【玻璃】耐火材料在玻璃池窯中蝕變的影響因素

　　在玻璃熔制過程中，耐火材料和玻璃液在高溫下相互作用，使耐火材料遭受侵蝕損壞，甚至對玻璃液也會造成缺陷。在池窯中配合料組分對耐火材料的侵蝕作用較玻璃液的作用大得多。芒硝配合料較純堿配合料的侵蝕作用更強。通常熔融純堿的侵蝕作用僅局限于加料口附近，而芒硝幾乎可侵蝕到全部池壁。含有硼酸、磷酸、氟、氯、鉛、鋇等化合物和含堿量高的配合料，其玻璃液對耐火材料有特別強烈的侵蝕作用。池窯內(nèi)火焰空間的窯碹、胸墻、小爐以及蓄熱室等結(jié)構(gòu)，雖然不與玻璃液直接接觸，但也受到配合料粉塵和玻璃液面揮發(fā)物不同程度的侵蝕作用。

　　玻璃液對耐火材料的侵蝕強度主要取決于玻璃液的黏度和表面張力等物理性質(zhì)，至于在受侵蝕過程中的化學(xué)反應(yīng)只有從屬的作用。黏度低和表面張力小的熔融玻璃容易浸潤耐火材料，它能沿耐火材料表面的毛細管系統(tǒng)而侵人耐火材料中。含堿較多的玻璃其黏度較低，硼硅酸鹽玻璃表面張力小，它們對耐火材料的侵蝕也就很強烈。

　　配合料在加熱過程中，開始生成易熔的多酸化合物，流散在玻璃液面上。然后，這些熔體逐漸與比較難熔的組分相互溶解，因此在池窯熔化帶的耐火材料受到多堿硅酸鹽的侵蝕作用。特別是在熔制芒硝配合料玻璃時，浮在玻璃液面上的熔融硝水直接與耐火材料作用。硫酸鈉在885℃熔融，參與玻璃形成反應(yīng)，直到約1440℃反應(yīng)才完全。硝水、堿液和多堿硅酸鹽易被吸人耐火材料表面的毛細孔中，使耐火材料受到強烈的侵蝕。

　　池窯用耐火材料在受到物理和化學(xué)侵蝕時，侵蝕速度是溫度的函數(shù)。侵蝕速度隨溫度升高而呈對數(shù)關(guān)系遞增。

　　升高熔制溫度，就降低了熔融玻璃的黏度，也就加速了對耐火材料的侵蝕，從而大大縮短了耐火材料的使用壽命。在池窯中每升高熔化溫度50?60℃，將使耐火材料的壽命縮短約1/2。而在坩堝窯中，只要熔化溫度升高20?40℃時，坩堝的使用壽命就會縮短1/2。

　　耐火材料的抗物理和化學(xué)侵蝕能力，主要由其組成相的種類及其分布與結(jié)合狀態(tài)來決定。一般耐火材料由一個或多個晶相、玻璃相及氣相(氣孔)組成。玻璃相較晶體的化學(xué)穩(wěn)定性差，氣孔是侵蝕劑滲入耐火材料內(nèi)部的通道(尤其是開口氣孔)。玻璃液或配合料的組分滲入耐火材料氣孔的深度，與氣孔直徑的4次方成正比。侵蝕物首先作用于耐火材料中的玻璃相，彼此相互反應(yīng)。溶液滲人耐火材料內(nèi)并溶解玻璃相后，耐火材料中的晶體就會受到玻璃液流的侵蝕，并有可能不斷出現(xiàn)繼續(xù)受侵蝕的新的部分。氣孔和玻璃相大部分存在于燒結(jié)耐火材料的結(jié)合物中，因此結(jié)合物成為耐火材料抗物理和化學(xué)侵蝕的薄弱環(huán)節(jié)。

　　耐火材料受侵蝕所形成的熔融物黏度越大，材質(zhì)越致密，開口氣孔越少，所受侵蝕的程度將越小。由于耐火材料被溶解而使玻璃液黏度提高，就能在耐火材料表面形成一層很少移動的保護膜，從而使侵蝕減弱。

　　要獲得抗侵蝕性良好的耐火材料，除需要有穩(wěn)定的晶相、軟化溫度高、熔體黏度大、玻璃相少及氣孔率低以外，還要求晶相的晶型細小，而且均勻分布在玻璃相中，組織結(jié)構(gòu)均勻，結(jié)合緊密，這樣即可使玻璃相得到增強。

　　耐火材料表面不平整，有縫隙和裂紋都會使侵蝕加深，特別是橫縫受侵蝕更嚴(yán)重。砌體越致密，縫隙越微細，則玻璃液對池壁磚的侵蝕作用越小。

　　玻璃液對流和玻璃液面的不穩(wěn)定，能加劇對耐火材料的侵蝕。這主要是由于液流會加速玻璃液與耐火材料間相互的物理和化學(xué)作用。但玻璃液與耐火材料間的摩擦力非常小，因此受機械磨損的作用則是較輕的。

　　在侵蝕進行過程中耐火材料被溶解，而在表面形成一層薄膜，當(dāng)受到玻璃液流沖刷時，原來很少活動的這層保護膜就移動了，使耐火材料裸露出新的表面部分，這就為進一步遭受侵蝕提供了有利條件。當(dāng)黏土質(zhì)池壁磚受到鈉-鈣硅酸鹽玻璃侵蝕時，玻璃表面受到的破壞較液面下不太深處快得多，容易形成深溝。

　　玻璃液面的波動會加強對已受破壞的耐火材料層的沖刷作用。當(dāng)玻璃液面下降后，已軟化的一層薄膜不能再保持在耐火材料的內(nèi)表面上，而玻璃液面重新上升時，剝落的薄膜不能回復(fù)原位，就被液流帶走。新的一層耐火材料又暴露出來，重新受到上升玻璃液的進一步侵蝕而加速破壞。有時由于耐火材料被溶解而生成的高黏度玻璃液層被剝落，來不及擴散均化，會使玻璃產(chǎn)生條紋。

　　由于玻璃液的溫差，池壁附近的玻璃液流向下運動，而池壁耐火材料受侵蝕溶解會使玻璃液的密度發(fā)生變化，將影響池壁附近液流的速度，并加強侵蝕。池壁的通風(fēng)冷卻，有助于減輕侵蝕，但只有當(dāng)池壁磚的厚度不大時才有可能實現(xiàn)。有時還可增強池壁處玻璃液的對流循環(huán)，反而會加強對耐火材料的侵蝕。

　　池窯中的溫度波動將引起耐火材料-玻璃液系統(tǒng)平衡的破壞。如溫度升高時，使覆蓋池壁磚表面的保護膜的黏度降低，易被玻璃液流沖刷帶走，也會加速它的侵蝕破壞。

　　現(xiàn)代池窯多采用輔助電熔和鼓泡澄清工藝，以提高熔化率。但也加強了玻璃液的對流，升高了深層玻璃液的溫度，這也加強了對耐火材料的侵蝕作用。

　　當(dāng)向池窯內(nèi)加入配合料時，料粉容易被窯內(nèi)流動的氣體所帶走，粉塵中含堿量很多，往往沉積在池壁磚的上表面，生成釉料，并沿磚的表面流下，使磚面形成深溝，甚至?xí)傻蔚芈湓诓Ａб褐校共Ａб寒a(chǎn)生條紋等缺陷。

　　池窯上部結(jié)構(gòu)經(jīng)常受到配合料粉塵和揮發(fā)物的侵蝕。但粉塵與耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其生成物多留在耐火材料表面，形成一層薄膜，它具有保護作用，可防止配合料粉塵對耐火材料的進一步侵蝕。

　　配合料和玻璃液的揮發(fā)物也對耐火材料進行化學(xué)侵蝕，揮發(fā)成分主要是堿金屬氧化物和硼化合物，還有氟化物、氯化物和硫化物。這些揮發(fā)物以氣相狀態(tài)與耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并滲入耐火材料的氣孔或縫隙中，在溫度較低的部位凝結(jié)成液相，與耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這些化合物的冷凝液體對耐火材料的侵蝕更為強烈，它們通過浸潤、擴散，向耐火材料氣孔內(nèi)深入滲透，尤其是上部結(jié)構(gòu)有裂紋和縫隙時，會對耐火材料造成很大的破壞。

　　配合料粉塵和揮發(fā)物在大多數(shù)清況下共同對耐火材料進行侵蝕。距加料口越遠，配合料粉塵越少，而工作池及供料槽的上部結(jié)構(gòu)則只受到玻璃液揮發(fā)物的侵蝕。

　　這兩種化學(xué)侵蝕都可以誘發(fā)和促進不同種類耐火材料之間的相互反應(yīng)，并使耐火材料強度降低，甚至引起在物理作用下的損壞。

　　窯內(nèi)氣氛也對耐火材料的侵蝕產(chǎn)生影響。如在還原氣氛下作業(yè)，或應(yīng)用發(fā)生爐煤氣時，煤氣中的CO和H2會使磚中的氧化鐵還原，從而加速對耐火材料的侵蝕。

　　配合料粉塵和玻璃液揮發(fā)物及其冷凝物以及窯內(nèi)氣氛同樣也對蓄熱室耐火材料起著相當(dāng)大的破壞作用。

　　熔融玻璃、料粉和揮發(fā)物與耐火材料接觸發(fā)生的交代反應(yīng)，主要是在固相存在下通過擴散進行的。由于熔融玻璃具有較大的黏度，通常反應(yīng)不易達到平衡，而且反應(yīng)速度較慢。在蝕變過程中伴有溶解、重結(jié)晶以及形成新相等現(xiàn)象發(fā)生。不同性質(zhì)的耐火材料，侵蝕變化的過程并不相同。各種耐火材料的侵蝕過程，主要與侵蝕物的種類、化學(xué)反應(yīng)速度、反應(yīng)生成物的濃度和磚的結(jié)構(gòu)及溫度、作用時間、物理和化學(xué)侵蝕條件有關(guān)。