玻璃窑用常见9种耐火砖性能及工作原理
发布日期： 2020-07-10 08:32:49 阅读量（1558） 作者：在玻璃窑炉窑衬的配置设计中，主要以定形耐火砖为主，根据玻璃窑炉不同部位的工况环境，其应用的耐火砖材质、性能也都不同。以下是我国玻璃窑炉炉衬最常用到的9种耐火砖：
1、硅砖
硅砖是酸性耐火材料，玻璃窑用硅砖是以磷石英为主的用于砌筑玻璃窑炉高温部位所用的硅质耐火制品，其荷重变形温度较高，波动范围为1640〜1680℃，接近磷石英、方石英的熔点(1670℃、1713℃)。优质硅砖具备高纯致密、荷重软化温度高、重烧变化低、抗高温蠕变性能好、常温耐压强度大、矿相组成合理、真密度小、尺寸精确等性质特点。随着当前光伏玻璃窑炉越来越大型化，玻璃熔制温度也高，硅砖受到耐火度低(1690〜1730℃)及热震稳定性差(水中热交换为1〜4次)的限制，不能满足熔化部大碹顶使用要求，但是冷却部上部结构却成为不二选择。其理化分析见表1
表1玻璃窑用优质硅砖理化指标
注：熔融指数是氧化铝质量分数与2倍总碱性氧化物质量分数之和，即Al2O3质量分数+2R2O质量分数。
2、黏土砖
黏土砖是偏酸性的耐火材料，随着砖中Al2O3含量的增加其酸性逐渐减弱，其热导率是所有耐火材料中最低的。其耐火度虽然高达1700℃，但是荷重软化温度只有1300℃左右，当其受到大量R2O侵蚀时，软化温度还要进一步下降到1050℃左右，因此在高温使用时不能承重受压。黏土砖的热膨胀率是常用耐火材料中最小的，同时由于黏土砖结晶细小、气孔小而分布均匀，应力较易得到缓冲，因此在很大范围内抗热冲击性强，可以用于窑炉次重要部位如烟道选材。
3、高铝砖
Al2O3含量大于48%的硅酸铝质耐火材料统称为高铝质耐火材料。按Al2O3含量的多少划分为3个等级：
Ⅰ等：Al2O3>75%;
Ⅱ等：Al2O3 60%〜75%;
Ⅲ等：Al2O3 48%〜60%。
在Al2O3含量小于71.8%的范围内，随Al2O3含量的增加，高铝质制品中主晶相莫来石增加;在Al2O3大于71.8%的范围内，随Al2O3含量的增加，莫来石数量减少而刚玉的数量增加。制品的耐火材料性能随Al2O3含量的提高而提高。高铝质耐火材料与黏土质耐火材料相比较，突出的优点是耐火度及荷重软化温度高，高铝质耐火材料制品比黏土制品有较高的导热能力。高铝质耐火制品的耐热震性介乎于黏土制品和硅质制品之间，可用于玻璃審炉大碹保温层挡边砖。
4、硅线石砖
与黏土砖相比，硅线石砖和莫来石砖具有更高的高温荷重软化点，具有致密的细粒结构，不易使玻璃液产生气泡，极适宜于放料口结构部位。
5、莫来石砖
莫来石砖的主晶相是莫来石，莫来石的耐火度为1850℃左右，荷重软化温度高，高温蠕变率低，抗热震性好，耐酸性熔渣侵蚀，可选择为垂直烟道下部结构以及水平烟道内部内表面。
6、电熔莫来石砖
电熔莫来石以高铝矾土为原料，将不同的矾土配成莫来石的组成(3Al2O3-2SiO2)，质量百分比为：Al2O372%，SiO2 28%。主要晶相为莫来石和刚玉，玻璃相充填在晶相间。其耐玻璃液侵蚀比烧结的耐火材料强，但是不如电熔耐火材料。加入少量(7%〜8.5%)二氧化锆，可以使莫来石晶体变小、砖组织结构致密，莫来石增至60%〜70%，相对降低了玻璃相的含量，并减小了制品的裂纹。电熔莫来石砖的热膨胀系数低、抗热震性好、耐玻璃液侵蚀性能强。
7、电熔锆刚玉砖
电熔锆刚玉砖属于Al2O3-ZrO2-SiO2系统(简称AZS砖)。按照ZrO2含量可分为三级：33%、36%、41%，其相组成容积百分率见表2。
表2锆刚玉砖相组成容积百分率
电熔锆刚玉砖相比电熔莫来石砖抗玻璃液侵蚀性能好，主要原因为：
①锆刚玉砖中主晶相是坚密共存的刚玉和斜锆石，这两种晶相抗侵蚀性能都很好。
②锆刚玉砖中玻璃相填充与上述晶相之间，这种玻璃相受到高温玻璃液侵蚀后生成黏度较高的钠长石质玻璃，由于其中熔化了一定数量的ZrO2而黏度更大，这层高黏度质的玻璃留在砖表面上，不易扩散，保护了砖体。电熔锆刚玉砖的抗侵蚀性能随ZrO2含量的增加而提高。其中ZrO2熔化温度高达2700℃左右，且具有高的抗酸、碱及玻璃液等介质的能力。
电熔锆刚玉砖不但用于温度高、侵蚀严重的与玻璃液接触的部位，而且广泛用于玻璃熔窑上部结构中。
8、电熔刚玉砖
电熔刚玉砖a-b-Al2O3(94.5%〜96.5%)以高纯氧化铝为原料，引入少量的纯碱，在2000〜2200℃下熔解而成，晶体结构是由45%〜55%的a-Al2O3和45%〜60%的b-Al2O3相组成，由于较大量的b-Al2O3交织于a-Al2O3晶体之间，使原来的a-Al2O3管状显微结构变成鳞片状结构，晶体亦较其单独存在时细小得多，所以其耐侵蚀仅次于a-Al2O3，而砖体的耐热变形却大大提高了，因此其成为通路池壁、熔化部澄清区大碹耐材的最佳选择。电熔锆刚玉与电熔刚玉砖性能对比分析见表3。
表3 电熔锆刚玉与电熔刚玉砖的性能对比
从表3中可以看出，在高温下使耐火材料的侵蚀性：AZS-41#>AZS-36#>AZS-33#〉a-b-Al2O3，这是因为电熔锆刚玉砖中主晶相是坚密共存的刚玉(a-Al2O3)和斜锆石(ZrO2)，而这两种晶相抗侵蚀性能都很好。电熔锆刚玉的抗侵蚀能力随着ZrO2含量的增加而提高。碹脚砖因强度要求高，且考虑到玻璃液挥发物容易在此处聚集，熔窑碹脚砖应选择33#电熔AZS砖，同理池壁拐角部位受到玻璃液冲刷更甚，玻璃液挥发物及碱蒸汽更容易在此处聚集，一般应选择ZrO2含量较高的电熔砖，41#电熔AZS砖最佳。
9、含锆耐火砖
含锆耐火制品是以氧化锆(ZrO2)、锆英石(ZrSiO4)为原料制造的耐火制品。氧化锆系列制品、锆英石系列制品、锆莫来石和锆刚玉系制品都属于此类制品。根据生产工艺的不同、含锆耐火制品分为烧结制品、熔铸制品和不烧制品。含锆耐火制品具有熔点高、热导率低、化学稳定性好等特点，特别是对溶融玻璃具有良好的耐侵蚀性。
含锆耐火材料的性质取决于ZrO2的性质。致密、稳定化氧化锆的熔点为2677℃，使用温度达2500℃。体积密度因原料的纯度与制造方法的不同而波动于4.5〜5.5g/cm3之间，致密的氧化锆制品的体积密度可达5.75g/cm3。氧化锆制品的机械强度很高，而强度一直保持到1300〜1500℃。ZrO2的热导率比所有其他氧化物材料的热导率低很多。利用ZrO2的这个特性可以做高温隔热层。
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