0 引言

現代大型玻璃熔窯，如浮(fu)法(fa)玻璃熔窯，目前都使用蓄熱室(shi)來回收(shou)熱量，它是周期(qi)性(xing)換向(xiang)工況不(bu)穩定的熱交(jiao)換裝(zhuang)置。蓄熱室(shi)的三大優點:廢氣和空(kong)氣之間無需氣密(mi)性(xing)分隔(ge);空(kong)氣的預熱溫度很高(1100～1300℃);從廢氣中回收(shou)的熱量相當高，回收(shou)熱量高的可以高達(da)60%～70%。蓄熱室(shi)性(xing)能的優劣很大程度上取決於耐火材料的選(xuan)擇及其(qi)砌築是否合理、匹配(pei)是否得當，它對玻璃質量、能源消耗、熔窯壽(shou)命和產品成本起著重要的作用，必須重視(shi)蓄熱室(shi)耐火材料的選(xuan)材及配(pei)置。

1 蓄熱室(shi)的溫度和環(huan)境條件

當蓄熱室(shi)結構與操作參(can)數中的格子體總高H和上、下部溫度t1、t0確定之後(見圖1)，可按(an)以下公式估算(suan)出任一層麵處的煙氣溫度ti，以此作為耐火材料選(xuan)擇的依據(ju)之一。

蓄熱室(shi)的環(huan)境特征如表1所示，因此，蓄熱室(shi)耐火材料的選(xuan)擇應滿足(zu)以下使用條件：

(1)溫度循環(huan)變化;

(2)氧化∕還原效應;

(3)固體飛料侵蝕;

(4)揮發性(xing)飛料和凝聚物的作用。

對於格子體耐火材料還需具備良好的熱交(jiao)換值，以滿足(zu)格子體熱效率的需要。

2 耐火材料的合理選(xuan)擇

2.1格子體上層

蓄熱室(shi)內(na)每米溫降一般在80～100℃，格子體頂部溫度最高達(da)到(dao)1380～1400℃。在1300℃以上溫度的格子體上層，宜(yi)選(xuan)用直接結合高純鎂磚，該磚采用高純電熔砂高溫燒成(1780～1800℃)，CaO、SiO2和Fe2O3含量低，方鎂石直接結合，氣相、液相難以進入(ru)磚內(na)，磚體抗侵蝕性(xing)強可減少(shao)表麵粘結粉料發生封(feng)頂現象。

由於飛料中的SiO2會逐(zhu)漸(jian)進入(ru)磚體龜裂縫中並(bing)改變基質部分CaO/SiO2比值，形成低熔相透輝石CMS2、鎂方柱石C2MS2、鎂橄欖石M2S及鎂薔薇(wei)輝石C3MS2等，產生較大體積效應，方鎂石晶(jing)體在堿蒸氣的作用下也可逐(zhu)漸(jian)長大，致(zhi)使磚體開(kai)裂破(po)碎與剝落，縮短磚體使用壽(shou)命。

其(qi)化學反應式與體積效應如下：

此外，若重油中的V2O5濃度較高，與鎂磚中的CaO會發生以下反應：

在非弱還原氣氛(fen)下礬酸鈣(gai)呈液相，滲入(ru)磚內(na)促使方鎂石晶(jing)體長大，也會導致(zhi)磚體變形。

目前，國(guo)內(na)浮(fu)法(fa)玻璃熔窯玻璃配(pei)合料中石英砂顆粒小於0.1mm的超細粉占比多，不(bu)少(shao)廠(chang)家不(bu)使用顆粒純堿(重堿)，粒度也較細。因此，在靠投(tou)料口的1#、2#小爐(lu)位(wei)置蓄熱室(shi)格子體上層，最好使用4～5行燒結鋯(gao)莫來石磚(見表2)，可抗SiO2質飛料的侵蝕，防止難以進行維(wei)修清除(chu)的“結瘤”沾掛堵塞格子孔(kong)。

表2  幾種格子體耐火材料的性(xing)能

2.1格子體中層

格子體中層溫度約800～1100℃，可選(xuan)用鎂鉻質、鎂橄欖石質和鎂鋁(lv)質耐火材料。鎂鋁(lv)質材料抗硫酸鹽侵蝕性(xing)強，但價格昂貴，國(guo)內(na)目前尚未(wei)普(pu)遍采用這種耐火材料。而鎂橄欖石磚的使用溫度不(bu)宜(yi)超過1050℃，應用於中層的低溫區。

格子體中層存在硫酸鹽反複液化、固化的現象，這是重油中含有殘留的V2O5碳鏈(lian)裂化催化劑，使煙氣中SO2變成SO3對格子體耐火材料逐(zhu)漸(jian)侵蝕而形成的，其(qi)固化膨脹可對磚體組織結構產生相應的應力脆變損壞。其(qi)化學反應式如下：

在1000℃以上，硫酸鹽會與MgSO4反應生成NaxMg(yS2O2)2，反應的劇(ju)烈程度隨Na2O/SO3比值增大而加劇(ju)。為了提高鎂鉻磚抗侵蝕性(xing)能，應盡可能提高其(qi)Cr2O3含量，並(bing)提高礦相的直接結合程度，使鉻尖晶(jing)石包(bao)裹(guo)方鎂石顆粒，可以延長其(qi)使用壽(shou)命。

2.1格子體下層及其(qi)他部位(wei)

格子體下層溫度800℃以下，化學侵蝕較弱，但一個(ge)蓄熱室(shi)格子體的總重至(zhi)少(shao)40～50t，格子體低層的單(dan)位(wei)負荷高達(da)8～10t/m2。此外，還有使用火焰法(fa)對格子體進行燒熔清掃的需要。因而，宜(yi)采用抗蠕(ru)變能力強，抗熱震(zhen)性(xing)好的優質低氣孔(kong)率黏土磚。為防止堿性(xing)磚與黏土磚之間的接觸反應，可以在格子體中、下層之間用高鋁(lv)磚作過渡層。

蓄熱室(shi)其(qi)他部位(wei)包(bao)括(kuo)镟(xuan)頂、側(ce)牆(qiang)和爐(lu)條镟(xuan)等部位(wei)，這些(xie)部位(wei)耐火材料的侵蝕相對較弱。一般的蓄熱室(shi)镟(xuan)頂采用優質矽(gui)磚，側(ce)牆(qiang)分三部分，格子體上部空(kong)間蓄熱室(shi)牆(qiang)用優質矽(gui)磚，目標(biao)牆(qiang)也可采用直接結合鎂鉻磚，從爐(lu)條以上至(zhi)格子體頂麵高度的部分，較好的方案是采用與同一高度區段格子體相同的材質，可以延長牆(qiang)體的使用壽(shou)命。另一種方案是上段選(xuan)用比相

應格子體材質低一級的堿性(xing)磚或直接結合鎂鉻磚，中段采用直接結合鎂鉻磚，下段用低氣孔(kong)率黏土磚，爐(lu)條以下可選(xuan)用一級黏土磚，爐(lu)條镟(xuan)一般選(xuan)用低氣孔(kong)率黏土磚，也可采用熔鑄(zhu)AZS材質，加黏土質護條镟(xuan)。

3 格子體的結構形式

在玻璃熔窯中蓄熱室(shi)格子體通常以直形磚作西(xi)門子式和編籃(lan)式排列。然而，格子孔(kong)時常被堵塞，堵塞嚴重時采取熱修調換格子磚等措施，熱修條件十分惡劣，勞動強度極大。采用八角筒(tong)形磚取代原直形磚，格子體呈煙囪式不(bu)易堵塞，在整個(ge)窯期(qi)內(na)無需熱修，隻要定期(qi)檢查，若有少(shao)量堵塞，在格子體下部由下向(xiang)上采取火焰法(fa)燒熔清掃即可。

大型玻璃熔窯重要的節能技術之一即推廣使用筒(tong)形格子磚。八角筒(tong)形格子磚保留了原直形磚的理化性(xing)能，並(bing)且(qie)砌築方便，磚體上下對齊基本無自(zi)由懸掛部分，結構穩定，單(dan)位(wei)體積格子體受熱麵積高，使用壽(shou)命長而日益受到(dao)重視(shi)。筒(tong)形磚的壁(bi)厚可以減薄(bo)至(zhi)40mm，既減輕單(dan)位(wei)格子體的重量，又增加了熱傳(chuan)導性(xing)。筒(tong)形格子體造(zao)價比編籃(lan)式格子體約高15%，比十字形格子體約低15%。但在節能上，筒(tong)形格子體與十字形格子體相差(cha)不(bu)大，編籃(lan)式格子體熱耗每年增加1%～2%，筒(tong)形格子體熱耗每年增加約0.5%，由於“老化”減緩而節約大量能源。

在蓄熱室(shi)結構設計中，應特別(bie)注意筒(tong)形格子磚與爐(lu)條镟(xuan)的連接方式，在筒(tong)形格子磚與爐(lu)條镟(xuan)之間應采用直條磚西(xi)門子排列方式過渡，高度1m左右。這樣格子孔(kong)才能上下順暢相通，並(bing)改善氣體進入(ru)筒(tong)形格子體分布(bu)的均(jun)勻性(xing)，充(chong)分發揮筒(tong)形格子磚的優越性(xing)，提高玻璃熔窯熱效率。

4 國(guo)外玻璃熔窯蓄熱室(shi)格子體材料的選(xuan)用情(qing)況

為了避免“鉻公害”問題，防止汙染(ran)環(huan)境，已限製並(bing)逐(zhu)漸(jian)減少(shao)鎂鉻質耐火材料在格子體上使用。其(qi)中采用的耐侵蝕的熔鑄(zhu)十字形格子磚，與燒結格子磚相比，具有熱容量大，導熱係數高和壁(bi)薄(bo)的特點，能獲(huo)得最高的熱交(jiao)換效率，如圖2所示。

图2  格子磚的熱交(jiao)換量（a）及熱容量（b）

在世界五大平板玻璃企業中，英國(guo)皮爾金頓公司於1959年發明創(chuang)立(li)了玻璃浮(fu)法(fa)工藝(yi)技術，其(qi)浮(fu)法(fa)玻璃熔窯技術水平較先進，熔窯壽(shou)命長達(da)10年以上，能耗低熱效率高。

图3是該公司某(mou)座700噸/日浮(fu)法(fa)玻璃熔窯蓄熱室(shi)格子體耐火材料的磚型、總體配(pei)置情(qing)況，各對蓄熱室(shi)的溫度、格子孔(kong)尺寸大小和格子體侵蝕環(huan)境有一定的差(cha)別(bie)，格子體的材質及配(pei)置也不(bu)盡相同，材料的化學成分見表3，經過10年窯齡(ling)的運行以及拆(chai)窯觀察，表明6對箱形蓄熱室(shi)都滿足(zu)了設計要求。

图3PB窯蓄熱室(shi)格子體的總體配(pei)置

5 結語

目前，國(guo)內(na)玻璃熔窯蓄熱室(shi)已逐(zhu)步由傳(chuan)統的上升道結構改為箱形分隔(ge)式或連通式結構。進一步加強蓄熱室(shi)耐火材料合理選(xuan)材、分區配(pei)置使用研究及新品種的研製工作，可以滿足(zu)提高蓄熱室(shi)效能與使命壽(shou)命的要求。對於國(guo)內(na)玻璃熔窯高質量玻璃的生產以及早日實現低能耗、高熱效率、大噸位(wei)規(gui)模和窯齡(ling)長的發展目標(biao)具有重要意義。