玻璃窯爐電氣化對耐火材料有何影響

在過去幾年玻璃窯爐數(shù)值模擬和停爐3D掃描分析的支持下，能夠觀察到在電助熔的影響下，池壁磚的侵蝕形貌由標準形轉變?yōu)橥靶危乇诖u下部的侵蝕更嚴重。數(shù)值模擬結果顯示，如圖1-a）所示，在強電助熔情況下，池壁磚中高部位的侵蝕增加了25%。圖1-a）運行6年后，在2種不同強度的電助熔條件下，池壁磚侵蝕的建模。池壁磚形貌的3D掃描也證實了這一點，記錄下來遠離和靠近電極磚的侵蝕形貌。如圖1-b圖1-b)靠近(右圖)和遠離(左圖)電極磚的侵蝕形貌3D掃描這些結果清楚地表明，在強電助熔的情況下，液面線可能不再是唯一的嚴重侵蝕點。池壁磚的中高位置，常規(guī)貼磚的下方，顯示出侵蝕明顯加重了。這就需要在耐材的厚度、成分和縮孔方面來調整耐材的選擇。如圖2)所示，電熔AZS耐材包括常規(guī)的ER1685(36%ZrO2)，增強縮孔質量和抗侵蝕能力的新型ER1699RS(37%ZrO2)，直至無縮孔的ER1711RT(40%ZrO2)。圖2）運行6年后，在2種不同強度的電助熔條件下，池壁磚侵蝕的建模?！俺氐浊治g”面臨的挑戰(zhàn)隨著池底保溫的加強和電助熔安裝的增加，池底的壽命也值得關注。在實際操作中，當啟動電助熔后，玻璃液的溫度變化將增高80℃以上，導致直接侵蝕的速度加快。如圖3-a)所示，侵蝕速率與溫度有很強的依賴性。因此，溫度每升高50°C，會使耐火材料的侵蝕速率增加一倍。圖3-a）鈉鈣玻璃中電熔AZS的侵蝕規(guī)律與溫度的關系在直接侵蝕的基礎上，在玻璃液滲入的情況下，玻璃窯爐的池底還會面臨更強的向上鉆蝕風險。如圖3-b)所示，為了評估向上鉆蝕現(xiàn)象，進行實驗室實驗:將U型耐材樣品浸入在不同溫度的玻璃液中，使玻璃液中上升的氣泡被困在樣品的底面上。圖3-b)U型向上鉆蝕的試驗結果，鈉鈣玻璃，1150℃/1350℃，電熔AZS樣品電熔AZS磚的試驗結果表明，侵蝕速率與溫度有很強的關聯(lián)性。在1150℃時(虛線)，樣品表面的侵蝕相當均勻，侵蝕深度值較平均。在1350℃時，除了整體侵蝕更多外，還觀察到明顯的向上鉆蝕。這種類型的侵蝕會發(fā)展得很快，且難以監(jiān)控。特別是由于池底電極磚安裝數(shù)量的增加，磚縫數(shù)量也隨之增加。面對這些挑戰(zhàn)，建議采用無縮孔AZS底板磚，含有電熔AZS顆粒的雙層ERSOLMaxFlow泥料層，及ERMOLD300燒結AZS磚的下層鋪底。如圖4)所示。圖4)

玻璃窯爐的池底解決方案隨著玻璃液溫度的升高，電熔AZS鋪底磚的厚度將從75毫米增加到150毫米甚至更厚，以確保更長的使用壽命。當池底要求條件較高時，雙層泥料層具有很多優(yōu)點。借助于錯縫設計和緊密接縫的加工標準，該方案有助于防止玻璃液滲入。利用其特殊的產品性能，雙層泥料層的解決方案可以適配上層鋪底磚。優(yōu)質AZS產品可以幫助提高抗侵蝕能力(ER1711)和優(yōu)化接縫閉合(ER2010RIC)。固定布局工具條上設置固定寬高，背景可以設置被包含，

可以完美對齊背景圖和文字，以及用于模板制作。“電極磚”面臨的挑戰(zhàn)玻璃的電熔化主要由池底的鉬電極來加熱。目前標準鈉鈣玻璃的電阻率在1400°C時約為4Ω.cm，與100~1000Ω.cm的未轉變的電熔耐材相比，還是較低的。電能以焦耳熱的形式在電極之間釋放，直接流經(jīng)玻璃液內部。在電極附近，這種影響更強，如圖5所示，大部分熱量和高強度電流都是在電極附近產生的。圖5)

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~1400°C時的焦耳熱[W/m3]，玻璃窯爐的CFD模型此外，市場上有不同的電極水套將電極固定在耐火磚里。這種設置本質上對耐火磚施加了高溫、高機械和電氣應力，并催生了不同的侵蝕機制。

在對各種窯爐停爐后提取的電極磚進行事后分析后。我們觀察到典型的正面侵蝕，如圖6-a所示，在電極周圍侵蝕呈漏斗狀。而且在電極附近的侵蝕最嚴重。

圖6-a)

用過電極磚的漏斗狀侵蝕形貌

研究還表明，如圖6-b所示，還可能存在裂縫內部的侵蝕，這會導致向上鉆蝕。

圖6-b)

用過電熔AZS電極磚上觀察到的裂縫侵蝕

FEM模擬結果與那些實際觀察結果一致，實際觀察到在大多數(shù)電極磚上呈現(xiàn)出十字形開裂形狀，如圖7所示。

圖7)

電熔AZS電極磚內的熱機械應力FEM模擬；左圖為熱梯度，右圖為與MOR相關的應力。

結果表明，高應力區(qū)位于標準電極塊的底部。計算出的橫向應力值遠高于磚材的最大抗應力，意味著出現(xiàn)輻射狀開裂的毀壞機率很高。

其它的模擬表明，電極磚和水套的設計對于控制熱機械應力和降低機械故障的風險至關重要。電極組件的改進表明，電極磚底部臨界區(qū)域的應力可降低50%。使用后耐材樣品的化學分析還揭示了來自玻璃液中的元素在耐材內部的滲透/擴散。

圖8)

電熔AZS磚的電阻率隨NaO2擴散含量的變化

在對使用后耐材樣品的電阻率進行測量后，發(fā)現(xiàn)隨著鈉含量的增加，觀察到電阻率隨之顯著降低。如圖8。更多的電流可以流經(jīng)電極磚，增加了耐材內部的焦耳熱。提高了此部位的溫度，加重了侵蝕。

雖然電極的侵蝕控制仍然是避免耐材附近玻璃液高溫度和高流速的關鍵，但通過選擇抗侵蝕能力強和高電阻率的耐材，也能延長電極磚的使用壽命。從含40%ZrO2的電熔AZS磚(ER1711RT)到電阻率范圍大的電熔高鋯產品(ER1195,XILEC9)，有望延長電極磚組件的壽命。

表1)

電熔磚的抗侵蝕能力和電阻率的對照表總結工業(yè)反饋和侵蝕模擬表明，增加爐內電能的占比將對玻璃液接觸的耐材帶來新的挑戰(zhàn)。玻璃液溫度和流速的變化將徹底改變侵蝕演變。通過改變池底方案，增加磚厚，并結合不同耐材的性能，可以提高玻璃爐的使用