玻璃窑炉电气化对耐火材料有何影响.docxVIP

在过去几年玻璃窑炉数值模拟和停炉3D扫描分析的支持下，能够观察到在电助熔的影响下，池壁砖的侵蚀形貌由标准形转变为桶形，池壁砖下部的侵蚀更严重。

数值模拟结果显示，如图1-a）所示，在强电助熔情况下，池壁砖中高部位的侵蚀增加了25%。

图1-a）

运行6年后，在2种不同强度的电助熔条件下，池壁砖侵蚀的建模。

池壁砖形貌的3D扫描也证实了这一点，记录下来远离和靠近电极砖的侵蚀形貌。如图1-b

图1-b)

靠近(右图)和远离(左图)电极砖的侵蚀形貌3D扫描

这些结果清楚地表明，在强电助熔的情况下，液面线可能不再是唯一的严重侵蚀点。池壁砖的中高位置，常规贴砖的下方，显示出侵蚀明显加重了。这就需要在耐材的厚度、成分和缩孔方面来调整耐材的选择。

如图2)所示，电熔AZS耐材包括常规的ER1685(36%ZrO2)，增强缩孔质量和抗侵蚀能力的新型ER1699RS(37%ZrO2)，直至无缩孔的ER1711RT(40%ZrO2)。

图2）运行6年后，在2种不同强度的电助熔条件下，池壁砖侵蚀的建模。

“池底侵蚀”面临的挑战

随着池底保温的加强和电助熔安装的增加，池底的寿命也值得关注。

在实际操作中，当启动电助熔后，玻璃液的温度变化将增高80℃以上，导致直接侵蚀的速度加快。

如图3-a)所示，侵蚀速率与温度有很强的依赖性。因此，温度每升高50°C，会使耐火材料的侵蚀速率增加一倍。

图3-a）

钠钙玻璃中电熔AZS的侵蚀规律与温度的关系

在直接侵蚀的基础上，在玻璃液渗入的情况下，玻璃窑炉的池底还会面临更强的向上钻蚀风险。

如图3-b)所示，为了评估向上钻蚀现象，进行实验室实验:将U型耐材样品浸入在不同温度的玻璃液中，使玻璃液中上升的气泡被困在样品的底面上。

图3-b)

U型向上钻蚀的试验结果，钠钙玻璃，1150℃/1350℃，电熔AZS样品

电熔AZS砖的试验结果表明，侵蚀速率与温度有很强的关联性。在1150℃时(虚线)，样品表面的侵蚀相当均匀，侵蚀深度值较平均。在1350℃时，除了整体侵蚀更多外，还观察到明显的向上钻蚀。

这种类型的侵蚀会发展得很快，且难以监控。特别是由于池底电极砖安装数量的增加，砖缝数量也随之增加。

面对这些挑战，建议采用无缩孔AZS底板砖，含有电熔AZS颗粒的双层ERSOLMaxFlow泥料层，及ERMOLD300烧结AZS砖的下层铺底。如图4)所示。

图4)?玻璃窑炉的池底解决方案

随着玻璃液温度的升高，电熔AZS铺底砖的厚度将从75毫米增加到150毫米甚至更厚，以确保更长的使用寿命。当池底要求条件较高时，双层泥料层具有很多优点。借助于错缝设计和紧密接缝的加工标准，该方案有助于防止玻璃液渗入。利用其特殊的产品性能，双层泥料层的解决方案可以适配上层铺底砖。优质AZS产品可以帮助提高抗侵蚀能力(ER1711)和优化接缝闭合(ER2010RIC)。

固定布局

工具条上设置固定宽高，

背景可以设置被包含，

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以及用于模板制作。

“电极砖”面临的挑战

玻璃的电熔化主要由池底的钼电极来加热。目前标准钠钙玻璃的电阻率在1400°C时约为4Ω.cm，与100~1000Ω.cm的未转变的电熔耐材相比，还是较低的。

电能以焦耳热的形式在电极之间释放，直接流经玻璃液内部。在电极附近，这种影响更强，如图5所示，大部分热量和高强度电流都是在电极附近产生的。

图5)

?X?~1400°C时的焦耳热[W/m3]，玻璃窑炉的CFD模型

此外，市场上有不同的电极水套将电极固定在耐火砖里。这种设置本质上对耐火砖施加了高温、高机械和电气应力，并催生了不同的侵蚀机制。

在对各种窑炉停炉后提取的电极砖进行事后分析后。我们观察到典型的正面侵蚀，如图6-a所示，在电极周围侵蚀呈漏斗状。而且在电极附近的侵蚀最严重。

图6-a)??用过电极砖的漏斗状侵蚀形貌

研究还表明，如图6-b所示，还可能存在裂缝内部的侵蚀，这会导致向上钻蚀。

图6-b)?用过电熔AZS电极砖上观察到的裂缝侵蚀

FEM模拟结果与那些实际观察结果一致，实际观察到在大多数电极砖上呈现出十字形开裂形状，如图7所示。

图7)?电熔AZS电极砖内的热机械应力FEM模拟；左图为热梯度，右图为与MOR相关的应力。

结果表明，高应力区位于标准电极块的底部。计算出的横向应力值远高于砖材的最大抗应力，意味着出现辐射状开裂的毁坏机率很高。

其它的模拟表明，电极砖和水套的设计对于控制热机械应力和降低机械故障的风险至关重要。电极组件的改进表明，电极砖底部临界区域的应力可降低50%。使用后耐材样品的化学分析还揭示了来自玻璃液中的元素在耐材内部的渗透/扩散。

图8)?电熔AZS砖的电阻率随NaO2扩散含量的变化