玻璃窑用硅质耐火材料

20世纪80年代，我国从美国引进了玻璃窑用高级硅砖的制造技术。为了区别于原来的产品，采用引进技术制造的产品被称为优质硅砖。优质硅砖的物相组成( w) : 方石英45%，鳞石英50%，玻璃相1%～2%和少量残余石英; w (SiO₂ )≥96% ; 熔融指数w(2R₂O + Al₂O₃ ) <0.5%。

采用全氧燃烧技术后，硅砖寿命从5～10年锐减为2 ～3 年。鼠洞和熔蚀是主要的损毁原因。鼠洞是从窑内泄漏气体中的碱冷凝在砖缝上腐蚀硅砖所致的。提高硅砖寿命的方法如下:

(1) 提高砖的尺寸精度，尺寸公差≤0.5 mm，砖缝宽度≤1.5mm。砖缝变窄，窑气外泄少，侵蚀就轻，鼠洞也小。

(2) 合理设计窑衬结构，使碱的冷凝温度区( 954～788℃) 移到硅砖背后的密封层中。

(3) 采用抗侵蚀性能好的低钙硅砖或高纯硅砖，其中，低钙硅砖中w( CaO)约为0.8%。由图1 所示玻璃窑大碹上的鼠洞示意图可知，窑内的气体沿砖缝向外泄漏。

由于温度降低，气体中的碱蒸气就凝聚在砖缝中。随后，碱腐蚀硅质耐火材料，腐蚀物流下增大砖缝，产生更大缝隙，直至产生鼠洞而损坏碹顶。因此，需要在硅砖碹顶的背面铺设不定形材料层和隔热层。通过设计，使碱蒸气凝聚带位于硅砖后的不定形耐火材料层中。由此，可大幅提高碹顶寿命。高纯硅砖的 SiO₂含量可提高至 98% ( w)以上，其主要技术路线:

1) 基质采用 w( SiO₂ ) >99%的石英粉;

2) 采用硅酸三钙、氧化铁超细粉作为矿化剂，采用第三代减水剂作为分散剂。由于大幅提高了矿化剂的效率，可用很少的CaO质、Fe₂O₃质矿化剂进行矿化。高纯硅砖有优异的理化性能，外观呈浅黄色甚至白色，没有像金钱豹似的“铁斑”和“钙洞”。

玻璃窑用碱性耐火材料

2.1 玻璃窑蓄热室耐火材料的配置

通常，蓄热室格子体最上层使用高档镁砖，w(MgO)>97% ; 上层使用中档镁砖，w ( MgO)约为95%～96% ; 中层使用直接结合镁铬砖; 下层使用低气孔黏土砖。

格子体的重要性能是抗侵蚀性和抗蠕变性。提高抗蠕变性需使用高纯、低铁、低气孔率和大晶粒的原料，并采用高温充分烧结。筒型格子砖的稳固性和换热效果都优于条型格子砖的，如筒型砖的比换热面积为16m⁻¹，而条形砖的只有10.4～12.7m⁻¹。

2.2 使用替代燃料时蓄热室耐火材料的配置

使用石油焦作为燃料后，带入大量SO₃、V₂O₅，游离SO₃可能侵蚀碱性耐火材料; 还可能因燃烧不完全产生还原气氛，使碱大量挥发，侵蚀酸性和中性耐火材料。

在中性环境下，耐火材料也会受到严重侵蚀。M-95镁砖受损最严重。图2是某企业使用石油焦燃料后M-95 镁砖损坏后的显微结构照片，其中，灰色圆形颗粒为边角被侵蚀的方镁石，暗灰色基质为镁橄榄石( M₂S) ，亮灰色基质为钙镁橄榄石( CMS)，黑色部分为气孔。

由图2看出，大量SiO₂和CaO侵入了砖体，一方面破坏了原有的MgO-M₂S结合，形成了连续的CMS-M₂S低熔点结合相; 另一方面，由于石油焦着火难，燃烧慢，使用石油焦后，未燃尽的组分进入蓄热室，在蓄热室继续燃烧，提高了蓄热室的温度。这样，在高温和侵蚀的作用下，格子体发生软化，随后发生垮塌。为此，玻璃企业扩大了蓄热室中M-97 镁砖和直接结合镁铬砖的用量，替换了性能较差的M-95镁砖，使蓄热室寿命由原来的1年延长到3 年，取得了初步成功。如获更长的使用寿命，可在玻璃窑蓄热室中层使用复合尖晶石质材料。目前，该类材料已获良好使用效果。

通常，玻璃窑蓄热室顶层使用 MgO含量97% ～98% ( w) 的镁质材料。如该镁质材料不能满足需求，可用镁锆、铝铬和电熔再结合镁铝尖晶石材料，甚至熔铸材料。如果使用环境呈碱性且碱蒸气浓度高，就不宜使用熔铸锆刚玉格子砖，因该砖中玻璃相将大量渗出; 如使用环境呈碱性或害怕污染玻璃，则不宜使用铝铬砖，因为该砖中的 Cr₂O₃可能与Na₂O反应，形成挥发性的Na₂CrO₄ ; 如蓄热室飞料中含大量CaO和SiO₂，也不宜使用镁锆或镁铝尖晶石砖，因为这可能形成 CMS 或 C-M-A-S 玻璃相。

结语

玻璃行业和耐火材料行业均是传统行业，但也都不是夕阳行业。因此，玻璃窑用耐火材料的研发应从以下几方面进行: 细分市场、深入分析、精准定位、移植杂交、利用新技术、抓住机遇。总之，要抓住一切机会，采取一切方法，努力提高技术水平，改进产品质量，提高研发效率，完善售后服务，逐步打造出产品的知名度和美誉度，树立强大的品牌，以最终实现中国耐火材料行业的转型升级。