熔塊窯爐從結(jié)構(gòu)上看與玻璃窯爐相似,但由于熔塊的粘度大,以及燒成溫度高的特性(通常為1550°C左右),決定了熔塊窯爐在爐體結(jié)構(gòu)和材料上要求更嚴格。以重油為燃料時,需要使用壓縮空氣進行霧化,加上重油熱值很高燃燒時需要大量的助燃空氣,這些導致窯爐內(nèi)部的氣流速度很快且溫度高,氣流帶起窯爐內(nèi)的原料對整個窯爐爐體耐火材料進行沖刷,產(chǎn)生了很嚴重的侵蝕,大大地降低了窯爐的使用壽命。同時,燃燒產(chǎn)生的廢氣也帶走了大量的熱量,使整個窯爐的能量利用率降低,損失了大量的能量。本文以一臺15m2待修的熔塊窯爐為研究對象,分析了窯爐的結(jié)構(gòu),各部分耐火材料的選擇,以及侵蝕損傷狀況與侵蝕原因,并提出了改善窯爐的設想.從而使窯爐更加節(jié)能,性價比更高。
2耐火磚材的特性及使用部位
目前,窯爐中部分耐火磚材料的特性及使用部分如表所示。
3窯爐的結(jié)構(gòu)和主要部位耐火材料的侵蝕分析
3.1窯爐的結(jié)構(gòu)
3.2窯爐主要部位的侵蝕情況
3.2.1蓄熱室侵蝕情況
蓄熱室內(nèi)的上層八角磚被侵蝕的都是孔洞,表面材質(zhì)疏松。在遠離小爐位置的八角磚被侵蝕的最嚴重,兩個角落的八角磚均被侵蝕的已經(jīng)倒塌,都塞了通風口?？拷鼉尚顭崾抑g的墻壁處,八角磚的侵蝕情況最為嚴重,由距離小爐越遠侵蝕情況越嚴重,最里

名稱 ?	特性 ?	使用部位 ?
粘土磚	耐火度為1580~1700°C,其中含有30%~46%的氧化鋁,根據(jù)氧化鋁含量分為普通、一級、特級三種。屬弱酸性耐火材料,抗熱振性好,對酸性爐渣有抗蝕性,應用廣泛,荷重軟化點1350°C,有殘存收縮。	爐底、爐墻外圍、蓄熱室外墻、煙道等溫度
高鋁磚	耐火度為1750~1790°C,其中Al2O3的含量在46%以上,屬于中性材料,抗酸性爐渣性能稍好,荷重軟化點1420~1530°C,熱膨脹小,有殘存收縮。根據(jù)氧化鋁含量從低到高分三級、二級、一級、特級共四級,一級高鋁,氧化鋁含量在65%以上。	相對較低的地方。
硅磚	耐火度為1710~1730°C,其中含有SiO2在93%以上,SiO2在不同的溫度下有不同的結(jié)晶形態(tài),各種不同的結(jié)晶形態(tài)在一定的溫度下會發(fā)生轉(zhuǎn)變,并且體積也隨之改變,屬于酸性耐火材料,抗熱震性差。	蓄熱室內(nèi)墻、碶角、格子體、爐胸墻、爐底等高溫區(qū)。
鋯剛玉磚	鋯剛玉磚是在氧化鋁配料中加入30%~41%的二氧化鋯,主要礦物組成是剛玉、斜鋯石和玻璃相。分為電熔(或熔鑄)鋯剛玉磚(又稱AZS熔鑄磚)和燒結(jié)鋯剛玉磚。耐火度在1750°C以上,電熔鋯剛玉按工藝分為氧化法和還原法兩種。按澆注方法可分WS(無縮孔澆鑄)、PT(普通澆鑄)和QX(傾斜澆鑄)三種。根據(jù)ZrO2含量又有33#、36#、41#之分。耐玻璃熔液侵蝕性強,且對玻璃不著色,荷重軟化開始溫度在1700°C以上。	窯爐、蓄熱室內(nèi)墻、弦頂?shù)瘸刍赝獾母邷貐^(qū)域,不宜使用于溫度急變處。
燒結(jié)莫來石保溫磚	以莫來石為主晶相的高鋁質(zhì)耐火制品。莫來石磚一般含Al2O3在64%~75%以上,耐火度>1790°C,常溫耐壓強度為70~260MPa,荷重軟化開始點為1600~1700°C。	用于熔化池及與玻璃液直接接觸部位以及窯爐關鍵部位。
保溫磚	具有質(zhì)輕、抗壓強度低、體積密度低、導熱系數(shù)小、質(zhì)優(yōu)價廉。	用于爐胸墻內(nèi)襯及爐弦。用于爐墻外層。

面的一排被侵蝕殆盡,稍近處僅剩下5個完整的八角磚。蓄熱室內(nèi)部的墻體也被侵蝕,頂部有些耐火磚已經(jīng)脫落,墻體表層被侵蝕的很疏松。
?3.2.2小爐侵蝕情況
兩個小爐之間的墻柱被侵蝕的厚度變化由較均一。小爐的頂部龍門架的電熔磚表面已經(jīng)脫落,小爐通風道墻壁也被侵蝕的很疏松,可以看到上部有耐火材料掉落,通道上堆了一層耐火材料的碎渣;火口周圍原本很規(guī)則的梯形耐火材料已經(jīng)被侵蝕的成為一片松軟的碎渣,處于火口處的熔池池壁也被侵蝕成凹型;觀察火口周圍的墻壁上耐火材料被侵蝕成沙丘狀,方向均向著小爐內(nèi)部;火口兩側(cè)的寬度被擴大,整體呈喇叭狀。
3.2.3加料口侵蝕情況
?窯爐中與加料口等高平行的兩側(cè)被侵蝕的很嚴重,加料口侵蝕后最寬處有100cm,上下高有114cm。靠近火口一邊與加料口齊平處到池壁的耐火磚原本的棱角被磨平,另一邊雖然磨損程度相對較輕,但均出現(xiàn)裂痕和孔洞,如圖4(a)所示;加料口周圍的耐火材料已經(jīng)完全碎裂,加料口兩側(cè)的耐火材料均被侵蝕的僅剩薄薄一層,有些部位已經(jīng)被燒透,其中一側(cè)的加料口旁邊的耐火磚被侵蝕出一些像刮痕一樣很深的痕跡;加料口上部與窯頂相接處侵蝕的很嚴重,有三排的耐火磚被侵蝕的僅僅殘留一部分,有些位置的耐火磚已經(jīng)脫落,,并且窯爐的加料口兩側(cè)的耐火材料均被侵蝕成喇叭狀。
3.2.4胸墻侵蝕情況
右側(cè)胸墻在掛鉤磚上寬約50cm,長約140cm的范圍內(nèi),耐火材料被侵蝕的很嚴重,大部分部位向里凹進去,有些部位的耐火磚已經(jīng)裂開。左側(cè)掛鉤磚也被侵蝕的很嚴重,靠近加料口約100cm的范圍內(nèi)突出掛鉤磚已經(jīng)被侵蝕殆盡,剩余的掛鉤磚在上部和下部均被向內(nèi)侵蝕,僅有6cm厚;左側(cè)掛鉤磚被侵蝕程度要大于右側(cè),有140cm長的掛鉤磚突出的部位被侵蝕殆盡,剩余的部位最薄處僅有3cm厚。池壁被侵蝕的很深,兩池壁之間的距離為270cm,靠近加料口的部位被侵蝕的很嚴重,向內(nèi)凹的比較深。靠近加料口附近的耐火材料被侵蝕的很嚴重,侵蝕的走勢均為凸起狀,也就是靠近加料口和前墻拐角處侵蝕的最為嚴重。
3.2.5窯爐前墻與流口處侵蝕情況
整個窯爐前墻與流口處侵蝕最嚴重,前墻被侵蝕成圓弧狀。前墻的池壁被大面積的侵蝕和脫落,由于玻璃膏和粉塵的沖刷,使得池壁的厚度被侵蝕的較為嚴重。流口四周的部位內(nèi)部的耐火材料已經(jīng)被完全侵蝕,露出了外面一層的耐火材料;有些耐火材料已經(jīng)脫落,或者被侵蝕殆盡;有些部位近乎被燒穿。
3.2.6爐頂侵蝕情況?
爐頂被粉塵和火焰沖刷出很多細小的空洞,原料與耐火材料發(fā)生共熔,這樣使耐火材料表層質(zhì)地變得很疏松。被燒熔的玻璃膏黏在爐頂上面,在玻璃膏滴落時會帶走部分耐火材料,使得耐火材料被侵蝕,變形成倒置的水滴狀。而窯爐前段長約2m的爐頂受侵蝕更加明顯。
3.3侵蝕狀況分析通過對窯爐各部位的侵蝕狀況進行觀察,可以看出,
窯爐在運行過程中最容易損壞的部位主要為前墻、流液洞、爐頂前段、加料口、火口以及蓄熱室上層格子體。
其主要原因在于霧化的重油沖擊和高速的助燃空氣的帶動,使少量沒有熔化的微細原料被吹起。隨著窯爐內(nèi)部高溫氣流的流動,在流動的過程中熔化成玻璃液附著在耐火材料表面,并與耐火材料發(fā)生反應,使耐火材料表面變軟,在受到氣流沖擊時慢慢脫離,這樣一次又一次的侵蝕最終導致耐火材料越來越薄,直至穿透或者斷裂。
窯爐內(nèi)部的空氣流動是按照馬蹄印的形狀流動的,如圖8所示。燃料在高壓霧化下會產(chǎn)生高速氣流,這些氣流對溫度達到1000°C以上的耐火材料來說產(chǎn)生了很嚴重的物理沖刷。所以,無論使用哪只油槍,前墻及爐頂前段總會受到很大的侵蝕,在每個氣流需要拐彎處都是侵蝕很嚴重的部位。窯爐內(nèi)部的玻璃膏在熔池內(nèi)部流動時,是平緩的流動,等到了流液洞時,流動的空間突然變小,流膏的速度加快,對流液洞那段的耐火材料的侵蝕加重,可以看到呈喇叭狀。
火口的部位是由于周期性換向產(chǎn)生劇烈溫差,以及燃燒的廢氣帶有大量的粉塵,在廢氣排出時廢氣的溫度很高,在高溫下粉塵會對火口周圍的耐火材料進行侵蝕。
窯爐燃燒產(chǎn)生的廢氣帶有大量的熱量和粉塵,隨著高速氣流撞擊到蓄熱室的后墻,然后向下沖刷八角磚。所以,靠近后墻的八角磚被侵蝕的很嚴重。對于蓄熱室的格子磚被損壞的原因主要有以下幾個方面:
(1)熱應力作用,小爐和格子磚室經(jīng)常處在急冷急熱的變化中,受應力作用,會出現(xiàn)裂紋,開裂和剝落;
(2)機械荷載作用,在機械荷載和高溫的作用下,砌體發(fā)生收縮變形和產(chǎn)生裂紋,影響使用壽命;
(3)化學侵蝕作用,燃燒產(chǎn)生的堿性氧化物和灰粉粘附在耐火材料表面并向里滲透,同時與耐火磚組分發(fā)生化學反應,使體積變化,導致破壞,降低強度和高溫使用性能;
(4)燃燒廢棄中帶有大量的熔融的原料和氣化的助溶劑等,在蓄熱室上層時溫度較高,不會凝固,隨著向下流動蓄熱室的溫度越來越低逐漸冷凝,在中部堵塞蓄熱室,氣流流動不順暢,導致蓄熱室上層的溫度升高超過耐火度,對耐火材料造成損害。