熔块窑炉用耐火材料

熔块窑炉从结构上看与玻璃窑炉相似,但由于熔块的粘度大,以及烧成温度高的特性(通常为1550°C左右),决定了熔块窑炉在炉体结构和材料上要求更严格。以重油为燃料时,需要使用压缩空气进行雾化,加上重油热值很高燃烧时需要大量的助燃空气,这些导致窑炉内部的气流速度很快且温度高,气流带起窑炉内的原料对整个窑炉炉体耐火材料进行冲刷,产生了很严重的侵蚀,大大地降低了窑炉的使用寿命。同时,燃烧产生的废气也带走了大量的热量,使整个窑炉的能量利用率降低,损失了大量的能量。本文以一台15m2待修的熔块窑炉为研究对象,分析了窑炉的结构,各部分耐火材料的选择,以及侵蚀损伤状况与侵蚀原因,并提出了改善窑炉的设想.从而使窑炉更加节能,性价比更高。
2耐火砖材的特性及使用部位
目前,窑炉中部分耐火砖材料的特性及使用部分如表所示。
3窑炉的结构和主要部位耐火材料的侵蚀分析
3.1窑炉的结构
3.2窑炉主要部位的侵蚀情况
3.2.1蓄热室侵蚀情况
蓄热室内的上层八角砖被侵蚀的都是孔洞,表面材质疏松。在远离小炉位置的八角砖被侵蚀的最严重,两个角落的八角砖均被侵蚀的已经倒塌,都塞了通风口。靠近两蓄热室之间的墙壁处,八角砖的侵蚀情况最为严重,由距离小炉越远侵蚀情况越严重,最里

名称	特性	使用部位
粘土砖	耐火度为1580~1700°C,其中含有30%~46%的氧化铝,根据氧化铝含量分为普通、一级、特级三种。属弱酸性耐火材料,抗热振性好,对酸性炉渣有抗蚀性,应用广泛,荷重软化点1350°C,有残存收缩。	炉底、炉墙外围、蓄热室外墙、烟道等温度
高铝砖	耐火度为1750~1790°C,其中Al2O3的含量在46%以上,属于中性材料,抗酸性炉渣性能稍好,荷重软化点1420~1530°C,热膨胀小,有残存收缩。根据氧化铝含量从低到高分三级、二级、一级、特级共四级,一级高铝,氧化铝含量在65%以上。	相对较低的地方。
硅砖	耐火度为1710~1730°C,其中含有SiO2在93%以上,SiO2在不同的温度下有不同的结晶形态,各种不同的结晶形态在一定的温度下会发生转变,并且体积也随之改变,属于酸性耐火材料,抗热震性差。	蓄热室内墙、碶角、格子体、炉胸墙、炉底等高温区。
锆刚玉砖	锆刚玉砖是在氧化铝配料中加入30%~41%的二氧化锆,主要矿物组成是刚玉、斜锆石和玻璃相。分为电熔(或熔铸)锆刚玉砖(又称AZS熔铸砖)和烧结锆刚玉砖。耐火度在1750°C以上,电熔锆刚玉按工艺分为氧化法和还原法两种。按浇注方法可分WS(无缩孔浇铸)、PT(普通浇铸)和QX(倾斜浇铸)三种。根据ZrO2含量又有33#、36#、41#之分。耐玻璃熔液侵蚀性强,且对玻璃不着色,荷重软化开始温度在1700°C以上。	窑炉、蓄热室内墙、弦顶等除熔化池外的高温区域,不宜使用于温度急变处。
烧结莫来石保温砖	以莫来石为主晶相的高铝质耐火制品。莫来石砖一般含Al2O3在64%~75%以上,耐火度>1790°C,常温耐压强度为70~260MPa,荷重软化开始点为1600~1700°C。	用于熔化池及与玻璃液直接接触部位以及窑炉关键部位。
保温砖	具有质轻、抗压强度低、体积密度低、导热系数小、质优价廉。	用于炉胸墙内衬及炉弦。用于炉墙外层。

面的一排被侵蚀殆尽,稍近处仅剩下5个完整的八角砖。蓄热室内部的墙体也被侵蚀,顶部有些耐火砖已经脱落,墙体表层被侵蚀的很疏松。

3.2.2小炉侵蚀情况
两个小炉之间的墙柱被侵蚀的厚度变化由较均一。小炉的顶部龙门架的电熔砖表面已经脱落,小炉通风道墙壁也被侵蚀的很疏松,可以看到上部有耐火材料掉落,通道上堆了一层耐火材料的碎渣;火口周围原本很规则的梯形耐火材料已经被侵蚀的成为一片松软的碎渣,处于火口处的熔池池壁也被侵蚀成凹型;观察火口周围的墙壁上耐火材料被侵蚀成沙丘状,方向均向着小炉内部;火口两侧的宽度被扩大,整体呈喇叭状。
3.2.3加料口侵蚀情况

窑炉中与加料口等高平行的两侧被侵蚀的很严重,加料口侵蚀后最宽处有100cm,上下高有114cm。靠近火口一边与加料口齐平处到池壁的耐火砖原本的棱角被磨平,另一边虽然磨损程度相对较轻,但均出现裂痕和孔洞,如图4(a)所示;加料口周围的耐火材料已经完全碎裂,加料口两侧的耐火材料均被侵蚀的仅剩薄薄一层,有些部位已经被烧透,其中一侧的加料口旁边的耐火砖被侵蚀出一些像刮痕一样很深的痕迹;加料口上部与窑顶相接处侵蚀的很严重,有三排的耐火砖被侵蚀的仅仅残留一部分,有些位置的耐火砖已经脱落,,并且窑炉的加料口两侧的耐火材料均被侵蚀成喇叭状。
3.2.4胸墙侵蚀情况
右侧胸墙在挂钩砖上宽约50cm,长约140cm的范围内,耐火材料被侵蚀的很严重,大部分部位向里凹进去,有些部位的耐火砖已经裂开。左侧挂钩砖也被侵蚀的很严重,靠近加料口约100cm的范围内突出挂钩砖已经被侵蚀殆尽,剩余的挂钩砖在上部和下部均被向内侵蚀,仅有6cm厚;左侧挂钩砖被侵蚀程度要大于右侧,有140cm长的挂钩砖突出的部位被侵蚀殆尽,剩余的部位最薄处仅有3cm厚。池壁被侵蚀的很深,两池壁之间的距离为270cm,靠近加料口的部位被侵蚀的很严重,向内凹的比较深。靠近加料口附近的耐火材料被侵蚀的很严重,侵蚀的走势均为凸起状,也就是靠近加料口和前墙拐角处侵蚀的最为严重。
3.2.5窑炉前墙与流口处侵蚀情况
整个窑炉前墙与流口处侵蚀最严重,前墙被侵蚀成圆弧状。前墙的池壁被大面积的侵蚀和脱落,由于玻璃膏和粉尘的冲刷,使得池壁的厚度被侵蚀的较为严重。流口四周的部位内部的耐火材料已经被完全侵蚀,露出了外面一层的耐火材料;有些耐火材料已经脱落,或者被侵蚀殆尽;有些部位近乎被烧穿。
3.2.6炉顶侵蚀情况

炉顶被粉尘和火焰冲刷出很多细小的空洞,原料与耐火材料发生共熔,这样使耐火材料表层质地变得很疏松。被烧熔的玻璃膏黏在炉顶上面,在玻璃膏滴落时会带走部分耐火材料,使得耐火材料被侵蚀,变形成倒置的水滴状。而窑炉前段长约2m的炉顶受侵蚀更加明显。
3.3侵蚀状况分析通过对窑炉各部位的侵蚀状况进行观察,可以看出,
窑炉在运行过程中最容易损坏的部位主要为前墙、流液洞、炉顶前段、加料口、火口以及蓄热室上层格子体。
其主要原因在于雾化的重油冲击和高速的助燃空气的带动,使少量没有熔化的微细原料被吹起。随着窑炉内部高温气流的流动,在流动的过程中熔化成玻璃液附着在耐火材料表面,并与耐火材料发生反应,使耐火材料表面变软,在受到气流冲击时慢慢脱离,这样一次又一次的侵蚀最终导致耐火材料越来越薄,直至穿透或者断裂。
窑炉内部的空气流动是按照马蹄印的形状流动的,如图8所示。燃料在高压雾化下会产生高速气流,这些气流对温度达到1000°C以上的耐火材料来说产生了很严重的物理冲刷。所以,无论使用哪只油枪,前墙及炉顶前段总会受到很大的侵蚀,在每个气流需要拐弯处都是侵蚀很严重的部位。窑炉内部的玻璃膏在熔池内部流动时,是平缓的流动,等到了流液洞时,流动的空间突然变小,流膏的速度加快,对流液洞那段的耐火材料的侵蚀加重,可以看到呈喇叭状。
火口的部位是由于周期性换向产生剧烈温差,以及燃烧的废气带有大量的粉尘,在废气排出时废气的温度很高,在高温下粉尘会对火口周围的耐火材料进行侵蚀。
窑炉燃烧产生的废气带有大量的热量和粉尘,随着高速气流撞击到蓄热室的后墙,然后向下冲刷八角砖。所以,靠近后墙的八角砖被侵蚀的很严重。对于蓄热室的格子砖被损坏的原因主要有以下几个方面:
(1)热应力作用,小炉和格子砖室经常处在急冷急热的变化中,受应力作用,会出现裂纹,开裂和剥落;
(2)机械荷载作用,在机械荷载和高温的作用下,砌体发生收缩变形和产生裂纹,影响使用寿命;
(3)化学侵蚀作用,燃烧产生的碱性氧化物和灰粉粘附在耐火材料表面并向里渗透,同时与耐火砖组分发生化学反应,使体积变化,导致破坏,降低强度和高温使用性能;
(4)燃烧废弃中带有大量的熔融的原料和气化的助溶剂等,在蓄热室上层时温度较高,不会凝固,随着向下流动蓄热室的温度越来越低逐渐冷凝,在中部堵塞蓄热室,气流流动不顺畅,导致蓄热室上层的温度升高超过耐火度,对耐火材料造成损害。