离心玻璃棉熔窑的特点及玻璃棉成分对熔窑耐火材料可能产生的侵蚀情况,并就熔窑各部位耐火材料合理匹配做了较为详细的分析及介绍,以延长窑龄并取得较高经济效益。
离心玻璃棉是将熔融的玻璃液采用离心喷吹工艺制成棉状的材料,具有容重小(16~96kg/m3)、热导率低、保温隔热、吸音性能好、耐腐蚀、阻燃、化学性能稳定等特点。玻璃棉广泛应用于建筑、商业、工业及民用建筑等领域。它不仅适用于建筑围护结构的隔热保温与吸音,还可喷、贴饰物作吊顶材料,档次较高,用途广泛。另外,还特别适合于车、船等运输工具的隔热和隔音。
近年来,国内的玻璃棉生产企业越来越多,但是,由于玻璃棉产品的特殊成分和生产工艺,生产玻璃棉的熔窑的耐火材料的配材显得越来越重要。目前,我国玻璃棉熔窑的寿命一般在3年左右,达到5年以上窑龄的不多,其主要原因是熔窑各部位耐火材料的选择问题。
1、玻璃棉的组成特性
玻璃棉属于高碱低硼玻璃,由于玻璃棉成分中的碱和硼含量较高,在熔化部火焰高温的作用下容易挥发,从而对熔窑的耐火材料产生严重侵蚀。
2、熔窑的特点
生产玻璃棉的熔窑类型主要有马蹄焰窑、单元窑和横火焰窑,目前国内最多的是前两种窑型。
马蹄焰熔窑生产玻璃棉有熔化率高、能耗低、操控容易的特点。缺点是熔窑寿命短,尤其是蓄热室的格子体容易侵蚀堵塞,一年半左右就需要在热态情况下更换格子体。
单元窑生产玻璃棉具有占地面积小、调整工艺制度容易、窑龄长等特点。缺点是能耗相对较高,废气排放高度低,对环境的污染严重,且产量一般较小。
横火焰熔窑主要适用于大吨位、多生产线的玻璃棉的生产,通常是一窑四线以上。由于玻璃棉容重轻、体积大,不易运输,所以销售半径一般不大,而玻璃棉市场往往偏小,一年中又有旺季淡季之分,所以这种大吨位的熔窑较少采用。
3、离心玻璃棉熔窑耐火材料的选择
离心玻璃棉熔窑耐火材料的设计原则为:在一个窑期内,力求使熔窑各部位耐火材料的侵蚀基本同步。这样最为经济合理。
各部位耐火材料配置分析如下:
(1)熔化部池壁
由于熔化温度较低,一般在1400℃以下,而且玻璃液的黏度大,反应扩散率小,所以对池壁的侵蚀较小,一般采用33#氧化法电熔锆刚玉砖即可。对于横火焰熔窑,为了达到较长的窑龄,熔化部池壁需要采用铬含量在30%的铬锆刚玉砖。无论采用何种材质的耐火材料,在池壁液位线附近都不做保温,并采用吹风冷却,以延长池壁的使用寿命。
(2)熔化部胸墙
熔化部胸墙处于熔窑的火焰空间,由于高温热气流的作用,大量的碱和硼的挥发物黏附在胸墙砖的表面和缝隙里,与胸墙砖发生化学反应造成侵蚀。所以,胸墙砖一般选择高温化学性能稳定、抗碱和硼的中性耐火材料或偏碱性耐火材料。对于低窑龄的胸墙,33#电熔锆刚玉砖是最好的选择,但对于长窑龄的胸墙,烧结锆英石砖或铬含量在30%的铬锆刚玉砖更好。
(3)熔化部池底铺面砖
因熔化部池底的散热面积较大,除了加强保温外,还要考虑因保温引起池底温度升高所带来的侵蚀加剧。电熔锆刚玉砖铺面是玻璃棉熔窑池底的首选,对于大多数玻璃棉熔窑来说,这种材质的稳定性能与熔窑的寿命完全匹配。
当熔窑的玻璃液深度低于500mm,且采用鼓泡时,池底玻璃液的高温和鼓泡产生的玻璃液的强烈对流,大大加剧了玻璃液对池底耐火材料的机械冲刷侵蚀,若采用传统的电熔锆刚玉砖铺面层,难以满足长窑龄(5年以上),所以选择含铬15%的铬锆刚玉砖更合适。
(4)熔化部大碹
对于马蹄焰玻璃棉熔窑,碹顶大多数采用硅砖。尽管碱性玻璃液宜用碱性砖,但硅砖价格便宜,耐碱性蒸气的侵蚀能力差。由于玻璃棉成分中的硼、碱含量很高,当砖表面的玻璃釉流失后,在硼、碱蒸气的作用下,硅砖很容易被继续侵蚀,从而影响熔窑的寿命。
目前国内马蹄焰玻璃棉熔窑的硅砖碹顶一般在9个月至1年后就产生鼠洞,需要经常维护,修修补补,勉强能撑到3年。修补碹顶既是繁重的热修作业,又对生产带来影响。若要取得5年以上窑龄,玻璃棉熔窑的碹顶材质不适合用硅砖,而应该采用含铬30%的铬锆刚玉砖或者特制的烧结莫来石砖。
(5)流液洞
流液洞是玻璃棉熔窑最容易侵蚀的部位,且无法热态维修,所以,流液洞耐火材料的使用寿命直接决定了熔窑的寿命。
目前,大多数玻璃棉熔窑的流液洞采用41#无缩孔电熔锆刚玉砖。由于玻璃棉熔窑的玻璃液温度偏低,一般在1250℃以下,所以流液洞耐火材料的侵蚀主要是机械冲刷。对于小吨位的玻璃棉熔窑,41#无缩孔电熔锆刚玉砖完全可以满足窑龄的要求,但对于大吨位及长窑龄的玻璃棉熔窑,流液洞砖采用含铬50%的铬锆刚玉砖会更合理。
(6)格子砖
玻璃棉成分中含有高碱低硼,对镁砖的侵蚀很剧烈。而且碱蒸气和硼蒸气在中温区(810~940℃)容易析晶,析晶物黏度很大,黏附在经侵蚀后凹凸不平的格子砖表面,从而造成格子砖的堵塞。
目前,玻璃棉熔窑的格子砖一般采用碱性砖,上层97镁砖或98镁砖,中层95镁砖或96镁砖,下层镁铬砖和低气孔黏土砖。这样配置的格子砖成本较低,但因碱、硼蒸气析晶黏附在格子砖上,所以,使用一年半左右需要更换格子砖。对于长窑龄的格子砖,十字形电熔锆刚玉砖是首选。
(7)通路
对于火焰窑通路的上部结构一般采用33#电熔锆刚玉砖,或烧结锆英石砖。而对于电熔窑通路的上部结构可以采用烧结莫来石砖。
与玻璃液接触的通路,采用33#电熔锆刚玉砖或含铬30%的铬锆刚玉砖均可。
玻璃棉熔窑合理的耐火材料匹配是取得高效益的关键。当然,耐火材料的选择需要综合考虑窑龄、投资、耐火材料现状及生产周期等因素,使熔窑的运行最有效和最经济。
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