熔块窑炉的侵蚀与改善的探讨

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1、2014 年第 7 期（第 216 期）佛 山 陶 瓷熔块窑炉的侵蚀与改善的探讨何庆华 1，李家铎 1，张磊 2，张国庆 1，罗振锋 2（1.广东三水大鸿制釉有限公司，佛山528143；2.佛山科学技术学院，佛山528000）摘 要：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，决定了熔块窑炉在炉体结 构和材料上要求更严格。 本文以一台 15 m2 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。关键词：熔块窑炉；侵蚀；改善；节能1 引言熔块窑炉从结构上

2、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 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 15 m2 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

3、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1 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 窑炉的结构示意图如图 1 所示。3.2 窑炉主要部位的侵蚀情况 3.2.1 蓄热室侵蚀情况 蓄热室的侵蚀情况如图 2 所示。由图 2（a）可以看到，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FOSHAN CERAM

4、ICS Vol.24 No.7（Serial No.216）(a) 窑炉侧视图（b) 窑炉正视图（a） 蓄热室内部最上层（b） 蓄热室后墙部位表 1 分耐火砖材料的特性及使用部分详情 名称特性使用部位粘土砖耐火度为 15801700 ，其中含有 3046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，有残存收缩。炉底、炉墙外围、蓄热室外墙、烟道等温度 相对较低的地方。高铝砖耐火度为 17501790 ，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 14201530

5、，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。蓄热室内墙、碶角、格子体、炉胸墙、炉底 等高温区。耐火度为 17101730 ，其中含有 SiO2 在 93%以上，SiO2 在不同的温度下有 硅砖不同的结晶形态，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。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。锆刚玉砖锆刚玉砖是在氧化铝配料中加入 3041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

6、 锆刚玉砖。 耐火度在 1750 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 以上。用于熔化池及与玻璃液直接接触部位以 及窑炉关键部位。烧结莫来石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，常温耐压强度为 70260 MPa，荷重软化开始点为 16001700 。用于炉胸墙内衬及炉弦。保温砖具有质轻、抗压强度低、体积密度低、

7、导热系数小、质优价廉。用于炉墙外层。图 1 窑炉的结构示意图面的一排被侵蚀殆尽， 稍近处仅剩下 5 个完整的八角砖。图 2（b）中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 小炉侵蚀情况图 2 蓄热室内的侵蚀情况火口整个墙被侵蚀的状况如图 3 所示。由图 3 可知，两个小炉之间的墙柱被侵蚀的厚度变化2014 年第 7 期（第 216 期）佛 山 陶 瓷（a） 加料口的侵蚀正视图（b） 加料口上部及炉顶部位侵蚀情况（a） 窑炉整个前墙内部（b） 窑炉前墙左右侧被侵蚀的凹洞图 3 火口整个墙被侵蚀的状况较均一。 小炉的顶部龙门架的电熔砖表面已经脱落，小炉

8、 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 加料口部分被侵蚀示意图如图 4 所示。由图 4 可知，窑炉中与加料口等高平行的两侧被侵蚀图 4 加料口部位被侵蚀示意图的很严重， 加料口侵蚀后最宽处有 100 cm， 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

9、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，如图 4（b）所示，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 胸墙侵蚀情况左、右侧挂钩砖及熔池被侵蚀的状况如图 5 所示。 由图 5 可知，右侧胸墙在挂钩砖上宽约 50 cm，长约图 5 左、右侧挂钩砖及熔池被侵蚀的状况140 cm 的范围内，耐火材料被侵

10、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 100 cm 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 6 cm 厚； 左侧挂钩砖被侵蚀程度要大于右 侧，有 140 cm 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 3 cm 厚。池壁被侵蚀的很深，两池壁之间 的距离为 270 cm，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 窑

11、炉前墙与流口处侵蚀示意图如图 6 所示。由图 6 可知， 整个窑炉前墙与流口处侵蚀最严重，前图 6 窑炉前墙与流口处侵蚀情况FOSHAN CERAMICS Vol.24 No.7（Serial No.216）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 炉顶被侵蚀情况如图 7 所示。 炉顶被粉尘和火焰冲刷出很多细小的空洞，原料与耐图 7 炉顶被侵蚀情况火材料发生共熔，

12、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 2 m 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

13、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 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

14、，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，随着高图 8 火焰、气流在炉内的运行轨迹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

15、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。4 窑炉结构的改进设想4.1 蓄热室的改进设想 窑炉内燃烧后的烟气离开窑炉内部时的温度很高，可 达 1400 以上。 烟气在这样高的温度下离开窑炉，将带走 大量的热量，一般约占窑炉供热量的 30%40%。 因此，为 提高窑炉的热效率，合理利用能源，在玻璃窑炉的结构设 计中都附有蓄热室等余热利用设备。 同时，为达到窑炉内 所要求的火焰温度，除了燃料

16、燃烧提供的热能外，还需将 助燃空气预热,这也是引入蓄热室的重要目的之一。蓄热室是窑炉正常运行中助燃风和废气的通道。在蓄 热室内部，气流通过八角砖时被分割成许多相互平行的小 股气流，由于热气流自上而下的流动，热能逐渐被八角砖 吸收，给蓄热室加热；冷空气从下到上流动吸收八角砖内 部的热能，逐渐被加热。 这些热能的转换符合分散垂直气 流法则，使得蓄热室的八角砖能够均匀的被加热，然后再 将热能助燃空气，使助燃空气也能被均匀的加热,不会存 在热量不均匀的情况。 从这可以看出，增大八角砖与烟气2014 年第 7 期（第 216 期）佛 山 陶 瓷的接触面积，提高其换热面积，使八角砖吸收的热量越多， 进而传给助燃空气的热量也就越多，助燃空气进入窑炉内 的温度也就越高。 有助于提高燃料的燃烧效率，不仅提高 了窑炉内部的温度，而且节约