,并不降低窑顶结构强度。
硅砖的主要缺点是抗热震性能低。
玻璃窑用硅砖具有如下特点:
a.高温体积稳定,不会因温度波动而引起炉体变化:玻璃熔窑在1600℃下可以保持炉体不变形,结构稳定。
b.对玻璃液污染轻微:硅砖主要成分是SiO2,在使用时如有掉块或表面熔滴,不会影响玻璃液的质量。
c.耐化学侵蚀:上部结构的硅砖受玻璃配合料中挥发的R2O(碱金属)的气体侵蚀,表面生成一层光滑的变质层,使侵蚀速度变低,起保护作用。
d.其体积密度小:可减轻炉体重量。
2、粘土砖
粘土耐火砖是以耐火粘土为原料生产的耐火制品,浮法玻璃熔窑使用量较多。粘土砖主要用于工作温度在1300℃的窑炉部位,如蓄热室下部的格子砖及墙砖、烟道砖及池底的粘土大砖等:
粘土砖基本成分及其性能
粘土砖其主要成分是Al2O3含量为30~48%、SiO2含量为50~70%;
它是偏酸性的耐火材料,随着砖中Al2O3含量的增加其酸性逐渐减弱,因此粘土砖宜用于酸性窑炉环境;
其密度为2.40至2.56g/cm3,其耐火度虽然高达1700℃,但荷重软化温度只有1300℃左右,因此在高温使用时不能承重、不能受压;
粘土砖的抗热震性较好,波动范围较大,一般大于10次(1100℃/水冷),这与粘土砖的线膨胀系数值不太大又无多晶转变现象及具有明显颗粒结构有关。
3、高铝砖与硅线石砖
高铝耐火砖是Al2O3含量大于48%的硅酸铝质耐火材料统称高铝质耐火材料,浮法玻璃熔窑使用量较少;如果在高铝质砖的配料中加入一定比例的硅线石及其他微量元素将变成硅线石砖,高铝砖主要用于蓄热室的中部砌墙,硅线石砖主要用于蓄热室的炉条碹等:
高铝砖与硅线石砖基本成分及性能
普通高铝砖一般指Al2O3含量为48%~65%;
其耐火度≥1790℃,荷重软化温度是1420~1500℃;(高铝砖与粘土砖相比,突出的优点是耐火度及荷重软化温度高。)
其密度为2.40至2.65g/cm3;
它的主要缺点是蠕变率较高,抗热震性较粘土砖差;
硅线石砖因在高铝质砖的配料中加入一定比例的硅线石使制品的抗热震性得到改善。
电熔锆刚玉砖属于Al2O3-ZrO2-SiO2系统(简称熔铸AZS砖),它是碱性的耐火材料,。按ZrO2的含量划分,分为三级:33%、36%、41%;
电熔锆刚玉砖基本成分及性能
相应我国的牌号:AZS-33(法国为ER1681)其密度为3.40至3.6g/cm3、AZS-36(法国为ER1685)其密度为3.45至3.70g/cm3、AZS-41(法国为ER1711)其密度为3.55至3.80g/cm3;
电熔锆刚玉砖抗玻璃液侵蚀性能好,其抗侵蚀性能随ZrO2含量增加而提高。因为其中ZrO2的熔化温度高达2700℃左右,且具有高的抗酸、碱及玻璃液等介质的能力;
电熔锆刚玉砖的荷重软化温度≥1790℃,玻璃相渗出温度≥1400℃;
5、电熔刚玉砖
电熔刚玉砖包括电熔αAl2O3砖、电熔α-βAl2O3砖及β-Al2O3砖;其中电熔α-βAl2O3砖是浮法玻璃熔窑使用在工作部或横通路池壁部位的最好的砖材,对于大型熔窑,它主要用于工作部、横通路及支通路等:
电熔刚玉砖砖基本成分及性能
α-βAl2O3电熔砖中Al2O3含量≥94%,其晶相结构是45~55%的α-Al2O3相及45~60%β-Al2O3相组成;
其荷重软化温度≥1750℃;
其密度为3.38至3.39g/cm3;
α-βAl2O3电熔砖不污染玻璃,且在1350℃以下具有良好的抗玻璃液侵蚀性能和优良的高温耐磨性能。
6、锆英石砖
锆英石砖是以锆英石(ZrO2-SiO2)为主要原料烧成的耐火制品;它主要用于熔化部大碹碹碴或胸墙与大碹的分隔砖、看火孔、检测孔等,使用效果较好:锆英石砖的基本成分及其性能锆英石砖ZrO2含量64~67%;
它是中性的耐火材料;
其荷重软化温度≥1650℃,其密度为3.70至3.75g/cm3。
锆英石砖具有较好的机械强度、耐高温、抗热震性好和抗玻璃液侵蚀等优良性能。
7、高纯镁砖
高纯镁砖以高纯电熔镁砂为原料经压制烧结而成,主要用于蓄热室的上部格子砖部分,现在也用于蓄热室的上层墙体砌砖并进一步开发其在蓄热室的使用范围等;高纯镁砖的基本成分及其性能:
高纯镁砖MgO含量≥96%,是方镁石晶粒间直接结合的镁质耐火制品;
高纯镁砖是碱性耐火材料;
它的荷重软化温度≥1750℃,其密度达到3.10/cm3。
抗急热急冷性能较好。砌墙用高纯镁砖筒形格子高纯镁砖
8、直接结合镁铬砖
直接结合镁铬砖以高纯电熔镁砂和铬铁矿为原料经压制烧结而成;主要用于蓄热室的中下部格子砖部分(主要用在800~1000℃区域):
直接结合镁铬砖成分及其性能
直接结合镁铬砖MgO含量:82.61%、Cr2O3含量:9.5%、SiO2含量2.02%,是方镁石晶粒和铬铁矿颗粒间直接结合。
它是碱性耐火材料;
其荷重软化温度≥1765℃,其密度达到3.08/cm3;
直接结合镁铬砖与高纯镁砖性质相似,相比高纯镁砖其抗碱性稍差,而抗热震性和抗硫酸盐和SO2侵蚀好些。
抗急热急冷性能较好。
9、轻质耐火材料
轻质耐火材料属于隔热材料。它能减少窑体散热、节约能源,还可以减轻窑体重量、降低窑炉造价。轻质耐火材料包括轻质隔热耐火砖和硅酸铝纤维等;
轻质隔热耐火砖按所用原料可分为:
粘土质(用于烟道保温、蓄热室下部及池底保温,使用温度900~1200℃);
铝质(用于小炉碹顶、蓄热室外墙上部及胸墙和池壁外侧保温,使用温度1350~1500℃);
硅质(用于熔化部碹顶、工作部碹顶及蓄热室碹顶保温,使用温度1400~1550℃);
莫来石质(蓄热室外墙上部及胸墙和池壁外侧保温,使用温度1500~1550℃)等
硅酸铝纤维属于非晶质纤维,它们包括:普通型,使用温度1000℃;高纯型,使用温度1100℃;高铝型,使用温度1200℃。
10、不定形耐火材料
不定形耐火材料也称散状耐火材料,是由一定级配的耐火骨料和粉状物料与结合剂、外加剂混合而成;不经过成型和烧成工序而直接使用的耐火材料。
不定形耐火材料可依所用耐火物料的材质分类:如硅质、粘土质、高铝质、锆质、锆英石质、镁质与隔热质等;
按工艺特性分为:耐火泥(砌墙用)、捣打料(分隔层或代替异形砖用)、可朔耐火料(密封胀缝或密封保温层用)、浇注耐火料(密封抛光用)等


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