耐火材料知识Refractory Knowledge
玻璃窑炉设计技术之耐火材料的选用及砌筑
发布时间：2021-10-08 10:57 文章来自：http://www.zztynh.com/ 作者：天阳耐火
耐火材料在单元窑内长期受到高温、温度急剧变化及火焰、粉料、玻璃液的物理化学侵蚀和机械冲刷作用，因此随着时间的推移，将会逐渐地被剥落和熔入玻璃液，并给玻璃液造成气泡、波筋及难熔结石等缺陷，严重时使拉丝作业产生困难。当耐火材料被侵蚀到一定程度，便迫使单元窑停产冷修。因此从玻璃熔化质量和单元窑运行寿命等项要求来考虑，必须根据单元窑不同部位和不同热工制度，来正确选择适用的耐火材料。
一、E玻璃单元窑选用的主要耐火材料
1.致密氧化铬砖
它具有最佳抗高温E玻璃侵蚀性能，其侵蚀物基本上对玻璃液不造成污染，所以已成E玻璃单元窑的首选优质耐火砖材。
致密氧化铬采用等静压法成型，其致密度非常高，主要技术指标为Cr2O3含量＞94%,空气孔率＜15%，体积密度＞4.24g/cm3，侵蚀损耗只有致密锆砖的1/10。用在E玻璃单元窑直接接触高温玻璃液的熔化部池壁、熔化部高温部位池底、主通路池壁和池底、过渡通路池壁等。
国际上常用的致密氧化铬砖牌号有美国CORHARP公司生产的 .C—1215、C—1215Z、CR—100等，德国VGT—DYKO公司生产的GR95WA 及日本品川株式会社生产的UC—PC—95。
2.致密氧化锆砖
该砖的抗高温 & 玻璃液侵蚀性能略低于致密氧化铬砖，也采用等静压法成型，其技术指标为ZrO2＞65%，显气孔率＜2.0%，体积密度约4.25g/cm3，在E玻璃中温度超过1370℃就有侵蚀。用在E玻璃单元窑接触玻璃液温度稍低的熔化部池底，过渡通路、成型通路的池底以及成型通路流液槽和漏板托砖等。此外致密锆砖还作为致密铬砖的背衬砖被使用。
国际常用牌号有美国CORHARP公司生产的ZS—1300、ZS—1500、ZS—835和ZS—78等，德国PGT—DYKO公司生产的ZS65WA，日本品川株式会社生产的UC—Z、UC—CZ、UC—CZB等。
近年来，我国广州岭南耐火材料有限公司引进国外技术和设备，也生产出了采用等静压法成型的烧结致密锆砖，已为国内玻璃、玻纤窑炉部分应用。
德国KGT—DYKO公司研制开发了一种新型粗粒结构致密氧化锆砖，大大改善了砖材的内部组织结构，进而提高了砖材的耐急冷急热性能。其体积密度为3.75g/cm3，其气孔率为17%。该砖牌号为ZS65AR，具有良好的抗热震性，最适用于拉丝流液槽及漏板托砖。
3.标准锆砖
该砖ZrO2含量约为66%，容重为3.7g/cm3，具有较好的热稳定性和抗剥落性。使用在粉料侵蚀较严重的投料口区胸墙及后墙，熔窑观察孔砖及通路火焰空间的胸墙和顶盖砖、烧嘴砖。但也有采用AZS的烧嘴砖与采用莫来石砖为过渡砖及窑炉二侧的间隙砖等。
4.烧结莫来石砖
该砖化学组成为Al2O3＞74%;SiO22.2%。容重2.5g/cm3，主要用途是标准铬的背衬砖，熔化部胸墙及前端墙砖、通路烟道内衬砖、大碹碹脚及放料口外层砖、换热器入口烟道外墙砖等。还有一种采用融熔法形成莫来石晶体后再烧结成的莫来石砖；具有更优良的抗高温蠕变性和耐热震性，可用作窑炉大碹和火焰空间胸墙，使用效果很好，目前国产化也已成功。
5.电熔锆刚玉砖（AZS砖）
该砖化学组成为ZrO2 34%，Al2O3 49.2%;SiO2 15.9%。容重为 3.85g/cm3，主要用途是熔化部烧嘴砖及投料口砖。
6.电熔铬刚玉砖
该砖化学组成为Cr2O3 28.3%，Al2O3 58.3%，MgO，Fe2O3 5.2%。容重约3.4g/cm3。主要使用在换热器入口处的烟道接口砖。
二、窑炉的砌筑技术
精心设计的窑炉，必须精心砌筑，砌筑质量对窑炉寿命、燃料消耗，玻璃熔化及拉丝作业都有很大影响。为了满足窑炉对砖材砌筑尺寸和窑体热膨胀等基本要求，因此窑炉的池壁砖、池底铺面砖都要进行切磨。此外窑炉耐火砖之间膨胀缝的合理预留也是极其重要的环节。下面对砌筑技术要点作一简单介绍。
1.钢架验收和预砌筑
（1）根据窑炉施工基准线和窑炉中心线，进行钢结构放线施工。按钢结构设计要求和施工允许偏差铺设主、次梁和扁钢，同时也对通路钢结构进行施工。
（2）为确保砌筑施工质量和施工进度，对尺寸和砖缝有严格要求的池壁砖、池底铺面砖及所有承重拱砖应进行预砌筑。但如果上述砖材的尺寸精度很高，完全符合设计要求，也可不进行预砌筑。凡进行预砌筑的砖必须按顺序编号，正式砌筑时对号入座。
2.砌筑顺序和方法
（1）在池底钢结构验收合格的基础上，按窑炉施工基准线与窑炉中心线放出相关的投料口、前后排鼓泡及成型通路上各台拉丝漏板的中心线。
（2）池底砌筑，包括通路底。砌好保温砖和高岭土大砖后，在砌筑池壁处内外放宽30—50mm找平。多层型地底结构在砌筑时必须按标高负偏差控制，池底总厚度的允许偏差一般为-3mm。在池底高岭土大砖上面铺设一层铬质捣打料作为密封层，可防止玻璃液渗透至抗腐蚀性差的粘土砖层。
（3）池壁砌筑，包括通路池壁。砌池壁的底砖必须保证水平度，否则要对该部位底面砖进行加工，直至达到要求。多层池壁砖砌筑时，先里后外地操作，要确保炉膛内尺寸，严禁砖材砍凿面朝向炉膛。墙角需交错压缝砌筑，严格保持垂直度。
（4）吊装立柱。采取临时措施稳住立柱，然后按设计要求安装碴碴角钢，立柱与碴碴角钢必须紧靠，同时定准标高。
（5）砌筑大碹。制作碹胎，经拱架做承载沉降试验和相应尺寸检查后，大碹由两侧同时向中心砌筑，并要求连续作业，尽量控制在 !*+ 内完成。大碹保温层施工待烤窑结束后进行。
（6）砌筑胸墙、前墙、后墙和通路火焰空间。胸墙的砌筑应在仔细检查托架、托板和支撑架安装合格后进行。砌筑挂钩砖与胸墙砖要有采取防止向窑内倾倒的措施。
（7）砌筑烟道、烟囱。必须在清除窑内杂物，并用吸尘器吸净后进行砌筑。熔窑烟道和烟囱的砌筑，还要与金属换热器相配合，通路烟囱必须等通路砌筑完毕后再砌筑。
（8）砌筑方法分干砌和湿砌两种。
干砌部位：熔化部和通路的池底、池壁，火焰空间部位的挂钩砖，熔化部和烟道的碹碹砖，电熔砖砌体及通路顶盖砖。
湿砌部位：熔化部火焰空间的侧墙和碹顶，烟道、烟囱及窑炉的保温层砖，湿砌所用泥浆应根据所用耐火砖材配制相应耐火泥。
3.砌筑的质量要求和检验
（1）砖缝。要求砖与砖间的缝隙要小，空间各部位砌体的砖缝允许厚度一般不超过2mm。碹顶砖缝要求小于1mm，保温砖可扩大至 3mm。
（1）膨胀缝。耐火砖材受热会膨胀，应根据所用砖材及所处部位的温度状况来留设膨胀缝。每1m长的砌体内留设膨胀缝的平均值可用平均线膨胀系数!均求出。池底砖、池壁砖，要适当减少，以防胀不满E玻璃单元窑所用主要耐火材料致密铬砖、致密锆砖的膨胀缝平均值约为5mm。膨胀缝要均匀分段（间距不大于2m）留设，内外砖层间按封闭式留设，上下砖层间按交错留设，胀缝内应保持清洁，外层用胶带密封砖缝。
（2）允许误差。对标高、水平度、垂直度、线尺寸和砌体表面平整度都有严格的允许误差范围。砌体砖缝用塞尺检查，塞尺厚度等于被检验砖缝的规定厚度。平整度用2m靠尺在所有方向检查。在全部检查结束并对窑内多次清洁后进行密封处理，尽量减少外界杂物。
一、E玻璃单元窑选用的主要耐火材料
1.致密氧化铬砖
它具有最佳抗高温E玻璃侵蚀性能，其侵蚀物基本上对玻璃液不造成污染，所以已成E玻璃单元窑的首选优质耐火砖材。
致密氧化铬采用等静压法成型，其致密度非常高，主要技术指标为Cr2O3含量＞94%,空气孔率＜15%，体积密度＞4.24g/cm3，侵蚀损耗只有致密锆砖的1/10。用在E玻璃单元窑直接接触高温玻璃液的熔化部池壁、熔化部高温部位池底、主通路池壁和池底、过渡通路池壁等。
国际上常用的致密氧化铬砖牌号有美国CORHARP公司生产的 .C—1215、C—1215Z、CR—100等，德国VGT—DYKO公司生产的GR95WA 及日本品川株式会社生产的UC—PC—95。
2.致密氧化锆砖
该砖的抗高温 & 玻璃液侵蚀性能略低于致密氧化铬砖，也采用等静压法成型，其技术指标为ZrO2＞65%，显气孔率＜2.0%，体积密度约4.25g/cm3，在E玻璃中温度超过1370℃就有侵蚀。用在E玻璃单元窑接触玻璃液温度稍低的熔化部池底，过渡通路、成型通路的池底以及成型通路流液槽和漏板托砖等。此外致密锆砖还作为致密铬砖的背衬砖被使用。
国际常用牌号有美国CORHARP公司生产的ZS—1300、ZS—1500、ZS—835和ZS—78等，德国PGT—DYKO公司生产的ZS65WA，日本品川株式会社生产的UC—Z、UC—CZ、UC—CZB等。
近年来，我国广州岭南耐火材料有限公司引进国外技术和设备，也生产出了采用等静压法成型的烧结致密锆砖，已为国内玻璃、玻纤窑炉部分应用。
德国KGT—DYKO公司研制开发了一种新型粗粒结构致密氧化锆砖，大大改善了砖材的内部组织结构，进而提高了砖材的耐急冷急热性能。其体积密度为3.75g/cm3，其气孔率为17%。该砖牌号为ZS65AR，具有良好的抗热震性，最适用于拉丝流液槽及漏板托砖。
3.标准锆砖
该砖ZrO2含量约为66%，容重为3.7g/cm3，具有较好的热稳定性和抗剥落性。使用在粉料侵蚀较严重的投料口区胸墙及后墙，熔窑观察孔砖及通路火焰空间的胸墙和顶盖砖、烧嘴砖。但也有采用AZS的烧嘴砖与采用莫来石砖为过渡砖及窑炉二侧的间隙砖等。
4.烧结莫来石砖
该砖化学组成为Al2O3＞74%;SiO22.2%。容重2.5g/cm3，主要用途是标准铬的背衬砖，熔化部胸墙及前端墙砖、通路烟道内衬砖、大碹碹脚及放料口外层砖、换热器入口烟道外墙砖等。还有一种采用融熔法形成莫来石晶体后再烧结成的莫来石砖；具有更优良的抗高温蠕变性和耐热震性，可用作窑炉大碹和火焰空间胸墙，使用效果很好，目前国产化也已成功。
5.电熔锆刚玉砖（AZS砖）
该砖化学组成为ZrO2 34%，Al2O3 49.2%;SiO2 15.9%。容重为 3.85g/cm3，主要用途是熔化部烧嘴砖及投料口砖。
6.电熔铬刚玉砖
该砖化学组成为Cr2O3 28.3%，Al2O3 58.3%，MgO，Fe2O3 5.2%。容重约3.4g/cm3。主要使用在换热器入口处的烟道接口砖。
二、窑炉的砌筑技术
精心设计的窑炉，必须精心砌筑，砌筑质量对窑炉寿命、燃料消耗，玻璃熔化及拉丝作业都有很大影响。为了满足窑炉对砖材砌筑尺寸和窑体热膨胀等基本要求，因此窑炉的池壁砖、池底铺面砖都要进行切磨。此外窑炉耐火砖之间膨胀缝的合理预留也是极其重要的环节。下面对砌筑技术要点作一简单介绍。
1.钢架验收和预砌筑
（1）根据窑炉施工基准线和窑炉中心线，进行钢结构放线施工。按钢结构设计要求和施工允许偏差铺设主、次梁和扁钢，同时也对通路钢结构进行施工。
（2）为确保砌筑施工质量和施工进度，对尺寸和砖缝有严格要求的池壁砖、池底铺面砖及所有承重拱砖应进行预砌筑。但如果上述砖材的尺寸精度很高，完全符合设计要求，也可不进行预砌筑。凡进行预砌筑的砖必须按顺序编号，正式砌筑时对号入座。
2.砌筑顺序和方法
（1）在池底钢结构验收合格的基础上，按窑炉施工基准线与窑炉中心线放出相关的投料口、前后排鼓泡及成型通路上各台拉丝漏板的中心线。
（2）池底砌筑，包括通路底。砌好保温砖和高岭土大砖后，在砌筑池壁处内外放宽30—50mm找平。多层型地底结构在砌筑时必须按标高负偏差控制，池底总厚度的允许偏差一般为-3mm。在池底高岭土大砖上面铺设一层铬质捣打料作为密封层，可防止玻璃液渗透至抗腐蚀性差的粘土砖层。
（3）池壁砌筑，包括通路池壁。砌池壁的底砖必须保证水平度，否则要对该部位底面砖进行加工，直至达到要求。多层池壁砖砌筑时，先里后外地操作，要确保炉膛内尺寸，严禁砖材砍凿面朝向炉膛。墙角需交错压缝砌筑，严格保持垂直度。
（4）吊装立柱。采取临时措施稳住立柱，然后按设计要求安装碴碴角钢，立柱与碴碴角钢必须紧靠，同时定准标高。
（5）砌筑大碹。制作碹胎，经拱架做承载沉降试验和相应尺寸检查后，大碹由两侧同时向中心砌筑，并要求连续作业，尽量控制在 !*+ 内完成。大碹保温层施工待烤窑结束后进行。
（6）砌筑胸墙、前墙、后墙和通路火焰空间。胸墙的砌筑应在仔细检查托架、托板和支撑架安装合格后进行。砌筑挂钩砖与胸墙砖要有采取防止向窑内倾倒的措施。
（7）砌筑烟道、烟囱。必须在清除窑内杂物，并用吸尘器吸净后进行砌筑。熔窑烟道和烟囱的砌筑，还要与金属换热器相配合，通路烟囱必须等通路砌筑完毕后再砌筑。
（8）砌筑方法分干砌和湿砌两种。
干砌部位：熔化部和通路的池底、池壁，火焰空间部位的挂钩砖，熔化部和烟道的碹碹砖，电熔砖砌体及通路顶盖砖。
湿砌部位：熔化部火焰空间的侧墙和碹顶，烟道、烟囱及窑炉的保温层砖，湿砌所用泥浆应根据所用耐火砖材配制相应耐火泥。
3.砌筑的质量要求和检验
（1）砖缝。要求砖与砖间的缝隙要小，空间各部位砌体的砖缝允许厚度一般不超过2mm。碹顶砖缝要求小于1mm，保温砖可扩大至 3mm。
（1）膨胀缝。耐火砖材受热会膨胀，应根据所用砖材及所处部位的温度状况来留设膨胀缝。每1m长的砌体内留设膨胀缝的平均值可用平均线膨胀系数!均求出。池底砖、池壁砖，要适当减少，以防胀不满E玻璃单元窑所用主要耐火材料致密铬砖、致密锆砖的膨胀缝平均值约为5mm。膨胀缝要均匀分段（间距不大于2m）留设，内外砖层间按封闭式留设，上下砖层间按交错留设，胀缝内应保持清洁，外层用胶带密封砖缝。
（2）允许误差。对标高、水平度、垂直度、线尺寸和砌体表面平整度都有严格的允许误差范围。砌体砖缝用塞尺检查，塞尺厚度等于被检验砖缝的规定厚度。平整度用2m靠尺在所有方向检查。在全部检查结束并对窑内多次清洁后进行密封处理，尽量减少外界杂物。
