硅砖、温度波动、烟气成分对玻璃质量的影响
发布日期： 2020-02-17 14:16:11 阅读量（774） 作者：刘梓明
玻璃中的缺陷都会影响其外观，降低产品的品级。同时，玻璃生产的各个阶段都能产生缺陷，所以缺陷种类多，产生的原因复杂，一般来说，结石、节瘤 、玻璃态夹杂物等主要是在熔窑内产生的，外观尺寸大，矿物学特征明显(即显微结构清晰，化学成分测定准确)。
1、硅砖本身的影响
熔窑上使用的优质硅砖各组分质量分数分别为：w(SiO2)=96.84%，w(CaO)=1.53%，w(Fe2O3)=0.52%，残余石英的质量分小于1%。耐火温度为1710～1730℃，荷重软化温度T0.6=1691℃，重烧线变化(1450℃，2h)+0.04%，真密度2.33g/cm3。其耐火度不高但荷重软化温度高，适于高温下长期使用。硅砖大碹直接位于熔池上方，这符合所处温度范围1400～1650℃，尤其是1#至5#小炉处碹顶硅砖要经受1600℃左右火焰的烧蚀，其间只有方石英一个稳定相1470℃。
硅砖是以石英岩、砂岩、废硅砖或其他含石英的岩石为原料，并添加有机结合剂(磷酸盐或亚硫酸盐)在1400℃左右烧制而成的，SiO2质量分数为94%以上。它是由单一氧化物组成的酸性硅质耐火材料，对碱性氧化物的抗侵蚀性能比较差。在矿相组成上主要是鳞石英晶相、SiO2结晶和少量硅酸盐结晶，玻璃相很少。鳞石英的存在和生成必须有杂质离子(即矿化剂)存在，否则鳞石英就会转化为其他晶型，也就是说无矿化剂时不稳定相是很难转化为稳定相的。硅砖里加入的矿化剂在烧成时会促进各晶型向鳞石英转化，因此其烧成温度也是选在鳞石英的稳定区域上限附近(1400～1450℃)。鳞石英转化为方石英的温度理论上是1470℃，但在较多的矿化剂作用下，1260℃时砖中的鳞石英矿相就能向稳态的方石英转化。图1是一块使用了8年的碹顶硅砖形貌。
图1 使用8年的碹顶硅砖形貌
由图5能清晰看到各个侵蚀分带：(1)靠近工作面的接触带，呈釉状灰白色，结构致密，主要是方石英晶体。工作面温度常超过1470℃，故在板状鳞石英晶面上生成了枝状和骨架状的方石英晶体。同时受碱性组分侵蚀矿化作用增强，二次重结晶针状的鳞石英也析出了，所以是鳞石英和方石英交错生长。(2)中间过渡带，呈灰黑色或灰绿色，主要是鳞石英的重结晶带。(3)外层呈棕红色或棕黄色，微观结构与原始硅砖基本相同。
2、温度波动对熔窑局部温度的影响
碹顶的温度取决于火焰的辐射能力，而温度波动很大的地是喷火口区———空气助燃需要定时换火使烟气与助燃空气进行热交换，于是，换火过程窑内会失去火焰，导致窑温波动。砖材受物理和化学侵蚀速度随温度升高而呈对数函数增加，梅书霞等[5]认为温度升高50℃，耐火材料受侵蚀速度增加一倍。温度长时间大范围波动必然会破坏耐火材料‐玻璃液系统的平衡。在水平方向，熔窑内最高火焰温度超过1600℃，换向时温度波动超过100℃，且换向时配合料粉固体颗粒和轻碱的飞扬，使有浮料堆的前三对喷火口成为侵蚀最严重的地方，对应的格子体也堵塞最严重。高度方向上，在玻璃液和碹顶之间会有流动平缓的气氛形成循环气流保护层防止碹顶局部过热，实际情况是该保护层被破坏。
天然气主要成分为甲烷，比空气轻易挥发，着火温度高，火焰刚性差;碳氢质量比约为3，远小于液体燃料，所以热值和火焰的辐射能力低于重油;燃烧需要的助燃风量多，废气产生体积增加约9%;燃烧天然气产生的废气温度比燃烧重油时高约50℃。天然气燃烧器的安装方式与油燃烧器基本相同，工艺调整见表3。因为天然气火焰的辐射能力低于重油火焰，所以为保证热点位置的基本稳定制定两套方案。方案一是：热点之前使用天然气，同时稳定热点位置，增加2#小炉的油量以加强融化;方案二是：维持热点之前的融化气氛和条件不变，稳定热点位置，天然气只在热点之后使用。
表1 油气混烧时各小炉燃料和助燃空气流量
方案一，即在1#、3#、5#炉使用天然气，在2#、4#炉使用油加强熔化。燃气火焰长而发飘，火焰温度稍部高于根部，火焰角度也与烧油不同，更易把粉料吹扫进蓄热室，造成筒砖损坏和堵塞。而蓄热室堵塞又造成助燃风不足，油燃烧不充分，火焰辐射力下降，同时，在火焰的气氛、刚性、角度、长度、火根亮度等方面的控制失效。改烧天燃气后产生的废气量大大增加，南侧3#炉蓄热室明显上风排废都不通畅，检查发现上层筒砖堵塞严重，这就使大量废气停留在熔化池内，升高碹顶温度的同时冲刷侵蚀作用增强。换火过程的冲击也会使窑压瞬间产生波动。这些都会破坏循环气流保护层，紊乱碹顶温度场，使碹顶的钟乳滴落，玻璃板上碹滴数量随之增多。
方案一实施重点：1)疏通3#、4#炉蓄热室;2)稳定熔化部窑压3.8Pa;3)料堆位置前推至6#枪外，保持热点位置和温度稳定;4)燃气喷枪角度下压，过剩空气3%。措施实施后碹滴明显减少，5#疵点由平均每半小时52个减少到平均每半小时23个，热点及胸墙温度稳定，总成品率也由74%提高至78%。
实践表明，油气间隔开混烧的方式操作难度大，碹顶温度场仍然不稳定、不合理，于是又实施了方案二，即在1#、2#、3#炉使用油，在4#、5#炉使用天然气。实施重点：1)稳定熔化部窑压2.6Pa;2)料堆位置延后至8#枪外，适当增加3#小炉供油量，缩短亮带宽度，使热点后移至4#炉;3)燃气喷枪角度适中，增加助燃空气量，过剩空气4.5%。措施实施后碹滴又有所减少，5#疵点减少到平均每半小时17个。
方案一和方案二的碹顶温度和胸墙温度的均值及5#疵点个数见表2。
表2 方案一和方案二的碹顶温度和胸墙温度的均值及5#疵点个数
注：A、B、C、D、E为碹顶温度平均值的偶点;a、b、c为胸墙温度平均值的偶点;5#疵点个数是24小时内观察3次得到数据的平均值。
由表2可知：方案一中澄清部碹顶温度和胸墙温度明显要高，表明高温烟气存留过多对碹顶和后山墙的冲击加剧，与3#、4#炉蓄热室有堵塞的情况相吻合。碹顶测温偶点A至E位于熔窑碹顶中心切面与每个小炉的中心切面相交的切面上，测温偶点F位于澄清部距后山墙1.5m处，所测量的为碹砖靠近碹顶处的温度值。胸墙测温偶点b位于3#小炉与4#小炉之间的跺上，胸墙测温偶点c位于澄清部距后山墙2m处。
3、烟气成分的影响
伴随炼油技术的提高，重油的品质下降，热值走低，成分复杂，黏度高且不稳定。调和煤焦油中掺入物质多、杂质含量高，热值、黏度变化大，所以燃烧变化大，表现在焦结物多、喷枪易堵塞，火焰变形多、火焰覆盖面积小，支枪油流量不稳定，造成熔化温度不稳定等，加重了熔窑耐火材料的侵蚀。窑内气氛因燃料不同而性质多变，表1中的方案一清楚地表明熔窑内的氧化‐还原分区更模糊，对玻璃熔化质量有影响，对碹顶和胸墙侵蚀更加厉害，钟乳和流溜物更新加快，造成玻璃板上碹滴数量增多。表3中的高浓度SO2气体明显不是芒硝分解引起的，其来源主要是燃料的燃烧产物。重油燃烧产物V2O5和NiO含量很少但侵蚀性强，废气中的亚硫酸钠与耐火材料的化学反应激烈，且酸性成分增多。
表3 油气混炼时各炉烟气中的SO2质量浓度 mg/m3
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