大碹作為玻璃熔窯的重要部位，它與胸墻和前臉墻組成的火焰空間可以吸收燃料燃燒釋放的熱量再輻射到玻璃的液面上。在設(shè)計(jì)時(shí)既要保證大碹結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以延長(zhǎng)使用壽命，又要減少熱量的散失提高節(jié)能效果。硅磚由于容重輕、機(jī)械強(qiáng)度高、生產(chǎn)成本低，一般作為玻璃熔窯大碹的首選材料。因此，大型玻璃熔窯大碹結(jié)構(gòu)的耐火材料設(shè)計(jì)構(gòu)成如圖1所示，接觸火焰空間部分采用優(yōu)質(zhì)硅磚，符合硅磚GB/T2608-2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，荷重軟化溫度不低于1680℃、耐火度不低于1710℃。在硅磚上面鋪一層50mm厚與之相配套的硅質(zhì)密封泥料，硅質(zhì)密封料要求SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于96%，荷重軟化溫度不低于1650℃、耐火度不低于1710℃。密封泥上面采用輕質(zhì)硅磚鋪設(shè)保溫層，以達(dá)到隔熱節(jié)能效果。輕質(zhì)硅磚要求SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于92%，荷重軟化溫度不低于1620℃、耐火度不低于1700℃。以上3層為冷態(tài)砌筑，烤窯后再在最外面熱態(tài)鋪設(shè)保溫涂料，保溫涂料的耐火度要求可稍低。
顯然中間硅質(zhì)密封料的要求較高，如果使用不恰當(dāng)?shù)拿芊饬?，?huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。某公司一條浮法玻璃熔窯運(yùn)行僅僅半年多，就出現(xiàn)了問(wèn)題。
玻璃缺陷分析
某浮法玻璃熔窯運(yùn)行半年多，由于冷卻循環(huán)水水質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致鼓泡器多數(shù)燒壞漏水，不得已將鼓泡器全部撤出，隨之3#、4#小爐對(duì)應(yīng)大碹溫度上升將近20℃，玻璃中出現(xiàn)大量缺陷，每10m2大約6～10個(gè)，位置不固定，邊部稍多。針對(duì)玻璃中出現(xiàn)的缺陷，進(jìn)行了取樣分析，外觀如圖2所示，缺陷均為透明的疙瘩(即為癤瘤)，帶變形尺寸約在0.5～5mm之間。
圖1 玻璃熔窯大碹結(jié)構(gòu)及耐火材料
圖2 帶有缺陷的玻璃樣品
采用江南光學(xué)儀器廠的BM 2100 P0L型偏光顯微鏡，對(duì)玻璃缺陷進(jìn)行進(jìn)一步的觀察，如圖3所示。癤瘤缺陷內(nèi)部、周?chē)鷽](méi)有未熔物和析晶體，但癤瘤兩頭均拉出長(zhǎng)的玻筋。說(shuō)明此缺陷經(jīng)過(guò)了高溫，可能來(lái)自熔窯的上部空間。
基于TESCAN公司的MIRA 3型電子掃描顯微鏡，采用Thermo公司的9806A-3UUS-SN型能譜儀，對(duì)癤瘤進(jìn)行成分分析。共分析15個(gè)樣品，成分基本一致，結(jié)果如圖4和表1所示。
圖4 電子掃描顯微鏡分析(左:SEM圖，右:能譜圖)圖片
表1 玻璃缺陷的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%
表1中pt1～pt3為玻璃癤瘤缺陷位置的成分，pt4為正常玻璃位置的成分。對(duì)比分析結(jié)果，癤瘤成分中的Al2O3、TiO2、Fe2O3偏高，應(yīng)該為不定型耐火材料。
玻璃缺陷的來(lái)源分析
從以上分析結(jié)果初步判斷，玻璃癤瘤缺陷可能來(lái)源于熔窯上部空間，即碹頂耐火材料。因此將4#小爐對(duì)應(yīng)位置的碹頂保溫層打開(kāi)進(jìn)行檢查，結(jié)果保溫層打開(kāi)后發(fā)現(xiàn)密封泥料沒(méi)有了，扒開(kāi)5#小爐對(duì)應(yīng)位置的碹頂保溫層，查看結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)密封料由碹邊向內(nèi)逐漸變薄，直至消失。對(duì)存留的密封泥料取樣分析，化學(xué)成分見(jiàn)表2中硅質(zhì)密封料1#樣的成分，顯然與設(shè)計(jì)硅質(zhì)密封料2#(選材取樣)的成分相差甚遠(yuǎn)。
表2 實(shí)際使用和設(shè)計(jì)的硅質(zhì)密封料成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%
由表2可知，實(shí)際使用的碹頂密封料主要成分為CaO、Al2O3和SiO2，參照?qǐng)D5CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖，該組分的低共熔點(diǎn)如圖中所標(biāo)在1300℃以下。該玻璃熔窯內(nèi)部大碹熱面溫度為1580～1590℃，經(jīng)計(jì)算碹磚與密封泥料之間的界面溫度為1301.69～1310.16℃，高于所用密封料的低共熔點(diǎn)。特別是在鼓泡器停用后碹頂溫度的進(jìn)一步升高，使密封料熔融，沿著大碹磚的脹縫、砌筑縫下流，滴落進(jìn)入玻璃中。
圖5 CaO－Al2O3 －SiO2 系統(tǒng)相圖
分析出原因后，工藝上進(jìn)行了調(diào)整:減少前區(qū)熱負(fù)荷，加到5#、6#，加強(qiáng)均化;熱點(diǎn)降低溫度30℃。采取這個(gè)措施后，缺陷很快減少，逐漸趨于正常。
在缺陷解決后，由于沒(méi)有及時(shí)處理錯(cuò)誤的密封料問(wèn)題，在熔窯又運(yùn)行幾個(gè)月后，大碹出現(xiàn)透火。用高溫內(nèi)窺鏡對(duì)大碹進(jìn)行檢查，已經(jīng)出現(xiàn)了鼠洞，見(jiàn)圖6。這是因?yàn)椋廴诘拿芊饬舷铝餍纬闪烁蟮目p隙，熔窯氣體(主要為堿蒸氣)沿著縫隙上升并在溫度相對(duì)較低處冷凝沉積，在Na2O的參與下，和硅磚反應(yīng)形成低共熔物;到達(dá)密封料位置的，和密封料、大碹硅磚及輕質(zhì)保溫磚反應(yīng)，加劇對(duì)耐火材料的侵蝕。
圖6 高溫?cái)z像儀拍攝大碹內(nèi)部的鼠洞
因此該玻璃熔窯不能再帶著錯(cuò)誤的密封泥料運(yùn)行，逐段將外保溫打開(kāi)更換密封料，從根本上解決了問(wèn)題。
結(jié) 論
由于玻璃熔窯大碹硅磚和輕質(zhì)保溫磚之間的密封泥料使用錯(cuò)誤，在熔窯運(yùn)行中形成了熔點(diǎn)低于碹頂溫度的低共熔物，在造成玻璃癤瘤缺陷的同時(shí)，加劇了對(duì)碹頂硅磚的侵蝕，短短時(shí)間就使大碹出現(xiàn)了鼠洞，這給玻璃熔窯的砌筑工程師敲響了警鐘。
