熔塊窯爐從結構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構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,這些導致窯爐內部的氣流速度很快且溫度高,氣流帶起窯爐內的原料對整個窯爐爐體耐火材料進行沖刷,產生了很嚴重的侵蝕,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,分析了窯爐的結構,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窯爐的結構和主要部位耐火材料的侵蝕分析
3.1窯爐的結構
3.2窯爐主要部位的侵蝕情況
3.2.1蓄熱室侵蝕情況
蓄熱室內的上層八角磚被侵蝕的都是孔洞,表面材質疏松。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倒塌,都塞了通風口。靠近兩蓄熱室之間的墻壁處,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晶形態,各種不同的結晶形態在一定的溫度下會發生轉變,并且體積也隨之改變,屬于酸性耐火材料,抗熱震性差。	蓄熱室內墻、碶角、格子體、爐胸墻、爐底等高溫區。
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、蓄熱室內墻、弦頂等除熔化池外的高溫區域,不宜使用于溫度急變處。
燒結莫來石保溫磚	以莫來石為主晶相的高鋁質耐火制品。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	具有質輕、抗壓強度低、體積密度低、導熱系數小、質優價廉。	用于爐胸墻內襯及爐弦。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。蓄熱室內部的墻體也被侵蝕,頂部有些耐火磚已經脫落,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;火口周圍原本很規則的梯形耐火材料已經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,方向均向著小爐內部;火口兩側的寬度被擴大,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,但均出現裂痕和孔洞,如圖4(a)所示;加料口周圍的耐火材料已經完全碎裂,加料口兩側的耐火材料均被侵蝕的僅剩薄薄一層,有些部位已經被燒透,其中一側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脫落,,并且窯爐的加料口兩側的耐火材料均被侵蝕成喇叭狀。
3.2.4胸墻侵蝕情況
右側胸墻在掛鉤磚上寬約50cm,長約140cm的范圍內,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裂開。左側掛鉤磚也被侵蝕的很嚴重,靠近加料口約100cm的范圍內突出掛鉤磚已經被侵蝕殆盡,剩余的掛鉤磚在上部和下部均被向內侵蝕,僅有6cm厚;左側掛鉤磚被侵蝕程度要大于右側,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。流口四周的部位內部的耐火材料已經被完全侵蝕,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,原料與耐火材料發生共熔,這樣使耐火材料表層質地變得很疏松。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。窯爐內部的玻璃膏在熔池內部流動時,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,小爐和格子磚室經常處在急冷急熱的變化中,受應力作用,會出現裂紋,開裂和剝落;
(2)機械荷載作用,在機械荷載和高溫的作用下,砌體發生收縮變形和產生裂紋,影響使用壽命;
(3)化學侵蝕作用,燃燒產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。