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玻璃澄清剂配合料质量与熔窑寿命

发表时间:2020-04-08 15:39

玻璃澄清剂配合料质量与熔窑寿命


  玻璃熔窑是高温、高能耗的热工设备。近年来,为了延长熔窑的使用寿命、增加熔窑的熔化能力和节能,在窑炉设计中除了选择合理的窑型结构和合理使用耐火材料、保温材料,同时还应注意到配合料的质量这一至关重要的因素对玻璃生产工艺过程影响。它不仅关系到玻璃产品的质量,而且还影响到熔窑的熔化能力和熔窑的寿命。

  1 熔窑的侵蚀

  耐火材料是玻璃熔窑的主要构筑材料,它对玻璃质量、能源消耗及产品成本都有决定性的影响。玻璃熔制技术的发展在很大程度上依赖于耐火材料制造技术的进步和质量的提高。玻璃熔窑用的耐火材料在玻璃生产过程中将被逐渐侵蚀,所以要求它的侵蚀物应能均匀熔解于玻璃液中,不致造成玻璃缺陷。从另一个角度来说,熔窑的耐火材料必须在玻璃生产过程中具有理想的抗侵蚀性能,使熔窑具有较长的寿命。玻璃的熔制是在高温下进行的,热点的最高温度可达1600℃或更高。配合料、玻璃液和碱蒸气与耐火材料之间的侵蚀反应与温度成指数函数关系,即随着温度的升高,侵蚀急剧增大。试验证明,在正常熔制作业温度范围内,每升温 50℃,对耐火材料的侵蚀速率增加一倍。此外,熔窑中的各种变化因素,如碎玻璃的掺入率、燃料的种类、炉内气氛性质、然油中的杂质含量(如硫、钒等)、火焰的温度和强度等都对耐火材料的侵蚀有明显的影响。

  2 配合料的超细粉对熔窑的影响

  配合料的超细粉在玻璃的熔制过程极易造成飞料,而熔窑中耐火材料所受的侵蚀主要来自飞料、碱蒸气的化学侵蚀,和玻璃液、火焰气体在高温下对熔窑内耐火材料的侵蚀。其中以飞料对耐火材料的侵蚀最为严重,飞料主要侵蚀熔的上部(包括大碹、胸墙、小炉各部位)和蓄热室。其中以蓄热室较为严重,因为飞料极易被窑内的气流带入蓄热室,侵蚀蓄热室,造成蓄热室的损坏或堵塞,影响换热效果和使用寿命。目前较好的蓄热室格子体上、中层一般普遍选用碱性砖,上层多为直接结合高纯镁砖,中层多为直接结合镁铬砖。生产实践表明,其主要损坏形式为化学侵蚀和热应力破坏。高纯镁砖主晶相为方镁石,1430℃以上时方镁石晶体在碱蒸汽的作用下逐渐长大,体积变化会使砖表面发生龟裂、破碎、粉化直至剥落。与此同时,飞料中的SiO2会逐渐进入龟裂的缝隙中改变基质部分CaO/SiO2的比值,进而形成大量的低共熔物透辉(CMS2)、镁方柱石(C2MS2)、镁橄榄石(M2S)及镁蔷薇辉石(C3MS2)等物质,产生较大的体积效应,加速方镁石的开裂、破碎、粉化和剥落。

  其化学反应式和伴随的体积效应如下表示:

  3C2S+2M+S→2C3MS2

  Vmax=+13%C2S+2M+S→2CMS2

  Vmax=+30%2M+S→M2S

  Vmax=+96%另外,重油中的V2O5与镁砖中的

  CaO有如下反应:

  3V2O5+3CaO→3CaOV2O5MgO+CaOMgOSiO2+1/3V2O5→2MgOSiO2+1/3(3CaOV2O5)

  如反应中V2O5浓度较高时3CaOV2O5(矾酸钙)分解成低钙矾酸钙,最低共熔点为618℃,在格子体上层工作温度下呈液相,遇弱还原气氛还会挥发。矾酸钙的生成,一方面使镁砖中的CaO/SiO2的比值发生变化,使基质从稳定范围变到CaO-MgO-SiO2三元系统低共熔点范围内,另一方面矾酸钙(液相)渗入砖内,促进方镁石晶体长大,使镁砖变形、龟裂、破碎、粉化和剥落。

  另外,在950~1150℃范围内,如果V2O5和SiO2同时存在,当Na2O/SO3<1时会发生如下反应:2SO2+O2 V2O52SO3SO3 +MgO 1150℃MgSO4生成有害的硫酸盐,加速了镁砖的侵蚀。在格子体上部最容易接触飞料中的Na2CO3、SiO2和重油中的V2O5。所以该处的格子体最容易受到侵蚀。为了减少飞料的发生,必须控制配合料中各原料中的超细粉。配合料中的超细粉主要来自于硅砂、石英砂、石灰石等。我公司对原料颗粒度的要求范围是:

  筛孔数(目)名称

  +24-140+10-100

  硅 砂05%--

  石英砂05%--

  白云石--010%

  石灰石--010%

  只要严格按照标准进行原料的采购,在配合料的制备过程中,就能够降低配合料的超细粉的含量,减少飞料的产生,从而提高熔窑的使用寿命。

  3 配合料中杂质铁对熔窑的影响

  3.1 杂质铁造成熔制温度升高

  在玻璃的熔制过程中,物料从火焰吸收的热量,是火焰以辐射方式把热量传递给物料的。熔化池温度在1500~1600℃时,火焰及碹顶的辐射传热约在 1500nm处有一个极大值;另一方面钠钙玻璃中的Fe2+离子在1050nm处的吸收值为最大。因此,可以理解由窑中的辐射传热所造成熔化池深处玻璃的温度分布与玻璃中的铁含量有直接关系。据有关测定Fe2O3含量为0。088%的玻璃液,池窑玻璃表面与池窑底温差为35℃,而Fe2O3达到0。51% 玻璃液,其温差可达380℃。正是由于Fe2O3和FeO 存在,使玻璃在窑中表面和深层的温度差扩大,就会影响玻璃液的熔融、澄清等工序,这是由铁的氧化物对热辐射具有较强的吸收作用而引起的。辐射热大部分被表层玻璃液吸收,而形成上下熔液的温度差。如果使玻璃窑底部玻璃原料熔化,务必提高整个窑中的温度。试验证明,在正常熔制作业温度范围内,每升温50℃,对耐火材料的侵蚀速率增加一倍。这不但消耗能源,缩短熔窑的使用寿命,而且造成玻璃液各部分温度不匀。还容易使玻璃板面出现波筋等缺陷。

  3.2 杂质铁造成熔窑的侵蚀

  近年来,随着玻璃熔制技术的发展,现代玻璃熔窑的单位面积熔化量大大提高,池底大多采用多层结构,并有良好的保温,使热损失大大减少,池底温度提高 200℃左右,使该处玻璃液粘度降低,流动加剧,也就加强了对池底的冲刷和侵蚀。不仅如此,玻璃液还能轻易渗入密封差的砖缝处,与耐火材料作用产生气泡,形成三相界面条件,发生向上钻蚀现象。

  当加料时随配合料及碎玻璃带入的杂质铁会造成更为严重的侵蚀;尤其在砖缝处,杂质铁侵入砖缝或孔隙后会产生气泡,将池底侵蚀出孔洞,玻璃液对耐火材料接触面上产生的向上钻蚀相似。现代玻璃熔窑池底的侵蚀来自于两个方面:

  (1)接触玻璃液部位的直接侵蚀;

  (2)下层密封层(衬层)的侵蚀,使池底砖损坏。

  整个侵蚀过程分四个阶段:(1)玻璃液或杂质从砖缝渗透;(2)密封层开始受破坏;(3)发泡的玻璃液渗入池底铺面砖及衬层之间;(4)发生"向上钻蚀",使池底铺面砖损坏。

  因此,玻璃原料中都对铁的氧化物控制在最低的允许限度。特别是用量较大的硅砂,其氧化铁含量要求在小于0。2%。我公司对各种原料的含铁量控制如下:

  名称氧化铁含量(%)

  宿迁砂≤0。18

  石英砂≤0。07

  白云石≤0。10

  方解石≤0。10

  目前本公司各种原料的控制基本上能达到以上标准,若达不到标准一律退货处理。

  4 配合料中水对熔窑的影响

  配合料混合均匀是达到最佳熔制能力的先决条件。而配合料中各组分分层、飞料对熔化、澄清及熔窑的耐火材料十分不利。为了消除这些不利因素,在配合料的混合操作中,需要加入一定量的水,实践证明,配合料的水分对它的均匀性有很大的关系。它有以下几点作用:

  (1)加水能使砂粒的表面湿润,形成水膜,加强了对助熔剂的熔解和粘附能力,使反应物之间接触良好而加速了反应过程;

  (2)加水后,水通过毛细管吸力的作用产生粘合剂的效果增加了配合料粘性,使颗粒之间的位置稳定,易调合均匀,减少分层现象;

  (3)减少扬尘,有利于保护工人身体健康;

  (4)水分能增加熔化时的热传导,使配合料容易熔化;

  (5)水分受热变成蒸气逸出,能翻动玻璃液,带出小气泡,促进玻璃液的澄清和均匀;

  (6)由于减少了飞料,因而也可减少对熔窑耐火材料和余热利用装置的腐蚀。

  另外,水分可以降低熔体的表面张力及粘度,对初熔阶段也有一定意义。而且,OH基团的红外吸收光谱带在1400℃时正好在热辐射的最佳范围。因此,至少在含铁量小的熔体中提高H2O含量可以改善热的吸收。对配合料的吸热原料,特别是芒硝和纯碱的水化程度,也与配合料中温度有关。为了使水具有良好的湿润性与渗透性,可以提高配合料的温度到35℃以上。在32℃以下时碳酸钠结合成稳定的十个结晶水的碳酸钠(Na2CO3.10H2O),在32℃时结晶成七个结晶水的碳酸钠(Na2CO3.7H20),而七个结晶水的碳酸钠在35.1℃时,分解成单水的硫酸钠(Na2CO3.H2O)。芒硝也有这类问题,在 32.4℃以下,硫酸钠与水结合成稳定的十个结晶水的硫酸钠(Na2SO4.10H2O)。温度较高时,变成无水芒硝。由此可见,超过35℃,可使更多的水处在自由状态,得以充分发挥其作用,否则有相当部分的水进入混合机后立即为纯碱和芒硝的水化吸收成为结晶水,配合料很快干燥,水分就失去其有利影响。但是水分过多也会带来很多缺点:(1)配合料过湿会形成料蛋,不易混合均匀;(2)水分蒸发耗费大量热量,降低热效率;(3)水分过多时将粘结混合机和投料设备,给操作带来困难。因此,配合料在混合时应加热水和加蒸气,使混合料温度维持在45℃左右。加水量在4%~5%为宜,这样才能抑制配合料的分层,减少飞料的产生,从而提高熔窑的熔化能力,减少因飞料造成耐火材料的侵蚀。

  5结论

  熔窑是玻璃生产过程中最重要的热工设备,减少对熔窑耐火材料的侵蚀,不但能提高玻璃质量、延长熔窑的使用寿命,而且可以达到降本增效的目的。减少熔窑侵蚀,可采取以下几项措施:

  (1)严格按质量标准采购原料,避免使用不合格原料,从而可以减少原料中超细粉对耐火材料的侵蚀。

  (2)控制原料中杂质铁的含量,减少杂质铁对熔窑的影响。

  (3)完善配合料的加水系统,抑制飞料的产生。

  (4)降低玻璃设计成分中的芒硝含率,减少SO2


文章分类: 玻璃知识
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